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PROJETO GEOMÉTRICO DE RODOVIAS 10 – Terraplenagem – Cálculo de Volumes Curso: Técnico em Agrimensura Prof. Paulo Augusto F. Borges – Revisão: Prof. Angelo Oliveira Em um projeto de estradas, uma das principais metas é encontrar uma solução que permita a construção de uma estrada com o menor movimento de terras possível, cumprindo as normas vigentes para um traçado racional. O custo do movimento de terra é significativo em relação ao custo total da estrada. O equilíbrio entre volumes de cortes e aterros, minimizando empréstimos e/ou bota-foras acarreta em menores custos de terraplenagem. CÁLCULO DE VOLUMES 1. Introdução Ao conjunto de operações que permitem a construção de uma estrada com a menor movimentação de terras possível, dá-se o nome de terraplenagem, a qual é executada com as seguintes etapas: Desmatamento e limpeza da faixa a ser usada pela estrada; Raspagem da vegetação superficial; Execução de estradas de serviço; Escavação do solo que se encontra acima da cota de projeto; Transporte do material escavado; CÁLCULO DE VOLUMES 1. Introdução Aterro nos locais onde o terreno está abaixo do projeto; Compactação dos aterros; Conformação das plataformas, taludes e bermas (plataformas com largura em torno de 4 m e inclinação apropriada para garantir o escoamento superficial e equilíbrio dos taludes); Abertura de valas para serviços de drenagem; Abertura de cavas para fundações de obras civis. Entre os diferentes itens citados, os que mais pesam na composição do custo final da terraplenagem são: escavação (m³), transporte (m³/km) e compactação (m³ de aterro pronto). CÁLCULO DE VOLUMES Terraplenagem ou Terraplanagem? Não há acordo quanto ao significado e uso destas palavras no Brasil. Há dicionários que tratam terraplanagem como variante linguística de terraplenagem, isto é, as duas palavras tem o mesmo significado. Outros exemplos de variantes linguísticas são: porcentagem ou percentagem, cota ou quota, catorze ou quatorze etc. CÁLCULO DE VOLUMES 1. Introdução Dicionário Michaelis: Terraplenagem: 1 - Ato de terraplenar; terrapleno. 2 (Engenharia) - Conjunto de procedimentos para a realização de determinada construção, que podem variar de acordo com o projeto, e envolvem escavação, corte de terreno, aterro, nivelamento da área e transporte de terras; terraplanagem. CÁLCULO DE VOLUMES 1. Introdução Para alguns: terraplenar é tornar “pleno” de terra, encher de terra e terraplanar é tornar a terra “plana”. Há muitas empresas e profissionais no Brasil que adotam um e/ou o outro nome: certifique-se no momento em que for contratado! CÁLCULO DE VOLUMES O mercado de trabalho no Brasil, Portugal e Angola tem usado as duas palavras como sinônimos. Em pesquisa realizada nas páginas dos cursos de Engenharia Civil da UFRJ, USP, UFPE, UFV, UFPR, UFRGS, UNB, UFBA e UFMG, na ementa das disciplinas relacionadas a Projeto Geométrico de Rodovias, o termo preferido é terraplenagem. Os livros Pontes Filho (1998), Pimenta e Oliveira (2001) e Lee (2005), utilizados como referências para estas notas de aula, usam o termo terraplenagem. CÁLCULO DE VOLUMES As Especificações de Serviços (ES) do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) usam o termo terraplenagem (embora as notícias vinculadas na página do DNIT usam também o termo terraplanagem): DNIT 104/2009-ES – Terraplenagem - serviços preliminares; DNIT 105/2009-ES – Terraplenagem - caminhos de serviço; DNIT 106/2009-ES – Terraplenagem - cortes; CÁLCULO DE VOLUMES DNIT 107/2009-ES – Terraplenagem - empréstimos; DNIT 108/2009-ES – Terraplenagem - aterros; CÁLCULO DE VOLUMES Conselhos: Caso seja profissional liberal ou empresário, adote uma das duas formas e use-a, sempre, em seus projetos e documentos, lembre-se que nas universidades citadas anteriormente e nas especificações do DNIT o termo usado é terraplenagem. Considere a realidade do mercado de trabalho: Se empregado adote a forma da empresa em que trabalha. Se está prestando serviço para outra empresa, consulte a forma que a empresa que contratou o serviço prefere. Se tiver oportunidade sugira o termo usado pelo DNIT. CÁLCULO DE VOLUMES Definido o traçado da estrada e o perfil longitudinal do terreno, são levantadas as seções transversais do terreno. CÁLCULO DE VOLUMES 2. Seções Transversais do terreno Após o projeto do greide, da superelevação e da superlargura, temos a definição da plataforma da estrada. Plataforma, terreno natural, taludes e bermas formam o polígono chamado de seção transversal do projeto, que deve ser calculada para cada estaca do projeto. CÁLCULO DE VOLUMES 2. Seções Transversais do terreno CÁLCULO DE VOLUMES 2. Seções Transversais do terreno CÁLCULO DE VOLUMES 3. Cálculo das Áreas das Seções O cálculo das áreas das seções transversais do projeto é o primeiro passo para a obtenção dos volumes. Quando a seção é totalmente em corte ou em aterro, calcula-se simplesmente a área do polígono e com este valor calcula- se o volume de corte ou de aterro. Se a seção é mista, devem-se obter as áreas de corte e aterro de forma independente. O cálculo das áreas pode ser feito por qualquer método informatizado. Dois processos são práticos e eficientes, e são facilmente programados: CÁLCULO DE VOLUMES 3. Cálculo das Áreas das Seções CÁLCULO DE VOLUMES 4. Cálculo dos Volumes O cálculo do volume de terra a mover numa estrada, é realizado supondo a existência de sólidos geométricos, cujo volume pode ser facilmente calculado. Os sólidos geométricos usualmente considerados são os prismoides formados entre duas seções transversais, geralmente locadas em cada estaca. CÁLCULO DE VOLUMES 4. Cálculo dos Volumes CÁLCULO DE VOLUMES 4. Cálculo dos Volumes CÁLCULO DE VOLUMES 4. Cálculo dos Volumes CÁLCULO DE VOLUMES O diagrama de massas, ou de Brückner, facilita a análise da distribuição dos materiais escavados. Essa distribuição corresponde a definir a origem e o destino dos solos e rochas objeto das operações de terraplenagem, com indicação de seus volumes, classificação e distâncias médias de transporte. Após o cálculo das áreas das seções transversais do projeto e os volumes dos prismoides, pode-se preparar uma tabela de volumes acumulados, que servirá de base para a construção do diagrama. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES 5. Diagrama de Massas AT. CORRIGIDO = correção da área de aterro pelo fator de homogeneização (Fh). Ver o exemplo da página 272 do livro Pontes Filho (1998). CÁLCULO DE VOLUMES O diagrama de massas (ou de Brückner), facilita a análise da distribuição dos materiais escavados, permitindo o enfoque gráfico. Vantagem: possibilidade de se estudar a distribuição dos volumes de terra com rapidez e precisão aceitáveis, auxiliando no cálculo da distância média de transporte. Para a construção do diagrama, calculam-se inicialmente as chamadas Ordenadas de Brückner. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Limitações do Método: Considera-se que a massa de terra encontra-se concentrada no perfil correspondente; A movimentação interna ao perfil não é considerada. Ordenadas: Volumes de Corte são Positivos; Volumes de Aterro são Negativos. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Compensação Lateral: No caso de seções mistas, a compensação lateral é obtida automaticamente quando do cálculo das ordenadas de Brückner, pois os volumes de corte e de aterro são considerados em cada seção, de forma que o acréscimo ou decréscimo nas ordenadas será dado pela diferença entre os dois volumes considerados. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Compensação Lateral: Pode-se dizer que a compensação lateral será o menor dos dois volumes e que o volume disponível para compensação longitudinal, que afeta as ordenadas, será a diferença entre esses volumes.As ordenadas calculadas são plotadas, de preferência sobre uma cópia do perfil longitudinal do projeto. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES No eixo das abscissas é colocado o estaqueamento e no eixo das ordenadas, numa escala adequada, os valores acumulados para as ordenadas de Brückner, seção a seção. Os pontos assim marcados, unidos por uma linha curva, formam o Diagrama de Brückner. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES CÁLCULO DE VOLUMES Fator de Homogeneização de Volumes 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Propriedades do Diagrama de Massas 1. O diagrama de massas não é um perfil. A forma do diagrama de massas não tem nenhuma relação com a topografia do terreno. 2. Inclinações muito elevadas das linhas do diagrama indicam grandes movimentos de terras. 3. Todo trecho ascendente do diagrama corresponde a um trecho de corte (ou predominância de cortes em seções mistas). 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Propriedades do Diagrama de Massas 4. Todo trecho descendente do diagrama corresponde a um trecho de aterro (ou predominância de aterros em seções mistas). 5. A diferença de ordenadas entre dois pontos do diagrama mede o volume de terra entre esses pontos. 6. Os pontos extremos do diagrama correspondem aos pontos de passagem (PP). 7. Pontos de máximo correspondem à passagem de corte para aterro. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Propriedades do Diagrama de Massas 8. Pontos de mínimo correspondem à passagem de aterro para corte. 9. Qualquer horizontal traçada sobre o diagrama determina trechos de volumes compensados (volume de corte = volume de aterro corrigido). Esta horizontal, por conseguinte, é chamada de linha de compensação (ou linha de terra). A medida do volume é dada pela diferença de ordenadas entre o ponto máximo ou mínimo do trecho compensado e a linha horizontal de compensação. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Propriedades do Diagrama de Massas 10. A posição da onda do diagrama em relação à linha de compensação indica a direção do movimento de terra. Ondas positivas (linha do diagrama acima da linha de compensação), indicam transporte de terra no sentido do estaqueamento da estrada. Ondas negativas indicam transporte no sentido contrário ao estaqueamento da estrada. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Propriedades do Diagrama de Massas 11. A área compreendida entre a curva de Brückner e a linha de compensação mede o momento de transporte da distribuição considerada. 11. A distância média de transporte de cada distribuição pode ser considerada como a base de um retângulo de área equivalente à do segmento compensado e de altura igual à máxima ordenada deste segmento. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Propriedades do Diagrama de Massas 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Propriedades do Diagrama de Massas Para a determinação do ponto de passagem (PP) entre duas seções procede-se da seguinte maneira: 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Propriedades do Diagrama de Massas 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Momento de transporte Quando é executado um transporte de solo de um corte para um aterro, as distâncias de transporte se alteram a cada viagem, sendo necessária, a determinação de uma distância média de transporte, que deverá ser igual à distância entre os centros de gravidade dos trechos de corte e aterros compensados. O método mais utilizado para estimativa das distâncias médias de transporte entre trechos compensados é o método do Diagrama de Brückner. 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES Momento de transporte 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES 5. Diagrama de Massas CÁLCULO DE VOLUMES 5. Diagrama de Massas Slide 1 Slide 2 Slide 3 Slide 4 Slide 5 Slide 6 Slide 7 Slide 8 Slide 9 Slide 10 Slide 11 Slide 12 Slide 13 Slide 14 Slide 15 Slide 16 Slide 17 Slide 18 Slide 19 Slide 20 Slide 21 Slide 22 Slide 23 Slide 24 Slide 25 Slide 26 Slide 27 Slide 28 Slide 29 Slide 30 Slide 31 Slide 32 Slide 33 Slide 34 Slide 35 Slide 36 Slide 37 Slide 38 Slide 39 Slide 40 Slide 41 Slide 42 Slide 43 Slide 44 Slide 45