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Recife/PE Profo. Fabiano Pereira Cavalcante, D.Sc. ENGENHARIA CIVIL ESTRADAS I FELIZ AQUELE QUE TRANSFERE O QUE SABE E APRENDE O QUE ENSINA (Cora Coralina) TERRAPLENAGEM DE RODOVIAS ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Definido como sendo o conjunto de operações de escavação, carga, transporte e descarga, com eventual compactação e acabamento executados a fim de passar-se de um terreno em seu estado natural para uma nova conformação topográfica desejada. MANUAL Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Movimento de terras; -Operação destinada a conformar o terreno existente aos gabaritos definidos em projeto; -Em termos gerais: serviços de corte e aterro com a finalidade de proporcionar condições geométricas compatíveis com a rodovia projetada, com o menor movimento de terras possível. CORTE ATERRO Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Antes de dar início às operações de terraplenagem é necessária a retirada de todos os elementos, naturais e artificiais, que possam interferir nas operações. Serviços preliminares: -Desmatamento; -Destocamento; -Limpeza. O desmatamento envolve o corte e a remoção de toda a vegetação, qualquer que seja a sua densidade. O destocamento e a limpeza compreendem a escavação e a remoção total dos tocos e da camada de solo orgânico. • Remanejamento de postes; • Remoção de cercas; • Remoção de estruturas de madeira; • Demolição de muros, e • Demolição de estruturas de alvenaria. Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Trechos que não possuem uma estrada de ligação, é necessário abrir caminho para os equipamentos envolvidos na operação: caminhos de serviço; Para os demais casos (existência de ligações): -Desvios: extensões de vias existentes para as quais o tráfego será remanejado durante a obra; -Provisórias: caminhos construídos para o tráfego, onde não seja possível o desvio. Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Cortes: -Segmentos que requerem escavação no terreno natural para se alcançar a linha do greide projetado (plataforma), definindo assim, transversal e longitudinalmente, o corpo da estrada. Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Aterros: -Segmentos cuja implementação requer o depósito de materiais, para a composição do corpo da estrada, segundo os gabaritos de projeto. Os materiais de aterro se originam dos cortes e dos empréstimos. Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Empréstimos laterais: -Escavações efetuadas próximas ao corpo da estrada, sempre dentro dos limites da faixa de domínio; -Corte: alargamento da plataforma com consequente deslocamento dos taludes; -Aterro: escavações do tipo “valetões”, em um ou ambos os lados. Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Empréstimos concentrados Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T As áreas podem ser calculadas de diferentes maneiras: -Topografia do terreno; -Grau de precisão exigido. ÁREAS DE CORTE E ATERRO Métodos: -Geométrico (ou Gráfico); -Mecânico; -Computacional; -Analítico. Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ÁREAS DE CORTE E ATERRO Método Geométrico (gráfico): -Consiste em dividir a seção transversal em figuras geométricas conhecidas e calcular suas áreas. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ÁREAS DE CORTE E ATERRO Método Mecânico: -Consiste em desenhar as seções, geralmente de estaca em estaca e, com o auxílio do planímetro, obter as áreas respectivas. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ÁREAS DE CORTE E ATERRO Método Computacional : - Consiste em utilizar programas de computador (softwares) para o cálculo direto das áreas. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T VOLUMES DE CORTE E ATERRO Admite-se que o terreno varia de forma linear entre duas seções consecutivas; -Para distâncias (L) entre seções de 20 m não gera erros significativos; -É necessário supor que existe um sólido geométrico cujo volume será facilmente calculado. Para o Prismóide abaixo, o volume será: Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T VOLUMES DE CORTE E ATERRO Pela Fórmula das Áreas Médias tem-se que: ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T COMPENSAÇÃO DE VOLUMES Compensação Longitudinal: -Escavação em corte pleno ou escavação provém de empréstimo não lateral a aterro. Neste caso, todo o volume extraído será transportado para segmentos diferentes daqueles de sua origem: -de corte para aterro (bota-fora); -de empréstimo para aterro, unicamente. Compensação Lateral (ou Transversal): -Caracteriza-se pela utilização de material escavado no mesmo segmento em que se processou a escavação; Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T COMPENSAÇÃO DE VOLUMES ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T COMPENSAÇÃO DE VOLUMES Fonte: Profª Manuela Lopes ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Bota-Foras: -volumes de materiais que, por excesso ou por condições geotécnicas insatisfatórias, são escavados nos cortes e destinados a depósitos em áreas externas à construção da rodovia; -volumes escavados não utilizáveis na terraplenagem; -efeitos danosos às outras obras de construção e ao próprio meio-ambiente. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T por Compactação (solos predominantemente arenosos) por Consolidação (solos predominantemente argilosos) ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES SOLOS COM BAIXA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO, INCAPAZES DE SUPORTAR AS PRESSÕES EXERCIDAS PELOS ATERROS SEM APRESENTAR RUPTURAS OU DEFORMAÇÕES APRECIÁVEIS. Estes solos de baixa resistência normalmente são formados sob influência direta da água (“banhados”), gerando materiais com forte contribuição orgânica (“depósitos orgânicos”), de péssimo comportamento geotécnico (“solos moles” ou “solos hidromórficos”). Duas situações são potencialmente favoráveis à ocorrência deste fenômeno: Em zonas baixas, correspondentes a talvegues intermitentes interceptados pelo traçado, como se ilustra no perfil longitudinal abaixo: Em zonas alagadiças, correspondentes a planícies de inundação de cursos d’água, conforme esquematizado no perfil a seguir: ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES CONSIDERANDO QUE UM DETERMINADO TERRRENO TEM SUA FUNDAÇÃO CONSTITUÍDA DE SOLOS “MOLES” E QUE QUALQUER MUDANÇA DE TRAÇADO É IMPRATICÁVEL, PODEM SER COGITADOS DIVERSOS PROCEDIMENTOS ESPECIAIS, COM VISTAS À VIABILIZAÇÃO TÉCNICA DA CONSTRUÇÃO DO ATERRO PROJETADO. 1ª Solução: Remoção da camada inconsistente VIÁVEL PARA ESPESSURA ATÉ 3,0METROS A grande vantagem desta primeira solução é de que a possibilidade de futuros recalques diferenciais no aterro executado praticamente inexiste, caso a substituição dos solos moles tenha sido levada a bom termo. 2ª Solução: Execução de bermas de equilíbrio ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES Este procedimento consiste em sobrepor ao terreno de baixa resistência ao cisalhamento, por sucessivas vezes, frações do aterro projetado. A cada nova deposição de material, verificam-se processos de adensamento da camada mole, até que, após um certo número de aplicações, o sistema entre em equilíbrio, permitindo que a execução do aterro se complete normalmente. Cabe notar que cada adição de material não deve superar à chamada “altura crítica”, parâmetro este que representa a máxima carga suportávelpela camada mole sem que resultem processos de ruptura. Esta solução não permite previsões muito seguras, não só no que respeita à quantidade de material a ser aplicada até a estabilização do sistema, como também quanto ao prazo necessário à verificação deste evento. 3ª Solução: Execução do aterro por etapas ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES 4ª Solução: Expulsão da camada mole por meio de explosivos. Neste processo, uma porção de aterro projetado é inicialmente sobreposta à camada mole, sucedendo-se a implantação de cargas explosivas no interior deste. A detonação das cargas explosivas, contida superiormente pela porção de solo adicionada, faz com que parte dos solos moles seja expulsa lateralmente e que, como conseqüência, o material sobreposto preencha o volume liberado. Novas adições de material de aterro e detonações fazem com que a camada mole seja gradualmente substituída pelo material importado. Findo este processo, o aterro pode ser normalmente executado. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES 5ª Solução: Execução de drenos verticais ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES 6ª Solução: Reforço de Terreno de Fundação com Geossintético ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES GEOTÊXTIL ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES GEOGRELHA Tese de Guillermo MONTESTRUQUE ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES 7ª Solução: Consolidação Profunda Radial - CPR T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES 7ª Solução: Consolidação Profunda Radial - CPR ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES 7ª Solução: Consolidação Profunda Radial - CPR • O aterro de conquista •Este aterro, com cerca de 1m de espessura, permite que nossos equipamentos adentrem no trecho para início dos serviços. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES 7ª Solução: Consolidação Profunda Radial - CPR ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES 7ª Solução: Consolidação Profunda Radial - CPR ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES 7ª Solução: Consolidação Profunda Radial - CPR ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ATERROS SOBRE SOLOS INCONSISTENTES 7ª Solução: Consolidação Profunda Radial - CPR ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T CLASSIFICAÇÃO QUANTO À DIFICULDADE EXTRATIVA A maior ou menor resistência que um material pode oferecer, durante a sua extração de um corte, influencia de forma direta o custo desta operação. A especificação de serviço DNIT 106/2009-ES define 3 (três) categorias de materiais com relação à dificuldade extrativa, a saber: 1. Materiais de 1ª Categoria: são constituídos por solos em geral, de origem residual ou sedimentar, seixos rolados ou não, com diâmetro máximo inferior a 15 cm, independentemente do teor de umidade apresentado. 2. Materiais de 2ª Categoria: compreendem aqueles materiais com resistência ao desmonte mecânico inferior à da rocha sã, cuja extração se torne possível somente com a combinação de métodos que obriguem a utilização de equipamento escarificador pesado. A extração poderá envolver, eventualmente, o uso de explosivos ou processos manuais adequados. Consideram-se como inclusos nesta categoria os blocos de rocha de volume inferior a 2 m³ e os matacões ou blocos de diâmetro médio compreendido entre 15 cm e 1 m. 3. Materiais de 3ª Categoria: correspondem a aqueles materiais com resistência ao desmonte mecânico equivalente à da rocha sã e blocos de rocha que apresentem diâmetro médio superior a 1 m ou volume superior a 2 m³, cuja extração e redução, a fim de possibilitar o carregamento, se processem somente com o emprego contínuo de explosivos. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Evidentemente, o custo da extração de um material de 3ª CATEGORIA supera em muito ao de um material de 2ª CATEGORIA. Este, por sua vez, apresenta extração mais cara do que a de material classificado em 1ª CATEGORIA. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T FATORES DE CONVERSÃO É de grande importância para as operações de terraplenagem, tanto no que respeita à etapa de projeto como à própria construção, que se tenha o adequado conhecimento das variações volumétricas ocorrentes durante a movimentação dos materiais envolvidos. Vcomp < Vcorte < Vsolto Dcomp > Dcorte > Dsolta ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Porção do Terreno Terreno Solo Retirado (V2) (Incorporação de Vazio) Solo Natural (V1) Rocha explodida – Fator =1,5 Solo arenoso seco – Fator =1,12 ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Note que, com esses dois parâmetros, conseguimos deduzir todos os demais fatores de correlação volumétrica: ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Cofator = 0,9 ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Em determinada obra rodoviária o engenheiro fiscal, após consultar o projetista, decidiu substituir toda a camada de base usando o cascalho laterítico. Após a estabilização desse cascalho, mediu-se um volume de 2.000 m3. O transporte do cascalho foi feito por caminhão basculante com capacidade de 5 m3. Sabendo-se que a densidade do cascalho compactado é de 2,035 t/m3, a densidade natural é de 1,430 t/m3 e a densidade solta é de 1,10 t/m3, calcular o total de viagens necessárias para transportar todo o volume de cascalho. Resposta: FE = ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T CASOS ESPECÍFICOS: 1° caso: Quando existe apenas uma jazida para a execução de um trecho (segmento de trecho) que apresenta largura de plataforma e espessura de camada constantes O acesso à jazida é externo ao trecho. Nota: Observe que existirão situaçãos onde o acesso a jazida estará no início ou no final do trecho e b será igual a zero. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T DISTÂNCIA MÉDIA DE TRANSPORTE - DMT É a distancia, em projeção horizontal, entre o centro de massa de uma camada do pavimento e o(s) centro(s) de massa da(s) jazidas(s) que fornecerá(ão) materiais para a execução da camada. FÓRMULA GERAL: onde: Di = distância média de transporte correspondente ao segmento de camada “i" (DMT parcial). Vi = volume do segmento de camada "i" (volume parcial). APLlCACÃO: A DMT é utilizada para elaboração de quantitativos de pavimentação para orçamento ou pagamento do transporte dos materiais necessários à execução de uma camada do pavimento. A DMT pode, também, ser aplicada quando se dispõe de várias opções de jazidas para execução de uma camada do pavimento, permitindo-se excluir aquelas que proporcionam maior DMT e determinar a distribuição mais econômica dos materiais, através do cálculo do "ponto econômico". ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T 2° caso: Quando existe apenas uma jazida para a execução de um trecho (segmento de trecho) que apresenta largura de plataforma e espessura de camada constantes. O acesso àja'Lida é interno ao trecho. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T 3° caso: Quando existe mais de uma jazida de material para a execução de um trecho. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Exercício 1 – Calcular a menor distância média de transporte e o respectivo momento de transporte para fins de orçamento do custo de transporte de todo o material necessário à execução de uma camada de base de um trecho rodoviário cujas características são: Momento de transporte É dado pelo produto do volume individual de terraplenagem pela distancia individual de transporte sendo expresso em m4 ou m3 x km. Segmento 1 Segmento 2 Segmento3 ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T 0 475 675 895 J1 VJ1= 25.500m³ 320 6,6km J2 VJ1= 38.950m³ 12,2km 9,0 m 2,0 3,0 0,2 = 0,2m 2,0 X X 3,0 X = 0,3 m 9,6 m 9,3 m Cálculo do volume necessário de escavação para camada de base Cálculo do volume de compactação para camada de base EXT. LARG. ESP. FATOR VOLUME INICIAL FINAL (m) (m) (m) EMP. (m³) 0 475 9.500,00 9,3 0,2 1,30 22.971,00 475 675 4.000,00 13,3 0,2 1,30 13.832,00 675 895 4.400,00 9,3 0,2 1,30 10.639,20 47.442,20 ESTACA VOLUME TOTAL A ESCAVAR EXT. LARG. ESP. VOLUME INICIAL FINAL (m) (m) (m) (m³) 0 475 9.500,00 9,3 0,2 17.670,00 475 675 4.000,00 13,3 0,2 10.640,00 675 895 4.400,00 9,3 0,2 8.184,00 36.494,00 ESTACA VOLUME TOTAL A COMPACTAR ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T 0 475 675 895 J1 VJ1= 25.500m³ 320 6,6km J2 VJ1= 38.950m³ 12,2km Cálculo do volume necessário de escavação para camada de base Cálculo do volume de compactação para camada de base Utilização da J1 considerando 90% VJ1 = 0,9 x 25.500 = 22.950 m³ Volume necessário para extensão de 1m VS1 = 1,0 x 9,3 x 0,2 = 1,86m³ VS2 = 1,0 x 13,3 x 0,2 = 2,66 m³ VS3 = 1,0 x 9,3 x 0,2 = 1,86m³ Distribuição do volume ESTACA VOLUME VOLUME P/ 1m EXT. ESTACA INICIAL (m³) (m³) (m) FINAL 0 17.670,00 1,86 9.500,00 475,00 475,00 5.280,00 2,66 1.984,96 574,25 574,25 5.360,00 2,66 2.015,04 675,00 675,00 8.184,00 1,86 4.400,00 895,00 36.494,00 OK 574+5,0 EXT. LARG. ESP. FATOR VOLUME INICIAL FINAL (m) (m) (m) EMP. (m³) 0 475 9.500,00 9,3 0,2 1,30 22.971,00 475 675 4.000,00 13,3 0,2 1,30 13.832,00 675 895 4.400,00 9,3 0,2 1,30 10.639,20 47.442,20 ESTACA VOLUME TOTAL A ESCAVAR EXT. LARG. ESP. VOLUME INICIAL FINAL (m) (m) (m) (m³) 0 475 9.500,00 9,3 0,2 17.670,00 475 675 4.000,00 13,3 0,2 10.640,00 675 895 4.400,00 9,3 0,2 8.184,00 36.494,00 ESTACA VOLUME TOTAL A COMPACTAR ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T 0 475 675 895 J1 VJ1= 25.500m³ x 0,9 = 22.950,m³ 320 6,6km J2 VJ1= 38.950m³ x 0,9 = 35.055m³ 12,2km 574+5,0 0 574,25 J1 VJ1= 25.500m³ 320 6,6km 6,42+5,0852 = 9,51 km DMT 6,6 + 2 x (6,4+5,085) = 6,4 5,085 = 168.041,70 m3 x km MT 9,51 km x 17.670 m³ = 17.670m³ 5.280,1m³ ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T 0 475 675 895 J1 VJ1= 22.950m³ 320 6,6km J2 VJ1= 35.055m³ 12,2km 574+5,0 = DMT 12,2 +( (895-574,25)x20)/2 = 15,41 km 574+5,0 = 82.597,60 m3 x km MT 15,41km x 5.360 m³ = 675 895 J2 VJ1= 35.055m³ 12,2km ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS 3,21 T 0 475 675 895 J1 VJ1= 25.500m³ 320 6,6km J2 VJ1= 38.950m³ 12,2km 574+5,0 = DMT 12,2 + 4,4 = 16,6 km = 135.854,00 m3 x km MT 16,6 km x 8.184 m³ = 675 895 J2 VJ1= 38.950m³ 12,2km 4,4 ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T Dado o trecho de estrada da figura abaixo e suas seções transversais, determinar as quantidades de escavação, volume de aterro compactado e o momento total de transporte. Considerar FE =1,1 e DMT do empréstimo é de 15 km. Determine: a. O volume necessário de empréstimo; b. O custo do total da escavação (custo unitário R$ 1,5/m³); c. O custo do total da compactação (custo unitário R$ 0,75/m³ ); d. Custo da escavação, carga e transporte DMT de 15km = R$ 10,50. ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T ERRAPLENAGEM DE RODOVIAS T CORTE ATERRO AT. COR. CORTE ATERRO CORTE ATERRO 0 0 10,15 17,15 18,87 1 1 27,5 6 6,6 37,65 25,47 10,0 376,5 254,70 2 2 83,645 0 0 111,145 6,6 10,0 1111,45 66,00 3 3 66,02 0 0 149,665 0 10,0 1496,65 0,00 4 4 35,65 3,25 3,58 101,67 3,58 10,0 1016,7 35,80 4 8,6 4,43 9,1 12,95 14,25 44,75 17,83 4,3 192,425 76,67 5 5 68,395 75,24 9,1 89,49 5,7 51,87 510,09 6 6 68,975 75,88 151,12 10,0 0 1511,20 7 7 101,023 111,13 0 187,01 10,0 0 1870,10 8 8 43,365 47,71 0 158,84 10,0 0 1588,40 9 9 6,25 25,65 28,22 6,25 75,93 10,0 62,5 759,30 9 5,43 9,2715 2,8 2,625 2,89 9,05 31,11 2,7 24,57075 84,46 4.332,67 6.756,73 VOLUME TOTAL DE CORTE (m³) VOLUME TOTAL DE ATERRO (m³) ESTACA ÁREA (m³) SOMA DAS ÁREAS (m³) SEMI-DISTÂNCIA (m) VOLUME (m³) Volume necessário de empréstimo: Vemp.= VA – VC = 6.756,73 – 4.332,67 = 2.424,06 m³ O custo total da escavação de corte: Cesc= (4.332,67) x R$ 1,5 m³ = R$ 6.499,00 O custo total de compactação: Ccomp= Vesc. / FE x R$ 0,75/m³ = (6759,73/1,1) x 0,75 = R$ 5.576,77 Custo da escavação, carga e transporte DMT de 15km = R$ 10,50: C15km= Vemp. x R$ 10,50/m³ = (2.424,06 m³ x R$ 10,50/m³) = R$ 24.240,60
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