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UNIVERSIDADE DO PLANALTO CATARINENSE UNIPLAC CURSO DE ENGENHARIA CIVIL MICHELLE SPIRONELLO ESTUDO DE CASO DA OBRA DE TERRAPLANAGEM PARA AMPLIAÇÃO DO COMPLEXO PENITENCIÁRIO DA CIDADE DE CURITIBANOS LAGES (SC) 2015 MICHELLE SPIRONELLO ESTUDO DE CASO DA OBRA DE TERRAPLANAGEM PARA AMPLIAÇÃO DO COMPLEXO PENITENCIÁRIO DA CIDADE DE CURITIBANOS Relatório de Estágio Supervisionado apresentado à Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade do Planalto Catarinense – UNIPLAC – como requisito para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil. Orientação: Prof. Eng.º William Fritzen Branco, Bel. Supervisão de Estágio: Prof. Carlos Eduardo de Liz, MSc. LAGES (SC) 2015 Spironello, Michelle Estudo de Caso da Obra de Terraplanagem para Ampliação do Complexo Penitenciário da Cidade de Curitibanos / por Michelle Spironello – Lages, Santa Catarina, 2015. 68 f.; 29 cm. Relatório de Estágio Supervisionado – Universidade do Planalto Catarinense – Curso de Engenharia Civil, 2015. Orientador: Prof. Eng.º William Fritzen Branco, Bel. 1. Terraplanagem 2.Estradas 3. Canteiro de Obras. I. Branco, William Fritzen. II. Universidade do Planalto Catarinense. III. Título: Estudo de Caso da Obra de Terraplanagem para Ampliação do Complexo Penitenciário da Cidade de Curitibanos. i MICHELLE SPIRONELLO ESTUDO DE CASO DA OBRA DE TERRAPLANAGEM PARA AMPLIAÇÃO DO COMPLEXO PENITENCIÁRIO DA CIDADE DE CURITIBANOS Relatório de Estágio Supervisionado apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Planalto Catarinense – UNIPLAC – como requisito necessário para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil, apresentado pela acadêmica Michelle Spironello. . Lages (SC), 23 de Novembro de 2015. COMISSÃO EXAMINADORA: Prof. William Fritzen Branco, Bel – Orientador Conceito _________ Prof. Carlos Eduardo de Liz, MSc. – Supervisor de Estágio Conceito _________ Prof. Alexandre Tripoli Venção – Coordenador do Curso Conceito _________ LAGES (SC) 2015 ii RESUMO Este Relatório procura apresentar uma revisão bibliográfica sobre a importância da terraplanagem, seus equipamentos e particularidades de execução, no ramo da construção civil. O presente estudo busca, através de uma revisão bibliográfica e de um estudo de caso, responder questões sobre o apontamento e o uso dos diversos equipamentos relacionados. Palavras-chave: Terraplanagem; Estradas; Canteiro de Obras. iii ABSTRACT This work seeks to present a literature review on the importance of earthmoving, their equipment and execution of peculiarities in the construction industry. This study aims, through a literature review and a case study, answer questions about the appointment and the use of various related equipment. Keywords: Earthworks; Roads; Construction Site. iv 6 SUMÁRIO RESUMO ........................................................................................................................ 4 ABSTRACT ................................................................................................................... 5 LISTA DE SIGLAS ....................................................................................................... 8 LISTA DE FIGURAS E TABELAS .......................................................................... 10 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 11 1.1 Apresentação ........................................................................................................... 11 1.2 Tema: ....................................................................................................................... 13 1.3 Problema da Pesquisa .............................................................................................. 13 1.4 Hipótese: .................................................................................................................. 13 1.5 Objetivos:................................................................................................................. 14 1.5.1 Geral ................................................................................................................................ 14 1.5.2 Específicos ....................................................................................................................... 14 1.6 Justificativa: ............................................................................................................. 14 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 16 2.1 Composição da Implantação da obra de Terraplenagem – Aspectos Técnicos ...... 16 2.2 Boas Práticas de Controle Tecnológico na Execução da Terraplenagem ............... 25 2.3 Benefícios e Principais Resultados .......................................................................... 28 2.4 Principais Etapas de Execução ................................................................................ 28 2.4.1 Etapas Preliminares ........................................................................................................ 29 2.4.2 Escavação ........................................................................................................................ 30 2.4.3 Carregamento .................................................................................................................. 31 2.4.4 Empréstimo ...................................................................................................................... 31 2.4.5 Espalhamento .................................................................................................................. 31 2.4.6 Transporte do Excesso de Terra ...................................................................................... 31 3 METODOLOGIA DA PESQUISA ......................................................................... 32 3.1 Metodologia ............................................................................................................. 32 3.1.1 Método de abordagem: .................................................................................................... 32 3.1.2 Técnica da pesquisa: ....................................................................................................... 32 3.1.3 Estrutura Básica do Relatório de Estágio ....................................................................... 33 4 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 34 4.1 Levantamento de Dados .......................................................................................... 34 4.2 Tratamento dos Dados ............................................................................................. 35 4.3 Integração dos Dados .............................................................................................. 35 4.4 Caracterização dos Processos – Principais Técnicas e Operações .......................... 35 7 4.4.1 Escavação ........................................................................................................................ 36 4.4.2 Aterro ............................................................................................................................... 36 4.4.3 Compactação de Solo ...................................................................................................... 37 4.4.4 Troca de Solo ...................................................................................................................37 4.4.5 Drenagem de Solo ........................................................................................................... 37 4.4.6 Prevenção de Erosão ....................................................................................................... 38 4.5 Caracterização do Serviço de Terraplenagem ......................................................... 38 4.6 Equipamentos .......................................................................................................... 41 4.7 Execução .................................................................................................................. 41 4.7.1 Considerações Iniciais .................................................................................................... 41 4.8 Controle ................................................................................................................... 45 4.8.1 Materiais .......................................................................................................................... 45 4.8.2 Execução .......................................................................................................................... 46 4.8.3 Geométrico ...................................................................................................................... 46 4.9 Aceitação ................................................................................................................. 47 4.9.1 Materiais .......................................................................................................................... 47 4.9.2 Grau de Compactação ..................................................................................................... 47 4.9.3 Geometria ........................................................................................................................ 48 4.10 Controle Ambiental ............................................................................................... 48 4.11 Características Aproximadas de Alguns Materiais ............................................... 49 4.12 Fases do Projeto ..................................................................................................... 49 4.12.1 Estudos Preliminares ..................................................................................................... 50 4.12.2 Projeto Básico ............................................................................................................... 50 4.12.3 Projeto Executivo .......................................................................................................... 51 4.13 Elaboração do Projeto ............................................................................................ 51 4.13.1 Seções Transversais ....................................................................................................... 51 4.13.2 Cálculo de Áreas, Volumes, Classificação e Seleção de Materiais .............................. 52 4.13.3 Perfil de Distribuição de Volumes e Orientação do Movimento de Terra .................... 53 4.14 Forma de Apresentação ......................................................................................... 54 4.14.1 Estudos Preliminares ..................................................................................................... 54 4.14.2 Projeto Básico ............................................................................................................... 54 4.15 Terraplenagem ou Terraplanagem – Técnicas e Operações mais Utilizadas ........ 55 4.15.1 Escavação ...................................................................................................................... 55 4.15.2 Aterro ............................................................................................................................. 56 4.15.3 Compactação de Solo .................................................................................................... 56 4.15.4 Troca de Solo ................................................................................................................. 56 4.15.5 Drenagem de Solo ......................................................................................................... 57 4.15.6 Prevenção de Erosão ..................................................................................................... 57 4.16 Acervo Fotográfico da Obra .................................................................................. 58 5 CONCLUSÕES ......................................................................................................... 62 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 64 REFERÊNCIAS COMPLEMENTARES ................................................................. 67 8 LISTA DE SIGLAS ° – Graus % – Porcentagem Ø – Diâmetro φ – Fator de Empolamento γn – Massa Específica Aparente Seca Natural γc – Massa Específica Aparente Seca Compactada γs – Peso Específico Real dos Grãos γw – Peso Específico do Fluído μ – Viscosidade da Água Δh – Desvio de Umidade ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas APP – Área de Proteção Ambiental CaC2 – Carburato de Cálcio CBR – California Bearing Ratio cm – Centímetro cm² – Centímetro Quadrado D – Diâmetro Equivalente DER – Departamento de Estradas de Rodagem DMT – Distância Média de Transporte DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT – Departamento Nacional de Infra-estrutura e Transporte Eng.º – Engenheiro ep – Empolamento ES – Especificação de Serviços EUA – Estados Unidos da América GC – Grau de Compactação 9 h – Porcentagem de Umidade H2O – Água IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IP – Índice de Plasticidade ISC – Índice de Suporte Califórnia ISO – International Organization for Standardization kg/cm² – Quilogramas por Centímetro Quadrado kPa – Quilo-Pascal kN/m³ – Quilonewton por Metro Cúbico LL – Limite de Liquidez LP – Limite de Plasticidade m – Metro m² – Metro Quadrado m³ – Metro Cúbico ME – Método de Ensaio mm – Milímetro NBR – Norma Brasileira Regulamentadora pol/minuto – Polegada por Minuto SC – Santa Catarina SE – Solos Expansivos SES – Solos Expansivos Saturados SP – São Paulo UNIPLAC – Universidade do Planalto Catarinense v – Velocidade de Queda Vc – Volume Compactado Vn – Volume Natural Vs – Volume Solto 10 LISTA DE FIGURAS E TABELAS Figura 01 – Gráfico de Peso específico Aparente (kN/m3) x Umidade(%) .................18 Figura 02 – Curva Granulométrica (NBR NM248) .....................................................22 Figura 03 – Aparelhos para Ensaio Speedy (DNER ME 052/94) ................................25 Figura 04 – Início das Atividades .................................................................................58 Figura 05 – Atividades Iniciais .....................................................................................58 Figura 06 – Nivelamento do Terreno ...........................................................................59 Figura 07 – Terreno sendo Nivelado (Corte e Aterro) .................................................59 Figura 08 – Movimentações de Solos ..........................................................................60 Figura 09 – Movimentações de Solos e Estaqueamento ..............................................60 Figura 10 – Equipamentos em Operação ......................................................................60 Figura 11 – Equipamentos em Operação ......................................................................61 Tabela 01 – Energias de Compactação Proctor (NBR 7182:1986) ..............................17 Tabela 02 – Umidade Estimada x Peso da Amostra (DNER-ME 052/1994) ...............2511 1 INTRODUÇÃO 1.1 Apresentação Os objetivos principais contidos neste Relatório de Estágio Supervisionado são a explanação e discriminação, através de análise bibliográfica, atividades desenvolvidas pelo maquinário de terraplanagem para ampliação do complexo penitenciário da cidade de Curitibanos. A obra em questão foi acompanhada pela estagiária no segundo semestre de 2015. A necessidade de ampliação do complexo penitenciário da cidade de Curitibanos foi motivada pela demanda excessiva de super lotação que a capitão Florianópolis vinha apresentando em seu sistema carcerário. Nunca o homem se vangloriou tanto de suas conquistas intelectuais, científicas, tecnológicas, assim como nunca antes reclamou com tanta intensidade dos prejuízos que esse desenvolvimento trouxe ao meio ambiente. (BARBOSA, 2011 p 01) Segundo Neto (2011) a construção civil tem vivido recentemente, uma época frutífera, cujos aumentos nos ganhos, valorização de seus profissionais e expansão do mercado são só algumas das causas e consequências desta realidade, entretanto como todo setor, deve estar atenta às demandas da sociedade na qual está inserida. Pode-se afirmar, portanto, que independente do porte da obra de Engenharia Civil, a realização de trabalhos prévios de movimentação de terras se faz necessário. 12 Por esta razão a terraplenagem teve o enorme desenvolvimento verificado no último século. (NICHOLS, 2010) O tema relata a grande necessidade de ampliação da infra-estrutura de etapas construtiva de terraplanagem (ou movimento de terra) é uma atividade de fundamental importância na construção de obras de engenharia por representar o preparo do terreno para que se possa ser materializado o projeto de um empreendimento. Existe a necessidade de pesquisas e agrupamento de dados que comprovem a eficiência e eficácia destes sistemas quanto à etapas construtiva de terraplanagem, interferindo positivamente na implantação da obra. Por isso, é indispensável o profundo conhecimento e aplicação das metodologias e do controle na execução dos serviços de terraplanagem, a fim de garantir segurança e viabilidade técnico-econômica dos projetos. As atividades de movimentação de terra são exigidas praticamente em qualquer obra de construção. o presente Pré-Projeto de Relatório encontra-se segmentado em capítulos. O primeiro capítulo apresenta a Introdução. O segundo capítulo trata da Revisão Bibliográfica. O terceiro capítulo tem o objetivo de apresentar de forma teórica a Metodologia utilizada na fundamentação deste trabalho. É possível considerar este assunto como uma proposta no desafio ambiental e ecológico para o combate dos danos ambientais gerados com a movimentação de solo, pois está diretamente ligado à vida de seres humanos e demais organismos vivos. As atividades de movimentação de terra são exigidas praticamente em qualquer obra de construção, independente do seu porte. Porém, neste trabalho, o foco estará voltado ao controle tecnológico de terraplenagem para implantação de uma obra de terraplenagem, incluindo um estudo de caso de uma implantação de um complexo penitenciário começou a ser construída na cidade de São Cristóvão do Sul, em 2015. Devido ao crescimento desenfreado da cidade e a erosão acelerada dos solos, através dos processos de industrialização e habitação humana, a natureza nem sempre 13 é capaz de manter o equilíbrio do ecossistema de determinada região. Portanto, os profissionais mais qualificados desenvolvem caminhos alternativos de manutenção do meio em que habitam, tendo como orientação os conhecimentos adquiridos academicamente e as bibliografias disponíveis. Na execução do aterro que servirá de base no local em que será assentada a obra, o que poderia ser evitado na etapa de terraplenagem, com mão de obra qualificada e equipamentos adequados. Portando, há uma série de premissas, ensaios e verificações feitos em campo que comprovam a correta execução de um aterro, gerando economia e segurança. Neste trabalho a intenção é abordar o uso de Tecnologias ou Controles Tecnológicos voltados de forma mais especifica às Obras de Terraplenagem. 1.2 Tema: Estudo de Caso da Obra de Terraplanagem para Ampliação do Complexo Penitenciário da Cidade de Curitibanos. 1.3 Problema da Pesquisa Os profissionais de engenharia são indivíduos instruídos e devem ter em mente que as tarefas de terraplanagem são normatizadas, porém, do ponto de vista prática, nem sempre são atendidas. É a partir desse quadro que surge o principal questionamento da pesquisa: Será que os serviços de terraplanagem acompanhados durante o período de estágio atendem às normas e legislações vigentes estabelecidas? 1.4 Hipótese: Nesta pesquisa, parte-se do princípio de que o gerenciamento e controle da implantação da obra de terraplenagem resultariam em uma economia total da obra, 14 pela utilização de mão de obra qualificada e equipamentos novos. Formula-se a hipótese que dentro do canteiro de obras, a utilização deste tipo de situação contribuirá para melhor produção, pois, com melhor controle aumentaria a produção e a demanda das atividades, realizando a execução da terraplenagem em tempo hábil reduzido. 1.5 Objetivos: 1.5.1 Geral Este trabalho tem como objetivo apresentar o controle tecnológico aplicado em uma obra de terraplenagem, pontuando boas práticas, a forma como é implantado e as suas vantagens no desempenho da obra. 1.5.2 Específicos Apontar os efeitos ambientais pontuais e globais da movimentação de solos, as quais se apresentam como uma consequência da realização de obras de terraplenagem; Determinar os impactos dos equipamentos dentro do meio ambiente da região estudada, tendo como foco a qualidade na execução da obra; Oferecer alternativa ao contratante para redução de investimentos nas obras de terraplenagem, fundamentando-se na preservação ambiental e no uso adequado dos equipamentos dentro do canteiro de obras. 1.6 Justificativa: Sabendo que os projetos de terraplenagem representam eficientes ferramentas utilizadas na integração e no processo de custo e vida útil de uma obra. A diversificação de atividades envolvidas nos trabalhos realizados dentro do canteiro de obras, seja na implantação em terrenos virgens ou melhorias e restaurações que garantem as condições de fluidez, segurança, e estabilidade, além de minimizar os custos totais da obra. 15 Visto que as fases e os procedimentos técnicos adotados na implantação tem sido atualizados e complementados com o uso de modernos equipamentos e programas computacionais que vem nos auxiliar no desenrolar das inúmeras dificuldades encontradas, apresentamos de forma clara e objetiva os métodos para a execução da terraplenagem em um projeto de implantação de canteiro de obras. 16 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Composição da Implantação da obra de Terraplenagem – Aspectos Técnicos Segundo Lozano (2012) os ensaios mais difundidos para avaliação de um solo a ser empregado em um aterro são os ensaios de compactação (Proctor), CBR ou ISC – Índice de Suporte Califórnia, expansibilidade, análise granulométrica por peneiramento e ensaio físico para determinação dos limites de liquidez (LL) e plasticidade (LP) e consequente índice de plasticidade (IP). Atualmente usam-se os mesmos corpos de prova para realização dos ensaios de Proctor, CBR e expansibilidade, e os resultados são apresentados em um relatório, de acordo com a recomendação da Norma DNIT 164/2013-ME – Compactação utilizando amostras não trabalhadas. Estes ensaios visam caracterizar o solo avaliado quanto à resistência mecânica, compressibilidade e permeabilidade. Estes são os fatores mais importantes na hora de se avaliar um material a ser utilizado na execução de um aterro (SOUZA, 2014 apud TRENTER, 2001). O efeito da compactação no solo feito por alguma forma de energia(impacto, vibração, compressão estática ou dinâmica), é o aumento do seu peso específico e resistência ao cisalhamento, e uma diminuição do índice de vazios, permeabilidade e compressibilidade (SOUZA, 2014 apud MANTELLI, 2012). O ensaio de compactação visa obter a correlação entre o teor de umidade e o peso específico seco de um solo quando compactado com determinada energia. Ensaio de Compactação (Proctor) Divulgado em 1933, pelo engenheiro Ralph R. Proctor, o método para controle de compactação revela um dos mais importantes princípios da mecânica dos 17 solos: “A densidade com que um solo é compactado sob uma determinada energia de compactação depende da umidade do solo no momento da compactação.” O ensaio determina a relação entre o teor de umidade do solo e sua massa específica aparente seca, quando a fração de solo que passa pela peneira de 19 mm é compactada. Há três tipos de ensaio Proctor: Normal, Intermediário e Modificado. A diferença entre eles está basicamente na variação de energia utilizada na compactação devido ao maior número de golpes com o soquete. Tabela 01 – Energias de Compactação Proctor (NBR 7182:1986) Fonte: Norma Brasileira Regulamentadora NBR 7182:1986. Realização do ensaio: a) Fixa-se o molde à base metálica, ajusta-se o cilindro complementar e apóia o conjunto em base plana e firme (não esquecer de pesar o conjunto). Compacta-se no molde o material com o disco espaçador (caso do molde grande), com fundo falso, em camadas iguais, cada camada receberá golpes, caindo de certas alturas, distribuídos uniformemente sobre a superfície das camadas. O número de golpes dependerá do tipo 18 de Ensaio Proctor a realizar; Caso necessário utiliza-se o papel filtro para evitar a aderência entre o material e a superfície metálica (ou disco espaçador); b) A compactação de cada camada deve ser presumida de uma ligeira escarificação da camada subjacente com espátula; c) Após a compactação da ultima camada, remove-se o cilindro complementar, tendo-se antes o cuidado de destacar com a espátula o material aderido. Com uma régua de aço biselada arrasa-se o material na altura exata do molde. Resultados: a) Curva de compactação: traça-se a curva de compactação marcando-se nas ordenada as massas específicas aparentes do solo seco e nas abscissas, os teores de umidade correspondentes; b) Massa específica aparente máxima do solo seco: este valor é determinado pela ordenada máxima da curva de compactação; c) Umidade ótima: é o valor da abscissa correspondente, na curva de compactação, ao ponto de massa específica aparente máxima do solo seco; Figura 01 – Gráfico de Peso Específico aparente (kN/m3) x Umidade(%): Fonte: SOUZA, 2014 apud MATTOS, 2001. Posteriormente, com o solo aprovado para uso no aterro da obra, verifica-se o Grau de Compactação (GC) em campo pela expressão: GC(%)=γcampoγdmax x 100 19 Onde g campo é a massa específica seca obtida "in situ", e gdmax é a massa específica seca máxima obtida em laboratório, no ensaio de Proctor, para a energia especificada. Os métodos para apuração da densidade em campo serão apresentados no item. Ensaio de expansibilidade: Utilizando a definição da Norma DNIT 160/2012 – ME – Determinação de expansibilidade, “Ensaio de expansibilidade de solo é o ensaio por meio do qual se determina o aumento do volume que certos solos apresentam, quando em contato com a água ou quando reduzida a pressão sobre eles.”. Após realização do Ensaio de Proctor, o corpo de prova é imerso com seu molde por quatro dias, para medição da expansão. Depois, realizam-se leituras periódicas do extensômetro até que duas leituras com o intervalo de 2h dêem o mesmo valor ou valores decrescentes. A expansibilidade é dada, em percentagem, pela seguinte expressão: Δhh0 ×100= L1− L015 ×100 Em que: Δ = variação da altura; h0 = altura inicial = 15mm; L0 = leitura inicial do extensômetro; L1 = leitura final do extensômetro. Ensaio CBR – Californian Bearing Ratio Este ensaio, também chamado de ISC – Índice de Suporte Califórnia, tem como objetivo avaliar a resistência mecânica dos solos, de modo a permitir a seleção dos materiais que comporão as camadas do aterro. Realização do ensaio: No ensaio, é medida a resistência à penetração de um pistão padronizado na amostra saturada pela imersão em água e que foi anteriormente submetida ao Ensaio 20 de Proctor. O pistão possui 3pol2 (19,4 cm²) de seção transversal e penetra na amostra à velocidade de 0,05 pol/minuto (1,27mm/minuto) por um período de 6 minutos. Anota-se a carga (ou pressão) e a penetração a cada 30 segundos, até o limite de 6 minutos. Os valores são colocados em um gráfico, do qual devem ser obtidos os valores das cargas (ou pressões) correspondentes às penetrações de 0,1 polegadas (2,5 milímetros) e 0,2 polegadas (5 milímetros). O Índice de Suporte Califórnia (ISC – Índice de Suporte Califórnia – ou CBR – California Bearing Ratio) é a relação, em percentagem, entre a pressão exercida pelo pistão padronizado necessária à penetração no solo até 0,1 polegadas (2,5 milímetros) e 0,2 polegadas (5 milímetros) e a pressão necessária para que o mesmo pistão penetre a mesma quantidade em solo-padrão de brita graduada. O resultado final para o CBR determinado será o maior dos dois valores encontrados, correspondentes às penetrações de 0,1 polegadas (2,5 milímetros) e 0,2 polegadas (5 milímetros). CBR = Pressão encontrada Pressão padrão x 100. A norma de referência brasileira para este ensaio é a NBR 9895 – Índice de Suporte Califórnia. Ensaio de Granulometria: O ensaio de granulometria é o processo utilizado para a determinação da percentagem em peso que cada faixa especificada de tamanho de partículas representa na massa total ensaiada. Através dos resultados obtidos desse ensaio é possível a construção da curva de distribuição granulométrica, tão importante para a classificação dos solos bem como estimativa de parâmetros para filtros, bases estabilizadas, permeabilidade, capilaridade etc. A determinação da granulometria de um solo pode ser feita apenas por peneiramento ou por peneiramento e sedimentação, se necessário. O processo de peneiramento é adotado para partículas (sólidos) com diâmetros maiores que 0,075mm (#200). Para tal, utiliza-se uma série de peneiras de abertura de malhas conhecidas, determinando-se a percentagem em peso retida ou passante em cada peneira. Este processo divide-se em peneiramento grosso, partículas maiores que 2 mm (#10) e peneiramento fino, partículas menores que 2 mm. Para o 21 peneiramento de um material granular, a amostra é, inicialmente, seca em estufa e seu peso determinado. Esta amostra será colocada na peneira de maior abertura da série previamente escolhida e levada a um vibrador de peneiras onde permanecerá pelo tempo necessário à separação das frações. Quanto o solo possui uma porcentagem grande de finos, porém não interessa a sua distribuição granulométrica, faz-se, primeiramente, uma lavagem do solo na peneira nº 200, seguido da secagem em estufa do material retido e posterior peneiramento. Este procedimento leva a resultados mais corretos do que fazer o peneiramento direto, da amostra seca. Figura 02 – Curva Granulométrica (NBR NM248): Fonte: Norma Brasileira Regulamentadora NBR NM248. Para os solos finos, siltes e argilas, com partículas menores que 0,075 mm (#200), o cálculo dos diâmetros equivalentes será feito a partir dos resultados obtidos durante a sedimentação de certa quantidade de sólidos em um meio líquido. A base teórica para o cálculo do diâmetro equivalente vem da lei de Stokes, que afirma que a velocidade de queda de uma partícula esférica, de peso específico conhecido, em um meio líquido rapidamente atinge um valor constante que é proporcional ao quadrado do diâmetro da partícula.O estabelecimento da função, 22 velocidade de queda – diâmetro de partícula, se faz a partir do equilíbrio das forças atuantes (força peso) e resistentes (resistência viscosa) sobre a esfera, resultando: 𝑣= 𝛾𝑠−𝛾𝑤1800.𝜇 ×𝐷2 onde: v = velocidade de queda γs = peso específico real dos grãos - g/cm3 γw = peso específico do fluído - g/cm3 μ = viscosidade da água - g . s/ cm2 D = diâmetro equivalente (mm) Ensaio de Limite de Liquidez (LL) e Limite de Plasticidade (LP). A plasticidade do solo, ou limites de consistência, é determinada através de dois ensaios: limite de liquidez e limite de plasticidade. O Limite de plasticidade (LP) é o teor de umidade abaixo do qual o solo passa do estado plástico para o estado semi- sólido, ou seja, ele perde a capacidade de ser moldado e passa a ficar quebradiço. Deve-se observar que esta mudança de estado ocorre nos solos de forma gradual, em função da variação da umidade, portanto a determinação do limite de plasticidade precisa ser arbitrado, o que não diminui seu valor uma vez que os resultados são índices comparativos. Desta forma torna-se muito importante a padronização do ensaio, sendo que no Brasil ele é realizado pelo método da norma NBR 7180. Os ensaios de plasticidade são realizados somente com a parte fina do solo representada pelo material que passa na peneira de abertura 0,42 mm. O limite de liquidez (LL) é o teor em água acima do qual o solo adquire o comportamento de um líquido. Ele é usualmente determinado pelo aparelho de Casagrande. Ele é constituído por uma concha metálica unida a uma manivela que a move, fazendo-a cair sobre uma base sólida um certo número de vezes, até o fechamento de 1 cm da ranhura padrão, feita previamente no solo colocado na concha. O limite de liquidez corresponde ao teor de umidade em que a ranhura se fecha com 25 golpes. Conhecidos o Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade, temos então o Índice de Plasticidade (IP): 23 𝐼𝑃=𝐿𝐿−𝐿𝑃 que é expresso em porcentagem e pode ser interpretado, em função da massa de uma amostra, como a quantidade máxima de água que pode lhe ser adicionada, a partir de seu Limite de plasticidade, de modo que o solo mantenha a sua consistência plástica Ensaios de campo A partir desses ensaios realizados, obtém-se a base teórica para avaliação das condições do uso do solo no aterro que se deseja fazer. Esses parâmetros são indispensáveis para o projeto da terraplenagem de uma obra. Mas existe outro aspecto fundamental no sucesso do empreendimento: o controle tecnológico feito durante a execução de aterros. Este fator é crucial, e, muitas vezes, não vem sendo aplicado nas obras de terraplenagem: controlar as tais propriedades de engenharia, que na fase de projeto nortearam o cálculo e o dimensionamento das estruturas (obras) de terra. Sabe- se que os parâmetros geotécnicos são indispensáveis aos cálculos de engenharia que redundaram no projeto do aterro e temos que certificar que estas importantes propriedades estarão sendo observadas no aterro executado. Apresenta-se então os ensaios de campo mais difundidos na terraplenagem e que são regulamentados pelas Normas do DNIT: Ensaio de determinação da umidade: Como visto, há um teor de umidade que, dada uma energia de compactação, levará a um peso específico seco mais elevado, o que levará a uma maior resistência mecânica do aterro. Para a determinação do teor de umidade do aterro executado, normalmente usa-se o ensaio conhecido como “Speedy” pela sua rapidez e praticidade na obtenção do resultado. A Norma rodoviária DNER-ME 052/1994 descreve como o ensaio deve ser executado. A determinação do teor de umidade de solos e agregados miúdos com a 24 utilização deste método tem base na reação química da água existente em uma amostra com o carbureto de cálcio, realizada em ambiente confinado: CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2 O gás acetileno ao expandir-se gera pressão proporcional à quantidade de água existente na amostra. A leitura dessa pressão em um manômetro permite a avaliação da quantidade de água em uma amostra, e em consequência, do seu teor de umidade. Aparelhagem: Figura 03 – Aparelhos para Ensaio Speedy (DNER ME 052/94) Fonte: Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNER ME 052/94. a) Conjunto “Speedy” completo (ver fotos acima); b) Ampolas com cerca de 6,5 g de carbureto de cálcio (CaC2) O peso da amostra a ser utilizada é escolhido pela umidade que se admite a amostra possuir, de acordo com a tabela: 25 Tabela 02 – Umidade Estimada x Peso da Amostra (DNER-ME 052/1994) Fonte: Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNER ME 052/94. ENSAIO: (Aqui o ensaio é descrito para o modelo denominado “alemão”) a) Pesar a amostra e colocar na câmara do aparelho; b) Introduzir na câmara duas esferas de aço, seguidas da ampola de carbureto de cálcio, deixando-a deslizar com cuidado pelas paredes da câmara, para que não se quebre; c) Fechar o aparelho e agitá-lo repetidas vezes para quebrar a ampola, o que se verifica pelo surgimento de pressão assinalada no manômetro; d) Ler a pressão manométrica após esta se apresentar constante, o que indica que a reação se completou. (Se a leitura manométrica for menor que 20 kPa [0,2 kg/cm2], o ensaio deve ser repetido com peso de amostra imediatamente superior ao empregado, conforme a tabela. Se a leitura for maior que 150 kPa [1,5 kg/cm2], interromper o ensaio, afrouxando a tampa do aparelho devagar, e repetir o ensaio com um peso imediatamente inferior. Apenas na faixa de 0,2 a 1,5 kg/cm2 o aparelho fornece leituras confiáveis.) e) Entra-se na tabela de aferição própria do aparelho com a leitura manométrica e o peso da amostra utilizada no ensaio, obtendo a percentagem de umidade em relação à amostra total úmida (h1). Resultado do ensaio (se realizado em temperatura próxima de 20ºC): h = 100. h1 / (100 – h1). 2.2 Boas Práticas de Controle Tecnológico na Execução da Terraplenagem Muitos responsáveis por obras de aterro diriam que através do controle tecnológico, determina-se o grau de compactação e o desvio de umidade dos solos de 26 aterro, o que está correto, entretanto, não pode ser considerada uma resposta completa (LOZANO, 2012). Isso se deve ao fato de que este procedimento largamente empregado atualmente, é necessário, porém não é o suficiente, pois não determina as propriedades de resistência; compressibilidade; e ou permeabilidade, e consequentemente não é feita a verificação se estas propriedades encontradas correspondem às adotadas no projeto. A seguir, apresenta-se uma sequência de atividades construtivas que englobam o controle tecnológico de aterros. Deverão ser realizadas visitas periódicas com os seguintes objetivos: 1. Certificar que a geometria de execução está de acordo com o projeto: 2. Determinar a altura de escavação até o solo de fundação; 3. Demarcar faixas de compactação na largura do rolo compactador; 4. Calcular a espessura da camada compactada (no máximo 20 centímetros); 5. Dimensionar a sobrelargura dos taludes; 6. Solicitar a execução de gabarito para verificar a inclinação do talude; 7. Especificar as cotas, largura e inclinação das bermas e platôs; 8. Durante as escavações, coletar amostras indeformadas para execução de ensaios triaxiais; 9. Garantir que o encontro do aterro com o maciço de solo natural seja feito em degraus; 10. Garantir que a compactação no encontro fique de acordo com o projeto. 11. A drenagem provisória deverá ser executada antes da fase de compactação e outras fases das obras e deverá ser ajustada, quando necessário, durante a obra. 12. Lançamento e espalhamento das camadas soltas de aterro; 13. Definir previamente as faixas de compactação por meio de cruzetas e estacas; 14. Colocar piquetes a cada 10 metros, para verificar a espessurada camada compactada; 15. As faixas de compactação devem ser sobrepostas. 16. Controlar visualmente a homogeneidade, verificando se há mudança de 27 solo proveniente da área de empréstimo. 17. Coletar amostras para ensaios de caracterização e próctor normal para cada mudança solo (adotando no mínimo 3 amostras); 18. Fazer um “croqui” com a locação e numeração da coleta de amostras. 19. Quando houver mudança de solo da área de empréstimo ou mudança de jazida, devem-se ter definidas as especificações técnicas deste solo antes do lançamento. 20. O lançamento e espalhamento deverão ser executados em uma única faixa. Assim, mesmo após um período de chuvas, tem-se frente de trabalho no restante da praça que se encontra compactada e selada. 21. Verificar a homogeneidade do solo de fundação, quanto à resistência; 22. Exigir uniformidade das camadas, através do número de passadas do rolo compactador; 23. A espessura da camada não deve ter mais que 20 cm compactada, salvo se existir na obra equipamento que permita espessuras maiores; 24. Executar coleta de corpos de prova por cravação de cilindros tipo triaxial ou hilf, e copinhos, para determinação de densidade e umidade em laboratório a cada 300 m3, no mínimo dois por camada e, quando houver mudança do tipo de solo, proveniente de área de empréstimo; 25. O engenheiro deverá comparar os resultados dos ensaios de laboratório com o grau de compactação (GC) e o desvio de umidade (Δh) especificados em projeto, e informar imediatamente ao encarregado de campo; 26. Solicitar escarificação para recompactação, secagem ou umedecimento da camada, caso não se apresente nas condições especificadas no projeto. 27. Solicitar que a última camada seja selada sempre que os serviços forem paralisados ou quando houver iminência de chuvas. 28. Fazer um “croqui” com a locação e numeração dos ensaios realizados; 29. Solicitar execução de proteção superficial em taludes. 28 2.3 Benefícios e Principais Resultados O controle tecnológico quando contempla todos os aspectos citados nos itens, certamente traz uma série de vantagens para a etapa de terraplenagem e as etapas sub-sequentes, principalmente se tratando de uma obra viária. Materializam-se ganhos na qualidade, na segurança e na viabilidade econômica do empreendimento. Essas melhorias trazidas pelo advento do controle tecnológico podem ser detalhadas: a) A qualidade preza por executar os serviços de acordo com os procedimentos e parâmetros pré-estabelecidos em projeto e o controle tecnológico permite criar uma memória que qualifica as diferentes etapas e resultados obtidos nas obras de terraplenagem. b) Aumenta-se a confiabilidade na execução, ajudando a gerar uma maior satisfação do cliente, fundamental para qualquer empresa com um Sistema de Gestão da Qualidade conforme requisitos da norma ISO 9001. c) Evita o desperdício. Pode-se citar como exemplo um caso onde o solo proveniente de um corte foi descartado sem recolhimento para ensaios de caracterização e poderia ter sido usado como reforço de subleito. d) Diminui o retrabalho e necessidade de manutenções futuras. Isso fica claro ao imaginarmos uma patologia detectada no aterro quando esse já possui grande extensão, necessitando de escarificação e recompactação. e) Otimiza a utilização dos recursos, o que também pode gerar economia. Serve de exemplo o caso onde se sabe o número de passadas do rolo compactador necessárias para que a camada atinja a densidade máxima e evita-se que mais horas sejam gastas do equipamento. 2.4 Principais Etapas de Execução Há muitos casos de aterros sendo feitos de forma inadequada, sob as mais variadas justificativas. Porém, sem tecnologia correta, cria-se um mito que não condiz com a verdade. Seja qual for o volume de aterro, qual seja o solo do local e das possibilidades de áreas de empréstimo (de onde se remove o solo), há um procedimento executivo de engenharia civil geotécnica adequado, que proporcionará economia e 29 segurança. Sem a devida aplicação dos conhecimentos geotécnicos na execução destes aterros, muitos problemas poderão ocorrer, em pequenas e grandes obras de engenharia, como exemplificados a seguir: a) Recalques e afundamentos de piso, ruas, vias e fundações; b) Vazamentos de redes hidráulicas e sanitárias; c) Deslizamentos de taludes, contenções e muros de arrimo; d) Vazamentos de lagoas de tratamento de resíduos e líquidos; e) Erosões internas em diques e barragens; f) Não enchimento de lagoas, diques e barragem por perda de água. Ao projetar um aterro deve-se conhecer as propriedades de engenharia dos solos a serem utilizados e que virão do empréstimo. Têm-se as propriedades de resistência, compressibilidade, e permeabilidades, que serão determinadas através de ensaios de laboratório realizados em amostras de solos extraídas das áreas de empréstimo. Geralmente têm-se várias possibilidades de áreas de empréstimo e, cada uma destas, têm diversas camadas de solo com diferentes características e em profundidades distintas. Isto requer um estudo de alternativas, procurando identificar entre elas a melhor alternativa técnica e econômica de empréstimo. Há algumas técnicas recomendáveis que podem ser vistas como parte integrante de um controle tecnológico para evitar problemas futuros na obra de aterro. Este procedimento deve ser revestido de bom senso, evidentemente, pois, sempre se tem que observar o custo e o benefício envolvido naquela obra. É preciso projetar a execução do aterro com conhecimento prévio dos solos existentes, mais próximos ao local da obra e nas áreas de menor custo de escavação. Ele deve ser projetado para os solos de menor custo, existentes próximos à obra. Contrariando, a prática que se vem observando, é que se desenvolve um projeto e depois disto é que se parte para procurar um empréstimo. Os solos para execução dos aterros são provenientes de escavações e através dos ensaios de laboratório, se determinam as propriedades de resistência, compressibilidade e ou permeabilidade, se e quando necessárias para as diferentes obras. Com estes parâmetros tornam-se possíveis os cálculos de engenharia geotécnica, que então proporcionarão o dimensionamento dos taludes, aterros e camadas “impermeáveis”, entre outras, que trarão a devida segurança às obras já citadas. (LOZANO, 2012) 2.4.1 Etapas Preliminares A preparação do terreno é composta por algumas etapas genéricas que, obviamente, podem ser desnecessárias conforme as características especificas do terreno encontrado. Estas etapas são as seguintes (ABRAM e ROCHA, 2000): a) Desmatamento (retirada da vegetação de grande porte) – pode ser feita com moto-serra ou, eventualmente, com processos mecânicos, no caso de existência de poucas árvores (como dozer, pá carregadora, etc.); 30 b) Destocamento – retirada de tocos e raízes; c) Limpeza – retirada da vegetação rasteira; d) Remoção de camada vegetal – a camada de solo que pode ser considerada um banco genético, deve ser retirada particularmente, pois não pode ser utilizada em aterros, ou seja, possuem baixa resistência, alta compressibilidade e permeabilidade. 2.4.2 Escavação Escavação é um processo empregado para romper a compacidade do solo em seu estado natural, por meio do emprego de ferramentas cortantes, como a faca da lâmina ou os dentes da caçamba de uma carregadeira, desagregando-o e tornando possível o seu manuseio. A escavação será precedida da execução dos serviços de desmatamento, destocamento e limpeza da área do empréstimo. O material procedente da escavação do terreno natural, geralmente, é constituído por solo, alteração de rocha, rocha ou associação destes tipos. São cortes de material para atingir o nível topográfico da obra. Pode ser classificado em três categorias: 1ª, 2ª e 3ª categoria, seguindo orientação da norma DNIT–2009- ES - Terraplenagem – Cortes Especificação de Serviços. a) 1ª Categoria: São compostos por solos em geral e seixos de até Ø15cm, praticamente há a ausência de fragmentos de rocha, corresponde ao 1º horizonte de terra. São fáceis de ser desagregados, utilizam-se basicamente trator de esteiras ou escavadeiras e a produtividade é alta; b) 2ª Categoria: São compostos por materiais resistentes ao desmonte mecânico, ou seja, fragmentos de rocha de até 25 centímetros diâmetro, além de escavadeiras utilizam-se tratores com lâminas e com escarificadores. Devido a resistência a produtividade é menor e seu custo de execução é maior; c) 3ª Categoria: São compostos por rochas sãs ou matacões (blocos de rocha com diâmetro maior que 25 centímetros). O desmonte é feito por perfuratrizes e explosivos. Sua produtividade é extremamente baixa e custo elevado. 31 2.4.3 Carregamento A carga consiste no enchimento da caçamba, ou no acúmulo diante da lâmina, do material que já sofreu seu processo de desagregação, ou seja, que já foi escavado. 2.4.4 Empréstimo É a escavação de material em local definido (jazida) para complementação de material necessário para a execução do aterro. 2.4.5 Espalhamento Essa operação consiste em espalhar o material trazido normalmente por caminhões basculantes e que se encontra em “montes” pela área de aterro, uniformizando a camada que posteriormente será compactada. Essa operação é feita normalmente por tratores e/ou motoniveladoras. 2.4.6 Transporte do Excesso de Terra O excesso de terra proveniente do corte deverá ser transportado para outras áreas: se o material for de boa qualidade e reaproveitável, pode ocorrer o chamado “Bota Dentro”, que consiste em reaproveitá-lo imediatamente em algum local da obra como material de aterro; o “Bota Espera” que significa estocar o material temporariamente para que seja reaproveitado futuramente em alguma etapa de terraplenagem, ou, caso o excesso retirado não possa ser utilizado (solos moles, camada de remoção vegetal), utilizar-se-á o “Bota Fora”, que é o transporte desse material para algum local de despejo autorizado fora da obra. 32 3 METODOLOGIA DA PESQUISA 3.1 Metodologia O desenvolvimento se deu bibliograficamente, com levantamento de dados através da pesquisa em fontes digitais, a fim de contextualizar os benefícios das obras de terraplanagem e de sua implantação quanto aos aspectos relativos à movimentações de solos, tendo como base o acompanhamento da ampliação de um complexo penitenciário pela Estagiária. 3.1.1 Método de abordagem: Esta pesquisa teve como objetivo a identificação dos ensaios laboratoriais envolvidos na caracterização dos solos. Na busca por uma análise concisa dos dados coletados, a pesquisa foi desenvolvida através da coleta de informações em arquivos digitais e outras obras impressas publicadas relacionadas ao assunto. 3.1.2 Técnica da pesquisa: A pesquisa é de natureza Bibliográfica, com objetivos desenvolvidos de forma Descritiva, com procedimentos técnicos Exploratórios e com forma de abordagem do problema do tipo Qualitativa. A obtenção das informações se deu através de pesquisas na internet, revistas, jornais, entre outros meios de comunicação existentes e de conteúdo seguro e confiável, bem como das Normas Regulamentadoras envolvidas. 33 3.1.3 Estrutura Básica do Relatório de Estágio Esta pesquisa foi realizada conforme o projeto exposto em aula pelo Supervisor de Estágio da disciplina Estágio Supervisionado do décimo semestre do curso de Engenharia Civil da Universidade do Planalto Catarinense – UNIPLAC –, sendo analisado conjuntamente com o Orientador para a construção de uma literatura que possa servir como embasamento bibliográfico na área de Estradas. A Metodologia empregada está fundamentada no embasamento teórico sobre a literatura existente, segura e confiável. 34 4 MATERIAIS E MÉTODOS Neste capítulo, apresentam-se os materiais utilizados e os procedimentos realizados no desenvolvimento da pesquisa. O material é listado abaixo e os procedimentos são descritos nos itens seguintes. Para a digitalização e tratamento dos dados, foram utilizados os programas computacionais Acrobat Reader (Adobe Systems Inc.), Word 2007 (Microsoft Corporation) e Google Chrome (Google Inc). Os materiais utilizados na elaboração deste Trabalho foram pesquisas em publicações sobre o tema, artigos, monografias, trabalhos de final de curso, dissertações de mestrado e teses de doutorado. O método está associado à síntese destes trabalhos, com o intuito de expor os métodos de ensaio associados à análise de solos, bem como os métodos construtivos de terraplenagem e movimentações de terra no ramo da construção civil. 4.1 Levantamento de Dados A fase de levantamento de dados envolveu a coleta de material bibliográfico, que serviram de base para o desenvolvimento do trabalho. Em busca do conhecimento existente sobre o tema, foram consultados alguns trabalhos disponíveis em meio eletrônico. A revisão bibliográfica efetuada a partir deste levantamento é apresentada no Capítulo 2, juntamente com os dados gerados no desenvolvimento da pesquisa. 35 4.2 Tratamento dos Dados Um extensivo levantamento dos trabalhos que tratam de terraplenagem foi realizado nas bases de dados textuais e referenciais disponíveis na Internet, possibilitando o levantamento suficiente de informações e servindo para a elaboração de uma visão geral do conhecimento existente sobre o assunto. Procurou-se observar atentamente cada publicação para que se criasse uma bibliografia ampla e focada sobre o tema. Esta compilação é apresentada de forma conclusiva no Capítulo 5. 4.3 Integração dos Dados O país dispõe de um banco de dados de boa qualidade, servido por um conjunto de normas e leis que procuram atender às necessidades de terraplenagem do ramo da construção civil. O assunto tem sido alvo de discussões cada vez mais intensas, gerando muitas opiniões acerca de preservação ambiental em instituições de ensino, palestras, seminários, congressos e ainda entre os profissionais do ramo da construção civil, tais como engenheiros, arquitetos, urbanistas e técnicos. Ainda assim, as práticas construtivas que ocorreram antes dessas discussões geraram situações de agressão no espaço urbano, mas que aos poucos vem sendo atendidas. 4.4 Caracterização dos Processos – Principais Técnicas e Operações Como o próprio nome já dá a entender, Terraplenagem é o ato de terraplenar, ou seja, tornar a terra ou terreno a terra ou terreno plano. Normalmente, o trabalho de terraplenagem não é tão simples quanto pode parecer a primeira vista. Adequar a topografia original de um terreno ao projeto de construção pode ser um trabalho árduo e complexo dependendo das atuais condições do mesmo. Uma boa dica para quem pensa em construir é consultar um profissional da área antes de adquirir o terreno, para que possa ser auxiliado de modo a escolher um lote cuja topografia original seja condizente com seus planos de construção. Quando 36 mais próximo ao nível do pavimento térreo for a topografia do terreno, maior será a economia com a terraplenagem, que em alguns casos pode chegar a até 20% do valor da obra. Nem sempre o terreno mais barato é o mais indicado. Infelizmente, nem sempre há condições de escolher o terreno com melhor topografia, e nesta parte é que entram as técnicas de terraplenagem. As operações básicas empregadas em terraplenagem são as seguintes: 4.4.1 Escavação Escavação: Ato de escavar a terra, rebaixando a topografia natural do terreno para a cota pré-determinada no projeto de construção. a) Escavação com Remoção de terra: Nesta operação, a terra é escavada e carregada em caminhões basculantes que transportarão o material para locais denominados Aterros ou Bota-Foras; b) Escavaçãosem Remoção de terra: A terra é escavada onde a topografia está acima das cotas do projeto, e é utilizada no Aterro das áreas onde o nível do terreno está abaixo das cotas do projeto de construção. Este processo também é conhecido como "corte e compensação". 4.4.2 Aterro Aterro: Ato de aterrar determinado local, utilizando-se preferencialmente de terra vermelha, por seu melhor rendimento no trabalho de compactação do aterro, para que áreas abaixo da cota do projeto de construção sejam elevadas. a) Aterro com Importação de terra: Quando não há no próprio terreno material (proveniente de áreas de escavação) suficiente para atingir as cotas do projeto por meio de aterro, é necessário realizar importação de terra, vinda de outro terreno cuja remoção desta seja necessária. b) Aterro sem Importação de terra: Este é o processo de realizar aterro sem importação de terra, por meio de "corte e compensação". 37 4.4.3 Compactação de Solo Compactação de Solo: Quando é necessário Aterro em determinado local, é imprescindível que seja feito um trabalho de Compactação do Solo. Este trabalho consiste em compactar o solo utilizando-se de equipamento chamado Rolo Compactador Pata (também conhecido como pé-de-carneiro) que comprime o solo com seu peso e vibração a fim de torná-lo tão firme e resistente quanto necessário. Normalmente um engenheiro de solos ou engenheiro calculista determina quanto compacto deve estar o solo. Também são realizadas análises laboratoriais para definição quanto ao solo estar apto ou não para construção. Normalmente o processo de compactação é realizado em camadas. Um pequeno aterro de no máximo 20 cm de altura é realizado, e logo após caso a terra esteja seca ela é umedecida por meio de um caminhão-pipa ou "secada" por meio de um equipamento chamado Grade caso esteja muito úmida. Somente então é que é utilizado o Rolo Compactador Pata. E assim são utilizadas tantas camadas quantas forem necessárias para atingir a cota existente no projeto. 4.4.4 Troca de Solo Troca de Solo: A técnica de troca de solo é utilizada quando a consistência do solo original não é boa, ou seja, não é firme o suficiente para suportar a carga da futura edificação. O estudo do solo é feito por meio de Sondagem (remoção de amostras do solo em determinadas profundidades para estudo laboratorial) para definição de quantos metros abaixo da topografia original deverá ser feita a escavação. Após escavado o terreno para remoção do solo inconsistente, é realizado o processo de aterro com compactação para adequar o terreno às cotas exigidas no projeto. 4.4.5 Drenagem de Solo Drenagem de Solo: Em terrenos onde há excesso de umidade, a drenagem é realizada com a criação de canais (valas de nível mais baixo que o restante do terreno) em locais estratégicos para escoamento da água existente. Quando a origem da umidade é proveniente de nascente, deve-se respeitar um raio de aproximadamente 50 38 metros da mesma e criar um canal que desvie a água para longe do local da construção. Se a origem da umidade for resultado de acúmulo de águas pluviais, recomenda-se apenas inclinar suavemente o terreno para que esta escoe com maior facilidade, e se possível, criar um canal adjacente à parte mais baixa do terreno para escoamento da água. 4.4.6 Prevenção de Erosão Prevenção de Erosão: Em solos sedimentares ou de composição arenosa, taludes e terrenos de topografia em aclive ou declive é constante o aparecimento de erosões ocasionadas pela ação de fortes chuvas. A técnica mais utilizada para prevenir o aparecimento de erosões em grandes áreas é a criação de curvas de nível, que são cortes ao longo do talude (ou aclive / declive) que captam a água de escorre pela terra afim de não deixar que esta crie velocidade e desagregue o solo levando consigo sedimentos e abrindo valas (as erosões). Normalmente, a quantidade de curvas de nível em uma determinada área depende da sua extensão e grau de inclinação. Em taludes a 45° (inclinação natural da terra não compactada em aterros) não é aconselhável haver mais de 5 ou 6 metros entre as curvas de nível. Quanto menor a inclinação, maior o espaço permitido entre as curvas de nível. 4.5 Caracterização do Serviço de Terraplenagem O serviço de terraplenagem tem como objetivo a conformação do relevo terrestre para implantação de obras de engenharia, tais como açudes, canais de navegação, canais de irrigação, rodovias, ferrovias, aeroportos, pátios industriais, edificações, barragens e plataformas diversas. A literatura técnica brasileira de engenharia carece de uniformização normativa, não existindo uma definição de terraplenagem de consenso, cada autor definindo terraplenagem do modo que julga mais conveniente. Alerta-se, portanto, que a definição aqui adotada não tem validade de norma. Por definição, terraplenagem é a técnica de engenharia de escavação e movimentação de solos e rochas. O termo técnico mais usualmente adotado para 39 terraplenagem em rocha é desmonte de rocha. O serviço de terraplenagem compreende quatro etapas: escavação, carregamento, transporte e espalhamento. Alguns autores incluem, logo após a etapa de transporte, a etapa de descarga. Consideramos, porém, que a etapa de descarga não é significativa, estando incluída na etapa transporte, visto que todo equipamento de transporte provém a descarga do material. Outros autores e especificações incluem, ainda, a compactação de aterros como uma quinta etapa do serviço de terraplenagem. Entendemos, no entanto, que a compactação de aterros é um serviço à parte do serviço de terraplenagem, existindo três fortes justificativas para apoiar este ponto de vista: todo serviço de terraplenagem sempre contém as quatro etapas citadas acima; nem todo material escavado em terraplenagem é destinado à confecção de aterro, podendo ser descartado como bota-fora; os equipamentos de compactação de aterros são de natureza diferente dos equipamentos de terraplenagem. Na conformação do relevo terrestre o serviço de terraplenagem sempre contém duas atividades características: escavação de material em um determinado local e espalhamento deste material em local distinto do primeiro. Pode-se ter duas condições para cada uma destas atividades. Para melhor compreensão, a análise a seguir terá por base a construção de uma plataforma: a região a ser escavada está contida na região da plataforma, sendo que as cotas do terreno natural estão acima das cotas de projeto da plataforma, caracterizando regiões em cortes, ou simplesmente cortes; a região a ser escavada está fora da região da plataforma, sendo que o material escavado virá de locais externos denominados empréstimos; a região onde o material escavado será espalhado está contida na região da plataforma, sendo que as cotas do terreno natural estão abaixo das cotas de projeto da plataforma, caracterizando regiões de aterro, ou simplesmente aterros; a região onde o material (ou parte do material) escavado será espalhado é externa à região da plataforma, caracterizando região de bota-fora, ou simplesmente bota-fora. Em uma obra pode-se ter as quatro condições citadas acima. Casos típicos são os de terraplenagens em rodovias e ferrovias, cujos projetos de terraplenagem são constituídos por uma sucessão de cortes e aterros; o aproveitamento de eventuais sobras de cortes para aterros distantes com falta de material pode ser antieconômico, devido às grandes distâncias de transporte do material escavado, havendo a 40 necessidade de definir bota-foras e empréstimos laterais. Para as atividades preliminares à execução da terraplenagem, a técnica de execução é a mesma, independente do tipo de obra de engenharia a ser executada. A classificação dos materiais de terraplenagem não é tarefa fácil, ocorrendo freqüentemente os três materiais em um mesmo corte, com horizontes que não sãomuito bem definidos. Os materiais de 2º categoria são o de maior dificuldade de classificação. Por exemplo: porcentagem do volume de blocos de rocha, pois os mesmos estarão contidos em material de 1º categoria; localização do horizonte entre rocha alterada, que necessitam do uso esporádico de explosivos, e rocha sã, que necessita do uso contínuo de explosivo. Empolamento do Material Escavado: Se considerarmos uma determinada massa de solo natural, de volume natural Vn, esta massa de solo apresentará um aumento de volume, ou empolamento, após o solo ser escavado, com um volume solto Vs maior do que Vn. A mesma massa de solo apresentará, após compactada, um volume compactado Vc menor do que Vn. Em média, o volume solto é 25% maior do que o volume no terreno natural, e o volume compactado é 15% menor. A massa específica aparente seca natural (γn) será, portanto, maior do que a massa específica aparente seca solta (γs) e menor do que a massa específica aparente seca compactada (γc). No estudo do empolamento de solos trabalha-se com três relações. A primeira das relações, denominada empolamento (ep), traduz a relação entre o volume solto e o volume natural, sendo dado por: ep = Vs / Vn ou ep = γn / γs A segunda das relações, denominada porcentagem (ou taxa) de empolamento [p(%)], nos dá a taxa de aumento, em porcentagem, do volume solto em relação ao volume natural, sendo dada por: p(%) = (ep – 1) 100 A terceira delas, denominada fator de empolamento (φ), traduz a relação de redução da massa específica aparente seca ao se escavar o material, com valor sempre menor do que 1, (φ) sendo dado por: 41 φ = Vn / Vs ou φ = 1 / ep 4.6 Equipamentos Antes do início da execução dos serviços todos os equipamentos devem ser examinados e aprovados pelo DER/SP. Os equipamentos básicos para execução dos aterros são compostos das seguintes unidades: a) motoniveladoras pesadas equipadas com escarificador; b) grade de discos; c) pá carregadeira; d) rolos compactadores, lisos, pé de carneiro, estáticos ou vibratórios; e) caminhão tanque irrigador; f) trator de esteira com lâmina e ripper; g) trator agrícola; 4.7 Execução 4.7.1 Considerações Iniciais O início das operações deve ser precedido da execução dos serviços de desmatamento, destocamento e limpeza. Quando a fundação do aterro for constituída de solos compressíveis ou em zona inundada, deve ser atendido o disposto na especificação ET-DE-Q00/004 – Aterro sobre Solos Compressíveis. No caso de execução de aterros a meia encosta, onde o terreno natural possui inclinação superior a 25%, o talude deve ser previamente cortado em degraus com altura aproximada de 1,0 m antes do lançamento do material para execução da respectiva camada de aterro. A execução das camadas deve ser iniciada pelo lado mais baixo, os degraus executados no talude devem ter largura suficiente para deslocamento dos equipamentos ao realizar as operações de descarga e compactação das camadas 42 lançadas. Os cortes horizontais para formação dos degraus devem ser iniciados na interseção do terreno natural com a superfície da última camada lançada e compactada. O material resultante da escavação deve ser espalhado e compactado no aterro em execução, se a quantidade de material for insuficiente, resultando uma camada muito delgada, isto é, inferior as espessuras definidas nesta especificação, deve ser adicionado mais material de aterro para completar a espessura. Os materiais devem ser misturados, homogeneizados e compactados em única camada. Nos alargamentos de aterros ou no caso de correções de erosões, o talude existente deve ser cortado em degraus, com largura suficiente para permitir as operações de deposição, espalhamento e compactação do material. O alargamento ou correção das erosões são constituídas conforme descrito nesta especificação até atingir o nível do aterro existente Todo leito antigo deve ser escarificado, conformado e compactado com a camada adjacente do alargamento ou correção, e a espessura total da camada escarificada e do material adicional, se houver, não deve ser ultrapassar a espessura máxima determinada nesta especificação. Os cortes horizontais no aterro antigo devem ser executados conforme o especificado para aterros na meia encosta. A superfície das camadas compactadas deve possuir inclinação para fora do aterro de alargamento ou correção, a fim de não acumular água de chuva nos pontos de junção do aterro antigo com o aterro novo. Desde o início das obras até seu recebimento, os aterros construídos ou em construção devem ser protegidos contra ação erosiva das águas e mantidos em condições que assegurem a drenagem eficiente. Nos aterros de acesso de encontros das pontes, o enchimento das cavas das fundações e as trincheiras de bueiros, bem como todas as áreas de difícil acesso ao equipamento usual de compactação, devem ser compactadas com o uso de equipamento adequado, como soquetes manuais e sapos mecânicos. Em regiões onde houver predominância de areia, admite-se a execução de aterros com seu emprego, desde que previsto em projeto. Exige-se a proteção das camadas de areia, através da execução de camadas subseqüentes, na espessura definida em projeto, com material terroso devidamente compactado. Durante todo o tempo que durar a construção, até o recebimento do aterro, os materiais e os serviços devem estar protegidos contra a ação 43 destrutiva das águas pluviais, do trânsito e de outros agentes que possam danificá-los. A responsabilidade desta conservação é da executante e não é objeto de medição. Os aterros devem ser executados em camadas sucessivas, com espessura solta, definida pela fiscalização, em função das características geotécnicas do material e do equipamento de compactação utilizado que resultem na espessura compactada de no mínimo de 15 cm. O lançamento do material deve ser feito em camadas sucessivas em toda largura da seção transversal e em extensões tais que permitam seu umedecimento e compactação. São aceitas camadas compactadas com espessuras superiores a 15 cm, desde que autorizadas pela fiscalização e comprovadas em aterro experimental, isto é, desde que equipamento utilizado confira o grau de compactação mínimo exigido de 100% em relação ao Proctor Normal, conforme NBR 7182. Admitem-se espessuras de até 30 cm de espessura para as camadas do corpo do aterro e do máximo 20 cm para as camadas finais de aterro, isto é, o último um metro. As camadas individuais do aterro devem ser constituídas preferencialmente por material homogêneo. Quando os materiais provenientes da escavação forem heterogêneos, os materiais devem ser misturados com emprego de grades de disco, motoniveladoras, a fim de se obter, ao final destas operações, a homogeneidade do material. Quando existirem materiais em excesso provenientes da escavação, e optar-se pela utilização de execução de aterros com alargamento da plataforma, abrandamentos dos taludes ou for necessária à execução de bermas de equilíbrio, estas operações devem ser efetuadas desde a etapa inicial do aterro. Durante a compactação das camadas de aterro, o equipamento deve deslocar-se sobre a camada de maneira a proporcionar a cobertura uniforme de toda área. A compactação deve ser realizada com equipamentos adequados ao tipo de solo. As condições de compactação exigidas para aterro e as variações de umidade admitidas são: - a variação do teor de umidade admitido para o material do corpo de aterro é de ± 3 % em relação a umidade ótima de compactação e o grau de compactação mínimo exigido é de 95% em relação à massa específica aparente seca máxima conforme NBR 7182, na energia normal; - para as camadas situadas no último um metro, camada final de aterro, a variação de umidade do material admitida é de ± 3% para as camadas iniciais, e de ± 2% para as três últimas camadas, em relaçãoà 44 umidade ótima de compactação determinado conforme NBR 7182, na energia adotada para compactação do material; - o grau de compactação mínimo exigido para as camadas finais situadas no último um metro é de 100% em relação à massa específica aparente seca máxima, determinada conforme NBR 7182, na energia adotada para compactação do material. A energia de compactação a ser adotada deve ser a maior energia que o material empregado suporte, perante as condições dos equipamentos utilizados. Deve-se assegurar que os valores obtidos para o CBR sejam superiores ou iguais ao previsto no projeto, bem como as expansões sejam inferiores às especificadas também em projeto. Os materiais empregados na execução da camada final, quando não estiver definido no projeto, devem possuir as seguintes características: - pertencer aos grupos de classificação MCT, determinado conforme DER M196, especificados em projeto; - nos 0,30 m iniciais os solos devem possuir CBR > 3% e expansão ≤ 2%; - nos 0,40 m intermediários os solos devem possuir CBR > 5% e expansão ≤ 2%; - nos 0,30 m finais, superficiais os solos devem possuir > 10% e expansão ≤ 2%; - nos cortes onde o material do subleito não apresentar CBR mínimo de 10%, deve ser feita a substituição do material, numa espessura mínima de 0,40 m, com materiais que atendam os parâmetros CBR ≥ 10% e expansão ≤ 2%. Nas áreas de transição de aterros para corte deve ser executada a escavação e remoção de 0,60 m abaixo da cota de terraplenagem, na área de corte a extensão mínima de 2,0 m. O material escavado deve ser substituído por materiais com as mesmas características dos 0,60 m finais da camada final de aterro. Em regiões com predominância de material rochoso, proveniente das escavações, admite-se a construções de aterro com estes materiais, desde que prevista em projeto. Os fragmentos de rocha não devem ser possuir dimensões superiores a 75 cm, os fragmentos de rocha que ultrapassem esta dimensão devem ser reduzidos de tal forma que seus fragmentos maiores não ultrapassem a 75 cm. Não devem ser admitidos fragmentos de rochas de estratificação lamelar, facilmente fragmentáveis. Os aterros constituídos de fragmentos de rochas devem ter em sua constituição rochas em toda a largura do aterro, por camadas sucessivas de no 45 máximo 1,0 m de espessura. Os últimos 2,0 m de aterro devem ser executados em camadas de no máximo 0,30 m de espessura. Os aterros devem ser executados descarregando-se o material rochoso sobre o terreno e posteriormente sobre a camada já construída, espalhado com trator de lâmina na espessura indicada, de maneira que os blocos maiores de rocha fiquem colocados na parte inferior e os vazios entre as pedras de maior dimensão sejam preenchidos por pedras menores. Devem ser compactados por meio de rolos vibratórios. A maior dimensão de qualquer bloco de pedra, em qualquer caso deve ser inferior a 75 % da espessura da camada. Todos os blocos que não preencham esta condição devem ser fragmentados ou, a critério da fiscalização, removidos para fora da área de aterro e depositados em local aprovado. Em situação que envolva alargamento de aterro em rocha, deve ser adotado procedimento idêntico ao de aterro em solo. 4.8 Controle 4.8.1 Materiais Devem ser executados os seguintes ensaios nos solos empregados na execução do aterro: a) CBR e expansão conforme NBR 9895, na energia normal, um ensaio a cada quatro amostras submetidas ao ensaio de compactação, para os materiais constituintes do corpo de aterro durante a execução; b) CBR e expansão conforme NBR 9895, na energia adotada para compactação do material, um ensaio a cada quatro amostras submetidas a ensaio de compactação, para os materiais constituintes da camada final do aterro; c) classificação MCT, conforme DER M196, através dos ensaios de mini-MCV, conforme DER M191, e perda de massa por imersão, conforme DER M197; uma determinação para cada grupo de quatro amostras submetidas ao ensaio de compactação, para o material da camada final, último 1,0 m de aterro; d) análise granulométrica conforme NBR 7181 para todo o corpo de aterro e camada final, uma determinação para cada grupo de quatro amostras submetidas ao ensaio de compactação. 46 4.8.2 Execução O controle da execução é realizado através de ensaios e verificações in situ, conforme especificado abaixo: a) determinação do teor de umidade com umidímetro speedy conforme DER M145 ou similar, imediatamente antes da compactação do material, a cada 150 m², a umidade deve estar compreendida no intervalo de ± 3% e ± 2%, da umidade ótima para o corpo do aterro e da camada final, respectivamente; b) determinação da densidade aparente seca máxima e umidade ótima, conforme NBR 7182, a cada 1.500 m² de um mesmo material do corpo de aterro e a cada 750 m² de um mesmo material das camadas finais de aterro; c) determinação da massa específica aparente in situ conforme NBR 7185 e da umidade in situ conforme DER M145 ou similar, na profundidade mínima de 75% da espessura da camada, imediatamente após a compactação, e determinação do grau de compactação em relação aos valores obtidos no item b, uma determinação a cada 350 m² de camada compactada do corpo de aterro e a cada 250 m² de camada final de terraplenagem; d) verificação da espessura do material solto lançado no aterro, e acompanhamento do número de passadas do equipamento, ida e volta. A espessura solta e compactada deve ser igual à estabelecida pela fiscalização. O número de passadas do equipamento é definido em função do tipo de equipamento utilizado, das características geotécnicas do material e do grau de compactação exigido para a respectiva camada, O número de passadas deve ser constante para camadas similares. 4.8.3 Geométrico a) Controle de Espessura e Cotas: A espessura da camada e as diferenças de cotas devem ser determinadas pelo nivelamento da seção transversal, a cada 20 m, conforme nota de serviço. A relocação e o nivelamento do eixo e das bordas devem ser executados a cada 20 m; devem ser nivelados os pontos no eixo, bordas e dois pontos intermediários. O acabamento quanto à declividade transversal e a inclinação dos taludes devem ser as indicadas em projeto, as verificações devem ser realizadas pela executante e conferidas pela fiscalização desde o início e até o término 47 das operações, de modo a permitir as correções eventualmente necessárias; b) Controle de Largura e Alinhamentos: A verificação do eixo e das bordas deve ser feita durante os trabalhos de locação e nivelamento, nas diversas seções correspondentes às estacas da locação. A largura da plataforma acabada deve ser determinada por medidas à trena, executadas pelo menos a cada 20 m. 4.9 Aceitação Os serviços são aceitos e passíveis de medição desde que atendam simultaneamente as exigências de materiais, e de execução, estabelecidas nesta especificação, discriminadas a seguir. 4.9.1 Materiais Os constituintes do aterro devem ser aceitos quanto ao CBR desde que: - a análise estatística dos resultados de CBR realizada de acordo com a equação 3 do anexo B, para conjunto de no mínimo quatro e no máximo dez amostras, apresentem CBR iguais ou superiores ao especificado em projeto, no mínimo iguais a 2%, quando se tratar do corpo do aterro, e para camada final do aterro atenda ao especificado no item 5.3; - os valores individuais da expansão devem ser < 4%; para corpo de aterro e ≤ 2% para camada final; ou atender às especificadas em projeto, nunca superiores às fixadas nesta especificação; - os materiais da camada final devem pertencer aos grupos da classificação MCT, especificados em projeto. 4.9.2 Grau de Compactação O grau de compactação e umidade do material é aceito desde que: a) não se obtenham, para as camadas do corpo de aterro, valores individuais de grau de compactação inferiores 95%, e
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