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Disciplina: ETG033

Construção de Estradas e Vias Urbanas Profa. Jisela Aparecida Santanna Greco

Terraplenagem (Notas de Aula)

1- Introdução à Terraplenagem

De forma genérica, a terraplenagem ou movimento de terras pode ser entendida como o conjunto de operações necessárias para remover a terra dos locais em que se encontra em excesso para aqueles em que há falta, tendo em vista um determinado projeto a ser implantado.

Assim, a construção de uma estrada de rodagem, de uma ferrovia ou de um aeroporto, a edificação de uma fábrica ou de uma usina hidrelétrica, ou mesmo de um conjunto residencial, exigem a execução de serviços de terraplenagem prévios, regularizando o terreno natural, em obediência ao projeto que se deseja implantar.

Pode-se afirmar, portanto, que todas as obras de Engenharia Civil de grande ou pequeno porte, exigem a realização de trabalhos prévios de movimentação de terras. Por esta razão a terraplenagem teve o enorme desenvolvimento verificado no último século.

2- Histórico

Na antiguidade, os movimentos de terra eram executados manualmente ou com o auxílio de animais que carregavam ou rebocavam instrumentos rudimentares.

Este quadro não se modificou até meados do século XIX, pois o instrumento utilizado era ainda a chamada "pá-de-cavalo", constituída de uma caçamba dotada de lâmina de corte, a qual, rebocada por tração animal, escavava e transportava o material.

Com o advento da máquina a vapor, surgiram as primeiras tentativas de utilizá-la em equipamentos de terraplenagem, a partir da segunda metade do século XIX. No final desse século já existiam escavadeiras providas de pás, montadas em vagões e usadas na construção ferroviária.

O desenvolvimento dos motores a combustão interna ocasionou a redução do tamanho físico dos equipamentos, permitindo novas aplicações.

Em 1920 é lançado o primeiro trator movido a gasolina, ao qual desde logo foi adaptada a lâmina, iniciando-se desta maneira a concepção e a fabricação dos modernos equipamentos de terraplenagem.

Nas décadas de 20 e 30, um inovador, R.G. Le Tourneau, criou o primeiro "Scraper" propelido, rebocado por trator. Em 1938 é introduzido o primeiro "Motoscraper", isto é, o "Scraper" autopropulsionado.

A partir desta data, é de todos conhecido o rápido desenvolvimento dos equipamentos de terraplenagem, apresentando máquinas cada vez mais eficientes sob o aspecto mecânico, do que resultou o aumento extraordinário de sua produtividade.

3- Terraplenagem Manual

Até o aparecimento dos equipamentos mecanizados e mesmo depois, a movimentação das terras era feita pelo homem, utilizando ferramentas tradicionais: pá e picareta para o corte, carroças ou vagonetas com tração animal para o transporte.

Como o rendimento da terraplenagem manual é pequeno, esse serviço dependia da mão-deobra abundante e barata. Mas com o desenvolvimento tecnológico e social a mão-de-obra foi se tornando cada vez mais escassa e, por conseqüência, mais cara. Para se ter uma idéia do número de operários necessários para a execução braçal do movimento de terra, estimase que para a produção de 50 m3/h de escavação, seriam necessários pelo menos 100 homens. A mesma tarefa pode ser executada por uma única escavadeira, operada apenas por um homem.

Todavia, a terraplenagem manual não significava excessiva lentidão dos trabalhos. Desde que a mão-de-obra fosse numerosa, os prazos de execução da movimentação de terras em grandes volumes eram razoáveis, se comparados com os atuais.

Temos o exemplo de ferrovias construídas nos Estados Unidos, com milhões de metros cúbicos escavados e movidos em prazos relativamente curtos, dispondo-se porém de mãode-obra abundante e de baixo custo.

Com suficiente organização para resolver os sérios problemas de recrutamento, administração, alojamento e subsistência dos trabalhadores, a terraplenagem manual apresentava rendimento capaz de causar admiração, ainda nos dias atuais.

4- Terraplenagem Mecanizada

Os equipamentos mecanizados, surgidos em conseqüência do desenvolvimento tecnológico, apesar de apresentarem elevado custo de aquisição, tornaram competitivo o preço do movimento de terras, em razão de sua alta produtividade.

Conforme exemplificado anteriormente, percebe-se a notável economia de mão-de-obra introduzida pela mecanização, o que vinha de encontro à escassez cada vez maior do trabalhador braçal, decorrente sobretudo da industrialização.

Resumindo, pode-se entender que a mecanização surgiu em conseqüência de:

a) Escassez e encarecimento da mão-de-obra, causada sobretudo pela industrialização.

b) Elevada eficiência mecânica dos equipamentos, traduzindo-se em grande produtividade, o que significou preços mais baixos se comparados com os obtidos manualmente, especialmente em razão da redução de mão-de-obra.

Os equipamentos mecanizados (apesar do alto custo de aquisição) tornaram competitivo o preço do movimento de terras, em razão de sua alta produtividade Outro incentivo à terraplenagem mecanizada foi a escassez cada vez maior do trabalhador braçal, decorrente sobretudo da industrialização

5- Características da Terraplenagem Mecanizada A mecanização caracteriza-se por: a) Requerer grandes investimentos em equipamentos de alto custo; b) Exigir serviços racionalmente planejados e executados, o que só pode ser conseguido através de empresas de alto padrão de eficiência; c) Reduzir substancialmente a mão-de-obra empregada, mas por outro lado provocar a especialização profissional e, conseqüentemente, melhor remuneração; d) Permitir a movimentação de grandes volumes de terras em prazos curtos, graças à eficiência de operação e, sobretudo, pela grande velocidade no transporte, o que leva a preços unitários extremamente baixos, apesar do custo elevado dos equipamentos. Para se ter uma idéia da influência do aumento da produtividade no custo da terraplenagem, apesar da elevação substancial ocorrida no valor de aquisição dos equipamentos, praticamente não houve acréscimo nos preços de movimento de terra, nos Estados Unidos, no período de 1930 a 1960.

6- Operações Básicas de Terraplenagem. Ciclo de Operação.

Examinando-se a execução de quaisquer serviços de terraplenagem, podem-se distinguir quatro operações básicas que ocorrem em seqüência, ou, às vezes, com simultaneidade.

a)Escavação; b)Carga do material escavado; c)Transporte; d) Descarga e espalhamento.

Essas operações básicas podem ser executadas pela mesma máquina ou por equipamentos diversos. Exemplificando, um trator de esteira provido de lâmina, executa sozinho todas as operações acima indicadas, sendo que as três primeiras com simultaneidade.

7-Estudo dos Materiais de Superfície

7.1 - Conceitos: A superfície terrestre é constituída de vários elementos. Mas, de uma maneira geral, para fins de terraplenagem, é constituída por: ROCHAS e SOLOS.

a) Rochas - materiais constituintes essenciais da crosta terrestre provenientes da solidificação do magma ou de lavas vulcânicas ou da consolidação de depósitos sedimentares, tendo ou não sofrido transformações metamórficas. Esses materiais apresentam elevada resistência, somente modificável por contatos com o ar ou a água em casos muito especiais; b) Solos - materiais constituintes especiais da crosta terrestre provenientes da decomposição in situ das rochas pelos diversos agentes geológicos, ou pela sedimentação não consolidada dos grãos elementares constituintes das rochas, com adição eventual de partículas fibrosas de material carbonoso e matéria orgânica coloidal.

7.2-Terminologia Segundo as Dimensões 7.2.1 – Rochas a) Bloco de Rocha - pedaço isolado de rocha com diâmetro médio superior a 1 m; b) Matacão - pedaço de rocha com diâmetro médio superior a 25 cm e inferior a 1m; c) Pedra - pedaço de rocha com diâmetro médio compreendido entre 7,6 cm e 25 cm.

OBS.: Rocha Alterada - é a que apresenta, pelo exame macroscópico ou microscópico, indícios de alteração de um ou vários de seus elementos mineralógicos constituintes, tendo geralmente diminuídas as características originais de resistência.

7.2.2 - Solos - são os materiais da crosta terrestre constituídos por partículas de diâmetros inferiores a 76 m a) Pedregulho - solos cujas propriedades dominantes estão relacionadas aos grãos minerais de diâmetros superiores a 2,0 m e inferiores a 76 m; b) Areia - solos cujas propriedades dominantes estão relacionadas aos grãos minerais de diâmetro máximo superior a 0,075 m e inferior a 2,0 m; c) Silte - solo que apresenta apenas a coesão para formar, quando seco, torrões facilmente desagregáveis pela pressão dos dedos; suas propriedades dominantes estão relacionadas aos grãos de diâmetros máximos superiores a 0,005 m e inferiores a 0,075 m; d) Argila - solo que apresenta características marcantes de plasticidade; quando suficientemente úmido molda-se facilmente em diferentes formas; quando seco apresenta coesão bastante para constituir torrões dificilmente desagradáveis por pressão dos dedos; suas propriedades dominantes são ditadas pelos grãos de diâmetros máximos inferiores a 0,005 m; e) Solos Misturados - Os solos em que não se verifique nitidamente a predominância de propriedades anteriormente referidas serão designados pelo nome do tipo de solo cujas propriedades forem mais acentuadas, seguido de adjetivos correspondentes aos que o completam. Por exemplo: argila arenosa, argila silto-arenosa, solo silto-argiloso, solo micáceo com areia fina; f) Solos com Matéria Orgânica - caso um dos tipos acima apresente teor apreciável de matéria orgânica será anotada sua presença. Exemplo: argila arenosa com matéria orgânica; g) Turfas - solos com grandes porcentagens de partículas fibrosas de material carbonoso ao lado de matéria orgânica do estado coloidal; h) Alteração de Rocha - é o solo proveniente da desagregação das rochas in situ pelos diversos agentes geológicos. Será descrito pela respectiva textura, plasticidade e consistência ou compacidade, sendo indicados ainda o grau de alteração e, se possível, a rocha de origem; i) Solos Superficiais - a zona abaixo da superfície do terreno natural, igualmente constituída de mistura de areias, argilas e matéria orgânica - exposta à ação dos fatores climáticos e de agentes de origem vegetal e animal será designada simplesmente como solo superficial.

7.3 - Desmonte Sob o ponto de vista da terraplenagem, os fatores que influenciam no desmonte são:

a)Rochas • Grau de Compacidade (Estado de alteração, provocado por diversos agentes naturais, reduzindo as suas características originais de resistência mecânica).

b)Solos •Teor de umidade

• Tamanho e forma das partículas

• Vazios

7.4 - Classificação

Após a mecanização, a classificação passou a se basear no equipamento capaz de realizar economicamente o desmonte.

1a Categoria - os solos que podem ser escavados com auxílio de equipamentos comuns: trator de lâmina, “motoscraper”, pás-carregadeiras.

2a Categoria - são os materiais removidos com os equipamentos já citados, mas que pela sua maior consistência exigem um desmonte prévio feito com escarificador ou emprego descontínuo de explosivos de baixa potência.

OBS.: Atualmente o material de 2a categoria está sendo subdividido: a) 2a Categoria com material pré-escarificável b) 2a Categoria com o emprego descontínuo de explosivos e pré-escarificação

3a Categoria - materiais de elevada resistência mecânica que só podem ser tratados com o emprego exclusivo de explosivos de alta potência.

7.5 - Comportamento do Solo As propriedades físicas do material que devem ser consideradas são:

• Peso • Empolamento

• Redução a) Peso: Depende de seu peso específico:

b) Empolamento: Pode ser definido como o aumento de volume sofrido por um material ao ser removido de seu estado natural. É expresso como sendo a percentagem do aumento de volume em relação ao volume original. (Aumento do índice de vazios).

Pela definição, temos:

b.1) Fator de Conversão: Pode ser definido como a relação entre o peso específico no estado solto e o peso específico no estado natural ou corte. Fator de Conversão =

V3V V1 V2

V3V V1 V2

Corte no o EspecíficPeso Solto Estadono o EspecíficPeso b.2) Relação entre Empolamento e Fator de Conversão: - Empolamento, por definição:

Relação entre E e FCE

c) Redução: É a redução de volume sofrida por um material por efeito de compactação de rolos, vibradores, etc., compactando o material em grau maior do que ele é encontrado em seu estado natural. Essa redução depende, naturalmente, do grau de compactação exigido e do material.

Por Definição:

FcE = γγ2 1

x 100 =V2 - V1V1

E(%) = VV1 x 100 = ( V2 V1

- 1)x 100

FcE = P/V2 P/ V1

= V1 V2

R(%) = V'V1 x 100

R(%) =1001
V =(1- V3V1

FcR = 1 3γγ = P/V3

FcR = V1 V3

R(%) = (1 - 1

FcR ) x 100

A Tabela 7.1 apresenta uma lista parcial do peso específico aproximado (Kgf/m3), porcentagem de empolamento e fator de conversão dos tipos mais comuns de materiais.

Tabela 7.1 - Peso específico aparente para diversos materiais

Peso* dos materiais solto (Kgf/m3) no corte (kgf/m3)

Rocha decomposta

* Varia conforme o teor de umidade, tamanho das partículas, grau de compactação, etc. Testes devem ser feitos para determinar as características exatas do material.

8- Providências Preliminares para Serviços de Terraplenagem

8.1.-Providências ao Iniciar uma Obra de Terraplenagem 8.1.1 - Aluguel ou compra de equipamento mecânico; 8.1.2 - Transporte de equipamento para o local de serviço; 8.1.3 - Determinação dos caminhos de serviço; 8.1.4 - Terraplenagem e drenagem da área destinada ao acampamento; 8.1.5 - Obtenção de luz e água; 8.1.6 - Recrutamento do pessoal técnico, administrativo e operário; sempre que possível, utilizar mão de obra da cidade mais próxima da obra.

8.2- Canteiro de Obra 8.2.1 - Instalação provisória de uma obra fixa 8.2.2 - Deve estar situado: 1) próximo a cidade 2) próximo a estradas existentes 3) próximo a fontes de água e de energia elétrica 4) próximo ao local da obra 5) fora do local que possa ser atingido pela obra.

8.3- Almoxarifado 8.3.1 - Destinado ao armazenamento de peças de reposição - Sua dimensão é função do número de máquinas

- 2 barracões a) peças uso freqüente b) peças pesadas

8.3.2 - Pessoal Especializado e de Confiança

8.4- Escritório - Deve ter a) contabilidade b) seção técnica c) arquivo d) sala de fiscalização e) sala de Eng. produção, etc.

8.5- Outras Construções - cantina, guaritas, oficinas

- salas de lazer, etc.

9- Máquinas e Equipamentos 9.1- Classificação Geral

a)Máquinas Motrizes - São aquelas que produzem a energia para a execução do trabalho. Ex.: tratores de rodas ou de esteira, compressores, etc., quando convenientemente equipados podem realizar os serviços

b) Máquinas Operatrizes - São aquelas que acionadas pelas máquinas motrizes realizam diretamente o trabalho. Ex.: scraper, escarificadores, compactadores.

10 - Potência

10.1 - Necessária - É aquela que vamos necessitar para executar um trabalho, seja puxando ou empurrando uma carga.

10.2 – Disponível - É aquela que a máquina pode fornecer para executar um trabalho. 10.3 – Usável - É a potência que podemos utilizar, limitada pelas condições locais.

1 - Classificação dos Equipamentos: Unidades de Tração (Tratores); Unidades Escavo-Empurradoras; Unidades Escavo-Transportadoras; Unidades Escavo-Carregadoras; Unidades Aplanadoras; Unidades de Transportes; Unidades Compactadoras

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