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TERRAPLANAGEM
Este curso tem por objetivo fornecer ao aluno os elementos básicos de terraplanagem, de forma a lhes permitir organizar e executar tais serviços segundo um critério lógico, procurando ampliar sua visão técnica para futuros aperfeiçoamentos, que terão a obrigação, como engenheiros, de criar.
Não tenho a pretensão de ensinar: limito-me a indicar aos futuros engenheiros a direção em que devem concentrar sua atenção. Livros melhores que este trabalho são citados sempre que deles extraio algum conceito, tabela ou mesmo parágrafos inteiros. Não há intenção de plágio: a intenção é fornecer ao aluno o resumo das aulas de um curso com a duração de trinta horas, e a indicação da bibliografia a ser consultada.
Sumário dos tópicos de Terraplanagem
T01- Introdução
T02- Seleção dos equipamentos de transporte
T03 - Serviços preliminares: Instalação do canteiro, topografia, desmatamento
T04 - Utilização dos equipamentos - tratores e scrapers
T05 - Utilização dos equipamentos de carga
T06 - Preparando para a compactação: espalhamento, homogeneização, secagem e umidificação
T07 - Execução e estabilidade de aterros
T08 - Compactação: equipamentos e execução
T09- Especificações e controle de compactação
Capítulo 1 -
CONSIDERAÇÕES INICIAIS:
Desde o orçamento até a aprovação final de uma obra ou trecho de obra, o empreiteiro deve concentrar sua atenção em certos fatores que causam lucros ou prejuízos, sob um ponto de vista técnico. Eis alguns dos pontos onde se deve concentrar a atenção:
- Fatores de conversão de volumes: nas medições de terraplanagem, os volumes são considerados, geralmente, no corte ou no aterro. Só raramente são medidos nos veículos de transporte. Para uma mesma massa de material, os volumes variam inversamente com as densidades. Tomando como referência o estado natural, no corte, durante o transporte o material tem uma densidade aparente menor, e volume maior, fenômeno denominado EMPOLAMENTO. Ao ser compactado, tem diminuído seu índice de vazios, apresentando densidade aparente maior, e o volume reduz-se.
- Fator de eficiência das máquinas: já estudado anteriormente, em Construção de Estradas I, tem como parâmetros: qualidade, atenção e condições do operador, paradas por motivos diversos (inclusive recepção de ordens), uso correto de marchas e velocidades, estado da máquina, etc.
- Tempo de ciclo: Seu estudo é dividido em "tempos fixos" e "tempos variáveis". Fixos são os tempos gastos em carregar, manobrar (ou fazer volta) , acelerar e reduzir. Variáveis são os tempos de transportar e voltar vazio, variando com a distância de transporte e velocidade de locomoção.
- Custos: Existem dois tipos de engenheiros, segundo Ciro Nogueira: os que entendem de juros compostos, e os que não entendem de juros compostos. Os primeiros conhecem o custo por m^3 , horário e mensal de cada serviço ou equipamento (trabalhando e parado), os juros que paga ou pagaria por máquina e instalações (custos de capital), o preço final da mão de obra (por hora, semana ou mês, encargos sociais, etc.), custos de manutenção e combustíveis, custos eventuais, etc. Os outros...
- Segurança e Meio ambiente: não é admissível que o engenheiro, apenas em função do lucro, olvide ser humano. A preocupação com a segurança no trabalho, e com a segurança da obra, durante a execução e após seu término, é obrigatória. O engenheiro é responsável pela vida e pela integridade de quem está em sua área de trabalho. Também a agressão ao meio ambiente, tem que ser diminuída ao máximo, por ser questão de sobrevivência da própria espécie humana.
Seqüência: a construção de uma estrada começa pelo planejamento. Seguem-se a programação, o projeto, a implantação (terraplanagem, construção da infra-estrutura), e seguindo-se a ela a pavimentação (construção da superestrutura). A seguir, começa a operação, com a conseqüente conservação. Trataremos aqui da implantação da estrada.
SEÇÃO MISTA : plataforma parte abaixo, parte acima do terreno natural.
No sentido longitudinal da estrada, o diagrama de Bruckner, estudado na disciplina "Estradas", ajuda a otimizar a distribuição entre cortes e aterros.
Exercícios de Fixação:
Os exercícios do tipo (A) são uma preparação para outros maiores. São de pequena dificuldade em relação aos assinalados por (B), que visam preparar aqueles que efetivamente irão trabalhar na construção de estradas.
A1) Calcule a faixa de ocupação, detalhando Xe e Xd, em função de 2L, da
cota vermelha H, α c, α a, e da inclinação média ( i ) do terreno, nos três
casos típicos. Encontre também fórmulas para determinar a cota dos off-sets em relação à da plataforma. Lembre-se que - na seção mista - pode haver corte ou aterro no eixo...
B1) Transforme a resolução do problema (A1) em um programa de computador ou uma planilha de cálculo que além do que foi pedido, avalie as áreas de corte e de aterro. Esses valores serão utilizados no cálculo dos volumes de corte e de aterro (cubagem).
O resultado dos dois exercícios encontra-se mais adiante, em outro capítulo...
Referencias bibliográficas:
Ricardo ,Hélio de Souza e Catalani , Guilherme - Manual Prático de Escavação , Pini Editora
Senso, Wlastermiler de - Terraplenagem – EP USP, 1975
?? - Princípios Básicos de Terraplanagem – Caterpillar Brasil
Pacheco, Luiz Cesar Duarte - Apostila de Construção de Estradas I
Precipitações até 5 mm, em 10 dias por mês acarretam 50 % paralisação.
No inverno (estação de seca ) - média de 15 % paralisação.
Na estação chuvosa : em regiões com mais de 3 000 mm/ano é desaconselhável o uso de equipamento com pneus (exemplo: Serra do Mar).
FATORES DE PROJETO
Volume a ser movido, peso, empolamento, compactabilidade
O volume geralmente é contratado medido no corte, em obras rodoviárias. Ao ser escavado, ocorre o empolamento (aumento de volume), e o novo volume é que será transportado. Quando compactado em um aterro, o volume reduz- se novamente, tendo seu peso específico aparente aumentado. Ao dimensionar aterros, é necessário conhecer a % de redução volumétrica. Verificar também a capacidade de carga (em peso) do equipamento de transporte. Conforme a densidade do material transportado, não se deve coroar a carga (carregamento máximo) de caminhões ou scrapers (por exemplo), para não reduzir sua vida útil.
CARACTERÍSTICAS APROXIMADAS DE ALGUNS MATERIAIS:
MATERIAL Kg/m
3 (CORTE) Empolamento (multiplicar)
Fator de conversão (peso)
Kg/m^3 (SOLTO)
Argila 1720 1,4 0,72 1140 Argila c/ pedregulho, seca
1780 1,4 0,72 1300
Argila c/ pedregulho, molhada
2200 1,4 9,72 1580
Carvão – antracítico 1450 1,35 0,74 1070 Carvão – betuminoso 1280 1,35 0,74 950 Terra comum, seca 1550 1,25 0,8 1250 Terra comum, molhada
2000 1,25 0.8 1600
Pedregulho(1-5 cm), molhado
2000 1,12 0,89 1780
Pedregulho(1-5 cm), seco
1840 1,12 0,89 1640
Hematita 3180 1,18 0,85 2700 Magnetita 3280 1,18 0,85 2780 Calcáreo 2620 1,67 0,6 1570 Areia seca, solta 1780 1,12 0,89 1580 Areia molhada, 2100 1,12 0,89 1870
compacta Arenito 2410 1,54 0,65 1570 Escória de fundição 1600 1,23 0,81 1300
Peso, empolamento e fc variam com tamanho das partículas, componentes, conteúdo de umidade, grau de compacidade, etc. Testar.
SE GRANDE VOLUME :
Mais e melhores máquinas - grande investimento inicial, grande lucro bruto.
Necessário maior planejamento, controles mais rígidos.
SE PEQUENO VOLUME:
Máquinas menores em menor número, menor investimento inicial, menor faturamento.
Em certas obras, como na construção de barragens, o volume pode ser medido e pago por material compactado. Para pequenos volumes, uma primeira aproximação é feita considerando-se 25 % de redução em relação ao volume de corte. Para um bom orçamento, há que testar, fazendo (por exemplo) aterro experimental.
Custos envolvidos :
Preço dás máquinas, transporte para a obra, instalação da obra, alojamentos (e afins), mão de obra ( direta e indireta ) ; segurança, instalações de pronto socorro, CIPA (controle interno de prevenção de acidentes) , lazer, transporte de pessoal, manutenção, controles da produção e qualidade, serviços sociais , posto de abastecimento com lavagem e lubrificação, etc.
Distância de transporte : dt
tempos e custos de carga , descarga , manobras ( pequenos , quase fixos , quando comparados aos de transporte em distâncias médias e longas ).
CUSTO DE UM SERVIÇO :
C = ΣΣΣΣ Ch / ΣΣΣΣ Qh
Onde : Σ Ch é o custo global e Σ Q h a produção global da equipe.
A produção de cada máquina é inversamente proporcional ao tempo de ciclo :
Q = f ( 1 / t c )
PP push-pull
MT-TR motor traseiro , tração em todas as rodas
SR scraper rebocado por trator de esteiras
Conforme a natureza do material transportado:
Todos os equipamentos mencionados podem transportar argila, areia, pedregulho miúdo e graúdo. Mas os scrapers EL, PP e os vagões VG F não são indicados para o uso com rocha escarificada ou dinamitada. (desgaste). Analise e discuta os problemas de carga e descarga de um scraper transportando rocha dinamitada.
Seleçao conforme o afundamento dos pneus e a resistência ao rolamento:
Causas de resistência ao rolamento: atrito interno, atrito roda x piso,
afundamento causa subida permanente.
Para afundamento de pneus na pista de trabalho até 10 cm, ou resistência ao rolamento até 85 kg/ tonelada, qualquer dos equipamentos pode ser usado.
Se o afundamento for maior que 25 cm, ou a resistência a rolamento maior que 183 kg/ t , apenas o SR apresenta rendimento. Até esse último limite, recomenda-se PP e MT-TR. Afundamentos entre 10 e 15 cm ou resistências ao rolamento de 85 a 117 kg/t indicam o uso de scrapers convencionais (1 e 2). Caminhões e vagões não devem ser usados quando se observa afundamentos superiores a 10 cm. Ver gráfico seguinte.
RESISTÊNCIAS MÉDIAS AO ROLAMENTO, EM QUILOS POR TONELADA (EQUIP. DE PNEUS) Estrada dura e compactada, que não cede sob peso ( concreto ou macadame betuminoso)............................................ Estrada firme que cede levemnte sob peso (pavimento com macadame comum) ............................................. Estrada de terra, estabilizada, que cede sob peso (penetração aproximada dos pneus, 2 a 3 cm) ................................ Estrada de terra não estabilizada (penetração dos pneus, 10 a 15 cm) .............................................. 75 Estrada de terra, solta, barrenta ou arenosa ................................100 a 200
Fonte: Introdução à Terraplanagem (Caterpillar do Brasil)
Capacidade de vencer rampas:
Caminhões e vagões : até 15 %
CM fora-de-estrada até 25 %
Scrapers de dois eixos com pouco peso nas rodas motrizes : até 10 %
Scrapers de um eixo : até 15 %
Scrapers TR e PP : aproximadamente até 30 %
Scrapers SR ( rebocados por Trator de esteiras) : até 40 %
P. exemplo: se α = ang tg( 15/100) , aclive % = 15/100 = 0,
R = 10 x P x 0,
A resistência total ao movimento será expressa por
RT = R rolamento + R rampa (desprezamos os outros fatores, muito pequenos)
É costume calcular separadamente o peso P2 sobre o eixo trator, para facilitar o cálculo da aderência ( semelhante ao atrito ).
Conhecido o coeficiente de aderência A e o peso P2 do trator, calculamos a força de aderência Fa = P2 x A. Se RT > Fa , as rodas tratoras patinam e o veículo não se move.
Ver mais detalhes adiante, em POTÊNCIA.
Facilidade de Escavação com scrapers em terreno natural:
Terrenos muito compactos : use scraper SR ou TR, com pusher.
Menos compactos : convencionais. Os "cavalos"(tratores) de pior desempenho quando há pouca aderência são os de dois eixos.
Sobre os tratores de rodas puxando scraper:
Como ambos se deslocam sobre rodas, há que considerar o peso do trator e o do scraper, vazio ou carregado. Calcular resistência ao rolamento, resistência/assistência de rampa, distribuição do peso , aderência.
A resistência ao rolamento não afeta os tratores de esteiras ...
Resumo:
CONV1- Motoscraper convencional , rebocador (cavalo) de 1 eixo:
Para distâncias médias e curtas, terrenos de compacidade média ou baixa, rampas < 15 %, terrenos com bom suporte e pouco afundamento (baixa resistência ao rolamento.
CONV2 - Motoscraper convencional , rebocador (cavalo) de 2 eixos:
Distâncias médias e grandes,
terreno compacidade média ou baixa, rampas até 10 %, terrenos bom suporte e afundamento < 15% (baixa resistência ao rolamento).
EL - Motoscraper com elevatório:
Distâncias curtas e médias, terrenos pouco compactos, solo solto, rampa s pequenas (<10 %) , terrenos com bom suporte e pouco afundamento (baixa RR)
MT-Motoscraper (twin) :
Distâncias médias, terrenos compactos, rampas < 30 % (médias e fortes), terrenos de baixa cap. De suporte e alta resistência ao rolamento.
Scraper rebocado SR por trator de esteiras:
Distâncias curtas, terrenos compactos, fortes rampas (> 30 %), terrenos de baixa capacidade de suporte e alta resistência ao rolamento.
CONSIDERAÇÕES SOBRE CARGA, TRANSPORTE E ESPALHAMENTO:
Carregamento mais caro: vagões e caminhões (tempo de carga muito maior que dos scrapers).
Carregamento mais barato: TR e EL quando terreno dispensa uso de pusher, porem menor velocidade acarreta transporte mais caro. Os EL , invertendo o sentido da esteira, tem a descarga mais regular, adiantando o espalhamento.
Caminhões e vagões tem transporte com custo menor, porém espalhamento após descarga mais caro ( é preciso usar trator de lâminas e motoniveladoras).
Ricardo ,Hélio de Souza e Catalani , Guilherme - Manual Prático de Escavação , Pini Editora
Senso, Wlastermiler de - Terraplenagem – EP USP, 1975
?? - Princípios Básicos de Terraplanagem – Caterpillar Brasil
Pacheco, Luiz Cesar Duarte - Apostila de Construção de Estradas I
Capítulo 3
Veja a continuação do assunto em POTÊNCIA
POTÊNCIA: NECESSÁRIA, DISPONÍVEL e USÁVEL:
Potência é energia em ação, trabalho realizado por uma força em um determinado temo. DISPONÍVEL é a da máquina. USÁVEL é a limitada pelas condições de trabalho.
A POTÊNCIA NECESSÁRIA é determinada pela resistência ao rolamento(devida à fricção interna, flexibilidade, desenho e pressão dos pneus, penetração na superfície do solo) e de rampa. A potência disponível é informada pelos fabricantes, pela força na barra de tração (tratores de esteiras) ou pelo esforço trator nas rodas motrizes(trator de rodas) e varia com a marcha e a velocidade. Mas tal informação é válida para condições ideais.
A POTÊNCIA USÁVEL é um valor menor, limitado pela ADERÊNCIA das esteiras ou pneus com o solo, e pela ALTITUDE, que reduz a potência dos motores de aspiração natural.
ADERÊNCIA ( ~ atrito) é função do peso atuante no conjunto propulsor, e de um coeficiente de aderência ( ~ coeficiente de atrito) devido ao tipo de terreno. Tomando como exemplo o conjunto trator + scraper :
Trator de esteira rebocando scraper de dois eixos: considerar o peso total do trator.
Trator de pneus, dois eixos, rebocando scraper de um eixo: considerar 40% do peso do conjunto trator + scraper , tanto carregado quanto descarregado.
Trator de pneus, um eixo, rebocando scraper de um eixo: considerar 60 % do conjunto trator + scraper, nas duas condições de carga.
COEFICIENTES DE ADERÊNCIA PARA TRATORES
MATERIAIS PNEUS ESTEIRAS
Concreto 0,90 0, Terreno argiloso seco 0,55 0, Terreno argiloso molhado 0,45 0, Argila(estrada mal conservada) 0,40 0, Areia solta seca 0,20 0, Areia solta úmida 0,40 0, Material de praça de pedreira 0,65 0,
Ricardo ,Hélio de Souza e Catalani , Guilherme - Manual Prático de Escavação , Pini Editora
Senso, Wlastermiler de - Terraplenagem – EP USP, 1975
?? - Princípios Básicos de Terraplanagem – Caterpillar Brasil
Pacheco, Luiz Cesar Duarte - Apostila de Construção de Estradas I
Capítulo 4
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EXECUÇÃO DA TERRAPLANAGEM - SERVIÇOS PRELIMINARES
"Há sempre um equipamento que se adapta melhor às condições vigentes, e executa a tarefa de forma mais simples e econômica." 1 A esta citação do livro texto, acrescento:
Qualquer tarefa pode ser feita de modo ainda mais simples e econômico. A função do engenheiro na produção de uma terraplanagem é engenhar, descobrir esse modo. Estudamos aqui soluções e sugestões consagradas pela prática, mas que sempre poderão ser melhoradas.
SERVIÇOS PRELIMINARES
- Instalação do canteiro de obras:
Regra geral: localizar perto do centro de gravidade (área em planta) dos serviços. As construções devem ser econômicas e reaproveitáveis após a desmontagem do acampamento. Parâmetros que podem alterar a regra geral: dimensão da obra, proximidade de centro urbano, tempo de execução da obra, facilidades locais de energia elétrica e água potável, etc. Um canteiro deverá conter:
ESCRITÓRIO: prestando os seguintes serviços gerais: apropriação (coleta de dados, classificação, ordenação e cálculo de despesas por categorias); comunicação entre o canteiro de serviço e a gerência; comunicação entre o canteiro e terceiros; ponto; pagamento de pessoal; organização, distribuição e pagamento de contas e sua contabilização em livro próprio; escrituração do livro "caixa" da obra; arquivamento de correspondência, fichário de máquinas , material de consumo, etc.
ALMOXARIFADO: responsável pela compra e distribuição de materiais, que se classificam em : materiais de consumo (combustíveis, óleos, graxas, alimentos, peças sobressalentes, etc.) , materiais de aplicação (cimento, cal, pedra, areia, etc.) e materiais permanentes (máquinas, móveis, grandes ferramentas, etc.).
OFICINAS DE MANUTENÇÃO: para reparos ligeiros, pinturas, manutenção preventiva(revisão quinzenal de peças de alto desgaste, revisão de motores segundo especificações dos fabricantes). Como indicação, deve ter 36 m^2 por máquina em serviço. Fazem também o controle de utilização das máquinas, anotando horas trabalhadas, paradas para reparos e por chuva, para análises que podem ser anuais, mensais ou até diárias.
