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Apostilas sobre execução terraplanagem
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES
1 APRESENTAÇÃO
Esta publicação apresenta os subsídios necessários à compreensão dos princípios gerais que orientam as operações de TERRAPLENAGEM aplicáveis às obras viárias terrestres, dando-se especial ênfase às atividades de Projeto. Muito embora o seu conteúdo seja voltado à área rodoviária, sua aplicação ao setor ferroviário é praticamente integral, dada a similaridade existente entre as operações de implantação básica desses dois sistemas de transporte.
Adicionalmente, são abordados assuntos relativos ao campo da geotécnica e à definição geométrica da via, quando julgados essenciais ao bom entendimento da temática principal.
O caráter dado a este trabalho não é o de originalidade, tratando-se tão somente de uma coletânea acerca de técnicas e problemas de uso corrente em projetos e construção de vias terrestres, ao que se associam elementos angariados durante a vivência profissional dos autores.
Aplicações práticas de alguns dos procedimentos teóricos aqui apresentados integram o capítulo 7.0 - Exercícios.
2 CONCEITOS GERAIS
Terraplenagem é a operação destinada a conformar o terreno existente aos gabaritos definidos em projeto. De maneira geral ela engloba os serviços de corte (escavação de materiais) e de aterro (deposição e compactação de materiais escavados). A conjugação desses dois serviços tem por finalidade proporcionar condições geométricas compatíveis com o volume e tipo dos veículos que irão utilizar a rodovia.
Para a perfeita compreensão do que vai ser adiante exposto sobre terraplenagem, tanto na sua etapa de projeto como na de construção, torna-se necessário o conhecimento dos elementos de um projeto rodoviário, que possuem interligação direta com o Projeto de Terraplenagem.
O estudo da geometria de uma rodovia é efetuado a partir de levantamentos topográficos por processo convencional ou aerofotogramétrico, cujo resultado final é apresentado no Projeto Geométrico. Este projeto expressa a geometria da rodovia através da “planta” e do “perfil longitudinal”, complementados pelas “seções transversais”.
As imposições quanto à geometria antes referidas são relacionadas para diferentes “classes” de rodovias. Essas classes ou categoriassão determinadas a partir de pesquisas de tráfego e processamento dos resultados das mesmas, que determinarão, em última análise, o volume e a composição do tráfego que utilizará a rodovia ao longo de sua vida útil. As mais elevadas classes de projeto impõem condições geométricas mais arrojadas, o
que implica, na dependência da topografia vigente na região em estudo, maiores investimentos em terraplenagem.
Para a definição das alturas de aterros, depara-se ainda com o condicionamento imposto pela rede hidrográfica da região onde se insere a rodovia. Assim, teremos alturas mínimas para suplantar máximas cheias em regiões freqüentemente alagadiças ou para possibilitar a introdução de obras de arte em travessias de cursos d’água.
Finalmente, caracterizada a geometria, resta a necessidade do conhecimento do tipo e da qualidade dos materiais que estarão envolvidos nas operações de terraplenagem. Neste caso, participam os subsídios obtidos a partir de investigações geológico-geotécnicas, sondagens e posteriores ensaios de laboratório. Com apoio nestas informações, serão definidas as condições e restrições ao aproveitamento dos materiais e estimadas as dificuldades a serem encontradas quando da execução de cortes e aterros.
Na execução de uma obra de terraplenagem, além dos serviços básicos (cortes e aterros), tornam-se necessárias outras operações - serviços preliminares, caminhos de serviços, empréstimos e bota-foras.
Nos Projetos de Engenharia, a geometria definida para a rodovia é representada no Projeto Geométrico. Este consiste na apresentação, de maneira conveniente, da planta e do perfil longitudinal, complementados pelas seções transversais. A análise conjunta destes três elementos propicia a definição espacial da via projetada.
2.2.1 Planta
A planta constitui-se de uma vista “de cima” da faixa projetada (Fig.2.1). De uma maneira geral nela são apresentados:
Eixo de projeto, estaqueado convenientemente; Os bordos da plataforma de terraplenagem; As projeções dos taludes de corte e aterro e a linha de encontro destes com o Terreno natural (“off-set”); As curvas de nível; Os cursos d’água; Os bueiros e as obras de arte especiais (pontes, viadutos, muros de arrimo, etc.); As interseções; As construções existentes; Os limites da faixa de domínio.
2.2.2 Perfil Longitudinal
O perfil longitudinal corresponde a um corte efetuado no eixo de projeto, no mesmo sentido e com a mesma referência do estaqueamento da planta (Fig.2.1).
Todos os elementos apresentados em planta, e que cortam ou fazem parte do eixo estaqueado, aparecem neste perfil. Destacam-se aí, o greide de terraplenagem, a linha do terreno natural referente ao eixo de projeto e as obras para transposição dos cursos d’água.
2.3.1 Serviços Preliminares
Conforme destacado anteriormente, a terraplenagem consiste, em termos gerais, na execução de cortes e de aterros. Porém, antes de dar início às operações básicas, é necessária a retirada de todos os elementos, naturais ou artificiais, que não participarão diretamente ou que possam interferir nestas duas operações. Os naturais são constituídos pelas árvores, arbustos, tocos e raízes e os artificiais por construções, cercas, posteamentos, entulhos, etc.. O conjunto de todas essas atividades é designado nas “Especificações Gerais para Obras Rodoviárias” do antigo DNER, atual DNIT, por Serviços Preliminares , os quais compreendem o desmatamento, o destocamento e a limpeza.
O desmatamento envolve o corte e a remoção de toda a vegetação, qualquer que seja a sua densidade. O destocamento e a limpeza compreendem a escavação e a remoção total dos tocos e da camada de solo orgânico.
Além dessas operações, dependendo da situação do trecho em projeto, podem ser introduzidos outros serviços preliminares, como por exemplo:
Remanejamento de postes; Remoção de cercas; Remoção de estruturas de madeira; Demolição de muros, e Demolição de estruturas de alvenaria.
2.3.2 Caminhos de Serviço
Em se tratando de terraplenagem de trecho virgem, ou seja, trecho que não possui uma estrada de ligação de caráter pioneiro é necessário abrir caminho para os equipamentos que levarão o material retirado dos cortes para os aterros. É o que chamamos de caminhos de serviço para execução da terraplenagem.
Esses caminhos, que são estradas de padrão apenas suficiente para possibilitar o tráfego dos equipamentos, interligarão, em linhas gerais, cortes com aterros e estes com o canteiro da obra.
No título “caminhos de serviço”, no caso de projeto onde já existe uma ligação rodoviária, encaixam-se as estradas denominadas por desvios e provisórias , que constituem as vias para manutenção do tráfego da rodovia.
Entende-se como desvios as extensões de vias existentes para as quais será remanejado o tráfego durante o período de construção. Como provisórias são considerados os caminhos especialmente construídos para esse fim, nos segmentos onde não haja possibilidade de desviar o tráfego para a implantação antiga ou para estradas já existentes.
Como no caso dos caminhos de serviço destinados à execução da terraplenagem, os desvios e as provisórias terão padrão técnico apenas suficiente à passagem regular do tráfego, recebendo em seu leito camada superior a um revestimento primário somente em casos excepcionais.
Além dessas estradas, ainda são considerados como caminhos de serviço aqueles que se destinam a assegurar o acesso às ocorrências de materiais a serem utilizados nos serviços de pavimentação e drenagem, que são as pedreiras (pedra britada), jazidas (materiais já desagregados e solos em geral) e areais (areia). As características técnicas a adotar são as mesmas preconizadas para os demais caminhos de serviço.
2.3.3 Cortes
Cortes são segmentos que requerem escavação no terreno natural para se alcançar a linha do greide projetado, definindo assim transversal e longitudinalmente o corpo estradal. As operações de corte compreendem:
Escavação dos materiais constituintes do terreno natural até a plataforma de terraplenagem definida pelo projeto (Fig.2.4); Escavação para rebaixamento do leito de terraplenagem, nos casos em que o subleito for constituído por materiais julgados inadequados (Fig.2.5); Escavação nos terrenos de fundação de aterros com declividade excessiva (comuns nos alargamentos de aterros existentes) para que estes proporcionem condições para trabalho dos equipamentos e estabilidade às camadas a serem sobrepostas (Fig.2.13); Alargamentos além do necessário em algumas porções de cortes para possibilitar a utilização de equipamentos normais (comuns nos casos de escavações em cortes já existentes, Fig.2.5); Transporte dos materiais escavados para aterros ou bota-foras.
Figura 2.
2.3.4 Empréstimos
Empréstimos são escavações efetuadas em locais previamente definidos para a obtenção de materiais destinados à complementação de volumes necessários para aterros, quando houver insuficiência de volume nos cortes, ou por razões de ordem qualitativa de materiais, ou de ordem econômica (elevadas distâncias de transporte). Dependendo da situação podem ser considerados dois tipos distintos de empréstimos: laterais e concentrados (ou localizados).
a) Empréstimos Laterais
Os empréstimos laterais (Fig.2.6) se caracterizam por escavações efetuadas próximas ao corpo estradal, sempre dentro dos limites da faixa de domínio. Nos casos de segmentos de cortes se processa o alargamento da plataforma com conseqüente deslocamento dos taludes e, no caso de aterros, escavações do tipo “valetões”, em um ou ambos os lados. Logicamente, o que vai definir a execução ou não desses empréstimos é a qualidade do material adjacente aos cortes ou aterros em que se fará a escavação e o volume necessário para suprir a carência de material no aterro de destino.
Na execução dos empréstimos laterais algumas exigências devem ser devidamente atendidas:
b) Empréstimos Concentrados
Os empréstimos concentrados (ou localizados, Fig.2.7) são definidos por escavações efetuadas em áreas fora da faixa de domínio, em locais que contenham materiais em quantidade e qualidade adequada para confecção dos aterros. A utilização
desse tipo de empréstimo se dá quando não existem materiais adequados nas faixas laterais a cortes ou aterros para efetivação de empréstimos laterais, ou quando esses últimos não proporcionam a retirada do volume total necessário.
Os locais dos empréstimos concentrados ou localizados devem ser selecionados dentre as elevações do terreno natural próximas ao aterro a que se destinará o material, devendo-se definir a área e forma de exploração de tal maneira que, após a escavação, se tenha uma aparência topográfica natural. As medidas minimizadoras dos impactos ambientais sugeridas para os empréstimos lateriais aplicam-se, na totalidade, aos empréstimos concentrados.
2.3.5 Aterros
Aterros constituem segmentos cuja implementação requer o depósito de materiais, para a composição do corpo estradal segundo os gabaritos de projeto. Os materiais de aterro se originam dos cortes e dos empréstimos (Fig.2.4).
As operações de aterro compreendem a descarga, o espalhamento, a correção da umidade (umedecimento ou aeração) e a compactação dos materiais escavados, para confecção do corpo e da camada final dos aterros propriamente ditos, bem como para substituição de volumes retirados nos rebaixamentos de plataforma em cortes ou nos terrenos de fundação dos próprios aterros.
2.3.6 Bota-Foras
Bota-foras são os volumes de materiais que, por excesso ou por condições geotécnicas insatisfatórias, são escavados nos cortes e destinados a depósitos em áreas externas à construção rodoviária, ou seja, são os volumes de materiais escavados não utilizáveis na terraplenagem.
O local de depósito desses materiais deve ser criteriosamente definido a fim de não causar efeitos danosos às outras obras de construção e ao próprio meio-ambiente.
2.3.7 Serviços Especiais
a) Aterros sobre Solos Inconsistentes
Em algumas situações peculiares, impostas pela geologia regional, o projetista de terraplenagem e o executor de tais obras se vêem às voltas com problemas nas fundações dos aterros. Tais problemas dizem respeito à ocorrência, nos terrenos de fundação, de solos possuidores de baixa resistência ao cisalhamento, incapazes de suportar as pressões exercidas pelos aterros sem apresentar rupturas ou deformações apreciáveis.
Estes solos de baixa resistência normalmente são formados sob influência direta da água (“banhados”), gerando materiais com forte contribuição orgânica (“depósitos orgânicos”), de péssimo comportamento geotécnico (“solos moles” ou “solos hidromórficos”). Duas situações são potencialmente favoráveis à ocorrência deste fenômeno:
1ª Solução: Remoção da camada inconsistente
Trata-se do procedimento executivo bastante recomendável. Em linhas gerais, a camada problemática é totalmente removida por equipamentos escavadores especiais, substituindo-se o volume resultante desta remoção por material de boa qualidade, usualmente um produto inerte frente à ação da água. Após, executa-se normalmente o aterro projetado.
A grande vantagem desta primeira solução é de que a possibilidade de futuros recalques diferenciais no aterro executado praticamente inexiste, caso a substituição dos solos moles tenha sido levada a bom termo. Este procedimento enfrenta, no entanto, limitações de ordem técnica e econômica, quando o porte da camada a remover assume proporções elevadas.
2ª Solução: Execução de bermas de equilíbrio
Este segundo procedimento executivo tem tido larga aplicação. Consiste na execução de aterro ladeado por banquetas laterais, gradualmente decrescentes em altura, de sorte que a distribuição das tensões se faz em área bem mais ampla do que aquela que resultaria da utilização de um aterro convencional. Esta melhor distribuição das tensões faz com que, efetivamente, o sistema “flutue” sobre a camada mole.
Figura 2.
As bermas de equilíbrio podem ser dimensionadas através de procedimentos correntes de mecânica dos solos, desde que se conheça a geometria do aterro a ser executado e as características físicas dos solos do terreno de fundação (resistência ao cisalhamento, coesão). A questão do dimensionamento das bermas de equilíbrio não é aqui abordada, por constituir uma especialização dentro das áreas de geotécnica e mecânica dos solos.
Quando do emprego de bermas de equilíbrio, são expectáveis e toleráveis alguns recalques diferenciais, de longas amplitudes longitudinais, os quais, em geral, não afetam a serventia da via. No caso de rodovias pavimentadas, adições posteriores de massa asfáltica poderão solucionar ou pelo menos atenuar estes problemas.
3ª Solução: Execução do aterro por etapas
Este procedimento consiste em sobrepor ao terreno de baixa resistência ao cisalhamento, por sucessivas vezes, frações do aterro projetado. A cada nova deposição de material, verificam-se processos de adensamento da camada mole, até que, após um certo número de aplicações, o sistema entre em equilíbrio, permitindo que a execução do aterro se complete normalmente. Cabe notar que cada adição de material não deve superar à chamada “altura crítica”, parâmetro este que representa a máxima carga suportável pela camada mole sem que resultem processos de ruptura. Esta solução não permite previsões muito seguras, não só no que respeita à quantidade de material a ser aplicada até a estabilização do sistema, como também quanto ao prazo necessário à verificação deste evento.
4ª Solução: Expulsão da camada mole por meio de explosivos.
Neste processo, uma porção de aterro projetado é inicialmente sobreposta à camada mole, sucedendo-se a implantação de cargas explosivas no interior deste. A detonação das cargas explosivas, contida superiormente pela porção de solo adicionada, faz com que parte dos solos moles seja expulsa lateralmente e que, como conseqüência, o material sobreposto preencha o volume liberado. Novas adições de material de aterro e detonações fazem com que a camada mole seja gradualmente substituída pelo material importado. Findo este processo, o aterro pode ser normalmente executado.
Figura 2.
5ª Solução: Execução de drenos verticais
Esta técnica construtiva é fundamentada no fato de que a remoção da água que normalmente satura uma camada de baixa resistência ao cisalhamento acelera o processo de adensamento desta camada, gerando, como conseqüência direta, uma melhoria nas suas condições de suporte. Uma prática comum é a de executar drenos verticais preenchidos com areia, adequadamente dispostos em planta e seção transversal, aos quais se sobrepõe um “colchão drenante”, composto pelo mesmo material. Segue-se a execução, sobre este colchão, de parte do aterro, a qual exercerá pressão sobre o sistema, forçando a água de saturação a atingir os drenos verticais, ascender por estes e ser eliminada pela camada drenante. A figura abaixo procura ilustrar o processo.
