PROGRAMA DE INTEGRAÇÃO
E CAPACITAÇÃO – DER/2008
TÓPICOS DE PROJETO
DE TERRAPLENAGEM
Lucas Bach Adada
1
Conteúdo Programático
Definição de Terraplenagem;
Projeto de terraplenagem x demais projetos rodoviários ;
Projeto de terraplenagem como um sistema;
Seções transversais tipo;
Considerações sobre inclinações de taludes;
Considerações sobre largura da plataforma de terraplenagem;
Nota de Serviço de terraplenagem;
Principais serviços de terraplenagem;
Partes principais dos aterros e principais especificações (DER-PR ES-T 06/05);
Procedimentos importantes antes da execução dos aterros;
Classificação dos materiais ocorrentes nos cortes segundo a
DER/PR ES-T 02/05;
Compensação de volumes;
Variação volumétrica dos solos durante o desenvolvimento da terraplenagem;
Fatores de conversão de volumes;
Cálculo de volumes;
Diagrama de Brückner; e
Programas de computador.
Projeto de Terraplenagem
2
Definições de terraplenagem
• é a arte de modificar a configuração do terreno
• é a operação destinada a conformar o terreno existente
aos gabaritos definidos em projeto;
• é o conjunto de operações de desmatamento, limpeza
escavação, carga, transporte, descarga ,compactação e
acabamentos, executados a fim de transpor-se do
terreno natural para a plataforma projetada.
Projeto de Terraplenagem
3
Projeto de terraplenagem x Demais Projetos
Rodoviários
PROJETO
Geométrico
TERRAPLENAGEM
Pavimentação
Drenagem e O.A.C.
Obras de Arte Especial
Obras Complementares
Desapropriação
Ambiental
Projeto de Terraplenagem
4
Projeto de terraplenagem é um sistema
Saídas
Entradas
Cálculo de
Volumes
Projeto Geométrico
Estudos
Topográficos
Procedência e
Distribuição
dos Materiais
Estudos de
Traçado
Estudos Geológicos
e Geotécnicos
Outros Estudos
PROJETO DE
TERRAPLENAGEM
Notas de
Serviço
Quantidades
Custos
Projeto de Terraplenagem
5
Projeto de terraplenagem é um produto resultante
PROJETO GEOMÉTRICO
Planta;
Perfil Longitudinal;e das
Seções Transversais.
Projeto de Terraplenagem
6
Seções Transversais
Projeto de Terraplenagem
7
Elementos de uma Seção Transversal Tipo - CORTE
Pista Simples com Duas Faixas de Tráfego
A
B
C
D
E
F
G
H
I
e(%)
Cota do terreno natural no eixo
Cota do greide de terraplenagem no eixo
Cota vermelha ( Cota do terreno - Cota do greide do eixo)
Bordo da plataforma de terraplenagem
Talude de corte
Talude de aterro
"Off-set" de corte
"Off-set" de aterro
Plataforma de terraplenagem
Declividade transversal
Projeto de Terraplenagem
8
Elementos de uma Seção Transversal Tipo - ATERRO
Pista Simples com Duas Faixas de Tráfego
A
B
C
D
E
F
G
H
I
e(%)
Cota do terreno natural no eixo
Cota do greide de terraplenagem no eixo
Cota vermelha ( Cota do terreno - Cota do greide do eixo)
Bordo da plataforma de terraplenagem
Talude de corte
Talude de aterro
"Off-set" de corte
"Off-set" de aterro
Plataforma de terraplenagem
Declividade transversal
Projeto de Terraplenagem
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Elementos de uma Seção Transversal Tipo - MISTA
Pista Simples com Duas Faixas de Tráfego
A
B
C
D
E
F
G
H
I
e(%)
Cota do terreno natural no eixo
Cota do greide de terraplenagem no eixo
Cota vermelha ( Cota do terreno - Cota do greide do eixo)
Bordo da plataforma de terraplenagem
Talude de corte
Talude de aterro
"Off-set" de corte
"Off-set" de aterro
Plataforma de terraplenagem
Declividade transversal
Projeto de Terraplenagem
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Considerações sobre inclinações de taludes
A inclinação dos taludes é definida a partir de informações da natureza
do material, segurança, economia,compensação de volumes e necessidade
estética.
Devem ser observadas as indicações dos Estudos Geotécnicos.
As inclinações ( V:H) recomendadas a seguir são meramente indicativas:
-PARA ATERR0S:
1:2 solos arenosos;
1:1,5 solos argilosos;
1:1 aterros com fragmento de rocha
-PARA CORTES:
4:1 rocha sã;
1,5:1 terrenos sem escorregamentos;
1:1 terrenos com escorregamentos; e
1:1,5 empréstimos, estética e erosão.
Projeto de Terraplenagem
11
Considerações sobre largura da plataforma
de terraplenagem
Devem ser levados em consideração os seguintes aspectos;
- Largura das faixas de rolamento;
- Largura dos acostamentos e faixas de segurança;
- Altura do pavimento;
- Espaço para a drenagem superficial e placas de sinalização
vertical; e
- Folgas adicionais dependendo da classe e função da via.
Projeto de Terraplenagem
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Nota de Serviço de terraplenagem
É resultante do cálculo do greide de
terraplenagem e da definição da largura da
plataforma de terraplenagem, bem como das
declividades transversais em tangente em
curva.
Projeto de Terraplenagem
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Nota de Serviço de terraplenagem
Projeto de Terraplenagem
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Principais serviços de terraplenagem
Serviços Preliminares
Caminhos de Serviço
Cortes
•Seção Plena
•Meia Encosta
Serviços de
Terraplenagem
Empréstimos
Aterros
•Cortes
•Empréstimos
Bota-Foras
Serviços Especiais
Projeto de Terraplenagem
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Partes principais dos aterros e principais
especificações (DER-PR ES-T 06/05)
Camada Final de Terraplenagem
Corpo do Aterro
Designação
Camada
Final
Espessuras Máximas
(m)
Total
P/
Compactação
0,60
3 x 0,20
Energia de
Referência
Expansão
(%)
P. N.ou P.I .
≤2
Faixa de
Umidade p /
Compactação
hót±2%(1ªcam)
GC
(%)
Observação
100
ISC≥ISCp
95
ISC≥2%
hót±3% (demais)
Corpo de
Aterro
Var.
n x 0,30
P. N.
≤4
hót±3%
Projeto de Terraplenagem
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Partes principais dos aterros e principais
especificações (DER-PR ES-T 06/05)
Em regiões onde houver ocorrência predominante de materiais rochosos,
admite-se a execução dos aterros com o emprego dos mesmos, desde que
previsto em projeto. O material rochoso deve ser depositado em camadas
cujas espessuras não ultrapassem 0,75m.
Os últimos 2,00 m de aterro devem ser executados em camadas de no
máximo 0,30m de espessura. A conformação das camadas é executada
mecanicamente, devendo o material ser espalhado com equipamento
apropriado e devidamente compactado por meio de rolos vibratórios.
Deve ser obtido um conjunto livre de grandes vazios e engaiolamentos e
o diâmetro máximo dos blocos de pedra é limitado pela espessura da
camada.
O tamanho máximo admitido para a maior dimensão da pedra é de 2/3 da
espessura da camada.
Projeto de Terraplenagem
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Procedimentos importantes antes da
execução dos aterros
Solução Normal:
Quando i<15% constrói-se o aterro normalmente
i<15%
Projeto de Terraplenagem
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Procedimentos importantes antes da
execução dos aterros
Escarificação:
Quando 15%≤i<25%, deve-se aumentar a rugosidade da
superfície de apoio através de escarificação
15%≤i<25%
Projeto de Terraplenagem
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Procedimentos importantes antes da
execução dos aterros
Escalonamentos ou Degraus:
Quando 25%≤i<40% abrir degraus na superfície de apoio, com piso
preferencialmente de 3,00 m de largura
25%≤i<40%
Projeto de Terraplenagem
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Procedimentos importantes nos aterros
existentes
Escalonamentos:
Projeto de Terraplenagem
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Classificação dos materiais ocorrentes nos
cortes segundo a DER/PR ES-T 02/05
a) materiais de 1ª categoria: compreendem os solos em geral, de natureza residual
ou sedimentar, seixos rolados ou não, e rochas em adiantado estado de
decomposição, com fragmentos de diâmetro máximo inferior a 0,15 m, qualquer que
seja o teor de umidade apresentado. Compreendem ainda as pedras soltas, rochas
fraturadas em blocos maciços de volume inferior a 0,5 m³, rochas de resistência
inferior a do granito (rochas brandas). A escavação destes materiais envolve o
emprego de equipamentos convencionais de terraplenagem;
b) materiais de 2ª categoria: compreendem os materiais cuja extração exija o uso
combinado de escarificador pesado e explosivos, incluindo-se os blocos maciços de
volume inferior a 2 m³;
c) materiais de 3ª categoria: compreendem os materiais com resistência ao
desmonte mecânico igual ou superior a do granito são e blocos de rocha com diâmetro
superior a 1m, ou de volume igual ou superior a 2 m³, cuja extração e redução, a fim
de possibilitar o carregamento, se processem somente com o emprego contínuo de
explosivos.
Projeto de Terraplenagem
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Compensação de volumes
Longitudinal
Compensação
de Volumes
•Seção Plena:
Escavação é transportada
para destinos ≠origens: corte
para aterro, corte para
bota-fora, ou de empréstimo
para bota-fora
•Seção Mista:
• VC > VA volume
excedente de corte
com destino distinto do de
origem.
Lateral ou Transversal:
ORIGEM = DESTINO, ou seja o material
escavado é lançado no mesmo segmento que
se processou a escavação.
Projeto de Terraplenagem
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Compensação de volumes
Projeto de Terraplenagem
24
Compensação de volumes
Projeto de Terraplenagem
25
Variação volumétrica dos solos durante o
desenvolvimento da terraplenagem
Projeto de Terraplenagem
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Fatores de conversão de volumes
Dc = m Ds = m Dcomp = m
Vc
Vs
Vcomp
Vcomp < Vc < Vsolto
Ds
<
Dc < Dcomp.
para uma mesma massa m => Vc. Dc = Vs. Ds = Vcomp . Dcomp.
Projeto de Terraplenagem
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Fatores de conversão de volumes
1) Fator de Empolamento (Fe) e Empolamento (E)
VS
Fe =
VC
Fatores
de
Conversão
de
Volumes
•é um incremento de volume que resulta após a escavação de um
material de um corte.
V
Fc = COMP
2) Fator de Contração (Fc)
VC
•permite a estimativa do material, medido no corte, necessário à
confecção de um aterro.
3) Fator de Homogeneização (Fh)
Vc
1
Fh=
=
Vcomp Fc
•permite a estimativa do material, medido no corte, necessário à
confecção de um aterro.
Projeto de Terraplenagem
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EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO
Seja um volume de corte de 500.000 m3 e dados a densidade
natural, densidade solta e densidade no aterro, respectivamente
1,60, 1,20 e 1,70.
Pergunta-se:
(a) Volume para transporte;
(b) Volume no aterro compactado; e
(c) Empolamento
Projeto de Terraplenagem
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SOLUÇÃO DO EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO
Solução:
Vc = 500.000 m3
Dc = 1,60
Ds = 1,20
Dcomp = 1,70
(a) Volume para Transporte
Dc . Vc = Ds . Vs = Dcomp . Vcomp
1,60 . Vc = 1,20 . Vs = 1,70 . Vcomp
1,60 . Vc = 1,20 . Vs
Vs = 1,60 . Vc
.................1,2
Vs = 1,60 . 500000
1,2
Vs = 666666,667 m3
Projeto de Terraplenagem
30
SOLUÇÃO DO EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO
(b) Volume no Aterro
1,60 . Vc = 1,70 . Vcomp
Vcomp = 1,60 . Vc / 1,7
= 1,60 . 500000/1,7
Vcomp = 47.0588,235m3
(c) Empolamento
E(%) = (Vs – Vc) X 100
Vc
E(%) = (666666,667 –500000) x 100
500000
E(%) = 33,33
Projeto de Terraplenagem
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Cálculo de volumes
a) Para o engenheiro projetista de estradas, uma das principais metas
durante a elaboração de um projeto é encontrar uma solução que permita
a construção da estrada com o menor movimento de terras possível,
cumprindo, logicamente, as normas de um traçado racional.
b) O custo do movimento de terra é, na maioria dos projetos, significativo
em relação ao custo total da estrada, sendo portanto um item importante a
ser analisado. Nos locais onde os materiais de corte tiverem condições de
serem usados nos aterros, o equilíbrio entre volumes de cortes e aterros,
minimizando empréstimos e/ ou bota-foras, acarreta em menores custos
de terraplenagem.
Projeto de Terraplenagem
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Cálculo de volumes
c) Para o cálculo do volume de terra a mover numa estrada, é necessário
supor que existe um determinado sólido geométrico, cujo volume será
facilmente calculado.
d) O método usual consiste em considerar o volume como proveniente de
uma série de prismóides (sólidos geométricos limitados nos extremos por
faces paralelas e lateralmente por superfícies planas).
Projeto de Terraplenagem
33
Cálculo de volumes
e) No campo, as faces paralelas correspondem às seções transversais
extremas, e as superfícies planas laterais correspondem à plataforma da
estrada, aos taludes e à superfície do terreno natural, conforme indica a
Figura, a seguir:
Projeto de Terraplenagem
34
Cálculo de volumes
O volume do prismóide da Figura pode ser calculado mediante a fórmula:
L
V = • ( A1 + 4 • Am + A2 )
6
onde:
A1 e A2 = áreas das seções transversais
extremas;
Am = área da seção transversal no ponto
médio entre A1 e A2;
L = distância entre as seções A1 e A2.
Projeto de Terraplenagem
35
Cálculo de volumes
Uma fórmula aproximada comumente utilizada e aproximada com erro
cometido geralmente menor que 2% para o cálculo dos volumes dos
prismóides é a chamada fórmula das áreas médias. A fórmula é a seguinte:
L
Vm = • ( A1 + A2 )
2
onde:
A1 e A2 = áreas das seções transversais
extremas;
Am = área da seção transversal no ponto
médio entre A1 e A2;
L = distância entre as seções A1 e A2.
Projeto de Terraplenagem
36
Planilha de Cálculo de volumes
Projeto de Terraplenagem
37
Planilha de Cálculo de volumes
Projeto de Terraplenagem
38
Diagrama de Brückner
Tem como função Calcular as ordenadas de BRÜCKNER
•Volumes de Corte de Aterro Acumulados Sucessivamente, Seção a Seção.
•Cortes
+ (Positivo )
•Aterros
- (Negativos)
•Volumes Efetivos
consideram a influência da camada vegetal.
•O “FH” é aplicado sobre os volumes de aterro, ou seja:
Multiplicam-se os
volumes do aterro
pelo FH.
Vc
Fh=
Va
Projeto de Terraplenagem
39
Diagrama de Brückner
•O volume existente entre duas seções consecutivas (interperfis) é
considerado aplicado na estaca correspondente à segunda seção.
•As ordenadas são calculadas através do emprego de planilha e
plotadas normalmente sobre o perfil longitudinal do projeto, sendo
que:
•Nas abscissas marcam-se as estacas
•Nas ordenadas marcam-se as Ordenadas de BRÜCKNER.
•Pontos obtidos e unidos por uma linha curva sintetizam o
diagrama de BRÜCKNER.
Projeto de Terraplenagem
40
Propriedades do Diagrama de Brückner
1ª PROPRIEDADE:
2ª PROPRIEDADE: MÁXIMOS E MÍNIMOS
Projeto de Terraplenagem
41
Propriedades do Diagrama de Brückner
3ª PROPRIEDADE:
Projeto de Terraplenagem
42
Propriedades do Diagrama de Brückner
4ª PROPRIEDADE:
( Vc )
III
= (VA)
III
( Vc ) I = (VA)
( VA )
IGeométrico
I
= (Vc)
Fh
( Vc )
I
Projeto de Terraplenagem
II
= (VA)
= (VA)
Fh
II
I
43
Propriedades do Diagrama de Brückner
5ª PROPRIEDADE:
S = MT
Projeto de Terraplenagem
44
Propriedades do Diagrama de Brückner
6ª PROPRIEDADE:
A distância média de transporte de cada distribuição pode ser considerada
como a base de um retângulo de área equivalente à do segmento compensado
e de altura igual à máxima ordenada deste segmento conforme figura, a seguir:
7ª PROPRIEDADE:
M =V • dm
Onde:
M = momento de transporte, em m³ .km;
V = volume natural do solo, em m³ ;
dm = distância média de transporte, em km.
Projeto de Terraplenagem
45
Propriedades do Diagrama de Brückner
Projeto de Terraplenagem
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Programas de computador
Auxiliam no projeto, cálculo e desenho:
do eixo horizontal da estrada;
dos perfís longitudinal e transversal;
das curvas horizontais e verticais;
volume de terra movimentado;
Exemplo:
Rodprow;
Topograph;
Geopac Roads;
AutoCad Civil & Civil 3D;
Datageosis.
Projeto de Terraplenagem
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PROGRAMA DE INTEGRAÇÃO
E CAPACITAÇÃO – DER/2008
Obrigado!
Projeto de Terraplenagem
48