Infraestrutura das Construções

Infraestrutura das
Construções
AULA 2 - MOVIMENTO DE TERRA
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
1
1 Introdução
• Quando se fala em movimento de terra dois termos são
automaticamente lembrados: terraplenagem e
terraplanagem. Mas qual seria o termo adequado? Qual a
diferença entre ambos?
• De acordo com DeAmorim Construtora de Obras (2010),
terraplenagem é o ato de terraplenar, logo, é escavar ou
encher de terra uma área, deixar o terreno aplainado ou em
platôs bem definidos.
• A forma preferencial do termo é terreplenagem, no entanto,
devido ao fato do movimento de terra se relacionar
diretamente com tornar plano um terreno, a palavra
terraplanagem aparece em alguns dicionários da língua
portuguesa como uma variante popular de terraplenagem.
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
2
1 Introdução
Os objetivos desta aula são:
• conhecer os tipos de movimento de terra;
• conhecer os tipos de rochas e solos;
• entender o conceito do empolamento do solo escavado;
• entender e aplicar o cálculo de volume de terra através do
método da malha cotada.
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
3
2 Movimento de terra
• Pode se definir movimento de terra como o conjunto de
trabalhos executados por homens, máquinas e ferramentas
destinadas à preparação dos terrenos para a implantação de
estruturas, pavimentos ou outras obras de construção civil.1
• O movimento de terra básico, no caso de edifícios, pode
significar uma operação de corte, aterro ou misto2, como
pode ser observado nas figuras a seguir:
1. Orth (2009)
2. Shimizu (2002)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
4
2 Movimento de terra
CORTE
Figura 01: Movimento de terra – operação de corte
Fonte: Shimizu (2002)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
5
2 Movimento de terra
ATERRO
Figura 02: Movimento de terra – operação de aterro
Fonte: Shimizu (2002)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
6
2 Movimento de terra
SECÇÃO MISTA
Figura 03: Movimento de terra – secção mista
Fonte: Shimizu (2002)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
7
3 Materiais de superfície
A superfície terrestre é constituída de vários
elementos. Mas, de uma maneira geral, para
fins de terraplenagem, é constituída por:
• ROCHAS
• SOLOS
Fonte: extraído de Greco [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
8
3 Materiais de superfície
3.1 Rochas
• São 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.
• 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.
Fonte: extraído de Greco [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
9
3 Materiais de superfície
3.1.1 Bloco de rocha
• De acordo com
Greco [200?] um
bloco de rocha é
um grande
pedaço isolado
de rocha com
diâmetro médio
superior a 1m.
Figura 04: Bloco de rocha de 300m³
Fonte: Google Images (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
10
3 Materiais de superfície
Figura 05: Bloco de rocha: observe a escala humana
Fonte: Google Images (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
11
3 Materiais de superfície
3.1.2 Matacão
• Pedaço de rocha com diâmetro médio superior a 25cm e
inferior a 1m.¹
• Também conhecido por seu nome em inglês Boulder, são
grandes blocos arredondados produzidos pelo processo de
intemperismo químico, conhecido como esfoliação esferoidal
ou pelo desgaste de blocos arrastados por correntes fluviais.²
1. Extraído de Greco [200?]
2. Dicionário Enciclopédico Livre de Geociências (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
12
3 Materiais de superfície
Esfoliação esferoidal
em bloco de basalto.
Observe a "casca" de
alteração que está
envolvendo este bloco –
adiantado processo de
intemperismo.
Figura 06: Esfoliação em basalto – Foto de Eurico Zimbres
Fonte: Dicionário Enciclopédico Livre de Geociências (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
13
3 Materiais de superfície
• O matacão se forma pelo intemperismo químico atuando ao
longo de fraturas das rochas. Este intemperismo é mais ativo nas
áreas onde duas ou mais fraturas se encontram, o que
paulatinamente leva à produção de núcleos arredondados e não
alterados (rocha sã) envoltos por rocha em vários níveis de
alteração, que vão se soltando como as partes de uma cebola.
• Este intemperismo se processa abaixo da superfície do solo, e os
matacões são trazidos à superfície pela erosão do terreno. Em
clima tropical onde é comum regolitos com até dezenas de
metros de espessura, pode-se encontrar blocos de rochas de
muitas toneladas totalmente imerso no solo.
Fonte: Dicionário Enciclopédico Livre de Geociências (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
14
3 Materiais de superfície
Figura 07: Figueira no interior da mata sobre um matacão de granito
Fonte: Google Images (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
15
3 Materiais de superfície
Em área de afloramento de
granitos, em clima tropical, é
comum a existência de
muitos blocos de rocha e
matacões aparecendo na
superfície do terreno, dando
origem à paisagem
conhecida na literatura
geológica como Mar de
Boulders ou Campo de
Boulders.
Figura 08: Matacões e blocos de rocha em Karlu Karlu, Austrália – Foto de Heiko Gorski
Fonte: Dicionário Enciclopédico Livre de Geociências (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
16
3 Materiais de superfície
3.1.3 Pedra
• Pedras são
fragmentos de
rocha com
diâmetro médio
compreendido
entre 7,6cm e
25cm.
Figura 09: Pedras entre fragmentos menores de rocha
Fonte: Google Images (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
17
3 Materiais de superfície
Figura 10: Pedras de diferentes dimensões e cores entre fragmentos menores de rocha
Fonte: Google Images (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
18
3 Materiais de superfície
Figura 11: Relevo com pedras
Fonte: Google Images (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
19
3 Materiais de superfície
3.2 Solos
• São 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.
• São constituídos por partículas de diâmetros inferiores a
76mm.
Fonte: extraído de Greco [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
20
3 Materiais de superfície
3.2.1 Pedregulho
• Solos cujas
propriedades
dominantes estão
relacionadas aos
grãos minerais de
diâmetros
superiores a 2mm e
inferiores a 76mm.
Figura 12: Pedregulhos
Fonte: Google Images (2012)
Fonte: extraído de Greco [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
21
3 Materiais de superfície
Figura 13: Pedregulhos de diferentes formas e dimensões
Fonte: Google Images (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
22
3 Materiais de superfície
3.2.2 Areia
.
• Segundo Greco
[200?], são solos
cujas propriedades
dominantes estão
relacionadas aos
grãos minerais de
diâmetro máximo
superior a 0,075mm
e inferior a 2,00mm.
Figura 14: Areia
Fonte: Google Images (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
23
3 Materiais de superfície
• Solos arenosos são aqueles que têm uma quantidade maior
de areia do que a média (contêm cerca de 70% de areia). Eles
secam logo porque são muito porosos e permeáveis:
apresentam grandes espaços (poros) entre os grãos de areia.
A água passa, então, com facilidade entre os grãos de areia e
chega logo às camadas mais profundas. Os sais minerais, que
servem de nutrientes para as plantas, seguem junto com a
água. Por isso, os solos arenosos são geralmente pobres em
nutrientes utilizados pelas plantas.
Fonte: Matéria do Curso (2011)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
24
3 Materiais de superfície
Figura 15: Solo arenoso
Fonte: Matéria do Curso (2011)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
25
3 Materiais de superfície
3.2.3 Silte
• Solo muito erodível que apresenta apenas a coesão para formar,
quando seco, torrões facilmente desagregáveis pela pressão dos
dedos.
• Não se agrega como as argilas e, ao mesmo tempo, suas
partículas são muito pequenas e leves.
• Suas propriedades dominantes estão relacionadas aos grãos de
diâmetros máximos superiores a 0,005mm e inferiores a
0,075mm.
Fonte: adaptado de Greco [200?] e Matéria do Curso (2011)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
26
3 Materiais de superfície
Figura 16: Silte
Fonte: Matéria do Curso (2011)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
27
3 Materiais de superfície
Figura 17: Exemplo de um solo siltoso
Fonte: Matéria do Curso (2011)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
28
3 Materiais de superfície
3.2.4 Argila
• Solo que apresenta características marcantes de
plasticidade: quando suficientemente úmido, molda-se
facilmente em diferentes formas e, 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 mm.
Fonte: extraído de Greco [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
29
3 Materiais de superfície
Figura 18: O Solo argiloso quando úmido tem a característica de ser maleável
Fonte: Matéria do Curso (2011)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
30
3 Materiais de superfície
• Os chamados solos argilosos contêm
mais de 30% de argila.
• No entanto, se o solo tiver muita argila,
pode ficar encharcado, cheio de poças
após a chuva. A água em excesso nos
poros do solo compromete a circulação
de ar, e o desenvolvimento das plantas
fica prejudicado.
Figura 19: Solo argiloso seco
Fonte: Matéria do curso (2011)
• Quando está seco e compacto, sua
porosidade diminui ainda mais, tornandoo duro e ainda menos arejado.
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
31
3 Materiais de superfície
Figura 20: Areia, silte e argila
Fonte: Google Images (2012)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
32
3 Materiais de superfície
3.3.5 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, dentre outros
Fonte: extraído de Greco [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
33
4 Empolamento do solo escavado
• Empolamento é o aumento do volume sofrido por um
determinado material do seu estado natural para o estado
solto ao ser transportado, ou seja, ocorre o aumento do
índice de vazios entre as partículas sólidas. É expresso como
sendo a percentagem do aumento de volume em relação ao
volume original.1
• Considerando-se 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 que Vn.2
1. Greco [200?]
2. Castro [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
34
4 Empolamento do solo escavado
• Em média, o volume solto Vs é 25% maior do que o volume
no terreno natural Vn, e o volume compactado Vc é 15%
menor.
• A massa específica aparente seca natural (γγn) será, portanto,
maior que a massa específica aparente seca solta (γγs) e
menor que a massa específica aparente seca compactada
(γγc).
Fonte: Castro [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
35
4 Empolamento do solo escavado
No estudo do empolamento de solo, 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:
Fonte: Castro [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
36
4 Empolamento do solo escavado
• a segunda das relações, denominada fator de empolamento,
traduz a relação de redução da massa específica aparente
seca ao se escavar o material, com valor sempre menor do
que 1, sendo dado por:
Fonte: Castro [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
37
4 Empolamento do solo escavado
• a terceira das relações, denominada porcentagem (ou taxa)
de empolamento [p(%) ou T.E.] , fornece a taxa de aumento,
em porcentagem, do volume solto em relação ao volume
natural, sendo dada por:
T.E. = p(%) = (ep – 1) 100%
ou
T.E. = p(%) = (γγn/ γs – 1) 100%
Fonte: Castro [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
38
4 Empolamento do solo escavado
Exemplo de cálculo da taxa de empolamento:
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
39
4 Empolamento do solo escavado
Tabela 2: Valores típicos de empolamentos dos solos
Fonte: Castro [200?]
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
40
5 Método da malha cotada
• Existem vários métodos para o cálculo de volumes de
movimentos de terra, considerando operação de corte, de
aterro ou de secção mista: método da malha cotada, cálculo
de volume de prismas e sólidos, método das seções
transversais, método das superfícies equidistantes, etc.
• Dentre estes, será explanado a seguir o MÉTODO DA MALHA
COTADA conforme material desenvolvido por Orth (2009).
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
41
5 Método da malha cotada
Este método para cálculo de volumes de terras é indicado
quando os cortes, aterros ou secções mistas atingem grandes
áreas, como:
• terrenos para construção de uma edificação;
• um loteamento;
• uma praça etc.
Fonte: adaptado de Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
42
5 Método da malha cotada
5.1 Princípio básico
Figura 21: Princípio básico do método da
malha cotada
Fonte: Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
43
5 Método da malha cotada
5.2 Procedimentos em escavações e/ou aterros
• definir um sistema xy (eixos cartesianos a serem locados no
terreno) fora da área a ser escavada e/ou aterrada;
• dividir a área em quadrados ou retângulos, referindo-se aos
eixos. Obtém-se assim uma malha quadrada ou regular;
• determinar as cotas de todos os vértices da malha (cota do
terreno natural e cota de projeto);
• calcular a altura de corte e aterro de todos os vértices;
• calcular os movimentos de terra (aterros, cortes, total).
Fonte: extraído de Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
44
5 Método da malha cotada
5.3 Cálculo do volume
• Opção A: usando a fórmula básica para cada célula da malha
e somando os volumes.
Volume total = soma de volumes parciais ou
Vt = V1 + V2 + V3 + ... + Vn
• Opção B: agrupando-se todas as fórmulas referentes às
células individuais com as devidas simplificações, através do
uso da fórmula genérica:
Vt = (a x b) X (Σ
Σh’ + 2Σ
Σh’’ + 3Σ
Σh’’’ + 4 Σh’’’’) / 4
Fonte: extraído de Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
45
5 Método da malha cotada
5.4 Detalhamento do cálculo
• Vt = volume total
de corte ou
de aterro ou
de movimento de terra
• a X b = área de uma célula da malha
• h = altura de movimentação de terra nos vértices da malha
Fonte: extraído de Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
46
5 Método da malha cotada
hmov = hnat – hproj
A determinação das 4 alturas dos vértices da malha usada no
cálculo é feita:
• usando a técnica de interpolação (aproximação visual) sem
planta de implantação de obra (curvas do terreno natural para
o hnat e curvas retificadas para o hproj);
• o hmov é a diferença de altura do terreno natural em função
do corte ou aterro feito.
Fonte: extraído de Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
47
5 Método da malha cotada
• h’, h”, h’’’, h’’’’ = em função da posição do vértice na
malha (= vezes que entra no cálculo de volume)
Quais vértices são os
h’/h’’/h’’’/h’’’’?
Fonte: extraído de Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
48
5 Método da malha cotada
5.1.4 Exemplo numérico
Calcular o volume total de movimento de terra,
discriminando o volume de corte e o volume de aterro
relativo ao projeto da Figura 05, que consiste em aplainar
a parte do lote, que está coberta pela malha, no nível de
6,5 metros.
Fonte: adaptado de Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
49
5 Método da malha cotada
Figura 22: Planta topográfica
Fonte: Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
50
5 Método da malha cotada
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
51
5 Método da malha cotada
5.5 Observações para a interpretação dos cálculos de
volume
• Sempre fazer dois cálculos:
1) Usando as hs de corte = Vcorte;
2) Usando as hs de aterro = Vaterro
• Somando-se o Vcorte + Vaterro = Volume Total de movimento
de terra, necessário para estimar o trabalho e seu custo
(horas-homem ou horas-máquina)
• Descontando-se Vcorte – Vaterro = Volume Excedente para
estimar as necessidades e custos de compra ou descarte de
material (terra).
Fonte: extraído de Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
52
5 Método da malha cotada
5.5 Observações para a interpretação dos cálculos de
volume
• O resultado é o volume do espaço escavado ou aterrado e
não do volume de terra a comprar ou descartar.
• Em função do teor de argila no solo, pode-se estimar a taxa de
empolamento (de 0% a 30% aproximadamente), e o
conseqüente aumento de volume real da terra movimentada.
• Considerar como capacidade de transporte de material pelos
caminhões tombadeiras = 6 m³ em média.
Fonte: extraído de Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
53
5 Método da malha cotada
5.5 Observações para a interpretação dos cálculos de
volume
• O resultado é o volume do espaço escavado ou aterrado e
não do volume de terra a comprar ou descartar.
• Em função do teor de argila no solo, pode-se estimar a taxa de
empolamento (de 0% a 30% aproximadamente), e o
conseqüente aumento de volume real da terra movimentada.
• Considerar como capacidade de transporte de material pelos
caminhões tombadeiras = 6 m³ em média.
Fonte: extraído de Orth (2009)
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
54
Considerações finais
• O movimento de terra de um projeto interfere diretamente no
custo final da obra, principalmente se houver necessidade de
contenção, muro de arrimo, etc. Por isso, é fundamental que se
estude bem o terreno antes da elaboração do projeto, de forma
que ocorra o mínimo possível de serviços de terraplenagem. O
ideal, sempre que viável, é que o projeto adapte-se às condições
naturais do terreno.
• Um cálculo de volume de movimento de terra bem estudado e
discutido, analisando-se qual é o melhor método para cada
situação, contribui para uma terraplenagem bem executada, sem
grandes desvios do planejamento original e, consequentemente,
gastos acima do previsto.
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
55
Referências
CASTRO, B. A. C. Terraplenagem. Universidade Federal de Minas Gerais . Belo
Horizonte, [200?]. (Disciplina Construção de Estradas e Vias Urbanas). Disponível em:
<http://www.etg.ufmg.br/ensino/transportes/disciplinas/etg033/turmaa/tb13.pdf>.
Acesso em: 10 mar. 2010.
DE AMORIM CONSTRUTORA DE OBRAS. Terraplenagem ou terraplanagem? Curitiba,
2010. Disponível em <http://www.deamorim.com.br/novidadeartigo/3/terraplenagem-ou-terraplanagem>. Acesso em: 22 fev. 2012.
DICIONÁRIO ENCICLOPÉDICO LIVRE DE GEOCIÊNCIAS. Matacão. Disponível em:
<http://www.dicionario.pro.br/dicionario/index.php/Matac%C3%A3o>. Acesso em: 25
fev. 2012.
GRECO, J.A.S. Terraplenagem (notas de aula). Universidade Federal de Minas Gerais .
Belo Horizonte, [200?]. (Apostila da disciplina ETG033: Construção de Estradas e Vias
Urbanas). Disponível em:
<http://etg.ufmg.br/~jisela/pagina/notas%20aula%20Terraplenagem.pdf >. Acesso
em: 22 fev. 2012.
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
56
Referências
GOOGLE IMAGES. Pesquisa de imagens de rochas e solos. Disponível em:
<http://images.google.com.br/>. Acesso em: 25 fev. 2012.
MATÉRIA DO CURSO. Tipos de solos e suas características. [S.l], 2011. Disponível em:
<http://materiadocurso.blogspot.com/2011/04/tipos-de-solo-e-suascaracteristicas.html>. Acesso em: 25 fev. 2012.
ORTH, Dora. Topografia aplicada: implantação de obras. Curso de Arquitetura e
Urbanismo, Universidade Federal de Santa Catarina. Florianopólis, 2009. (Unidade 5
da apostila da disciplina ECV 5631). Disponível em:
<www.grupoge.ufsc.br/publica/Aulatopounid5a.ppt>. Acesso em: 10 mar. 2010.
SHIMIZU, J.Y. (Rev.). Movimento de terra. Departamento de Engenharia da Construção
Civil, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002. (Apostila da
disciplina PCC 2425: Tecnologia da Construção de Edifícios I). Disponível em:
<http://pcc2435.pcc.usp.br/pdf/movimento_terra.pdf >. Acesso em: 10 mar. 2010.
Infraestrutura das Construções
Prof. Roberta Vendramini
57