TERRAPLENAGEM: escavação e movimentação de solos

TERRAPLENAGEM

Caracterização do Serviço de Terraplenagem

O serviço de terraplenagem tem como objetivo a conformação do relevo terrestre para implantação de
obras de engenharia, tais como açudes, canais de navegação, canais de irrigação, rodovias, ferrovias,
aeroportos, pátios industriais, edificações, barragens e plataformas diversas.

A literatura técnica brasileira de engenharia carece de uniformização normativa, não existindo uma
definição de terraplenagem de consenso, cada autor definindo terraplenagem do modo que julga mais
conveniente. Alerta-se, portanto, que a definição aqui adotada não tem validade de norma.

Definição:

Terraplenagem é a técnica de engenharia de escavação e movimentação de solos e rochas. O termo
técnico mais usualmente adotado para terraplenagem em rocha é desmonte de rocha.

O serviço de terraplenagem compreende quatro etapas:
. escavação;
. carregamento;
. transporte;
. espalhamento.

Alguns autores incluem, logo após a etapa de transporte, a etapa de descarga. Consideramos, porém, que a
etapa de descarga não é significativa, estando incluída na etapa transporte, visto que todo equipamento de
transporte provém a descarga do material. Outros autores e especificações incluem, ainda, a compactação
de aterros como uma quinta etapa do serviço de terraplenagem. Entendemos, no entanto, que a
compactação de aterros é um serviço à pane do serviço de terraplenagem, existindo três fortes
justificativas para apoiar este ponto de vista:

. todo serviço de terraplenagem sempre contém as quatro etapas citadas acima;
. nem todo material escavado em terraplenagem é destinado à confecção de aterro, podendo ser
descartado como bota-fora;
. os equipamentos de compactação de aterros são de natureza diferente dos equipamentos de
terraplenagem.

Notas de Aula - “CONSTRUÇÃO DE ESTRADAS E VIAS URBANAS”
Prof. Bruno Almeida Cunha de Castro – bruno@pattrol.com.br

Na conformação do relevo terrestre o serviço de terraplenagem sempre contém duas atividades
características: escavação de material em um determinado local e espalhamento deste material em local
distinto do primeiro. Pode-se ter duas condições para cada uma destas atividades. Para melhor
compreensão, a análise a seguir terá por base a construção de uma plataforma:

. a região a ser escavada está contida na região da plataforma, sendo que as cotas do terreno natural estão
acima das cotas de projeto da plataforma, caracterizando regiões em cortes, ou simplesmente cortes;

. a região a ser escavada está fora da região da plataforma, sendo que o material escavado virá de locais
externos denominados empréstimos;

. a região onde o material escavado será espalhado está contida na região da plataforma, sendo que as
cotas do terreno natural estão abaixo das cotas de projeto da plataforma, caracterizando regiões de aterro,
ou simplesmente aterros;

. a região onde o material (ou par:te do material) escavado será espalhado é externa à região da
plataforma, caracterizando região de bota-fora, ou simplesmente bota-fora.

Em uma obra pode-se ter as quatro condições citadas acima. Casos típicos são os de terraplenagens em
rodovias e ferrovias, cujos projetos de terraplenagem são constituídos por uma sucessão de cortes e
aterros; o aproveitamento de eventuais sobras de cortes para aterros distantes com falta de material pode
ser anti-econômico, devido às grandes distâncias de transporte do material escavado, havendo a
necessidade de definir bota-foras e empréstimos laterais.

Atividades Preliminares à Execução da Terraplenagem

A técnica de execução da terraplenagem é a mesma, independente do tipo de obra de engenharia a ser
executada. O desenvolvimento destas notas de aula terá como base a terraplenagem em rodovias e
ferrovias.

Para a execução do serviço de terraplenagem é necessário que algumas etapas anteriores sejam
cumpridas:


. abertura e melhoria de caminhos de serviço;
. desmatamento, destocamento e limpeza;
. implantação de bueiros de grota.

As atividades preliminares são executadas em seqüência ao longo do trecho, vindo em seguida a execução
da terraplenagem. Tem-se, portanto, várias frentes de serviço simultâneas, cada uma executando uma
tarefa especifica.

Abertura e melhoria de caminhos de serviço

No caso de terraplenagem para implantação de obras rodoviárias e ferroviárias é necessária a abertura e
melhoria de caminhos de serviços, visando garantir o acesso seguro dos equipamentos aos diversos cortes
e aterros. Utiliza-se, normalmente, os caminhos rurais existentes, executando melhorias nestes caminhos,
tais como reforços e reformas mata-burros e pontilhões, e melhorias na plataforma. A partir dos caminhos
rurais existentes implantam-se trechos de acesso direto aos locais de obra.

Desmatamento, destocamento e limpeza

Estando definido o traçado de uma rodovia ou ferrovia haverá a desapropriação de uma área em torno do
eixo do traçado, denominada faixa de domínio, com largura de acordo com as normas. Como exemplo,
em rodovias de classe I ou especial, em região montanhosa, a largura total da faixa de domínio será de 80
m, sendo 40 m à direita e à esquerda do eixo.

Após a locação do eixo e a marcação dos limites da faixa de domínio, o primeiro serviço a ser executado
será o de desmatamento, destoca e limpeza.

O serviço de desmatamento consiste na retirada de toda a vegetação existente na faixa de domínio,
utilizando-se tratores de esteira e moto-serras. Após o desmatamento, é necessário o arrancamento dos
tocos de árvores. A última etapa, a de limpeza, consiste na retirada de toda a camada de terra vegetal, em
média de 50 em de espessura, a qual é depositada em leiras nas extremidades da faixa de domínio, a cerca
de 3 m da cerca. Os serviços de desmatamento e de limpeza são pagos por m2, cabendo ao empreiteiro
fazer o orçamento de acordo com a natureza da vegetação e a dificuldade oferecida para o desmatamento.

O serviço de destoca é pago por unidade, em função do diâmetro do toco.


Implantação de bueiros de grota

Em rodovias e ferrovias existem dois tipos de bueiros: os de greide e os de grota.

Os bueiros de greide são executados em trechos longos de seção transversal em corte ou mista, para
permitir o esgotamento de águas de trechos das sarjetas, as quais não podem ser muito longas. O bueiro
de greide é sempre executado após o serviço de terraplenagem estar concluído.

Os bueiros de grota são executados nos talvegues sob os aterros, visando permitir o esgotamento de
águas. São bueiros que devem ser construídos antes da execução dos aterros.

Classificação dos Materiais Escavados

Os materiais escavados em terraplenagem são classificados em função da dificuldade de escavação. Não
existe uma uniformização de classificação, sendo que na mais usual os materiais são classificados em três
categorias.

• Material de 1º categoria (nesta categoria tem-se dois tipos de materiais):
- Materiais escaváveis pela lâmina de um trator de esteira. Estão nesta categoria os solos
normais, de predominância argilosa, siltosa ou arenosa, e pedregulhos e pedras;
- Os matacões (blocos de rocha) de até 1m3, que possam ser facilmente carregados e
transportados.

• Material de 2º categoria (nesta categoria tem-se três tipos de materiais)
- Materiais que necessitam do uso do escarificador de um trator de esteira para sua escavação,
podendo, eventualmente, ser necessário o uso de explosivos. Estão nesta categoria os solos sedimentares
em processo adiantado de rochificação e as rochas em processo adiantado de deteriorização.
- blocos de rocha com volume superior aI m3, que necessitam de fragmentação com explosivos
para permitir o carregamento e o transporte.
- rochas brandas ou rochas alteradas, que necessitam do uso esporádico de explosivo para o seu
desmonte.

• Material de 3º categoria
- Rochas sãs e duras, que necessitam do uso contínuo de explosivos para serem escavadas.


A classificação dos materiais de terraplenagem não é tarefa fácil, ocorrendo freqüentemente os três
materiais em um mesmo corte, com horizontes que não são muito bem definidos. Os materiais de 2º
categoria são o de maior dificuldade de classificação. Por exemplo: porcentagem do volume de blocos de
rocha, pois os mesmos estarão contidos em material de 1º categoria; localização do horizonte entre rocha
alterada, que necessitam do uso esporádico de explosivos, e rocha sã, que necessita do uso contínuo de
explosivo.

Empolamento do Material Escavado

Se considerarmos 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 do que Vn. Em média, o volume solto é 25% maior do que o volume no terreno natural, e o
volume compactado é 15% menor. A massa específica aparente seca natural (γn) será, portanto, maior do
que a massa específica aparente seca solta (γs) e menor do que a massa específica aparente seca
compactada (γc). No estudo do empolamento de solos 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:
γn
e p = V s / Vn ou ep =
γs

• A segunda das relações, denominada porcentagem (ou taxa) de empolamento [p(%)], nos dá a
taxa de aumento, em porcentagem, do volume solto em relação ao volume natural, sendo dada
por:
p(%) = (ep - 1) 100

• A terceira delas, denominada fator de empolamento (φ), traduz a relação de redução da massa
específica aparente seca ao se escavar o material, com valor sempre menor do que 1, (φ) sendo
dado por:
1
ϕ = Vn / V s ou ϕ=
ep


Valores típicos de φ, p(%) e ep

Tipo de solo <p p(%) ep
Solos argilosos secos 0,71 40 1,40
Solos comuns secos ou úmidos 0,80 25 1,25
Solos arenosos secos 0,89 12 1,12

Exercício:

O custo de escavação de um solo comum seco é de R$10,00/m3 no corte. Se em um pequeno
serviço foi contratado prevendo-se o pagamento do mesmo através do controle de volume por
número de viagens de caminhões, qual será o valor referente ao custo de escavação por viagem na
composição de preço, sabendo-se que:

ep= 1,25
Capacidade do caminhão: 6,0 m3

Resolução:

o custo de escavação é obtido no corte, logo:
Vs = 6,0 m3
ep= Vs/Vn => Vn = 6,0/1,25 = 4,8 m³
Custo = 4,8 m3 x R$10,00/m3 = R$ 48,00 por viagem

Forma de Pagamento

O serviço de terraplenagem é pago em duas parcelas distintas:
1ª parcela: escavação, carregamento e espalhamento (m³)
2ª parcela: transporte (momento de transporte em m³ x km)

A primeira parcela é fixa para cada tipode material escavado, cobrindo as etapas de escavação,
carregamento e espalhamemo. Como os volumes natural, solto e compactado são diferentes, é necessário
definir em que local será pago o volume de escavação e de transporte. A medição do volume solto, no
veículo de transporte, não é uma medição confiável, pois depende de anotações, nem sempre confiáveis,


de operários apontadores de viagem. A medição no aterro também não é confiável, pois nem todo o
material de corte será utilizado em um aterro, sendo que o material de bota-fora não é compactado, não
apresentando, portanto, uma massa específica aparente seca uniforme em todo o bota-fora. A única
medição de volume escavado confiável ao longo do tempo é a medição no corte, pois as seções
transversais do terreno natural e dos cortes ficam arquivadas, podendo o cálculo de volume ser realizado a
qualquer tempo. Portanto, o volume de terraplenagem é sempre computado no corte.

O pagamento da segunda parcela independe do tipo de material escavado, mas é variável em função da
distância à qual o material é transportado. A unidade de pagamento do transporte é denominada momento
de transporte (Mt), sendo dada em m³ x km. O preço unitário de transporte é composto para o momento
de transporte unitário, ou seja, 1 m³ transportado a 1 km. Para o pagamento do transporte calcula-se o
momento de transporte total. O estudo da distância média de transporte será visto em seção posterior.

Como o volume é sempre computado no corte, cabe ao executor do serviço compor seu preço
adequadamente, levando em conta o fato de que o material escavado, quando solto, terá um volume maior
do que o volume no corte. Portanto, o volume real carregado, transportado, espalhado e a ser computado
será sempre maior que o volume efetivamente pago no corte.

Equipamentos e equipes de terraplenagem em solo

Equipamentos de terraplenagem

Como vimos anteriormente, o serviço de terraplenagem compreende quatro etapas. Para cada uma das
etapas existe um equipamento projetado para executá-la.

. escavação - trator de esteira (TE);
. carregamento - pá carregadeira (PC);
. transporte - caminhão basculante (CB);
. espalhamento - motonivelador (MN).


A parte principal de um trator de esteira é a lâmina escavadora. Esta é contituída por uma base, e por
lâminas de corte e cantos de lâmina trocáveis. A esteira metálica permite o uso do TE em quase todos os
tipos de terrenos.

A pá carregadeira é projetada única e exclusivamente para o carregamento, não sendo aconselhado o seu
uso para outros fins.


A motoniveladora é projetada para espalhamento do material descarregado e para acabamento, por
raspagem, de superfícies.

O motoscraper (MS) é projetado para executar as quatro etapas do serviço de terraplenagem. O MS é
constituído basicamente por um cavalo-mecânico tracionador e por uma caçamba (scraper) capaz de
executar a escavação, o auto-carregamento, o transporte e o espalhamento do material escavado.


O moto-scraper (MS) comum não tem tração suficiente para iniciar a escavação, sendo necessário o
auxílio de um TE sem lâmina, denominado pusher (empurrador), empurrando o MS no início da
escavação. Rapidamente o MS atinge sua velocidade normal de escavação, ficando o pusher liberado para
auxiliar no início de escavação do próximo MS. O MS faz o empalhamento em movimento, simplesmente
deixando o material cair. Como a superfície formada é muito irregular, é necessário o auxílio de uma
motoniveladora (MN) executando o acabameto superficial do material espalhado, garantindo uma
superfície regular para o tráfego dos MS.

Equipes de terraplenagem

Os equipamentos de terraplenagem são agrupados em equipes de
trabalho de acordo com a distância de transporte (DT).

• DT ≤ 50 m
Equipe: Tator de Esteiras – TE

Em DT ≤ 50 m, caso típico de terraplenagem em seção mista, a praça de trabalho é muito pequena. O
trator de esteira trabalha sozinho, executando todas as quatro etapas da terraplenagem. O TE trabalha
com a esteira inclinada. A escavação é executada longitudinalmente, deixando uma leira lateral. O TE
faz marcha-ré e passa a escavar mais à direita. Desse modo, o transporte é feito por arrasto lateral

• 50 m < DT ≤ 2000 m
Equipe: MSs
TE (pusher)
MN (acabamento do material espalhado)

Os moto-scrapers têm melhor rendimento até distâncias máximas de 2.000 m (DT ~ 2000 m). Deve
ser previsto um número adequado de pushers, de modo que não haja paralisação de nenhum MS
por falta de empurrador.

• DT > 2000 m
Equipe: TE (escavação) PC (carregamento)
CB (transporte) MN (espalhamento)


Em DT > 2000 m o maior rendimento é obtido por equipes constituídas pelos quatro equipamentos
relacionados acima, com cada um desses equipamentos executando suas tarefas especializadas.

Seções transversais típicas

Em terraplenagem pode-se ter três tipos de seções transversais após a execução do serviço:
. seção em corte pleno, ou em corte;
. seção em aterro pleno, ou em aterro;
. seção mista, com parte da seção em corte e parte em aterro.

Uma seção transversal em rodovias e ferrovias é caracterizada pela sua plataforma, elemento principal, e
pelas linhas de talude, ou simplesmente taludes, de corte ou de aterro.

Seção transversal em corte

Seção transversal em aterro

Seção transversal mista


Elemento principal:

. plataforma.

Elementos secundários:
. taludes de corte ou de aterro;

A plataforma de terraplenagem é caracterizada por:
. cota do eixo;
. largura total da plataforma;
. largura de cada semi-plataforma, à direita e à esquerda do eixo;
. declividade de cada semi-plataforma (valor típico = 3%).

Os taludes de corte são caracterizados por:
. declividade do talude (dado como relação entre cateto vertical e cateto horizontal - valor típico =
1: 1)
. topo do talude (interseção do talude com o terreno natural);
. pé do talude (interseção do talude com a plataforma).

Os taludes de aterro são caracterizados por:
. declividade do talude (dado como relação entre cateto verticale cateto horizontal - valor típico =
2:3);
. topo do talude (interseção do talude com a plataforma);
. pé do talude (interseção do talude com o terreno natural).

Elementos de uma seção transversal


Plataformas típicas de terraplenagem

Acima das plataformas de terraplenagem de rodovias e ferrovias são construídas as superestruturas
rodoviárias e ferroviárias, respectivamente. A espessura destas superestruturas são variáveis em função do
carregamento e da resistência do solo. A seguir, serão dados exemplos de plataformas típicas de
terraplenagem rodoviárias, com espessura de superestrutura de 0,80 m.

A platafonna de projeto, ou plataforma acabada, de uma rodovia pavimentada típica apresenta, como na
figura 4, os seguintes elementos:
. duas faixas de tráfego, uma para cada sentido, com largura de 3,50m;
. duas faixas de acostamento, com largura de 2,0 m;
. duas sarjetas, com largura de 1,0 m.

Platafonna rodoviária típica acabada

As larguras das plataformas de terraplenagem são diferentes para corte e aterro. Veremos, a seguir, que a
diferença nas larguras das plataformas é devido a diferenças nas sarjetas de corte e de aterro, e à
influência da espessura do pavimento.

Plataformas típicas de terraplenagem em corte

Na seção transversal em corte, parte da sarjeta está apoiada diretamente no talude ele corte. Sendo assim,
para o cálculo da largura da plataforma de terraplenagem tem-se de subtrair a largura correspondente a
esta parte da sarjeta: na figura 5 foi considerado que esta parte da sarjeta tem 0,40 m e que o pavimento
tem a espessura de 0,80 m. Estando o pavimento apoiado lateralmente no talude de corte, pela figura vê-


se que deverá ser subtraído de cada semi-plataforma 0,40 m de parte da sarjeta e 0,80 m para acomodar o
pavimento. A largura total da plataforma de terraplenagem em corte pelo exemplo será:

13,0 m - (2 x 0,40 m) - (2 x 0,80 m) = 10,60 m

Portanto a largura da plataforma de terraplenagem em corte é sempre menor que a largura que a largura
da plataforma de projeto.

Largura de plataforma de terraplenagem em corte

Plataformas típicas de terraplenagem em aterro

Na seção transversal em aterro, parte da sarjeta é constituída de meio-fio, sem apoio direto, devendo ser
colocada uma leira de solo socado para prover este apoio. Para o cálculo da largura da plataforma de
terraplenagem do exemplo da figura 6, será considerado que a leira tem 0,30 m em sua base, com
espessura de pavimento de 0,80 m, sendo a declividade do talude de aterro de 2:3.

Estando o pavimento apoiado sobre o aterro, e considerando que a declividade do talude é de 2:3, pela
figura vê-se que deverá ser acrescentado 1,20 m a cada semi-plataforma para prover o apoio do talude do
pavimento.

A largura total da plataforma de terraplenagem em aterro do exemplo será:
13,0 m +(2 x 0,30 m) + (2 x 1,20 m) = 16,0 m

Portanto, a largura da plataforma de terraplenagem em aterro é sempre maior que a largura da plataforma
de projeto.


Largura de plataforma de terraplenagem em aterro

No caso de seção transversal mista a plataforma de terraplenagem será assimétrica. No exemplo estudado,
a largura da semi-plataforma de corte será de 5,30 m e a largura da semi-plataforma de aterro de 8,0 m,
com largura total da plataforma de terraplenagem de 13,30 m. Alerta-se que o eixo da plataforma de
terraplenagem estará deslocado para o lado do corte. Como exercício, recomenda-se determinar
graficamente as características da plataforma mista.


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