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Pavimentação Asfáltica – Topografia & Terraplenagem

Conceitos Essenciais

Jurandir Primo

Copyright @ 2012

1ª edição – junho de 2012

Capa:

Jurandir Primo – Sorocaba/SP

Primo, Jurandir

Pavimentação Asfáltica –

Topografia & Terraplenagem

Conceitos Essenciais

Índice para pesquisas: Tecnologia, Engenharia.

ISBN:

Livro no sistema de auto publicação cuja edição, revisão, diagramação e capa foram

selecionados pelo próprio autor, para não encarecer a obra e facilitar a compra, a

todos os estudantes e interessados em assuntos técnicos e engenharia de

equipamentos.

Portanto, qualquer pessoa pode ter esse livro, sem necessidade de copiar, digitalizar

ou utilizar outros processos de reprodução, porque foi executado para custar menos

que o valor de uma pizza.

No entanto, o autor permite que todas as partes do livro possam ser copiadas ou re-

produzidas para fundamentos educacionais, instrutivos e treinamento técnico.

Para adquirir esta ou outras publicações do autor, enviar solicitação para:

primotechcourses@hotmail.com.

PREFÁCIO: O objetivo deste manual é descrever de forma didática e resumida os conceitos de aplicação de asfalto, topografia e os recursos de terraplenagem, cujos tópi-cos poderão servir de pesquisa a estudantes e interessados em conhecer os fundamentos da engenharia de pavimentação asfáltica. Ao escrever um livro para uma determinada população, necessita-se fazer uma escolha quanto ao tratamento a ser dado a cada capítulo. Portanto, procura-mos nos aproximar dos conceitos básicos, através de exemplos de forma didá-tica, não para especialistas, mas para estudantes das várias categorias, inte-ressados no assunto. Devido às facilidades atuais de comunicação existentes, os futuros técnicos e engenheiros poderão, com certeza, ser melhores que as gerações passadas, no entanto, mais que tudo, deverão ser respeitadas pelo esforço de contribuir para as novas realidades. O autor compreende perfeitamente que não é um escritor especialista e está aberto a críticas construtivas e sugestões para melhoria desse livro. Esse livro serve para todos que, assim como eu, vieram das pequenas para as grandes cidades, para estudar, trabalhar, enfrentar todos os tipos de dificulda-des e mesmo sem o preparo dos modernos programas de computador, ainda hoje, procuram contribuir para as necessidades de instrução e educação para todos os níveis sociais, que devem ser os valores verdadeiros de democracia, evolução e progresso em qualquer país.

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Esse livro é parte de uma série de publicações para as diversas áreas de

Engenharia:

ASME – Vasos de Pressão;

Automação & Sistemas;

Bombas Centrífugas;

Cabeamento & Fibras Óticas;

Compressores de Ar;

END - Ensaios não Destrutivos;

Fibras Ópticas;

Gerenciamento de Projetos;

Hidráulica;

HVAC – Ar Condicionado;

Instrumentação;

Óleo & Gás – Perfuração e Produção

Pavimentação Asfáltica;

Pintura Industrial;

Pneumática;

PLC & Controle de Sistemas Fieldbus;

Selos Mecânicos;

Tecnologia de Soldagem;

Testes, Inspeção & Comissionamento;

Torres de Resfriamento;

Transportadores de Correia e Corrente;

Trocadores de Calor;

Tubulação Industrial;

Válvulas Industriais;

Ventilação Industrial;

Outros...

A: Todos que foram meus professores na infância, em minhas primeiras letras, no ensino primário, no secundário e posteriormente no ensino superior. Todos que, com absoluta sinceridade, lutam por valores morais, justi-ça social e pelo meio ambiente. Todos os pioneiros das pequenas construções, da tecnologia e das di-versas engenharias, que atravessaram todas as dificuldades para alcançar seus objetivos. Todos que já se foram, mas que vieram a esse planeta como valoro-sos missionários da Educação.

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INDICE:

I. TOPOGRAFIA ELEMENTAR

Conceitos de topografia e grandezas topográficas Unidades de medida linear, modelos e parâmetros Linha dos pólos ou eixo da Terra, medição de distâncias Acessórios e métodos de levantamentos planimétricos Altimetria ou medição de alturas Sistema de posicionamento global Identificação de limites:

II. TERRAPLENAGEM – CONCEITOS PRINCIPAIS

Seções transversais típicas de terraplenagem Plataformas típicas de aterro Equipamentos de terraplenagem e para compactação de solos Obras de arte em rodovias

III. ASFALTO – TIPOS E CARACTERÍSTICAS

Tipos de asfalto, ensaios de viscosidade, espuma e densidade: Asfalto por polímero, asfalto-borracha e asfalto-espuma Produção de asfalto, emulsão e carga de partícula Ensaio de peneiramento, determinação do pH da emulsão asfáltica: Técnicas de revestimentos asfálticos Usinas asfálticas, produção de misturas asfálticas a quente Estocagem, distribuição e pesagem das misturas

IV. PAVIMENTAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS DE APLICAÇÃO

Pavimentos rígidos e pavimentos flexíveis Terminologia das bases, cimento e concreto Fatores de influência na estabilização solo-cimento Compactação e distribuição do ligante asfáltico Lamas asfálticas, micro revestimentos e imprimação

V. TÉCNICAS PARA RESTAURAÇÃO DO ASFALTO

Restauração do asfalto e camadas intermediárias Camadas para dissipação de trincas Aumento de espessura de recapeamento Reciclagem do revestimento existente

VI. AGREGADOS – TIPOS E APLICAÇÃO

Classificação e tamanho dos agregados Distribuição granulométrica, adesividade e absorção líquida dos agregados: Propriedades e forma das partículas dos agregados Resistência à abrasão e ensaio de abrasão Los Angeles Produção de agregados, operação de britagem

I. INTRODUÇÃO O asfalto ou alcatrão é um betume espesso, de material aglutinante escuro, de estrutura sólida, constituído de misturas complexas de hidrocarbonetos não voláteis de elevada massa molecular, além de substâncias minerais, resíduo da destilação a vácuo do petróleo bruto. Os primeiros registros são de 3000 AC. quando era usado para conter vaza-mentos de águas em reservatórios, passando pouco depois a ser utilizado em várias aplicações de construção. Nesta época, ele não era extraído do petróleo, mas sim feito com piche retirado dos lagos pastosos de petróleo. Escavações arqueológicas revelam o seu emprego na Antiguidade. Na Meso-potâmia, o asfalto já era usado como aglutinante em trabalhos de alvenaria, construção de estradas, reservatórios de água, salas de banhos, normalmente, como impermeabilizante. Os egípcios também já utilizavam o asfalto em várias construções, inclusive nos trabalhos de mumificação. Na maioria dos países do mundo, a pavimentação asfáltica é a principal forma de revestimento. No Brasil, cerca de 100% das estradas pavimentadas são de revestimento asfáltico, além de ser também utilizado em grande parte das ruas. Há várias razões para o uso intensivo do asfalto em pavimentação, sendo as principais: proporciona forte união dos agregados, agindo como um ligante que permite flexibilidade controlável; é impermeabilizante, é durável e resistente à ação da maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais, podendo ser utilizado aque-cido ou emulsionado, em amplas combinações de esqueleto mineral, com ou sem aditivos. Em todas a obras civis que demandam projetos de engenharia, além das avali-ações da geologia e prospecção do terreno, há necessidade de duas ativida-des complementares que são: a topografia e a terraplenagem. Ambos esses assuntos são definidos a seguir.

II. TOPOGRAFIA ELEMENTAR: Topografia – Originário do Grego Topos (lugar) + Graphen (Descrever) O que significa: descrição exata e minuciosa de um lugar.

Topografia é a ciência aplicada com o objetivo de representar em uma planta ou carta, uma limitada porção da superfície terrestre, com acidentes naturais e artificiais, com expressão do relevo, isto tudo sem levar em consideração a curvatura da terra.

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O objetivo principal é determinar o contorno, dimensão e posição relativa de uma porção limitada da superfície terrestre, do fundo dos mares ou do interior de minas, desconsiderando a curvatura resultante da esfericidade da Terra. A topografia é a base de qualquer projeto e de qualquer obra realizada por engenheiros ou arquitetos. Por exemplo, os trabalhos de obras viárias, núcleos habitacionais, edifícios, aeroportos, hidrografia, usinas hidrelétricas, telecomu-nicações, sistemas de água e esgoto, planejamento, urbanismo, paisagismo, irrigação, drenagem, cultura, reflorestamento etc., se desenvolvem em função do terreno sobre o qual se assentam.

1) Conceitos de Topografia: Geodésia e Topografia: Ambas utilizam os mesmos instrumentos e pratica-

mente os mesmos métodos para mapeamento da superfície. A Topografia tra-balha com pequenas áreas, sem considerar a curvatura da Terra, e a Geodésia é mais abrangente, pois considera a curvatura da terra. Levantamento Topográfico Planimétrico: Conjunto de operações necessá-rias para a determinação de pontos e feições do terreno que serão projetados sobre um plano horizontal de referência através de suas coordenadas X e Y. Levantamento Topográfico Altimétrico: Conjunto de operações necessárias para a determinação de pontos e feições do terreno que, além de serem proje-tados sobre um plano horizontal de referência, terão sua representação em relação a um plano de referência vertical ou de nível através de suas coorde-nadas X, Y e Z (representação tridimensional).

Topometria: Significa o conjunto de métodos abrangidos pela planimetria e pela altimetria.

Planta, carta e mapa: Planta é representação menor, sem muitos detalhes, até escala 1:20.000. Carta é uma representação maior, com detalhes, com escala de 1:20.000 e 1:250.000. Mapa: é uma representação de uma vasta

região, com escala acima de 1:250.000.

2) Grandezas topográficas: Ângulo Horizontal (Hz): é medido entre as projeções de dois alinhamentos do terreno, no plano horizontal. A figura abaixo exemplifica um ângulo horizontal medido entre as arestas de duas paredes de uma edificação. O ângulo hori-zontal é o mesmo para os três planos horizontais mostrados.

Ângulo Vertical (a): é medido entre um alinhamento do terreno e o plano do horizonte. Pode ser ascendente (+) ou descendente (-), conforme se encontre acima (aclive) ou abaixo (declive) deste plano. A figura abaixo exemplifica ân-gulos verticais medidos entre a aresta superior (Parede 1) e inferior (Parede 2) de uma edificação e o plano do horizonte. Os ângulos medidos não são iguais e dependem da posição (altura) do plano do horizonte em relação às arestas em questão.

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O ângulo vertical, nos equipamentos topográficos modernos (teodolito e esta-ção total), pode também ser medido a partir da vertical do lugar (com origem no Zênite ou Nadir), daí o ângulo denominar-se Ângulo Zenital (V ou Z) ou Nadiral (V’ ou Z’).

Ângulo Horizontal (Hz): é medido entre as projeções de dois alinhamentos do terreno, no plano horizontal. A figura a seguir exemplifica um ângulo horizontal medido entre as arestas de duas paredes de uma edificação. O ângulo hori-zontal é o mesmo para os três planos horizontais mostrados.

Distância Vertical ou Diferença de Nível (DV ou DN): é a distância medida entre dois pontos, num plano vertical que é perpendicular ao plano horizontal. Este plano vertical pode passar por qualquer um dos pontos A/A’ ou B/B’. Distância Inclinada (DI): é a distância medida entre dois pontos, em planos que seguem a inclinação da superfície do terreno. As grandezas representa-das pela planimetria são: distância e ângulo horizontais (planta); enquanto que as grandezas representadas pela altimetria são: distância e ângulo verticais, representados em planta através das curvas de nível, ou, através de um perfil.

O sistema de unidades utilizado no Brasil é o Métrico Decimal, porém, em fun-ção dos equipamentos e da bibliografia utilizada, algumas unidades relaciona-das abaixo apresentam seus valores correspondentes no sistema Americano, ou seja, em Pés/Polegadas.

3) Unidades de Medida Linear: Distâncias: 1 m = 1000 mm = 100 cm, 10 dm e km = 1000 m; Polegada inglesa = 2,54 cm = 0,0254 m pé = 30,48cm = 0,3048 m; Jarda = 91,44cm = 0,9144 m; Milha brasileira = 2200 m; Milha terrestre/inglesa = 1609,31 m.

4) Modelos e parâmetros de topografia: No estudo da forma e dimensão da Terra, podemos considerar quatro tipos de superfície ou modelo: a) Modelo Real: Forma exata da Terra; Não existe modelagem matemática (não pode ser definido matematicamente) devido à irregularidade da superfície terrestre; b) Modelo Geoidal: Permite que a superfície terrestre seja representada por uma superfície fictícia definida pelo prolongamento do nível médio dos mares (NMM) por sobre os continentes. Determinado matematicamente através de medidas gravimétricas (força da gravidade) realizadas sobre a superfície ter-restre; específicos da geodésia. c) Modelo Elipsoidal: É o mais usual de todos os modelos que serão apresen-tados. Nele, a Terra é representada por uma superfície gerada a partir de um elipsóide de revolução, com deformações relativamente maiores que o modelo geoidal. No Brasil, as cartas produzidas no período de 1924 até meados da década de 80 utilizaram como referência os parâmetros de Hayford. A partir desta época, as cartas produzidas passaram a adotar como referência os parâmetros defini-dos pelo Geodetic Reference System - GRS 67, mais conhecido como Interna-cional 67.

d) DATUM: é um sistema de referência utilizado para o cômputo ou correlação dos resultados de um levantamento. Existem dois tipos de datuns: o vertical e o horizontal. O datum vertical é uma superfície de nível utilizada no referenci-amento das altitudes tomadas sobre a superfície terrestre. O datum horizontal, por sua vez, é utilizado no referenciamento das posições tomadas sobre a superfície terrestre. Este último é definido: pelas coordenadas

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geográficas de um ponto inicial, pela direção da linha entre este ponto inicial e um segundo ponto especificado, e pelas duas dimensões (a e b) que definem o elipsóide utilizado para representação da superfície terrestre. e) SAD: South American Datum, oficializado para uso no Brasil em 1969, é representado pelo vértice Chuá, situado próximo à cidade de Uberaba/MG.

5) Linha dos pólos ou eixo da Terra: É a reta que une o pólo Norte ao pólo Sul e em torno do qual a Terra gira. (Mo-vimento de Rotação). Equador: é o círculo máximo da Terra, cujo plano é normal à linha dos pólos. Paralelos: são os círculos cujos planos são paralelos ao plano do equador. Os

Paralelos mais importantes são: Trópico de Capricórnio (f = 23°23'S); Trópico de Câncer (f = 23°23'N). Meridianos: são as seções elípticas cujos planos contém a linha dos pólos e que são normais aos paralelos. São os seguintes:

Latitude(ϕ): de um ponto da superfície terrestre é o ângulo formado

entre o paralelo deste ponto e o plano do equador. Sua contagem é fei-ta com origem no equador e varia de 0° a 90°, positivamente para o norte (N) e negativamente para o sul (S). Latitude é a distância em graus, minutos e segundos de arco Norte ou Sul do Equador, medidos ao longo do meridiano do ponto; vai de 0 a 90°, ou ainda, “latitude é o ângulo entre o fio de prumo e o plano do equador celeste, ou o ângulo entre o plano do horizonte e o eixo de rotação da Terra”.

Longitude(γ): de um ponto da superfície terrestre é o ângulo formado

entre o meridiano de origem, conhecido por Meridiano de Greenwich (na Inglaterra), e o meridiano do lugar (aquele que passa pelo ponto em questão). Sua contagem é feita de 0° a 180°, negativamente para oeste (W ou O) e positivamente para leste (E ou L). Longitude é a distância em graus, minutos e segundo de arco Leste ou Oeste do Meridiano de Greenwich, medidos ao longo do paralelo do ponto, vai de 0 a 180°, ou Longitude é o ângulo entre o plano do meridiano celeste e o plano do meridiano de origem, escolhido arbitrariamente.

Coordenadas Geográficas (ϕ,λ ): é o nome dado aos valores de latitude e longitude que definem a posição de um ponto na superfície terrestre. Estes valores dependem do elipsóide de referência utilizado para a projeção do ponto em questão.

O ângulo da longitude é determinado pelas linhas que vão do Meridiano Princi-pal e do meridiano no qual está o ponto a ser localizado, até o ponto onde elas se encontram, que é o centro da Terra. O ângulo da latitude é determinado pelas linhas que vão do Equador e do para-lelo no qual está o ponto a ser localizado, até o ponto onde elas se encontram, que é o centro da Terra.

Coordenadas UTM (E,N): é o nome dado aos valores de abscissa (E) e orde-nada (N) de um ponto sobre a superfície da Terra, quando este é projetado sobre um cilindro tangente ao elipsóide de referência. O cilindro tangencia o Equador, assim dividido em 60 arcos de 6º (60 x 6°= 360°). Cada arco representa um fuso UTM e um sistema de coordenadas com origem no meridiano central ao fuso, que para o hemisfério sul, constitui-se dos valo-res de 500.000 m para (E) e 10.000.000 m para (N). A figura a seguir mostra um fuso de 6°, o seu meridiano central e o grid de co-ordenadas UTM. A origem do sistema UTM se encontra no centro do fuso. Pa-

ra o Hemisfério Norte as ordenadas variam de 0 a 10.000 km enquanto para o Hemisfério Sul variam de 10.000 a 0 km. As abscissas variam de 500 a 100 km à Oeste do Meridiano Central e de 500 a 700 km a Leste do mesmo. O desdobramento dos cilindros resulta num plano, conhecido como plano UTM, que representa as regiões ou os pontos do elipsóide terrestre contido no respectivo fuso, segundo um sistema de coordenadas plano retangulares.

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6) Erros em Topografia:

Por melhores que sejam os equipamentos e por mais cuidado que se tome ao proceder um levantamento topográfico. As medidas obtidas jamais estarão isentas de erros. Assim, os erros pertinentes às medições topográficas podem ser classificados como: a) Naturais: são aqueles ocasionados por fatores ambientais, ou seja, tempe-ratura, vento, refração e pressão atmosféricas, ação da gravidade, etc. Alguns destes erros são classificados como erros sistemáticos e dificilmente podem ser evitados. São passíveis de correção desde que sejam tomadas as devidas precauções durante a medição. b) Instrumentais: são aqueles ocasionados por defeitos ou imperfeições dos instrumentos ou aparelhos utilizados nas medições. Alguns destes erros são classificados como erros acidentais e ocorrem ocasionalmente, podendo ser evitados e/ou corrigidos com a aferição e calibragem constante dos aparelhos. c) Pessoais: são aqueles ocasionados pela falta de cuidado do operador. Os mais comuns são: erro na leitura dos ângulos, erro na leitura da régua gradua-

da, na contagem do número de trenadas, ponto visado errado, aparelho fora de prumo, aparelho fora de nível, etc.. São classificados como erros grosseiros e não devem ocorrer jamais pois não são passíveis de correção. É importante ressaltar que alguns erros se anulam durante a medição ou durante o processo de cálculo. Portanto, um levanta-mento que aparentemente não apresenta erros, não significa estar necessari-amente correto.

7) Medição de distâncias: A distância horizontal (DH) entre dois pontos, em Topografia, é o comprimento do segmento de reta entre estes pontos, projetado sobre um plano horizontal. O processo de medida de distâncias é direto, quando esta distância é determi-nada em comparação a uma grandeza padrão previamente estabelecida, ou, quando a medição é direta quando o instrumento de medida utilizado é aplica-do diretamente sobre o terreno. Os principais instrumentos utilizados são: a) Teodolito: utilizado na leitura de ângulos horizontais e verticais e da régua graduada. A figura a seguir ilustra três gerações de teodolitos: o trânsito (me-cânico e de leitura externa), o ótico (prismático e com leitura interna), e o ele-trônico (leitura digital).

b) Teodolito eletrônico: dispositivo com ótica de alto rendimento, mecânica de precisão, facilidade de utilização e altíssima confiabilidade, normalmente faz parte de um sistema modular que permite adaptar outros equipamentos de medição (distanciômetro ou trena eletrônica) que se adequem às suas novas necessidades a um custo reduzido. A figura a seguir ilustra um teodolito eletrô-nico da marca LEICA (modelo T460d) e uma trena eletrônica, também da LEI-CA, a ele acoplada para a medição das distâncias.