Compactação de solos in situ

Serão apresentados os seguintes tópicos sobre compactação em campo: (i) tipos de compactação e equipamentos; (ii) o controle tecnológico e (iii) especificações.

26 Tipos de compactação e equipamentos

Definida a energia pretendida para a compactação de um solo em campo, para algum fim de engenharia específico, pode-se diferenciar três maneiras distintas de se transmitir essa energia, de acordo com Souza (1980) e ilustração apresentada na Figura 2.9, extraída de Trindade e Lima et al., (2003): (i) por pressão; (ii) por impacto; e (iii) por vibração; citadas na ordem decrescente de duração das tensões impostas.

Fonte: Trindade e Lima et al., (2003).

Figura 2.9 – Tipos de compactação de solos em campo.

Na aplicação de pressão estática, efetuada através de rolos estáticos de cilindro liso de aço, de pneu e pé-de-carneiro, ocorrem inicialmente deformações plásticas, predominando logo em seguida, deformações elásticas à medida que o solo vai se densificando. A compactação, em campo, realizada por impacto, seja pelo uso de apiloadores ou cargas de impacto, gera uma onda de pressão que atua em grandes profundidades. No caso do emprego de vibração, através de rolos e compactadores vibratórios, produz-se o deslocamento de sucessivas e rápidas ondas de pressão que movimentam as partículas e reduzem o atrito entre elas, favorecendo o processo de compactação.

A seguir apresenta-se uma descrição sucinta dos equipamentos usuais de compactação de solos no campo, de acordo com as prescrições de Rico e

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Del Castillo (1974), Souza (1980) e Trindade e Lima et al., (2003), sendo apresentado no Quadro 2.6 os tipos de rolos que se aplicam aos mais variados tipos de solos:

- rolos lisos de roda de aço – compreendem os rolos de 3 rodas (rolo macadame) e os rolos tandem de 2 ou 3 eixos. As características que regem o seu comportamento são a carga por unidade de largura das rodas, a largura, e o diâmetro das rodas. São empregados na compactação de pedregulhos e de areias bem graduadas, sendo muito utilizados como rolos de acabamento;

- rolos pé-de-carneiro – são equipamentos constituídos por cilindros metálicos ocos, nos quais são adaptadas hastes metálicas (‘’patas’’ ou ‘’pés’’) de comprimento variando de 15 a 25 cm. A performance desses equipamentos é afetada pela pressão de contato, área de contato de cada pé, número de passadas por cobertura, que são dependentes do peso total do rolo, número de pés em contato com o solo, e número de pés por tambor. São muito eficientes na compactação de solos coesivos;

- rolos pneumáticos – são classificados em rolos rebocados com 2 eixos e com 1 eixo, e rolos autopropulsores. Os rebocados com um eixo são sempre rolos pesados usados na operação de verificação da compactação, os autopropulsores tem peso total variando entre 8 e 36.000 kg, e os rebocados com 2 eixos são rolos leves (10.000 a 13.000 kg). Pode-se citar como vantagens desses tipos de equipamentos a universalidade de emprego, exceção feita às areias de granulometria uniforme, e a flexibilidade na área de contato, evitando choques e localização de pressões muito elevadas;

- rolos vibratórios – todos equipamentos acima podem ser dotados de vibração. Referindo-se aos rolos vibratórios lisos de rodas de aço, esses podem ser de um (rebocado) ou dois cilindros, podendo ser um ou os dois cilindros dotados de vibração. Possuem peso total variando de 1.000 a 10.000 kg; a nível de Brasil, empregada-se comumente, o rolo rebocado de um cilindro com 3.000 kg. Seu rendimento é

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influenciado pela freqüência de vibração, amplitude, carga dinâmica (F), carga estática (P), razão P/F, e forma e dimensões da área de contato com o solo. Sua maior eficácia está nos materiais não coesivos, dotados de elevado atrito interno, visto que, com a vibração, diminui-se momentaneamente o atrito entre os grãos, facilitando-se a sua aproximação; ocorre, também, um rearranjo progressivo das partículas;

- tratores de esteira – pelo fato de vibrarem e pela facilidade de circulação sobre o material que está sendo compactado, foram muito empregados na compactação de areias e outros tipos de solos granulares, antes do aparecimento dos rolos vibratórios;

- soquetes mecânicos – os chamados ‘’sapos’’, possuem o mesmo princípio de compactação dinâmica em laboratório. Têm um peso aproximado de 100 kg, e são empregados nas situações onde é difícil o acesso de equipamentos maiores.

O controle em campo

A combinação ideal de parâmetros de compactação a se atingir em campo, em se tratando de obras rodoviárias, está relacionada às exigências de projeto e é dependente do processo construtivo empregado; na pavimentação de rodovias, busca-se, com essa técnica, a máxima estabilidade e atenuação das deformações decorrentes do tráfego (SILVA, 1968; RICO; DEL CASTILLO, 1974; SOUZA, 1980; LIMA; BUENO et al.; 1993; SENÇO, 1997).

Com suporte nos ensaios de compactação executados em laboratório, onde definem-se o par de valores Wót. e

γ

dmáx., busca-se reproduzir esses

parâmetros em campo, com o equipamento de compactação, dentro de certas especificações. Souza (1980) descreveu dois tipos de controles que podem ser executados: (i) controle da execução de serviço – onde controla-se o equipamento, no de passadas, espessura da camada, teor de umidade, dentre outros e (ii) controle do produto finalizado – onde controla-se o grau de compactação, o índice de compacidade, a porosidade e a porcentagem de vazios preenchidos com ar.

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Quadro 2.6 - Características e aplicações dos rolos compactadores Camada

Rolo

Espessura** Uniformidade Solo Pé-de-Carneiro

estático (20.000 kg*) 40 cm Boa Argila e siltes Pé-de-Carneiro

vibratório (30.000 kg*) 40 cm Boa

Misturas de areia com silte e argila Pneumático leve

(15.000 kg*) 15 cm Boa Misturas de areia com silte e argila Pneumático pesado

(35.000 kg*) 35 cm Muito boa Praticamente todos Vibratório com rodas

metálicas lisas (30.000 kg*)

50 cm Muito boa _{materiais granulares} Areias, cascalhos e Liso metálico estático

3 rodas (20.000 kg*) 10 cm Regular Materiais granulares e brita Grade – malhas (20.000 kg*) 20 cm Boa Materiais granulares, ou em blocos Combinados

(20.000 kg*) 20 cm Boa Praticamente todos Fonte: Modificado de Trindade e Lima et al., 2003.

*Peso em termos máximos; **Máxima após a compactação

O grau de compactação (GC) e o índice de compacidade (IC) são expressos, respectivamente, pelas equações 2.2 e 2.3, que se seguem:

(equação 2.2) (equação 2.3) Em que,

(

)

100 GC= γ_dcampo γ_dmáx ×

100

)

(

)

(

IC

solto d máx d solto d campo d

_×

=

− −

γ

γ

γ

γ

30 GC – grau de compactação, %;

γ

d campo – peso específico aparente seco obtido após compactação no campo,

kN/m³;

γ

d máx. – peso específico aparente seco máximo obtido em ensaio de

compactação em laboratório, kN/m³; IC – Índice de compacidade, %;

γ

d solto – peso específico aparente seco do solo no estado solto, kN/m³.

O

γ

d campo, é obtido, comumente, em se tratando de obras rodoviárias,

através do método do funil e areia que é normatizado pelo DNIT (1994b). Esse método consiste em determinar o peso específico aparente seco do solo “in situ” através da realização de um furo, no local de controle, com diâmetro aproximado de 10 cm e altura de 15 cm, usando-se em seguida a areia contida no frasco, para preenchê-lo, determinando-se assim o seu volume. A areia é constituída da fração com diâmetro dos grãos compreendido entre 1,2 e 0,59 mm. As ferramentas utilizadas nesse método encontram-se ilustradas na Figura 2.10.

Figura 2.10 – Materiais empregados no controle pelo método do funil e areia.

Para se obter o

γ

d campo, divide-se o peso do solo extraído do furo pelo

volume determinado pelo emprego da areia, cuja densidade é conhecida; em

Aspecto do furo

1. Frasco com Areia;

2. Bandeja quadrada com orifício central;

3. Talhadeira de Aço;

4. Sacola plástica com solo coletado do orifício; 5. Marreta 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5

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seguida, determina-se o teor de umidade do solo proveniente do furo, podendo- se fazer-se uso dos seguintes métodos descritos no Quadro 2.7. O método da estufa, quando possível, deve ser preferencialmente empregado, por razões de precisão, entretanto, o controle de compactação em campo exige rapidez, ou seja, se executam mais de uma camada, seja para construção de um aterro ou de um pavimento rodoviário, por dia, podendo-se dessa forma, fazer uso também de métodos menos precisos como o do speedy, quando se tratar de solos granulares, e até mesmo dos métodos de queima com álcool e secagem em frigideira, que apresentam limitações devido a presença de matéria orgânica. Destaca-se, também, a possibilidade de uso do forno microondas.

Quadro 2.7 – Métodos para determinação do teor de umidade

Método Princípio Vantagem Desvantagem

Estufa 110 o_{C ± 5} estufa à o_{C por no}

mínimo 12 h

método de referência, menos

de 5 % erro

lentidão

Álcool queima com álcool _{por 30 min simplicidade} rapidez e perigo de queima de parte precisão maior que 5 % e dos componentes do solo

Frigideira _{frigideira por 45 min} secagem em _simplicidade rapidez e perigo de queima de parte precisão maior que 5 % e dos componentes do solo

Speedy uso de carbureto de _{cálcio por 10 min simplicidade} rapidez e problemas com solos muito precisão maior que 5 % e plásticos

Especificações de compactação em campo

A importância e a necessidade de conhecimento do teor de umidade ótimo e do peso específico seco máximo dos solos, determinados no ensaio de compactação em laboratório, está no fato de que, durante toda a execução das camadas do pavimento rodoviário, esses parâmetros são fundamentais, ou seja, definidores na tomada de decisão de todo o processo. As especificações

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do grau de compactação em campo, no caso de pavimentos rodoviários, depende do tipo de camada que se deseja construir. Assim sendo, para reforço do subleito, Souza (1980), fazendo menção ao DNIT, descreve o GC de no mínimo 100 % referente à energia do ensaio Proctor Intermediário, e a variação da umidade de ± 2 % em relação a Wót.; já para base de pavimentos, tem-se

comumente usado uma compactação com GC de 95-100 % dos ensaios Proctor Intermediário ou Modificado (TRINDADE; LIMA et al., 2003).

No documento Viabilidade técnica do emprego de resíduos da indústria de celulose para construção de estradas florestais (páginas 51-58)