Manual da compactação, pavimentação e fresagem – Capítulo 07

PROPRIEDADES DE COMPACTAÇÃO DE DIFERENTES SOLOS

A escolha do equipamento de compactação deve levar em consideração vários fatores.
São alguns deles:

• tipo de trabalho e área a ser compactada
• tipo de solo e teor de água
• espessura da camada
• dureza da camada subjacente
• especificações da compactação
• requisitos de capacidade
• condições climáticas

A seção abaixo analisa os diferentes tipos de solos e suas propriedades de compactação.

Enrocamento (matacões e seixos)
Os enrocamentos contêm matacões e seixos, cujos tamanhos variam desde de um ovo de galinha até cerca de 1,5 metros.

Enrocamentos, rochas detonadas, rochas britadas ou mate-
riais naturais. Os matacões e seixos são a fração dominante, apesar de também poderem ocorrer em pequenas frações.

O tamanho máximo das pedras e a granulometria do enrocamento são determinados pelo tipo e qualidade da rocha e pelo procedimento de detonação da rocha. Rochas primárias, tais como basalto, gnaisse e granito possuem uma alta resistência e um enrocamento de rochas detonadas em um tamanho de até 1,0–1,5 m possui uma pequena quantidade de finos. Quando o enrocamento é feito de calcário ou arenito, o tamanho máximo das pedras é menor e a quantidade de finos pode ser tão grande que um assentamento considerável ocorrerá, caso o aterro não seja corretamente compactado.

O tamanho máximo de partículas permitido é normalmente dois terços da espessura da camada. Porém, em termos de compactação, é vantajoso se o tamanho máximo dos matacões não ultrapassar um terço da espessura da camada. Isso reduz o risco de trincamento da rocha durante a compactação.

Os equipamentos vibratórios demonstraram ser o método de compactação mais adequado e econômico. A compactação estática e por impacto não são as mais adequadas para enrocamentos. A compactação por vibratória pode ser empregada caso grandes pesos sejam utilizados.

Entretanto, quanto maior o peso, maior o risco de trincamento.

No caso de enrocamentos, é necessário empregar equipamentos de compactação vibratória de peso médio-pesado a pesado, a fim de rearranjar os grandes matacões e alcançar a densidade e estabilidade necessárias.

O risco de trincamento das rochas deve ser observado, podendo influenciar a escolha do tamanho, amplitude e número de passadas do rolo.

A compactação de enrocamentos exerce esforços extremos no equipamento de compactação e, por isso, é importante selecionar máquinas que tenham sido especificamente concebidas para essa finalidade.

Cascalho e areia

O cascalho e a areia variam em tamanho, indo desde o tamanho de um ovo de galinha até 0,063 mm ou, em alguns casos, 0,075 mm. Eles incluem frações de outros tipos de solos, que afetarão as suas propriedades de compactação.

As propriedades de compactação do cascalho e da areia são influenciadas pelo teor de água; acompactação é mais eficaz quando há um teor de água ideal.

Se o teor de finos for menor que 5–10%, o solo é considerado de drenagem livre. Em solos de drenagem livre, o excesso de água é drenado durante a compactação. Isso quer dizer que, em certas circunstâncias, o trabalho de compactação pode continuar também quando está chovendo.

Se o solo não for de drenagem livre, é provável que ocorrerão problemas caso tente-se compactar o material acima do teor de água ideal. O solo se tornará elástico e encharcado. Pode ser impossível alcançar os requisitos de compactação conforme o solo fica saturado de água, já que o solo se manterá em uma densidade mais baixa do que aquela especificada.

Quando a areia e o cascalho possuem uma granulometria uniforme, é difícil obter-se uma alta densidade próxima à superfície (nos primeiros 10–15 cm), devido à resistência ao cisalhamento do
material. O material tende a ser prensado atrás do cilindro compactador e, consequentemente, a superfície adquire uma densidade relativamente baixa. Na prática, isso não possui grande importância já que ao realizar a compactação em camadas, a superfície solta no topo é compactada conforme a camada seguinte é rolada.

O afrouxamento da superfície deve ser considerado ao realizar
testes de compactação.

Como regra geral, todos os tipos e tamanhos de máquinas podem ser usados na compactação de cascalho e areia, com exceção de rolos com patas. A escolha dependerá dos requisitos de compactação e capacidade.

Os rolos vibratórios médios a pesados realizarão a compactação em camadas espessas, enquanto rolos menores são mais adequados para espessuras e volumes limitados de camadas.

Silte

O tamanho dos grãos de silte variam de 0,063 mm até 0,002mm, apesar desses limites poderem variar um pouco, de acordo com o sistema de classificação de solos.

Ele pode conter frações de outros tipos de solos, que afetarão suas propriedades de compactação.

Em silte puro ou misturado com frações de granulação grossa, há pouca coesão. Com um teor maior de argila, a coesão aumentará.

Como ocorre com todos os solos de granulação fina, a compactação do silte é extremamente dependente do teor de água. Para um bom efeito de compactação, o teor de
água não deve ser muito diferente do valor considerado ideal.

Em um teor de água ideal, o silte érelativamente fácil de compactar. Em um teor de água alto e sob a influência da vibração ou do tráfego de veículos, o silte se transforma, adquirindo um estado mais ou menos fluido.

Os equipamentos vibratórios são os mais eficazes para o silte.

A espessura das camadas pode ser praticamente a mesma daquela do cascalho e areia, se o teor de argila não for muito alto. Se o teor de argila for maior que 5% (mas menor que 15%), serão necessárias máquinas maiores e camadas mais finas para superar a coesão do material. Nesses casos, um cilindro pé-de-carneiro pode proporcionar melhores resultados do que um cilindro liso. Além disso, as placas vibratórias e os rolos de compactação com cilindro liso podem apresentar problemas de tração, especialmente quando o teor de
água for um pouco maior.

Propriedades de compactação do solo

Um resumo das propriedades de compactação dos solos de granulação fina (coesivos) e granulação grossa (não coesivos/granulares).

Materiais de granulação grossa

Relativamente fáceis de compactar, especialmente por vibração. Alta capacidade de sustentação. Os solos de drenagem livre não são suscetíveis a encharcamento e congelamento.

Materiais de granulação fina

O teor de água e, consequentemente, as condições climáticas são importantes aos resultados da compactação.
Devem ser compactados em camadas relativamente finas.

Volumes de solo

Os solos possuem diferentes densidades, dependendo se encontrados in situ, soltos ou compactados. A espessura da camada compactada é sempre mencionada no projeto de novas estruturas.
O volume do solo pode ser definido sob diferentes condições
• em estado natural (in situ)
• em estado solto (não compactado)
• compactado
A tabela abaixo mostra os volumes relativos dos diferentes tipos de solos.

Argila

A argila é formada pelas menores partículas existentes, com tamanhos
aproximados de 0,002 mm. As partículas são tão pequenas que não
podem ser vistas a olho nu. Um teor de argila de 15% é suficiente para o solo exibir as propriedades de argila, sempre que a coesão e a coesão aparente forem os principais fatores de resistência. O efeito da coesão depende do teor de argila, do tamanho e formato dos grãos e também da composição mineral da argila. Ele pode variar grandemente entre duas argilas diferentes, com a mesma curva de distribuição granulométrica mas com diferentes formatos de grãos e composição mineral.

O teor de água possui um grande efeito na resistência à compactação do material. A compactação é mais fácil quando o teor de água é próximo do ideal.

A argila requer um esforço de compactação relativamente alto (em
comparação com solos de granulação grossa). Os rolos vibratórios pé-de-carneiro são bastante adequados para a compactação de argila. Eles são capazes de transmitir as altas pressões e forças de rompimento necessárias para compactar o material no teor de água ideal ou pouco abaixo dele.

Aqui, os esforços de compactação são os mais altos possíveis. As espessuras das camadas são normalmente limitadas a 15–40 cm, dependendo do tamanho da máquina. Rolos tipo Tamping também são adequados para a compactação de argila. Eles são bastante econômicos em grandes áreas de aterro. Nesses casos, a argila é colocada em camadas de 15–30 cm.

Não é aconselhável trabalhar com argilas cujo teor de água encontra-se acima do ideal, já que este solo apresentará um comportamento excessivamente elástico.

Estabilização do calcário

Os solos coesivos não podem ser compactados quando seu teor de água é alto. A estabilização do material utilizando-se calcário é uma das maneiras de melhorar a capacidade de compactação e estabilidade do material. O calcário é espalhado sobre a superfície e misturado ao material, utilizando-se um misturador giratório. O calcário liga-se com parte da água e, com o tempo, também cria uma ligação química que substancialmente aumenta a resistência da argila.

Os rolos vibratórios pé-de-carneiro são geralmente a melhor escolha para a compactação de materiais estabilizados.

Sub-base e base

A sub-base e base são materiais selecionados e devem se encontrar dentro dos limites especificados de uma curva de granulometria. A fração principal é composta de cascalho. Em certos países, quantidades relativamente altas de finos são permitidas na sub-base; porém, ela perde as suas propriedades de drenagem livre.

As sub-bases e bases normalmente possuem altas especificações de
compactação, requerendo um maior esforço de compactação do que
os materiais de enchimento para a mesma espessura de camada.
Os equipamentos vibratórios são mais eficazes em sub-bases e bases.
A compactação por impacto não é adequada.

Em alguns casos, onde a base é fina (menos de 10–15 cm), podem
ser usados rolos estáticos. Eles são especialmente adequados caso queira-se evitar o afrouxamento do material. Uma base deve sempre ser finalizada com algumas passadas estáticas antes de iniciar o trabalho de revestimento.

Estabilização

Às vezes, as sub-bases e bases podem ser compostas de materiais granulares misturados com cimento, cinzas volantes ou mesmo betume. Isso é feito para aumentar as propriedades de suporte de carga do material. O material estabilizado da sub-base é frequentemente colocado utilizando-se uma pavimentadora, a fim de se obter a melhor uniformidade possível.