Construção e Manutenção de Infra-estruturas de ... · técnicas de desmonte e das condições...

Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura

Secção de Urbanismo, Transportes, Vias e Sistemas

Mestrado Integrado em Engenharia Civil

Construção e Manutenção de Infra-estruturas de Transportes

Módulo A – Terraplenagens Folhas da Disciplina

Prof. José Neves

Lisboa, Abril de 2007

i

Nota prévia

O documento que agora se apresenta é destinado aos alunos da disciplina de

“Construção e Manutenção de Infra-estruturas de Transportes” pertencente ao Mestrado

Integrado em Engenharia Civil, do Instituto Superior Técnico. O texto foi escrito com

base na matéria que é leccionada nas aulas de suporte teórico ao Módulo A sobre

Terraplenagens do programa da disciplina.

A abrangência do programa, bem como a especificidade de algumas matérias relativas à

realidade nacional em obras de terraplenagens de infra-estruturas de transportes, traduz-

se na dificuldade em recomendar elementos bibliográficos de estudo, sobretudo em

língua portuguesa e que estejam a um nível de aprendizagem correspondente ao da

disciplina. Desta forma, considerou-se que a disponibilização destas folhas seria de

grande utilidade, não só como elemento de estudo mas também como apoio ao início da

prática profissional. Contudo, de forma alguma o desenvolvimento do conteúdo deste

documento foi pensado para substituir a frequência às aulas, que se considera sempre

essencial.

Pelo tempo dispendido na elaboração destas folhas, com vista à sua rápida e atempada

disponibilização para a avaliação da disciplina, está-se consciente de que existem nesta

edição inúmeras incorrecções e omissões, bem como outros aspectos de apresentação

formal que merecerão aperfeiçoamento. Assim, apela-se a todos os alunos que sejam

leitores atentos e que a sua colaboração seja fundamental na melhoria do texto em

edições futuras.

Bom estudo!

IST, Lisboa, 20 de Abril de 2007.

Prof. José Neves Responsável da disciplina

ii

Índice

Pág.

1 Introdução 11

2 Estudo e reconhecimento geológico e geotécnico 12

3 Características dos materiais e sua classificação 18

3.1 Classificação ASTM 18

3.2 Classificação AASHTO 19

3.3 Classificação SETRA-LCPC 11

4 Especificações e condições de aplicação dos materiais 13

5 Métodos construtivos 18

5.1 Trabalhos preparatórios 18

5.2 Escavações e movimentos de terras 19

5.3 Aterros 22

5.4 Trabalhos complementares 24

6 Equipamentos de terraplenagens 26

7 Fundação e leito do pavimento 32

8 Tratamento de solos 34

9 Controlo de qualidade 40

Bibliografia 47

Construção e Manutenção de Infra-estruturas de Transportes – Módulo A: Terraplenagens

– Página 1 –

1 Introdução

Designa-se por terraplenagens o conjunto de operações de escavação, transporte,

depósito e compactação das terras necessárias para a realização das obras de infra-

estruturas de transportes. As exigências geométricas do traçado levam a que a

interferência da implantação da via com a topografia do terreno seja inevitável e a que

as terraplenagens constituam uma componente muito importante da realização das

obras.

O conceito de utilização dos solos e outros materiais na construção de obras de infra-

estruturas de transportes, com especial predominância na fase de terraplenagens, levou a

que os materiais fossem objecto de especificações relativas às suas características e

processos construtivos como qualquer outro tipo de material utilizado em obras de

engenharia civil (aço, madeira, betão). Se outrora estas especificações serviam para

seleccionar os materiais numa óptica de rejeição dos que eram inapropriados,

actualmente, por razões não só técnicas e económicas mas essencialmente ambientais,

esta situação alterou-se e tenta-se, em geral, aproveitar ao máximo os materiais

encontrados ao longo do traçado, cada vez mais implantados em situações difíceis, sem,

obviamente, comprometer os critérios de qualidade da obra.

Neste documento apresenta-se uma breve descrição dos aspectos que se consideram ser

mais importantes e que estão relacionados com as terraplenagens de obras de construção

e manutenção de infra-estruturas de transportes: estudo e reconhecimento geológico e

geotécnico; características dos materiais e sua classificação; especificações e condições

de aplicação dos materiais; métodos construtivos (trabalhos preparatórios, escavações,

movimentos de terras, aterros e trabalhos complementares); equipamentos de

terraplenagens; fundação e leito do pavimento; tratamento de materiais; e controlo de

qualidade. No fim, apresenta-se uma lista de bibliografia que serviu de base ao

desenvolvimento do texto e que pode, também, servir de apoio a um estudo mais

aprofundado das matérias.


– Página 2 –

2 Estudo e reconhecimento geológico e geotécnico

Os estudos geológico-geotécnicos têm grande importância nas obras de infra-estruturas

de transportes (rodoviárias, ferroviárias e aeroportuárias). De facto, as características

geomorfológicas e geológicas da região onde se prevê a implantação das obras estão

intimamente associadas a aspectos geotécnicos relacionados com a sua construção,

como por exemplo: condições de fundação do pavimento; estabilidade e características

de depósitos de vertente e de dunas; estabilidade de taludes de escavação e de aterro;

características de ripabilidade das respectivas formações geológicas; características

hidrogeológicas dos maciços; atravessamento, com aterros, de zonas baixas (em regra

aluvionares) de grande extensão e de linhas de água por obras de arte; materiais

necessários à pavimentação (pedreiras) e terras para os aterros e fundação do pavimento

(manchas de empréstimo).

Os estudos geológico-geotécnicos têm como objectivos, fundamentalmente, a

identificação e caracterização geotécnica dos maciços atravessados pelos traçados,

sobretudo na perspectiva da utilização dos respectivos materiais na construção dos

aterros e da fundação do pavimento, ou mesmo em trabalhos de pavimentação. Devem,

também, permitir projectar aterros e escavações (como por exemplo, a definição das

técnicas de desmonte e das condições de execução das escavações e de colocação em

aterro desses materiais) e obter as informações necessárias à concepção e ao

dimensionamento de estruturas que interfiram com eles (como por exemplo, obras de

arte). Estes estudos serão ainda úteis na avaliação da localização e condições de

exploração de manchas de empréstimos necessárias à realização das obras e à detecção

de outros problemas particulares que venham a interferir com os trabalhos (cavidades

subterrâneas, encostas instáveis e baixas aluvionares).

A importância do estudo geológico e geotécnico depende da fase da obra. Ao nível do

estudo prévio, o estudo geológico e geotécnico deve permitir analisar as principais


– Página 3 –

condicionantes do traçado, eliminar sectores desfavoráveis e identificar situações de

traçado mais difíceis. A fase de projecto exigirá que os estudos forneçam toda a

informação necessária à optimização do traçado (directriz e rasante), à definição das

condições de realização das várias partes da obra e à concepção e dimensionamento das

várias componentes (pavimentos, taludes e obras de arte em geral). Na fase de

construção, os estudos iniciais poderão evoluir no sentido de permitir a análise mais

adequada de situações imprevistas e a definição mais realista de processos construtivos

e programa de trabalhos. Posteriormente, a necessidade de intervenção em acções de

conservação e reabilitação poderá exigir a realização de estudos específicos

complementares. Nas aulas foram apresentados exemplos relacionados com a

estabilização de taludes em aterro e em escavação de encostas naturais instáveis.

Os estudos geológico-geotécnicos assumem, no âmbito dos projectos de infra-estruturas

de transportes, uma importância determinante para se atingiram objectivos de

optimização da exploração e aplicação dos materiais em obra em condições

economicamente interessantes.

No caso do projecto rodoviário, os estudos geológico-geotécnicos devem ser

constituídos por memória descritiva e justificativa, planta geológica, perfil longitudinal

geotécnico e prospecção.

A memória descritiva e justificativa deve conter a descrição dos estudos efectuados, a

análise dos resultados obtidos e das soluções propostas para a resolução das situações

geotécnicas identificadas e sua fundamentação. Em geral, a memória descritiva e

justificativa deve:

• Descrever a geologia do corredor do projecto, envolvendo a descrição das

unidades estratigráficas ou litoestratigráficas ocorrentes e respectiva litologia, a

estrutura tectónica e, nos maciços rochosos, dever-se-á ainda especificar o

sistema de fracturação e eventualmente outras descontinuidades relevantes, bem

como o seu estado de alteração.


– Página 4 –

• Referir as características hidrogeológicas de cada unidade e os aspectos

hidrológicos e geomorfológicos gerais, com referência particular a eventuais

zonas geomorfologicamente instáveis, bem como a climatologia e a sismicidade

da região.

• Descrever e indicar os trabalhos de prospecção e os ensaios laboratoriais

realizados, e caracterizar as unidades ou complexos geotécnicos considerados.

Os solos devem ser classificados e as rochas caracterizadas do ponto de vista

físico-mecânico com a finalidade da sua reutilização.

• Incluir um estudo de terraplenagem que deve comportar uma proposta de gestão

dos materiais resultantes das escavações com o objectivo de racionalizar os

trabalhos e a utilização dos materiais disponíveis, tendo em conta a sua natureza

e condições de estado, as condições orográficas do terreno e os pontos de difícil

transposição ou acesso. Este estudo deve incidir sobre a definição das zonas a

decapar e respectivas espessuras, a estimativa das quantidades a desmontar para

cada escavação com recurso a explosivos e com meios mecânicos, e a avaliação

da margem de risco envolvida nessa estimativa. Os estudos de terraplenagem

devem ainda incluir a concepção e o dimensionamento dos aterros de escavação

e, em particular, a análise de estabilidade e a definição das geometrias dos

taludes de escavação e aterro, e a definição das zonas com elevada probabilidade

de necessitarem de executar sobreescavações ou saneamentos impostas pelos

projectos de fundações dos aterros e dos pavimentos. Deve ainda incluir a

análise da drenagem interna e superficial com influência na estabilidade dos

taludes de escavação e de aterros, e no comportamento do pavimento, as

condições de fundação dos pavimentos, e a análise da possível proveniência dos

materiais para pavimentação e eventuais empréstimos.

A planta geológica deve definir com suficiente detalhe a delimitação e caracterização

das unidades estratigráficas ou litoestratigráficas presentes e a representação de

elementos estruturais e tectónicos. Esta planta deve ser apresentada à escala do projecto

geométrico, excepto em eventuais situações complexas que pode ser apresentada a

escalas maiores.


– Página 5 –

O perfil longitudinal geotécnico destina-se a permitir um adequado esclarecimento dos

aspectos geológicos e geotécnicos dos terrenos interessados, com inclusão da

classificação dos terrenos amostrados ao longo do traçado, sempre que possível até dois

metros abaixo da rasante nas escavações ou do terreno natural, se a situação for de

aterro. Em situações especiais deve desenvolver-se até à profundidade que as medidas a

tomar o justifiquem.

Em situações particulares, pode ser conveniente um maior detalhe nos estudos e na

apresentação de plantas e/ou perfis geológico-geotécnicos que ilustrem as condições

locais e as soluções apontadas de forma mais adequada. Em situações de escavação em

rocha, quando for previsível o desmonte com recurso a explosivos, conjuntamente com

simbologia geológica coerente com essa condição, deve constar o zonamento do maciço

na perspectiva da exequibilidade do desmonte com recurso a meios mecânicos ou a

explosivos. Nas situações em aterro com previsível tratamento de fundação, deve

constar a informação geotécnica determinante da situação e a delimitação dos

horizontes a tratar ou sanear. Para além destes aspectos, o perfil longitudinal geotécnico

deve definir sob a forma gráfica, em “pente” apropriado, a generalidade das

informações geotécnicas e das obras de contenção referidas na memória, de modo a

permitir um melhor acesso em obra à informação.

A Figura 1 mostra um exemplo de perfil geológico-geotécnico relativo a um troço de

auto-estrada.

A prospecção deve ser a necessária à fundamentação das medidas a tomar para

resolução das situações geotécnicas identificadas na faixa de terrenos onde se

desenvolve o traçado e que influencia o corredor da estrada. Tem que ser tal que, em

conjugação com a informação relevante do levantamento geológico, deve:

• Permitir dar resposta, nomeadamente, ao dimensionamento da geometria dos

taludes de escavação e aterro, à avaliação da resistência ao desmonte para efeitos

de quantificação dos volumes a desmontar por meios mecânicos e ou com

recurso a explosivos e aos processos construtivos a utilizar.


– Página 6 –

• Fornecer informação necessária para a definição dos trechos e respectivas

espessuras de terra vegetal e horizontes a decapar ou sanear, e para a definição e

a caracterização de eventuais obras de estabilização de fundação de aterros e/ou

de taludes de escavação.

• Ser suficiente para permitir a caracterização geotécnica e físico-mecânica dos

solos e materiais pétreos a aplicar na pavimentação e terraplenagem,

nomeadamente enrocamentos (a explicar mais à frente).

• Definir as classes dos solos mais representativos, nomeadamente as que ocorrem

no horizonte da fundação do pavimento de modo a permitiram o estudo da sua

fundação e da caracterização das condições de fundação das obras de arte, e

ainda apoiar o dimensionamento das redes de drenagem interna.

Figura 1: Perfil geológico-geotécnico.


– Página 7 –

È corrente adoptar para os trabalhos de prospecção as designações de corrente e

especial. A prospecção corrente inclui a execução de trados ou poços, executados

mecanicamente ou manualmente, podendo atingir profundidades da ordem dos 4 metros

e que se destinam à recolha de solos para classificação ou caracterização em laboratório,

de modo a permitirem definir o perfil do terreno no mínimo até dois metros abaixo da

cota da rasante. Compreenderá trabalhos de simples observação de forma a avaliar a

natureza e espessura do horizonte de solos aráveis ou de terra vegetal e os tipos

litológicos subjacentes. Consideram-se também enquadrados na prospecção corrente os

ensaios de campo e laboratoriais efectuados sobre amostras remexidas de solos,

incluindo os provenientes de manchas de empréstimo, assim como os ensaios para

caracterização de agregados obtidos em jazidas ou pedreiras da região com potenciais

condições de utilização. Os trabalhos de prospecção geotécnica especial são todos os

não referidos anteriormente e incluem os ensaios laboratoriais efectuados em amostras

indeformadas ou com elas relacionados, os ensaios sobre rochas e recolha e respectiva

análise de águas. Estes trabalhos devem incidir principalmente sobre locais que

requerem maior investigação, designadamente em fundações de obras de arte, em baixas

aluvionares, em depósitos de vertente e em escavações quando for conveniente

investigar as condições de estabilidade e de escavabilidade. Na disciplina de Geologia

de Engenharia e nas disciplinas de Mecânica dos Solos e Fundações são ensinados os

principais ensaios em que se baseia a prospecção dos estudos geológico-geotécnicos.


– Página 8 –

3 Características dos materiais e sua classificação

As classificações de materiais para propósitos de engenharia visam, em primeira

aproximação, descrever a aptidão dos materiais para a construção e como fundação.

Estas classificações baseiam-se nas principais propriedades dos materiais obtidas em

ensaios de laboratório realizados com amostras obtidas durante a fase de prospecção,

conforme já referido anteriormente.

Em seguida, apresenta-se uma breve descrição das principais classificações de materiais

utilizadas no projecto e construção de obras de infra-estruturas de transportes na fase de

terraplenagens: classificação ASTM ou classificação unificada de solos; classificação

AASHTO ou classificação para fins rodoviários; classificação SETRA-LCPC. Estas

classificações são apresentadas com maior detalhe nas aulas práticas.

3.1 Classificação ASTM

A classificação ASTM (“American Society for Testing Materials”) de solos, publicada

pela norma ASTM D 2487, é também designada por classificação unificada revista e é

uma das mais conhecidas classificações de solos para propósitos gerais de engenharia.

Esta classificação é ensinada na disciplina de Mecânica dos Solos e Fundações I.

Esta classificação, aplicada a solos, baseia-se exclusivamente nos ensaios de

identificação: granulometria e plasticidade (Figura 2). Nela, os solos são divididos em

duas grandes famílias com base no peneiro de malha 0,075 mm (peneiro nº 200 da série

ASTM): solos grossos e finos. Os solos grossos são sub-divididos em areias e cascalhos

através do peneiro de malha 4,75 mm (peneiro nº 4 da série ASTM). Consoante a

quantidade de material fino presente no solo, outros critérios são utilizados na

classificação dos solos grossos: extensão e forma da curva granulométrica bem como a


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plasticidade da fracção passada no peneiro de malha 0,425 mm (peneiro nº 40 da série

ASTM). Os solos finos são classificados exclusivamente com recurso à carta de

plasticidade (Figura 3), com base no limite de liquidez e no índice de plasticidade.

Figura 2: Classificação ASTM.

Figura 3: Carta de plasticidade da classificação ASTM.

3.2 Classificação AASHTO

A classificação AASHTO (“American Association of State Highway and Transportation

Officials”) está publicada na norma AASHTO M 145 e, também, está traduzida numa

especificação do LNEC onde é designada por classificação para fins rodoviários.


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Esta classificação destina-se a solos e baseia-se, à semelhança da classificação ASTM,

exclusivamente nas propriedades granulométricas e de plasticidade (Quadro 1). Os solos

são classificados em grupos e subgrupos e, em cada grupo, o solo é avaliado através do

índice de grupo, calculado a partir de uma expressão empírica ou em ábaco apropriado

(Figura 4).

Quadro 1: Classificação para fins rodoviários (AASHTO).

Figura 4: Ábaco de cálculo do índice de grupo.


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3.3 Classificação SETRA-LCPC

As entidades francesas SETRA (“Services d´Étude Techniques dês Routes et

Autoroutes”) e LCPC (“Laboratoire Central des Ponts et Chaussèes”) desenvolveram e

publicaram uma classificação para fins de terraplenagens aplicada a solos, rochas e

materiais particulares, como os solos orgânicos e os sub-produtos industriais (Figura 5).

A classificação dos materiais em classes não se baseia apenas nas propriedades relativas

à natureza dos materiais – parâmetros intrínsecos – mas tem também em consideração

as condições de estado – parâmetros de estado – durante as fases de extracção e de

colocação dos materiais, influenciadas pelas condições meteorológicas, e o

comportamento dos materiais a longo prazo, sobretudo quando se trata de materiais

provenientes de rocha – parâmetros de comportamento mecânico (Quadro 2).

Figura 5: Classificação SETRA/LCPC).


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Quadro 2: Parâmetros utilizados na classificação SETRA-LCPC. Propriedades Parâmetros

Granulometria

• Diâmetro máximo das partículas do solo (Dmax) • % que passa no peneiro de 0,075 mm (n.º200) ASTM (distingue os solos

com finos e avalia a sua sensibilidade à água) • % que passa no peneiro de 2,00 mm (n.º10) ASTM (estabelece a separação

dos solos arenosos dos cascalhentos) Intrínsecas

Argilosidade

• Índice de plasticidade (IP) • Equivalente de areia (EA) • Valor do azul de metileno (VBS) (ligado directamente à superfície

específica do solo e à quantidade e actividade da fracção argilosa)

Estado (hídrico)

• Relação entre o teor em água natural e o teor em água óptimo do ensaio Proctor normal (wn/wopt)

• Indice de consistência (Ic) • CBR imediato (IPI) (teor em água natural, sem sobrecarga e sem imersão,

para a energia Proctor normal)

Comportamento mecânico

• Coeficiente Los Angeles (LA) • Indice de degradabilidade (ALT) • Indice de fragmentabilidade (FR) • Massa volúmica da rocha • (…)


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4 Especificações e condições de aplicação dos materiais

Na utilização dos materiais na construção de aterros tender-se-á a potenciar a melhor

reutilização dos materiais escavados ao longo da obra, obedecendo naturalmente a

especificações e condições de aplicação adequadas.

No âmbito de especificações e condições de exploração e aplicação de materiais na fase

de terraplenagens dispõe-se em Portugal de especificações publicadas pelo LNEC e de

cadernos de encargos, como é o caso do documento tipo publicado pela Junta

Autónoma de Estradas (actualmente Estradas de Portugal, E.P.E.).

Os tipos de materiais a utilizar na construção dos aterros são, de um modo geral, do

ponto de vista granulométrico, os seguintes: solos, materiais rochosos (enrocamento), e

materiais do tipo solo-enrocamentos.

Considera-se que os solos correspondem aos materiais cuja percentagem de material

retido no peneiro de malha 19,0 mm (peneiro ¾” da série ASTM) não é superior a 30%.

De acordo com o caderno de encargos da EP, a utilização dos solos na construção de

aterros, no seu estado natural, exige que sejam observadas condições relativas ao teor

em água. Por razões de natureza ambiental e no caso de não se verificarem os requisitos

especificados para o teor em água para o caso de solos coerentes, poder-se-á recorrer a

técnicas de tratamento com cal ou desta combinada com cimento, como se verá mais

adiante.

Do ponto de vista granulométrico serão considerados materiais com características de

solo-enrocamento os materiais de granulometria contínua e que ainda obedeçam às

seguintes condições granulométricas: material retido no peneiro de malha 19,0 mm

(peneiro ¾” da série ASTM) compreendido entre 30% e 70%; material passado no

peneiro de malha 0,075 mm (peneiro nº 200 da série ASTM) compreendido entre 12% e


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40%; a dimensão máxima dos blocos (Dmáx) não deverá ser superior a 2/3 da espessura

da camada depois de compactada, nem a 0,40 m. Estes materiais são constituídos por

mistura de solos com rocha e resultam normalmente do desmonte de rochas brandas.

O material do tipo enrocamento aplicado em aterros, designados correntemente por

pedraplenos, resulta da exploração de maciços rochosos e deverá cumprir as seguintes

condições granulométricas: percentagem passada no peneiro de malha 25,0 mm

(peneiro 1” da série ASTM) não superior a 30; percentagem passada no peneiro de

malha 0,075 mm (peneiro nº 200 da série ASTM) não superior a 12; a dimensão

máxima dos blocos (Dmáx) não deverá ser superior a 2/3 da espessura da camada depois

de compactada, nem a 0,80 m.

Na Figura 6 pode ver-se a construção de uma camada em mistura de solo-enrocamento

num aterro rodoviário.

Figura 6: Camada de aterro em mistura de solo-enrocamento.


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Nos aterros podem distinguir-se as seguintes zonas, com geometria a definir no

projecto:

• Parte Inferior do Aterro (PIA) – é a zona do aterro que assenta sobre a fundação

(geralmente considera-se que é constituída pelas duas primeiras camadas do

aterro). No caso de se ter procedido previamente aos trabalhos de decapagem,

consideram-se também incluídas para além destas, as camadas que se situam

abaixo do nível do terreno natural.

• Corpo – é a parte do aterro compreendida entre a Parte Inferior e a Parte

Superior do Aterro.

• Parte Superior do Aterro (PSA) – é a zona do aterro (da ordem dos 40-85 cm)

sobre a qual apoia a Camada de Leito do Pavimento, a qual integra a fundação

do pavimento e influencia o seu comportamento.

• Leito do Pavimento – é a última “camada” constituinte do aterro, a qual se

abordará mais adiante, que se destina essencialmente a conferir boas condições

de fundação ao pavimento, não só do ponto de vista das condições de serviço,

mas também das condições de colocação em obra.

• Espaldar – é a zona lateral do corpo do aterro que inclui os taludes, e que pode

ocasionalmente ter função de maciço estabilizador.

A Figura 7 mostra a secção transversal de um aterro rodoviário zonado de grande altura.

Figura 7: Aterro rodoviário zonado.


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A especificação LNEC E 241 apresenta algumas recomendações sobre os solos ou

outros materiais a utilizar em aterros. De um modo geral, os solos devem ser aplicados

nos aterros por ordem de qualidade crescente a partir da base. Na construção de um

aterro pode admitir-se a utilização simultânea de vários materiais, com várias

proveniências, quer através da mistura dos materiais durante a construção das camadas,

quer através da construção de aterros zonados. Pretende-se, assim, aproveitar ao

máximo os vários tipos de materiais que se encontram ao longo do traçado da estrada.

Nos aterros zonados, os materiais são usados criteriosamente na construção de partes do

aterro cuja função em serviço é mais compatível com as suas características

geotécnicas: no corpo do aterro podem ser utilizados os solos de pior qualidade; na

fundação (parte inferior do aterro) e nas zonas laterais (espaldares) devem utilizar-se

solos pouco sensíveis à água; os melhores materiais devem ser aplicados na parte

superior do aterro e no leito do pavimento. Os solos são classificados em adequados

quando podem ser utilizados em qualquer zona, e em toleráveis, quando só podem se

utilizados onde não forem submetidos a variações do teor em água.

Os materiais a utilizar na construção da Parte Inferior dos Aterros devem ser

preferencialmente insensíveis à água, especialmente quando houver possibilidade de

inundação e/ou de encharcamento dos terrenos adjacentes. Na construção do Corpo dos

aterros poderão ser utilizados todos os materiais que permitam a sua colocação em obra

em condições adequadas, que garantam e assegurem por um lado a estabilidade da obra,

e simultaneamente, que as deformações pós-construtivas que se venham a verificar

sejam toleráveis a curto e longo prazo para as condições de serviço. Na Parte Superior

dos Aterros devem ser utilizados os materiais de melhor qualidade, de entre os

provenientes das escavações e/ou dos empréstimos utilizados. Na zona dos Espaldares

devem ser utilizados materiais compatíveis com a geometria de taludes projectada, de

modo a evitar riscos de instabilidade e/ou de erosão.


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O caderno de encargos da EP recomenda a utilização dos diversos tipos de solos em

função da zona do aterro em que irão ser aplicados – aplicação admissível, não

admissível ou possível – conforme é apresentado no Quadro 3.

O documentado editado pelo SETRA e LCPC com a classificação de materiais

apresenta, também, recomendações quanto à reutilização dos materiais em aterro e em

camadas de leito do pavimento, bem como a forma de serem compactados.

Quadro 3: Regras gerais de aplicação dos solos em aterro. Tipo Reutilização

Classe CBR (%) de Descrição PIA Corpo PSA solo

OL siltes orgânicos e siltes argilosos orgânicos de baixa plasticidade (1)

N N N

OH argilas orgânicas de plasticidade média a elevada; siltes orgânicos. (2)

N P N

S 0 < 3 CH argilas inorgânicas de plasticidade elevada; argilas gordas. (3)

N P N

MH

siltes inorgânicos; areias finas micáceas; siltes micáceos. (4)

N

P

N

OL idem (1) N S N S 1 ≥ 3 a < 5 OH idem (2) N S N CH idem (3) N S N MH idem (4) N S N CH idem (3) N S N MH idem (4) N S N S 2

≥ 5 a < 10

CL

argilas inorgânicas de plasticidade baixa a média argilas com seixo, argilas arenosas, argilas siltosas e argilas magras.

S

S

P

ML

siltes inorgânicos e areias muito finas; areias finas, siltosas ou argilosas; siltes argilosos de baixa plasticidade.

S

S

P

SC areia argilosa; areia argilosa com cascalho. (5)

S S P

SC idem (5) S S S S 3

≥ 10 a < 20

SM SM

areia siltosa; areia siltosa.

S P

S S

S N

SP areias mal graduadas; areias mal graduadas com cascalho.

S S S

SW areias bem graduadas; areias bem graduadas com cascalho.

S S S

S 4

= 20 a< 40

GC cascalho argiloso; cascalho argiloso com areia.

S S S

GM cascalho siltoso; cascalho siltoso com areia. (6)

P S P

GP cascalho mal graduado; cascalho mal graduado com areia. (7)

S S S

GM idem (6) S S S S 5 ≥ 40 GP idem (7) S S S GW cascalho bem graduado;

cascalho bem graduado com areia. S S S

S - admissível; N - não admissível ; P-possível. PIA - parte inferior do aterro PSA - parte superior do aterro


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5 Métodos construtivos

Em seguida, descrevem-se de modo genérico os métodos construtivos relacionados com

os trabalhos preparatórios, escavações, movimentos de terras, aterros e trabalhos

complementares, com base, essencialmente, nas especificações preconizadas no caderno

de encargos da EP. A especificação LNEC E 242 estabelece, também, regras para a

execução das terraplenagens em estradas, incluindo a parte superior de solo que servirá

de leito do pavimento.

5.1 Trabalhos preparatórios

Os trabalhos preparatórios incluem a limpeza e desmatação, decapagem, saneamentos

na fundação dos aterros ou no leito do pavimento em escavação e protecção da

vegetação existente (Figura 8).

Figura 8: Trabalhos preparatórios na construção de uma estrada.

As superfícies de terrenos a escavar ou a aterrar devem ser previamente limpas de

construções, pedra grossa, detritos e vegetação lenhosa (arbustos e árvores) conservando


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todavia a vegetação sub-arbustiva e herbácea, a remover com a decapagem. A limpeza

ou desmatação deve ser feita em toda a área abrangida pelo projecto, e inclui a remoção

das raízes e do remanescente do corte de árvores. Quando a fundação do aterro é

caracterizada como compressível, a desmatação não deverá incluir, em princípio, as

espécies arbustivas. Nas situações em que esteja prevista a utilização de geotêxteis, a

desmatação abrangerá todas as espécies cujo porte possa causar danos ao geotêxtil.

Nestes casos não se procederá ao seu desenraizamento.

As áreas dos terrenos a escavar devem ser previamente decapadas da terra arável e da

terra vegetal ou com elevado teor em matéria orgânica qualquer que seja a sua

espessura. Esta operação deve ser sempre estendida às áreas a ocupar pelos caminhos

paralelos ou outros equipamentos (restabelecimentos, áreas de serviço, etc), e ser

executada de uma forma bastante cuidada para evitar posteriores contaminações dos

materiais a utilizar nos aterros. A terra vegetal proveniente da decapagem será aplicada

imediatamente ou armazenada em locais adequados para aplicação posterior, ou

conduzidas a depósito definitivo.

Entende-se por saneamento os trabalhos de remoção de solos de má qualidade,

normalmente realizados na preparação das fundações dos aterros ou à cota onde assenta

o leito do pavimento em escavação.

Toda a vegetação arbustiva e arbórea da zona da estrada, nas áreas não atingidas por

movimentos de terras, será protegida, de modo a não ser afectada com a localização de

estaleiros, depósitos de materiais, instalações de pessoal e outras ou com o movimento

de máquinas e viaturas.

5.2 Escavações e movimentos de terras

As técnicas e os equipamentos a utilizar na escavação e desmonte dos materiais a

reutilizar na construção dos aterros, deverão ser os mais adequados para o tipo dos


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materiais em presença e para as condições atmosféricas previsíveis. Devem permitir a

colocação imediata em aterro dos materiais escavados e, se possível, sem outras

operações complementares, nomeadamente correcções da granulometria e do teor em

água.

O desmonte consiste na escavação de rochas ou de solos muito consistentes e,

consoante o tipo de material a escavar, pode ser realizado por meios mecânicos,

utilizando-se equipamento adequado, ou com explosivos. As técnicas a utilizar nas

escavações em material rochoso devem ser ajustadas a cada tipo de maciço de forma a

obter as granulometrias mais adequadas para os materiais resultantes, que serão

posteriormente aplicados nos aterros. No caso de escavações em solos, a opção entre

escavação frontal e escavação por camadas deve basear-se na avaliação das condições

hídricas do material, quer relacionadas com o próprio maciço quer resultantes das

condições climatéricas.

No desmonte dos maciços rochosos recorrendo a explosivos, terá de ser utilizada a

técnica do pré-corte, indispensável para garantir o corte do talude de forma correcta e de

acordo com a geometria indicada. Este procedimento passa pela execução da furação

segundo o plano teórico dos taludes, permitindo a minimização da propagação de

vibrações ao maciço, e assim com redução dos efeitos da descompressão e os

consequentes fenómenos de instabilidade.

Nas escavações cujos materiais se destinam a aterros deve haver cuidado especial na

decapagem, que consiste em retirar a camada superficial do terreno e em regularizar a

nova superfície obtida, a realizar depois da desmatação se necessária.

As operações de transporte de terras nas terraplenagens, quer ao longo da estrada

projectada quer transversalmente à mesma, constituem o movimento de terras, que

consiste basicamente em remover as terras de umas zonas - de escavação ou de

empréstimo - para as aplicar noutras zonas - de aterro ou de depósito.


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É corrente a utilização de depósitos provisórios durante a execução das obras pois, entre

outras razões, nem sempre é possível a utilização imediata dos materiais escavados. Os

locais de depósito devem ser escolhidos de forma a protegerem os materiais e a não

prejudicarem o normal prosseguimento dos trabalhos.

Na fundação do pavimento em escavação, não se deve escavar abaixo das cotas

indicadas nos desenhos, salvo em circunstâncias especiais surgidas durante a

construção, tais como a presença de rocha ou de materiais não recomendados que seja

necessário remover e substituir. Quando a fundação é em aterro, os terrenos ou

materiais que são colocados logo abaixo da camada de leito do pavimento devem ser os

melhores de entre os materiais disponíveis. Preferencialmente, estes materiais devem ser

seleccionados ainda durante o estudo de terraplenagens.

A Figura 9 mostra trabalhos de escavação e movimentos de terras a serem realizados

numa obra de construção de estrada.

Figura 9: Trabalhos de escavação e movimentos de terras.


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5.3 Aterros

A zona onde será construído o aterro deve ser previamente preparada do ponto de vista

de limpeza, desmatação, decapagem, modelação do terreno e eliminação de quaisquer

outros obstáculos que impeçam a respectiva execução, conforme já referido.

A construção dos aterros faz-se pela compactação do material colocado em camadas

horizontais com determinada espessura. Em geral, os materiais são espalhados,

humidificados, se não estiverem com o teor em água desejável e, em seguida, procede-

se à sua compactação. O procedimento a seguir na compactação pode ser definido

através da construção de aterros experimentais, tendo como base os resultados dos

ensaios de compactação dos mesmos materiais em laboratório e em função do tipo de

equipamento de compactação disponível em obra.

Nos aterros com enrocamento ou mistura solo-enrocamento deverá seguir-se, para a

colocação do material, o processo conhecido por execução de camadas com deposição

"em cordão", em que o material é descarregado 5 m antes da frente de aplicação e

depois empurrado para a frente de trabalhos por meio de bulldozer com potência

suficiente para espalhar o material em camada. Esta distância deve ser aumentada

quando os meios de transporte utilizados forem de grandes dimensões ou as

granulometrias se mostrem provisoriamente descontínuas.

Em certas condições de construção dos aterros devem ser adoptados procedimentos

especiais:

• As transições de escavação para aterro, tanto transversalmente como

longitudinalmente, devem fazer-se da forma mais suave possível.

• Os aterros junto a encontros de obras de arte ou a outro tipo de estruturas

enterradas, e os aterros junto a muros de suporte, passagens hidraúlicas de

pequeno ou grande diâmetro, passagens agrícolas, etc. obrigam à utilização de

materiais e procedimentos construtivos particulares. Estes aterros são designados

por “aterros técnicos” e devem ser cuidadosamente executados e compactados.


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De um modo geral, as camadas devem ser executadas simetricamente em relação

à estrutura, e a sua espessura deve ser ajustada às características do aterro, da

estrutura a envolver, das condições de execução e do material do aterro

utilizado.

• A fundação dos aterros em solos compressíveis deve ser estudada de forma a

serem conhecidos os parâmetros de resistência e de deformabilidade que

permitam avaliar o assentamento e o tempo de consolidação; em zonas

alagáveis, dado que as camadas dos aterros são susceptíveis de saturar, os aterros

devem ser construídos com materiais cujas deformações sejam aceitáveis para as

condições de serviço definidas no projecto. O tratamento de fundação passa

normalmente pela colocação de manta geotêxtil e camada drenante na base do

aterro, em associação com elementos de drenagem profunda verticais, como por

exemplo, geodrenos (Figura 10) e drenos de areia ou brita. Estes órgãos de

drenagem permitirão acelerar o processo de consolidação da fundação.

Figura 10: Cravação de geodrenos na fundação de um aterro rodoviário.


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Na preparação da base onde assentam os aterros (fundação), deverá ter-se em atenção

que, sempre que existam declives desfavoráveis, deverá dispor-se a superfície em

degraus, com geometria adequada e a definir em cada caso, de forma a assegurar a

ligação adequada entre o material de aterro e o terreno natural. Esta operação é

particularmente importante em traçados de meia encosta, onde só devem ser executados

após terem sido removidos todos os materiais de cobertura, em particular depósitos de

vertente ou solos com aptidão agrícola. Nestas situações, em presença de regimes

hidrogeológicos desfavoráveis, poderá ser necessário recorrer a elementos de drenagem

profunda (drenos longitudinais, esporões drenantes, etc…). Tratando-se de perfis

transversais mistos, deve dar-se particular atenção à zona de escavação onde as

condições de estabilidade dos materiais da encosta poderão necessitar de obras de

estabilização, recorrendo-se, por exemplo, a estruturas de suporte ou a outros elementos

(por exemplo, pregagens).

5.4 Trabalhos complementares

Como trabalhos complementares mais importantes considera-se a regularização a dar

aos taludes de escavação e aterro, tendo em conta aspectos de inclinação, reforço da

estabilidade, regularidade e drenagem.

Na construção de taludes em escavação, deve ser dada especial atenção à inclinação e à

regularização dos mesmos. A inclinação dos taludes definida no projecto, com base em

trabalhos prévios de prospecção ou simplesmente em elementos normativos, deve ser

confirmada em obra em face das reais características geológico-geotécnicas do maciço

escavado. As técnicas de regularização dos taludes a aplicar serão diferentes consoante

se trate de taludes em solo, rocha ou em materiais mistos.

Outro aspecto importante em taludes de escavação é a drenagem que consiste no

escoamento das águas dos terrenos, por meio de dispositivos adequados, distinguindo-se

a drenagem de superfície da drenagem profunda. A drenagem de superfície destina-se a


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recolher e encaminhar as águas superficiais do terreno utilizando sobretudo valas de

crista, de banqueta e de plataforma. Por sua vez, a drenagem profunda contempla as

águas existentes no interior dos terrenos, através de drenos longitudinais, transversais,

sub-horizontais, esporões e máscaras drenantes.

Após a conclusão dos trabalhos, os taludes dos aterros devem ser recobertos com terra

vegetal para permitir o desenvolvimento de vegetação adequada. Esta vegetação protege

os taludes da erosão superficial ou semi-profunda provocada pelos agentes erosivos e

contribui para um acréscimo da estabilidade. A inclinação dos taludes deve garantir a

sua estabilidade com o factor de segurança normalmente utilizado para este tipo de

obras.

Os trabalhos complementares prolongam-se para além da fase de construção. Trabalhos

relacionados com a drenagem, assentamento de aterros, protecção e estabilização de

taludes são frequentes na fase de manutenção das infra-estruturas de transportes.

A Figura 10 mostra trabalhos complementares de protecção e estabilização de um talude

de escavação em maciço rochoso.

Figura 11: Trabalhos complementares de protecção e estabilização

de um talude de escavação.


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6 Equipamentos de terraplenagens

Nos trabalhos de terraplenagens são utilizados equipamentos apropriados, cujo emprego

se encontra generalizado. Estes equipamentos devem ser escolhidos em função das

características da obra, compreendendo meios adaptados às seguintes finalidades:

escavação e transporte de terras, rega, mistura e compactação.

Como equipamentos de escavação e transporte de terras refiram-se as escavadoras, os

tractores, os “bulldozers”, as pás carregadoras, os escarificadores, os camiões, os

“scrapers” ou “motorscrapers” e as motoniveladoras, de que se apresentam alguns

exemplos na Figura 12.

As escavadoras destinam-se a escavar terras e a carregá-las para os veículos de

transporte ou a depositá-las na sua proximidade. Estas máquinas, assentes sobre rodas

ou lagartas, são munidas de uma lança onde se podem adaptar diversos tipos de colheres

ou baldes consoante a necessidade. As diferentes escavadoras disponíveis no mercado

são classificadas, sobretudo, consoante a natureza ou posição relativa da colher ou

balde, como por exemplo, a retroescavadora e a escavadora de colher.

Os tractores utilizados em terraplenagens, providos de lagartas (tractores de lagartas) ou

de rodas geralmente com pneus (tractores de rodas), são veículos vocacionados para

rebocar ou empurrar outros veículos ou máquinas e para accionar determinados

dispositivos a ele adaptados, dos quais os mais generalizados são o “bulldozer” e o

escarificador, também vulgarmente designado por “ripper”. O “bulldozer” (Figura 12-a)

é constituído por uma chapa frontal (lâmina), que escava e empurra a terra, e por um

suporte para a montagem no tractor. Esta lâmina é articulada de forma a actuar num

plano perpendicular ao eixo longitudinal do tractor, podendo ser baixada ou levantada.

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a) “Bulldozer” b) Pá carregadora c) Camião d) “Motorscraper” e) Motoniveladora

f) Carro-tanque g) Pulverizadora-misturadora h) Cilindro de rasto liso i) Cilindro de pés de carneiro j) Cilindro de pneus

Figura 12: Exemplos de equipamentos para terraplenagens.

j) e)

i) d)

c) h)

b) g)

f) a)


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O “bulldozer” pode escavar e, sobretudo, empurrar de frente as terras soltas, quer do

terreno natural quer os produtos de escavação, transportando-as a algumas dezenas de

metros do local de escavação, não devendo geralmente ultrapassar a distância de 90

metros. Em transportes até este limite e em condições de movimentação de terras

deficientes pode ser a máquina indicada.

O escarificador, adaptável aos tractores, é um dispositivo constituído por um suporte

onde existe uma ou mais barras na forma apropriada de dentes, designadas por dentes

do escarificador. Os escarificadores são utilizados para abrir sulcos e revolver os

terrenos na espessura desejada.

As pás carregadoras (Figura 12-b) têm uma estrutura idêntica à dos tractores. São

máquinas adequadas ao carregamento de terras ou pedras podendo, também, realizar a

escavação de solos soltos ou pouco compactos e, eventualmente, a sua remoção.

Os camiões (Figura 12-c) são veículos destinados ao transporte de terras a grandes

distâncias, em geral, superiores a 500 m. Existe uma grande diversidade de camiões

consoante a capacidade, robustez (adaptação ao tipo de terreno e resistência aos

impactos das cargas produzidos pelas unidades carregadoras) e modos de descarga

(basculamento lateral ou traseiro). Os “dumpers” são veículos próprios para o transporte

de terras com caixa basculante geralmente situada à frente.

O “scraper” e o “motorscraper” são máquinas concebidas para escavar e transportar as

terras. O “scraper” é constituído, essencialmente por uma caixa sem tampa montada

sobre rodas e rebocada por tractor. Aquela caixa tem na frente e no fundo uma lâmina e

um taipal de correr, que pode ser baixado para o enchimento de terras e levantado para o

transporte. Trata-se de um equipamento de maior produção do que o “bulldozer” por

possuir maior capacidade. A utilização do “scraper” não é considerada económica para

transporte de terras a distâncias superiores a 300 metros. Para estas distâncias de

transporte, é indicada a utilização do “motorscraper” (Figura 12-d) que é um “scraper”

autopropulsionado.


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As motoniveladoras (Figura 12-e) são máquinas niveladoras com motor próprio e

constituídas, essencialmente, por uma forte lâmina metálica orientável horizontalmente

(regulação em altura) e verticalmente (deslocação na direcção transversal). Estas

máquinas destinam-se, essencialmente, ao espalhamento, regularização e acabamento de

camadas de aterro ou de pavimento podendo, também, ser utilizadas em pequenas

escavações.

A escolha do tipo de equipamento a utilizar na escavação e no transporte de terras

deverá ser baseada em três critérios fundamentais: rendimento, distância de transporte e

natureza do terreno.

Como equipamentos de rega têm-se, essencialmente, carros-tanque equipados com tubo

espargidor, quer autopropulsionados (Figura 12-f) quer constituindo um reboque

transportado por tractor. Estes equipamentos permitem a distribuição de forma rápida e

homogénea da água na quantidade necessária para que os solos adquiram o teor em água

adequado à sua compactação.

Os equipamentos de mistura destinam-se não só a misturar o solo com a água espalhada

pelo carro-tanque, evitando que a água se acumule à superfície e permitindo que o teor

em água do solo seja homogéneo, mas também a misturar o solo com ligantes

hidráulicos e pozolânicos, como é o caso de solos tratados com cal e/ou com cimento.

Para este fim, existem disponíveis quer equipamentos simples como, por exemplo, as

grades de disco, quer equipamentos de concepção específica como é o caso das

máquinas pulverizadoras-misturadoras (Figura 12-g).

Os equipamentos de compactação são habitualmente divididos em três categorias:

• Cilindros estáticos (cilindros de rasto liso, cilindros de pneus e cilindros de pés

de carneiro).

• Cilindros vibradores (cilindros de rasto liso e cilindros de pés de carneiro).

• Equipamentos de percussão.


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Esta classificação está relacionada com o modo como os equipamentos transmitem a

energia de compactação ao solo: por pressão, por vibração e por impacto. Os

equipamentos de compactação por pressão actuam, fundamentalmente, por transmissão

de pressões mais ou menos elevadas ao solo. A compactação por pressão não é indicada

para materiais não coesivos. A compactação por vibração consiste na transmissão, a

partir do solo, da energia correspondente a uma sucessão de impactos do equipamento

com determinada frequência e amplitude. Trata-se de uma técnica recomendada para

compactar materiais incoerentes. A compactação por impacto é conseguida mediante o

choque dum corpo, em geral uma placa, contra a superfície do material que se pretende

compactar.

Os cilindros estáticos de rasto liso (Figura 12-h) são constituídos por cilindros

metálicos, designados correntemente por rolos, de superfície lisa e contínua. O apoio do

cilindro no solo faz-se em toda a geratriz da sua superfície. Estes equipamentos são

adequados à compactação de materiais granulares em camadas pouco espessas, pois a

eficiência destes cilindros em profundidade é pequena. A classificação destes cilindros

baseia-se na relação entre a carga total actuante por unidade de largura do rolo (carga

linear estática).

Os cilindros estáticos de pés de carneiro (Figura 12-i) possuem cilindros metálicos onde

em toda a superfície lateral estão adaptados espigões metálicos, designados por “patas”

ou “pés”, dispostos em quincôncio e com determinada geometria (prismáticos, tronco-

cónicos ou terminando em patilha) e comprimento. Assim, o contacto com o solo

durante a compactação é feito apenas através de alguns destes elementos. Estes

equipamentos dão bons resultados na compactação de solos plásticos, nomeadamente

dos mais argilosos. A sua classificação é feita de modo semelhante à dos cilindros

estáticos de rasto liso.

Os cilindros de pneus (Figura 12-j) transmitem a pressão ao aterro por meio de pneus,

pelo que a superfície de contacto não é perfeitamente definida, tal como nos outros

equipamentos. A superfície de contacto é constituída por superfícies concâvas e


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convexas com geometria dependente da capacidade de carga do solo, do peso

transmitido por pneu e da pressão deste. Os cilindros de pneus têm grande mobilidade e

são utilizados na compactação da maioria dos solos, com excepção das areias soltas. A

classificação destes cilindros é feita com base na carga por roda.

Os cilindros vibradores têm maior rendimento de compactação, compatível com uma

gama mais diversificada de tipos de solos e com uma maior eficiência de compactação

em profundidade. Os cilindros vibradores são indicados para solos granulares,

especialmente para areias uniformes. Para além dos parâmetros utilizados na

classificação dos cilindros estáticos, os cilindros vibradores são também classificados

em função de características da vibração, como por exemplo, da amplitude.

As placas vibratórias são equipamentos de compactação de pequena potência. São

recomendadas para compactar camadas de pequena espessura e em locais singulares da

obra inacessíveis a outro equipamento de compactação de maior porte. Estes

equipamentos são uma alternativa aos maços manuais ou aos maços mecânicos

(“sapos”).

Na compactação de aterros e de camadas do pavimento pode ser utilizado

coordenadamente mais do que um tipo de cilindros. A selecção do tipo de equipamento

de compactação que melhor se adapta a cada situação deve ter em conta certos factores

como, por exemplo, os materiais a compactar, as condições de trabalho, os teores em

água dos materiais e os resultados pretendidos.


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7 Fundação e leito do pavimento

A fundação do pavimento é constituída pelo leito do pavimento e pelo conjunto dos

terrenos subjacentes que condicionam o seu comportamento. A superfície superior do

leito do pavimento onde assenta o pavimento designa-se por plataforma de apoio do

pavimento e limita o conjunto de trabalhos associados á fase de terraplenagens. A

fundação tem as funções de criar uma superfície regular e desempenada, ter capacidade

de carga a curto e longo prazo e permitir a circulação do equipamento durante a fase de

obra para a construção do pavimento.

O leito do pavimento visa adaptar as características aleatórias e dispersas dos materiais

existentes nas camadas superiores dos aterros, ou dos materiais “in situ” nas escavações,

às características mecânicas, geométricas, hidráulicas e térmicas, consideradas como

hipóteses no projecto da estrutura do pavimento. Por razões construtivas o leito do

pavimento pode ser constituído por uma ou várias camadas, ou ainda resultar, no caso

de escavações, apenas de trabalhos ao nível da plataforma onde assenta o pavimento.

A execução desta camada visa ainda atingir objectivos de curto e longo prazo que se

referem em seguida:

Objectivos a curto prazo

• Nivelar a plataforma de modo a permitir a execução do pavimento.

• Garantir uma capacidade de suporte suficiente, para, independentemente das

condições meteorológicas, permitir uma correcta execução do pavimento,

designadamente no que se refere à compactação e à regularidade das camadas.

• Proteger os solos da plataforma face às intempéries.

• Garantir boas condições de traficabilidade aos veículos de aprovisionamento dos

materiais utilizados na construção da primeira camada do pavimento.


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Objectivos a longo prazo

• Homogeneização e manutenção da capacidade de suporte da fundação,

independentemente das flutuações do estado hídrico dos solos ocorrentes ao

nível da plataforma.

• Protecção térmica no caso de plataformas com solos susceptíveis à acção do

gelo.

• Assegurar a drenagem da água percolando através do pavimento.

Tendo em conta estes objectivos, conclui-se que os materiais a aplicar em leito do

pavimento deverão ter, como principais características, insensibilidade à água, dimensão

máxima dos materiais mais grosseiros controlada, resistência sob a circulação do tráfego

de obra e resistência ao gelo. As camadas de leito do pavimento podem ser realizadas

em solos arenosos seleccionados, seixos, e material granular de granulometria extensa.

Pode-se, ainda, considerar a hipótese de construir camadas de leito do pavimento em

solos tratados, para obter a fundação pretendida.

Os terrenos subjacentes ao pavimento ou existem em escavação (terreno natural) ou em

aterro. Em escavação, a fundação inclui os terrenos encontrados “in situ” que, nalguns

casos, poderão não ter características geotécnicas adequadas e, portanto, necessitarem

de ser substituídos ou tratados. Os terrenos em escavação deverão ser caracterizados até

uma profundidade abaixo da cota da rasante que seja suficiente para conhecer todos os

materiais que irão condicionar o comportamento do pavimento. Em aterro, os terrenos

ou materiais em que irá assentar a camada de leito do pavimento constituem a chamada

parte superior do aterro. Pela posição que estes materiais ocupam no aterro, devem

utilizar-se os de melhor qualidade de entre os disponíveis em obra, de modo a

conseguirem-se as melhores características possíveis para a fundação do pavimento a

um baixo custo. Em qualquer caso, a melhor fundação a adoptar será aquela que garanta

as características de resistência e deformabilidade adequadas às exigências do

pavimento e que corresponda ao menor investimento.


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8 Tratamento de solos

Os principais objectivos do tratamento de solos com ligantes poderão ser agrupados da

seguinte maneira:

• Melhoramento com vista à reutilização em aterros ou no leito do pavimento.

O objectivo da mistura do ligante com o solo é conseguir um melhoramento

imediato das propriedades geotécnicos do solo de modo a este poder ser

compactado ou traficável. Em geral, o estudo é conduzido em laboratório

realizando ensaios de limites de consistência e ensaios Proctor - CBR imediato

(sem sobrecargas e sem embebição) da mistura.

• Estabilização para utilização em camadas de base e sub-base de pavimentos.

O objectivo neste caso é a modificação a médio e longo prazo das características

mecânicas e de sensibilidade à água do solo, com vista ao seu desempenho de

funções como material estrutural. Este é o principal campo de aplicação do solo-

cimento.

No âmbito da construção de infra-estruturas de transportes, os ligantes mais utilizados

no tratamento de solos são a cal e o cimento. É frequente, também, a utilização prévia

da cal no tratamento com cimento. A cal utilizada no tratamento dos solos é do tipo

aérea e pode ser usada na forma de cal viva, hidratada ou leite de cal. De um modo

geral, a cal viva é mais eficiente que a cal hidratada devido à maior percentagem de

óxido de cálcio que contem e à maior densidade.

A adição de cal a um solo fino de plasticidade importante e de componente mineralógica

adequada desencadeia, na presença da água, um conjunto de reacções fisico-químicas

responsáveis pela modificação imediata e a longo prazo das características físicas,

químicas e mecânicas do solo. As principais reacções são a permuta iónica, a floculação, a

cimentação e a carbonatação. A eficácia da utilização da cal depende intrinsecamente do


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grau de desenvolvimento destas reacções que a cal é incapaz de assegurar isoladamente,

sendo por isso imprescindível uma aptidão própria do solo. A permuta iónica de catiões

alcalinos das partículas de argila pelos catiões cálcio da cal e o fenómeno de floculação a

ela associado são as primeiras reacções responsáveis pela acção imediata da cal na

alteração das propriedades do solo (tratamento e melhoria): granulometria (aumento da

fracção arenosa), plasticidade (diminuição do índice de plasticidade e da retracção),

compactação (aumento do teor em água óptimo e diminuição da baridade máxima),

resistência imediata (aumento da capacidade de carga), trabalhabilidade e traficabilidade.

A Figura 13 mostra, como exemplo, o efeito do tratamento com cal na compactação em

laboratório de um solo utilizado no leito do pavimento de uma obra rodoviária na zona de

Lisboa. A compactação foi realizada através do ensaio Proctor modificado, conforme se

apresentará mais adiante.

Figura 13: Influência do tratamento com cal na compactação.

No caso de solos tratados com cal, a cimentação, também designada por reacção

pozolânica, é a principal responsável pelo aumento progressivo de resistência da mistura

compactada (estabilização). A dissolução da sílica e da alumina dos minerais argilosos, em

meio fortemente básico devido à cal, permite a reacção entre estes compostos e os iões

cálcio para dar origem a silicatos e aluminatos de cálcio hidratados. Estas substâncias

possuem características pozolânicas que permitem a cimentação das partículas de argila


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entre si e, consequentemente, originam um endurecimento gradual da mistura ao longo do

tempo, que é o objectivo da estabilização.

Quando se adiciona água ao cimento, os produtos de hidratação são silicatos hidratados

de cálcio, aluminatos hidratados de cálcio e cal hidratada. Os dois primeiros produtos

constituem os principais componentes da cimentação, enquanto que a cal é depositada à

parte como uma fase sólida cristalina.

No caso dos solos granulares, a cimentação é provavelmente muito similar à de um

betão, excepto que a pasta de cimento não preenche completamente os vazios entre as

partículas. Por outras palavras, a cimentação revela-se em forças de adesão ligando os

silicatos e aluminatos de cálcio hidratados com as superfícies das partículas. No caso de

se utilizar o cimento para estabilizar um solo fino (silto-argiloso) a adesão existe

também, mas além disso a fase argilosa contribui igualmente para o processo de

estabilização, através da solução num ambiente de elevado pH e de reacção com a cal

resultante da hidratação do cimento.

Os estudos laboratoriais de formulação de solos tratados com ligantes devem conduzir à

apresentação de diagramas relacionando o teor em ligante em função das propriedades

mais relevantes para o estudo em causa:

• Limite de liquidez, limite de plasticidade e índice de plasticidade em função da

percentagem de ligante.

• Resistência em função da percentagem de ligante e eventualmente do teor em

água de compactação da mistura.

• Deformações volumétricas e perda em peso, nomeadamente no solo estabilizado

com cimento.

Embora seja difícil listar todos os factores que afectam o tratamento de solos com cal e

ou cimento, apresentam-se de seguida os mais relevantes:

• Natureza e tipo de solo.

• Quantidade e tipo de cimento.


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• Teor em água.

• Mistura e compactação.

• Condições de cura e tempo.

• Aditivos químicos.

Do ponto de vista construtivo, os procedimentos a adoptar em obra na construção de

camadas de solos tratados são, em geral, semelhantes aos descritos a propósito da

construção de camadas de aterro ou leito do pavimento, incluindo-se, naturalmente as

fases de espalhamento do ligante, a mistura e homogeneização da mistura e a rega de

cura da camada construída. A mistura do ligante com os solos pode ser realizada em

central ou “in situ” (na obra).

A superfície do solo a estabilizar “in situ” com cal e ou cimento deverá apresentar-se

perfeitamente desempenada, sem defeitos ou irregularidades. Quando em zonas de

escavação, o tratamento se efectuar “in situ” sobre os materiais locais ocorrentes e estes

se apresentarem com elevada compacidade, deve promover-se a sua escarificação antes

do espalhamento do ligante, de modo a facilitar e aumentar o rendimento das

misturadoras. A escarificação será efectuada até à profundidade mínima necessária, de

modo a obter-se uma camada de solo estabilizado com a espessura e a cota da rasante

definidas no projecto. Deve evitar-se que a escarificação ultrapasse a espessura a tratar.

Se for caso disso, promover-se-á a eliminação da fracção grosseira de modo a respeitar

a especificação imposta para Dmáx. Esta operação poderá ser feita manual ou

mecanicamente após remeximento do material, ou por crivagem para o caso dos

materiais provenientes de empréstimo. A escarificação do material pode também ser

recomendada quando houver que promover a humidificação do material para melhor

penetração da água, antes do espalhamento do ligante, ou para fazer subir à superfície os

elementos de maior dimensão para posterior eliminação.

A pulverização do solo será realizada com equipamento do tipo misturadores-

pulverizadores rotativos (“Pulvi-mixers” na terminologia anglo-saxónica), cuja marcha


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deve ser ajustada de forma a reduzir ao mínimo o arraste longitudinal do material. A

regularização final deverá ser feita com motoniveladoras.

A cal e ou cimento deverão, posteriormente, ser distribuídos uniformemente com a

dosagem pré-estabelecida por meios mecânicos, munidos de doseadores volumétricos

controlados pela velocidade de espalhamento, e de dispositivos adequados ao controlo e

à redução da emissão de poeiras. Em zonas de reduzida extensão, não acessíveis ao

equipamento, poderá ser realizada a distribuição manual. Neste caso os sacos de cal e ou

cimento serão colocados sobre o solo a tratar, formando uma quadrícula de lados

aproximadamente iguais, correspondentes à dosificação aprovada; uma vez abertos os

sacos, o seu conteúdo será distribuído rápida e uniformemente por meio de arrastadeiras

manuais ou vassouras rebocadas (Figura 14).

Figura 14: Espalhamento manual da cal.

A mistura da cal e ou cimento com o solo a tratar será realizada após o espalhamento de

modo a obter-se uma mistura homógenea sem formação de grumos de ligante. O

equipamento de mistura deverá realizar o número de passagens suficientes para atingir

este objectivo. A mistura, quando efectuada “in situ”, será realizada por meios

mecânicos e por faixas paralelas, com equipamento do tipo misturador rotativo de eixo

horizontal (Figura 15). Simultaneamente à operação de mistura, realizar-se-á a rega de


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modo a obter-se o teor em água, tendo em atenção eventual evaporação durante a

execução dos trabalhos.

Após conclusão da operação da mistura “in situ” ou do seu espalhamento, quando

produzida em central, a superfície deve ser novamente regularizada antes de se dar

início à compactação. A compactação será sempre efectuada logo após a conclusão da

regularização da superfície com equipamento tradicionalmente utilizado em trabalhos

de terraplenagem. Numa primeira fase deverão utilizar-se cilindros de rasto liso

vibradores e na compactação final deverão ser usados cilindros de pneus.

À superfície da camada deve ser aplicado um tratamento betuminoso de cura. A

superfície deve ser mantida húmida até ao momento da aplicação do tratamento, que

deve ser feito tão cedo quanto possível, logo após a compactação. O tratamento de cura

deve ser mantido e, se necessário, aplicado novamente até à execução da camada

seguinte. A circulação de veículos de obra sobre a camada deverá ser interdita durante

alguns dias após construção ou até a camada atingir a resistência adequada.

Figura 15: Operação de mistura “in situ”.


– Página 40 –

9 Controlo de qualidade

O controlo de qualidade de obras na fase de terraplenagens deve abranger todas as

operações a ela associadas (escavação, aterros e trabalhos complementares). Contudo,

pela sua importância, em seguida dar-se-á maior ênfase ao controlo de compactação. De

facto, o controlo de compactação durante a construção do aterro é essencial para

assegurar que as características admitidas em projecto estão a ser seguidas em obra.

O controlo de compactação é em geral efectuado por comparação dos resultados obtidos

no campo com os determinados em ensaios de referência realizados em laboratório. No

entanto, existem duas metodologias de controlo de compactação:

• Controlo de produto acabado, essencialmente usada no controlo de execução de

aterros em solos, baseada na comparação do valor da massa volúmica seca

obtida no campo com a massa volúmica seca máxima obtida pelo ensaio de

compactação em laboratório.

• Controlo de procedimento, metodologia utilizada no controlo de aterros de

enrocamento ou de misturas de solo-enrocamento, dada a dificuldade de obter

valores de referência em laboratório.

A prática corrente em Portugal tem sido o controlo de produto acabado em obras de

construção de aterros e leito do pavimento pertencentes a infra-estruturas de transportes

em geral (rodoviárias, ferroviárias e aeroportuárias).

A compactação relativa ou grau de compactação (Gc), expresso em percentagem, é

definido pela seguinte expressão:

100max,

"", ×=d

insitudGcρρ


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sendo ρd,”in situ” o valor da massa volúmica seca medido em obra com equipamentos de

ensaio adequados; ρd,max é o valor da massa volúmica seca máxima obtida da curva de

compactação determinada através de ensaio em laboratório.

Os ensaios laboratoriais de compactação de solos são do tipo Proctor. Estes ensaios

consistem em compactar uma amostra de solo num molde normalizado e segundo um

determinado procedimento, determinando-se a massa volúmica seca e o teor em água do

solo compactado. Se este procedimento for repetido para teores em água distintos, pode

traçar-se a curva de compactação (Figura 16).

Massa volúmica seca (g/cm3)

1,30

1,60

1,90

2,20

0 10 20 30

Teor em água (%)

Massa volúmica seca máxima

Teor em água óptimo

Curva de saturação para G (Densidade das partículas) = 2,70

Figura 16: Curva de compactação do ensaio Proctor.

A curva de compactação tem um máximo definido para o teor em água óptimo e a que

corresponde a massa volúmica seca máxima (ρd,max). A compactação depende não só do

teor em água mas também do tipo de solo e da energia e método de compactação. A

compactação em obra deve permitir atingir o grau de compactação estabelecido para o

tipo de material do aterro.

O procedimento do ensaio de compactação tipo Proctor é definido na especificação

LNEC E-197. A compactação em laboratório pode ser realizada simulando duas


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energias de compactação: compactação leve, designada também por Proctor normal;

compactação pesada, chamada de Proctor modificado. Em Portugal, o controlo de

compactação baseia-se essencialmente no Proctor modificado, salvo excepções

definidas nos cadernos de encargos das obras.

Como exemplo de valores da compactação relativa em relação ao Proctor modificado a

exigir em obras rodoviárias, o Quadro 4 apresenta as exigências preconizadas na

especificação LNEC E-242 para camadas de aterro e leito do pavimento, consoante o

tipo de solos classificados segundo a classificação para fins rodoviários (AASHTO).

Quadro 4: Valores da compactação relativa. Compactação relativa (Gc (%))

Aterros Classificação AASHTO h≤ 15 h> 15 m Leito do pavimento

A-1 95 95 100 A-3 100 100 100

A-2-4; A-2-5 95 95 100 A-2-6; A-2-7 90 (estudo prévio) 95

A-4; A-5; A-6; A-7 90 (estudo prévio) 95

Para além da importância da massa volúmica seca no comportamento das camadas de

aterro ou de leito de pavimento, também o teor em água de compactação é um

parâmetro a controlar. Para uma determinada energia de compactação e para um valor

da massa volúmica seca inferior ao valor máximo, existem dois teores em água que

permitem obter esse valor. Contudo, esses dois valores do teor em água, embora com a

mesma massa volúmica seca, não conduzem ao mesmo comportamento mecânico do

aterro.

No caso do teor em água se situar do lado seco, o comportamento do aterro exibirá, em

geral:

• Maior resistência ao corte do solo, que tende a aumentar com a energia de

compactação.

• Variações muito pequenas da pressão intersticial da água nos vazios do solo.

• Aparecimento, eventual, de fissuras na camada de solo.

• Maior risco de expansão do solo com o aumento do teor em água.


– Página 43 –

No caso do teor em água estar do lado húmido, poderá ter-se:

• Menor resistência ao corte do solo, com menor sensibilidade à variação de

energia de compactação.

• Aumento da pressão intersticial da água nos vazios do solo.

• Carácter mais plástico do solo, em termos da sua consistência.

• Menor risco de expansão do solo.

Este comportamento do solo compactado em função do seu estado hídrico exige a

necessidade de se especificar para o controlo de compactação, não só grau de

compactação, mas também o teor em água de compactação pretendido.

A Figura 17 apresenta a variação da resistência CBR do solo compactado, determinada

segundo a especificação LNEC E 198, correspondente a cada uma das curvas de

compactação de laboratório: Proctor normal e Proctor modificado. Esta figura evidencia

que:

• Embora ao teor em água óptimo não corresponda a resistência máxima, é para

este valor que se tem a máxima resistência estável para o solo compactado, pois

constata-se que para este valor a resistência não varia muito com um posterior

aumento do teor em água.

• Um solo compactado no ramo húmido com a energia do Proctor normal pode

exibir maior resistência que se for compactado com a energia do Proctor

modificado.

As diferenças de comportamento mecânico do solo compactado estão associadas aos

diferentes tipos de estruturas dos solos obtidas quando se compacta o solo quer do lado

seco quer do lado húmido da curva de compactação.


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Figura 17: Variação da resistência CBR de solos compactados.

Os factores com maior influência na compactação em obra de um determinado solo são

essencialmente os seguintes:

• Teor em água do solo.

• Número de passagens do cilindro.

• Espessura da camada compactada.

• Características do equipamento de compactação.

Para permitir o melhor aproveitamento do equipamento de compactação disponível em

obra por parte do empreiteiro e a determinação dos valores mais convenientes para o

número de aplicações de carga dos cilindros, teor em água do solo e espessura das

camadas a compactar, aconselha-se a construção de aterros experimentais com os solos

que irão ser utilizados na obra. No caso de enrocamentos, as especificações relativas à

compactação deste tipo de materiais apenas poderão ser definidas com recurso a aterros

experimentais. Nos cadernos de encargos e outras especificações de terraplenagens são

descritos os aspectos principais das metodologias a seguir em cada caso.

Do exposto anteriormente, conclui-se que os parâmetros mais importantes a controlar

em obra são o teor em água e a massa volúmica.


– Página 45 –

As técnicas de ensaio de controlo da compactação mais utilizadas são as seguintes:

• Método da estufa.

• Método do “speedy”.

• Método radioactivo.

O método da estufa é o método padrão realizado em laboratório com amostras de

material colhido em obra. Este ensaio está especificado na norma NP-84. No que se

refere aos outros dois métodos de ensaio, as técnicas de ensaio constam de documentos

publicados pelo LNEC e em normas estrangeiras. O ensaio “speedy” é utilizado em obra

para a determinação rápida do teor em água de pequenas amostras de solos granulares.

Actualmente, os equipamentos mais utilizados são os que se baseiam no princípio de

ensaio do método radioactivo pela sua facilidade e rapidez de determinação dos

parâmetros de controlo. O princípio de medição do teor em água baseia-se na emissão

de neutrões rápidos pela fonte emissora no solo, com determinada energia, que por

colisão com os atómos de hidrogéneo presentes na água do solo se transforma em

neutrões lentos. A Figura 18-b mostra um equipamento em operação com base neste

princípio, no controlo de camada compactada.

(a) Método do balão (b) Método radioactivo

Figura 18 Ensaios para controlo da compactação.


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Na determinação da massa volúmica seca, os principais métodos de ensaio são os

seguintes:

• Método da garrafa de areia.

• Método do balão.

• Macro-ensaio.

• Método radioactivo.

O método da garrafa de areia e o método do balão (Figura 18-a) permitem determinar o

volume de cavidades abertas na camada de material a ser controlada. A técnica de

ensaio de determinação da massa volúmica seca “in situ” pelo método da garrafa de

areia está descrita na especificação LNEC E-204. O macro-ensaio, conforme já referido

anteriormente, é realizado em camadas de materiais de grandes dimensões, como os

materiais de enrocamento e as misturas de solo-enrocamento. O ensaio consiste na

abertura de um poço de geometria semi-esférica, com volume e diâmetro compatíveis

com a representatividade do local de ensaio em relação à dimensão das partículas dos

materiais. A massa do material retirado do poço é determinada através da colocação do

material num camião para ser pesado em báscula. O volume da cavidade é determinado

através da medição do volume de água debitado para encher o poço, revestido

totalmente com membrana adequada.

Também o método radioactivo é o mais utilizado actualmente na medição da massa

volúmica de camadas de aterro e de leito de pavimento. O procedimento de medição

para este caso baseia-se na emissão de raios gama pela fonte emissora, com uma

determinada energia, contabilizando-se o número daqueles que conseguem chegar ao

receptor sem praticamente perda de energia. No ensaio da Figura 18-b está a ser medida

a massa volúmica húmida em simultâneo com o teor em água. Desta forma, é possível

conhecer facilmente a massa volúmica seca e calcular o grau de compactação do local

de ensaio. Na medição da massa volúmica seca, o ensaio pode ser realizado a várias

profundidades controladas por meio da haste da fonte emissora.


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Bibliografia

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Provisória do LNEC).

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Construção e Manutenção de Infra-estruturas de ... · técnicas de desmonte e das condições...

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