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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
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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.
Construção e Manutenção de Infra-estruturas de Transportes – Módulo A: Terraplenagens
– 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
Construção e Manutenção de Infra-estruturas de Transportes – Módulo A: Terraplenagens
– 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.
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• 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.
Construção e Manutenção de Infra-estruturas de Transportes – Módulo A: Terraplenagens
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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.
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• 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.
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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.
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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
Construção e Manutenção de Infra-estruturas de Transportes – Módulo A: Terraplenagens
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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.
Construção e Manutenção de Infra-estruturas de Transportes – Módulo A: Terraplenagens
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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”.
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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.
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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.
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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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Technique. Fascicule II: Annexes techniques.
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