Máquinas no aterro

De nada vale um bom projeto de aterro de barragem sem que haja a sua correta execução. Dados de pesquisas realizadas nos EUA pelo Massachucets Institute of Technology (MIT), localizado em Boston, apontam que grande parte dos acidentes que causam ruptura de barramentos deve-se principalmente a falhas durante o processo construtivo do aterro. Se considerarmos que grande parte do corpo de uma barragem de terra é composta por solos extraídos de jazidas e posteriormente compactado, então podemos concluir que a correta operação de compactação é de extrema importância na garantia de estabilidade do maciço.

Execução do aterro

A execução de um aterro de barragem compreende diversas atividades que vão desde a escolha da jazida para obtenção de material competente até a operação de compactação do aterro propriamente dita. Em resumo, as operações básicas para a construção do maciço de terra de um barramento são as seguintes: movimentação de terra; correção da umidade do solo a ser compactado; homogeneização e compactação.

Movimentação de terra

A movimentação de terra deve ser encarada como uma importante etapa do processo construtivo de um aterro de barragem. Esta etapa compreende as operações de escavação e transporte do material competente, desde a jazida de empréstimo até o canteiro de obras.

A operação de escavação é comumente executada por meio de pás-carregadeiras, scrapers etc. As pás-carregadeiras são os equipamentos mais comuns e, em jazidas compostas por materiais diferentes, estes equipamentos promovem uma mistura dos solos e homogeneização de sua umidade. Os scrapers são equipamentos que possuem a possibilidade de utilização nas fases de escavação, transporte e espalhamento durante a execução de uma barragem. Estes podem ser do tipo lento, quando puxados por tratores de esteiras, ou do tipo rápido, quando puxados por cavalos de pneus. Possuem também como vantagem o fato de praticamente não requererem a operação de espalhamento, pois lançam o material em camadas, quase que prontas para a compactação.

O transporte do material competente desde a jazida até o canteiro de obras pode representar uma etapa bastante cara do processo de execução do aterro de uma barragem, sendo desaconselhável a escolha de áreas de empréstimo com distâncias superiores a 2km do local de implantação do maciço.

Para o dimensionamento do número de viagens necessárias ao abastecimento da compactação, deve-se levar em consideração o fenômeno do empolamento que ocorre no solo quando este é extraído do local de empréstimo. Esse fenômeno corresponde ao aumento do volume de solo devido ao desconfinamento deste, gerado pela escavação.

Os equipamentos de transporte devem possuir características que tornem fáceis e rápidas as operações de carregamento e descarregamento. Os equipamentos mais utilizados para esta operação são os seguintes: caminhões basculantes, vagões, scrapers e correias.

Dentre os equipamentos citados, para o caso de barragens de terra rurais, com certeza os caminhões basculantes são os mais comumente utilizados. Existem diversos tipos e tamanhos de caminhões que podem possuir diversos valores de cubagem de caçamba. A correta escolha do tipo a ser utilizado dependerá do volume de aterro e das dimensões da obra a ser executada, da distância de transporte e das rampas a serem vencidas.

De uma maneira geral, para a escavação e o transporte de terra a distâncias inferiores a 100 m, o equipamento a ser utilizado pode ser o trator de esteiras (dozer). Para distâncias de 100 a 1000m, os serviços de transporte podem ser realizados por scrapers. Para longas distâncias, o serviço de transporte deverá ser realizado por meio de caminhões basculantes.

Os rendimentos das máquinas utilizadas durante a operação de movimentação de terra são verificados em função do volume (m3) de solo escavado e transportado. Estas verificações são variáveis em função do tipo de solo (resistência à escavação e ao empolamento), distância de transporte, condições mecânicas do equipamento, habilidade do operador e condições climáticas. Na tabela 1 são apresentados os rendimentos médios de algumas máquinas. (Veja no final do texto como visualizar este artigo, com fotos e tabelas, em PDF).

Correção da umidade

A correção da umidade do material que será utilizado na compactação deve ser executada antes de sua compactação e no local da área de empréstimo, deixando para o canteiro de obras somente os ajustes finais. Para compensar a perda de umidade que certamente ocorrerá durante as fases de escavação e espalhamento, o material a ser lançado deve estar 1% a 1,5% mais úmido do que o desejado.

Em casos em que a umidade desejada para a compactação do solo de empréstimo for muito discrepante da umidade natural, deve-se recorrer a processos de irrigação, que podem ser por meio de caminhões pipa, para o incremento de umidade, e areação do solo, quando for o caso de reduzir a umidade. O importante é executar a correção de umidade antes da compactação do material.

Homogeneização

Esta operação é realizada no material lançado no aterro, antes de sua compactação. A homogeneização do solo tem por finalidade garantir uma correta mistura do material lançado e torna-se particularmente importante quando está se corrigindo a umidade do solo, através do acréscimo de água com caminhões pipa. Este processo garante maior eficiência da compactação, protegendo o aterro de fenômenos indesejáveis, como deformações excessivas, erosão interna etc.

Esta operação é executada por meio do arraste de uma grade de discos por um trator de pneus, que geralmente permanece em um regime de trabalho constante na medida em que são acrescidas novas camadas. Este equipamento também garante por meio da escarificação a correta liga entre uma camada recentemente compactada e a camada subjacente, compactada anteriormente.

Compactação

A compactação pode ser caracterizada como a redução da porosidade de um solo por meio da aplicação mecânica de uma carga. Dessa maneira, para uma boa execução da compactação de um aterro deve-se ter em mente os equipamentos a serem utilizados, devendo-se descartar totalmente a utilização de equipamentos como tratores de esteiras, tratores de pneus e caminhões como equipamentos de compactação para solos de matriz argilosa. Isto deve-se ao fato destes equipamentos possibilitarem uma baixa eficiência de compactação, o que certamente acarretará em sérios prejuízos na estabilidade do maciço e no aumento da susceptibilidade ao fluxo pelo aterro, podendo em muitos casos resultar em sua ruptura. Deve-se também evitar a compactação de “impurezas” junto com o solo, como matéria orgânica, entulho etc.

A espessura de material lançado para compactação e o número de passadas do compactador devem ser definidas de maneira a se atingir a umidade ótima e grau de compactação do aterro, conforme definido pelo engenheiro responsável. Os materiais de granulometria fina, como as argilas e alguns solos residuais com porcentagem de finos acima de 50%, são compactados por rolos pé de carneiro ou rolos pneumáticos. Já os solos de granulometria mais grosseira, como as areias ou os solos residuais com porcentagem de areia superior a 50%, são compactados por meio de rolos vibratórios, ou estes podem ser substituídos por tratores D8 ou D9 em marcha rápida. Atualmente existe um grande número de compactadores para cada tipo de solo relacionado anteriormente, que podem ser auto-propelidos ou puxados por diferentes equipamentos.

Rolos pé de carneiro

Os rolos pé de carneiro são caracterizados por serem rolos metálicos que podem ser arrastados ou não, e que possuem patas com formatos arredondados na extremidade. Os tambores do rolo não devem possuir menos que 1,5 m de diâmetro e comprimento entre 1,2 e 1,8 m, e espaçados de 0,3 a 0,45 m de dois tambores adjacentes. Cada tambor deve ser independente para girar em torno de um eixo paralelo à trajetória do equipamento. O número de patas deve ser tal que haja uma pata a cada 650 cm2. O peso do rolo quando totalmente carregado com areia e água não deverá ser inferior a 6 ton por metro de tambor, sendo que estes devem estar providos de limpadores para evitar que o solo fique aderido às patas. A camada de solo lançada a ser compactada deve variar de 15 a 30 cm de espessura, sendo que para uma velocidade de 4km/h deve ser especificado um número de 8 a 10 passadas.

Os rolos pé de carneiro em comparação com os pneumáticos possuem a vantagem de serem muito mais eficientes na quebra de fragmentos de rocha mole presentes nas camadas de solo lançadas, principalmente para o caso de solos residuais. Outra grande virtude consiste na fusão sucessiva das camadas de solo compactado devido ao fato de o rolo pé de carneiro compactar a camada de solo de baixo para cima, ou seja, enquanto a parte inferior da camada lançada está compacta, a superior está relativamente solta. Dessa maneira, ao lançar-se uma nova camada sobrejacente, a compactação das patas promove uma fusão entre as camadas sucessivas. Assim, o aterro torna-se mais homogêneo.

Rolos pneumáticos

Os rolos pneumáticos podem ser caracterizados pelo tamanho dos seus pneus. Os dotados de pneus grandes são utilizados para a compactação de siltes arenosos e argilas arenosas, a espessura da camada de solo lançado irá variar entre 0,3 e 0,6 m. Os munidos de pneus pequenos são utilizados para camadas de espessura variando entre 0,10 e 0,20 m.

Estes equipamentos são munidos com 4 rodas pneumáticas dispostas lado a lado, sendo que os pneus possuem a capacidade de operação com pressão variando entre 80 e 100 libras/pol2. De acordo com GAIOTO (2000), o rolo pneumático aplica a força na superfície da camada, e a compactação é obtida por meio da repetição da pressão com as sucessivas passadas. A tabela 2 apresenta a variação dos valores de umidade ótima e da densidade de campo obtida com um rolo pneumático de 50 ton compactando um terreno de argila siltosa.

Uma grande vantagem dos rolos pneumáticos é o fato de poderem compactar a maioria dos materiais de aterro com baixo custo e em menor tempo que os rolos pé de carneiro. Em alguns solos granulares, as patas do rolo pé de carneiro desgastam com mais facilidade, requerendo dessa maneira uma maior manutenção. Para estes tipos de solos, os rolos pneumáticos demoram mais para serem danificados por ação abrasiva, aumentando, assim, sua autonomia.

João Alexandre Paschoalin Filho,
Uninove
David de Carvalho,
Unicamp

* Este artigo foi publicado na edição número 23 da revista Cultivar Máquinas, de agosto/setembro de 2003.

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