Compactação Dinâmica Rápida (CDR) ou Compactação Dinâmica Intensa (CDI)

 

 

Lexicon

 

Português = Compactação Dinâmica Rápida (CDR) ou Compactação Dinâmica Intensa (CDI)

Inglês = Rapid Impact Compaction (RIC)

Espanhol = Compactación por Impactos Rápidos (CIR)

 

Resumo

 

A Compactação Dinâmica Rápida (CDR) ou Compactação Dinâmica Intensa (CDI) representa uma das técnicas mais eficientes de compactação do solo do ponto de vista técnico-econômico pois realiza a compactação de alta frequência, controlada por energia, que permite a densificação das camadas de terreno da superfície com impacto mínimo no ambiente.

 

O dispositivo foi desenvolvido no início dos anos 90 pela empresa britânica BSP International Foundation Ltd em associação com o exército britânico para a reparação rápida de danos causados por explosões de bombas nas pistas de aeroportos militares.

 

O método consiste em compactar o solo usando um grande martelo hidráulico de alta frequência montado em uma escavadeira. A energia é transmitida de forma eficiente e segura através do capacete que está sempre em contato direto com o solo. É tradicionalmente utilizada para o tratamento de areias, cascalho, certos sedimentos, materiais argilo-arenosos heterogéneos e aterros urbanos, industriais ou de minérios.

 

A energia transmitida ao solo é regulada pelo peso do martelo, o número de impactos e o número de passadas, que podem gerar uma energia de compactação entre 80 a 144 kN/m. Os rendimentos de execução situam-se entre 500 a 800 m2/dia.

 

A faixa de compactação usando esta técnica pode ser entre 7 a 9m de profundidade em solos predominantemente arenosos com menos de 15% de finos, enquanto que em solos coesivos a faixa de profundidade de compactação é geralmente entre 2 a 4m. A profundidade de compactação depende do tipo de solos, nível de saturação na água e o tempo entre as passadas em pontos próximos. Em solos coesivos, é necessária a adição de gravilha para a melhoria do tratamento.

 

A superfície da malha, as sequências das passagens e o espaçamento devem ser determinados previamente no início dos trabalhos, já que dependem do tipo de terreno, da profundidade do material a compactar e da situação do nível freático.

 

Martelos hidráulicos de 5 e 8 toneladas para Compactação Dinâmica Rápida

Peso do martelo = 5 a 16t

Golpes por minuto = 40 a 60 golpes

Energia de compactação = 80 a 144 kN/m

Produtividade diária = 500 a 800m2/dia (Há relatos de chegar a 2.500m/turno/máquina)

Profundidade de tratamento = 2,5 a 9m (dependendo do solo, peso do martelo, saturação de água e tempo entre as sequências de passadas)

Diâmetro do capacete de impacto = 0,8 a 2,0m (geralmente), podendo ser maior

Energia por golpe = 60 a 192 kNm.

Energia por minuto = 2,4 a 11,5 MNm/min.

Fases de execução = em média até 4 fases

Batidas em cada ponto = De 10 a 40 batidas/ponto (geralmente)

Critérios de parada = 5mm de profundidade de penetração por batida ou 80cm de penetração total no solo máxima ou 99 batidas no mesmo ponto de compactação

Verificação = SPT, ensaio de cone eléctrico e/ou e ensaio dinâmico de cone (1 a cada 400m2).

 

Procedimento

 

O processo consiste em compactar o solo com um martelo de 5 a 16 toneladas. O sistema fornece energia através da queda do peso de uma altura relativamente baixa, aproximadamente 1,20m, mas com uma alta frequência de 40 a 60 golpes por minuto, permitindo o desenvolvimento de uma energia de compactação entre 60 a 192 kNm, que transmite uma energia máxima por minuto que varia entre 2,4 a 11,5 MNm/min. Esta alta frequência garante a transmissão ao solo de uma elevada percentagem de energia e, ao mesmo tempo, um elevado grau de homogeneização do solo tratado.

 

A ação é realizada em várias fases ou passes de golpes, cujo número de impactos é previamente definido no projeto e fixado durante a execução da primeira fase de compactação e/ou campo de teste antes da execução dos trabalhos.

 

Deve-se ressaltar que na primeira fase o tratamento é realizado nos vértices da malha, e durante esta fase é aplicada a maior energia. As fases seguintes, com menor energia de impacto, são realizadas nos mesmos pontos da fase anterior se o terreno estiver solto e muito espesso, sendo necessária uma profundidade de tratamento significativa.

 

Procedimento.jpg

O processo repete-se até se obter a compactação exigida, que é verificada quer pela medição da profundidade alcançada ou por ensaios de controlo in situ das características especificadas no projeto. A energia é transferida para os solos granulares soltos subjacentes e reorganiza as partículas numa formação mais densa.

 

A RIC é geralmente eficaz até a profundidades de cerca de 4 a 5 m, embora, em determinadas condições, se tenha observado o efeito da densificação até a profundidades entre 7 a 9m, dependendo das dimensões da máquina utilizada, do tipo de solo e do seu teor de água.

 

A ferramenta atinge o solo a uma velocidade de 40 a 60 batimentos por minuto e liberta uma energia unitária por impacto de 6 a 18 toneladas/metro. Dependendo das especificações a serem obtidas, são realizadas até 4 fases sucessivas de compactação e, em geral, são necessários entre 10 a 40 batidas em cada ponto de impacto. Estudos sugerem que depois de cerca de 70 golpes o solo atingiu a compactação máxima. Isto pode ser explicado assumindo que ao nível do solo compactado foi criado um cone cuja inércia é igual à da energia de impacto.

 

O pé descansa o tempo todo no chão durante a operação, o que não causa risco de ocorrência de detritos voadores no local (como ocorre na vibrocompactação, por exemplo), bem como uma energia aplicada mais eficientemente durante a compactação. O diâmetro do pé de impacto geralmente varia de 1,0 a 2,0 m, mas podem ser encontrados diâmetros ainda maiores.

 

A compactação de impacto rápido tende a aumentar a eficiência da densificação para níveis de vibração mais fracos, permitindo o trabalho em terrenos adjacentes a locais de construção sensíveis. O nível de vibração varia de acordo com o tipo de solo e tende a aumentar com o nível de densificação.

 

Os limiares de velocidade para obras sensíveis (12 a 15 mm/s) permitem, em geral, definir distâncias de segurança em relação a estas obras de cerca de 8 a 10 m. No caso de trabalhos normais, esta distância de segurança pode ser facilmente entre 5 e 6 metros. A estas distâncias, o nível de ruído é inferior a 90 decibéis.

 

O lençol freático deve estar pelo menos 3 pés (1 m) abaixo do nível do solo. Em locais onde este requisito não é satisfeito, uma bomba de drenagem pode ser usada para baixar o lençol freático e prosseguir com a compactação.

 

A especificação do Institution of Civil Engineers (ICE) para tratamento de solo estipula que o material importado para compor o nível do solo até a superfície de trabalho ou para preencher as depressões formadas pela compactação não deve ser maior que 8 in (200 mm) de diâmetro e não deve conter mais de 10% passando pela peneira BS 75 μm (USA Standard No. 200).

 

O RIC pode frequentemente ser executado a uma distância de cerca de 5 m de estruturas adjacentes, sem vibrações provenientes de trabalhos de compactação que provoquem danos estruturais.

 

Controle e Garantia da Qualidade

 

Durante o processo é monitorado o número total de golpes, profundidade de penetração por batida e a profundidade total de aprofundamento no ponto. Os critérios de parada são determinados com base no ensaio inicial de compactação. Nos EUA os critérios de parada mais utilizados são:

 

  • Profundidade mínima de penetração por batida, geralmente de 5mm;
  • Profundidade de penetração máxima, geralmente de 0,8m, ou;
  • O total máximo de 99 batidas aplicadas no mesmo ponto de compactação;

 

Se o critério de penetração por batida for cumprido primeiro, a máquina é deslocada para o ponto seguinte. Se o critério da penetração total ou o critério do número total de golpes forem alcançados em primeiro lugar, o ponto de impacto é preenchido com um enchimento granular (menos de 15% de finos) e o processo de compactação é repetido em uma segunda passagem. Se até a terceira passada não for atingida a profundidade mínima de penetração por batida, é necessário buscar outras melhorias adicionais.

 

Tipos de Solo

 

Tipicamente, o método RIC é usado para o tratamento de preenchimentos granulares para melhorar as suas propriedades geotécnicas (rigidez e capacidade de carga) e reduzir o assentamento. Algumas regras básicas para a melhoria do solo são as seguintes (Cowell 2008):

 

Ground Improvement.png

O RIC também tem sido utilizado em solos colapsíveis, preenchimento de cinzas, preenchimento de resíduos e resíduos de construção. É eficaz em solos arenosos e pedregosos naturais. A técnica geralmente não é eficaz em solos saturados de baixa permeabilidade, camadas com maior teor de finos ou solos naturais de argila e silte. O RIC permite a identificação de zonas fracas ou "suspeitas" onde existe o preenchimento de detritos duros onde é possível identificar áreas suspeitas que precisam de mais tratamento (mais tampos e/ou escavações localizadas seguidas pelo RIC).

 

Projeto

 

Os primeiros golpes no tratamento RIC criam um tampão denso de solo instantaneamente sob o pé de impacto. Uma deformação plástica ocorre e a energia aplicada será absorvida no solo. Conforme o solo é densificado, ele se tornará mais elástico quando as propriedades do solo mudarem.

 

A elasticidade que ocorre permite que a energia aplicada se propague a profundidades ainda maiores. Isso torna o tratamento RIC conhecido como um processo "top-down". Durante o processamento posterior, os golpes forçam esse plugue a descer sucessivamente mais fundo, o que também compacta o solo em camadas mais profundas. Desta forma, o processo continua enquanto uma pequena penetração do pé de impacto puder ser alcançada com um aumento de golpes. O efeito da compactação ocorrerá em grande parte verticalmente abaixo do ponto de compactação.

 

Portanto, o tratamento deve ser realizado dentro de um padrão de grade quadrada ou triangular com uma distância central aceitável, ou em uma ordem de um padrão de arco com o equipamento RIC como o centro de rotação. Porque se deve assegurar que um tratamento eficaz e homogéneo seja realizado, os passes secundários são ligeiramente deslocados em relação aos passes primários para que estejam posicionados entre eles. Observe nas figuras abaixo os diferentes padrões da grelha.

 

Padrao Quadrado.png
Padrao Triangular.png
Padrao de Arco.png
Exemplo Projeto RIC.png

Usos frequentes

 

  • Consolidação superficial: tratamento final das camadas superficiais após o tratamento por Compactação Dinâmica ou Vibrocompactação em profundidade,
  • Apoio de fundações: aumento da capacidade portante da camada de apoio e redução dos assentos, solução alternativa aos poços de concreto espesso,
  • Apoio da mesa de pavimentação: aumento da rigidez do solo e homogeneização das condições de capacidade de suporte do solo,
  • Tratamento antiliquefação: aumento do módulo de corte "dinâmico" do solo (na faixa de distorções fracas) que leva a um aumento da classe sísmica do solo,
  • Estabilização de aterros: redução do volume de aterros e melhoria das características mecânicas dos resíduos depositados.
  • Acelerar a execução dos geodrenos.
  • "Energização" das colunas de pedra: No Reino Unido, a técnica RIC está sendo considerada para melhorar a rigidez do solo, especialmente abaixo de áreas de lajes de pavimento de suporte rasteiro de alta especificação, onde, por exemplo, já foram instalados colunas de pedra. Este método foi descrito vagamente como "energização" dos pilares de pedra, melhorando ainda mais a rigidez competente.
  • Em aterros sanitários: para melhorar o espaço de aterro em áreas mais antigas e para melhorar a integridade dos sistemas de cobertura final.
  • Compactação de solos granulares soltos para melhorar a capacidade de carga e reduzir o assentamento;
  • Mitigação do potencial de liquefação do solo;
  • Densificação dos aterros a granel (ou seja, elevações de aproximadamente 20 pés (6 m);
  • Eliminar a necessidade de pequenos túneis e tornar possível a utilização de equipamentos de compactação em escavações confinadas;
  • Compactação de enchimentos de ante-praia, onde o material granular tem sido colocado acima e abaixo do nível do lençol freático;
  • Compactação de fundações abaixo das bases e paredes de sustentação;
  • Densificação dos aterros de pontes e sub-bases de rodovias;
  • Escavações de aterro em locais de remediação, particularmente onde as escavações estendem-se abaixo do lençol freático e a drenagem das águas subterrâneas não é desejável devido aos requisitos do tratamento pré-disposto;
  • Compactação de solos granulares nativos soltos para limitar o potencial de liquefação durante eventos sísmicos;
  • Utilização em associação com tecnologias de compactação profunda como a vibroflutuação ou colunas de pedra para cumprir os requisitos de compactação na parte superior de 7 a 16 pés (2 a 5 m);
  • Utilização em associação com a compactação dinâmica convencional para melhorar a compactação conseguida na zona superior;
  • Em conjunto com drenos para acelerar o carregamento de sobretensão das colunas de pedra para cumprir os requisitos de compactação na parte superior de 7 a 16 pés (2 a 5 m);
  • Utilização em associação com a compactação dinâmica convencional, por exemplo, para melhorar a compactação conseguida na parte superior;
  • Em conjunto com drenos de pavio para acelerar o carregamento de sobretensão de materiais;
  • Pode ser usado para reduzir o potencial de colapso em solos Loess e outros solos colapsíveis.

 

Vantagens

 

  • Os solos e cargas granulares tratados aumentam a densidade, o ângulo de atrito e a rigidez.
  • Tratamento de baixo custo para solos até 9m de profundidade
  • Permite o uso de fundações rasas em vez de soluções de fundações mais caras
  • Risco reduzido ao apoiar o pé do martelo diretamente no solo
  • Transmissão eficiente de energia por contato contínuo da placa e do piso durante os impactos
  • Facilidade de execução pois pode ser feita em áreas confinadas ou espaço reduzido
  • Em até 4h o equipamento está montado e pronto para iniciar o serviço
  • O tratamento pode ser realizado na proximidade de estruturas e serviços existentes vulneráveis a vibrações.
  • Geralmente não há perigo de projeção de detritos pois o capacete está sempre em contato com o solo.

 

Histórico de Interações Tecnológicas

 

  • Geopier + RIC
  • Vibrocompactação + RIC
  • Colunas de Pedra + RIC
  • Compactação Dinâmica + RIC
  • Compactação Dinâmica + Vibrocompactação + RIC
  • Geodreno + RIC

 

Mapa de Análise Espacial

 

A Figura abaixo interpreta e identifica as principais características dos mapas de análise espacial. O tampão de solo fica imediatamente abaixo do ponto de impacto. A região compreende o material compactado a mais de 100% de densidade relativa. Aproximadamente, a ficha estende-se lateralmente 0,75 m (2,5 pés) e verticalmente para baixo 1,2 m (3,9 m). A região muito densa do solo irradia para fora do plugue do solo. Aproximadamente, a região estende-se lateralmente e verticalmente para baixo 0,2 m (0,7 pés). A região de solo denso começa tangente ao topo da região e estende-se para baixo e lateralmente num ângulo de aproximadamente 45° com o plano horizontal. A região do solo solta encontra-se na superfície do solo. A região estende-se lateralmente aproximadamente 2,3 m (7,5 ft) do ponto de impacto e aproximadamente 0,3 m (1,0 pés) da superfície do solo. A região de solo inalterado engloba o solo que não foi afetado pela compactação.

 

Mapa de Analise Espacial.png