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12 de maio de 2016
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Compactação

Tecnologias de alta energia

Novos conceitos, recursos e equipamentos fazem da compactação uma operação mais precisa, produtiva e confiável, levando a construção de estradas a um novo patamar
Por Marcelo Januário (Editor)

Com a evolução da tecnologia, a compactação vem se atualizando em ritmo acelerado, tornando rapidamente obsoletas algumas práticas “instintivas” utilizadas por décadas no setor de construção rodoviária. Com isso, o conhecimento destas novas ferramentas e conceitos tornou-se um passo vital para acelerar o necessário avanço de nosso modal viário, superando a defasagem que ainda resiste em máquinas e mesmo normatizações ultrapassadas. “As novas tecnologias permitem aumentar a capacidade de cargas, assim como a estabilidade, elasticidade, resistência à deformação e homogeneidade, eliminando água e porosidade e reduzindo a permeabilidade das vias”, pontua Marcelo Ritter, coordenador de vendas e marketing da Ammann do Brasil. “Assim, é possível manter a qualidade do projeto quanto à densidade e às características físico-mecânicas do solo.”

A classificação dos solos, por sinal, é feita a partir de suas propriedades físicas, composição e história geológica, definindo-se o tamanho da partícula (rocha, pedra, cascalho, areia, silte etc.) via teste da peneira. Como se sabe, o equipamento precisa vencer as forças resistentes de fricção (atrito entre as partículas), a coesão aparente (presença de fluído viscoso no solo, que “cola” as partículas) ou a coesão propriamente dita (propriedade físico-química do material que “liga” o material). “É preciso vencer essas forças com uma escolha acertada da máquina, pois dependendo do tamanho da partícula há uma força característica”, explica Carlos Eduardo dos Santos, gerente de produto da Atlas Copco. “Partículas menores, como argila e silte, requerem maior impacto localizado, enquanto as maiores, como pedra, exigem mais fricção, para diminuir o atrito.”

Nesta evolução, alguns conceitos estão à frente. Na compactação de solos, por exemplo, uma das tendências atuais é o uso de rolos de maior porte, acima de 12 t, de modo a superar os obstáculos encontrados em solo argiloso, que começa bem no topo da camada, mas fica mais débil na base, devido à dificuldade para passar a energia. Por este motivo, a indústria produz diferentes soluções indicadas para a operação.

CONCEITOS

Seja qual for a solução utilizada, dois dos fatores decisivos no procedimento são a frequência (repetição do golpe), que influencia a força centrifuga, e a amplitude (altura do golpe), que quanto mais alta for, maior efeito pro


Com a evolução da tecnologia, a compactação vem se atualizando em ritmo acelerado, tornando rapidamente obsoletas algumas práticas “instintivas” utilizadas por décadas no setor de construção rodoviária. Com isso, o conhecimento destas novas ferramentas e conceitos tornou-se um passo vital para acelerar o necessário avanço de nosso modal viário, superando a defasagem que ainda resiste em máquinas e mesmo normatizações ultrapassadas. “As novas tecnologias permitem aumentar a capacidade de cargas, assim como a estabilidade, elasticidade, resistência à deformação e homogeneidade, eliminando água e porosidade e reduzindo a permeabilidade das vias”, pontua Marcelo Ritter, coordenador de vendas e marketing da Ammann do Brasil. “Assim, é possível manter a qualidade do projeto quanto à densidade e às características físico-mecânicas do solo.”

A classificação dos solos, por sinal, é feita a partir de suas propriedades físicas, composição e história geológica, definindo-se o tamanho da partícula (rocha, pedra, cascalho, areia, silte etc.) via teste da peneira. Como se sabe, o equipamento precisa vencer as forças resistentes de fricção (atrito entre as partículas), a coesão aparente (presença de fluído viscoso no solo, que “cola” as partículas) ou a coesão propriamente dita (propriedade físico-química do material que “liga” o material). “É preciso vencer essas forças com uma escolha acertada da máquina, pois dependendo do tamanho da partícula há uma força característica”, explica Carlos Eduardo dos Santos, gerente de produto da Atlas Copco. “Partículas menores, como argila e silte, requerem maior impacto localizado, enquanto as maiores, como pedra, exigem mais fricção, para diminuir o atrito.”

Nesta evolução, alguns conceitos estão à frente. Na compactação de solos, por exemplo, uma das tendências atuais é o uso de rolos de maior porte, acima de 12 t, de modo a superar os obstáculos encontrados em solo argiloso, que começa bem no topo da camada, mas fica mais débil na base, devido à dificuldade para passar a energia. Por este motivo, a indústria produz diferentes soluções indicadas para a operação.

CONCEITOS

Seja qual for a solução utilizada, dois dos fatores decisivos no procedimento são a frequência (repetição do golpe), que influencia a força centrifuga, e a amplitude (altura do golpe), que quanto mais alta for, maior efeito provoca na profundidade e até mesmo no entorno, afetando a estrutura em áreas urbanas, por exemplo. Logo, quanto maior for a amplitude, maior será o efeito, sendo possível compactar camadas mais espessas. Porém, algumas práticas equivocadas resultam no resultado contrário ao esperado. “A forma da amplitude leva em consideração apenas a massa excêntrica, a massa do equipamento e a distância excêntrica – assim, não adianta aumentar a vazão da bomba, pois só subirá a frequência e a força centrífuga”, diz Santos, da Atlas Copco. “E isso não é bom, pois a máquina foi projetada para uma força centrífuga ideal.”

Por outro lado, quando se sobe a frequência, melhora-se a compactação, mas há um ponto em que se chega à “frequência ideal” para o tipo de solo (de 33 a 35 Hz, por exemplo). “Acima disso, apenas gasta energia, diminui a vida útil dos elementos e danifica o equipamento”, pontua o especialista. “E não vai ganhar em produção.”

Do mesmo modo, a aplicação da chamada “casquinha” (kit-pata acoplada que transforma o rolo liso em pata de carneiro) também pode diminuir a produção de 15 a 20%, dependendo do tipo de solo. “Isso só compensa com alto volume de solo granular e pequeno volume de coesivo, de modo que a perda de produção não faz tanta falta”, complementa Santos.

Segundo os especialistas, a atenção aos detalhes define a produtividade dos equipamentos, que é medida em m3/h. Nesse sentido, as variáveis que devem ser analisadas incluem tipo do solo, espessura de camada, grau de compactação, comprimento do trecho, largura do rolo, tempo de execução (velocidade) e número de passadas. Ou seja, a produção do rolo não é algo fixo, mas depende do tipo de material e da espessura da camada, do grau de compactação etc. “Tudo influencia na produtividade”, crava o especialista da Atlas Copco. “O efeito de compactação do rolo está sujeito ao peso do modo dianteiro, da força centrífuga, da geometria das patas, da frequência e amplitude... Ou seja, deve haver combinação, é algo empírico, não tem fórmula pronta.”

SOLUÇÕES

Tais conceitos são aplicados em um amplo portfólio de máquinas, tanto para solos como para asfalto. Isso inclui rolos de carga estática linear e vibratórios, em variações com pneus, chapa, mistos (chapa e pneus) ou com “pata de carneiro”. O pneumático leva em consideração a pressão de contato, exigindo assim o controle da área de pressão dos pneus, de intermediária para alta, normalmente entre 5 e 6 bar: quanto mais pressão, maior o efeito de compactação. Desse modo, a largura de rodagem é o diferencial na produtividade das máquinas. “Há uma sobreposição de 5 cm entre os eixos traseiros e dianteiros para não deixar vãos livres entre os pneus. E sua função é fechar os poros superficiais da camada”, diz Juliano Gewehr, especialista de produto da Ciber. “Por isso, não podem ser aplicados em misturas asfálticas com granulometria descontínua como o SMA (Stone Matrix Asphalt), por exemplo.”

Utilizado em todo o mundo com quase todos os tipos de mistura, o compactador vibratório permite o movimento de forças dinâmicas de impacto mais profundo graças a um elemento presente dentro do cilindro, que gira em alta velocidade e gera vibrações, alterando automaticamente os sistemas responsáveis pelo movimento oscilatório do tambor. Chamado de eixo excêntrico, este elemento está presente nos modelos lisos (tandem) – para diminuir o atrito em solos granulares – e também com pata – para concentrar a força em solos coesivos. “O sistema convencional excêntrico circular é montado no eixo principal da máquina, com dois contrapesos”, detalha Rodrigo Pereira, gerente de negócios e produto da Bomag Marini. “Para obter alta amplitude e baixa frequência, o eixo central gira no sentido anti-horário e vice-versa.”

Em uma compactação mais superficial, isso também impede a sobrecompactação, o afrouxamento do material e o excesso de vibrações. “Os excêntricos giram em um único sentido, com maior força na carga vertical, alterando o posicionamento e trabalhando as forças”, completa Pereira, da Bomag.

Uma terceira solução são os rolos combinados, com cilindro vibratório frontal e pneus lisos na traseira. “São equipamentos interessantes para obras de menor porte, como operações urbanas em que se fresa alguns retângulos, onde há buracos”, diz Gewehr. “Porém, eles não têm pneus traseiros sobrepostos, o que exige deslocamentos laterais, para cobrir os espaços descobertos no pavimento.”

ALTERNATIVAS

Mais raros no país, os rolos com tecnologia oscilatória, por sua vez, evitam a quebra dos agregados, pois oscilam lateralmente e “massageiam” o asfalto, sem sair do chão. Ou seja, não há amplitude. “Em um movimento localizado gerado por pesos excêntricos, o contato com a camada é permanente, trazendo benefícios como evitar ondulações provocadas por impactos, possibilitar acabamento superficial superior e não gerar choques no entorno”, enumera Gewehr. “É possível utilizar vibração na frente e oscilação atrás, pois são forças complementares que diminuem o número de passadas quando conjugadas.”

Há outras tecnologias ainda incomuns no Brasil, como os rolos de impacto vertical profundo, cujas patas possuem um formato poligonal que resulta em forças em vários sentidos, permitindo obter profundidades e capacidades superiores em relação aos rolos convencionais. “Os rolos para trituração de rochas também permitem redução do tempo e maior produtividade in loco, podendo ser empregados na classificação de dureza até a classe 6, com pressão de 100 MPa”, comenta Pereira.

Outra aplicação especial é a possiblidade de acoplamento de uma lâmina na frente do rolo para espalhamento e nivelamento do solo, utilizado em operações como a reciclagem de resíduos. São máquinas que empurram, trituram e distribuem o material morro abaixo, mas que apresentam alto consumo de combustível nas aplicações em aclive. “Trata-se de uma compactação auxiliar, que reduz o número de passadas”, diz Pereira. “Na gestão de aterros, inclusive, é possível utilizar ainda os rolos tamping, que contam com lâminas de 3 a 4 m de diâmetro, chassis vedados, junta avançada de articulação, entrada de ar superior e transmissão hidrostática independente.”

Como se vê, a diversidade é enorme, sendo que no catálogo das empresas também há opções de linhas leves acopladas a escavadeiras para áreas de acesso restrito, valas profundas ou taludes íngremes, além de soluções de percussão, placas vibratórias reversíveis e compactadores de trincheiras. “Com largura de trabalho de 850 mm, o compactador de trincheira utiliza controle remoto infravermelho em áreas sob o risco de desmoronamento”, conta Ritter, da Ammann.

APLICAÇÃO

Uma coisa é certa: a configuração e a operação do equipamento são fundamentais. O ajuste da velocidade de rolagem, por exemplo, permite uma compactação mais efetiva com menor número de passadas. De modo geral, os equipamentos tipo chapa atingem de 3 a 4 km/h, enquanto os modelos pata de carneiro atingem de 5 a 10 km/h e os de pneus, de 10 a 15 km/h. E tais velocidades devem ser combinadas com as distâncias de operação. “Com uma pressão de 240 N por cm2 e velocidade de deslocamento de 2,5 a 3 km/h, por exemplo, uma linha de compactação com retorno efetivo deve ter de 25 a 30 m de comprimento, sendo um equívoco usar linhas de 5 a 10 m, que não atingem o grau de compactação, pois não têm velocidade”, recomenda Pereira, da Bomag.

Por vezes polêmico, o plano de compactação é outro ponto crucial na operação. O gerente de território para pavimentação da Caterpillar, Paulo Roese, acresce que, após a vibroacabadora, a sequência ideal inclui a utilização de rolos tandem duplos (para compressão máxima), depois pneumáticos (para selamento) e, por fim, de chapa no modo estático (para eliminar as marcas). Segundo ele, contudo, é a velocidade da vibro que deve definir a do rolo, de modo a não esfriar a mistura. “Quanto à largura do tambor, o ideal é utilizar três faixas interpostas na camada, com 15 cm cada de sobrepasse, o que dá 1,6 m de largura mínima”, afirma.

No quesito tempo, uma parceria com a Universidade de Minnesota permitiu à Caterpillar desenvolver um software chamado PaveCool, que utiliza dados da temperatura ambiente e da massa para determinar a janela ideal de operação. “Os resultados mostram que, na faixa ideal de 110oC a 145oC, a compactação deve ser feita em até 20 minutos”, conta Roese. “E a cada dez graus de material mais frio, há quatro minutos a menos de janela, ficando muito mais difícil. Note-se que os tambores possuem sensores de temperatura, mas só medem a temperatura superficial. Por isso, no centro da massa é preciso considerar de 5oC a 8oC a mais do que o medido.”

Já na fase de pós-obra, o mais indicado é uma combinação entre análise laboratorial e fiscalização. Afinal, os sistemas avançados dos equipamentos e as equipes de fiscalização de laboratório de solos se complementam. “Com as tecnologias avançadas, é possível fazer aferições em tempo menor, devido à rotina e confiabilidade do sistema”, garante Pereira, da Bomag. Esta evolução tem permitido superar o “achômetro”, que por muito tempo predominou no setor. “Já ouvi operador dizer que ‘sabe que [a compactação] está boa quando a máquina começa a sair de lado’”, ilustra Santos, da Atlas Copco. “Mas, na verdade, o solo nesse caso já estava sobrecompactado, começando a danificar a máquina.”

"Eletrônica é a base da compactação inteligente”

Com a necessidade crescente de garantir a qualidade da compactação, um dos principais recursos que os rolos assimilaram nos últimos anos são os sistemas eletrônicos de telemetria, monitoramento e controle contínuo em tempo real por GPS. Com computadores acoplados, estes sistemas permitem realizar o mapeamento, calcular parâmetros, arquivar dados e documentar o grau de compactação. Para o coordenador de vendas e marketing da Ammann do Brasil, Marcelo Ritter, a automatização e emissão de relatórios são procedimentos fundamentais para o monitoramento, constituindo uma evolução crucial no processo. “A maior vantagem é a possibilidade de autocorreção do processo, economizando as passadas e, consequentemente, o combustível”, avalia.

A XCMG também investe em soluções como o novo sistema SISU (Sistema Integrado de Suporte ao Usuário), um recurso específico para rolos de compactação que realiza a parametrização e registro dos dados da operação, além de manter um histórico de uso e realizar o controle da mão de obra. “A automação evita o erro humano, que é um dos principais problemas da operação, facilitando o procedimento de detecção de falhas e revisão, tudo pelo computador”, enfatiza Luiz Barreto, gerente de desenvolvimento para a América Latina da XCMG Brasil. Quem também se empolga com os novos recursos é Juliano Silva, gerente de produto da Volvo CE, fabricante que acaba de apresentar na bauma um sistema opcional de mapeamento de temperatura e passadas destinado a tandem duplos. Desenvolvido em parceria com a Universidade de Oklahoma, o sistema Compact Assist reúne GPS, sensores e acelerômetro para processar os dados de referência do projeto. “O conceito baseia-se na repetição de padrões de referência, culminando em um limiar de ativação que permite maior controle e eficácia da operação”, explica. No entanto, como ressalta Paulo Roese, gerente de território para pavimentação da Caterpillar, muitos desses recursos avançados ainda são opcionais, pois são importados e caros, além de a Legislação brasileira não exigir sua instalação, principalmente para mapeamento. “Mas também é o caso da compactação autoajustável, um tipo de automação avançada que dispensa o ajuste da amplitude e ainda não está disponível no Brasil”, comenta o especialista.

Evento debate conceitos e práticas

Realizado no Centro Britânico Brasileiro (SP) no início de abril, o Workshop Sobratema 2016 reuniu especialistas da indústria de equipamentos para debater as mais recentes tecnologias, conceitos e práticas de compactação de solo e asfalto. Destacando as inovações aplicadas pelos fabricantes para melhorar o desempenho e a produtividade do maquinário, o evento propiciou informações técnicas atualizadas sobre o atual estágio de desenvolvimento do segmento. “Nossa torcida é pela retomada no crescimento”, disse Afonso Mamede, presidente da Sobratema. “E o investimento inevitavelmente passa pela logística, sendo que a compactação ocupa papel central nessa área.”