Controle Tecnológico da Compactação de Solos para Pavimentação Asfáltica Utilizando Parâmetros Críticos, Ensaios in-situ e Práticas Eficazes de Fiscalização

A compactação de solos é uma etapa fundamental em obras de infraestrutura viária e urbanística, sendo responsável por garantir a estabilidade e a capacidade de suporte do terreno que receberá as camadas do pavimento asfáltico. Trata-se de um processo que visa reduzir os vazios entre as partículas do solo por meio da aplicação de energia mecânica, resultando no aumento da densidade e na melhora significativa das propriedades físicas do subleito, sub-base ou base.

Quando bem executada, a compactação proporciona maior resistência ao cisalhamento, menor deformabilidade e aumento da durabilidade da estrutura do pavimento. 

Fundamentos da Compactação de Solos

A qualidade da pavimentação asfáltica está diretamente relacionada à condição do solo que a sustenta. Por isso, o entendimento dos fundamentos da compactação é indispensável para o sucesso de qualquer obra rodoviária ou urbana. Compactar corretamente o solo significa garantir que a estrutura construída sobre ele terá suporte adequado, estabilidade ao longo do tempo e resistência às solicitações do tráfego.

O que é Compactação e Por Que É Essencial na Pavimentação

A compactação é o processo de redução dos vazios entre as partículas do solo por meio da aplicação de uma energia externa, geralmente gerada por rolos compactadores, placas vibratórias ou outros equipamentos. Ao diminuir os vazios, o solo se torna mais denso, menos suscetível à deformação e mais resistente à infiltração de água.

Esse procedimento visa atender três objetivos principais:

Aumentar a densidade do solo, melhorando sua resistência mecânica e capacidade de suporte;

Reduzir a permeabilidade, limitando a infiltração de água que pode comprometer a estabilidade do pavimento;

Minimizar recalques diferenciais e deformações, que são causas comuns de trincas, afundamentos e falhas prematuras nas camadas superiores.

Tipos de Solos e Suas Respostas à Compactação

Cada tipo de solo reage de maneira distinta ao processo de compactação, e entender essas diferenças é essencial para aplicar a energia correta e adotar os parâmetros adequados.

Solos Granulares

Os solos granulares, como areias e cascalhos, possuem partículas de grande diâmetro, são pouco coesivos e apresentam maior facilidade de compactação. Eles se beneficiam mais da compactação vibratória, uma vez que os grãos se rearranjam de forma eficiente sob vibração, alcançando altas densidades mesmo com baixos teores de umidade.

Vantagens:

Alta drenagem e baixa capilaridade;

Boa resistência ao cisalhamento após compactação;

Rápida execução.

Por outro lado, exigem controle rigoroso da segregação e da uniformidade da granulometria, pois solos granulares mal graduados podem apresentar vazios excessivos mesmo após compactados.

Solos Coesivos

Os solos coesivos, principalmente argilas e siltes, possuem partículas muito finas e grande afinidade com a água. Eles dependem fortemente do teor de umidade para responder bem à compactação. A compactação ideal acontece dentro de uma faixa estreita de umidade próxima à umidade ótima (determinada em laboratório). Acima ou abaixo desse ponto, o solo pode:

Apresentar trincas e perda de resistência (caso muito seco);

Tornar-se plástico e instável (caso muito úmido).

Além disso, solos coesivos necessitam de compactação amassante (com rolos de pé de carneiro, por exemplo) para garantir o entrelaçamento das partículas finas e a expulsão do ar aprisionado.

Compreender as características do solo local e como ele reage à aplicação de energia mecânica permite ao engenheiro:

Escolher o tipo ideal de equipamento de compactação;

Estabelecer o teor de umidade a ser mantido durante a execução;

E definir os ensaios in-situ mais adequados para controle de qualidade.

Parâmetros Críticos no Controle Tecnológico da Compactação

O sucesso do processo de compactação do solo depende diretamente do conhecimento e da verificação de parâmetros técnicos que orientam a execução em campo e a fiscalização da qualidade do serviço. Entre esses parâmetros, destacam-se a densidade máxima seca, o teor de umidade ótimo, o grau de compactação e o índice de vazios, todos utilizados como referência para garantir que a compactação esteja dentro dos padrões técnicos estabelecidos por normas e especificações de projeto.

Densidade Máxima Seca e Teor de Umidade Ótimo (Ensaio Proctor)

O ensaio Proctor é o método laboratorial mais utilizado para determinar a densidade máxima seca e o teor de umidade ótimo de um solo. Ele consiste na compactação de amostras em diferentes níveis de umidade para identificar a condição em que o solo atinge a máxima densidade possível com uma determinada energia de compactação.

Existem duas versões principais do ensaio:

Proctor Normal (NBR 7182): utilizado principalmente para obras de pequeno a médio porte, aplica uma energia de compactação menor.

Proctor Modificado (DNIT 181/2010-ME): emprega uma energia mais elevada e é recomendado para obras rodoviárias, aeroportuárias e grandes aterros, onde se exige maior resistência e menor deformabilidade.

Interpretação dos Resultados:

A curva gerada pelo ensaio mostra a relação entre a umidade e a densidade seca do solo.

O pico da curva representa a densidade máxima seca e o teor de umidade ótimo.

Esses valores servem de referência para controle de campo, indicando as condições ideais em que o solo deve ser compactado.

Grau de Compactação

O grau de compactação é um índice que expressa a eficiência da compactação realizada em campo em relação à densidade máxima obtida no laboratório. É calculado pela fórmula:

Esse parâmetro é essencial para aceitação da camada compactada. As normas técnicas e especificações de projeto geralmente estabelecem valores mínimos de grau de compactação, que podem variar conforme:

A função da camada (subleito, sub-base ou base);

O tipo de solo;

A classe de tráfego da via.

Exemplos de valores mínimos típicos:

Subleito: ≥ 90% Proctor Normal

Sub-base granular: ≥ 95% Proctor Modificado

Base estabilizada: ≥ 100% Proctor Modificado

A verificação é feita por meio de ensaios de densidade in situ (frasco de areia ou densímetro nuclear), que fornecem a densidade seca do solo em campo.

Índice de Vazios e Curva de Compactação

O índice de vazios é a relação entre o volume de vazios e o volume total do solo, sendo um parâmetro fundamental para avaliar a estrutura interna da camada compactada. Ele fornece uma ideia mais precisa do nível de compactação atingido, especialmente quando comparado a solos de mesma natureza.

Solos com índice de vazios elevado tendem a apresentar:

Menor resistência mecânica;

Maior susceptibilidade à ação da água;

Maior probabilidade de deformações permanentes.

Por outro lado, índices muito baixos podem indicar supercompactação, o que pode ser tão prejudicial quanto a compactação insuficiente, principalmente em solos coesivos sujeitos à expansão ou retração.

A curva de compactação também permite identificar a energia ótima de compactação, evitando o uso excessivo de passes de equipamento, o que pode gerar retrabalho ou consumo desnecessário de combustível e tempo.

Ensaios In-Situ Aplicados à Verificação da Compactação

Para garantir que a compactação do solo realizada em campo atenda aos parâmetros estabelecidos em projeto, é indispensável a execução de ensaios in-situ de verificação. Esses ensaios fornecem dados objetivos sobre a densidade, umidade e resistência do solo compactado, sendo essenciais para a aceitação das camadas executadas e para o controle de qualidade das obras viárias.

Ensaio de Densidade In-Situ com Frasco de Areia

O ensaio do frasco de areia, também conhecido como método do frasco de areia ou método do cone de areia (NBR 7184), é um dos procedimentos mais tradicionais para determinar a densidade seca de um solo compactado no campo.

Procedimento:

Um furo de diâmetro conhecido é escavado na camada de solo compactado.

A areia padronizada contida no frasco é escoada para preencher completamente esse furo.

Com base na massa de areia que preencheu o furo e na umidade do solo retirado, calcula-se a densidade úmida e seca do solo compactado.

Vantagens:

Baixo custo;

Simples execução;

Não depende de energia elétrica ou equipamentos sofisticados.

Limitações:

Exige solo seco e estável para evitar colapsos das bordas do furo;

Baixa precisão em solos muito granulares ou pedregulhos;

Tempo de execução mais elevado comparado a métodos automatizados.

Interpretação:

O resultado obtido é comparado à densidade máxima seca do ensaio Proctor (laboratório), permitindo calcular o grau de compactação (%).

Ensaio com Balança Nuclear (Densímetro Nuclear)

O densímetro nuclear é um equipamento que utiliza radiação gama e nêutrons rápidos para medir, de forma indireta e rápida, a densidade e o teor de umidade do solo em campo.

Como funciona:

O aparelho é posicionado sobre a superfície compactada.

Emite radiações que interagem com os átomos do solo.

A detecção do retorno dessas radiações permite estimar a densidade úmida e o teor de umidade, calculando-se assim a densidade seca.

Segurança radiológica:

O uso exige licença da CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear).

Operadores devem ser treinados e certificados para manipular a fonte radioativa com segurança.

O equipamento deve ser armazenado e transportado segundo normas específicas.

Vantagens:

Resultado imediato;

Alta precisão;

Ideal para grandes volumes de ensaios e obras com ritmo acelerado.

Comparação com métodos tradicionais:

Muito mais ágil que o frasco de areia;

Mais confiável em solos com umidade variável;

Requer maior investimento e cuidados operacionais.

Ensaio de Placa de Carga (Deflectometria)

O ensaio de placa de carga é utilizado para avaliar a capacidade de suporte do solo ou camada compactada por meio da deformação observada sob a ação de cargas verticais.

Aplicação:

Principalmente em camadas de sub-base e base;

Útil para validação do desempenho da compactação em relação à deformabilidade.

Como é feito:

Uma placa metálica circular é posicionada sobre a superfície compactada.

Aplica-se uma carga vertical incremental por meio de um sistema hidráulico.

Mede-se a deformação vertical da placa com relógios comparadores ou sensores.

Indicadores gerados:

Módulo de reação do solo (k);

Deflexão total sob carga padrão;

Relação carga-deformação.

Este ensaio fornece informações complementares à densidade, revelando a rigidez e a estabilidade da camada, o que é crucial para o dimensionamento de pavimentos em vias de tráfego pesado.

Boas Práticas de Execução e Fiscalização da Compactação

A qualidade final da pavimentação asfáltica depende diretamente da eficiência e uniformidade da compactação das camadas inferiores. Mesmo com bons projetos e materiais adequados, a má execução ou a ausência de fiscalização eficaz pode comprometer seriamente a durabilidade da via. 

Planejamento da Compactação por Trechos

Uma prática essencial é o planejamento da compactação dividido por zonas homogêneas. Isso significa identificar áreas que apresentem características semelhantes quanto à composição do solo, umidade natural, topografia e tipo de intervenção. Essa segmentação permite:

Ajustes mais precisos de parâmetros de compactação;

Escolha direcionada de equipamentos;

Redução de desperdícios de energia e tempo.

A escolha do equipamento ideal deve considerar o tipo de solo, a espessura da camada a ser compactada e o objetivo da compactação (amassamento, vibração ou impacto). Entre os equipamentos mais comuns, destacam-se:

Rolo pé de carneiro: indicado para solos coesivos (argilosos), pois promove amassamento e penetração.

Rolo liso vibratório: ideal para solos granulares (areias e britas), por transmitir energia por vibração.

Rolo pneumático (pneus de borracha): usado para acabamentos e selagens superficiais, promovendo boa homogeneização.

O número de passadas, a velocidade e o espaçamento entre as faixas compactadas também devem ser planejados de forma padronizada, conforme a capacidade do equipamento e os parâmetros do solo.

Acompanhamento Técnico em Tempo Real

A execução da compactação deve ser acompanhada em tempo real por um técnico de campo, com a ajuda de ferramentas simples e objetivas, como:

Checklists operacionais que garantam a verificação de:

Condições do solo;

Nível de umidade;

Frequência e número de passadas;

Estado dos equipamentos.

Mapeamento de falhas ou pontos críticos, como regiões com recalques, presença de umidade excessiva ou solo instável.

Outro instrumento importante é o uso de boletins de produção diária, onde são registrados:

Quantidade de solo compactado;

Área atendida;

Equipamentos utilizados;

Condições climáticas do dia;

Ensaios realizados e resultados obtidos.

Esses registros servem como documentação técnica e como base para tomada de decisões corretivas rápidas, caso os resultados saiam dos padrões esperados.

Integração com o Controle de Qualidade da Pavimentação

A compactação das camadas inferiores é a base sobre a qual será assentado o revestimento asfáltico, e qualquer falha nesse processo tende a se refletir diretamente no desempenho da capa final. Por isso, o controle da compactação deve ser totalmente integrado ao plano de controle de qualidade da pavimentação.

Falhas típicas decorrentes de uma compactação inadequada incluem:

Trincas por recalque diferencial;

Afundamentos localizados (borrachudos);

Perda de aderência entre camadas;

Trincas em bloco e trincas longitudinais.

Para evitar esses problemas, é importante:

Correlacionar os ensaios de densidade e grau de compactação com os índices de desempenho da capa asfáltica (IRI, PCI, etc.);

Promover uma fiscalização cruzada entre a equipe de terraplanagem/base e a equipe de pavimentação;

Manter um fluxo de comunicação entre os responsáveis por cada etapa da obra.

A compactação, portanto, não deve ser tratada como um processo isolado, mas como um componente essencial do desempenho global da estrutura do pavimento.

Normas Técnicas e Tolerâncias Aceitáveis

O controle tecnológico da compactação de solos em obras de pavimentação deve ser orientado por normas técnicas rigorosas, que estabelecem os critérios mínimos para aceitação das camadas compactadas. 

No Brasil, os principais documentos normativos que regem o controle da compactação são publicados pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) e pelo DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes).

Referências Normativas Importantes

Algumas das normas mais utilizadas incluem:

ABNT NBR 7182: estabelece o método de ensaio Proctor para determinação da densidade máxima seca e teor de umidade ótimo dos solos;

ABNT NBR 7181: trata da classificação dos solos com base em sua granulometria e limites de consistência, sendo fundamental para definir os parâmetros de compactação;

DNIT 181/2010 – ME: apresenta o método de compactação Proctor Modificado, amplamente aplicado em obras rodoviárias;

DNIT 007/2003 – TER: especifica as condições de execução, controle e aceitação de obras de terraplenagem;

DNIT 134/2018 – ME: norma específica para ensaio de densidade e umidade in-situ com densímetro nuclear.

Esses documentos definem os requisitos técnicos obrigatórios, os métodos de ensaio, as ferramentas de controle de qualidade e os níveis mínimos de desempenho aceitáveis para cada tipo de camada e aplicação.

Exigências por Tipo de Solo e Aplicação

As exigências de compactação variam conforme a função da camada (base, sub-base, reforço de subleito), o tipo de solo e o volume de tráfego previsto. Os critérios mais comuns são definidos em termos de grau de compactação mínimo, expresso como um percentual da densidade máxima seca obtida em laboratório.

Camada	Método de Referência	Grau de Compactação Mínimo
Subleito	Proctor Normal	≥ 90%
Reforço do Subleito	Proctor Modificado	≥ 95%
Sub-base Granular	Proctor Modificado	≥ 95%
Base Estabilizada	Proctor Modificado	≥ 100%
Solos com Cimento	Normas específicas (DNIT 143, 146)	≥ 100% + controle de resistência à compressão

Esses valores visam garantir que o solo atinja densidade suficiente para suportar as cargas aplicadas ao longo da vida útil do pavimento, sem recalques ou deformações excessivas.

Tolerâncias e Ações Corretivas

Além dos valores mínimos exigidos, as normas estabelecem tolerâncias aceitáveis e procedimentos para lidar com não conformidades.

Tolerâncias típicas incluem:

Variação de até ± 2% no grau de compactação exigido, em áreas isoladas;

Umidade de compactação dentro da faixa de ± 2% em relação à umidade ótima;

Espessura das camadas dentro de uma tolerância de ± 1 cm (ou conforme especificado no projeto).

Ações corretivas em caso de não conformidade:

Recompactação da área afetada após ajuste da umidade ou troca de equipamento;

Remoção e substituição do material, caso o solo esteja inadequado ou contaminado;

Ampliação da área de ensaio para verificação da extensão da falha;

Registro em boletins de não conformidade, com aplicação de penalidades contratuais, se aplicável.

Estudo de Caso ou Simulação Prática

Para ilustrar a importância e os benefícios do controle tecnológico na compactação de solos, apresentamos um estudo de caso baseado em um trecho de obra rodoviária estadual, onde foi adotada uma abordagem rigorosa de fiscalização, ensaios in-situ e uso combinado de equipamentos apropriados. O objetivo da obra era executar a terraplenagem, sub-base e base de um segmento de pavimentação asfáltica em uma região com solo predominantemente argiloso.

Trecho de Obra Monitorado

Localização: Rodovia estadual em região rural (solo argiloso com manchas arenosas).

Extensão: 2,5 km.

Camadas monitoradas: Reforço de subleito (20 cm), sub-base granular (25 cm) e base estabilizada (20 cm).

Volume total de solo compactado: ~20.000 m³.

Equipe técnica: 1 engenheiro residente, 2 técnicos de campo, 1 laboratório móvel.

Controle Tecnológico Aplicado

Equipamentos Utilizados:

Rolo pé de carneiro vibratório: subleito argiloso.

Rolo liso vibratório: sub-base granular.

Rolo pneumático (acabamento): todas as camadas.

Ensaios In-Situ Executados:

Ensaio de frasco de areia (densidade seca) a cada 100 m.

Ensaio com densímetro nuclear a cada 50 m (validação cruzada).

Ensaio de umidade com speedy tester diário.

Placa de carga em 3 pontos estratégicos (verificação de suporte).

Resultados Obtidos

Parâmetro	Subleito	Sub-base	Base Estabilizada
Densidade seca média (%)	91%	96%	101%
Umidade média (%)	11,20%	8,90%	6,50%
Conformidade dos ensaios	95% dos pontos aprovados	100% aprovados	100% aprovados
Recompactações necessárias	5 pontos	0	0
Deflexão máxima (placa de carga)	1,9 mm	1,2 mm	0,8 mm

As recompactações realizadas no subleito ocorreram em áreas com excesso de umidade após chuvas, corrigidas com escarificação e recompactação após estabilização.

Análise de Custo-Benefício da Fiscalização Eficaz

Ao final da obra, foi realizada uma avaliação comparativa dos custos adicionais com controle tecnológico versus os custos evitados com retrabalho e falhas estruturais.

Investimentos em controle e fiscalização:

Montagem de laboratório móvel, pessoal e ensaios: R$ 58.000,00

Custos evitados estimados:

Retrabalho com sub-base defeituosa: R$ 42.000,00

Intervenções corretivas futuras em trincas e recalques: R$ 70.000,00 (estimativa conservadora)

Prolongamento da vida útil da pavimentação em até 3 anos (com base em ensaios deflectométricos)

Resultado:

Retorno estimado sobre o investimento (ROI): 192%

Redução significativa de falhas estruturais, com maior satisfação do contratante e ganho de produtividade.

O estudo evidencia que o investimento em controle tecnológico e fiscalização eficaz não é um custo adicional, mas sim uma medida de proteção do orçamento e da qualidade da obra. 

Contudo a compactação do solo é muito mais do que uma etapa operacional em obras de pavimentação — ela representa um dos principais determinantes da qualidade estrutural e da longevidade do pavimento asfáltico. A execução correta dessa fase, aliada a um controle tecnológico rigoroso, permite que o solo atue como uma fundação estável, resistente e confiável para as camadas superiores.