Empolamento e Contração do Solo na Engenharia Civil

O que é Empolamento e Contração do Solo?

Empolamento

O empolamento é o fenômeno físico pelo qual o material escavado experimenta uma expansão volumétrica. Este aumento é expresso em porcentagem (%) do volume original. O empolamento varia com o tipo de solo ou rocha, o grau de coesão do material original e a umidade do solo.

Para o projetista, ao elaborar o orçamento, é essencial levar em conta o efeito deste fenômeno. Por exemplo, se o volume de corte é de 1.000 m³ de solo, o volume total a ser transportado em caminhões não será de 1.000 m³, mas sim de 1.300 m³, considerando um empolamento de 30%. Se o projetista não considerar este efeito, o erro de cálculo será de 30%.

Valores Típicos de Empolamento

• Rocha detonada: 50%
• Solo argiloso: 30 a 40%
• Solo comum: 25%
• Solo arenoso: 12%
• Seco: (sem valor especificado)

Contração

Quando uma quantidade de solo é lançada em um aterro ou bota-fora e é compactada mecanicamente, o volume final é diferente daquele que a mesma massa ocupava no corte. Ocorre um efeito de diminuição do volume, denominado contração.

Por exemplo, um volume de solo de corte de 1,0 m³ contrai-se para 0,8 m³ (aterro) após ser compactado. Neste caso, a contração é de 20%. O fenômeno da contração varia com o tipo e a umidade do material, o tipo de equipamento de compactação e a espessura das camadas do aterro.

Cálculo em Laboratório

Em grandes obras de engenharia que envolvam grandes movimentações de solo, o cálculo do empolamento é feito através de ensaios de densidade e massa específica em laboratório.

Exemplo: os valores abaixo são da massa específica de um solo, obtidos em laboratório:

• γc = 2,10 t/m³ (massa específica no corte)
• γs = 1,50 t/m³ (massa específica do solo solto)
• γca = 2,36 t/m³ (massa específica do solo compactado)

Com esses valores, podemos calcular os fatores de empolamento (E) e de contração (C) deste solo:

Fator de Empolamento (E) = (γc / γs) - 1 = (2,10 / 1,50) - 1 = 0,40 = 40%

Fator de Contração (C) = γc / γca = 2,10 / 2,36 ≈ 0,89 = 89%

Fatores de Correlação Volumétrica

A partir dos valores de empolamento (E=40%) e contração (C=89%) encontrados, conseguimos deduzir os demais fatores de correlação volumétrica:

• Corte para Aterro: x 0,89
• Corte para Solto: x 1,40
• Solto para Aterro: x 0,64
• Solto para Corte: x 0,71
• Aterro para Solto: x 1,57
• Aterro para Corte: x 1,11

Com estes fatores, é possível calcular os volumes de solo e os custos correlatos de movimentação e transporte.

Exercício Prático

Enunciado

Calcular o volume de solo, em metros cúbicos (m³), medido no corte a ser escavado para a execução de 10,00 m³ de aterro e o volume que deverá ser transportado na execução da implantação de uma nova estrada.

Dados:

• a) A redução volumétrica (contração) é de 10% em relação ao volume natural do corte.
• b) O fator de empolamento a ser utilizado na fórmula é E = 0,80.

Resolução

Volume compactado no aterro: Vca = 10,00 m³

Fator de Contração (C): C = 1 - 0,10 = 0,90

Fator de Empolamento (E): E = 0,80

Observação: O volume de solo é transportado antes de ser compactado, ou seja, no estado solto.

1. Cálculo do volume de corte (Vc):

A partir da fórmula da contração C = Vca / Vc, podemos isolar o Vc:

Vc = Vca / C = 10,00 / 0,90 = 11,11 m³

2. Cálculo do volume de solo solto (Vs):

Para o volume de solo solto, utilizando a relação E = Vc / Vs (conforme dado no problema):

Vs = Vc / E = 11,11 / 0,80 = 13,89 m³