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CONSTRUÇÃO DE TERRA Tópico: COMPACTAÇÃO Objetivos da Aula • Identificar a importância, as aplicações e os requisitos de obras de terra; • Identificar os conceitos, os mecanismos e os ensaios relacionados à compactação de solos; • Identificar métodos e equipamentos de compactação; • Identificar a seqüência de operações de compactação no campo; • Identificar procedimentos e ensaios para controle da compactação. Construções de Terra Importância e Aplicações • Importância – Econômica e Técnica • Aplicações – Aterros para diversas utilidades – Camadas constitutivas dos pavimentos – Construção de barragens de terra Requisitos • RESISTÊNCIA ADEQUADA • BAIXA COMPRESSIBILIDADE • BAIXA RETRAÇÃO e BAIXO INCHAMENTO • PERMEABILIDADE e DRENAGEM ADEQUADAS • PERMANÊNCIA DAS PROPRIEDADES COM O TEMPO Compactação • Densificação instantânea do solo por expulsão de ar dos vazios Compactação Mecanismos de Compactação Ensaio de Laboratório Curva de Compactação Curva de Saturação rd max wot S w Gs w d 1 r r Curvas de Compactação ARGILA AREIA Curvas de Compactação Influências na Compactação Energia de Compactação Energia de Compactação Laboratório x Campo OBJETIVO DOS ENSAIOS: Prever e especificar compactações de campo; Reproduzir os procedimentos de campo. Energia de Compactação V nNhW E V N n W h Grau de Compactação %100 olaboratórimáxd campod GC r r %100 mínmáx máx R ee ee C Ensaio CBR Ensaio CBR P1 ’ -> Dividir por 70 kgf/cm² P2 ’ -> Dividir por 105 kgf/cm² Maior percentagem -> CBR Influências no CBR Solos Coesivos Compactados ESTRUTURA DISPERSA x FLOCULADA MAIS FLEXÍVEIS MENOR INCHAMENTO MAIOR RETRAÇÃO MENOR PERDA DE RESISTÊNCIA APÓS SUBMERSÃO MENOR RESISTÊNCIA E MAIOR COMPRESSIBILIDADE • Custos – Extração, Transporte, Umedecimento ou Secagem, Espalhamento, Preparação, Compactação e Projeto • Quantidade – Sondagens a trado • Qualidade – Avaliação Preliminar + Avaliação Definitiva Pesquisa de Jazidas ETAPAS (Sowers 1979): • 1ª Etapa: Reconhecimento de Campo – Inspeção, cubagem e amostras (200g) para classificação dos depósitos • 2ª Etapa: Avaliação Preliminar – Classificação do solo e experiência (tabelas) • 3ª Etapa: Avaliação Definitiva – Depósitos promissores: Amostras (50kg) e Ensaios específicos (umidade, compactação, resistência, expansão e contração, compressibilidade, permeabilidade, etc.) Pesquisa de Jazidas Pesquisa de Jazidas Pesquisa de Jazidas Pesquisa de Jazidas Pesquisa de Jazidas Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • Eng. Murillo Lopes de Souza • Publicação de 1968 – DNER (Antigo DNIT) • Aplicação: Fins Rodoviários • 2 Etapas: – Reconhecimento – Prospecção Definitiva Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • 1ª Etapa: Reconhecimento • Inspeção expedita de campo • Sondagens (5 furos) • Ensaios de laboratório Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • Inspeção expedita de campo – Jazidas indicadas pela Residência do trecho – Taludes de cortes existentes na região – Depósitos aluvionares às margens de cursos d’água – Regiões que sofrerão cortes • Resultado: – Selecionadas as jazidas promissoras (em volume, qualidade e custo) Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • Sondagens nas jazidas promissoras – Ferramentas: Trado ou pá e picareta – Localização e delimitação da jazida – 5 furos: 4 na periferia + 1 no centro – Profundidade: depende do volume necessário e do equipamento de extração (máx. usual: 3 m) – Para cada camada diferente: amostra de 50 kg – Boletim de sondagem para cada furo – Croquis: planta da jazida e localização dos furos Perfil de Sondagem a Trado (APUD LIMA, 1979) Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • Ensaios de laboratório – Ensaios de caracterização (granulometria e limites de Atterberg) – Compactação – CBR – Outros Camadas Constitutivas de Pavimentos Camadas Constitutivas de Pavimentos Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • Adequabilidade para sub-base estabilizada: – IG (HRB) = 0 – Solo laterítico: IG > 0, se expansão < 0,2% – CBR mínimo = 20 – Expansão máxima = 1% Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • Adequabilidade para base estabilizada: – LL máximo = 25% – IP máximo = 6% – CBR mínimo • Tráfego leve : 40 • Tráfego médio: 50 • Tráfego pesado: 60 • Tráfego ultrapesado (N > 5x106): 80 – Expansão máxima = 0,5% Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • Adequabilidade da Jazida para base: – Granulometria: dentro das faixas AASHO Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • 2ª Etapa: Prospecção Definitiva – Sondagens – Ensaios de laboratório – Cubagem Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • 2ª Etapa: Sondagens – Ferramentas: Trado ou pá e picareta – Malha de 30 metros de lado sobre a jazida Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • 2ª Etapa: Ensaios de Laboratório – Ensaios de caracterização (todos os furos): 1 por camada ou 1 a cada metro se a camada tiver mais de 1m de espessura – CBR (furos espaçados de 60 metros): 1 por camada – Jazidas muito homogêneas: malhas com maior espaçamento dos furos – Jazidas muito heterogêneas: malhas com menor espaçamento dos furos Pesquisa de Jazidas Experiência Brasileira • 2ª Etapa: Cubagem – Quantidades mínimas por quilômetro: • Pavimento flexível e semi-rígido: – Regularização e reforço do sub-leito: 1000 m3 – Sub-base: 3000 m3 – Base: 3000 m3 – Revestimento: 500 m3 • Pavimento rígido: – Rocha: 1000 m3 – Areia: 300 m3 – Sub-base: 1200 m3 • GRAU DE COMPACTAÇÃO – Tabelas de referência • UMIDADE ÓTIMA (wÓT 2, wÓT 3) – O que significa o intervalo de umidade? • MASSA ESPECÍFICA SECA MÁXIMA (rd máx) • ENERGIA DE COMPACTAÇÃO • ESPESSURA DAS CAMADAS COMPACTADAS Especificação da Compactação Especificação da Compactação • Valores aproximados para orientar especificações de Grau de Compactação (Sowers, 1979) • OBSERVAÇÃO: Ver descrição das Classes na Apostila. Especificação da Compactação Especificação de Obras de Terra Especificação de Obras de Terra Especificação de Obras de Terra Avaliação de Pedreiras para Enrocamentos • Fatores básicos de avaliação: – Forma do agregado resultante • Formas lamelares (enrocamento poroso e heterogêneo) – Possibilidade de pulverização • Relevante em rochas sedimentares brandas – Deterioração da rocha no novo ambiente • Relevante em rochas calcáreas (solúveis em meios ácidos) e argiláceas (absorção elevada de água, inchamento, “lama”) Avaliação de Pedreiras para Enrocamentos Métodos e Equipamentos • Resistência do solo à compactação • Sucessivas camadas – Pequena espessura: 20 a 30 cm • Compactação em profundidade – Equipamentos especiais Métodos e Equipamentos SOLOS GRANULARES Rolos e Placas Vibratórios Rolo Pneumático ESFORÇO VIBRATÓRIO ESFORÇO DINÂMICO (IMPACTO) ESFORÇO ESTÁTICO Métodos e Equipamentos SOLOS COESIVOS Rolos Pé-de-Carneiro Rolo Pneumático ESFORÇO ESTÁTICO ESFORÇO DINÂMICO (IMPACTO) ESFORÇO VIBRATÓRIO Métodos e Equipamentos • Compactadores Dinâmicos (impacto) – Soquete mecânico • Compactadores Estáticos – Rolo Liso, Rolo Pé de Carneiro, Rolo Pé de Elefante, Rolo Pneumático • Compactadores Vibratórios – Rolo Liso, Rolo Dentado, Rolo Pneumático e Placa Vibratória Métodos e Equipamentos • Vibro-flotation (Solos Granulares) • Adensamento Dinâmico (Solos Granulares) • Explosivos (Solos Granulares) • Inundação (Solos Granulares) Métodos e EquipamentosMétodos e Equipamentos Métodos e Equipamentos Métodos e Equipamentos Métodos e Equipamentos Métodos e Equipamentos VIBRO - FLOTATION Métodos e Equipamentos ADENSAMENTO DINÂMICO Métodos e Equipamentos ADENSAMENTO DINÂMICO Métodos e Equipamentos Escavação e Compactação no Campo • Escavação em jazida • Controle de umidade na jazida • Transporte de material • Espalhamento do material • Escarificação Escavação e Compactação no Campo • Escavação em Jazida – Explosivos (rochas) – Máquinas (solo): caminhão, trator, escavadeira, draga (drag-line), scraper – Classificação do DNER (DNIT): • 1ª Categoria: solos em geral (diâm. < 0,15m) • 2ª Categoria: blocos de rocha até 2m3 e pedras com diâmetro entre 0,15m e 1,00m • 3ª Categoria: rocha não alterada, blocos com mais de 2m3, pedras com diâmetro maior do que 1,00m (uso contínuo de explosivos) Escavação e Compactação no Campo • Controle de umidade na jazida – Adição de água – Secagem • Transporte do material – Equipamento depende da distância – Umidade pode ser acrescentada durante o transporte Escavação e Compactação no Campo • Espalhamento do material para compactação – Trator, scraper, draga, etc. – Eliminação de detritos: raízes, blocos de rocha de grande diâmetro – Destorroamento de blocos de solo – Adição de água ou secagem • Escarificação – Caso necessário Controle da Compactação • Massa específica “in situ” – Cilindro volumétrico – Frasco de areia – Balão volumétrico – Método Nuclear • Umidade “in situ” – Speedy Método Nuclear – Frigideira – Álcool Controle da Densidade In Situ Frasco de Areia Método Nuclear Balão Volumétrico (APUD BUDHU, 2000) Método de Hilf • Controle da compactação no campo: • Massa específica total • Umidade • Determinação do Grau de Compactação • Dificuldades: • Tempo para medição confiável da umidade (24 h) • Variabilidade das propriedades dentro da mesma jazida • Dúvida sobre o Grau de Compactação Método de Hilf Método de Hilf Método de Hilf • Método de Hilf • Determinação precisa do Grau de Compactação para exatamente o material de campo • Desvio de umidade de campo em relação à umidade ótima • Determinação da eficiência do equipamento de compactação • ABNT NBR 12201 Método de Hilf 1. Determinar no campo a massa específica aparente total do solo compactado • Exemplo 1: rt,f = 2,04 g/cm 3 • Exemplo 2: rt,f = 2,02 g/cm 3 2. Separar 3,5 kg, Mtc, de material que passe na peneira 4 e colocar num recipiente hermeticamente fechado para manter a umidade de campo 3. Fazer um ensaio de compactação com a amostra na umidade de campo e determinar as massas específicas aparentes totais, rt,c: • Exemplo 1: rt,c = 1,98 g/cm 3 • Exemplo 2: rt,c = 2,06 g/cm 3 4. Eficiência (E%): relação entre as massas específicas obtidos no campo e no laboratório à mesma umidade E% = rt,f / rt,c x 100 = rd,f / rd,c x 100 • Exemplo 1: E% = 2,04/1,98 x 100 = 103% > 100% (Energia de campo > Energia Lab.) • Exemplo 2: rt,c = 2,06 g/cm 3 E% = 2,02/2,06 x 100 = 98% < 100% (Energia de campo < Energia Lab.) Método de Hilf • Medidas para aumentar a energia de campo • Equipamento mais pesado • Equipamento mais eficiente para o tipo de solo compactado • Diminuir a espessura das camadas compactadas • Aumentar o número de passadas do equipamento num mesmo ponto (acima de 8 geralmente não é recomendável por questões de aumento excessivo de custo para pouco benefício) • Combinação das medidas anteriores Método de Hilf 5. Adicionar 2% de água, DMw, em relação à massa total da amostra na umidade de campo e executar novo ensaio de compactação. Determinar a nova massa específica total e fazer a conversão para a umidade de campo, rt,c: Método de Hilf 6. Se a massa específica total convertida aumentar, como no Exemplo 1, faz-se novo ensaio, agora com um acréscimo total de água de 4%. Se, por outro lado, a massa específica total convertida diminuir, como no Exemplo 2, deve-se retirar água do solo até levar a amostra a uma massa inferior à de campo em cerca de 2%. Método de Hilf 7. Este passo depende dos anteriores. Deve-se ter o máximo valor de rt,c e, pelo menos, 1 resultado inferior e 1 resultado superior. Se não for o caso, fazer novos ensaios. Método de Hilf 8. Os pares de valores de z e rt,c devem ser plotados no gráfico do Método de Hilf Método de Hilf Método de Hilf 9. Pelos 3 pontos trace uma parábola. A construção gráfica mostrada nos gráficos é a seguinte: Método de Hilf 9. Pelos 3 pontos trace uma parábola. A construção gráfica mostrada nos gráficos é a seguinte: Método de Hilf Aterro Hidráulico • Transporte de solo de aterro em suspensão em água através de tubulação • Alternativa econômica para o caso em que a jazida é submersa • Exemplos: • Esplanada no centro de Vitória, Enseada do Suá, Rodoviária, Praia de Camburi, Campus Universitário Aterro Hidráulico • Metodologia • Draga de sucção • Mistura solo e água bombeada através de tubulação até o local de aterro • Aterro • Deposição dos sedimentos de acordo com o diâmetro (peso) • A partir da descarga: do mais grosso para o mais fino • Posição da descarga é continuamente variada Aterro Hidráulico Aterro Hidráulico Estabilização de Solos • Mecânica • Cimento • Cal (hidratada) • Material Betuminoso • Estabilização Química • Outros Estabilização de Solos • Mecânica – Mistura de dois ou três materiais – Objetivos: • Aumentar a coesão ou o atrito interno • Diminuir a plasticidade – Custo elevado Estabilização de Solos • Cimento – Solo cimento: 5% a 15% de cimento – Solo melhorado com cimento: baixo teor de cimento – Percentagens típicas: • 5% areia e pedregulho • 15% a 20% silte e argila – Teor de argila < 30%, matéria orgânica < 5% – Aumenta a resistência ao cisalhamento Estabilização de Solos • Cal (hidratada) – Ca(OH)2 ou MgO ou Mg(OH)2 – Objetivos: • Diminuir a plasticidade de solos com IP elevado • Aumentar a resistência ao cisalhamento – Dosagem: 10% para solos argilosos. – Solos arenosos: não reagem. Necessitam de silicatos (cinzas volantes) Estabilização de Solos • Material Betuminoso – Objetivos • Aumentar a coesão • Reduzir a permeabilidade • Aumentar a flexibilidade – Dosagem: 2% a 10% de asfalto – Aplicação: construção de bases Estabilização de Solos • Estabilização Química – Agente cimentante – Produtos químicos (AM-9) e materiais resinosos. • Outros – Congelamento – Aquecimento – Sobrecarga – Drenagem Injeção de Solos Materiais de Injeção Injeção de Solos Procedimento Injeção de Solos Penetração de Injeção Injeção de Solos Reforço de Fundação Injeção de Solos Reforço de Fundação Jet Grouting (Hidro-Substituição) Aplicabilidade Jet Grouting (Hidro-Substituição) Sequência Executiva Jet Grouting (Hidro-Substituição) Aplicações Jet Grouting (Hidro-Substituição) Aplicações Solo Reforçado Solo Reforçado Soloreforcado.com.br vsl.com Solo Grampeado www.jsglobal.net
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