AULA 04 - COMPACTACAO DOS SOLOSfolheto

Prévia do material em texto

1 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 1 
 
MECANICA DOS SOLOS 1 
AULA 04: 
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS 
 
ACADEMIA MILITAR 
“MARECHAL SAMORA MACHEL” 
Engenharia Militar 
 
Docente: Eng. Abílio Bringo 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 2 
 
INTRODUÇÃO - COMPACTAÇÃO 
 
Os solos, para que possam ser utilizados nos aterros das 
obras de terraplenagem, devem preencher certos requisitos, 
ou seja, certas propriedades que melhoram o seu 
comportamento, sob o aspecto técnico, transformando-os 
em verdadeiro material de construção. 
Esse objetivo é atingido de maneira rápida e econômica 
através das operações de compactação. 
 
2 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 3 
 
INTRODUÇÃO - COMPACTAÇÃO 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 4 
 
CONSEQUÊNCIAS DE UMA COMPACTAÇÃO 
DEFICIENTE 
 
3 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 5 
INTRODUÇÃO - COMPACTAÇÃO 
Essas propriedades visam principalmente: 
 Aumento da resistência da ruptura dos solos, sob acção 
de cargas externas; 
 
 Redução de possíveis variações volumétricas, quer pela 
acção de cargas, quer pela acção da água que, 
eventualmente, percola pela sua massa; 
 
 Impermeabilização dos solos, pela redução do 
coeficiente de permeabilidade, resultante do menor 
índice de vazios. 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 6 
 COMPACTAÇÃO 
Define-se compactação de um solo aos processos manuais 
ou mecânicos que visem principalmente à redução do 
índice de vazios. 
 
Resulta daí o aumento da resistência à ruptura, pela 
elevação do atrito interno entre as partículas e a diminuição 
das variações de volume, através do melhor arranjos entre 
elas. 
 
4 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 7 
COMPACTAÇÃO 
Da compactação de um solo resulta: 
 
 Maior aproximação e arranjo das partículas, ocasionando 
um aumento da coesão e do atrito interno e, 
consequentemente, da resistência ao cisalhamento/corte; 
 Através do aumento da resistência ao 
cisalhamento/corte, obter-se-á maior capacidade de 
suporte; 
 Com redução do índice de vazios, a capacidade de 
absorção de água e a possibilidade de haver percolação 
diminuem substancialmente, tornando mais estável. 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 8 
COMPACTAÇÃO 
Dois (2) fatores são fundamentais na compactação: 
 O teor de humidade do solo (w); 
 A energia empregada na aproximação dos grãos e que se 
denomina energia de compactação. 
 
5 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 9 
 
 
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO 
 
Ralph Proctor (1933), estabeleceu a correlação entre os 
parâmetros que influem decisivamente na relação índice de 
vazios, ou seja, o aumento do peso específico. 
Isto é, “a densidade com que um solo é compactado, sob 
uma determinada energia de compactação, depende da 
humidade do solo no momento da compactação” . 
 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 10 
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO 
O ensaio de compactação desenvolvido por Proctor foi 
normalizado, pela AASHO (American Association of State 
Highway Officials) e é conhecido como ensaio de Proctor 
Normal ou como AASHO Standard. 
 
O ensaio normal de compactação utiliza um cilindro 
metálico de volume igual a 1000 cm3, onde compacta-se 
uma amostra de solo em três camadas, cada uma delas por 
meio de 26 golpes de 
um soquete/pilao com peso de 2,5 kg, caindo de uma altura 
de 30,5 cm. 
 
6 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 11 
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO 
Equipamentos do ensaio de compactação 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 12 
 
CURVA DE COMPACTAÇÃO 
 
Ao realizar-se a compactação de um solo, sob diferentes 
condições de humidade e para uma determinada energia de 
compactação, obtém-se uma curva de variação dos pesos 
específicos aparentes secos (γd) em função do teor de 
humidade (w). 
 
 
7 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 13 
CURVA DE COMPACTAÇÃO 
Esta curva é chamada de curva de compactação. 
 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 14 
CURVA DE COMPACTAÇÃO 
Com os valores, do peso específico do solo e teor de 
umidade, pode-se calcular o peso específico aparente seco 
mediante a fórmula de correlação: 
 
 
 
 
 
Com grau de 
saturação 
8 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 15 
TIPOS DE ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO 
Ensaio de compactação: 
 Proctor Normal, e; 
 Proctor Modificado. 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 16 
TIPOS DE ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO 
Equipamentos para o ensaio de compactação: Molde, Pilão 
e rasoira. 
9 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 17 
 
ENERGIA DE COMPACTAÇÃO 
 
Com o desenvolvimento da engenharia, foram lançados no 
mercado equipamentos de compactação capazes de 
fornecer maior energia de uma forma econômica, gerando a 
necessidade de se normalizar ensaios com diferentes 
energias (intermediária e modificada). 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 18 
ENERGIA DE COMPACTAÇÃO 
A energia de compactação por unidade de volume pode ser 
calculada, através da fórmula: 
 
 
10 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 19 
ENERGIA DE COMPACTAÇÃO 
Energias de compactação utilizados nos ensaios: 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 20 
 
COMPORTAMENTO DO SOLO 
 
Um mesmo solo, quando compactado com energias 
diferentes, apresentará valores de peso específico aparente 
seco máximo maiores e teor de umidades ótimas menores, 
para valores crescentes dessa energia, o ponto se deslocará 
para cima e para a esquerda, conforme mostra a figura a 
seguir. 
 
 
11 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 21 
 
COMPORTAMENTO DO SOLO 
 
Curvas de compactação de um solo com diferentes 
energias: 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 22 
 
COMPORTAMENTO DO SOLO 
 
A natureza do solo, influência nos valores do peso 
específico aparente seco máximo e do teor de humidade 
ótima. 
Ao tentar-se compactar um solo, o esforço de compactação 
será mais ou menos efetivo conforme a granulometria e 
plasticidade. 
 
Em geral, para o mesmo esforço de compactação (E) 
atinge-se nos solos arenosos (ou materiais granulares bem 
graduados) maiores valores de peso específico aparente 
seco máximo sob menores teores de humidade ótima, do 
que solos argilosos finos (uniformes) 
 
 
12 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 23 
COMPORTAMENTO DO SOLO 
Curvas de compactação normal de alguns solos 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 24 
 
TÉCNICAS E EQUIPAMENTOS DE 
COMPACTAÇÃO 
 
Os solos são compactados pelo efeito de um dos seguintes 
esforços: pressão (compressão), amassamento, impacto e 
vibração; ou pela combinação de dois ou mais esforços. 
 
A compressão consiste na aplicação de uma força (pressão) 
vertical, oriunda do elevado peso próprio do equipamento, 
obtendo-se a compactação pelos esforços de compressão 
gerados na massa superficial do solo. 
 
 
13 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 25 
TÉCNICAS E EQUIPAMENTOS DE 
COMPACTAÇÃO 
O amassamento é o processo que combina a força vertical 
com uma componente horizontal, oriunda de efeitos 
dinâmicos de movimento do equipamento ou eixos 
oscilantes. 
A resultante das duas forças conjugadas provoca uma 
compactação mais rápida, com menor número de passadas. 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 26 
TÉCNICAS E EQUIPAMENTOS DE 
COMPACTAÇÃO 
A vibração consiste numa força vertical aplicada de 
maneira repetida, com frequências elevadas, superiores a 
500 golpes por minuto. Isto significa que à força vertical se 
soma uma aceleração produzida por uma massa excêntrica 
que gira com determinada freqüência. 
O impacto resulta de uma ação semelhante à da vibração, 
diferenciando-se, apenas, pela baixa freqüência da 
aplicação dos golpes. 
 
14 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 27 
TÉCNICAS E EQUIPAMENTOS DE 
COMPACTAÇÃO 
A cada processo correspondem equipamentos apropriados à 
compactação, utilizando-se as diversas formas de 
transferência de energia. 
A compressão é obtida pelos rolos compressores de rodas 
metálicas, dotadas de grande peso próprio, e cuja superfície 
de contato é bastante pequena, gerando-se, por 
consequência, pressões de contato elevadas que produzem 
consolidação. 
 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 28 
TÉCNICAS E EQUIPAMENTOS DE 
COMPACTAÇÃO 
Cilindro de rasto liso 
 Solos granulares; 
 Espessuras de camadas Solos finos (argilosos); 
 Espessura de camadas entre 
15cm a 30cm 
15 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 29 
TÉCNICAS E EQUIPAMENTOS DE 
COMPACTAÇÃO 
Cilindro de pneus 
 Para diferentes tipos de solos 
excepto areias uniformes 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 30 
FACTORES QUE INFLUENCIAM A 
COMPACTAÇÃO 
Os factores que influenciam a compactação no campo de 
um determinado tipo de solo são: 
 Teor em agua; 
 O numero de passagem do cilindro; 
 A espessura da camada compactada; 
 As características do equipamento: a pressão, área de 
contacto, vibração. 
16 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 31 
CONTROLO DE COMPACTAÇÃO 
Deve ser feito a dois (2) níveis: 
1: Durante a fase de execução – o controlo deve incidir 
sobre a granulometria do material, o equipamento utilizado, 
o numero de passagem, a espessura da camada, a 
quantidade de agua adicionada. 
 
2: Após a compactação – o controlo é feito comparando os 
resultados obtidos em campo com os determinados em 
ensaios de referencia realizados em laboratórios. 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 32 
CONTROLO DE COMPACTAÇÃO 
Define-se grau de compactação como a relação entre o peso 
especifico seco obtido no campo e o obtido no laboratório. 
 
 
Os cadernos de encargos das obras de terraplenagem 
especificam, o intervalo de teores em agua de compactação 
e um determinado grau de compactação. 
 
  ,
,max
% 100
d campo
d
GC x



17 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 33 
CONTROLO DE COMPACTAÇÃO 
São frequentes, as especificações que se referem ao grau de 
compactação em relação aos ensaios Proctor Normal e 
Proctor Modificado, estabelecendo-se os valores de GC a 
95% ou 100% do peso específico aparente seco máximo 
obtido naquele ensaio. 
 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 34 
DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECIFICO SECO 
NO CAMPO 
A determinação do grau de compactação, obtido no campo, 
requere a determinação do peso específico seco “in situ”. 
Vários métodos foram desenvolvidos: 
 Método de frasco de areia; 
 Método do balão de borracha; 
 Método Nuclear. 
 
18 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 35 
DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECIFICO SECO 
NO CAMPO 
Método de frasco de areia: 
Permite determinar volume de cavidades abertas no terreno, 
através da medição do peso do solo retirado e da 
determinação do teor em agua, permitindo calcular o peso 
especifico seco. 
 
 1h d
W
w
V
   
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 36 
DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECIFICO SECO 
NO CAMPO 
Equipamentos usados no método de frasco de areia: 
 
Válvula 
19 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 37 
DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECIFICO SECO 
NO CAMPO 
Método de balão de borracha 
O procedimento adoptado é similar ao método de frasco de 
areia. Um furo de teste é aberto, e determina-se o peso 
húmido e o teor em agua do solo removido no solo. 
Um balão de borracha é introduzido no furo para obtenção 
do volume. O balão é enchido de ar de um receptáculo, 
calibrado no qual o volume pode ser lido de forma direta. 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 38 
DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECIFICO SECO 
NO CAMPO 
O peso especifico seco do solo compactado pode ser 
determinado pela equação abaixo: 
 . .sec . .
. .
s
d
W Peso solo o do furo
V Volume do furo
  
20 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 39 
DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECIFICO SECO 
NO CAMPO 
Método Nuclear 
Os densímetros nucleares são utilizados para a 
determinação do peso especifico seco do solo compactado. 
Funciona em furos escavados ou na superfície e mede o 
peso do solo húmido por unidade de volume e o peso de 
agua existente em uma unidade de solo. 
 
O peso especifico seco do solo compactado pode ser 
conhecido subtraindo-se o peso da agua do peso especifico 
húmido do solo. 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 40 
DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECIFICO SECO 
NO CAMPO 
Equipamento do método nuclear: 
21 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 41 
EXEMPLO DE APLICAÇÃO 
Exemplo 1: A tabela abaixo mostra os resultados de um 
ensaio Proctor Normal. 
a) Calcule o peso especifico seco máximo de compactação 
e o teor óptimo de humidade; 
b) Determine o teor de humidade necessário para a 
obtenção de 95% de ,maxd
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 42 
EXEMPLO DE APLICAÇÃO 
Volume do 
molde 
(cm3) 
Massa do solo 
humido no 
molde (Kg) 
Teor de 
humidade 
w (%) 
1000 1.47 10.0 
1000 1.83 12.5 
1000 2.02 15.0 
1000 1.95 17.5 
1000 1.73 20.0 
1000 1.69 22.5 
22 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 43 
EXEMPLO DE APLICAÇÃO 
Exemplo 2: Calcule e trace o gráfico da variação da massa 
especifica seca de um solo em Kg/m3, Gs=2.65 com 
w=5%, 10%, 15%, e 20% para grau de saturação, S=80%, 
90% e 100%. 
 
Exemplo 3: Os resultados abaixo foram obtidos num ensaio 
Proctor Normal. Gs=2.67; volume do molde V=1000cm3 
 
Massa (g) 2010 2092 2114 2100 2055 
w (%) 12.8 14.5 15.6 16.8 19.2 
AULA TEÓRICA 06 – PAG. 44 
EXEMPLO DE APLICAÇÃO 
a) Trace a curva de compactação e determine a massa 
especifica seca máxima e o teor em agua óptimo; 
b) Trace as curvas para o grau de aeração correspondente a 
0%, 5% e 10 %.