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* Compactação dos Solos * * COMPACTAÇÃO DOS SOLOS Compactação → procedimentos visando aumentar a compacidade de um solo pela redução de vazios através esforços externos gerados por meios mecânicos. aumentar a resistência, tornando-o mais estável. Estabilidade se refere à permanência de certo nível de resistência independentemente das variações climáticas, de tal modo que a estrutura não sofra ruptura ou danos significativos. Objetivo Aumentar o contato entre os grãos; Reduzir o volume de vazios; Aumentar a resistência; Gerar um material mais homogêneo; Reduzir a permeabilidade e a compressibilidade. * * UTILIZAÇÃO Construção de aterros; Construção de camadas constitutivas de pavimentos; Construção de barragens de terra; Preenchimento com solo entre maciço e estruturas de arrimo; Reenchimentos de cavas de fundações e de tubulações enterradas; Construção de taludes rodoviários. * * Nos aterros compactados, na construção de barragens de terra, Nos aterros de estradas ou na implantação de loteamentos No solo de apoio de fundações diretas os terraplenos (backfills) dos muros de arrimo os reaterros de valas escavadas a céu aberto, * UTILIZAÇÃO * COMPACTAÇÃO DOS SOLOS Ação mecânica por meio da qual se impõe ao solo uma redução de seu índice de vazios. Similaridade com adensamento quanto à redução de vazios Efeito da compactação: melhoria das propriedades mecânicas e hidráulicas do solo. * * COMPACTAÇÃO X ADENSAMENTO Na compactação a redução do índice de vazios envolve uma expulsão de ar dos vazios devido a uma ação mecânica. No adensamento a redução do índice de vazios envolve expulsão da água dos vazios devido à uma sobrecarga. Ambos os processos, no entanto, envolvem redução de volume. quanto ao meio Adensamento → expulsão de água Compactação → expulsão de ar quanto ao tempo adensamento → lento compactação → rápido * * ENSAIO DE COMPACTAÇÃO Padronizado pela ABNT (NBR 7182/86) Ensaio Proctor Normal Ensaio Proctor Modificado Ensaio Proctor Intermediário * * Princípio O ensaio consiste em se compactar uma porção de solo em um cilindro de 1000 cm3 de volume (cilindro pequeno), com um soquete de 2,5 kg (soquete pequeno), caindo em queda livre de uma altura de 30cm. Procedimento de ensaio - Compactação em 3 camadas (espessuras finais semelhantes) - 26 golpes por camada (regularmente distribuídos) Escarificação após compactação de cada camada Arrasamento da 3a camada tendo as bordas do cilindro com guia (sem o colarinho) * * Após a compactação - Determinação da massa de solo compactado que preenche o cilindro; Retirada do material restante, de 3 cápsulas de solo para determinação da umidade; Novos pontos Adicionar água ao solo suficiente para elevar a umidade em aproximadamente 2% em relação ao ponto anterior Repetir o procedimento de compactação Executar 5 pontos: pelo menos 2 abaixo e 2 acima da ótima. OBS.: Devem ser evitadas curvas de compactação com quatro pontos e não aceitas curvas com três. * * ETAPAS DO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO * * DETERMINAÇÃO DE UMIDADE A partir do peso do corpo de prova e do volume do molde, calcula-se o peso específico natural de compactação pela equação: Onde: W – peso do solo compactado no molde; V – volume do molde; * * Para cada ensaio é obtido o teor de umidade e assim é possível calcular o Curva de Saturação Lugar geométrico dos valores de umidade e peso específico seco, estando o solo saturado. A curva de compactação nunca alcança a curva de saturação. Os pontos da curva de saturação são obtidos pela equação: * * TÉCNICA BÁSICA DE CAMPO Lançamento de material de empréstimo (oriundo de jazida) ou do próprio local (reenchimentos); Passagem de equipamentos que transmitam ao solo a energia de compactação ⇒ carga móvel (amassamento, impacto ou vibração) ou estática. * * TIPOS DE COMPACTAÇÃO Obter as condições especificadas para o campo (d,ω) Obter um material cujo comportamento é o desejado Resistência Compressibilidade / deformabilidade Permeabilidade Inchamento / contração OBJETIVO * * ESTÁTICA – PISOTEAMENTO (AMASSAMENTO) ROLO PÉ-DE-CARNEIRO -compactação de baixo para cima desnecessário preparar superfície para nova camada baixa velocidade (4km/h)--> baixa produtividade sempre que possível são substituídos por outros equipamentos de maior produção adequados para solos argilosos * * Rolo pé-de-carneiro em operação * * ESTÁTICO Rolo liso Materiais granulares – areia, pedregulho, brita Base e sub-leito Rolo pneumático Materiais granulares e finos – areia fina e silte Capa asfáltica,base e sub-base Camadas estreitas Até 6 km/h * * ESTÁTICO Rolo pneumático Materiais granulares – areia, pedregulho, brita Base e sub-leito Rolo pneumático Materiais granulares e finos – areia fina e silte Capa asfáltica,base e sub-base Camadas estreitas i.e. dimensões mais variáveis Até 6 km/h * - Velocidade até 6 km/h - Materiais granulares e finos – areia fina e silte - Capa asfáltica, Base e Subbase - Camadas estreitas i.e. dimensões mais variáveis Compactação Estática – Rolo Pneumático * Soquete manual Sapo COMPACTADOR A PERCUSSÃO DINÂMICA – IMPACTO * * Rolo vibratório são os mais utilizados atualmente camadas de pequena espessura (20 a 30 cm) pressões mais elevadas tratamento de superfície Materiais granulares Velocidade > 8 km/h DINÂMICA – VIBRATÓRIA * * ROLOS VIBRATÓRIOS * * PRINCÍPIO BÁSICO Ralph Proctor (1933) estabeleceu os princípios básicos da técnica e controle de compactação : “... a densidade que um solo atinge quando compactado sob uma dada energia de compactação depende da umidade do solo no momento da compactação”. * * RELAÇÃO γd X ω, COMO ELA VARIA: Ramo seco – Com o aumento de ω a lubrificação entre os grãos aumenta, com isso t (resistencia ao cisalhamento) diminui permitindo a compactação e conseqüente aumento de gd Ramo úmido – Continuando o aumento de ω, com a oclusão da fase ar gera-se pressão neutra positiva, diminuindo a energia efetiva de compactação e, portanto, diminuindo gd. * * INFLUÊNCIA DA ENERGIA NA COMPACTAÇÃO Conclusão - Com o aumento da energia de compactação o peso específico seco da amostra também aumenta; - Com o aumento da energia de compactação o teor de umidade ótimo apresenta uma redução; * * ESTRUTURA DO SOLO COMPACTADO Ramo seco Pouca água – predominância de forças de atração e uma estrutura floculada. Ramo úmido Muita água – predominância de forças de repulsão e uma estrutura dispersa (orientada). * Obs.: O aumento de energia aumenta a tendência à dispersão. * RESUMO Ensaios de compactação Proctor (normal e modificados) são fundamentais para a compactação do solo em campo, pois são eles que determinam se o uso de rolos compactadores em campo é suficiente. Compactação por meio de rolos compactadores é por amassamento. As relações entre γd e ω obtidas por meio da compactação dinâmica e da compactação por amassamento são diferentes. Além de tipo do solo, os custos de escavação e transporte são fatores relevantes na escolha de uma área de empréstimo. * * * Objetivo de comprovar se as propriedades do solo compactado estão obedecendo aos padrões das especificações técnicas; Procedimentos de fiscalização: CONTROLE DE COMPACTAÇÃO Lançamento das camadas de acordo com a espessura especificada (não maiores que 30 cm), Manutenção da umidade do solo próximo da ótima - correção através de secagem ou irrigação; Homogeneização das camadas a serem compactadas - uso de escarificadores e arados de disco; 4) Passagem do equipamento de compactação Rolos “pé de carneiro” - até que não se consiga imprimir marcas das patas na camada. Compressor de pneus - até que a superfície fique lisa, embora necessite ser escarificada. 5) Quando não é atingida a compactação desejada a camada será revolvida, corrigida e recompactada. * * CONTROLE DE COMPACTAÇÃO O que controlar? Massa específica, Umidade e Grau de compactação. Controle pela Massa específica: frasco de areia ou óleo pesado ou do cilindro biselado A diferença de peso, antes e depois do enchimento do furo observada no frasco de areia, dividido pelo peso específico da areia (γareia), fornece o volume V procurado. * * CONTROLE DE COMPACTAÇÃO O que controlar? Massa específica, Umidade e Grau de compactação. Controle pela Massa específica: frasco de areia ou óleo pesado ou do cilindro biselado cilindro biselado (ABNT/NBR 9813/87) Cilindro de cravação Cilindros e anéis biselados O amostrador é cravado no solo por percussão, retirando-se a amostra cujo peso úmido é W. Conhecendo-se o teor de umidade da amostra, calcula-se o peso seco da amostra e determina-se diretamente γd campo. * * CONTROLE DE COMPACTAÇÃO Controle da umidade: Speedy; Método da Frigideira Método do Álcool; Estufa; Forno microondas; Speedy Estufa * * ENSAIOS ESPECIAIS Densímetro Nuclear Pode medir o grau de compactação e o teor de umidade do solo * * ENSAIOS ESPECIAIS Deflectômetro Leve (FWD) Ensaio rápido e prático (4 min por ponto) para se determinar parâmetros de deformação do solo, especialmente, o módulo de elasticidade do camada de solo. Desta forma, mede-se a rigidez aferida à camada de solo pelo processo de compactação. * * CONTROLE DE COMPACTAÇÃO Grau de Compactação Conceitualmente seria mais correto empregar o índice de Compacidade (IC): * * FATORES QUE INFLUENCIAM A COMPACTAÇÃO Tipo de Solo Resistência dos grãos; Granulometria * * FATORES QUE INFLUENCIAM A COMPACTAÇÃO Método de Compactação Equipamentos ; Número de camadas ; Espessura da camada ; Energia de compactação. Teor de Umidade; Reutilização do solo; Temperatura Características do equipamento * * INFLUÊNCIA NO COMPORTAMENTO GEOTÉCNICO Estrutura do solo Nos solos argilosos, o ramo seco apresenta uma estrutura floculada, pois a "falta" de água permite as ligações bordo-face. No ramo úmido a estrutura tende a ser dispersa. O aumento da energia de compactação implica no aumento da dispersão das partículas. O método de compactação também interfere na estrutura do solo. * * INFLUÊNCIA NO COMPORTAMENTO GEOTÉCNICO Compressibilidade Para baixos níveis de tensões, o ramo úmido é mais compressível. Já para altos níveis a maior compressibilidade é no ramo seco. Quanto menor o teor de umidade de compactação, maior a resistência e rigidez ( maior o módulo de elasticidade e menor a deformação na ruptura). Permeabilidade * * INFLUÊNCIA NO COMPORTAMENTO GEOTÉCNICO Curva de Resistência, compactação e índice de vazios (Fonte: Internet) * * CALCULO DE ENERGIA DE COMPACTAÇÃO * * COMENTÁRIOS FINAIS Escolher o equipamento em função do solo e finalidade da obra. Definir a energia de compactação e teor de umidade em função das condições de deformabilidade esperadas na vida útil do aterro. A metodologia do laboratório deve se aproximar da do campo. Em pavimentos, a espessura da camada a ser compactada deve ser a menor possível. Em solos com concreções (solos tropicais) o umedecimento deveria ser feito na véspera da compactação. * Ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia O ensaio de CBR (“California Bearing Ratio”) consiste na determinação da relação entre a resistência à penetração de uma amostra do solo compactado e saturado, expressa em porcentagem, e a resistência à penetração de uma amostra de brita graduada, adotada como padrão de referência. Este ensaio foi desenvolvido pelo Departamento de Estradas de Rodagem da Califórnia (EUA) como critério de avaliação da resistência dos solos utilizados na base, sub-base e subleito de pavimentos rodoviários, daí o parâmetro CBR ser designado também como ISC - Índice de Suporte Califórnia. O ensaio é padronizado no Brasil pela norma ABNT 9895 e pela norma DNER M 48-64. * * Ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia FASE I: Compactação dos Corpos de Prova conjunto de 5 ensaios medidas de d e w para cada amostra obtenção da curva de compactação * * Ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia FASE II: Obtenção da Curva de Expansão Expansão: definida pela relação (expressa em %) do acréscimo de altura dos CP’s compactados após imersão por 4 dias, em relação às respectivas alturas iniciais. Aplicação de sobrecarga correspondente ao peso do pavimento Valores admissíveis: 1 a 3% em obras rodoviárias * * Ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia FASE III: Obtenção da Resistência à Penetração CBR velocidade do ensaio: 1,27 mm/minuto leituras das cargas para as penetrações: 0,63; 1,27; 1,90; 2,54; 3,17; 3,81; 4,44, 5,08; 6,35; 7,62; 8,89; 10,16; 11,43 e 12,70 mm * * Ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia Curva cargas x penetrações Correção da curva no caso da mesma apresentar ponto de inflexão (deslocamento c da curva) * * Ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia Determinação do Valor do CBR determina-se o maior valor das leituras de cargas lidas (curvas sem correção) ou corrigidas (curvas com correção) correspondentes às penetrações de 2,54mm e 5,08mm (geralmente será o valor correspondente à leitura de 5,08mm) compara-se o valor desta leitura com a leitura padrão, obtida para as respectivas penetrações, da brita graduada de alta qualidade e CBR = 100% o valor do CBR (ou ISC) é dado por: * * Ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia Resultados do Ensaio * * Ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia Correlações com a Classificação HRB * * * * EXERCÍCIO * * * * * * * * * * * * * * * * *
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