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Tema 02 03 Compactacao dos Solos CBR udf geotecnia 2 (1)

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Compactação dos Solos
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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.
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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.
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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, 
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UTILIZAÇÃO
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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.
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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
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ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
Padronizado pela ABNT (NBR 7182/86)
Ensaio Proctor Normal 
Ensaio Proctor Modificado 
Ensaio Proctor Intermediário
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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)
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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.
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ETAPAS DO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
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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; 
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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:
 
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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.
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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
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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
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Rolo pé-de-carneiro em operação
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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
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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
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- 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
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Soquete manual
Sapo
COMPACTADOR 
A PERCUSSÃO
DINÂMICA – IMPACTO
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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
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ROLOS 
VIBRATÓRIOS
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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”.
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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.
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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;
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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).
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Obs.:
O aumento de energia aumenta a tendência à dispersão.
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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.
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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.
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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.
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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. 
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CONTROLE DE COMPACTAÇÃO
Controle da umidade:
Speedy;
Método da Frigideira
Método do Álcool;
Estufa;
Forno microondas;
		
Speedy
Estufa
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ENSAIOS ESPECIAIS
Densímetro Nuclear
Pode medir o grau de compactação e o teor de umidade do solo
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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.
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CONTROLE DE COMPACTAÇÃO
Grau de Compactação
Conceitualmente seria mais correto empregar o índice de Compacidade (IC):
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FATORES QUE INFLUENCIAM A COMPACTAÇÃO
Tipo de Solo
Resistência dos grãos;
Granulometria
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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
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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.
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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 
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INFLUÊNCIA NO COMPORTAMENTO GEOTÉCNICO
			Curva de Resistência, compactação e índice de vazios (Fonte: Internet)
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CALCULO DE ENERGIA DE COMPACTAÇÃO
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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)
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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:
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Ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia
Resultados do Ensaio
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Ensaio CBR ou Índice de Suporte Califórnia
Correlações com a Classificação HRB
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EXERCÍCIO
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