7 compactacao

Prévia do material em texto

DISCIPLINA 6CIV009
MECÂNICA DOS SOLOS 
TEMA DA AULA
COMPACTAÇÃO
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
n Compactação: aplicação de uma energia mecânica 
ou manual no solo com conseqüente redução dos 
vazios devido a expulsão de ar dos seus vazios
n Objetivo principal é melhorar as características 
mecânicas do solo:
1. Diminuir permeabilidade
2. Diminuir deformação (recalques)
3. Aumentar a resistência do solo
Principais aplicações
nAterros de barragens (material de 
construção,estruturação de solo, 
estanqueidade e estabilidade)
nPavimento rodoviários (estabilidade, 
ausência de recalques)
nMelhoria da capacidade de suporte de solos 
superficiais
Barragens
Rodovia-Pavimentos
Compactação do solo
A eficiência da compactação depende do tipo e 
estado (w) do solo, antes da compactação, e da 
energia aplicada durante o processo 
Compactação do solos: 
compressão do solo não saturado
redução do volume
aumento da sua densidade
Compactação
n Definição
n Ação mecânica por 
meio da qual se 
impõe ao solo uma 
redução de seu 
índice de vazios 
(Vv/Vs)
n Similaridade com 
Adensamento 
quanto à redução 
de vazios
Tipos de compactação
nestática
ncompressão (rolo liso)
namassamento (rolo pé de carneiro)
ndinâmica
nimpacto
nvibratória
Teoria da compactação
n Proctor, 1933
n Compactação (função de 4 variáveis):
ndensidade seca, γd
n teor de umidade, w
nenergia (incluído método de 
compactação, no. de passadas)
n tipo de solo (granulometria, presença 
de argilo-minerais)
Curva de compactação típica
construída em laboratório (curva de Proctor)
n Curva:relação γd x w
n Explicação do ramo seco
n água livre
n absorção de 
energia
n substituição de 
partícula por água 
(deslocamento)
n poro pressão 
positivas --> 
diminuindo 
resistência
(Densidade máx. seca; Wótima)
Curva de saturação
Ensaio de compactação
n Proctor
n Normalização: ensaio de Proctor normal
n AASHO Standard (EUA) T99
n DNER M47, ABNT 7182 (6457/ prep. de 
amostra)
Ensaio de compactação
n Princípio
n O ensaio consiste em se compactar uma porção de solo 
em um cilindro de 1000 cm3 de volume, com um 
soquete de 2,5 kg, caindo em queda livre de uma altura 
de 30 cm.
Equipamento de compactação em laboratório
Equipamento de compactação de 
laboratório
n Solo para ensaio
n com reuso
nmesma porção de solo é destorroada e 
homogeneizada após cada operação de 
compactação
n sem reuso
namostras iguais com mesmo teor de 
umidade inicial
n Observação
ndiferença principal nos resultados ocorre 
para solos argilosos.
Solo para ensaio
n Ajuste de Teor de umidade
Vw = Mw = M . (w2 –w1)
1 +w1
n Quantidade de solo em cada cilindro
M = Vc.γ.GC
n Procedimento de ensaio
n 3 camadas (espessuras finais iguais)
n 25 golpes por camada (distribuídas)
n escarificação após compactação de cada 
camada
n arrasamento da 3a. camada tendo as 
bordas do cilindro com guia (sem colar)
n Procedimento de ensaio (cont)
n após a compactação
nanotação da massa de solo compactado que 
preenche o cilindro
n retirada de 3 cápsulas de solo para determinação 
de umidade
n novos pontos
nadicionar água ao solo suficiente para elevar de 
2% em relação ao ponto anterior
n repetir o procedimento de compactação
nexecutar 4 a 5 pontos: 2 abaixo, 2 acima da 
ótima.
Corpos de prova compactados
nCálculos
 
V
Mρ )1( =
 
w1
ρρ )2( d +
=
W = Mw/Ms
n Representação
n com os pares (γd, w), traça-se a curva 
γd x w e determina-se γdmáx e wót
né costume traçar-se curvas de 
saturação
Cálculo para curvas de saturação e acréscimo 
de umidade
 
S
ρ
ρw
Sρρ 
s
w
w
d
×+
×
=
onde:onde:
ww11 = umidade do ponto 1= umidade do ponto 1
ww22 = umidade do ponto 2 (sendo w= umidade do ponto 2 (sendo w22 > w> w11))
M = massa total do ponto 1M = massa total do ponto 1
DDMMww = acr= acrééscimo de scimo de ááguagua
 )(
1
ΔM 12
1
1
w
s
ww
w
M
-×
+
=
Curvas de saturação
Energia de compactação
E (kgf·cm/cm3)
Diferença com o adensamento
nquanto ao meio
nadensamento --> expulsão de água
ncompactação --> expulsão de ar 
nquanto ao tempo
nadensamento --> lento
ncompactação --> rápido
Influência da compactação na estrutura do solo
n ramo seco
n pouca água, 
predominância de forças 
de atração --> estrutura 
floculada
n ramo úmido
n muita água, 
predominância de forças 
de repulsão --> 
estrutura dispersa 
(orientada)
n aumento de energia --> 
aumenta a tendência à 
dispersão
n influência do método de 
compactação
Influência do tipo de solo na curva de 
compactação
Efeito na curva de compactação das energias de 
compactação: normal, intermediária e modificada
n Propriedades do solo compactado
n permeabilidade
n k¯ --> w­
n kmín » wót
n compressibilidade
n função do nível de tensões
nbaixas tensões 
n solos compactados no ramo úmido são 
mais compressíveis que os compactados 
no ramo seco
n tensões mais elevadas
n vale o oposto
Propriedades do solo compactado
n Inchamento e contração
n Solos compactados no ramo seco são mais 
sensíveis às mudanças ambientais 
(absorção de água --> expansão)
Propriedades do solo compactado
n Resistência
n regra geral:
nas amostras compactadas no ramo seco
têm resistências superiores àquelas 
compactadas no ramo úmido
n a resistência no ramo úmido sofre
influência do método de compactação 
devido às diferenças de estrutura 
induzidas por esses métodos.
Equipamento e compactação
Equipamentos pequenos de compactação
Rolo pé de carneiro
npatas longas
ncompactação de baixo para cima
ndesnecessário preparar superfície para 
nova camada
nbaixa velocidade --> baixa produtividade
nsempre que possível são substituídos por 
outros equipamentos de maior produção
nadequados para solos coesivos
Rolo Liso
- cilindro oco de aço, podendo ser preenchido por areia úmida ou 
água. 
-usados em bases de estradas, em capeamentos 
- indicados para solos arenosos, pedregulhos e pedra britada, 
lançados em espessuras inferiores a 15cm.
- compacta bem camadas finas de 5 a 15cm com 4 a 5 passadas
possuem pesos de 1 a 20t 
- freqüentemente são utilizados para o acabamento superficial das 
camadas compactadas. 
- compactação de solos finos utilizam-se rolos com três rodas com 
pesos em torno de 7t para materiais de baixa plasticidade e 10t, 
para materiais de alta plasticidade
- desvantagens como, pequena área de contato e em solos mole 
afunda demasiadamente dificultando a tração.
Rolo liso
n Rolos tipo “tamping”e de pneus
n são os mais utilizados atualmente
n compactação de cima para baixo
n pressões mais elevadas
n camadas de pequena espessura (20 a 
30 cm)
n tratamento de superfície 
(umidecimento e gradeamento)
n Rolos lisos vibratórios
n principal uso em solos muito arenosos
n espessura máxima da camada 15 cm
Equipamentos de compactação
Equipamentos para ajustar o teor de umidade do 
solos em campo para a compactação
Caminhão pipa: aumentar a 
umidade
Aeradores: baixar a umidade
ESCOLHA DOS EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃO
n a) Solos Coesivos
n Nos solos coesivos há uma parcela preponderante de partículas finas e muito finas 
(silte e argila), nas quais as forças de coesão desempenham papel muito 
importante, sendo indicado a utilização de rolos pé-de-carneiro e os rolos 
conjugados.
n Solos Granulares
n Nos solos granulares há pouca ou nenhuma coesão entre os grãos existindo, 
entretanto atrito interno entre os grãos existindo, entretanto atrito interno entre 
eles, sendo indicado a utilizaçãorolo liso vibratório.
n Mistura de Solos
n Nos solos misturados encontra-se materiais coesivos e granulares em porções 
diversas, não apresenta característica típica nem de solo coesivo nem de solo 
granular, sendo indicado a utilização de pé-de-carneiro vibratório.
n Mistura de argila, silte e areia
n Rolo pneumático com rodas oscilantes.
n Qualquer tipo de solo
n Rolo pneumático pesado, com pneus de grande diâmetro e largura.
Execução de Aterros Compactados e 
Controle de Compactação
n Objetivos
n condições do aterro
n gd
nw
n propriedades do solo compactado
n resistência
n compressibilidade
npermeabilidade
n inchamento / contração
n Especificações
n intervalo de umidade
nwót - Dw1 < w < wót + Dw2
n grau de compactação
nGC ³ GCmín
nGCmín < GC < GCmáx
n espessura da camada compactada ou 
lançada
n tratamento da superfície acabada para 
recebimento de nova camada
n equipamento --> o projetista sugere
Controle de Compactação
nqualidade do produto comparada com um 
padrão
nverificação dos parâmetros GC 
(superiores a 95% mais comum) e Dw (±
2% mais comum)
navaliação num curto espaço de tempo 
(liberação da camada)
nSe a camada não atender as 
especificações do projeto o solo deverá 
ser revolvido e compactado novamente
n Determinações
n densidade natural (camada compactada do 
aterro)
n método da cravação do cilindro biselado
n método do frasco de areia
n método da balança hidrostática (laboratório)
n teor de umidade (camada compactada do aterro)
n “speed test”
n frigideira
n infravermelho (40 a 50’)
n método Hilf
Controle de compactação em campo
n Método de Hilf (1957)
n objetivo
n desvio de umidade
n grau de compactação
n procedimento
n determina-se a densidade natural (cravação do 
cilindro)
n obtém-se » 15 kg de amostra
n executam-se 4 cp’s com energia do Proctor normal, 
um com umidade natural do aterro e outros 
acrescentando ou tirando quantidades conhecidas de 
água
n cálculos e determinações: ábacos ou fórmulas
n Controle de compactação de areias
n determinação da densidade (compacidade) 
relativa
n onde : emáx, emín obtidos em ensaios de 
densidades limites (ASTM D2049/69)
n especificações comuns para areias
n DR = 65 ou 70 %
máxmín
máxaterrod
mínmáx
aterromáx
ee
eeCRDR
gg
gg
11
11
,
-
-
=
-
-
==
Caso de obra
n Problemas na compactação
n solos muito argilosos
ndificuldades de secagem
ndificuldades de homogeneização
n compactação de solos muito úmidos
n “borrachudos”
nequipamento afunda
nempolamento lateral
n volta parcialmente à situação inicial (elástico)
n Solos muito úmidos, argilosos ... (cont.)
n soluções
naeração nas áreas de empréstimo 
(escarificação e gradeamento)
ndrenagem (NA alto) com valetas e 
trincheiras
nproteção de superfície (lonas, camada 
asfáltica, compactação)
nsecamento artificial (secagem em 
usina)
n Solos muito secos
n desfazem com facilidade
n correção de umidade
n irrigação (aspersão) na praça (gradeamento)
n irrigação (aspersão) na área de empréstimo
n irrigação por submersão
n selamento da superfície
n rolo liso ou de pneus
n inclinação da praça
EXERCÍCIO 12.5 – Calcular o ensaio de compactação efetuado na energia Proctor 
Normal cujos valores dados vêm a seguir. Traçar a curva de compactação e a curva 
de saturação (Sr = 100%), determinando wótm e gdmáx. 
 
Dados: 
 
Cilindro Solo 
n0 07 M = 2385 g V = 1000 cm3 gs = 2,67 g/cm3 
 
 
Ensaio Proctor Normal 
 
Determinação 1 2 3 4 5 
M solo úmido + cilindro (g) 4250 4340 4465 4450 4375 
M solo úmido (g) 1865 1955 2085 2070 1995 
g natural (g/cm3) 
Cápsula n0 55 32 41 21 33 
M solo úmido + cápsula (g) 89,86 82,02 88,66 84,35 89,37 
M solo seco + cápsula (g) 84,30 76,68 81,84 77,54 81,07 
M cápsula (g) 38,30 38,02 38,74 38,85 38,51 
w (%) 
gd (g/cm3) 
Resp. gdmáx = 1,81 g / cm3 
 Wot = 16% 
Exercício
Exercício
EXERCÍCIO 12.6 – Os seguintes valores de w e gd foram obtidos em ensaios de 
compactação empregando as energias normal e modificada. Quais variações ocorrem 
nos valores de wótm e gdmáx ao alterar as energias de compactação? 
 
Pares w e gd 
Determinação 1 2 3 4 5 
Normal 1,780 7,41 1,897 8,71 1,998 10,25 1,990 11,70 1,919 13,2
Modificada 1,957 6,42 2,097 7,96 2,123 9,46 2,041 10,95 1,957 12,57
 
Resp. Dgmáx = 0,13 g /cm3 e DWot = -1,7% 
Exercícios
EXERCÍCIO 12.7 – Um solo compactado em laboratório apresentou os seguintes 
parâmetros wótm = 15% e gdmáx = 1,74 g/cm3. Na construção de um aterro, o mesmo 
solo foi compactado segundo as especificações GC = 96%, w = -2% e gs = 
2,86g/cm3. Calcular: 
a) a relação entre o índice de vazios do ensaio e do campo. 
b) o grau de saturação do aterro compactado. 
Resp. a) e ensaio / e campo = 0,88 e b) Sr aterro compactado = 58% 
 
 
EXERCÍCIO 12.8 – Especificar um ensaio de compactação para uma energia de 
12,7 kgf/cm3, empregando o equipamento do Proctor Normal 
Resp. N = 56 golpes 
 
Exercício
EXERCÍCIO 12.9 – O solo do exercício 5 foi utilizado num aterro para o qual se 
especificou GC >98% e Dw = ± 1%. No controle de compactação desse aterro 
obteve-se: 
 
Ponto 1 2 3 4 5 
gd (g/cm3) 1,78 1,80 1,79 1,79 1,80 
w (%) 11,5 13,0 12,6 12,6 12,8 
 
Quais implicações poderiam haver da aceitação desse aterro? 
Determinado ensaio de compactação forneceu os seguintes 
pontos :
h (%) - 9,80 12,60 15,60 18,10 22,40
γd (g/cm3) - 1,59 1,88 1,85 1,75 1,56
Calcular a umidade ótima e o γd.
Para uma amostra deste material, quando compactada no 
campo,obtivemos, através do frasco de areia, que para um 
volume de 997,0 cm3 a amostra retirada pesou 2.045,0g. 
Para determinação da umidade temos :
solo + tara + água : 42,735g
solo + tara : 38,670g
tara : 11,135g
Qual o grau de compactação e o desvio de umidade desta 
amostra ?
Trabalho e Temas
n Barragens
n Estradas
n Aeroportos
n Edificações
n Reservatório
n Pontes
n Muros de arrimo ou contenção
n Compactação para apoio de fundações
Especificações
(dados de compactação de laboratório, energia de compactação, números 
de passadas, altura de camada inicial e final, equipamentos, velocidade de 
passadas, controle de compactação, custos da fase de compactação)