Compactação de Solos

Prévia do material em texto

Compactação
O que é?
PROCESSO MECÂNICO PELO QUAL SE PROCURA POR APLICAÇÃO DE PESO OU APILOAMENTO AUMENTAR A DENSIDADE APARENTE DOS SOLOS, SENDO QUE COM O AUMENTO DESSA DENSIDADE APARENTE HÁ UM GANHO DE RESISTÊNCIA DO SOLO MELHORANDO ASSIM A ESTABILIDADE DOS ATERROS E CAMADAS DO PAVIMENTO.
Ensaio de Compactação
Introdução Teórica
Proctor desenvolveu um ensaio dinâmico para a determinação experimental da curva de compactação (massa específica aparente seca versus teor
de umidade).
 
Curva de Compactação
Ensaio de Compactação
Na figura anterior no ponto de inflexão da curva determinamos o teor de umidade hot que representa que se um solo for compactado com a energia do ensaio, nesse teor de umidade ele apresentará a massa específica aparente seca máxima. 
O ramo ascendente da curva é chamado de ramo seco e o descendente de ramo úmido.
 
Ensaio de Compactação
No ramo ascendente a água lubrifica as partículas de solo e facilita o arranjo destas ocorrendo por esta razão o acréscimo da massa específica aparente seca. 
No ramo descendente a água amortiza a compactação começando a ter mais água do que sólidos, sendo por esta razão que a massa específica aparente seca decresce. 
Ensaio de Compactação
A densidade seca máxima e o teor de umidade ótimo não são índices físicos do solo. Dependem da energia de compactação, que pode ser defina como:
EC = M.H.Ng.Nc , onde
V
M= massa do soquete;
H= altura de queda do soquete;
Ng= número de golpes por camada;
Nc= número de camadas;
V= volume do solo compactado
Ensaio de Compactação
O Ensaio Proctor é normalizado pelo método de ensaio NBR 7182, sendo que as energias especificadas na norma são: normal, intermediária e modificada, variando-se para isto as dimensões do molde e do soquete, número de camadas e golpes.
Ensaio de Compactação
Para uma mesma energia de compactação, solos de granulometria diferente apresentam valores de teor de umidade ótimos e massa específica aparente seca máxima na ordem de grandeza da tabela abaixo:
Ensaio de Compactação
Curvas de compactação de solos diferentes compactados com mesma energia.
Ensaio de Compactação
Já para um mesmo solo, realizando a compactação com energias diferentes teremos a seguinte figura:
S
Ensaio de Compactação
Na figura abaixo pode se verificar a preparação da amostra para o ensaio de compactação. Inicialmente a amostra é seca ao ar sobre uma lona, após isto é destorroada e armazenada em caixas.
Ensaio de Compactação
Prepara-se 5 pontos com teores de umidades diferentes adicionando água a amostra seca para se obter o ponto com um determinado teor de umidade, mistura-se a amostra homogeneizando-a.
Ensaio de Compactação
Após a amostra ter sido homogeneizada, é realizada a compactação utilizando-se o molde pequeno ou grande. 
Ensaio de Compactação
O molde é fixado na base com o colarinho, coloca-se o papel filtro, lança-se pequena quantidade de amostra em camadas conforme energia especificada (número de camadas depende da energia especificada), tomando-se o cuidado de escarificar a face superior da camada compactada antes de lançar a próxima camada, para promover a aderência entre ambas. 
Ensaio de Compactação
Após a compactação retira-se a base e o colarinho e rasa-se o corpo de prova que devido a utilização do colarinho possui cerca de 2,0 cm excedentes a altura do molde.
Leva-se o conjunto solo compactado mais molde para ser pesado e retira-se o corpo de prova do molde a fim de tomar-se uma amostra para determinação do teor de umidade.
Ensaio de Compactação
Ensaio de Compactação
Com os resultados obtidos no ensaio de compactação são efetuados os cálculos para:
a) Determinação da massa específica aparente seca:
Ensaio de Compactação
O ensaio fornece os seguintes resultados:
Curva de compactação: é a curva resultante da representação gráfica dos valores do teor de umidade em abscissas, versus os respectivos valores da massa específica aparente seca e deve possuir um formato parabólico;
Valor da massa específica aparente seca máxima com aproximação de 0,01 g/cm3 obtido através da leitura da massa específica aparente seca do ponto de inflexão da curva de compactação; 
Ensaio de Compactação
O ensaio fornece os seguintes resultados:
Valor do teor de umidade ótimo obtido pela leitura do teor de umidade correspondente ao de massa específica aparente seca máxima na curva de compactação com aproximação de 0,1%;
 Características do ensaio: energia de compactação, dimensões do cilindro e processo de execução do ensaio.
Tipos de Compactação
a) Pisoteamento
É uma compactação realizada com o rolo pé de carneiro, cuja massa com os tambores vazios é de 5 a 12 toneladas, podendo ser enchido com lastro de areia úmida aumentando sua massa para 7 até 17 toneladas. Cada tambor possui de 96 a 120 patas, sendo que a pressão máxima dos pés sobre o solo de 10 a 20 MPa. 
Tipos de Compactação
O mecanismo de compactação se dá de baixo para cima em camadas com a espessura menor que a da pata, devendo o solo estar com o teor de umidade próximo ao teor de umidade ótimo (determinado em laboratório), com a finalidade de se obter a massa específica aparente seca máxima. Se o solo estiver com o teor de umidade abaixo do teor ótimo deve-se umedecer a camada e caso contrário deve-se revolver o solo com um escarificador e esperar secar. É principalmente recomendado para solos argilosos e siltosos. 
Tipos de Compactação
A espessura média da camada de solo solto é da ordem de 20 a 25 cm, sendo usual de 8 a 10 passadas, e a velocidade de compactação não ultrapassa 4 km/h. Geralmente quando se interrompe a compactação da camada é usual selar esta camada. Para isto é utilizado o rolo liso procurando dar caimento para as águas pluviais. Antes de se iniciar a compactação da camada selada, deve-se escarificá-la com a finalidade de se obter uma melhor aderência entre as camadas. Percebe-se visualmente que a camada está compactada quando o rolo pé de carneiro não penetra mais no solo.
Compactação – Rolo pé de carneiro
Compactação – Rolo pé de carneiro
Compactação
Compactação
Compactação
b) Impacto
É uma compactação dinâmica. É realizada com um soquete vibratório (sapo), podendo ser a gasolina ou a diesel. Possui massa aproximada de 55 kg sendo possível compactar camadas com profundidade de até 30 cm. Existem soquetes manuais de ar comprimido utilizados para compactar em locais onde é impossível utilizar-se outros compactadores.
Compactação
c) Vibração
Equipamentos que utilizam vibração além do peso próprio. São utilizados para compactar materiais granulares como solos grossos com menos de 12% passando na peneira 0,075 mm (areias, pedregulhos, britas) sendo também adequados para solos com 4 a 8% passando nesta peneira. 
A espessura compactada deve situar-se em torno de 20 cm. O número de passadas está geralmente na faixa de 2 a 4 com uma pressão de 8 kgf/cm2 sendo que sua velocidade chega a 8km/h. 
Compactação
c) Vibração
A vibração é geralmente causada pela ação de dois discos excêntricos movidos por um motor a gasolina. O vibrador pode ser montado sobre um rolo compressor liso ou mesmo sobre o rolo pé de carneiro. O controle da compactação é realizado visualmente efetuando-se passadas suficiente para que não haja abatimento visível da camada além de efetuar o controle tecnológico (grau de compactação e desvio do teor de umidade).
Compactação
d) Estática
Composto por um cilindro de aço oco, podendo ser preenchido com areia ou pedregulho, com a finalidade de aumentar a pressão aplicada. Podem ser apenas de uma roda (rolo), duas em tandem ou em três. São indicados para compactação de pedregulhos, areia, pedra britada, com camadas de espessura de 5 a 15 cm. São utilizados na compactação do capeamento e em camadas de base de estradas.
Compactação
Compactação
d) Estática
Os rolos tipo tandem são utilizados na compactação de bases e subleitos de estradas sendo encontrados com peso de1 a 20 toneladas. Geralmente 4 passadas são suficientes para compactar camadas de 15 a 20 cm de profundidade. Já o rolo de 3 rodas são utilizados para compactar solos finos com peso de 6 a 7 toneladas para material de baixa plasticidade e de 10 toneladas para material de alta plasticidade, sendo 6 passadas suficientes para compactar de 15 a 20 cm de espessura.
Compactação
Rolo Pneumático
Indicados para a compactação de solos de granulação fina arenosa (siltes ou areias finas), capas asfálticas, bases e sub-bases de estradas. É caracterizado pela pressão de área de contato com o solo, que dependem da pressão de enchimento dos pneus. Os pesos operacionais podem ir de 10 a 100 tf com pressões de 5 a 10 atm. Podem compactar espessuras de 30 cm de solo solto. 
Compactação
Rolo Pneumático
Como deixa um acabamento superficial liso, para aumentar a aderência entre uma camada e outra é preciso escarificar a superfície antes de compactar a próxima camada.
O mecanismo de compactação se dá de cima para baixo. É usual dar-se 4 a 6 passadas sendo que sua velocidade situa-se na faixa de 4 a 6 km/h.
Tipos de Compactação
Fases de operação da construção de aterros
DESMATAMENTO (QUANDO FOR O CASO), LIMPEZA DO TERRENO E SUBSTITUIÇÃO DO SOLO NATURAL DO LOCAL SE ESTE FOR INADEQUADO PARA A FUNDAÇÃO DO ATERRO;
DESCARGA DO MATERIAL (PROVENIENTE DE CORTES OU ÁREAS DE EMPRÉSTIMO (JAZIDAS);
ESPALHAMENTO;
UMEDECIMENTO OU AERAÇÃO;
COMPACTAÇÃO DO SOLO;
 ACABAMENTO;
CONTROLE TECNOLÓGICO;
LIBERAÇÃO DA CAMADA.
Equipamentos de operação da construção de aterros
PÁ CARREGADEIRA (ESCAVAÇÃO E CARREGAMENTO DO SOLO);
CAMINHÃO BASCULANTE (CARREGAMENTO E DESPEJO DO SOLO);
MOTONIVELADORA – PATROL (ESPALHAMENTO DO MATERIAL);
CAMINHÃO IRRIGADOR (UMIDADE);
GRADES (HOMOGENEIZAÇÃO DO MATERIAL);
ROLOS COMPACTADORES PÉ DE CARNEIRO:
 VIBRO – COMPACTAÇÃO DE CIMA PARA BAIXO.
 ESTÁTICO – COMPACTAÇÃO DE BAIXO PARA CIMA.
Equipamentos de operação da construção de aterros
ROLO PNEUMÁTICO – SOLOS ARENOSOS (SOLOS ESTABILIZADOS – SOLO-CIMENTO);
ROLO CHAPA (VIBRO) – ACABAMENTO
Todos os equipamentos necessários à execução dos serviços, deverão ser adequados ao tipo de serviço programado, a fim de garantir sua perfeita execução (produtividades, cargas, praças de trabalho, etc.).
Controle da Compactação
 Determinação do esquema de compactação através de aterros experimentais em obras de responsabilidade maior;
 A determinação da massa específica aparente “in situ“ deve ser feita em pelo menos três pontos por camada de aterro (diversos métodos);
 G.C = ʸcampo * 100 95% < GC < 103% 
		 ʸmáx 		
Desvio do teor de umidade ótima. -2% < h < +1% 
Controle da Compactação
Exemplo:
Para execução de um aterro compactado, constituído de solo argilo-siltoso, apresentam-se as seguintes orientações de projeto e resultados de ensaios de campo: 
Orientações de projeto: 
Grau de compactação = G.C. ≥ 98% (do ensaio Proctor Normal – Segundo NBR-7182 “Solo – Ensaio de Compactação”) da ABNT.
Desvio de umidade = Δh = |Δhcampo-Δhót | < 2% (Δhót = umidade ótima do ensaio de Proctor Normal e h = umidade do aterro no período da compactação). 
Controle da Compactação
Exemplo (continuação):
Resultado do Ensaio de Compactação feito no Laboratório: 
ʸmáx= 18,6 kN/m³ ou 1,860 g/cm3 (ʸmáx = massa específica aparente seca máxima.
Δhót = 13,0%
Método do controle de campo – Ensaio Do Frasco de Areia: 
ʸcampo= 18,0 kN/m³ ou 1,800 g/cm3 (ʸmáx = massa específica aparente seca máxima.
Δhcampo = 16,2%
Controle da Compactação
Exemplo (continuação):
G.C = ʸcampo . 100 (%) = 18,0 x 100 (%) = 96,62% 
 ʸmáx 		 18,6 
Δh = |Δhcampo-Δhót | = 16,2 – 13,0 = 3,2%
Nestas condições você como engenheiro liberaria a camada compactada?
Controle da Compactação
- Frasco de areia
Controle da Compactação
- Frasco de areia
Controle da Compactação
- Frasco de areia
Controle da Compactação
- Cilindro de Cravação
Controle da Compactação
- Cilindro de Cravação
Controle da Compactação
Controle da Compactação
Controle da Compactação
Controle da Compactação
Controle da Compactação
Controle da Compactação
Controle da Compactação
Exemplo:
Para execução de um aterro compactado, constituído de solo argilo-siltoso, apresentam-se as seguintes orientações de projeto e resultados de ensaios de campo: 
Orientações de projeto: 
Grau de compactação = G.C. ≥ 98% (do ensaio Proctor Normal – Segundo NBR-7182 “Solo – Ensaio de Compactação”) da ABNT.
Desvio de umidade = Δh = |Δhcampo-Δhót | < 2% (Δhót = umidade ótima do ensaio de Proctor Normal e h = umidade do aterro no período da compactação). 
Controle da Compactação
Exemplo (continuação):
Resultado do Ensaio de Compactação feito no Laboratório: 
ʸmáx= 18,6 kN/m³ ou 1,860 g/cm3 (ʸmáx = massa específica aparente seca máxima.
Δhót = 13,0%
Método do controle de campo – Ensaio Do Frasco de Areia: 
ʸcampo= 18,0 kN/m³ ou 1,800 g/cm3 (ʸmáx = massa específica aparente seca máxima.
Δhcampo = 16,2%
Controle da Compactação
Exemplo (continuação):
G.C = ʸcampo . 100 (%) = 18,0 x 100 (%) = 96,62% 
 ʸmáx 		 18,6 
Δh = |Δhcampo-Δhót | = 16,2 – 13,0 = 3,2%
Nestas condições você como engenheiro liberaria a camada compactada?
Controle da Compactação
Exemplo (continuação):
G.C = ʸcampo . 100 (%) = 18,0 x 100 (%) = 96,62% 
 ʸmáx 		 18,6 
Δh = |Δhcampo-Δhót | = 16,2 – 13,0 = 3,2%
Nestas condições você como engenheiro liberaria a camada compactada?
Controle da Compactação
Densímetro Nuclear;
Densidade: As radiações Gama emitidas pelo dispositivo (isótopo radiativo de césio) são dispersadas pelas partículas do solo e a magnitude dessa dispersão é proporcional a densidade do solo
Umidade: O teor de umidade é obtido pela dispersão de nuetrons emitidos pelo dispositivo (fonte de isótopo de américio ou berílio) pelos atómos de hidrogênio da água.
Desvantagem: necessidade de calibrações constantes.
Controle da Compactação
Controle da Compactação
Controle da Compactação
Controle da Compactação