MECÂNICA DOS SOLOS COMPACTAÇÃO, EMPOLAMENTO E CONTRAÇÃO

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MECÂNICA DOS SOLOS E GEOLOGIAMECÂNICA DOS SOLOS E GEOLOGIA
Professor: Euder de Souza Marques
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Email: euder.marques@hotmail.com
COMPACTAÇÃOCOMPACTAÇÃO
8. COMPACTAÇÃO
‰ COMPACTAÇÃO DO SOLO: processo manual ou mecânico que visa reduzir o volume de vazios
d l i t i tê i â i t d i tá ldo solo e, assim, aumentar sua resistência mecânica, tornando-o mais estável;
‰ É um método de estabilização de solos que se dá por aplicação de alguma forma de energia
mecânica (compressão estática, impacto, vibração ou amassamento) por equipamentos( p p ç ) p q p
específicos;
‰ Seu efeito confere ao solo:
9 Aumento de seu peso específico aparente seco (Ɣs);
9 Aumento da resistência à compressão;
9 Aumento da tensão admissível;;
9 Aumento da resistência ao cisalhamento;
9 Redução da permeabilidade.
8. COMPACTAÇÃO
‰ O aumento do peso específico aparente seco de um solo (Ɣs), produzido pela compactação,
d ddepende :
9 Da energia de compactação dispendida (equipamentos específicos);
9 Do teor de umidade (a água funciona como lubrificante, permitindo o escorregamento entre as
partículas);
‰ Observar que na compactação há expulsão de ar e não da água;
‰ A constituição de um solo determina o melhor método de compactação a ser utilizado. Há 03 grupos
básicos de solo:
9 Coesivos (siltes e argilas);( g )
9 Granulares (areias e pedregulhos);
9 Orgânico (este solo não é adequado para aplicação na engenharia civil e não será discutido aqui).
8. COMPACTAÇÃO
8. COMPACTAÇÃO
‰ Compactação de solos coesivos (siltes e argilas):
ƒ A energia de compactação poderá ser menor, pois o atrito entre as partículas é menor.
‰ Compactação de solos granulares (areias e pedregulhos):
ƒ A energia de compactação deverá ser maior para vencer o forte atrito entre as partículas.
‰ Apenas no TEOR DE UMIDADE ÓTIMA (h ) se atinge o PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO‰ Apenas no TEOR DE UMIDADE ÓTIMA (hót.) se atinge o PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO
MÁXIMO (Ɣsmáx.) que corresponde à maior resistência do solo:
ƒ Se a umidade do solo estiver abaixo da ótima no momento da compactação, a água presente não
será suficiente para promover a correta “lubrificação” entre as partículas, ocasionando uma
acomodação incompleta e deficiente, tendo como consequência um “Ɣs baixo”;
ƒ Se a umidade do solo estiver acima da ótima no momento da compactação, o excesso de água
presente ocupará os vazios que as partículas de solo deveriam ocupar, ocasionando também uma
acomodação incompleta e deficiente, tendo como consequência um “Ɣs baixo”.
8. COMPACTAÇÃO
‰ ENERGIA DE COMPACTAÇÃO: criada pelo Engenheiro norte-americano RALPH PROCTOR emÇ p g
1933, daí os ensaios recebem seu nome (PROCTOR);
‰ O ensaio PROCTOR simula em laboratório a energia de compactação a ser aplicada para se obter
de uma amostra de solo o PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO MÁXIMO (Ɣsmáx.) em função de
um TEOR DE UMIDADE ÓTIMA (hót.)
‰ No Brasil este ensaio é padronizado pela NBR-7182;‰ No Brasil este ensaio é padronizado pela NBR 7182;
NORMAS\NBR 7182_1986.pdf
8. COMPACTAÇÃO
‰ O PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO MÁXIMO (Ɣsmáx ) e TEOR DE UMIDADE ÓTIMA (hót )(Ɣ máx.) ( ót.)
são obtidos traçando-se a curva de compactação do solo, em que este solo é ensaiado com 05
teores de umidade distintas.
8. COMPACTAÇÃO
‰ ENSAIO DE COMPACTAÇÃOÇ
8. COMPACTAÇÃO
• Energia de compactação (EC) é aplicada em laboratório de forma que simule a situação de campog p ç ( ) p q ç p
(conforme NBR-7182:1986):
8. COMPACTAÇÃO ‰ Não existe uma regra específica para
se determinar qual energia deg
compactação deve ser adotada pelo
tipo de solo, porém, a prática mais
adotada é a seguinte:adotada é a seguinte:
ƒ Argilas e siltes: adota-se a energia
Proctor normal, pois, por se tratar
de solos com menor atrito entre as
partículas, sua acomodação se dá
por cargas menores;
ƒ Areias: adota-se a energia Proctor
intermediário, pois, por se tratar de
solos com médio atrito entre as
partículas, sua acomodação se dá
por cargas intermediárias;
ƒ Pedregulho: adota-se a energiaPedregulho: adota se a energia
Proctor modificado, pois, por se
tratar de solos com forte atrito
entre as partículas suaentre as partículas, sua
acomodação se dá por cargas
elevadas.
8. COMPACTAÇÃO
• PROCESSOS DE COMPACTAÇÃO:Ç
9 COMPRESSÃO ESTÁTICA e AMASSAMENTO: A
compactação acontece quando as forças aplicadas
t d t l d li ã d tí lrompem o estado natural de ligação das partículas,
que mudam para uma posição mais estável dentro do
material.
9 IMPACTO: Cria uma força de compactação muito
maior que uma carga estática equivalente. Isto
acontece porque o peso em queda transforma a sua
velocidade em energia quando do impacto, gerando
uma onda de pressão para dentro do solo.
8. COMPACTAÇÃO
9 VIBRAÇÃO: É a mais complexa força de
compactação. As máquinas vibratórias produzem uma
rápida sequência de ondas de pressão que se
espalham em todas as direções.
8. COMPACTAÇÃO
‰ PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃOÇ
™ ROLO PÉ DE CARNEIRO VIBRATÓRIO
9 Indicado para solos coesivos (argilas e siltes)
‰ Processos de compactação (quando vibratório):
9 Compressão estática e amassamento
9 Vibração
VÍDEOS\ROLO COMPACTADOR.wmv
8. COMPACTAÇÃO
‰ PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃOÇ
™ ROLO LISO VIBRATÓRIO
9 Indicado para solos granulares (areias e pedregulhos)
• Processos de compactação (quando vibratório):p ç (q )
9 Compressão estática e amassamento
9 Vibração
VÍDEOS\ROLO LISO.wmv
8. COMPACTAÇÃO
‰ PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃOÇ
™ COMPACTADORES MANUAIS
9 Indicados para solos coesivos ou granulares misturados com coesivos
• Processo de compactação:p ç
9 Impacto
vídeos compactação\COMPACTADOR MANUAL.wmv
8. COMPACTAÇÃO
‰ PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃOÇ
‰ PLACAS VIBRATÓRIAS
9 Indicados para solos granulares e pavimentação asfáltica
• Processo de compactação:p ç
9 Vibração
9 Amassamento
VÍDEOS\PLACA VIBRATÓRIA_1.wmv
VÍDEOS\PLACA VIBRATÓRIA_2.wmv
8. COMPACTAÇÃO
• NÚMERO DE CICLOS DE PASSADAS DOS ROLOS COMPACTADORES:NÚMERO DE CICLOS DE PASSADAS DOS ROLOS COMPACTADORES:
9 Não existe uma regra, geralmente entre 6 e 12 ciclos (ida e volta), para se obter o grau de
compactação desejado.
• ESPESSURA DA CAMADAA SER COMPACTADA (ESPECIFICAÇÕES DNIT):
9 ESPESSURA MÍNIMA: 15 a 20 cm de solo solto para 10 cm de solo compactado. A espessura
ã d i f i i d i l fi iê i ãnão pode ser inferior pois desagrega o material sem eficiência na compactação;
9 ESPESSURA MÁXIMA: 25 a 30 cm de solo solto para 20 cm de solo compactado. A
espessura não pode ser maior pois a energia de compactação não atinge as camadas mais
profundas. Se a espessura for maior, teremos uma camada compactada por cima e outra solta
por baixo (capacidade de carga deficiente).
• GRAU DE COMPACTAÇÃO (%):GRAU DE COMPACTAÇÃO (%):
8. COMPACTAÇÃO
• CONTROLE DE COMPACTAÇÃO:• CONTROLE DE COMPACTAÇÃO:
9 01 ensaio para cada 100 m de pista, por camada, determinada pelos métodos DNER-ME
092/94 ou DNER-ME 036/94, em locais escolhidos aleatoriamente. Para pistas de extensão
limitada, com áreas de, no máximo, 4000 m², deverão ser feitas pelo menos 5 determinações
por camada, para o cálculo do grau de compactação (GC).
9 Não serão aceitos valores de grau de compactação inferiores a 100% em relação à massa
específica aparente seca máxima obtida no laboratório;
• Valores diferentes do DNITT são tolerados, mas o engenheiro responsável pelo projeto deveValores diferentes do DNITT são tolerados, mas o engenheiro responsável pelo projeto deve
determiná-los. Os valores mínimos mais usuais são:
¾ Subleito de solos coesivos: 95% do PN;
¾ Subleito de solos granulares: 100% do PNou 95% do PI;
¾ Bases de solos granulares: 100% do PI ou 100% do PM.
8. COMPACTAÇÃO
• DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO NO CAMPO:Ç
• Métodos mais utilizados para determinação do Teor de umidade (h) no campo:
9 Método da frigideira (conforme DNER): A amostra de solo é “fritada” numa frigideira aquecida
por um fogareiro a álcool, onde a água evapora.
9 Método do aparelho SPEEDY: Frasco preenchido com carbureto de cálcio (reagente). A
amostra de solo é inserida em seu interior e misturada com o reagente que evapora a água.
8. COMPACTAÇÃO
• Método utilizado para determinação do Peso específico aparente seco na obra (Ɣscampo):p ç p p (Ɣ campo)
9 Cone ou frasco de areia conforme NBR-7185
• Sabemos que
• Sabemos que
• Para determinar Vt: Escava-se um furo diâmetro
15 cm por 15 cm de profundidade na camada de15 cm por 15 cm de profundidade na camada de
solo compactada. O volume exato do furo é
determinado pelo seu enchimento com areia seca
proveniente do CONE DE AREIA, cujo “Ɣnat” já foi
determinado em laboratório conforme NBR-7185;
•Para determinar “Pt”: Pesa-se a amostra de solo•Para determinar Pt : Pesa-se a amostra de solo
retirada do furo;
•Para determinar “h”: Utiliza-se os métodos já
descritos (frigideira ou SPEEDY).
NORMAS\NBR 7185.pdf
8. COMPACTAÇÃO
• Procedimento executivo:Procedimento executivo:
1. Escarificação do material quando o terreno for existente;
2 T l t d id ( f l õ d j t )2. Terraplanagem e acerto do greide (conforme elevações de projeto)
8. COMPACTAÇÃO
• Procedimento executivo:Procedimento executivo:
3. Correção da umidade e homogeneização do solo;
4 C t ã i t l t ló i4. Compactação com rigoroso controle tecnológico.
8. COMPACTAÇÃO
• Procedimento executivo:Procedimento executivo:
5. Imprimação betuminosa quando o solo for ficar muito tempo exposto ao ambiente,
como forma de evitar a perda de umidade e compactação.p p ç
8. COMPACTAÇÃO
• Procedimento executivo:Procedimento executivo:
5. Exemplo de barragem de um aterro industrial
vídeos compactação\PROCEDIMENTO COMPACTAÇÃO.wmv
EMPOLAMENTO 
E 
CONTRAÇÃOCONTRAÇÃO
9. EMPOLAMENTO E CONTRAÇÃO DO SOLO
‰ EMPOLAMENTO: Fenômeno físico em que os solos ou rochas quando escavados experimentamq q p
uma expansão volumétrica em relação ao seu estado natural, não sendo o aumento do volume dos
grãos, mas do volume de vazios;
™ Fundamental a sua determinação em serviços de terraplanagem, principalmente quanto ao
transporte do solo ou rocha escavados;
™ Para efeito de cálculo do Empolamento, devemos considerar:
¾ SOLO NATURAL: em sua condição original antes de ser escavado;
¾ SOLO SOLTO: após ser escavado, com o percentual de Empolamento, que será sua
condição de transporte.
9. EMPOLAMENTO E CONTRAÇÃO DO SOLO
‰ CONTRAÇÃO: Fenômeno físico em que os solos ou rochas quando compactados experimentamÇ q q p p
uma contração volumétrica em relação ao seu estado solto e, às vezes natural, não sendo do
volume dos grãos, mas do volume de vazios;
™ NOTA IMPORTANTE: O solo apresentará contração volumétrica se a energia de compactação
for suficiente para aumentar seu Ɣs quando comparado ao estado em que ele se encontrava
no estado natural.
™ Também fundamental a sua determinação em serviços de terraplanagem;
™ Para efeito de cálculo do Empolamento, devemos considerar:
¾ SOLO COMPACTADO: após a execução de aterros compactados (barragens, fundações,
rodovias, etc), com rigoroso controle tecnológico de compactação (Ex: Proctor).
9. EMPOLAMENTO E CONTRAÇÃO DO SOLO
‰ TEMOS AINDA QUE:
9. EMPOLAMENTO E CONTRAÇÃO DO SOLO
EMPOLAMENTO ESTIMADO DE ALGUNS TIPOS DE SOLOS
SOLO EMPOLAMENTO ESTIMADO (%)
Argila Natural 21,0
Argila Seca 25,0
Argila Molhada 25,0
Terra úmida 26,0
Terra seca 26,0
Arenito 69,0
Areia Seca solta 13 0Areia Seca solta 13,0
Areia Molhada 13,0
Pedra Britada 66,0ed a tada 66,0
Terra úmida 50% rocha 50% 33,0
Pedras soltas Ø até 20 cm 100,0
9. EMPOLAMENTO E CONTRAÇÃO DO SOLO
‰ CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS SEGUNDO A DIFICULDADE DE DESMONTE:Ç