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Compactação de Solos DEFINIÇÃO: O processo de compactação de um solo pode ser definido, basicamente, como a redução de seu índice de vazios, sob a ação de uma força mecânica. Há reacomodação da sua fase sólida e variação na sua fase gasosa, mas sem perda da fase líquida. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: A compactação de um solo difere do processo de adensamento, que também é um processo de densificação, mas decorre de uma expulsão lenta da água dos vazios do solo. Diferença do processo de adensamento: - Quanto ao meio: - Adensamento expulsão de água - Compactação expulsão de ar - Quanto ao tempo: - Adensamento lento - Compactação rápido COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: A compactação objetiva imprimir ao solo uma homogeneização e melhorias de suas propriedades de engenharia, tais como: aumentar a resistência ao cisalhamento, reduzir os recalques e aumentar a resistência a erosão. Exemplos de obras que empregam solos compactados: - Os aterros compactados, na construção de barragens de terra, de estrada ou na implantação de loteamentos; - O solo de apoio de fundações diretas; - Os retaludamentos de encostas naturais; - Os reaterros de valas escavadas a céu aberto; - Os terreplenos dos muros de arrimo. O tipo de obra e de solo disponível vão ditar o processo de compactação a ser empregado, a umidade em que o solo deve ser compactado e a densidade a ser atingida. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: “As técnicas de compactação evoluíram em face dos problemas de estabilidade e estanqueidade de maciços de barragens e pela imposição da ausência de recalque em pavimentos rodoviários. Nos dias atuais, é também usada como método de melhorar a capacidade dos solos superficiais.” (Bueno e Vilar – 1984) COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Esquema de compactação de solos – (Borgatto, 2017) Objetivos: - Reduzir o volume de vazios; - Aumentar o contato entre os grãos; - Gerar material mais homogêneo; - Aumentar a resistência; - Reduzir a permeabilidade; - Reduzir a compressibilidade. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: A compactação de um solo é sua densificação por meio de equipamentos. Melhorando seu comportamento mecânico e hidráulico. - Processo manual ou mecânico; - Em laboratório ou em campo. e = 𝑉𝑣 𝑉𝑠 Vt=Vv+Vs Antes do processo de compactação Depois do processo de compactação COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: A compactação de um solo é sua densificação por meio de equipamentos. O processo de compactação a ser empregado é definido de acordo com o tipo de obra, assim como a umidade do solo durante o processo e a densidade a ser atingida, tendo como objetivos reduzir futuros recalques, aumentar a rigidez e a resistência do solo, reduzir a permeabilidade, etc, COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Teoria da compactação: - O início da técnica de compactação é creditada ao engenheiro norte- americano Ralph Proctor, em 1933. A compactação é uma função de 4 variáveis: i) Peso específico aparente seco, ɣd; ii) Teor de umidade, w ou h; iii) Energia de compactação (método de compactação e número de passada); iv) Tipo de solo (gradação, mineralogia, química). COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Curva de compactação A curva peso específico seco (ɣd), em função da umidade (h ou w%), tem formato de sino e permite definir um ponto ótimo de compactação. Obtendo-se assim, um peso específico seco máximo (ɣdmáx.), e uma umidade ótima (hot). A quantidade de água, considerada através da umidade, é parâmetro decisivo na compactação, ao lado da energia de compactação. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Curva de compactação No ramo seco da curva, isto é, abaixo da umidade ótima, com a aplicação de uma energia de compactação pré-determinada à medida que se adiciona água, as partículas de solo se aproximam devido ao efeito lubrificante da água. Temos assim um consequente aumento do seu peso especifico seco do solo, ɣd, em razão da eliminação do ar presente nos vazios do solo. * No Brasil o ensaio de Proctor foi padronizado pela ABNT NBR 7182/86. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Curva de compactação No ramo úmido, acima da umidade ótima, a água passa a existir em excesso, o que provoca um afastamento das partículas do solo e consequente diminuição do peso especifico seco do solo, ɣd. A partir de determinado teor de umidade, a água presente nos poros começa a dificultar a saída de ar, mantendo-o o ocluso. * No Brasil o ensaio de Proctor foi padronizado pela ABNT NBR 7182/86. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: FATORES QUE INFLUENCIAM: Tipos de solos Distribuição granulométrica, forma dos grãos, peso específico do grão e quantidade e tipo dos minerais argila. Valores típicos do peso específico máximo e da umidade ótima: - Solos argilosos: De uma maneira geral apresentam densidade seca baixa e umidades otimas elevadas. Wot.= 25 a 30% Ɣdmax.= 14 a 15kN/m³ - Solos siltosos: Valores baixos de Ɣdmax. - Areias com pedregulho bem graduada: Wot.= 9 a 10% Ɣdmax.= 20 a 21kN/m³ - Solos lateríticos: ramo ascendente nitidamente mais íngreme do que os solos residuais . COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: FATORES QUE INFLUENCIAM: Tipos de solos Valores típicos do peso específico máximo e da umidade ótima: A Figura abaixo indica valores típicos do peso específico seco máximo e da umidade ótima de diferentes solos, para energia constante, do ensaio de Proctor. Observa-se que o lugar geométrico dos picos das diversas curvas corresponde, aproximadamente, à linha hiperbólica com grau de saturação entre 80 e 90%. É a linha dos pontos ótimos. Curvas de compactação (Massad – 2010) Efeito das características físicas dos solos nas curvas de compactação (Borgatto, modificado de Caputo – 2017) COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Curva de Saturação A curva de saturação é teoricamente a curva em que Var=0, porém recorda-se que não é possível expulsar todo o ar existente nos vazios. Neste sentido a curva de compactação não poderá nunca alcançar a curva de saturação. Curvas de compactação e de saturação (Caputo– 2002) COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: FATORES QUE INFLUENCIAM: Energia aplicada Á medida que o esforço de compactação aumenta, o peso especifico seco máximo aumenta e o teor de umidade apresenta certa redução. - Vê-se que quanto maior a energia, maior é o valor do peso específico máximo e menor é o valor da umidade ótima. Curvas de compactação de um solo com diferentes energias (Pinto – 2002) Definindo-se energia de compactação pela expressão: COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Solo “Borrachudo” Quando o solo se encontra com umidade abaixo da ótima, a aplicação de maior energia de compactação provoca aumento da densidade seca. Porém quando se tenta compactar um solo com umidade acima da ótima, atinge-se rapidamente um estado de quase saturação, desse modo a energia aplicada passa para a água, que devolve como se fosse um material elástico ou “borracha” . Situação comum de se ocorrer no campo quando pela insistência de passagem do equipamento compactador quando o solo se encontra muito úmido. Este fenômeno ocorre quando o solo se comprime na passagem do equipamento e, logo a seguir, dilata-se como borracha. O que se comprime são as bolhas de ar ocluso. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: EXECUÇÃO DO ENSAIO COMPACTAÇÃOO ensaio de compactação dos solos, conhecido na mecânica dos solos como Ensaio de Proctor. É padronizado no Brasil de acordo com a ABNT NBR 7182/1986 – Solo- Ensaio de Compactação. Segundo a referência normativa o ensaio permite a determinação do peso especifico seco máximo de compactação e seu teor de umidade ótimo. Esquema do equipamento para ensaio normal de compactação de solo (Borgatto – 2017) COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: EXECUÇÃO DO ENSAIO COMPACTAÇÃO i) O ensaio é realizado tomando-se uma porção de solo, adiciona-se uma certa quantidade de água a porção, até que o solos fique com cerca de 5% de umidade abaixo da umidade ótima. ii) A amostra deve ser previamente seca ao ar. Em seguida, homogeneiza-se, para desmanchar os torrões e distribuir bem a umidade, e coloca-se o solo em um molde cilíndrico, com dimensões padronizadas (1.000 cm³), até um terço da sua altura útil. iii) O solo é então compactado, aplicando-se uma energia por impacto (golpes) , que consiste em deixar cair uma massa de 2,5kg, de uma altura de 30,5cm, 26 vezes. O processo é repetido mais duas vezes, totalizando 3 camadas. iv) Pesa-se o molde com o solo e obtém-se o peso úmido do solo e o seu peso específico natural. Com uma amostra do seu interior determina-se a umidade. Com esses dois valores, calcula-se a densidade seca. O que permite lançar um ponto no diagrama de Proctor. V) Outros pontos são obtidos adicionando-se água à porção de solo, homogeneizando-se a massa e repete-se o procedimento até se ter uma boa definição da curva de compactação ou curva de Proctor. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: EXECUÇÃO DO ENSAIO COMPACTAÇÃO Energias de compactação por impacto (Massad, 2010) No ensaio de Proctor Normal, usa-se uma massa de 2,5 kg, caindo de uma altura de 30,5 cm, 26 vezes por camada de solo, três ao todo, em um cilindro de 1.000 cm³. As diversas energias podem ser obtidas com um cilindro de 2000 cm³, situação em que o único parâmetro diferenciador passa a ser o número de golpes: 12 para o Proctor Normal; 26 para a Energia Intermediária, e 55 para o Proctor Modificado. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Compactação no CAMPO A compactação no campo é realizada com o emprego de equipamento de médio e grande porte. O solo trazido das áreas de empréstimo deve ser espalhado uniformemente sobre a área aterrada, em espessuras especificadas seguindo uma faixa ideal de espessura em torno de 15 a 30 cm. Definindo-se o tipo de equipamento, o número de passadas e a espessura da camada deve-se atentar para a manter o solo perto da umidade ótima. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Compactação no CAMPO Empregados, em geral, para solos arenosos. Adequados para serviços de acabamentos de aterros tanto para aterros arenosos quanto para argilosos. Dada a caracteristica de seu tambor, os rolos lisos fornecem 100% de cobertura sob as rodas, com pressões de contato com solo entre 310 a 380 kN/m². COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Rolo compactador liso: Compactação no CAMPO Empregados para solos argilosos. Os rolos pé-de-carneiro são arrastados por meio de tratores; a pressão sobre cada protuberância fixa ao tambor, varia com o peso do rolo, estando geralmente compreendida entre 1400 e 7000 kN/m². COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Rolo compactador pé de carneiro: Compactação no CAMPO Os rolos pneumáticos são adaptáveis a quase todos os tipos de terreno, tanto em solos arenosos quanto nos argilosos. São mais eficazes que os rolos lisos ( a compactação é uma combinação de pressão e amassamento), aplicando uma pressão de contato da ordem de 600kN/m². COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Rolo compactador de pneus de borracha: Compactação no CAMPO O compactadores vibradores são especialmente recomendáveis para solos granulares (arenosos ou pedregulhos). Dispositivos vibratórios podem ser montados em outros tipos de rolos como os lisos por exemplo.. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Rolo compactador vibratório: Compactação no CAMPO O compactador de solos a percussão, conhecidos como “sapos”, são empregados em locais específicos e de difícil acesso. Podem ser manuais ou mecânicos. E possuem adaptabilidade a quase todos os tipos de terreno. COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Compactador de solos a percussão: Controle de Compactação No campo na medida em que o aterro de solo for sendo executado, deve-se verificar o teor de umidade empregado para cada camada compactada e compara-lo ao teor de umidade ótimo, para fins de controle da obtenção do peso especifico seco máximo do solo determinado em laboratório através do ensaio de Proctor. Assim para realizar este controle determina-se o grau de compactação, que em geral deve ser mantido acima de 95%. Expressa pela seguinte fórmula: COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: Bibliografia baseada: CAPUTO, Homero Pinto – Mecânica dos Solos e suas Aplicações – Ed. LTC, Volume 1, 6° EDIÇÃO, 1988. BORGATTO, André Vinicius Azevedo – Mecânica dos Solos – Rio de Janeiro: SESES, 1° EDIÇÃO, 2017. MASSAD, Faiçal – Obras de Terra, Curso Básico de Geotecnia, Ed. Oficina de Textos, 2° EDIÇÃO, 2010. PINTO, Carlos de Souza – Curso Básico de Mecânica dos Solos, Ed. Oficina de Textos, 3° EDIÇÃO, 2006. .