Compactação dos Solos

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Compactação dos Solos
Salvador
13/03/2015
ÁREA1 - FACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
ENGENHARIA CIVIL
Disciplina: Mecânica dos Solos
Prof. Engº : Landson Soares
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Noções Básicas
	 Muitas vezes na prática da engenharia geotécnica, o solo de um determinado local não apresenta as condições requeridas pela obra. Ele pode ser pouco resistente, muito compressível ou apresentar características que deixam a desejar do ponto de vista econômico. Uma das possibilidades é tentar melhorar as propriedades de engenharia do solo local;
	 COMPACTAÇÃO é um método de estabilização e melhoria do solo através de processo manual ou mecânico, visando reduzir o volume de vazios do solo. A compactação tem em vista estes dois aspectos: aumentar a intimidade de contato entre os grãos e tornar o aterro mais homogêneo melhorando as suas características de resistência, deformabilidade e permeabilidade. 
Noções Básicas
	 A compactação de um solo é a sua densificação por meio de equipamento mecânico, geralmente um rolo compactador, embora, em alguns casos, como em pequenas valetas até soquetes manuais podem ser empregados. Um solo, quando transportado e depositado para a construção de um aterro, fica num estado relativamente fofo e heterogêneo e, portanto, além de pouco resistente e muito deformável, apresenta comportamento diferente de local para local;
	 A compactação é empregada em diversas obras de engenharia, como: aterros para diversas utilidades, camadas constitutivas dos pavimentos, construção de barragens de terra, preenchimento com terra do espaço atrás de muros de arrimo e preenchimento das inúmeras valetas que se abrem diariamente nas ruas das cidades. 
Revestimento asfáltico sendo executado
Noções Básicas
	 Os tipos de obras e de solos disponíveis vão ditar o processo de compactação a ser empregado, a umidade em que o solo deve se encontrar na ocasião e a densidade a ser atingida;
	 O início da técnica de compactação é creditada ao engenheiro Ralph Proctor, que, em 1933, publicou suas observações sobre a compactação de aterros, mostrando ser a compactação função de quatro variáveis: a) Peso específico seco; b) Umidade; c) Energia de compactação e d) Tipo de solo. A compactação dos solos tem uma grande importância para as obras geotécnicas, já que através do processo de compactação consegue-se promover no solo um aumento de sua resistência e uma diminuição de sua compressibilidade e permeabilidade.
Diferenças entre Compactação e Adensamento
	 Pelo processo de compactação, a diminuição dos vazios do solo se dá por expulsão do ar contido nos seus vazios, de forma diferente do processo de adensamento, onde ocorre a expulsão de água dos interstícios do solo;
	 As cargas aplicadas quando compactamos o solo são geralmente de natureza dinâmica e o efeito conseguido é imediato, enquanto que o processo de adensamento é deferido no tempo (pode levar muitos anos para que ocorra por completo, a depender do tipo de solo) e as cargas são normalmente estáticas.
Ensaio de Compactação
	 Aplicando-se uma certa energia de compactação (um certo número de passadas de um determinado equipamento no campo ou um certo número de golpes de um soquete sobre o solo contido num molde), a massa específica resultante é função da umidade em que o solo estiver;
	 Quando se compacta com umidade baixa, o atrito das partículas é muito alto e não se consegue uma significativa redução de vazios. Para umidades mais elevadas, a água provoca um certo efeito de lubrificação entre as partículas, que deslizam entre si, acomodando-se num arranjo mais compacto;
	 Na compactação, as quantidades de partículas e de água permanecem constantes; o aumento da massa específica corresponde à eliminação de ar dos vazios. 
Ensaio de Compactação
	 Em 1933, o Eng. Norte americano Ralph Proctor postulou os procedimentos básicos para a execução do ensaio de compactação. A energia de compactação utilizada na realização destes ensaios é hoje conhecida como energia de compactação "Proctor Normal".
Ensaio de Compactação
	Ao se receber uma amostra de solo (no caso, deformada) para a realização de um ensaio de compactação, o primeiro passo é colocá−la em bandejas de modo que a mesma adquira a umidade higroscópica (secagem ao ar). O solo então é destorroado e passado na peneira #4, após o que adiciona−se água na amostra para a obtenção do primeiro ponto da curva de compactação do solo. Para que haja uma perfeita homogeneização de umidade em toda a massa de solo, é recomendável que a mesma fique em repouso por um período de aproximadamente 24 hs.
Ensaio de Compactação
2. Após preparada a amostra de solo, a mesma é colocada em um recipiente cilíndrico com volume igual a 1000ml e compactada com um soquete de 2500g, caindo de uma altura de aproximadamente 30cm, em três camadas com 25 golpes do soquete por camada;
Ensaio de Compactação
3. Este processo é repetido para amostras de solo com diferentes valores de umidade, utilizando−se em média 5 pontos para a obtenção da curva de compactação. De cada corpo de prova assim obtido, determina−se o peso específico do solo seco e o teor de umidade de compactação.
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Ensaio de Compactação
4. Após efetuados os cálculos dos pesos específicos secos e das umidades, plotam−se esses valores (ɤd;w) em um par de eixos cartesianos, tendo nas ordenadas os pesos específicos do solo seco e nas abcissas os teores de umidade.
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Curva de Compactação
	Nota−se que na curva de compactação o peso específico seco aumenta com o teor de umidade até atingir um valor máximo, decrescendo com a umidade a partir de então. O teor de umidade para o qual se obtém o maior valor de ɤd (ɤdmax) é denominado de teor de umidade ótimo (ou simplesmente umidade ótima).
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Curva de Compactação
	O ramo da curva de compactação anterior ao valor de umidade ótima é denominado de "ramo seco" e o trecho posterior de "ramo úmido" da curva de compactação. No ramo seco, a umidade é baixa, a água contida nos vazios do solo está sob o efeito capilar e exerce uma função aglutinadora entre as partículas. À medida que se adiciona água ao solo ocorre a destruição dos benefícios da capilaridade, tornando−se mais fácil o rearranjo estrutural das partículas. No ramo úmido, a umidade é elevada e a água se encontra livre na estrutura do solo, absorvendo grande parte da energia de compactação.
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Curva de Compactação
	Na figura abaixo também é apresentada a curva de saturação do solo. Como no processo de compactação não conseguimos nunca expulsar todo o ar existente nos vazios do solo, todas as curvas de compactação (mesmo que para diferentes energias) se situam à esquerda da curva de saturação. Pode−se mostrar que a curva de saturação do solo pode ser representada pela eq.abaixo.
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Energia de Compactação
	Embora mantendo-se o procedimento de ensaio descrito anteriormente, um ensaio de compactação poderá ser realizado utilizando-se diferentes energias. A energia de compactação empregada em um ensaio de laboratório pode ser facilmente calculada mediante o uso da eq. Abaixo:
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Influência da energia de compactação na curva de compactação do solo
	À medida em que se aumenta a energia de compactação, há uma redução do teor de umidade ótimo e uma elevação do valor do peso específico seco máximo. A fig. Abaixo apresenta curvas de compactação obtidas para diferentes energias.
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Influência da compactação na estrutura dos solos
	
Conforme se pode observar desta figura, as estruturas formadas no lado seco da curva de compactação tendem a ser do tipo floculada, enquanto que no lado úmido da curva de compactação formam−se solos com estruturas predominantemente dispersas.
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Influência da compactação na estrutura dos solos
	
Conforme se pode observar desta figura, os solos grossos tendem a exibir uma curva de compactação com um maior valor de ɤdmax e um menor valor de wot do
que solos contendo grande quantidade de finos. Pode−se observar também que as curvas de compactação obtidas para solos finos são bem mais "abertas" do queaquelas obtidas para solos grossos.
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Equipamentos de Campo
	
	 Os princípios que estabelecem a compactação dos solos no campo são essencialmente os mesmos discutidos anteriormente para os ensaios em laboratório;
	 Assim, os valores de peso específico seco máximo obtidos são fundamentalmente função do tipo do solo, da quantidade de água utilizada e da energia específica aplicada pelo equipamento que será utilizado, a qual depende do tipo e peso do equipamento, da espessura da camada de compactação e do número de passadas sucessivas aplicadas;
	 A compactação de campo se dá por meio de esforços de pressão, impacto, vibração ou por uma combinação destes. 
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Soquetes
	
	 São compactadores de impacto utilizados em locais de difícil acesso para os rolos compressores, como em valas, trincheiras, etc. Possuem peso mínimo de 15kgf, podendo ser manuais ou mecânicos (sapos). A camada compactada deve ter 10 a 15cm para o caso dos solos finos e em torno de 15cm para o caso dos solos grossos.
Rolos Estáticos
Os rolos estáticos compreendem os rolos pé-de-carneiro, os rolos lisos de roda de aço e os rolos pneumáticos.
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Rolos Estáticos
	
	 PÉ-DE-CARNEIRO
	É um tambor metálico com protuberâncias (patas) solidarizadas, em forma tronco-cônica e com altura de aproximadamente de 20cm. Podem ser auto propulsivos ou arrastados por trator. É indicado na compactação de outros tipos de solo que não a areia e promove um grande entrosamento entre as camadas compactadas. A camada compactada possui geralmente 15cm, com número de passadas variando entre 4 e 6 para solos finos e de 6 a 8 para os solos grossos.
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 PÉ-DE-CARNEIRO
	
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Rolos Estáticos
	
	 ROLO LISO
	Trata−se de um cilindro oco de aço, podendo ser preenchido por areia úmida ou água, a fim de que seja aumentada a pressão aplicada. São usados em bases de estradas, em capeamentos e são indicados para solos arenosos, pedregulhos e pedra britada, lançados em espessuras inferiores a 15cm. 
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Rolos Estáticos
	
	 ROLO LISO
Este tipo de rolo compacta bem camadas finas de 5 a 15cm com 4 a 5 passadas. Os rolos lisos possuem pesos de 1 a 20t e freqüentemente são utilizados para o acabamento superficial das camadas compactadas. Para a compactação de solos finos utilizam−se rolos com três rodas com pesos em torno de 10t, para materiais de baixa plasticidade e 7t, para materiais de alta plasticidade. Os rolos lisos possuem certas desvantagens como:
	 Pequena área de Contato;
	 Em solos moles afundam demasiadamente dificultando a tração.
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Rolos Estáticos
	
	 ROLO LISO
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Rolos Estáticos
	
	 ROLO PNEUMÁTICO
Os rolos pneumáticos são eficientes na compactação de capas asfálticas, bases e subbases de estradas e indicados para solos de granulação fina a arenosa. Os rolos pneumáticos podem ser utilizados em camadas de até 3cm e possuem área de contato variável, função da pressão nos pneus e do peso do equipamento. Pode se usar rolos com cargas elevadas obtendo−se bons resultados. Nestes casos, muito cuidado deve ser tomado no sentido de se evitar a ruptura do solo. 
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Rolos Estáticos
	
	 ROLO PNEUMÁTICO
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Rolos Vibratórios
	
Nos rolos vibratórios, a freqüência da vibração influi de maneira extraordinária no processo de compactação do solo. São utilizados eficientemente na compactação de solos granulares (areias), onde os rolos pneumáticos ou Pé-de-Carneiro não atuam com eficiência. A espessura máxima da camada é de 15cm.
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Compactadores Manuais
	
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Caminhão Pipa
	
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Aeradores
	
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Controle de Compactação
	
Para que se possa efetuar um bom controle da compactação do solo em campo, temos que atentar para os seguintes aspectos:
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Influência do Número de passadas do Rolo
	
	 Com o progresso da compactação em campo, o número de passadas do rolo vai perdendo a sua eficiência na compactação do solo. Deste modo, a compactação dos solos em campo é definida para um determinado número de passadas, normalmente inferior a 10;
	 Este número dependerá do tipo de solo a ser compactado, do tipo de equipamento disponível, e das condições particulares de cada caso;
	 No caso de grandes obras, empregam−se geralmente aterros experimentais para se determinar o número ótimo de passadas do rolo. Em geral, 8 a 12 passadas do rolo em uma camada de solo a ser compactada é suficiente. Caso com 15 passadas não se atinja o valor do peso específico seco determinado, é recomendável que se modifique as condições antes fixadas para a compactação.
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Índice de Suporte Califórnia (ISC)
	
O ensaio é realizado colocando−se o corpo de prova e contrapeso em uma prensa, onde se fará penetrar um pistão de aço a uma velocidade controlada e constante, medindo−se as penetrações através de um extensômetro ligado ao pistão, como demonstra na figura abaixo. 
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Índice de Suporte Califórnia (ISC)
	
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Índice de Suporte Califórnia (ISC)
	
	 Três corpos de prova são preparados na umidade ótima com 12, 26 e 55 golpes, determinando-se o valor de ɤd obtido para cada corpo de prova. Após a imersão em água durante quatro dias, mede−se, para cada corpo de prova, a resistência à penetração de um pistão com Φ = 5 cm, a uma velocidade de 1,25 mm/min, para alguns valores de penetração pré−determinados (0,64mm; 1,27; 1,91; 2.54; 3,81; 5,08mm; etc.).
	 Os valores de resistência ao puncionamento assim obtidos, para os valores de penetração de 0,1” e 0,2”, são expressos em percentagem das pressões padrão, sendo o CBR calculado através das relações a seguir:
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Índice de Suporte Califórnia (ISC)
	
Nas equações abaixo, os valores das pressões estão expressos em kgf/cm2, sendo 70 kgf/cm2 o valor da pressão padrão para uma penetração de 0,1” (2,54mm) e 105 kgf/cm2 (5,08mm) o valor da pressão padrão para uma penetração de 0,2”.
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Índice de Suporte Califórnia (ISC)
	
Com os valores obtidos dos três corpos de prova traça-se o gráfico abaixo: 
 O valor do Índice de Suporte Califórnia é determinado como sendo igual ao valor correspondente a 95% do ɤdmax determinado para a energia do Proctor Modificado. 
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Índice de Suporte Califórnia (ISC)
	
O valor de Índice de Suporte Califórnia assim obtido é utilizado para avaliar as potencialidades do solo para uso na construção de pavimentos flexíveis. A eq. abaixo, por exemplo, apresenta uma correlação empírica utilizada para se estimar, a partir do I.S.C., o módulo de elasticidade do solo.
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