Estabilização de solos I

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D
E TILl
DOS SOL
CRESO DE FRANCO PEIXOTO
C')fevereiro de J3!Jfi
revisao dez 2003
ISIMBOLOGIA~COt~TSTANT~SNUMERICAS E UNiDADE~
~ .
I SiMBOLO ou UNIDADE fS:0NS! ANTE 1i'
NOTA Ao NUNffiIDCA
I capacidade de 0_00 kgf/cm ; tDcm2;p_a-j
I suporte ~,-~'-' --- -\~~~i:~:e deI Cc '~I
1~~:;:~:dOdolu . I" . I I
r diametro de 3oo'/--T---------~t.tl------1·-.----~-----------
diametro de60~~ mmhdiametro de articula D ou d mm~ "
i diametro efetiv<?_ d mm __
I,· diametro maximo de .h mm,' "'vmaxI partfcula
I energia de E kgf,cmicm
t~omp~ct~5L~5:~~._~__~~,~_~ '__, ~_,_
! energia intermediatia I El ---- ....--!~.. 14,2kgr.cn};cm~-
L_~_~~~.!!1pac!~S~ __L__--------+-------- ~... _
! energia modiilcada I EM 25,2 kgfcm/cm3
I de compacta9ao -- ---b------....,-- ....I energia normal de EN 5,64kgf.CI!i/c~3
I compactayao ' ""
j fator de propagaya Ip
I de tensoesf--
L grau de compacta9ao i GC
~~'au de_~~raI21o I Sr
I judice de gl1lpO :=:TIG
I indice de 1 IF
i plasticidade ..
I Indice de suporte I CBR
I California
I ~te de liqui~~z LL
I tinllte de plaStlCldade LP
I perda ~e peso por B
I escovayaoI peso esp. aparente yd
1
sc::co
peso ~s~. aparente ydmax
seeD ma..'illllo
peso esp. da agua
peso esp. do atelTO
1.---
I peeo esp. dos s6lidos
£.'0~'()
I 010
1%
._..__.....~. ...._._~~
-~ ,,~ I
--_.~
gf/cm3 outflm
gfi'cm'
gflcm
gflcm
: porcentagem que D'ou 1'200- -< . I % .
! passa ita #200 . ......y. . '...' . '.
lpressao .~-~ p -~'---". kgf/cm2outflem?
i relayao de umidade, z 0/"
I de Hilf
i resistencia
I compressao
tensao (J kgf/cm2~ tf/cm2;pa
teor de wnidade . w %
_______ •..o' __ ~.· •••_~ --~.-.~---~_.---.-.-.-----f._;..---
I t,e?f de umidade wot %
L°tImo _
! teof inicial de Co %
! cimento~-I t~or provavel de Cp
i C11llento
I
I
i
I porce~tagem _.' qu.e.lp.p ou P2.00 .'.. ~_._ . ~'b '. . .•.. '. '.' .
-, H')oO' .. . - ·1 . - - •... ' . '. . . -~:::a~,,_u ~ . -'--- k.,-f,--/c-m-2-o-u--·-tf--,'c-'n-2-~----·-----, I ~ ,-- ,.r::-=.:.I relayao de umidade, z o/d
ide Hilf
I resistencia it Rc kgf/cm7; tfIcm1;pa
compressao
,
tensao
- kgf/cm2~ tf/cm2;pa0-
teor de wnidade . w % ,-
de umidade
..........;.
. . .._--
teor Wot %
\ utimo --I teor inicial de Co % 1, .,.
, cunentof
teor provavel de Cp % !
cimento ','
I,
i "
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- 5-
COLIT'ACTACXODOS SOLOS
1. INTRODUQXO--- .. ~~---,.....,..............-.
Compactagao do 8010- entende-se pelo processo
manual ou mecanico que visa reduzir 0 volume de va-
zioa e eumentar"a resi~tencia, tornando-o mais estavel.
(0 pit)ct'SSC> ReoVll: 0 IUDIC6 Ie tI~~/OS Do $O"'~)
A compactagao visa a melhona
das caracteristicas do solo:
• RESIST~NCIA
• PEillJEABILIDADE
• COMPRESSIBILIDADE
• ABSORQXO Df!GUA
QTO
Nete. 'k U
c::::. e :e> <. '104.0. De v.••.JoS
PI,/A."'vIlAt;Ao
Ao conjunto:-
Rk'SIriT"""l"'CI~ r. ',TTA).>;.J ;:) ~" .ti. (-JU..l
+
COIvIPRESSIBILIDADE (BAIXA)
Conceitua-se
como a ESTJ,,J3ILI
D~lIJ)E de uma obra
(servigo) de co~
t -pac 8.98.,0.+DUR.A.BILIDADE
o 8umento do peso especlfico de um solo,
produzido pele. compacta9a~ depencle:-
• energia dispendida
• teor de umidade
Os dois ltens scima citados sao os dados funda
mentais (no nosso atus.l grau de conhecimento)
OESERVAg'S 11l.l:'ORT~4NTES'
Cm£.PACTAQAO=========== expulsao de ar
ADENSAMB~TO=========== expulsao de agua.
Interessante notar que, se tentarmos compactar uma camada
que esteja saturad~ simplesmente 0 que vai acontecer e a
transferencia da energia de com:pactag~o do rolo diretameg
te para a agua que preenche totalmente os vazioa, COBse-
quentemente 0 solo nao ira apresentar redugao de volume
(aproximagao das partlculas solidas).
ADERSAMEKTO -----.- processo natural ou artificial de
expulsao d'agua intersticial, po-
dendo durar centenas de anos.
COMPACTAgro ;.-_._. processo artificial de expulsao -
de ar dos vazios , com baixo te,!!!
po de execuQao C 'lJupo 00 .~1'61t4aTo,~N"'tIC
." T#M eAP.~r~Il;;'UIltts.)Dentre outras qualidades ja descri-
tas a compactagao promove 0 acresc!
mo de resistencia ao cisa.lhamento.
RELATIVMuENTE RECENTE, a tecnica de compactagao
foi desenvolvida como solugao para diversos problemas de
estabilidade e e8t~~gueidade de maciGos de barragens e
necessidade de recalques minimos em pavimentos rodoviarl
.2.£. .Antes dela os aterros eram simplesmente executados -
com 0 langamento do material em -ponta (aterro em ponta)
RESULT AIIDO :
• Compressibilidade exagerada: grandes vazios
• Grande porosidade do material: est. fofo
• Insta-nilidade do aterroc- poderia perder sua
resistencia por intermedio de saturagao cau
sada por chuvas pesadas.
~v:.. A Dt. .c2J¥l± A,ClAg.~' _
R~ Proctor, engenheiro americago, publicou
em 1933 um~ serie de artigos sobre urnnovo metodo de
construgao de barra5ens de terra compactada empregado -
ne California. Ele descobriu a rela.qao existente entre:
'f'a massa esrec~ ~ca seca,
o teor de umidade e
a energia de compactagao.
Fixando uma certa energia
de comp~cta9ao fixa:
a massa especifica aumenta
com 0 1£Q! ~ umidade ate
urn certo ponto e decresce
a pE.rtir deste.
w(%J
, -=t-
A massa especifica mrxima <O&max) apresenta um ponto no
gr8fico ligeda H urn teor de umidsde que e dito 0 teor
de urnidade 6timo <~o~).
Considera90es aucinta~sobre a curva de comp~cta-
No ramo esquerdo da curve (teor de umidade bal
xo) 8 agun dos vazios esta sob'0 efeito capilar promovea
do coesao ape.rente e impedindo urnnovo rearranjo entre -
as particulas. Diriamos tambem que al1falta de agua", que
agiria como urn lUbrificante, produz atrito entre as par-
ticulas mais elevado.
No ramo direito ds curva (tear de ~
midade elevado) a agua se encontra
livre e absorve con8ider~vel parte
de energia de compacta98.0 e, como -
esta nao e cornpressivel, a energia
e dissipada. 0 excesso d'agv~ pode-
ria tormar 0 solo plastico e a pas-
~~ sagem de urn rolo somente provocaria
o afastamento lateral do solo.
compactag~o caracteriza
uma. dirninuig80 do teor
de umidade 6timo.
ENSPJO: Em urn cilindro metalico de volv~e igual
a 1litro, compacta-se e..amostra de 8.2.
10, em tres camadas, cada uma delas
por meio de 25 golpes de urn peso de
2,5 kg, caindo de uma altura de 30 cm.
d - 0 cilindro e provido de urn anel soores
{
~_SO~~ -
~Q"e.iEm$2.S"~ salente para prender 0 excesso de mClt,£
p l'it:.••• 100-+. L.". _C<)L~-D~r~al, 0 qual ~ ret~raa.o de:po~s ue com-O+ pletada a compactagao. Em segvida, ra~G.~~ 11 pa-se a superf:Lcie do solo no ciliJ;ldropara Que se obtenha 0 volume exato de
BAst ..- 2+:' 2 pI aZ ....
1 litro.
Este ens2.io e dito ENSAIO DE :PROCTOR NORMAL ou
como foi padronizado pelf' AASHO (American Association of
stcte HighYiEY Officj_E:,ls)par "Proctor Sts.ndard".
Os equipsmentos modernos utilizando pesos csde..
vez me.iores psr8 obten~ao de densidades cada vez cnais al
tas obrigou 8 modificagao deste ens8io normal e criou-se
o enst:'iode PROCTOR MODIFIC_wO
Ensaio de Proctor Modifiaado:
Soquetes de45 kg
Ialtura de quede: 45 em
nQ de camadas: 5
nQ de golpes do so~uete: 50
~.RESD~TADO DO ENSAIO
o enssio evera ser in1c18..docom o'solo em v~a
umidade em tome de 5% abaixo da umidede 6t1ma prevista;
apcs compect~da determinada massa do corpo de prova, ££-
t1ra-se tres capsulas co~ solo para a determinacao da £-
mids.de de mesmo.
Repete~set'no m::rnim~mais ~~uatro vezes e em ca~
da vez destas screscenta...'1domais agua (para obteng~o
dos pontos no grafico 2, ser construido). Aconselha-se
C"umentos de 2% no valor do teor de umidade de "ponto a
t II t· t- 'f·pon o.De erm~na-se en ao a massa espec~ ~ca do solo
grafico devera cpnstar ° valor da energia
e tambem 8 curva de saturB.g~o (complemento).
Neste
de compe ctage,o
DETEPJY1Ili AgOES:
maSSR especif.
obtida:·
it _ ..f-
U. V
v~dade de uma por9ao massa esp. ap.
do solo compactado:- seca do s. compac.:-
" p. ~ ?f'
\JJ. ~ )( .100 OJ: ._-"---
- Po$" 1 + W/loo
de grau de s8.turag8,0( 5r) :
(Pode-se adotar, na
faltardo tsos.valores: 3solos ,.crenosos. 2,67 g/cm3
II argilosos:2,7512,9g!cm
~; feso esp. doS '5o/iJos
CDrtVAS DE C01ITACTACAO NOmJAL DE ALGD1~S
SOLOS BRASILEIROS:-
A""~oio re:;';c:lvdt
de d~t.Y)"""o
G- SolQ re~idvdl
de 6ncti:;se
B - Sob re.sidlkJ,
de 8d.5~ Ito.
3S \JJ(Z)
5. F<JRIEULA D!-E~GJA_DE CC~PACTAQAOl.-...•..
E = M.L.n.N sendo:
V M: masse do soquete
L: altura de cueda
n: numero de camadas
N: nu~ero de golpes/passadas
( Bor· cam&cla)
ensc..iodimensoee
do ei1.
(~)
Y' alt,
peso do nUmero altura nQ de golpee energ~a.
martelo de earn. de '1.uedapar eamada. par vol.)
kg) _ (em) - kg. em/em
5,64
25,4
25,2
14.2
12,7 2,5 3 30 25
12,7 4,5 5 45 25
12,5 4,5 5 45 55
12 t 7 4, 5 3 I 30 35
6.~ - __ --- ... -
d(tEnsaio muito utilizado em geoteenia aplieada a
g~n~~~g~gld~a.~~M~tt£B~fi~±!v~!~ru~¥m~n~iO:H~M~E~E:utura)
, ) Relaeiona a "resisteneia" de urn solo com a "resisteQ
cia" da pedra britada (material padre-o).
o ensaio ~ rea1izado com amostra de solo eo~
paetada:em condigoes padronizadas em ur:mmolde provido de
urn.colarinho de extensao; usa-se como fvndo falso 0 "di.§.
10
10
15
EnsfJio.5!.£ eomna.ctacao:- ('material que passa ne.
peneira 3/41l(19,lmm)
• 5 camada,s
• 55 golpes
• peso de 4,5 kg
• alt. queda: 45em
6.2 Ensaio ~e ex~anSAO:- coloca-se papel de filtro
sobre a amostra e urn peso equiva.lente a sobreearga do
pavimento (semrre aeima de 4,5 kg ou igual). Imergir du-
rante 4 dias (ou menos- quando 0 material for menos eoe-
sivo) com urn e~ensometro eoloeado acima de v~a haste e
montados em L trip~. Deve-se fazer uma leitura a eada 24
horas. As expansoes progressivas sao referidas em p~rcea
tagem de altura inieial do eorpo de prova.
Ex, de aplie&gRo: subleitos bons: e deve ser menor que 3%
bases: menos de l~;sub-bases: menos de210"3 Determinagao do ISC { ,
ou do CBR
• ISO: indiee de supol"te califo:rnia
~CBR: California Bearing Ratio
Felf:'9fOde cargc.-penetra:;aoproduzida por uma/
h",ste (segeo tr~nsversal cireulRr de area= 3"?= 19,35cm2)
que penetra ne amostra (umidDde 6tima e densidade maxime.)
a veloeidB.de de O,05"/min(1,27mm/min) com resultB.dos de
testes ane.logos sobre pedras britf'das (p;;,drao)
ISO:- proeessb normalmente empregado:
Preparagao de tres eorpos de prova com a urnidade 6tima,
urn com 55, 2Q- 26 e 0 3Q-12 golpes, com de ~rminagao de
umidades e pesos espec!fieos dos m~os.Saturagao como
ja citada e medigao da resistencia a penetragao mediante
o puneionamento, executado na parte superior da amostra
(vide aparelho abai~o)
A veloeidade de penetragao e normalizada
sendo que a cade intervalo de tempo de
finido deve-se fazer urn acrescirno de sQ
breearga.
o resultado e explicitado par intermedio
de urn grafieo (vide abaixo) que aprese£
ta deformagoes (abcissas) pelas pressoes
exercidas(ordenadas). 0s valores sac
!
obtidos atraves de urn defletometro (de-
formagoes) e de urn micrometro integrante
do anel dinamometrico do aparelho(pressao)
Elfecu~aQ
do P"hc1o"amenf;o
,
GRAP/OO I'Ri:SSAo - P€NB-rR4 9AC
ao OBR e igual a:
p
70
~ 0(1 0,2. D,S
,/ -ff"
/' ---- /' PEIJc71lA ~~
"'-::D' . ./ 'eve-se usar a urlmelra
/ foroula. A se~Jnda tera~'l' N t anUul lzagao somen e qu _
do 0 valor deate ultra-
passar 0 da primeira e
desd~~que seja confirm~
do num 2Q ensaio.
sendo:
p: ~ressao referente _
·a penetr89a.o de 0,1"... f ~P : ~ressao re...eren~e1 8 penetra c;;eode 0,2"
NOTA: quando 0 gra.fico
epresentar urn ponto de
inflexao deve ser cor'"
rigido 0 ponto de refe
rencia prolongsndo a
curva (Vide grafico).
Para eN..•t.-OS comenta.rios vide:
.Peixoto Jr., Thales de lorena;"Listagem de eu
saios comuns em geotecnia para infraestrLltura de estradasll
notas de aulas; EESC USP; Sao Carlos.
(Exercicios:- ~.I
~ 5abendo-ae que 0 volume interne de um molde p~r.
••• .• ,3compaeta~ao e de .proximad~mente 1.000 cm .indicar as "enargiQs d~
E -fN
S,O)<. 30 x ~s ~ 3
1,000
E ::
fl'\
.~ Sabendo-s8 qua para uma areia ar9iloea tern-set
------------ RD.h A Role B
llepeSSUrdlll da eamed.
50L TA 25' ~ 25 e--
A 8 t:peso 30 1:
....-
n2 de passadaB 8 10~-~_..- ',.-, lB 40 ~\.Vot campo 2 ~,5 -~- _. -,~... ~''>-
QJ estimar os respectivos O~J{ -" 3-( r 0 10 A). ,- __••••• (r cd 0 E) C 05 res pee t i-
~ ~ ~-vos G.C.(graus de~com~act8~QO em rel.~mo ~os PM.PN • PI). ~
{5~LO~;~=~~~?!~~~1
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G-RAU~ pE
ROLo "A" «OLo"B"COM.fACrl'l-
fAo
G.C. (PtJ) 151 ~~ lOB·...!-: 9' 8/[ I,S'· ,~%'t,S(,. l
G.e. (PM) 1,51 88,3% ~: ~8B%-;:, 1,1-1" 1,1-/ • <I
&.c. (rI) ~: ~I,O£ l,,,~:.101 g'l.:, 1,(.'- • I,(" ••
·_·-2.~',---~~i'2.---'2.-i~---'2.-i~---2..'-5--k-"'-
. -- _ .l l'_
. " .\ \
Para um determinado ~terr.o,foi especificada um8 compaete~~o
" .,de 95% P.M.(Proctor ~odificado). Indicar qual 8 % (porcent_gem) do
X,t----aJ~__x
((~ • P;so espec{fieo aparente seeo obtido em campo au no
... {Peso especlfico aparente seeo obtido no eneaic de Proc-
Segundo especificQl;~OZ '15';(:: 0/15 . {Jo.;t 0,'1sG. C. :'. .. • ::a
¥~,))4 ( PM)
Oat"
CO,,"O til"o.t · ?f (PM) 0'\5. drv>,71x( PMl::. X ) 0, 'H•• .01__lA)( ((>N) o"""aJ< IX:.
Ya;t: :t ~"""OI"" (("'tv)
I 'll',t..,., " I(, (PN).
~.~ Do Qterro relativo ao problema anterior.forem _btides e.
dua~ curva. media~ representatives dos ens.ios de Proctor Simples
(normul) 8 modificado (vide gr~ficos seguintes). Indicar.quantita-
. I... ;.,'-:.. ,: ':..',; I ', •• :, .• ',; :,:I' ·,2·· .. ,···U·.. ·,·..··Z$..··, .. · ....
. _'...:_:L.;:·-'.....·.:·;;~:. :;: .:.::::":: .!:.I::~:::: .' >::':;>'.: <::
,.,::':"'::.1 ...'::.<::, :~,::.:.::1.,:: r-------~~i;Z
U•••••d ••d• 0'"'".0: ,·J· .. ··:Z· ~'JoO ' .. ,., '. . .., , . L".• " ..- '.~."., ..,'" " .,,~ I, .< '" . I : I.:,,".,' ',:-:: .,' ::: ..1':1 O." •.i10~' Mo•• mo ..•. u.,. •••• - •••• , eM
; _.•_. _.·_I_--.~__._.___.._.__._.. ·_·_'_'_.'_" , -:"" n~""I"'l'lIdO do, 9'001 .
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(,II'P\dJ\ ... ; .• :-.'.~..;:~.:- ...,.' "''';:-7':'',.- , ...
,~.•<,·,:,;~'••:L;:~;:,:;.,.. ,
, .. . ;::;:: ...: ':" ;,";'
..,.;:::;;.::;.. :: ~:>~;:::':<::.;
.:';~-'j:'1,:~:i-;;.:;:'~;.;':::'::
~~I.::.:..-:~:·~..:..< - :..._~
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"
II .... ,
..
:!.,.,,;,,:",';:,.,-,Jii:, i';~->..,~:~i~·:·J:. J:, )<-;j-;: j :: •••
(PM)
UN)
'?fjM-\ ~x ( PM) '::I 1,1-08 rr / v--~
'?rd.""" ';l ,( (PN) ',5!) "I ~/ e-
1.
=
o qs • I,toe """ \ oLiX:: =.
/ 1\5'S Y I
Notas:
-- ~ 0 c~lculo direta de energie de compact§~eq de £smpq e de
I
laboratoria ,vi5ando ums ~Dmpa;ayaa competlvel entre 8S mesmea,e dif{cil
praticas sao realizadas com OS proprio8 valoree daB densidades de campo
I
(§) Para uma ilustr8~eo quantitative aproximada do que foi dito ,
/ 3 '- No Proctor Na;rnel (PNl , •• nergi. ( 5,63 Kg C~ CM ) • 8eme -
Ihanta equal. d. "t~sde c~rneiron laves (5 • 1 t}.paes8ndo 12 veze~ •
~
r
r
r
r'
Como jaforam vistos os ensaios de Compactag80
(PN e PM) e ensaio de resistencia California podemos en-
tao fazer algumas considerugoes importantes no que con--
cerne 8.8 relagoes entre os ensaios.
Associando os graficos de curva de resistencia
do solo, que pode ser obtida com um ensaio feito pela ~-
gulhe de Proctor e du curva de compactagao mais curva de
snturagao vamos observar 0 decrescimo de resistencia do
materiel conjuntpmente com 0 acrescimo da urnidade (vide
grafico abaixo).
I
ow
j
W
/. 'of
" I
I I
,l... I
I ~'-... J
- ~'I
C4e:
CORPo . J
¥t/u'€,AOo.' Ja -'-t I
1
Como podemos observar,
as graficos nos traduzem -
Que seria roais interessan-
te compaetar os solos com
urnvalor de teor de urnidaM
de 0 roais baixo possivel -
para obterroos uma resiste£
cia muito alta deste solo:
Graficamente estaria -
correto, mas se associarmoa
urn tereeiro grafico, 0 do
ensaio de eRR, vamos notar
como a resistencia reduz no
r~mo esquerdo du cur~a, de-
vida 0 fato deste ensaio
ser executado com 0 solo s§
turado 0 ~ue pode ocorrer
frcilmente nurn terrapleno -
devido ~ elevag~o do n!vel
dtagu~ (por exemplo).
~)r.,.'~l..utAJC,/A I,~e
[om rels~ao ao C.B.R ••~8
II "'W
Not iI - S e p 0 r err, , q LJe de v i do. iiiumen ton it par c e n t iiigem de" v"f\". 0
6010 ~ mais ~vido ~ absor~;o de ;guliI.prejudicliindo seu estado fin~l.
N\OO
.(
';II
III
'e 80
~ I
~ I
~ tPO ...----._ •... '
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