Compactação Dos Solos

Prévia do material em texto

Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
1 
 
Mecânica dos Solos A 
Compactação dos Solos 
ATERROS DE OBRAS DE TERRAPLANAGEM 
 Objetivo: 
 Melhorar o comportamento do solo sob o aspecto 
técnico 
 Transformação em material de construção 
 “Melhora de algumas propriedades físicas” 
 Melhoria das características: 
 Redução da: compressibilidade = solo desce 
 Aumento da resistência: diminuir os índices de vazios 
 Redução da variação volumétrica por umedecimento 
e secagem 
 Redução da permeabilidade (redução e) 
DEFINIÇÃO 
 Processo manual ou mecânico que visa reduzir o 
volume de vazios do solo 
 Procedimentos visando aumentar a compacidade de um 
solo pela redução de vazios através de esforços 
externos gerados por meios mecânicos 
 Redução e 
 Compactação ou compacidade 
EMPREGO 
 Construção de aterros: 
 Rodoviários 
 Ferroviários 
 Aeroportos 
 Barragens 
 Platôs 
 Construção de camadas constitutivas de pavimentos 
 Preenchimento com solo entre maciço e estruturas de 
arrimo 
 Reenchimentos de cavas e de tubulações enterradas 
 
 
 
TÉCNICA BÁSICA 
 Lançamento de material de empréstimo 
(oriundo de jazida) ou do próprio local 
(reenchimentos) 
 Homogeneização com correção da umidade 
 Passagens de equipamentos que transmitam ao 
solo a energia de compactação  carga móvel: 
 Estática 
 Vibratória 
 Esmagamento 
 O estudo da compactação dos solos analisará 
valores de: 
 Peso específico aparente seco: 
𝜸𝒅 =
𝑷𝒔
𝑽
 ( g / cm³) 
 Teor de umidade: 
𝒘 =
𝑷𝒘
𝑷𝒔
 (%) 
 Energia de compactação (E): carga aplicada 
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS 
 Eng. Americano Ralph Proctor (1933) estabeleceu 
os princípios básicos da técnica e controle de 
compactação: 
 A densidade (ys) resultante na compactação de 
um volume de solo por meio da aplicação de 
uma energia depende do teor de umidade no 
instante da compactação 
 A densidade também pode ser chamada de 
massa específica, ou, se considerada a 
aceleração da gravidade, de peso específico 
RELAÇÕES ENTRE yd X w X Sr 
 A relação entre o peso específico aparente seco 
(yd), o teor de umidade (w) e o grau de 
saturação (Sr) para um solo com peso específico 
dos grãos (ys) é representada no gráfico de 
compactação 
 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
2 
 
 
CURVAS DE COMPACTAÇÃO 
 Pares yd X w no gráfico de compactação obtidos ao se 
realizar a compactação do solo por uma mesma energia 
de compactação para diferentes valores de umidade 
 Baixo teor de umidade: o atrito entre as partículas é alto 
dificultando a compactação 
 Aumento no teor de umidade: efeito de lubrificação 
entre as partículas, aumentando a compactação 
enquanto a saída de ar é facilitada 
 Alto teor de umidade: excesso de água torna o solo 
mais deformável e diminui a compactação 
 Após certo teor de umidade próximo á saturação 
(umidade ótima – Wót): a compactação não consegue 
mais expulsar o ar dos vazios, a maior quantidade de 
água resulta em redução do peso específico (ou 
aumento do índice de vazios) (S de 80 a 90%) 
CURVAS DE COMPACTAÇÃO PARA 
DIFERENTES SOLOS 
 
 Alguns exemplos de valores típicos de Ydmáx e 
Wót: 
 Solos argilosos: Wót = 25 a 30% e Ydmáx = 14 
a 15 kN/m³ 
 Solos siltosos: valores baixos e curvas bem 
abatidas 
 Areias com pedregulho bem graduadas: Wót = 
9 a 10% e Ydmáx = 20 a 21 kN/m³ 
 
CURVAS DE COMPACTAÇÃO DE SOLOS 
ARGILOSOS 
 Interpretação com base na microestrutura 
 Lambe, 1960 
 Ramo seco: baixa umidade 
 A atração face – aresta das partículas não é 
vencida pela energia de compactação 
 Estrutura floculada: solo solto 
 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
3 
 
 Ramo úmido: próximo à saturação 
 A repulsão entre as partículas aumenta e a 
compactação orienta as partículas 
 Estrutura dispersa 
 Estrutura do solo compactado: depende do tipo de 
carga aplicada, tempo de aplicação desta carga e teor 
de umidade do solo) 
 Estrutura dispersa: campo repulsivo 
 
 Estrutura floculada: campo atrativo 
 
 
 
 
 
 
 Para uma mesma umidade: maior a dispersão quanto 
maior a energia de compactação 
 Onde o solo não é totalmente desestruturado antes da 
compactação: influência da macroestrutura natural na 
estrutura do solo compactado 
 
 
 
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO 
 Determinação experimental da correlação entre 
yd e Wót para uma dada energia de 
compactação: curva de compactação 
 Idealizado por R. Proctor (1933)  Ensaio Proctor 
Normal: NBR 7182/2016 – Ensaio Normal de 
Compactação (5 pontos  variação do Yd) 
 Preparação da amostra: 
 Secagem ao ar: diminuir a umidade 
 Destorroamento: soltar os solos agrupados 
 Separação da quantidade necessária ao ensaio: 
com reuso e sem reuso (não é o mesmo solo) 
 Compactação em cilindro metálico de volume 
próximo de 1000 cm³ (cilindro pequeno) 
 Soquete de 2,5 kg (soquete pequeno) 
 Altura de queda de 30,5 cm 
 Aplicação de 26 golpes por camada 
 Compactação em 3 camadas 
 Energia normal 
 Cilindro pequeno: 
 Soquete pequeno: 
 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
4 
 
 
 Cilindro grande (Proctor modificado): utiliza mais solo 
 
 Soquete grande (Proctor modificado): ≈ 4 kg 
 
 
 Processo repetido com acréscimo de água na 
amostra 
 Compactação em pelo menos 4 teores de 
umidade: variação da umidade  variação de yd 
 De cada corpo de prova, obtém – se o peso 
específico aparente seco e o teor de umidade 
 Ideal: 5 pontos (5 cilindros compactados) 
 Recomenda – se: 
 Acrescentar água para uma umidade cerca de 
5% abaixo da Wót estimada (em torno do limite 
de plasticidade) (LP + 5% e LP – 5%) 
 Escarificar cada camada antes da compactação 
da camada seguinte: evitando as juntas 
 
 
 
Obs.: Solo próximo da Wót: próximo de LP 
 Novos pontos da curva: adicionar mais água em 
intervalos de 2% de umidade, ficando: 
 
 
 
 
 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Ajuste: retas definindo os ramos seco e úmido e uma 
parábola fazendo a transição entre as duas 
 É geralmente representada em conjunto a curva de 
saturação do solo e opcionalmente curvas de igual grau 
de saturação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ENERGIA DE COMPACTAÇÃO (A = 1M2) 
 Obras com incidência de carregamentos de 
maior porte levaram à necessidade de ensaios 
com maiores energias: 
 Energia normal (energia original): pequeno 
 Energia intermediária 
 Energia modificada: grande 
𝐸 =
𝑃 . ℎ . 𝑁 . 𝑛
𝑉
 
 
 Energia normal: 5,6 kgf.cm/cm³ 
 Energia intermediária: 12,6 kgf.cm/cm³ 
 Energia modificada: 27,4 kgf.cm/ cm³ 
 
 
 
 
 
 
 
 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMPACTAÇÃO NO CAMPO 
 Pressão estática: aplicada por rolos estáticos 
 Cilindro liso, de pneus e pé de carneiro 
 Vibração aplicada por rolos e compactadores vibratórios 
 Cilindro liso, corrugado 
 Impacto: aplicada por cargas de impacto 
 Sapos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Controle da qualidade da compactação: 
 Espessura da camada 
 Entrosamento entre camadas: ligar as camadas 
 Número de passadas: número de golpes 
 Tipo de equipamento 
 Umidade do solo 
 Grau de compactação atingido 
 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
7 
 
 Execução em campo 
 Comparação entre o estado em que se encontra: 
campo comparado com laboratório 
 Desvio de umidade: entre + 3% e - 3% (depende da 
camada) (mais utilizado: + 2% e – 2%) 
∆𝑤 = 𝑤 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 − 𝑤 𝑙𝑎𝑏 
 Grau de compactação: 
 
 
 
 GC ≥ 95% ou 100% depende da camada 
 Determinação da umidade de campo: 
 Umidímetro “Speedy” Outros métodos: 
 Frigideira ou fogareiro (mais comum) 
 Sonda de nêutrons 
 TDR (Reflectometria no Domínio do Tempo) 
 Estufa de lâmpadas infravermelhas 
 
 
 
 
 
 
 
DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO DE 
CAMPO 
 Cravação de cilindro cortante 
 
 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO DE 
CAMPO – FRASCO DE AREIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMPACTAÇÃO DE ATERROS 
 
 
 
 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
9 
 
CAMPO DE TESTES: 
 Marcar o tipo de equipamento 
 Quantidade de Passadas 
 Espessura 
 Massa específica em campo 
 Utilizar apoio: 
 Equipe mecânica: variar a frequência, peso 
 Equipe produção: definir o processo executivo 
 Equipe de controle qualidade: controle e 
procedimentos executivos 
 Equipe de topografia: apoio, locação e medir 
espessura de camada 
 Escolha do material (jazida ou corte): mistura do solo 
 Determinação da umidade ótima e da massa específica 
máxima em laboratório 
 Determinação da variação da umidade em campo de 
2% (depende do cliente e material) 
 Determinação do peso específico seco do solo no 
campo e comparar com o obtido no laboratório (Grau 
de Compactação) 
 Processo geral de controle: 
 Determinação do grau de compactação do solo: 
 
 
 
 
obs.: Ydmáx do laboratório 
 Emprego de critérios estatísticos de controle: 
 Para esta aceitação deve – se levar em conta 
todos os resultados obtidos, desde que 
superiores a 4 unidades e realizar os cálculos 
determinados 
 Média aritmética da amostra: 
 
 
 
 Desvio Padrão da amostra: 
 
 
 
 Limite inferior: 
 
 Limite superior: 
 
 
 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
10 
 
 
 
 Aprovado!!