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Compactação dos Solos

Compactação dos Solos

A compactação de um solo consiste basicamente em se reduzir seus vazios com o auxílio de processos mecânicos.

Adensamento - expulsão da águaCompactação - expulsão do ar.

Efeitos principais da compactação:- aumento da resistência do solo- redução da sua compressibilidade e permeabilidade

O índice de vazios final do solo é função do tipo e estado do solo original e da energia empregada na sua compactação.

Os seguintes fatores são representativos na execução de um trabalho de compactação:- tipo de solo- teor de umidade do solo- energia de compactação (determinada pelo tipo de compactador)- espessura da camada compactada.

Características que são alteradas durante a compactação:- diminuição da permeabilidade- aumento da resistência (capacidade de suporte)- diminuição da compressibilidade do material- diminuição da absorção de água

CURVA DE COMPACTAÇÃO DE SOLOS

ENERGIA DE COMPACTAÇÃOCurvas de compactação para diferentes valores de energia

Curva de compactação para solos diferentes

• Compactação dinâmica (por impacto) - compactação se dá pela queda do soquete.

• Compactação estática - compactação se dá pela colocação de um peso sobre a amostra.

• Compactação por amassamento - seria a mais favorável, pois representa com mais fidelidade o rolo pé de carneiro (solos argilosos).

• Compactação por vibração - utilizados para solos pedregulhosos.

TIPOS DE COMPACTAÇÃO

Compactação dinâmica

E = P. h . N . n / V

onde: E - energia de compactação ( Kg . cm/cm3)P - peso do soqueteh - altura de quedaN - n° de golpes (por camada)n - n° de camadasV - volume total compactado

CILINDRO SOQUETE Ensaio altura volume peso sapata altura N n E

(cm) (cm) (cm3) (Kg) (cm) (cm)

Proctor normal 11,7 10,2 940 2,5 5,0 30,5 25 3 6,00Proctor modificado 11,7 10,2 940 4,5 5,0 45,7 25 5 27,20Método A (DNER) 17,8 15,2 2.090 4,5 5,0 45,7 l2 5 5,87Método B (DNER) 17,8 15,2 2.090 4,5 5,0 45,7 26 5 12,73

CONTROLE DE COMPACTAÇÃO NO CAMPO

• Compactação no campo através de:

• - rolo pé de carneiro• - rolo liso• - rolo de pneu

• Solos granulares - rolo liso ( vibratório)

• Solos argilosos - rolo pé de carneiro

Rolo pé de carneiro

Rolo pé de carneiro

Rolo liso

Rolo liso

Rolo de Pneus

Compactadores Manuais

Motoniveladoras

Caminhões fora de estrada

Caminhão pipa

Aeradores

Determinação do teor de umidade pelo Método Speedy

• São colocados dentro do aparelho 5 a 20 g de material, cápsulas de carbureto e esferas metálicas.

• Com a agitação do aparelho as esferas quebram as cápsulas de carbureto, ocorrendo a reação de cálcio com a água contida na amostra, produzindo a liberação de um gás expansivo (acetileno)

• O manômetro registra a expansão, com esta a pressão e com o ábaco de

calibração pressão x umidade, determina-se o teor de umidade.

Speedy

DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO

gs = h /( 1 + h )

MÉTODO DO FRASCO DE AREIA

Por diferença do peso do frasco, antes e depois do ensaio, determina-se o volume que foi escavado, pois é conhecido o s da areia utilizada no frasco.

Pareia/ gs = V buraco

GRAU DE COMPACTAÇÃO

Representa a porcentagem do peso específico aparente seco máximo que foi obtido no campo

GC = { gs (campo) / gsmax (laboratório)} . 100 0 ≤GC ≤ 100

Especificação de construção (Vargas, pág. 60/66)As exigências de especificação variam conforme o tipo de obra e exigência de órgão contratante

Para o DNER, temos :

camada de sub leito ou reforço (esforços menores)

GC ≥ 95% do proctor normal h ±2% em torno da ótima

camada de base e sub base (esforços maiores)GC ≥ 100% do proctor intermediárioh ± 1% em torno da ótima

ENSAIO DE CBR

CBR - California Bearing RatioISC - Índice de Suporte Califórnia

Utilizado no dimensionamento de pavimentos flexíveis

Sequência do ensaio, no laboratório :- determinação da hot e gs máx.- determinação das propriedades expansivas do material- determinação do CBR e ISL

Os ensaios são realizados com a amostra de solo compactado em um molde cilíndrico com diâmetro de 15 cm e altura de 17,5 cm, provido de um colarinho com 5 cm de altura, tendo um fundo falso(disco espaçador)

Ensaio de CBREquipamentos

Ensaio de CBRPrensa

ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

Através do ensaio de compactação obtemos a hot e o gs max., utilizando os ensaios de proctor normal, modificado, métodos A ou B, (DNER)

ENSAIO DE EXPANSÃO

Molda-se um corpo de prova com hot , coloca-se um papel de filtro sobre a amostra, e acima deste um disco perfurado munido de uma haste ajustável, com uma sobrecarga de discos anulares (4,5 Kg)

Imerge-se o cilindro com a amostra compactada durante 4 dias, sobre a haste coloca-se um extensômetro, faz-se leituras a cada 24 horas, durante os 4 dias, verificando a expansão do material.

P/ sub leitos - expansão ≤3% P/ sub bases - expansão ≤ 2% P/ bases - expansão < 1%

Exp = DDDDh / H

ENSAIO DE EXPANSÃO

DETERMINAÇÃO DO CBR OU ISL

Definição do CBRCurva de resistência à penetração x penetração material brita (pura)

pedra britada 70 Kgf / cm2 - penetração 0,1”105 Kgf / cm2 - penetração 0,2”

CBR = ( P / 70) . 100 � 0,1" CBR = ( P / 105 ) . 100 � 0,2 "

Por exemplo: para P = 14 Kgf / cm2 diríamos que o material teria CBR= 20% da resistência da pedra britada.(adota-se o maior valor)

EXECUÇÃO DO CBR

Prepara-se dois corpos de prova com a umidade ótima, sendo que um com 12 golpes por camada ( 5 camadas ) e outro com 26 golpes por camada, respectivamente para subleito e para base e sub base, determina-se as umidades e os pesos específicos.

Satura-se os corpos de prova durante 4 dias ( para considerar-se a condição mais desfavorável, ou seja, o solo saturado ).

Mede-se a resistência a penetração de cada um deles mediante a pressão na base superior da amostra, de um pistão com 5 cm de diâmetro com uma velocidade de penetração de 1,25 mm/min, em uma prensa faremos a leitura em um extensômetro, da penetração do solo.

Tendo em vista a velocidade de penetração de 1,25 mm/min temos:

TEMPO PENETRAÇÃO LEITURA DO EXTENSÔMETROmin DEFORMAÇÃO

0,5 - 0,63 mm1,0 - 1,27 mm2,0 - 2,54 mm4,0 - 5,08 mm6,0 - 7,62 mm8,0 - 10,16 mm

10,0 - 12,70 mm

As leituras do extensômetro do anel medem seus encurtamentos diametrais provenientes da atuação das cargas.

No gráfico de aferição do anel tem-se a correspondência entre as leituras lidas no extensômetrodo anel e as cargas atuantes.

As cargas correspondentes são determinadas através do extensômetro, integrante do anel dinamométrico, por meio destas leituras e da curva de aferição, conhecem-se as cargas atuantes no pistão que divididas pela área fornecem as pressões aplicadas a amostra.

• Traça-se a curva pressão penetração que deverá ser corrigida devido aos efeitos provenientes da irregularidade do corpo de prova.

• CBR = ( P'1 / 70 ) x 100 ou CBR = ( P'2 / 105 ) x 100• adota-se o maior valor.

VARIAÇÃO DO CBR COM A ENERGIA

Compactação dos Solos - Exercícios

1) Determinar a curva de compactação para os resultados obtidos através do Proctor Normal, são eles :h (%) - 12,01 13,81 15,82 17,60 19,50γs(g/cm3) - 1,672 1,724 1,807 1,767 1,676

2) Os valores abaixo foram obtidos em ensaios de compactação empregando o Proctor Normal e o Modificado,Normalh (%) - 7,41 8,71 10,25 11,70 13,21γs(g/cm3) - 1,780 1,897 1,998 1,990 1,919Modificadoh (%) - 6,42 7,96 9,46 10,95 12,57γs(g/cm3) - 1,957 2,097 2,123 2,041 1,957

Quais variações ocorrem nos valores de γs e hot ao alterar as energias de compactação?

3) Um solo com γs max = 1,80 g/cm3 e hot = 16,0% , foi utilizado num aterro, para o qual se especificou GC > 98,0% e ∆h = ± 1,0%. No controle de compactação desse aterro obteve-se :

h (%) - 11,50 13,00 12,60 12,60 12,80γs(g/cm3) - 1,78 1,80 1,79 1,79 1,80

Que implicação poderia haver na aceitação deste aterro?

Compactação dos Solos - Exercícios

4) Quantas passadas de um compactador tipo “sapo” ( peso = 108,0 kg; altura de queda = 0,40m; e φ = 0,32m) serão necessárias para desenvolver uma energia de compactação igual à do ensaio ProctorNormal, se a compactação no campo for feita em camadas de 0,20m de espessura?

5) Quantas passadas de um compactador tipo “sapo” ( peso = 108,0 kg; altura de queda = 0,40m; e φ = 0,32m) serão necessárias para desenvolver uma energia de compactação igual à do ensaio ProctorNormal, se a compactação no campo for feita em camadas de 0,15m de espessura?

6) Determinar qual deverá ser a espessura de uma camada de solo que será compactada com um “sapo” ( peso = 50,0 kg; altura de queda = 0,20m; e φ = 0,30m), para que seja utilizada a mesma energia de compactação do Proctor Normal. Está programado que serão aplicados 20 golpes de “sapo” em cada ponto do terreno.

Compactação dos Solos - Exercícios

7) Determinado ensaio de compactação forneceu os seguintes pontos :h (%) - 9,80 12,60 15,60 18,10 22,40γs(g/cm3) - 1,59 1,88 1,85 1,75 1,56

Calcular a umidade ótima e o γs max .

Para uma amostra deste material, quando compactada no campo, obtivemos, através do frasco de areia, que para um volume de 997,0 cm3 a amostra retirada pesou 2.045,0g. Para determinação da umidade temos :

solo + tara + água : 42,735gsolo + tara : 38,670gtara : 11,135g

Qual o grau de compactação e o desvio de umidade desta amostra ?