aula compactacao

7/26/2019 Aula Compactacao

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Universidade Federal da Bahia - UFBAEscola Politcnica

Departamento de Cincia e Tecnologia dos Materiais - DCTMMecnica dos Solos I ENGA54

Prof. Magno Mota

Compactao

Processo manual ou mecnico que visa reduzir o volume de vazios dosolo por meio da aplicao de energia mecnica.

Aumenta o peso especfico solo.

Aumenta a resistncia e diminui a deformabilidade e permeabilidadedos solos.

Reduz o recalque no-desejado das estruturas e aumenta a estabilidadedos taludes de aterros.

Outros mtodos de estabilizao e melhoria dos solos: Mistura ou injeo de substncias qumicas: misturas solo-cimento,

misturas solo-cal e jet-ground;

Incorporao no solo de elementos estruturais: Solo reforado, soloenvelopado e terra armada.


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Princpios geraisOs fundamentos da compactao foram desenvolvidos por Ralph

Proctor na dcada de 1920.

Segundo Proctor, a compactao funo de quatro variveis: a) pesoespecfico seco; b) umidade; c) energia de compactao; d) tipo desolo (solos grossos, solos finos, etc.).

Aps a compactao, o peso especfico seco dos solos aumenta (atdeterminado limite) com o teor de umidade. Peso especfico seco (

d)

A gua adicionada ao solo atua como agente amolecedor nas partculas quedeslizam uma sobre as outras e se posicionam de maneira mais compacta.

sd

t

P

V = : peso das partculas slidas

: volume total do solo

s

t

Onde :

PV

Curva peso especfico natural () versusteor de umidade () paraum mesmo esforo de compactao

Peso especfico seco mximo

1

1 2

( ) ( 0)d d d

Para

= =

= =

= +

2 ot (teor de umidade timo)Para = =

2Para >

Reduo do peso especfico seco.

A gua ocupa o volume que seriaocupado pelas partculas slidas

Peso especfico (aparente) seco sdt

P

V =


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Ensaio de compactao Proctor Normal

Procedimentos bsicos desenvolvidos por Ralph Proctor em 1933.

A energia de compactao do ensaio atualmente conhecida comoenergia de compactao Proctor Normal.

Principais procedimentos do ensaio (NBR 7182):

Colocao da amostra de solo em bandejas para que a mesma adquira aumidade higroscpica (secagem ao ar);

Destorroamento e passagem do solo pela peneira #4;

Adio de gua na amostra para a obteno do primeiro ponto da curva de

compactao do solo (peso especfico aparente seco versusteor de umidadedo solo compactado);

Manuteno da amostra em repouso por um perodo de aproximadamente 24h

- Homogeneizao de umidade em toda a massa de solo.

Colocao da amostra em um recipiente cilndrico com volume igual a 1000 ml;

Compactao da amostra com um soquete de 2500g, caindo de uma altura deaproximadamente 30 cm, em trs camadas com 26 golpes do soquete por camada.


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Repetio do processo anterior para amostras de solo com diferentes teoresde umidade, obtendo-se em mdia, 5 pontos para a obteno da curva decompactao.

Para cada corpo de prova, o peso especfico natural pode ser calculadopela equao:

O teor de umidade do solo compactado (), para cada corpo de prova, determinado em laboratrio.

Com e conhecidos, o peso especfico (aparente) seco pode sercalculado pela equao:

c

W

V =

:

o peso do solo compactado no recipiente cilndrico;

o volume do recipiente cilndrico.c

onde

W

V

1d

=

+

Curva de compactao tpica

Aumento do peso especfico seco at o valormximo (dmax).

Peso especfico seco mximo associado aochamado teor de umidade timo (ot).

Ramo seco: trecho da curva anterior ao

valor de umidade tima. Ramo mido: trecho da curva posterior ao

valor de umidade tima.

A curva de compactao situa-se sempre esquerda da curva de saturao.

- No processo de compactao no possvelexpulsar todo o ar existente nos vazios do solo(mesmo para elevados nveis de energia).

Curva desaturao

Curva de saturao

w rd

wr

s

S

S

=

+

100 wr dw

s

Para S %

= =

+


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Energia de compactao

P h N nE

V

=

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Peso do soquete (N)

Altura de queda do soquete (m)

Nmero de golpes por camada

Nmero de camadas

Volume de solo compactado (m )

P

h

N

n

V

Onde:

Influncia da energia de compactao na curva de

compactao do solo

Aumento da energiade compactao

Reduo do teor deumidade timo

Aumento no valor do pesoespecfico seco mximo


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compactao do solo

Energias de compactao usuais

3Proctor Normal: 5,7 Kgf cm cm

3Proctor Intermedirio: 12,6Kgf cm cm

3Proctor Modificado: 27,5 Kgf cm cm

Motivao: surgimento de equipamentos decampo de grande porte com a capacidade de

elevar a energia de compactao.


compactao do solo

Energias de compactao usuais

Padres adotados por diferentes rgos


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Influncia do tipo de solo na curva de compactao

Solos grossos Menor valor do teor de umidade timo.

Maior valor do peso especfico seco mximo.

Curvas de compactao mais fechadas.

Estruturas formadas

Ramo seco: estrutura floculada (desorientada).

Ramo mido: estrutura dispersa (orientada).

Excessiva orientao daspartculas slidas

Altas energias de

compactao de campo

Indesejvel fenmeno dedesplacamento das partculasconhecido como laminao

Elevados valores

de umidade


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Estruturas formadas

Exemplo de laminao

Utilizao dos mesmos princpios que estabelecem acompactao nos ensaios em laboratrio.

Fatores que influenciam o peso especfico mximo.

Tipo de solo.

Quantidade de gua utilizada. Energia de compactao aplicada pelo equipamento .

- Tipo e peso do equipamento.

- Espessura da camada de compactao.

- Nmero de passadas sucessivas aplicadas.


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Formas de aplicao da energia de compactao no campo

Esforos:

- Presso;

- Impacto;

- Vibrao;

- Combinao dos esforos anteriores.

Geralmente, combinam-se a vibrao com a presso.

- A vibrao utilizada isoladamente se mostra pouco eficiente.- A presso contribui para diminuir, de maneira mais eficaz, o volume de

vazios inter partculas do solo.

Ensaio de penetrao com uma agulha Proctor

Quanto maior a umidade menor aresistncia do solo.

Porm, solos compactados em teor de umidadeabaixo do valor timo no so estveis.

Em uma situao de saturao em campo:

- Um solo compactado no teor de umidade 1apresentaria resistncia praticamente nula.

- Um solo compactado no teor de umidadeotapresentaria resistncia r.


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Soquetes

Compactadores de impacto

Utilizao em locais de difcil acesso paraequipamentos maiores:

Valas;

Trincheiras.

Possuem peso mnimo de 15 Kgf

Podem ser manuais ou mecnicos (sapos)

Rolos estticos

P-de-carneiro

Tambor metlico com protuberncias(patas) solidarizadas

Protuberncias troncocnicas com altura

de aproximadamente 20 cm. Podem ser auto propulsivos ou arrastado por trator.

Indicado para a compactao de todo tipo de solo exceto areia

Promove grande entrosamento entre as camadas compactadas

- Cada camada compactada possui geralmente 15 cm

- O nmero de passadas (passagens) varia de 4 a 6 para solos finos e de 6 a8 para solos grossos.


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Rolos estticos

P-de-carneiro Superfcie de solo aps o uso do rolo p-de-carneiro

Rolos estticos

Rolo liso

Cilindro oco de ao.

Pode ser preenchido por areia mida ou gua.

- Possibilita o aumento da presso aplicada.

Usados em bases de estradas, em capeamentos.

Indicados para solos arenosos, pedregulhos e pedra britada.

Possuem massas de 1 a 20 t.

Frequetemente utilizado para o acabamento superficial dascamadas compactadas.

Compacta bem camadas finas de 5 a 15 cm com 4 a 5 passadas.


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Rolos estticos

Rolo liso Para a compactao de solos finos:

- Rolos com trs rodas;

- Rolos com peso de aproximadamente 10 tpara materiais de baixa plasticidade;

- Rolos com peso de aproximadamente 7 t paramateriais de alta plasticidade.

Possuem desvantagens como:

- Pequena rea de contato;- Em solos de pequena capacidade de suporte afundam demasiadamentedificultando a trao;

- Seu uso gera a necessidade de melhoria do entrosamento entrecamadas por meio de escarificao do solo.

Rolos estticos

Rolo liso

Superfcie compactada aps escarificao


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Rolos estticos

Rolo Pneumtico Rolo compactador de pneus de borracha

Eficiente na compactao de capas asflticas,bases e sub-bases de estradas

Indicados para solos de granulao fina earenosa

Possui rea de contato varivel- Funo da presso nos pneus

- Funo do peso do equipamento Obteno de bons resultados com cargas

elevadas- Ateno com a possibilidade de ruptura do solo

Rolos vibratrios

Alta eficincia na compactao de solos granulares (areias) A vibrao favorece o processo de compactao do solo

Espessura mxima da camada: 15 cm

Dispositivos vibratrios podem ser montados em rolos

compactadores lisos, pneumticos ou p-de-carneiro.


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Aspectos que requerem ateno:

Tipo de solo; Deve-se garantir a homogeneidade do solo.

Espessura da camada; A espessura da camada lanada no deve exceder a 30 cm.

A espessura da camada compactada dever ser menor que 20 cm.

Entrosamento entre as camadas;

Nmero de passadas;

Tipo de equipamento;Umidade do solo; Deve-se mant-la o mais prximo possvel do valor timo.

Grau de compactao alcanado.

Procedimento usual de controle da compactao

Coleta de amostras de solo da rea de emprstimo

No campo, para cada camada compactada:

Verificao do teor de umidade empregado e comparao com ovalor timo obtido em laboratrio

- O teor de umidade empregado deve atender especificao:

Realizao, emlaboratrio, do ensaio

de compactao.

Obteno da curvade compactao.

Obteno dos valores depeso especfico secomximo e teor de umidade

timo.

2 2campo ot campo% % < < +


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No campo, para cada camada compactada:

Determinao do peso especfico seco do solo no campo ecomparao com o obtido no laboratrio;

Determinao do grau de compactao do solo (GC);

Deve-se obter sempre GC95%;

Caso as especificaes no sejam atendidas:

- O solo dever ser revolvido;

- Dever ser efetuada uma nova compactao.

100campod

dmax

GC

=

Processo de umedecimento

Aumento da umidade da camada de solo a ser compactada


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Processo de aerao

Reduo da umidade da camada de solo a ser compactada

Recomenda-se uma etapa de repouso para equalizao daumidade (pelo menos 1 dia).

Determinao da umidade no campo

Aparelho normalmente utilizado: umidmetrospeedy.

Recipiente metlico, hermeticamente fechado

Procedimento de uso

- Coloca-se dentro do recipiente duas esferas de ao, a amostra de soloda qual se deseja medir a umidade e uma ampola de carbureto (CaC2)

- Agita-se o recipiente quebrando-se a ampola

- O CaC2combina-se com gua do solo originando o gs acetileno

- O gs exercer uma presso no interior do recipiente, acionando omanmetro localizado na tampa do aparelho

- A partir da presso medida e do peso da amostra determina-se aumidade por meio de uma tabela especfica


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Determinao da umidade no campo

Outros mtodos utilizados

Queima do solo com lcool ou frigideira (no recomendados)

- Se possvel, deve-se utilizar estufa

Uso de equipamento microondas

- Procedimento pouco difundido

- Umidade determinada em aproximadamente 30 min.

Uso de sonda de nutrons

- Procedimento pouco difundido;

- Muito utilizado na rea agrcola.

Determinao do peso especfico seco

Mtodos mais empregados Mtodo do frasco de areia

- Uso de um frasco de vidro ou plstico (preenchido com areia) com umcone de metal no topo

- Faz-se uma cavidade na camada do solo compactado

- Retira-se o solo e o pesa em seguida- Mede-se o volume da cavidade com a

areia contida no frasco

O volume do solo escavado igual aovolume de areia que saiu do frasco;

- Obtm-se o peso especfico do solo

- Obtm-se o peso especfico seco a partirda umidade e o do peso especfico do solo.


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Mtodos mais empregados Mtodo do frasco de areia

- Um ensaio em andamento no campo


Mtodos mais empregados Cravao de um cilindro de volume conhecido na camada de solo

compactada- Aps a cravao do cilindro, o solo rasado e o peso do cilindro mais o

solo determinado


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Nmero de passadas do rolo

Fatores que influenciam o nmero de passadas

Tipo de solo a ser compactado

Tipo de equipamento disponvel

Condies particulares de cada caso

- Grandes obras geralmente utilizam aterros experimentais para sedeterminar o nmero timo de passadas do rolo.

De maneira geral, 8 a 12 passadas em uma camada de solo sosuficientes

Nmero mximo de passadas recomendado para o alcance do pesoespecfico seco determinado: 15

- Caso haja a necessidade de maior nmero de passadas, recomenda-se amudana das condies de compactao.

Ensaio ISC ou CBR (California Bearing Ratio)

Utilizado no dimensionamento de pavimentos flexveis

Permite avaliar as potencialidades do solo para uso na construo depavimentos flexveis.

Visa a determinar:

Propriedades expansivas do material; ndice de Suporte Califrnia.

Etapas do ensaio:

Ensaio de compactao;

Preparao dos corpos de prova;

Ensaio de expanso;

Determinao do ISC.


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Etapas do ensaio:

Ensaio de compactao

- Deve ser realizado de modo similar ao ensaio de compactao ProctorNormal.

- A energia de compactao deve corresponder do Proctor Modificado(construo de pavimentos flexveis).

- Dimenses do cilindro de compactao:


Etapas do ensaio:

Preparao dos corpos de prova;

- A amostra de solo deve passar pela malha de 19 mm (3/4).

- Utiliza-se o mesmo cilindro do ensaio de compactao.

- Devem ser moldados trs corpos de prova na umidade timadeterminada no ensaio de compactao.

Trs diferentes energias de compactao: 12, 26 e 55 golpes por camada.

- Determina-se o peso especfico seco para cada corpo de prova.


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Etapas do ensaio:

Ensaio de expanso;- Realizado aps a preparao dos corpos de prova

- Retira-se o disco espaador e inverte-se o cilindro (base perfurada naextremidade oposta).

- Encaixa-se um dispositivo com extensmetro

Medio da expanso sofrida pelo solo.

- Coloca-se sobre o corpo de prova um contrapeso com peso no inferior

a 4,5 Kgf Simulao do peso do pavimento a ser construdo sobre o solo.

- Mantm-se o corpo de prova imerso em gua durante 4 dias


Etapas do ensaio:

Ensaio de expanso;

- Durante os 4 dias, realiza-se leituras no extensmetro de 24 em 24horas.

- Especificaes adotadas para a construo de pavimentos flexveis:

Subleitos: Expanso < 3%

Sub-bases: Expanso < 2%

Bases: Expanso < 0,5%


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Etapas do ensaio:

Determinao do ISC ou CBR;

- ISC ou CBR: parmetro associado capacidade de suporte do solo.

Referncia: resistncia penetrao de um pisto de 5 cm de dimetro emuma camada de pedra britada (CBR=100%).

- Procedimento: Colocao do corpo de prova (com contrapeso) em uma prensa;

Penetrao de um pisto de ao ( = 5cm) a uma velocidade

constante (1,25 mm/min); Medio da penetraes por meio de um extensmetro;

Medio da resistncia penetrao para valores de penetrao pr-determinados (0,64 mm, 1,27 mm, 1,91 mm, 2,54 mm, 3,81 mm.5,08 mm, etc.)

0,10,2


Etapas do ensaio:


- Procedimento:

Determinao do CBR de cada corpo de prova: relao entre a resistnciaao puncionamento para os valores de penetrao de 0,1 e 0,2 e os

valores de referncia.

Presso padro (referncia)para 0,1: 70 Kgf/cm2

Presso padro (referncia)para 0,2: 105 Kgf/cm2

10070

presso calculadaCBR = 100

105

presso calculadaCBR =

Adota-se, para cada corpo prova, o maior valor encontrado.


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Etapas do ensaio:


- Procedimento:

Construo do grficodversusISC.

Determinao do ISC do solo: ISC correspondente a 95% do dmaxdeterminado para a energia do Proctor Modificado .


Correlao emprica entre ISC e mdulo de elasticidade (E) dosolo.

( ) ( )0 65 265 ,E ISC Kgf cm=


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Exemplo: Pede-se determinar o ndice de suporte Califrnia,I.S.C. (ou C.B.R.) para um ensaio em que a fora exercida pelopisto amostra foi de 825 kgf e 1000 kgf para os valores depenetrao de 0,1 (2,5 mm) e 0,2 (5,0 mm). Dados: Dimetrodo pisto: 5 cm. Presso padro para 0,1": 70 kgf/cm2. Pressopadro para 0,2": 105 kgf/cm2.

DAS, B. M. Fundamentos de Engenharia Geotcnica. Thomson Learning,2007 (Traduo da 6 edio norte-americana).

MACHADO, S. L.; MACHADO, M. F. C. Mecnica dos solos I: ConceitosIntrodutrios. Departamento de Cincia e Tecnologia dos Materiais daEscola Politcnica da Universidade Federal da Bahia (Setor de Geotecnia).

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