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Aula 06 – Compactação do solo

Augusto Romanini

Sinop - MT

2017/1

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO

CAMPUS DE SINOP

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

GEOTECNIA I

Compactação do Solo08/05/2017 2

Aula 01 – Origem do solo e tamanho das partículas Aula 02 – Índices Físicos do Solo

Aula 03 – Granulometria do Solo Aula 04 – Limites de Consistência

Aula 09 – Permeabilidade e Percolação Aula 10 – Exploração do subsolo

Aula 05 – Classificação do solo

Aula 00 – Apresentação / Introdução

Parte III – “Hidráulica dos solos”

Parte II – “Tensões no solo”

Parte I – “Conhecendo o solo”

Aula 06 – Compactação do Solo Aula 07 – Tensões no solo

AULAS

Aula 08 – Tensões no solo II

OS CONTEÚDOS SÃO COMPLEMENTARES.

08/05/2017 Compactação do Solo 3

Introdução

Ensaio de Compactação

O efeito da compactação nos solos

Comportamento de solos compactados

Compactação em campo


Introdução

Entende-se por compactação de um solo, o processo manual ou mecânico que visa reduzir o

volume de seus vazios e , assim, aumentar sua resistência, tornando-o mais estável.

Trata-se de uma operação simples e de grande importância pelos seus consideráveis efeitos

sobre a estabilização de maciços terrosos , relacionando-se, intimamente, com os

problemas de pavimentação e barragens de terra.

A compactação de um solo visa melhorar suas características, não só quanto à resistência,

mas, também, nos aspectos: permeabilidade, compressibilidade e absorção d'água.

No estado atual de conhecimento sobre o assunto, sabe-se que o aumento do peso

específico de um solo, produzido pela compactação, depende fundamentalmente da energia

dispendida e do teor de umidade do solo.

'Observe-se que na "compactação" há expulsão de ar, e no "adensamento" a expulsão é

da água.


Introdução


Introdução


Introdução


Conceito Básico

Conceito 01: O processo de compactação de um solo pode ser definido,

basicamente, como a redução de seu índice de vazios, sob ação de uma força

mecânica. Há reacomodação da sua fase sólida e variação na sua fase gasosa,

mas sem perda da fase líquida.

Gasosa

Líquida

Sólida

Gasosa

Líquida

Sólida

Antes da compactação Após a compactação

Variação

de

volume


Conceito Básico

Conceito 02: A compactação em termos gerais é a densificação do solo por meio da

remoção do ar, o que requer energia mecânica. O grau de compactação é medido

com base no peso especifico seco.

Quando adicionada ao solo

durante a compactação, a água

atua como um agente de

amolecimento das partículas. As

partículas deslizam umas sobre

as outras e se movem para uma

posição densamente compacta .


Conceito Básico

Resistência

Deformabilidade

Permeabilidade

F(e)

Redução do e

Resistência , Deformação

Permeabilidade

Compactar

Reduzir os vazios

Compactação em Laboratório

Compactação em Campo

Controle da compactação


Ensaio de Compactação Compactação em Laboratório

a) Molde b) Soquete c) Equipamentos gerais

Em fins da década de 1930, Porter, da California Division of Highways, desenvolveu um ensaio para determinar a densidade

seca máxima e a umidade ótima de solos para fins rodoviários. Para ele, o resultado da compactação era a redução do volume

de ar, o que se consegue até um ponto, a partir do qual a água adicionada passa a ocupar mais volume, sem conseguir

expulsar totalmente o ar. Foi Proctor, no entanto, quem padronizou esse ensaio por volta de 1933, divulgando o fato.

Ensaio Proctor



Peso Específico Seco

Teor de Umidade

Curva de Saturação

Energia de Compactação

𝛾 =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑛𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜 𝑀𝑜𝑙𝑑𝑒

𝛾𝑑 =𝛾

1 + 𝑤



Peso Específico Seco Máximo

Antes do peso específico

seco máximo, tem-se o ramo

seco, com teores de umidade

menores que o teor de

umidade ótimo

A condição tida como ideal para a compactação de um

solo é o ponto definido pelos parâmetros peso

específico seco máximo (𝜸𝒅,𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒐) e teor de umidade

ótimo (𝒘𝒐𝒕).

Depois do peso específico

seco máximo, tem-se o ramo

úmido, com teores de

umidade maiores que o teor

de umidade ótimo



w (%)

d

Ramo

seco

Ramo

úmido


Fatores que afetam a compactação

O tipo de solo A energia de compactação

Solos Granulares

Solos Finos

Normal

Intermediária

Modificada


Fatores que afetam a compactação O tipo de solo

O tipo de solo influência a curva de compactação. Para uma mesma energia de

compactação, em geral:

𝛾𝑑,𝑚á𝑥 (𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝.𝑠𝑒𝑐𝑜𝑚á𝑥)

𝑤𝑜𝑡 (𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒0

ArenososSiltososArgilosos


Fatores que afetam a compactação O tipo de solo

O tipo de solo influência a curva de compactação. Para uma mesma energia de

compactação, em geral:

LL entre 30 e 70 LL menor que 30LL menor que 30

e maior que 70LL maior que 70


Fatores que afetam a compactação A energia de compactação



Teor de umidade (w)

Peso

esp

ecíf

ico

ap

are

nte

seco

(d)

Linha de máximos

E1> E2> E3

E1

E2

E3

80-90%

Sr = 100%

Limite para o

processo de

compactação

Aproximadamente

paralelo à curva de

saturação

Energia de compactaçãod max

wot

Curva de saturação

A energia de

compactação

Normal (E1)

Intermediária (E2)

Modificada (E3)



𝐸 =𝑁º 𝑑𝑒 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎 ∙ 𝑁º 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎𝑠 ∙ 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 ∙ 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒

As energias indicam que se ocorre uma alteração do esforço de compactação

por unidade de volume do solo, a curva do peso especifico versus teor de

umidade, também será.



Cilindro

Características inerentes a cada

energia de compactação

Energia de Compactação

Normal Intermediária Modificada

Pequeno

Soquete Pequeno Grande Grande

Número de camadas 3 3 5

Número de golpes por camada 26 21 27

Grande

Soquete Grande Grande Grande

Número de camadas 5 5 5

Número de golpes por camada 12 26 55

Altura do disco espaçador (mm) 63,5 63,5 63,5

O que a ABNT propõem?




Comportamento de solos compactados Solos Granulares

Quando compactados, em geral, os solos não

coesivos não apresentam uma curva de

compactação bem definida. Para uma dada

energia de compactação o peso especifico

aparente seco, é relativamente elevado.

Mesmo variando os teores de umidade, teores de

umidade intermediários, há uma pequena variação

no peso especifico aparente seco. Assim, os

conceitos de teor de umidade ótimo e peso

especifico seco aparente máximo, perdem o

significado.

O que fazer?


Comportamento de solos compactados Solos Granulares

Compacidade Relativa 𝐷𝑟 =𝑒𝑚á𝑥 − 𝑒

𝑒𝑚á𝑥 − 𝑒𝑚í𝑛

𝐷𝑟 =𝛾𝑑,𝑚á𝑥 (𝛾𝑑 − 𝛾𝑑,min)

𝛾𝑑,𝑚𝑎𝑥 − 𝛾𝑑,min) 𝛾𝑑

𝐷𝑟 = 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎

𝛾𝑑 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

𝛾𝑑,𝑚á𝑥 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑛𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑖𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑜

𝛾𝑑,𝑚𝑖𝑛 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑛𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑖𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑡𝑜Uma classificação puramente arbitrária divide os solos não

coesivos em:

• compactos(CR>0,70);

• soltos(CR<0,30) e

• medianamente compactos(0,30<CR<0,70)


Solos Argilosos

Nos solos coesivos a compactação induz variações na estrutura dos solos coesivos. O resultado desta

variações são estruturais, e incluem alterações na condutividade hidráulica, na compressibilidade e

na resistência.


Peso e

specíf

ico s

eco

Teor de umidade

Estrutura

Floculada

Estrutura

Paralela

Estrutura

Intermediária


Solos ArgilososComportamento de solos compactados


Solos ArgilososComportamento de solos compactados



2.

Esta

bili

zaçã

oM

ecânic

a

Proctor

• PROCTOR, R. R. (1933). The design and construction of rolled earth dams.Engineering News-Record, III, August 31, September 7, 21, and 28

Ramo seco

• Forças de atrito entre partículas criadas por tensões capilares existentesopõem resistência aos esforços de compactação

• Índice de vazios ↑ e d↓

Ramo seco

• Acréscimos de água ao solo resultam em efeitos de lubrificação entre suas partículas produzindo arranjos mais compactos

Teorótimo

• Incrementos sucessivos no teor de umidade implicam em diminuição de vazios até um ponto em que os mesmos são mínimos e a densidade é máxima → d max e wot

Ramo úmido

• acréscimos no teor de umidade além deste ponto, resultam em redução dasforças capilares e afastamento interpartículas, ficando o solo menos denso emais plástico

08/05/2017 Compactação do solo 29


2.

Esta

bili

zaçã

oM

ecânic

a

Hilf

• HILF, J. W. An investigation of pore-water pressure in compacted cohesive soils. Denver, Colorado: Technical Memorandum 654, U. S. Department of the Interior, Bureau of Reclamation, 1956.

Ramo seco

• Para baixos teores de umidade, formam-se meniscos de pequeno raio de curvatura entre as partículas do solo

• Alta resistência ao esforço de compactação

Ramo seco

• Posterior umedecimento do solo leva à suavização dos meniscos e, consequentemente, à perda de capacidade de resistir aos esforços de compactação

Teor ótimo

• Os vazios existentes, inicialmente grandes e interligados, perdem ligações entre si, até que próximo da umidade ótima é quase impossível expulsar o ar do solo

Ramo úmido

• Reduções na densidade do solo se devem ao aprisionamento do ar nos poros com conseqüente geração de poro-pressão na fase gasosa e redução na eficiência do processo de compactação



2.

Esta

bili

zaçã

oM

ecânic

a

Olson

• OLSON, R. E. Effective stress theory of soil compaction. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 89, No. SM2, pp. 27-45, 1963

Ramo seco

• Aumento no teor de umidade resulta na elevação da pressão nas fases líquida e gasosa, reduzindo a tensão efetiva e permitindo, assim, que ocorra um melhor rearranjo das partículas

Ramo seco

• Acrescentando-se mais água ao solo, as partículas deslizam umas sobre asoutras, levando o solo a um nível de tensões efetivas que lhe permita resistirao esforço de compactação

Teor ótimo

• Umidade, na qual, os vazios se tornam descontínuos e impedem a saída de ar

• Não há mais redução do volume da massa de solo

Ramo úmido

• Com o aumento do teor de umidade a deformação aumenta e o γd do solo diminui



2.

Esta

bili

zaçã

oM

ecânic

a

Lambe

• LAMBE, T. W. Structure of compacted clay. Transactions ASCE, 125, pp. 682-705, 1960

Ramo seco

• A dupla camada difusa não se encontra plenamente desenvolvida

• Altas concentrações eletrolíticas e redução das forças de repulsão entre partículas

Ramo seco

• Ocorre floculação das partículas com baixo grau de orientaçãoresultando em um solo de baixa densidade

Teor ótimo

• Teores de umidade maiores permitem o desenvolvimento da dupla camada difusa, reduzindo o grau de floculação e produzindo estruturas mais dispersas

Ramo úmido

• Acréscimos no teor de umidade resultam em nova expansão da dupla camada

• Redução das forças de atração entre partículas e redução da concentração de sólidos





Fatores que influenciam na compactação

Energia de

compactaçãoTipo de solo Teor de umidade Peso específico


Compactação em campo Fatores que influenciam na compactação

Energia de

compactaçãoTipo de solo Teor de umidade Peso específico


Compactação em campo Fatores que influenciam na compactação

Teor de umidadePeso específico


Compactação em campo Quais os tipos de compactação?


Compactação em Laboratório

Pressão e Dinâmica

Via o ensaio Proctor

Dinâmica Pressão Vibração



Dinâmica



Dinâmica

Pressão



Pressão

Vibração



Pressão

Vibração



Fatores que influenciam a

compactação no campo:

•Teor de umidade do solo

•Número de passadas do

equipamento ( Energia)

•Espessura da camada

compactada ( Peso esp. Seco)

•Características do equipamento

utilizado:

• Pressão aplicada

• Área de contato



Fatores que influenciam a compactação no

campo:

Características do equipamento utilizado:

• Pressão aplicada

• Área de contato


Compactação em campo Espessura da camada

Razões econômicas fazem preferir que a espessura seja a maior possível. Mas

características do material, tipo de equipamento e finalidade do aterro são fatores que

devem predominar.

Equipamentos diversos exigem espessuras de camada diferentes.

A tabela "Escolha do rolo compactador" é uma orientação inicial.

Geralmente se adotam espessuras menores que as máximos, para garantir compactação

uniforme em toda a altura da camada

Tipo de Rolo Peso Espessura Uniformidade Tipo de Solo

Pé de Carneiro Estático 20 40 Boa Argilas e Silte

Pé de Carneiro Vibratório 30 40 Boa Mistura de areia,silte e argila

Pneumático Leve 15 14 Boa Mistura de areia,silte e argila

Pneumático Pesado 35 35 Muito Boa Praticamente todos

Vibratrório com rodas lisas 30 50 Muito Boa Areias,cascalhos,Material Granular

Liso Metálico estático,3 rodas 20 10 Regular Materiais Granulares

Rolo de Grade 20 20 Boa Materiais Granulares


Compactação em campo Espessura da camada


Compactação em campo Controle de compactação

O controle de compactação é

um conjunto de ações visando

garantir que os parâmetros de

projeto sejam atendidos, ou

seja, o que foi previsto em

laboratório seja feito o mais

próximo possível no campo.

O controle de compactação

é feito com base em dois

índices : peso especifico

seco e teor de umidade.



Evitar que uma camada inadequadamente compactada seja coberta por outra

antes da análise.



É uma verificação sistemática onde se verifica, em intervalos regulares, se a

compactação foi feita de acordo com as especificações. Normalmente se faz o

controle a cada 1000,00 m³ de solo compactado.

Formas de se monitorar a densidade no campo:

• Frasco de areia

• Método de Hilf

• Densímetro nuclear



• Frasco de areia



• Densímetro nuclear Os densímetros nucleares são utilizados com

frequência para a determinação do peso

especifico seco compactado do solo.

Esse equipamento opera tanto em furos como

na superfície do solo. Um isótopo radioativo e

usado como fonte e libera raios gama, que são

irradiados de volta para o detector do

densímetro. Os solos denso absorvem mais

radiação que os solos fofos. O instrumento

retorna com dados do peso úmido por unidade

de volume e peso da água existente em um

volume de solo. Basta assim, calcular o peso

seco utilizando índices físicos.



• Densímetro não nuclearMedidor de densidade de solos SDG ( Soil

Density Gauge), não radioativo, capaz de

determinar, in situ, as principais propriedades

físicas de solos soltos e compactados, tais como:

densidade seca e úmida, umidade, temperatura e

percentual de compactação, além de armazenar

informações dos materiais e dados do projeto.

A medição é efetuada pela rigidez dielétrica do

material com o equipamento sobre o solo. Não

necessita de licenças especiais nem de

operadores certificados. Sem necessidades

especiais de armazenamento.



• Densímetro não nuclear


• Na construção de aterros para estradas, barragens e outras estruturas os solos devem ser compactados para melhorar

suaspropriedades.

• A compactação aumenta a resistência dossolos.

• O solo compactado está menos sujeito a recalque, devido a sua menor compressibilidade

• A permeabilidade dos solos reduzida com a compactação, devido a redução dos vazios entre as partículas.

LEITURA RECOMENDADA 01 - - UHE TUCURUÍ - ETAPA DE EXPANSÃO

CONTROLE TECNOLÓGICO DAS OBRAS DE TERRA E ENROCAMENTO

Compactação do Solo

REFERÊNCIAS

CAPUTO, H.P. Mecânica dos solos e suas aplicações - Volumes I, II, III.

DAS, B.M. Fundamentos de engenharia geotécnica. 7ª ed. Cengage Learning, 632 p., 2011.

PINTO, C.S. Curso básico de mecânica dos solos. 3ª Ed. Oficina de Textos, 356 p., 2006.

08/05/2017 53


Obrigado pela atenção.

Perguntas?


Exemplo

08/05/2017 55

Um ensaio de compactação foi conduzido em uma determinada energia de compactação. O molde

utilizado possui um volume de 944,00 cm³. São fornecidos a massa do solo compactado neste molde e em

seis teores de umidade. É solicitado a curva de compactação para esta situação. Pede – se que seja

apresentada a curva de saturação de 100% ( sem ar nos vazios). O ensaio do peso específicos do sólidos

resultou em 27,20 kN/m³.

Amostra Massa Úmida (g) Teor de umidade(%)

01 1680,00 10

02 1784,00 12

03 1841,00 14

04 1833,00 16

05 1782,00 18

06 1735,00 20

Responda:

a) Estime o peso especifico seco

máximo e teor de umidade ótimo?

b) Se em campo obteve-se um peso

especifico seco de 16,95 kN/m³, qual

o grau de compactação?

c) Se houvesse uma compactação com

uma energia superior, o que

aconteceria com a curva? E se fosse

uma energia inferior?


Exemplo

08/05/2017 56

Documents

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