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MSO1 - Mecânica dos Solos I

Compactação de Solos

Prof.: Flavio A. Crispim

UNIVERSIDADE DO ESTADO DEMATO GROSSO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

SINOP - MT2011

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Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)

Estrutura

Várias explicações teóricas para a forma da curva de compactação de

solos coesivos foram propostas por diversos pesquisadores

A abordagem se volta a de aspectos qualitativos, uma vez que é difícil

quantificar o fenômeno, dada à complexidade dos fatores envolvidos

A compactação dos solos pode envolver aspectos de capilaridade,

poro-pressões (de ar e de água), pressões osmóticas, fenômenos de

superfície, além de conceitos de tensão efetiva, tensão de

cisalhamento e compressibilidade

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Estrutura

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 existentes opõem resistência aos esforços de compactação

• Índice de vazios ↑ e γd↓

Ramo seco

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

Teor ótimo

• 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 → γd max e wot

Ramo úmido

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

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Estrutura

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

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Estrutura

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 as outras, levando o solo a um nível de tensões efetivas que lhe permita resistir ao 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

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Estrutura

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 orientação resultando 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

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Estrutura

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Estrutura

Barden e Sides

• BARDEN, L.; SIDES, G. R. Engineering behavior and structure of compacted clay. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 96, No. SM4, p. 1171, 1970

Ramo seco

• O solo se estrutura, formando grumos de partículas, sendo que quanto mais seco o solo mais secos e rígidos são os grumos

• Efeitos de capilaridade proporcionam a esta estrutura condições para resistir aos esforços de compactação sem muita distorção

Ramo seco

• Aumentando o teor de umidade os grumos são molhados e, consequentemente, apresentam menor resistência mecânica

• São mais facilmente distorcidos e preenchem os poros existentes, que tendem a desaparecer próximo da umidade ótima

Teor ótimo

• Os vazios preenchidos por ar perdem a continuidade, colocando-se um limite na capacidade de redução de volume de um solo pela expulsão do ar dos seus poros

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Estrutura

Resumo

• O solo se estrutura, formando agregados de partículas, sendo tanto mais secos e rígidos quanto mais seco o solo

Ramo seco

• Efeitos de capilaridade proporcionam a estrutura condições para resistir aos esforços de compactação sem muita distorção

Ramo seco

• Aumentando w, os agregados, apresentam menor resistência mecânica• São mais facilmente distorcidos e preenchem os poros existentes, que tendem

a desaparecer próximo da umidade ótima

Teor ótimo

• Os vazios preenchidos por ar perdem a continuidade• Chega-se a um limite na capacidade de redução de volume do solo pela

expulsão do ar dos seus poros

Ramo

úmido

• A água acrescentada ao solo ocupa o espaço antes ocupado por sólidos• A água, absorve parte do esforço de compactação, reduzindo a capacidade de

compactação

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Estrutura

Michel e Soga, 2005

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Estrutura

Michel e Soga, 2005

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Permeabilidade

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Compressibilidade

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Retração

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Resistência

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Compactação em campo

Fatores que influenciam a compactação no campo

•Teor de umidade do solo

•Número de passadas do equipamento

•Espessura da camada compactada

•Características do equipamento utilizado:

• Pressão aplicada

• Área de contato, etc

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Constatação prática sobre a compactação no campo (Porter)

Número de passadas varia na razão direta do quadrado das

espessuras:

Camada de 10cm → n passadas do equipamento

Camada de 20cm → 4n passadas

Camada de 30cm → 9n passadas

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Tipos de compactadores

Rolo liso

Rolo de pneus

Rolo pé-de-carneiro

Rolos vibratórios

Compactadores manuais (tipo sapo)

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Rolos lisos

•Mais apropriados para acabamento de camadas

•Camadas pouco espessas

O que afeta a compactação:

•Carga unitária por largura da roda

•Diâmetro e largura das rodas

•Camadas: espessuras < 12 - 15 cm

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Rolos lisos

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Rolos lisos

Influência do número de passadas

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Rolos de pneu

Solos: todos, à exceção de areias de granulometria uniforme

Espessura de camada acabada: < 30 cm

Flexibilidade no contato

Simula a ação do tráfego

Maior w, menor número de passadas para se obter γd max

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Rolos de pneu

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Rolos de pneu

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Rolos pé-de-carneiro

Pés: 15 a 25 cm

Uso: solos argilosos e residuais

wcompactação < wot

Espessura da camada acabada (E)

E < (comprimento da pata + 5cm)

Índice de vazios do solo: elevado

Melhor uso: solos finos

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Rolos pé-de-carneiro

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Rolos vibratórios

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Rolos vibratórios

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Compactadores manuais

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Seleção do equipamento

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Controle de compactação

Controle de compactação: conjunto de ações visando garantir que os

parâmetros de projeto sejam atendidos

A determinação dos parâmetros (relativos à resistência ao

cisalhamento, deformabilidade, permeabilidade, etc) em geral demanda

tempo e recursos incompatíveis com a rotina de obra

O controle incide então sobre características de fácil determinação

relacionadas aos parâmetros de projeto

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As características de solos compactados tradicionalmente são

relacionadas a dois parâmetros básicos

- peso específico aparente seco (γd)

- teor de umidade (w)

O controle dos trabalhos de compactação, portanto, pode ser feito

sobre estes dois parâmetros

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É comum admitir as variações

- γd: Grau de compactação( GC) entre 95% e 100%

- w: +/- 2%

wot w (%)

γd

γd max

Ramo seco

Ramo úmido

∆ wot

∆ γd max

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Ensaios de campo

Controle pontual

- funil de areia (tradicional)

- métodos radioativos

- métodos dielétricos

- penetrômetros

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Ensaios de campo - controle pontual

Funil de areia (tradicional): γd

Determina-se o peso específico úmido (γ) → γd = γ/ (1 + w)?Humboldt; Multiquip

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Método de Hilf (tradicional): w

Speedy (tradicional): w

Contenco

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Método de Hilf (tradicional): w

Speedy (tradicional): w

Contenco

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Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γd e w

Humboldt

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Humboldt

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Multiquip

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Métodos dielétricos (substituem os radiativos)

- EDG (Eletrical Density Gauge): γd e w

Humboldt

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- EDG (Eletrical Density Gauge): γd e w

Humboldt

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- TDR (Time Domain Reflectometry ): w

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Penetrômetros

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Penetrômetros

Dynatest

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Penetrômetros

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- GeoGauge®: mede a rigidez do solo (auxiliar a outros

métodos)

Humboldt

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- GeoGauge®: mede a rigidez do solo (auxiliar a outros

métodos)

MnDOT

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