Aula 02 COMPACTAÇÃO DO SOLO. Eng. Civil Augusto Romanini (FACET Sinop) Sinop - MT 2016/1

Transcrição

1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL TÉCNICAS DE MELHORAMENTO DE SOLOS Aula 02 COMPACTAÇÃO DO SOLO Eng. Civil Augusto Romanini (FACET Sinop) Sinop - MT 2016/1

2 Introdução Conceito Pra que compactar? Como funciona a compactação? Compactação em laboratório Compactação em campo Controle de compactação 2

3 Introdução Na construção de aterros para estradas, barragens e outras estruturas os solos devem ser compactados para melhorar suas propriedades. A compactação aumenta a resistência dos solos. 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. A compactação é utilizada provavelmente desde tempos remotos. No século XX ocorre a padronização das técnicas de compactação. O. J. Porter - Departamento Rodoviário da Califórnia (EUA) Ralph R. Proctor - década de 1930, (EUA) 3

4 Introdução 4

5 Introdução 5

6 Introdução 6

7 Conceito 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. Compactação Consolidação 7

8 Conceito Antes da compactação Após a compactação Gasosa Líquida Gasosa Líquida Variação de volume Sólida Sólida 8

9 Pra que compactar? Resistência Deformabilidade Permeabilidade Redução do e F(e) Resistência, Deformação Permeabilidade Para elaboração de projetos é necessário determinar a variação De em laboratório, e controlar a compactação em campo. 9

10 Pra que compactar? A compactação pode ser aplicada a solos coesivos e não coesivos, podem ser compactados também materiais granulares, materiais betuminosos e resíduos sólidos urbanos. 10

11 Como funciona a compactação? A condição tida como ideal para a compactação de um solo é o ponto definido pelos parâmetros peso específico seco máximo ( d max ) e teor de umidade ótimo (w ot ). 11

12 Como funciona a compactação? d Ramo seco Ramo úmido w (%) 12

13 Peso específico aparente seco ( d) Compactação Como funciona a compactação? Energia de compactação d max w ot Linha de máximos 80-90% Curva de saturação S r = 100% E1 E2 E3 E1> E2> E3 Teor de umidade (w) Limite para o processo de compactação Aproximadamente paralelo à curva de saturação 13

14 Como funciona a compactação? O tipo de solo também influência a curva de compactação. Para uma mesma energia de compactação, em geral: Argilosos Siltosos Arenosos d max w ot 14

15 2. Estabilização Mecânica Como funciona a compactação? 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 d Ramo seco Teor ótimo Ramo úmido Acréscimos de água ao solo resultam em efeitos de lubrificação entre suas partículas produzindo arranjos mais compactos 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 w ot 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 15

16 2. Estabilização Mecânica Como funciona a compactação? 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, 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 Teor ótimo Ramo úmido Posterior umedecimento do solo leva à suavização dos meniscos e, consequentemente, à perda de capacidade de resistir aos esforços de compactação 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 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 16

17 2. Estabilização Mecânica Como funciona a compactação? Olson OLSON, R. E. Effective stress theory of soil compaction. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 89, No. SM2, pp , 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 γ d do solo diminui 17

18 2. Estabilização Mecânica Como funciona a compactação? Lambe LAMBE, T. W. Structure of compacted clay. Transactions ASCE, 125, pp , 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 Ramo úmido Teores de umidade maiores permitem o desenvolvimento da dupla camada difusa, reduzindo o grau de floculação e produzindo estruturas mais dispersas 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 18

19 Peso específico seco Como funciona a compactação? Estrutura Intermediária Estrutura Floculada Estrutura Paralela Teor de umidade 19

20 Como funciona a compactação? 20

21 Peso Especifico Peso Especifico Peso Especifico Peso Especifico Como funciona a compactação? Tipo A, em forma de Sino Tipo B, um pico e meio Teor de Umidade Teor de Umidade Tipo C, dois picos Tipo D, muito rara Teor de Umidade Teor de Umidade 21

22 Solos coesivos Várias explicações teóricas para a forma da curva de compactação de coesivos foram propostas por diversos pesquisadores solos 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, poropressões (de ar e de água), pressões osmóticas, fenômenos de superfície, além de conceitos de tensão efetiva, tensão de cisalhamento e compressibilidade 22

23 Solos não coesivos Quando compactados, em geral, os solos não-coesivos não compactação bem definida, como ocorre com os coesivos apresentam uma curva de Para uma dada energia de compactação o peso específico aparente elevado, estando o solo seco ou saturado seco é relativamente Em teores de umidade intermediários, há pequena variação no peso específico aparente seco Assim, os conceitos de teor de umidade ótimo e peso específico podem perder significado aparente seco máximo 23

24 Solos não coesivos Os solos não coesivos são caracterizados então através do parâmetro compacidade relativa (CR) Onde: e max - índice de vazios do solo no estado mais solto possível e min - índice de vazios do solo no estado mais denso possível e - índice de vazios do solo no estado considerado d max - peso específico aparente seco do solo no estado mais denso possível d min - peso específico aparente seco no estado mais solto possível d - peso específico aparente seco no estado considerado 24

25 Solos não coesivos No Brasil, os índices emax e emin são determinados segundo prescrições, respectivamente, das Normas Técnicas NBR 12004/90 (ABNT, 1990) e NBR 12051/91 (ABNT, 1991) De acordo com a definição apresentada, CR varia de 0 a 1, respectivamente para solos nos estados mais solto e mais compacto possíveis. Uma 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) 25

26 Solos não coesivos Terminologia sugerida por Terzaghi para a classificação de areias segundo a compacidade Classificação Compacidade Relativa, CR (%) Areia muito fofa Abaixo de 15 Areia fofa Entre 15 e 35 Areia medianamente Entre 35 e 70 densa Areia densa Entre 70 e 85 Areia muito densa Acima de 85 26

27 Solos não coesivos As características de compressibilidade e resistência ao cisalhamento dos solos não coesivos relacionam-se com as suas compacidades relativas Em geral, os solos não coesivos são mais compressíveis quanto menores forem as suas compacidades relativas e mais resistentes ao cisalhamento quanto maiores forem estas 27

28 Compactação em laboratório A compactação de corpos-de-prova em laboratório, então, é feita basicamente, por quatro vias: compactação dinâmica caracterizada pela ação de queda de um soquete sobre a camada de solo, compactação estática - onde se exerce uma pressão constante sobre o solo, a uma velocidade relativamente pequena, compactação por pisoteamento - em que, golpes são aplicados ao solo através de um pistão com mola, em vez da tradicional queda de soquete, iniciando-se a compactação pela parte inferior da camada, à semelhança da compactação no campo com o equipamento pé-de- carneiro; compactação por vibração - na qual, pode-se ou não colocar uma sobrecarga sobre a camada de solo a ser compactada, aplicando-se vibração ao conjunto 28

29 em laboratório Baseia-se nos estudos de Proctor, a padronização internacional do ensaio de compactação, sendo o mesmo mais conhecido como Ensaio Proctor, que no Brasil foi normatizado pela ABNT (1986) e DNIT (DNER, 1994) F 29

30 Compactação em laboratório O ensaio de compactação dinâmica é o mais utilizado e é aquele desenvolvido por Proctor, que foi inicialmente normatizado pela, hoje, American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) e é conhecido como AASHTO standard ou ensaio Proctor normal. No Brasil, esse ensaio é normatizado pela ABNT (1986) e também pelo (DNER, 1994) DNIT 30

31 Compactação em laboratório Características do ensaio de compactação normatizado pela ABNT, contemplando, além da energia normal, as energias intermediária emodificada Cilindro Pequeno Grande Características inerentes a cada energia de compactação Energia de Compactação Normal Intermediária Modificada Soquete Pequeno Grande Grande Número decamadas Número de golpes por camada Soquete Grande Grande Grande Número decamadas Número de golpes por camada Altura do disco espaçador 63,5 63,5 63,5 (mm) ABNT,

32 Peso específico seco Compactação Coeficiente de Permeabilidade ( m/s) Efeitos da compactação em laboratório Permeabilidade Estrutura Intermediária 1,0E-05 1,0E-06 1,0E-07 Estrutura Floculada 1,0E-08 1,0E-09 Teor de umidade Estrutura Paralela 1,0E Teor de Bentonita (%) 32

33 Índice de vazios Compactação Efeitos da compactação em laboratório Compressibilidade Ramo seco Descompressão Alta pressão de consolidação Escala log 33

34 Efeitos da compactação em laboratório Resistência 34

35 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 35

36 Compactação em campo Fatores que influenciam a compactação no campo na 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 36

37 Compactação em campo Ou seja, para uma camada de 20 cm de espessura, o número de passada para se atingir determinado peso especifico, funciona da seguinte forma: n = (20/10)^2 = 4n, quatro vezes o número de passadas. 37

38 Compactação em campo Tipos de compactadores Rolo Liso Rolo de Pneus Rolo pé de carneiro Rolo Vibratório Compactadores Manuais 38

39 Compactação em campo 39

40 Compactação em campo Rolo Liso 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 < cm 40

41 Compactação em campo Rolos Lisos 41

42 Capa compactada Compactação em campo Rolos Lisos Rolo Metálico Camada Inicio da compactação Durante a compactação 42

43 Compactação em campo Rolos Lisos 43

44 Compactação em campo Rolos de Pneu Solos: são utilizados em todos os solos, à exceção de areias com granulometria uniforme. A espessura da camada acabada de ver ser menor que 30 centímetros. O contato é flexível, simulando a ação do trafego. Quanto maior o teor de umidade, menor o número de passadas para se atingir o peso especifico seco máximo. 44

45 Compactação em campo Rolos de Pneu 45

46 Compactação em campo Rolos de Pneu 46

47 Compactação em campo Rolos Pé-de- Carneiro Os rolos pé de carneiro são utilizados em solos argilosos e residuais, no geral o teor de umidade de compactação é menor que o teor de umidade ótimo. As patas ou pés tem extensão de 15 a 25 cm, e esta espessura afeta na espessura da camada acabada. Espessura da camada acabada (E) E < (comprimento da pata + 5cm) Índice de vazios do solo: elevado Melhor uso: solos finos 47

48 Compactação em campo Rolos Pé-de- Carneiro 48

49 Compactação em campo Rolos Vibratório 49

54 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 54

55 Controle de compactação As características de solos compactados tradicionalmente são relacionadas a dois parâmetros básicos - peso específico aparente seco ( d ) - teor de umidade (w) O controle dos trabalhos de compactação, portanto, pode ser feito sobre estes dois parâmetros 55

56 Controle de compactação É comum admitir as variações - d : Grau de compactação( GC) entre 95% e 100% - w: +/- 2% d D w ot d max Ramo seco D d max Ramo úmido w ot w (%) 56

57 03 - Leitura recomendada - Estabilização mecânica de um solo de Sinop- MT Dalla Roza e Crispim 57

58 Obrigado pela atenção. Perguntas? 58