COMPACTAÇÃO E MELHORAMENTO DE TERRENOS

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1 Capítulo 9 COMPACTAÇÃO E MELHORAMENTO DE TERRENOS 1. Compactação A compactação é uma técnica de adensamento do terreno (diminuição do índice de vazios, ou aumento do peso volúmico seco) por aplicação de acções mecânicas repetidas e rápidas. O solo diminui de volume à custa da saída de ar logo, neste processo, não há variações do teor em água. 1

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3 Há três tipos de compactação: Pressão (estática) Impacto (apiloamento) Vibração As diferentes designações têm a ver com a forma como a energia é transmitida ao solo para o adensar. Em obra, esta energia é aplicada de modo diferente consoante tipo de equipamento processo construtivo (peso e nº de passagens do equipamento) Alguns equipamentos: Cilindro de rasto liso Cilindro de pés de carneiro Cilindro de pneus 3

4 Ensaios de compactação Molde grande Molde pequeno Ensaios Proctor: E LNEC ASTM: Leve D698 (1996) Pesada D1557 (1996) Pilão da compactação leve E LNEC Curvas de compactação de solos finos argilosos: As curvas de compactação estão associadas a uma dada energia. O ponto óptimo sobe e desloca-se para a esquerda com o aumento da energia. 4

5 2. Melhoramento de terrenos Há vários métodos para melhorar as características dos terrenos: Melhoria devida a densificação do terreno Introdução de drenos, vácuo Pré-carga (solos finos saturados) Vibrosubstituição Melhoria devida a um ligante ou inclusão Injecção de solos (Jet grouting) Reforço de solos (terra armada) A escolha do método depende das características do solo e do que se pretende melhorar. drenos 5

6 vácuo Vibro-substituição 6

7 Injecção de solos Ligante + ar comprimido Ligante em calda Cabeça protectora Ferramenta agitadora Ar Solo tratado Solo tratado Método seco (dry deep mixing) Método húmido (wet deep mixing) Capítulo 10 PROSPECÇÃO 7

8 1. Introdução A Prospecção consiste na caracterização fisica, mecânica e hidráulica dos terrenos, com identificação dos respectivos parâmetros de dimensionamento. Os principais objectivos da prospecção são: Determinar a profundidade do nível freático e as tensões neutras. Identificar a sequência, espessura e extensão dos estratos de terreno até à profundidade considerada necessária. Recolha de amostra para identificação (reconhecimento físico/ensaios laboratoriais). Inclui as seguintes categorias: Métodos de observação in-situ (ex: poços, valas, galerias, etc.) Métodos de medida in-situ (ensaios mecânicos e de permeabilidade, ensaios dinâmicos, etc.) Vai-se dar especial atenção à execução de sondagens para identificação dos terrenos, amostragem para recolha de amostras para ensaio em laboratório e realização de ensaios in situ para determinação das características mecânicas e hidráulicas do terreno. 8

9 2. Sondagens O principal objectivo das sondagens é a identificação do tipo de solo e da profundidade do nível freático. As sondagens permitem a recolha de amostras para reconhecimento. Número de sondagens: Área do terreno (m 2 ) A < A < A < A A Número de sondagens /200m /400m 2 a avaliar No caso de um plano de ordenamento de território recomenda-se a realização de sondagens cada 100m. 9

10 Profundidade mímima recomendada no dimensionamento de fundações superficiais: > 4B B 2B 2B Furo de sondagem < 4B B B B 2B As regras indicadas são meramente indicativas e devem ser confirmadas para cada caso particular. 3. Amostragem A amostragem consiste na recolha de amostras o mais inalteradas possível para ensaios em laboratório. Geralmente, as amostras são recolhidas com equipamentos de sondagens, sendo mantidas nos tubos para manterem as condições de confinamento. Podem também ser recolhidas in situ por técnicos especializados. 10

11 Amostradores de parede dupla e caroteiros a) Caroteiro com bit em coroa diamantada b) Extractor c) Cabeça do caroteiro d) Tubo exterior na zona da amostra e) Tubo extensível f) Tubo interior g) Tubo exterior h) Tubo de pressão j) Cabeça do amostrador Bit com coroa cimentada Bits com coroa diamantada Bit com coroa de tungsténio Classificação de amostras (Seminário 208, LNEC) Classe Caracterização da amostra Amostras que não sofreram distorção nem alteração de volume e que, portanto, apresentam compressibilidade e características de corte inalteradas. Amostras em que o teor em água e a compacidade não sofreram alterações mas sofreram distorção e que, portanto, as características de resistência e compressibilidade foram alteradas. Amostras em que a composição granulométrica e o teor em água não sofreram alterações, mas em que a densidade foi alterada. Amostras em que a composição granulométrica foi respeitada mas em que o teor em água e a densidade foram alterados. Amostras em que até a composição granulométrica sofreu alteração, por via de perda de partículas finas ou por esmagamento de partículas grossas. 11

12 Algumas regras de amostragem: A cravação do amostrador à percussão deve, em geral, ser preferida à cravação lenta e contínua, em particular em solos brandos As paredes do invólucro devem ser tão finas quanto possível, na teoria devem ter a espessura estritamente necessária para resistir aos esforços associados à cravação Os diâmetros dos tubos amostradores devem ser tão grandes quanto possível O fundo do furo deve ser previamente limpo de forma a que a amostra não corresponda a terreno remexido pelo processo de furação Os operadores (sondadores) devem ser experientes e competentes 4. Ensaios in situ O principal objectivo dos ensaios in situ é determinar algumas propriedades relevantes do solo necessárias para o dimensionamento de estruturas geotécnicas. a) Ensaio de refracção sísmica Trata-se de um dos ensaios de prospecção mais correntes. O objectivo é medir a velocidade de propagação no terreno de ondas de tensão (normais ou de corte). Através da velocidade é possível identificar o tipo de solo atravessado. 12

13 Velocidade de propagação de ondas sísmicas de compressão e tipo de solo Designação do material água depósitos superficiais não consolidados materiais não consolidados areia solta - acima do nível freático - abaixo do nível freático areia com cascalho, solta e húmida cascalho solto, húmido argila dura rocha completamente alterada velocidade (m/s) < Sismógrafo Emissor Geofones Furo 1 Martelo sísmico 5m Ondas de corte (S) polarizadas verticalmente Furo 2 Geofone - pancada no sentido ascendente; - pancada no sentido descendente Existem várias técnicas para gerar estas ondas de tensão e várias técnicas para a sua medição. O nome do ensaio depende das técnicas adoptadas (cross hole, tomografia sísmica, etc) 13

14 Sismograma Nº Geofone Tempo (ms) b) Ensaio SPT (ou penetração dinâmica) Cravação por percussão no fundo de um furo de um amostrador normalizado (Terzaghi), através de um peso de 63,5 kg que cai de uma altura de 76,0 cm Ensaio com recolha de amostras remexidas, permitindo a classificação dos solos atravessados. 14

15 NSPT: nº de pancadas necessário para cravar o amostrador 30cm, em duas fases úteis Se NSPT = 60 sem atingir os 30 cm, corresponde à denominada nega (terrenos compactos) Massa (63,5 kg) Trem de varas (φ33 mm) Batente ou bigorna Amostrador normalizado MgH/A-Energia específica por pancada: 138 [kj/m 2 ] Alavanca Motor (tipo diesel) Bomba hidráulica Trata-se de um ensaio muito comum e muito útil pois existem várias correlações que permitem aferir de forma empírica outros parâmetros do solo (rigidez, resistência, etc) c) Ensaio CPT (ou penetração estática) Cravação contínua, por meios hidráulicos, de uma manga cilindrica exterior oca e de uma haste interior, com ponteira de aço normalizada na extermidade. Faz-se progredir alternadamente a haste (Rp) e o tubo lateral (Rl). Os transdutores colocados na ponta permitem medir: Rt, Rp e Rl = Rt -Rp 15

16 Correlação CPT e SPT d) Ensaios de Penetrómetro Dinâmico Cravação por percussão de uma haste com ponta cónica, permitindo medir, através da energia necessária para assegurar a cravação, a resistência de ponta. O ensaio realiza-se, em geral, em fase de ante-projecto pois trata-se de um ensaio expedito e relativamente barato. É, no entanto, pouco rigoroso. Permite a aplicação de várias intensidades de energia, bastando fazer variar o peso da massa de impacto (ensaios PDL-ligeira, PDP-pesada, etc). 16

17 e) Ensaios de Placa Num ensaio de carga de placa, a carga é aplicada numa placa rígida com geometria conhecida, medindo-se o seu deslocamento vertical. A placa é carregada de modo a transmitir ao terreno a mesma carga por unidade de superfície que se prevê aplicar na sapata. Há algumas dificuldades na extrapolação do ensaio para as condições reais. Pode ser usado em solos com alguma rigidez. f) Ensaios de Molinete ou Vane test Introdução no terreno de um molinete e aplicação de um momento torsor, através de um mecanismo instalado à superfície, com velocidade de rotação constante. Recomendado na análise da estabilidade de aterros sobre solos argilosos moles. Permite medir a coesão Cu. H ( mm) Superfície rotura 4 pás Mt D (55-65mm) Descrição e resultados do ensaio Mt Mt f θ θ 17