COMPACTAÇÃO 05/04/ COMPACTAÇÃO PRINCÍPIOS GERAIS TC-033 LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS SOLOS AULA 3. Prof. Caroline Tomazoni

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1 TC-033 LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS SOLOS AULA 3 Prof. Caroline Tomazoni COMPACTAÇÃO 1. COMPACTAÇÃO PRINCÍPIOS GERAIS O QUE É COMPACTAÇÃO? Entende-se por compactação de solo a operação de DENSIFICAÇÃO por meio da remoção de ar e a consequente redução do índice de vazios por meio de equipamentos mecânicos 1

2 1. COMPACTAÇÃO PRINCÍPIOS GERAIS Ralph R. Proctor: observou que a densidade atingida na operação de compactação dependia da umidade do solo Essa observação serviu de base para a construção de toda uma técnica de compactação e a prévia determinação de qual a umidade mais conveniente para se obter um máximo de compactação para uma determinada energia 1. COMPACTAÇÃO PRINCÍPIOS GERAIS Quando o teor de umidade é gradativamente aumentado sob a mesma energia de compactação, o peso específico aparente seco (g d ) também aumenta gradativamente até um valor máximo, a partir do qual qualquer aumento no teor de umidade tende a reduzir o seu valor. 2

3 1. COMPACTAÇÃO PRINCÍPIOS GERAIS O QUE É O PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (g d )? a) É a relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume dos sólidos (Vs) b) É a relação entre o peso dos sólidos (Ws) e o volume total da amostra (V) c) É a relação entre o peso dos sólidos (Ws) e o volume dos sólidos (Vs) 1. COMPACTAÇÃO PRINCÍPIOS GERAIS PORQUE O TEOR DE UMIDADE INFLUENCIA A COMPACTAÇÃO? No ramo seco da curva (trecho ascendente da curva), a água atua como um agente lubrificante permitindo que as partículas de solo deslizem umas sobre as outras ou se movam para uma posição densamente compactada. Assim, no processo de compactação a densificação é promovida pelo rearranjo estrutural das partículas formadoras do solo. 1. COMPACTAÇÃO PRINCÍPIOS GERAIS PORQUE O TEOR DE UMIDADE INFLUENCIA A COMPACTAÇÃO? Após alcançado o valor máximo para o peso específico aparente seco (g d) ponto de inflexão da curva de compactação - qualquer aumento no teor de umidade tende a reduzir o seu valor, este trecho é chamado de ramo úmido da curva de compactação Este fenômeno ocorre porque a água ocupa os espaços que eram ocupados pelas partículas sólidas. O teor de umidade para o qual o PESO ESPECÍFICO MÁXIMO é obtido é chamado de TEOR DE UMIDADE ÓTIMO. 3

4 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR O ensaio consiste em apiloar uma porção de solo em um cilindro com volume conhecido, fazendose variar a umidade de forma a obter o ponto de compactação máxima no qual obtém-se a umidade ótima de compactação. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR Etapas do ensaio: A amostra do solo é previamente seca e destorroada Acrescenta-se água a amostra, que é homogeneizada O solo é acondicionado em um cilindro padrão (volume de aproximadamente 1 dm 3 ), que é fixado em uma chapa de apoio O solo é apiloado em e camadas iguais por 25 golpes de um soquete com massa e altura de queda pré-definidos (2,5 kg lançados de uma altura de 30 cm). ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR 4

5 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR Determina-se o peso específico natural de compactação, pesando-se o conjunto cilindro + solo compactado por meio da equação:! = # $ Onde: W = peso do solo compactado no molde V = volume do molde (944 cm 3 ) ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR Com uma amostra retirada do interior do corpo de prova de solo compactado, determina-se a umidade Com o teor de umidade do solo conhecido, determina-se o peso específico aparente seco pela equação! " =! $ + & ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR A amostra então é destorroada e acrescenta-se um pouco mais de água ao solo. A operação é repetida até que se perceba que a densidade, após ter subido, tenha caído em três operações sucessivas 5

6 05/04/2018 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR Com os dados obtidos, a curva de compactação é plotada com os valores de gd obtidos em função dos teores de umidade (w) correspondentes Os pontos são unidos formando uma curva parabólica. 6

7 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO MODIFICADO Com o desenvolvimento de rolos compactadores mais pesados, o ensaio de Proctor Normal foi modificado para melhor representar as condições de campo O ensaio pode ser realizado em TRÊS NÍVEIS DE ENERGIA DE COMPACTAÇÃO, conforme as especificações da obra: NORMAL, INTERMEDIÁRIA E MODIFICADA ENSAIO DE COMPACTAÇÃO MODIFICADO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR MODIFICADO Cilindro maior Soquete maior Mais pesado Maior altura de queda 5 camadas/ 12 golpes ENSAIO DE COMPACTAÇÃO MODIFICADO Com o aumento do esforço de compactação, o resultado do ensaio de Proctor Modificado apresenta um aumento no peso específico seco máximo do solo, que é acompanhado por um decréscimo no teor de umidade ótimo. 7

8 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO MODIFICADO 3. POR QUE COMPACTAR O SOLO? Solo existente no local de uma obra e solos transportados e depositado para a construção de um aterro: encontra-se em um estado desagregado (relativamente fofo ) e heterogêneo Solos em estado natural necessitam ter suas propriedades geotécnicas aprimoradas para poderem ser empregados como material de construção 3. POR QUE COMPACTAR O SOLO? ESTABILIDADE!!!! 8

9 4. UMIDADE ÓTIMA x GRAU DE SATURAÇÃO Uma família de curvas (hipérboles) que representam o mesmo grau de saturação podem ser traçadas no Diagrama de Proctor, considerando que o peso específico aparente seco (g d ) e o grau de saturação (S) se relacionam por meio da seguinte equação:! " = $%& $'().& + )! - 4. UMIDADE ÓTIMA x GRAU DE SATURAÇÃO Observa-se que o ramo úmido é aproximadamente paralelo a hipérbole dos 100% sem, contanto, coincidir com ela, o que leva a concluir que o solo não satura. Observa-se também que o lugar geométrico dos picos das diversas curvas corresponde, aproximadamente, à linha com grau de saturação entre 80 e 90%, conforme a expressão, que é denominada de linha dos pontos ótimos. 5. FATORES QUE INFLUENCIAM A COMPACTAÇÃO ü Umidade ü Energia de compactação Tipo de solo 9

10 5. FATORES QUE INFLUENCIAM A COMPACTAÇÃO Tipo de solo tamanho dos grãos distribuição granulométrica destes grãos formato de partículas quantidade e tipos de minerais de argila presentes 5. FATORES QUE INFLUENCIAM A COMPACTAÇÃO 6. CAPACIDADE DE SUPORTE DE UM SOLO COMPACTADO ENSAIO CBR A capacidade de suporte de um solo compactado pode ser medida através do método do índice de suporte, que fornece o Índice de Suporte Califórnia - ISC (California Bearing Ratio - CBR) Trata-se de um método de ensaio empírico, adotado por grande parcela de órgãos rodoviários, no Brasil e no mundo. O objetivo do ensaio é determinar: O índice de suporte Califórnia (CBR) A expansão (E) 10

11 6. CAPACIDADE DE SUPORTE DE UM SOLO COMPACTADO ENSAIO CBR O ensaio CBR consiste na determinação da relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo de prova de solo, e a pressão necessária para produzir a mesma penetração numa mistura padrão de brita estabilizada granulometricamente. 6. CAPACIDADE DE SUPORTE DE UM SOLO COMPACTADO ENSAIO CBR O ensaio é procedido da seguinte forma: Moldando-se 5 corpos-de-prova no cilindro de Proctor Modificado com (em teores de umidade crescentes) g d1 g d2 g d3 g d4 g d5 h ot 4% h ot 2% h h ot + 2% h ot + 4% ot Imersão por 4 dias: medir expansão!!!! 11

12 Pergunta aos universitários: quem expande mais??? Se tiver potencial expansivo, maior o 1!!!! Expansão (%) CP1 8% CP2 6% 4% CP3 CP4 CP Tempo (dias) Colocar as amostras na prensa de CBR Medir F x d 12

13 Tensão (MPa) MEDIDA ENSAIO CBR Tensão (MPa) BRITA PADRÃO 10,35 6,90 0,1 0,2 Deslocamento pistão 2,54 5,08 Deslocamento (mm) CBR (%) = Pressão do ensaio Pressão padrão DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS (g g ou g s )! " = $ " % " TEM VAZIOS... COMO DETERMINAR???? 13

14 Para a obtenção do peso específico real dos grãos é necessário conhecer o volume ocupado pelos menos No laboratório, isso torna-se possível com base no princípio de que um corpo imerso em água desloca um certo volume de líquido Esse volume é obtido indiretamente através de uma relação com o peso da água deslocada PICNOMETRIA!!! A picnometria é uma técnica laboratorial utilizada para fazer a determinação da massa específica de líquidos e sólidos. Peso de solo = W s Volume picnômetro = W H2O/ g H2O Peso PIC + H 20 = W 1 Colocar solo no PIC FERVER!!!! " = Peso PIC + Solo + H 20 = W 2 $ " $ % $ ' + $ " )! * 14

15 05/04/2018 Procedimento do DNER - DPT M 93-64: ar extraído por aplicação de calor Norma NBR 6508/1984 ABNT: ar extraído por vácuo Obrigada e até a próxima aula! caroline.tomazoni@ufpr.br 15

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