ESTADO DE MATO GROSSO SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP DEPARTAMENTO DE

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1 ESTADO DE MATO GROSSO SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

2 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não RAZÕES E HISTÓRICO DA COMPACTAÇÃO A compactação de um solo é sua densificação por meio de equipamento mecânico, geralmente um rolo compactador ou soquetes manuais, no caso de áreas menores. Um solo, quando transportado e depositado para a construção de um aterro, fica num estado relativamente fofo e heterogêneo. Por isso, além de pouco resistente e muito deformável, apresenta comportamento diferente de local pra local. 2

3 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não RAZÕES E HISTÓRICO DA COMPACTAÇÃO A compactação é empregada em diversas obras de engenharia, como aterros para diversas utilidades, as camadas construtivas dos pavimentos, a construção de barragens de terra, preenchimento com terra no espaço atrás de muros de arrimo e reenchimento das inúmeras valetas que se abrem diariamente nas ruas das cidades. O tipo de obra e de solo disponível vão ditar o processo de compactação a ser empregado, a umidade em que o solo deve se encontrar na ocasião e a densidade a ser atingida. 3

4 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não RAZÕES E HISTÓRICO DA COMPACTAÇÃO Objetivos Reduzir futuros recalques Aumentar a rigidez Aumentar a resistência Reduzir a permeabilidade 4

5 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não 5

10 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não 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 10

11 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não CONCEITO Antes da compactação Após a compactação Esforço de compactação Gasosa Líquida Gasosa Líquida Variação de volume Sólida Sólida 11

12 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não CONCEITO Provavelmente a compactação de solos seja utilizada desde tempos remotos. Mas somente no início do século XX é que surgiram os primeiros trabalhos desenvolvidos no sentido de padronizar a técnica de compactação. Destacam-se os trabalhos de O. J. Porter no Departamento Rodoviário da Califórnia (EUA) e principalmente os trabalhos do engenheiro Ralph R. Proctor, que na década de 1930, publicou também nos Estados Unidos, as suas observações sobre a compactação de aterros de solos. No Brasil, o ensaio foi padronizado pela ABNT através da NBR 7182/

13 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não CURVA DE COMPACTAÇÃO Define-se a curva de compactação de um solo a partir da relação entre os parâmetros peso específico aparente seco ( d ) e teor de umidade (w) d Ramo seco Ramo úmido A compactação tem pouco ou nenhum efeito w (%) 13

14 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não CURVA DE 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 ) d d max Ramo seco Ramo úmido w ot w (%) 14

16 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não Peso específico aparente seco ( d) CURVA DE COMPACTAÇÃO Ao aplicar níveis crescentes de energia de compactação verifica-se o aumento do d max e redução do w ot, fazendo a curva se deslocar para cima e para a esquerda no gráfico. O lugar geométrico dos possíveis w ot define a chamada linha de máximos do solo, que é paralela a curva de saturação. Linha de máximos 80-90% Curva de saturação S r = 100% E1 E2 E3 E1> E2> E3 Limite para o processo de compactação Aproximadamente paralelo à curva de saturação Teor de umidade (w) 16

20 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO Segundo Rico e Del Castillo (2006) os primeiros métodos utilizados para a compactação em laboratório foram do tipo estático e dinâmico, dada a facilidade de manipulação e padronização. Mais tarde, visando simular o efeito da compactação em campo por rolos pé-de-carneiro, foram desenvolvidos o métodos de compactação por pisoteamento. Finalmente a popularização do uso de vibração nas técnicas de campo levou ao desenvolvimento também dos métodos de compactação por vibração. 20

21 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não 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. 21

22 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO A compactação de corpos-de-prova em laboratório, então, é feita basicamente, por quatro vias: 22

23 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO A compactação de corpos-de-prova em laboratório, então, é feita basicamente, por quatro vias: F 23

24 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO A compactação de corpos-de-prova em laboratório, então, é feita basicamente, por quatro vias: 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 24

25 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO A compactação de corpos-de-prova em laboratório, então, é feita basicamente, por quatro vias: 25

26 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO - CONCEITO 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) 26

29 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO - CONCEITO 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 DNIT (DNER, 1994). 29

30 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO - CONCEITO Características do ensaio de compactação normatizado pela ABNT, contemplando, além da energia normal, as energias intermediária e modificada Cilindro Características inerentes a cada Energia de Compactação energia de compactação Normal Intermediária Modificada Soquete Pequeno Grande Grande Pequeno Número de camadas Número de golpes por camada Soquete Grande Grande Grande Grande Número de camadas Número de golpes por camada Altura do disco espaçador (mm) 63,5 63,5 63,5 ABNT,

31 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO - EQUIPAMENTO Soquete e cilindro Proctor 31

32 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO - EQUIPAMENTO Cilindros pequeno (Proctor) e grande 32

33 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO - EQUIPAMENTO Soquetes pequeno (Proctor) e grande 33

34 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO - EQUIPAMENTO Compactador mecânico 34

35 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO - EQUIPAMENTO Extratores de corpos-de-prova 35

36 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO Na moldagem de corpos-de-prova de dimensões que fogem àquelas prescritas pela ABNT ou DNIT, pode-se empregar a Equação a seguir, que fornece o número de golpes de um soquete não padronizado para compactar um determinado volume de solo em uma energia préestabelecida 36

37 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO Onde: E: energia de compactação M: massa do soquete utilizado H: altura de queda do soquete N gc : número de golpes aplicados por camada N c : número de camadas V: volume de solo a ser compactado 37

38 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não MÉTODOS ALTERNATIVOS A norma brasileira de ensaio de compactação dispõe de diferentes energias utilizadas: Ensaio Normal de compactação (Ensaio de Proctor Normal); Ensaio Intermediário de Compactação; Ensaio Modificado de Compactação. 38

39 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não MÉTODOS ALTERNATIVOS A norma brasileira de ensaio de compactação também prevê as seguintes alternativas de ensaio: Ensaio sem reuso do material; Ensaio sem secagem prévia do solo; Ensaio de solo com pedregulho. 39

40 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não SOLOS NÃO COESIVOS Quando compactados, em geral, os solos não- não apresentam uma curva de compactação bem definida, como ocorre com os. Para uma dada energia de compactação o peso específico aparente seco é relativamente elevado, estando o solo seco ou saturado. Em teores de umidade intermediários, há pequena variação no peso específico aparente seco. Assim, os conceitos de teor de umidade ótimo e peso específico aparente seco máximo podem perder significado. 40

41 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não SOLOS NÃO COESIVOS Os solos não 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 41

42 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não SOLOS NÃO COESIVOS No Brasil, os índices e max e e min 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 em: compactos (CR > 0,70), soltos (CR < 0,30) e medianamente compactos (0,30 < CR < 0,70) 42

43 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não 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 densa Entre 35 e 70 Areia densa Entre 70 e 85 Areia muito densa Acima de 85 43

44 Introdução Conceito Curva de compactação Compactação em Laboratório Métodos alternativos Solos não SOLOS NÃO COESIVOS As características de compressibilidade e resistência ao cisalhamento dos solos não relacionam-se com as suas compacidades relativas. Em geral, os solos não são mais compressíveis quanto menores forem as suas compacidades relativas e mais resistentes ao cisalhamento quanto maiores forem estas. 44

45 ESTADO DE MATO GROSSO SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL