Cap. 2 CONSTRUÇÃO DE ATERROS

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1 Cap. 2 CONSTRUÇÃO DE ATERROS 1. CONSTRUÇÃO DE ATERROS A construção de aterros envolve os seguintes aspectos: 1. Estudos geológicos e geotécnicos, prospecção solos presentes e suas características, localização do nível freático, condições locais, recolha de amostras para ensaios de caracterização no laboratório. 2. Conhecimento dos solos ensaios in situ e ensaios em laboratório (limites, granulometria, classficação, compactação, CBR, eventualmente ensaios edométricos e triaxiais). 1

2 Carta Geológica de Portugal Continental Geologia muito heterogénea e algo aleatória Soluções diversificadas adaptadas às singularidades geológico geotécnicas e estruturais de cada cenário Núcleo Filtro Maciço lateral Lechago, Espanha 2

3 Classificação mais usual de solos: Classificação Unificada Classificação para fins rodoviários (E ) Estas classificações baseiam-se na análise granulométrica do solo e na determinação dos seus limites de consistência. 3. Avaliação tecnico económica das condições de exploração vantagens e inconvenientes de usar todos os tipos de solos presentes, definição da sequência de trabalhos de escavação e de compactação. 4. Estudos de estabilidade uso de conceitos de mecânica dos solos para verificar se um dado material pode ser usado para fundação, talude, aterro e ainda a segurança durante a escavação. A geometria da estrutura geotécnica é importante. 5. Meteorologia e presença de água a chuva e a temperatura são importantes durante o processo construtivo e podem obrigar à correcção do teor em água do solo. Em alguns casos também pode ser importantes durante a exploração e influenciar o projecto. 3

4 6. Preparação dos terrenos decapagem das camadas superiores tanto no local de fundação como na superfície das manchas de empréstimo. 7. Execução métodos de escavação, transporte e colocação, equipamento a usar, sequência de operações e medidas a tomar para controlo da água no solo. 8. Controlo da execução métodos de controlo prévio, durante e após a execução, escolha das propriedades a medir, ensaios in situ (essencialmente para determinação do teor em água e do peso volúmico seco) e apreciação dos resultados. 9. Necessidade de tratamento caso os solos disponíveis não sejam adequados e seja mais económico o seu tratamento do que recorrer a solos de outros locais. Tratamentos com adição de outro material (granulométrico), de um composto químico ou de um aglomerante hidráulico (cal ou cimento) ou betuminoso. 10. Trabalhos especiais tratamento de fundações (lodos ou solos pouco resistentes), zonas de características peculiares (encontros de pontes, zonas dos sistemas drenagem, contactos entre filtros), colocação de telas, acabamento de superfícies e revestimento de taludes. 4

5 Nesta disciplina Em Obra Execução Controlo da execução Conhecimento dos solos Em Projecto Meteorologia e presença de água Necessidade de tratamento? 2. NOÇÕES DE 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. O facto de o teor em água se manter constante é o que distingue a compactação da consolidação. A outra distinção dos dois processos está no tempo que demoram a verificar-se (a compactação é rápida e a consolidação é lenta, dependendo do tipo de solo). Nota: a vibroflutuação e a consolidação dinâmica são processos intermédios entre a compactação e a consolidação 5

6 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) O solo é um meio trifásico: Alguns conceitos básicos Ar (fase gasosa) Poro preenchido por ar e água Partículas (fase sólida) Poro totalmente preenchido por água Água (fase líquida) Solo parcialmente saturado 6

7 Índice de vazios Grau de Saturação Peso volúmico seco Teor em Água Vv e = Vs Vw S r (%) = 100% V γ d = W s V Ww w(%) = 100% W s v Relações importantes: γ = γ ( 1 w) S γ t d + r = d Gs w e Gγ w = wg 1+ S r Exercício 7

8 O processo de adensamento a adoptar é diferente para os solos finos e para os solos granulares porque o seu comportamento é diferente: Solos finos (siltes e argilas) Predominam as forças de natureza eléctrica entre as partículas devido à sua dimensão reduzida e ao facto de terem uma grande superfície específica. Há uma grande sensibilidade à quantidade de água de compactação. Compactação estática, por apiloamento ou vibrocompactação Solos grossos (areias e cascalhos) Predominam as forças de natureza gravítica. Há, por isso, insensibilidade à quantidade de água de compactação. Conseguem-se melhores resultados com vibração e adensamento dinâmico Argila Superfície específica (m2/g) Montmorilonite 840 Ilite Caulinite Areia limpa 0,0002 Menisco (capilares) Menisco (capilares) Plaquetas argilosas Água adsorvida Solo granular Solo fino 8

9 Solos finos Areia com granulometria uniforme Controla-se o peso volúmico seco (baridade) e o teor em água Controla-se a densidade relativa Para os solos argilosos, o seu comportamento depende do teor em água (forças de superfície: atractivas/ repulsivas) Forma das curvas de compactação dos solos argilosos Partícula de argila Minerais argilosos (alumino-silicatos hidratados) 9

10 Minerais argilosos (alumino-silicatos hidratados) Kaolinite Montemorilonite octaedro tetraedro Mitchell (1993) Há uma distância entre duas placas de argila paralelas para a qual as forças de atracção são maiores do que as de repulsão e vice versa. Essa distância depende da quantidade de iões existentes no campo de acção de cada plaqueta. As moléculas de água (polares) são importantes nesta distribuição de iões. 10

11 Para os solos finos, a escolha do intervalo de compactação é muito importante pois dele dependerá o comportamento do material (resistência, compressibilidade, expansibilidade e permeabilidade). Este assunto será discutido posteriormente. A energia utilizada no processo de compactação também é muito importante pois define o ponto óptimo, ou seja, o ponto em que se consegue obter a máxima compacidade do material. 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. 11

12 Ensaios de compactação Molde grande Molde pequeno Ensaios Proctor: E LNEC ASTM: Leve D698 (1996) Pesada D1557 (1996) Pilão da compactação leve E LNEC 12