Técnicas de Compactação de Solos. Americas South Paving Products

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1 Técnicas de Compactação de Solos

2 O que é compactação de solos? Qualquer solo é essecialmente uma mistura de particulas minerais (sólidos), ar e água: Compactação pode ser definida como a expulsão do ar para fora deste sistema. A relação entre esses três componentes, sólidos, água e ar, são definidos pelos parâmetros densidade relativa, densidade seca e umidade da mistura.

3 Componentes do Solo = Ar, Água & Sólidos Air Water Solid

4 Por que uma correta compactação do solo é importante? A compactação do solo é uma das mais importantes caracterísiticas de construção e vai influenciar a qualidade da estrutura do solo. Assim sendo, a medida da densidade do solo, que é usada para medir o grau de compactação, tem que ser feita de maneira exata.

5 Por que uma correta compactação do solo é importante? 1. O método mais usado para o fortalecimento do solo para ser usado como sub-base para pavimento ou outro tipo de fundação é a compactaçào do solo atingindo uma umidade ótima. 2. Os benefícios de uma correta compactação de solo são enormes, e compensam em muito o custo da operação. 3. Quanto mais compactado o solo, melhor sua performance

6 Fatores que influeciam uma correta compactação do solo 1. Densidade do Material 3. Densidade Seca 2. Umidade do Solo 4. Especificações do Projeto 5. Forças de Compactação 6. Tipo do Equipamento de Compactação 7. Granulometria e Classificação do Solo 8. Espessura da Camada 9. Testes de Laboratório: Proctor Estándar ou Modificado

7 O que é Densidade Específica do material? 1. Esta densidade é a medida do peso de uma quantidade específica de solo por unidade de volume (g/cc), usualmente tomada numa condição extremamente seca (110 C). 2. É o número padrão usado por cientistas para determinar o grau de compactação do solo. 3. Muitos solos minerais tem densidade entre 2 e 3. Embora a densidade específica seja raramente medida, ela é importante em estudos quantitativos de solo e sua medida deveria ser estimulada. Tais medidas são necessárias, por exemplo, para calcular a umidade do solo em um dado perfil, porosidade, taxas de formação de argila e acumulação de carbonatos

8 umidade e Compactação umidade adequada facilita a compactação Solo seco dificulta a compactação Excesso de humidada ou falta de umidade pode apresentar como resultado em uma compactação do solo instável

9 RECORD 7.1 CDOT Form 324, Moisture Density relation.

10 Métodos para Testar a Compactação de Solos Existem vários procedimentos para testar o grau de compactação do solo. Os mais usados estão descritos abaixo: Análise de Laboratório: Antes da compactação do solo várias amóstras do material de campo é colhido e analizado em laboratório. Um dos testes utilizados é o Proctor. Este teste basicamente mede a compactação do material em vários índices de umidade. Existem dois tipos de teste definidos e aceitos pela mais importantes associações nos EUA - American Association of Highway Official e pela American Standard Testing Material. Teste Proctor Estándar (ASTMD-698, AASHTO-99) e, Teste Proctor Modificado (ASTM D-1557 and AASHTO T-180)

11 Testes Proctor 2,5 kg (5.5 lb) 4,5 kg (10 lb) Proctor estándar menor energía de compactação Proctor Estándar Proctor Modificado 1714 kg-m (12,400 pies-lb) Proctor Modificado maior energía de compactação 7770 kg-m (56,200 pies-lb)

12 Obtendo Densidade Relativa no Campo Tipicamente uma boa compactação é medida entre 90% a 95% no Teste Proctor Estándar e 95% a 98% no Teste Proctor Modificado.

13 Compactação Análise de Campo A determinação da compactação no campo é essencial para determinar a compactação relativa do solo. Os testes de campo mais utilizados são: 1. Cone de areia (ASTM D 1556) 2. Densímetro Nuclear Ambos os testes produzem resultados com precisão para determinar o grau de compactação O método da areia tem provado ser mais preciso e é usualmete requerido por orgãos públicos (municipalidades). O Densímetro Nuclear são mais rápidos e praticos e também muito utilizados

14 Teste de Compactação Guadalajara, Mexico TRACSA July 25, 2007 CS-533E SD-100D C Series, CA 250D

15 Densidade de Campo Guadalajara, Mexico

16 Forças Aplicadas na Compactação do Solo

17 Compactação de Solos Recuperados ou Reciclados

18 Forças de Compactação Presión estática0 Manipulación Impacto Vibración Se utilizam quatro forças para compactar um solo. A carga estática e a manipulação são forças menores. O impacto e a vibração geram forças maiores e mais intensas.

19 Pressão Estática de Tambores de Aço PLI Carga del eje Ancho del tambor Presión de contacto Carga del eje Eje Ancho Área de contacto Diámetro del tambor Fuerza lineal A pressão é o peso do tambor (carga no eixo) dividido por a área de contato. Quanto mais peso há no tambor, mais pressão se obterá. Uma área de contato menor resulta em maior pressão. PLI é o peso do tambor dividido pela largura.

20 Pressão Pneumática sobre o Solo Efecto variable de presión neumática sobre la fuerza de compactación Desplazamient o Presión alta Desplazamiento Presión baja A pressão sobre o solo equivale ao peso total transmitido pelo pneu divida pela área de contato do mesmo. Altere a pressão sobre o solo modificando a pressão interna do pneu e o lastro. Pressão baixa do pneu: baixa Pressão sobre o solo Pressão alta do Pneu:Alta Pressão sobre o solo

21 Força de Manipulação Manipulación As linhas de força não são somente verticais. Força de compactação em várias direções. Ajuda a textura da superficie a se compactar. Geralmente associada com compactadores pneumáticos

22 Forças de Impacto Impacto PESO A força de impacto é maior que a força estática. Velocidade do peso descendente convertida em energía Envía ondas de pressão em direção a capa. O impacto pode danificar o material; deve haver um equilíbrio entre peso e impacto.

23 Força Vibratória Desplazamiento Vibración Tambor vibratorio Contrapeso excéntrico Contribui com as forças criadas pelo peso e impacto. É uma sucessão rápida de ondas de pressão. A vibração põe o material em movimento. Contribui para a acomodação do material.

24 Amplitude Tambor vibratorio Contrapes o excéntricodesplaza- miento Altura Amplitud baja AMPLITUD Amplitud alta Tiempo y distancia (la velocidad es constante) O contrapeso excêntrico centrífugo faz com que o tambor se mova. O tambor descendente se soma a força de compactação. A distância do movimento que produz o tambor se denomina amplitude. A amplitude determina a força de impacto.

25 Frequência vibratória Tambor vibratorio Contrapeso excéntrico Desplazamiento Altura AMPLITUD Recorrido del centro del tambor vibratorio Baja frecuencia Alta frecuencia Tiempo y distancia (la velocidad es constante) El espaciamiento entre impactos es menor a alta frecuencia A frequência é igual aos impactos do tambor por minuto. A velocidade de funcionamiento deve coincidir com a frequência. O melhor resultado se consegue quando os impactos se produzem a uma taxa de de 8 a 14 impactos por pé (33cm).

26 A Amplitude e a Frequência Alta amplitude significa mais energia (impactos mais fortes) do tambor em direção a capa. Em Geral, frequência mais baixa significa maior amplitude e mais compactação. Em geral, frequência mais alta significa menor amplitude e menos compactação.

27 Amplitude vs Força Centrífuga Máquina 1 Máquina 2 0,5 mm (.02") Amplitude 1,9 mm (.078") (Altura de elevação) 50 Hz: 3,000 vpm Frequência 25 Hz: 1,500 vpm (Número de golpes) kg Força Centrífuga kg

28 Pesos Auto-Reversíveis Direção de translação Pequenas Trincas/ Rachaduras Rotación del Excéntrico Rotación del Excéntrico Forças de Compactação Forças de Compactação

29 Sistema Vibratótio 400E-Series Single pod-style Alojamento excêntrico do contra-peso Sistema completamente selado, lubrificado em banho de óleo para uma mais longa duração dos rolamentos Amortecedores de vibração tipo Heavy Duty Intervalo de lubrificação: 3 anos / 3000 horas

30 500E & 600E-Series Vibratory System Dual pod-style Alojamento excêntrico do contra-peso Rolamentos tipo Heavy- Duty Amortecedores de vibrtação tipo Heavy- Duty Intervalo de lubrificação: 3 anos / 3000 horas

31 Mudança de Amplitude Amplitude alta Amplitude baixa Braço de momento Braço de momento Centro de gravidade Centro de gravidade

32 Sistema de Pesos Excêntricos Alta Amplitude Baixa Amplitude Dupla amplitude permite uma ampla faixa de aplicação Simples e comandada pelo operador Design Inovador Sistema com confiabilidade superior quando comparada com os concorrentes. Muito mais silencioso mesmo durante partidas e paradas. 400E, 500E and 600E-Series

33 Sistema de Peso Excêntrico Nível de Lubrificante 2 Eixo do peso excêntrico 3 Contrapeso con três posições 4 Roda de seleção de amplitude 5 Peso fixo do excêntrico 6 Alojamento do peso excêntrico

34 Rendimento de um COMPACTADOR O rendimento de um compactador é vital. Em algums casos é difícil determinar a razão de compactação de um compactador Entretanto, se pode obter resultados razoáveis de Rendimento usando a seguinte fórmula:

35 FÓRMULA PARA CALCULAR RENDIMENTO DE UM COMPACTADOR R = a * v * e * fc p R = Rendimentos: Volume de solo compactado (m 3 /hr) a = Largura do tambor (mm) v = Velocidade de operação em marcha (kph) e = Espessura da capa a compactar (cm) cf = Fator de conversão (1,36 yd/hr) (0,01 m3/hr) p = # Passadas para obter a densidade requerida

36 EXEMPLO (Sistema Métrico) Compactar uma capa de argila de e = 20 cm com um CS533D, usando duas passadas, velocidade de 5 Km/h. Rendimento? e = Espessura = 20 cm a = largura do tambor = 2134mm cf = (Res en m 3 /hr) = 0.01 v = Velocidade = 5 Km/h p = Passadas = 2 a * v * e * fc R = = p R = 1067 m 3 /hr 2134 * 5 * 20 * 0,01 2

37 Tipos de Equipmentos de Compactação 1. Rolos Compactadores 2. Rolos Compactadores de Tambor Liso e Patas 3. Rolos Compactadores de Pneus 4. Rolos Vibratórios 5. Rolos Auto-Propelidos 6. Rolos Vibratórios para Areia 7. Etc

38 Rolos Compactadores mais Comuns Podem ser usados vários tipos de rolos. Rolos mais comuns: Vibratórios pata de cabra ou carneiro, para solos argilosos e finos Vibratórios lisos, usados principalmente para solos granulares Pneumaticos, usados primordialmente para solos granulares e arenosos

39 Compactador Aterros Sanitários Usado em solos coesivos Usado em solos de aterros sanitários e solos calcários, etc.

40 Compactador de Tambor Liso Usado principalmente en areia e cascalho Usado en solo coesivo se existe presença de areia ou cascalho Usado para selar a superfície da capa para melhorar o escoamento de água pluvial

41 Compactador com Tambor Vibratorio Usado em solos coesivos Usado em solos de terraplanagem: aterros sanitarios, etc.

42 Compactador de Pneus Usado em areia e cascalho Usado em solo coesivo se existe a presença areia ou cascalho Usado em agregado de base e em base tratada

43 Rolos Vibratórios, Tambores Lisos e Pé de Carneiro

44 Tipos de Patas - Compactadores

45 Compactação Correta do Solo É usual considerar o efeito da compactação em termos de densidade seca e umidade. Mudando a quantidade de líquido presente na mistura, muda a resposta a compactação do material

46 Equipamentos de Laboratório e Campo para Medir Umidade

47 Equipamentos para medir umidade

48 Compactação de Solo 1. O Solo é essencialmente uma mistura de partículas minerais (solidos), ar e água. 2. A Compactação pode ser definida como simplesmente a expulsão do ar deste sistema. 3. A relação entre esses três componentes, sólidos, água e ar, são definidos pelos parâmetros densidade, densidade seca e umidade da mistura. 1. Densidade: É o peso total definido pelo volume total 2. Umidade: É o peso da água dividido pelo peso das partículas msólidas 3. Densidade Seca: É o peso das partículas sólidas dividido pelo volume total

49 Aplicações Estradas Terraplanagem de estradas Base de agregado e base estabilizada Concreto asfáltico reciclado a frío no local (CIR) Canteiros de Obras Desenvolvimento imobiliário Residencial/Industria Estacionamentos e acabamento de superficie Fundação Terraplanagem Construção de aterros sanitários Terraplanagem e Recuperação de Estradas Recuperação de terras, terraplanagem de diques

50 Solos Naturais Solos finos Argila fina Revestestimentos Argila densa Barro fino Revestimentos Nivelação Solos rugosos Areia Fundações Terraplanagem Cascalho Rochas Diques Controle de erosão

51 Agregados e Outros Materiais Agregados Arena e cascalho Estradas, drenagem Cascalho fino Estradas, drenagem Agregado leve Fundações Terraplanagem Outros Solo estabilizado Estradas, Terraplanagem Base tratada Bases de estradas Asfalto reciclado Superf. de estradas Terraplanagem Aterros Sanitários

52 Classificação de Solos Granulometria Se mais de 50% do solo for menor que 0,075 mm (.003"), o solo é calcário ou argiloso Caso contrario, é arenoso ou pedregoso

53 Granulometria e Compactação do Solo

54 Permeabilidade do Solo Compactação adequada reduz a permeabilidade Baixa permeabilidade é desejada para estabilidade, resistencia a erosão, e desague Para revestimentos de terraplanagem e drenagem, a permeabilidade é a principal especificação (e não a densidade)

55 Resistencia do Solo Fricção e Coesão Arena argila Areia tem resistência a fricção e não tem coesão contacto de grão a grão Argila tem resistência coesiva e baixa resistência a fricção As partículas se juntam Agregados de base tem resistência friccional e coesiva

56 Entendendo a Compactação do Solo Classificação do solo Máxima densidade seca e quantidade ideal de umidade Porcentagem necessária de compactação, Proctor Estándar ou Modificado Ajustes e velocidade de deslocamento do compactador vibratório Espessura da capa Quantidade de umidade na area

57 Tambores dos Compactadores CAT

58 Retangular Oval Area de contato = 145 cm 2 63% Aumento Area de contato = 89 cm 2

59 Retangular Oval 100 mm Altura 127 mm Altura

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61 Kits de Patas Tambores Vibratórios

62 Resultados: Surperfície Acabada

63 Medição de Densidade Indicadores de densidade nuclear são usados com mais frequência para determinar a porcentagem de compactação Os resultados incluem: Nível de umidade, densidade e porcentagem de compactação Os indicadores normalmente podem medir profundidades de até 0,3 m (12")

64 Relação de Compactação Argila e Lama argila Cieno Argila em geral requer maior esforço de compactação que areia Pó de lama é normalmente inestável e não pode ser compactado Compactadores de tambor liso e de pneus são usados para alisar e selar superficies arenosas

65 Relação de Compactação Areia e Cascalho Arena cascalho geralmente requer maior esforço de compactação A umidade do solo é crítica O excesso de compactação pode quebrar o cascalho Grav a

66 Relação de Compactação Agregados Agregado de rio O comportamento do agregado básico varía muito O nível de umidade é crítico e deve ser controlado Geralmente requir alto esforço de compactação de um compactador de tambor vibratório ou com rodas (pneus) Caliza triturada

67 Pontos Importantes na Compactação O nível de umidade é muito importante para solos finos e para solos bem compactados Solos uniformes são normalmente instáveis e difíceis de compactar A compactação contínua pode resultar em excesso de compactação e densidade reduzida Maior velocidade de deslocamento geralmente resulta en menor esforço de compactação

68 Lembrando Quais são as forças usadas para compactar? O que é Amplitude e Frequência? Qual tipo de solo você conhece? O que é umidade ótima? Descreva os equipamentos mais adequados para cada solo Como se compactam os solos? Para que se usa o compactador de Pneus?

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