UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL MSO1 - Mecânica dos Solos I Compactação de Solos Prof.: Flavio A. Crispim SINOP - MT 2011
Estrutura Várias explicações teóricas para a forma da curva de compactação de solos coesivos foram propostas por diversos pesquisadores A abordagem se volta a de aspectos qualitativos, uma vez que é difícil quantificar o fenômeno, dada à complexidade dos fatores envolvidos A compactação dos solos pode envolver aspectos de capilaridade, poro-pressões (de ar e de água), pressões osmóticas, fenômenos de superfície, além de conceitos de tensão efetiva, tensão de cisalhamento e compressibilidade 2
Estrutura Proctor PROCTOR, R. R. (1933). The design and construction of rolled earth dams. Engineering News-Record, III, August 31, September 7, 21, and 28 Ramo seco Ramo seco Teor ótimo Forças de atrito entre partículas criadas por tensões capilares existentes opõem resistência aos esforços de compactação Índice de vazios e γ d Acréscimos de água ao solo resultam em efeitos de lubrificação entre suas partículas produzindo arranjos mais compactos Incrementos sucessivos no teor de umidade implicam em diminuição de vazios até um ponto em que os mesmos são mínimos e a densidade é máxima γ d max e w ot Ramo úmido acréscimos no teor de umidade além deste ponto, resultam em redução das forças capilares e afastamento interpartículas, ficando o solo menos denso e mais plástico 3
Estrutura Hilf HILF, J. W. An investigation of pore-water pressure in compacted cohesive soils. Denver, Colorado: Technical Memorandum 654, U. S. Department of the Interior, Bureau of Reclamation, 1956. Ramo seco Ramo seco Teor ótimo Para baixos teores de umidade, formam-se meniscos de pequeno raio de curvatura entre as partículas do solo Alta resistência ao esforço de compactação Posterior umedecimento do solo leva à suavização dos meniscos e, consequentemente, à perda de capacidade de resistir aos esforços de compactação Os vazios existentes, inicialmente grandes e interligados, perdem ligações entre si, até que próximo da umidade ótima é quase impossível expulsar o ar do solo Ramo úmido Reduções na densidade do solo se devem ao aprisionamento do ar nos poros com conseqüente geração de poro-pressão na fase gasosa e redução na eficiência do processo de compactação 4
Estrutura Olson OLSON, R. E. Effective stress theory of soil compaction. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 89, No. SM2, pp. 27-45, 1963 Ramo seco Ramo seco Teor ótimo Aumento no teor de umidade resulta na elevação da pressão nas fases líquida e gasosa, reduzindo a tensão efetiva e permitindo, assim, que ocorra um melhor rearranjo das partículas Acrescentando-se mais água ao solo, as partículas deslizam umas sobre as outras, levando o solo a um nível de tensões efetivas que lhe permita resistir ao esforço de compactação Umidade, na qual, os vazios se tornam descontínuos e impedem a saída de ar Não há mais redução do volume da massa de solo Ramo úmido Com o aumento do teor de umidade a deformação aumenta e o γ d do solo diminui 5
Estrutura Lambe LAMBE, T. W. Structure of compacted clay. Transactions ASCE, 125, pp. 682-705, 1960 Ramo seco Ramo seco Teor ótimo A dupla camada difusa não se encontra plenamente desenvolvida Altas concentrações eletrolíticas e redução das forças de repulsão entre partículas Ocorre floculação das partículas com baixo grau de orientação resultando em um solo de baixa densidade Teores de umidade maiores permitem o desenvolvimento da dupla camada difusa, reduzindo o grau de floculação e produzindo estruturas mais dispersas Ramo úmido Acréscimos no teor de umidade resultam em nova expansão da dupla camada Redução das forças de atração entre partículas e redução da concentração de sólidos 6
Estrutura 7
Estrutura Barden e Sides BARDEN, L.; SIDES, G. R. Engineering behavior and structure of compacted clay. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 96, No. SM4, p. 1171, 1970 Ramo seco Ramo seco O solo se estrutura, formando grumos de partículas, sendo que quanto mais seco o solo mais secos e rígidos são os grumos Efeitos de capilaridade proporcionam a esta estrutura condições para resistir aos esforços de compactação sem muita distorção Aumentando o teor de umidade os grumos são molhados e, consequentemente, apresentam menor resistência mecânica São mais facilmente distorcidos e preenchem os poros existentes, que tendem a desaparecer próximo da umidade ótima Teor ótimo Os vazios preenchidos por ar perdem a continuidade, colocando-se um limite na capacidade de redução de volume de um solo pela expulsão do ar dos seus poros 8
Estrutura Resumo O solo se estrutura, formando agregados de partículas, sendo tanto mais secos e rígidos quanto mais seco o solo Ramo seco Ramo seco Teor ótimo Efeitos de capilaridade proporcionam a estrutura condições para resistir aos esforços de compactação sem muita distorção Aumentando w, os agregados, apresentam menor resistência mecânica São mais facilmente distorcidos e preenchem os poros existentes, que tendem a desaparecer próximo da umidade ótima Os vazios preenchidos por ar perdem a continuidade Chega-se a um limite na capacidade de redução de volume do solo pela expulsão do ar dos seus poros Ramo úmido A água acrescentada ao solo ocupa o espaço antes ocupado por sólidos A água, absorve parte do esforço de compactação, reduzindo a capacidade de compactação 9
Estrutura Michel e Soga, 2005 10
Estrutura Michel e Soga, 2005 11
Permeabilidade 12
Compressibilidade 13
Retração 14
Resistência 15
Compactação em campo Fatores que influenciam a compactação no campo Teor de umidade do solo Número de passadas do equipamento Espessura da camada compactada Características do equipamento utilizado: Pressão aplicada Área de contato, etc 16
Compactação em campo Fatores que influenciam a compactação no campo Constatação prática sobre a compactação no campo (Porter) Número de passadas varia na razão direta do quadrado das espessuras: Camada de 10cm npassadas do equipamento Camada de 20cm 4n passadas Camada de 30cm 9n passadas 17
Compactação em campo Fatores que influenciam a compactação no campo 18
Compactação em campo Fatores que influenciam a compactação no campo 19
Compactação em campo Tipos de compactadores Rolo liso Rolo de pneus Rolo pé-de-carneiro Rolos vibratórios Compactadores manuais (tipo sapo) 20
Compactação em campo 21
Compactação em campo Rolos lisos Mais apropriados para acabamento de camadas Camadas pouco espessas O que afeta a compactação: Carga unitária por largura da roda Diâmetro e largura das rodas Camadas: espessuras < 12-15 cm 22
Compactação em campo Rolos lisos 23
Compactação em campo Rolos lisos Influência do número de passadas 24
Compactação em campo Rolos de pneu Solos: todos, à exceção de areias de granulometria uniforme Espessura de camada acabada: < 30 cm Flexibilidade no contato Simula a ação do tráfego Maior w, menor número de passadas para se obterγ d max 25
Compactação em campo Rolos de pneu 26
Compactação em campo Rolos de pneu 27
Compactação em campo Rolos pé-de-carneiro Pés: 15 a 25 cm Uso: solos argilosos e residuais w compactação < w ot Espessura da camada acabada (E) E < (comprimento da pata + 5cm) Índice de vazios do solo: elevado Melhor uso: solos finos 28
Compactação em campo Rolos pé-de-carneiro 29
Compactação em campo Rolos vibratórios 30
Compactação em campo Rolos vibratórios 31
Compactação em campo Compactadores manuais 32
Compactação em campo Seleção do equipamento 33
Compactação em campo Seleção do equipamento 34
Compactação em campo Seleção do equipamento 35
Controle de compactação Controle de compactação: conjunto de ações visando garantir que os parâmetros de projeto sejam atendidos A determinação dos parâmetros (relativos à resistência ao cisalhamento, deformabilidade, permeabilidade, etc) em geral demanda tempo e recursos incompatíveis com a rotina de obra O controle incide então sobre características de fácil determinação relacionadas aos parâmetros de projeto 36
Controle de compactação As características de solos compactados tradicionalmente são relacionadas a dois parâmetros básicos - peso específico aparente seco (γ d ) - teor de umidade (w) O controle dos trabalhos de compactação, portanto, pode ser feito sobre estes dois parâmetros 37
Controle de compactação É comum admitir as variações - γ d : Grau de compactação( GC) entre 95% e 100% - w: +/- 2% γ d γ d max Ramo seco w ot γ d max Ramo úmido w ot w (%) 38
Ensaios de campo Controle pontual - funil de areia (tradicional) - métodos radioativos - métodos dielétricos - penetrômetros 39
Ensaios de campo - controle pontual Funil de areia (tradicional): γ d Determina-se o peso específico úmido (γ) γ d = γ/ (1 + w)? Humboldt; Multiquip 40
Ensaios de campo - controle pontual Método de Hilf (tradicional): w Speedy (tradicional): w Contenco 41
Ensaios de campo - controle pontual Método de Hilf (tradicional): w Speedy (tradicional): w Contenco 42
Ensaios de campo - controle pontual Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γ d e w Humboldt 43
Ensaios de campo - controle pontual Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γ d e w Humboldt 44
Ensaios de campo - controle pontual Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γ d e w 45
Ensaios de campo - controle pontual Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γ d e w Multiquip 46
Ensaios de campo - controle pontual Métodos dielétricos (substituem os radiativos) - EDG (Eletrical Density Gauge): γ d e w Humboldt 47
Ensaios de campo - controle pontual Métodos dielétricos (substituem os radiativos) - EDG (Eletrical Density Gauge): γ d e w Humboldt 48
Ensaios de campo - controle pontual Métodos dielétricos (substituem os radiativos) - TDR (Time Domain Reflectometry ): w 49
Ensaios de campo - controle pontual Penetrômetros 50
Ensaios de campo - controle pontual Penetrômetros Dynatest 51
Ensaios de campo - controle pontual Penetrômetros 52
Ensaios de campo - controle pontual Métodos dielétricos (substituem os radiativos) - GeoGauge : mede a rigidez do solo (auxiliar a outros métodos) Humboldt 53
Ensaios de campo - controle pontual Métodos dielétricos (substituem os radiativos) - GeoGauge : mede a rigidez do solo (auxiliar a outros métodos) MnDOT 54