Aula 02 – COMPACTAÇÃO DO SOLO
Eng. Civil Augusto Romanini (FACET – Sinop)
Sinop - MT
2016/1
CAMPUS DE SINOP
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Compactação
Introdução
Conceito
Pra que compactar?
Como funciona a compactação?
Compactação em laboratório
Compactação em campo
Introdução
Na construção de aterros para estradas, barragens e outras estruturas os solos devem ser
compactados para melhorar suas propriedades.
A compactação aumenta a resistência dos solos.
O solo compactado está menos sujeito a recalque, devido a sua menor compressibilidade
A permeabilidade dos solos reduzida com a compactação, devido a redução dos vazios entre as
partículas.
A compactação é utilizada provavelmente desde tempos remotos.
No século XX ocorre a padronização das técnicas de compactação.
Compactação
Introdução
Compactação
Introdução
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.
Compactação
Conceito
Gasosa
Líquida
Sólida
Gasosa
Líquida
Sólida
Antes da compactação
Após a compactação
Variação
de
volume
Pra que compactar?
Resistência
Deformabilidade
Permeabilidade
F(e)
Redução do e
Resistência
,
Deformação
Permeabilidade
Para elaboração de projetos é necessário determinar a variação
D
e em
laboratório, e controlar a compactação em campo.
Compactação
Pra que compactar?
A compactação pode ser aplicada a solos coesivos e não coesivos,
podem ser compactados também materiais granulares, materiais
betuminosos e resíduos sólidos urbanos.
Como funciona a 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
Compactação
d
Ramo
seco
Ramo
úmido
e
s
o
e
s
p
e
c
íf
ic
o
a
p
a
ren
te
s
e
c
o
(
d)
Linha de máximos
E1
E2
80-90%
S
r
= 100%
Limite para o
processo de
compactação
Aproximadamente
paralelo à curva de
Energia de compactação
d max
w
ot
Curva de saturação
Compactação
Como funciona a compactação?
O tipo de solo também influência a curva de compactação.
Para uma mesma energia de compactação, em geral:
d max
w
ot
2.
E
s
ta
b
ili
z
a
çã
o
M
e
câ
n
ica
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
• Forças de atrito entre partículas criadas por tensões capilares existentes opõem resistência aos esforços de compactação
• Índice de vazios ↑ ed↓
Ramo seco
• Acréscimos de água ao solo resultam em efeitos de lubrificação entre suas partículas produzindo arranjos mais compactos
Teor ótimo
• 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 → d max e wot
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
2.
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M
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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
• Para baixos teores de umidade, formam-se meniscos de pequeno raio de curvatura entre as partículas do solo
• Alta resistência ao esforço de compactação
Ramo seco
• Posterior umedecimento do solo leva à suavização dos meniscos e, consequentemente, à perda de capacidade de resistir aos esforços de compactação
Teor ótimo
• 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
2.
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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
• 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
Ramo seco
• 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
Teor ótimo
• 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 γd do solo
2.
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Lambe• LAMBE, T. W. Structure of compacted clay. Transactions ASCE, 125, pp. 682-705, 1960
Ramo seco
• A dupla camada difusa não se encontra plenamente desenvolvida • Altas concentrações eletrolíticas e redução das forças de repulsão entre
partículas
Ramo seco
• Ocorre floculação das partículas com baixo grau de orientação
resultando em um solo de baixa densidade
Teor ótimo
• 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
P e s o e s p e cí fi co s e co Teor de umidade Estrutura Floculada Estrutura Paralela Estrutura Intermediária
Compactação
Como funciona a compactação?
Teor de Umidade Pes o Es pec if ic o Tipo A, em forma de Sino Pes o Es pec if ic o Pes o Es pec if ic o Teor de Umidade Pes o Es pec if ic oTipo B, um pico e meio
Compactação
Solos coesivos
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), poro-pressões osmóticas, fenômenos de
superfície,
além
de
conceitos
de
tensão
efetiva,
tensão
de
cisalhamento
e
Solos não coesivos
Quando compactados, em geral, os solos não-coesivos não
apresentam uma curva de
compactação bem definida, como ocorre com os coesivos
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
Compactação
Solos não coesivos
Os solos não coesivos 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
Solos não coesivos
No Brasil, os índices e
maxe e
minsão 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 coesivos
em:
compactos
(CR > 0,70)
, soltos
(CR < 0,30)
e medianamente compactos
(0,30 <
Compactação
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
Solos não coesivos
As
características
de
compressibilidade
e
resistência
ao
cisalhamento dos solos não coesivos relacionam-se com as suas
compacidades relativas
Em geral, os solos não coesivos são mais compressíveis quanto
menores forem as suas compacidades relativas e mais resistentes
ao cisalhamento quanto maiores forem estas
Compactação
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, 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
F
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)
Compactação
Compactação em laboratório
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)
Compactação em laboratório
Cilindro
Características inerentes a
cada
energia de compactação
Energia de
Compactação
Normal Intermediária Modificada
Pequeno
Soquete
Pequeno
Grande
Grande
Número de camadas
3
3
5
Número de golpes por
camada
26
21
27
Grande
Soquete
Grande
Grande
Grande
Número de camadas
5
5
5
Número de golpes por
camada
12
26
55
Altura do disco espaçador
(mm)
63,5
63,5
63,5
Características do ensaio de compactação normatizado pela ABNT, contemplando, além da energia normal, as energias intermediária emodificada
Compactação
Efeitos da compactação em laboratório
P e s o e s p e cí fi co s e co Estrutura Floculada Estrutura Paralela Estrutura Intermediária 1,0E-10 1,0E-09 1,0E-08 1,0E-07 1,0E-06 1,0E-05 0 2 4 6 8 10 12 C o e fi ci e n te d e P e rm e a b ili d a d e ( m /s ) Teor de Bentonita (%)
