Compactacao dos Solos - Notas de Aula e Ensaios de Compactacao

11042025 Profa 1 MECÂNICA DOS SOLOS Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann Profa Dra Daniela Gutstein UTFPR Curitiba Compactação dos Solos A construção de aterros é das obras de terra a que mais exige o estudo da compactação Compactação condições de resistêcia e compressibilidade Densificação por meio de equipamento mecânico rolo compactador ou soquete aumento do peso específico e redução do índice de vazios Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR AQ 2013 Campos 2022 Compactação dos solos Ensaios de Compactação Antes da técnica de compactação simplesmente lançavase o solo resultado compressibilidade exagerada devido aos grandes vazios formados solo em estado fofo instabilidade Com a técnica de compactação o solo é lançado nos aterros em camadas horizontais o rolo compressor é passado por elas evitase a formação de vazios estabilidade A compactação de um solo é sua densificação por meio de equipamento mecânico rolo compactador ou soquete aumento do peso específico e redução do índice de vazios Compactação dos solos Ensaios de Compactação Início da técnica de compactação engenheiro Ralph Proctor 1933 O ensaio Normal de Compactação O ensaio de Proctor foi padronizado no Brasil pela ABNT NBR 71822020 Procedimentos A amostra de solo deve ser previamente seca ao ar e destorroada Acrescentase água até que amostra de solo fique com cerca de 5 de umidade geralmente muito próxima e um pouco abaixo do limite de plasticidade 1 2 3 4 11042025 Profa 2 Compactação dos solos Ensaios de Compactação Procedimentos Uniformizase bem a umidade no solo uma porção desta mistura é colocada em um cilindro padrão 10 x 12 cm com volume de 1000 cm³ e é submetida à 26 golpes de um soquete de 25 kg caindo de uma altura de 305 cm Esta primeira camada deve ocupar cerca de 13 da altura do cilindro Compactação dos solos Ensaios de Compactação Procedimentos O processo é repetido mais duas vezes a última camada passa um pouco da borda com a ajuda de um anel complementar acertase o volume raspando o excesso Desmoldase a amostra pesos e medidas são anotados e a umidade é determinada cápsulas com solo do interior da amostra calculase o peso específico aparente seco s Compactação dos solos Ensaios de Compactação Procedimentos A amostra é destorroada e a umidade aumentada cerca de 2 nova compactacão é realizada novos pares umidade e s A operação é repetida até que se perceba que o s depois de ter subido já tenha caído em duas ou três operações sucessivas peso específico aparente úmido se mantém constante geralmente são necessárias 6 determinações Dados obtidos curva de compactação s x umidade 5 6 7 8 Compactação dos solos Influência da energia de compactação A compactação descrita até o momento é chamada de dinâmica queda de um soquete Outros procedimentos podem ser empregados em laboratório Compactação estática pressão sobre o solo em um molde moldagem de corposdeprova Compactação por pisoteamento pretende reproduzir o efeito de compactação do rolo pédecarneiro pistão com mola é aplicado no solo em vez da queda do soquete o pistão penetra no solo iniciandose a compactação pela parte inferior da camada como é no campo 11042025 Profa 4 Compactação dos solos Ensaios de Compactação Métodos alternativos de compactação Ensaio sem reuso do material mesmo procedimento do ensaio normal porém com uma quantidade de solo reservada para cada ponto Ensaio sem secagem prévia do solo amostra de solo na umidade natural secagem prévia do solo apenas para chegar na umidade de 5 abaixo da umidade ótima diversos pontos da curva são obtidos alguns com a secagem e outros com o acréscimo de água Compactação dos solos Ensaios de Compactação Métodos alternativos de compactação Ensaio em solo com pedregulho o ensaio de compactação no cilindro de 1000 cm³ só é realizado para solos com máximo de 48 mm 4 em ensaios de solo com pedregulho na interface solocilindro pode se formar ninhos usase então um cilindro de 2085 cm³ 5 camadas de compactação 12 golpes soquete de 4536 kg e altura de queda de 457 cm NBR 718220 Compactação dos solos Influência da energia de compactação O peso específico aparente seco máximo e a umidade ótima determinada no Ensaio de Proctor Normal não são índices físicos do solo pois dependem da energia aplicada Ensaio Modificado de compactação e ensaio Intermediário de compactação Maior energia de compactação mais próximos uns dos outros ficarão os grãos maior peso específico aparente seco s e uma menor umidade ótima curva deslocase para a esquerda e para o alto camadas soquete golpes Energia 3 Pequeno 25 kg 26 Normal 3 Grande 4536 kg 21 Intermediária 5 Grande 4536 kg 27 Modificada Compactação dos solos Ensaios de Compactação Energia de compactação para o cilindro pequeno 1000 cm3 e h 305 cm Energia de compactação para o cilindro grande 2085 cm3 e h 457 cm camadas soquete golpes Energia 5 Grande 4536 kg 12 Normal 5 Grande 4536 kg 26 Intermediária 5 Grande 4536 kg 55 Modificada 13 14 15 16 linha das máximas Modificado Intermediário Normal Peso específico aparente seco KNm3 Umidade 11042025 Profa 6 Compactação dos solos Influência da umidade Quando o solo se encontra com umidade abaixo da ótima maior energia de compactação maior o s atrito grãoagrão dificultará o esforço de compactação impedindo o seu introsamento completo é o que acontece no ramo esquerdo ramo seco das curvas de compactação baixos pesos específicos aparentes secos Compactação dos solos Influência da umidade Quando o solo se encontra com a umidade acima da ótima maior energia de compactação pouco ou nada provoca aumento do s não consegue expelir o ar dos vazios ocorre também no campo insistência da passagem do compactador nessas condições torna o solo borrachudo comprime e depois dilata como se fosse uma borracha o que se comprime são as bolhas de ar ocluso Quando a umidade do solo for muito grande os grãos não ofereção resitência à compactação peso específicos tão baixos quanto maiores forem os teores de umidade os filmes de água entorno dos grãos crescerão de espessura à medida que as umidades crescerem é o que aontece no ramo direito ramo úmido das curvas de compactação Compactação dos solos Influência da umidade Umidade ótima No ponto correspondente à umidade ótima a espessura dos filmes de água é próxima à suficiente para saturar os vazios correspondentes ao máximo peso específico aparente seco de ser obtido com o esforço de compactaçao a ser empregado Compactação dos solos Estrutura de solos compactados O solo compactado fica com uma estrutura que depende da energia aplicada e da umidade do solo por ocosião da compactação Baixa umidade a atração facearesta das partículas não é vencida pela energia aplicada estrutura floculada para a mesma umidade tanto mais floculada quanto menor for a energia de compactação Maiores umidades a repulsão entre as partículas aumenta e a compactação às orienta posicioandoas paralelamente em geral estrutura dispersa para a mesma umidade quanto maior o grau de compactação maior a dispersão 21 22 23 24 11042025 Profa 7 Compactação dos solos Estrutura de solos compactados Influência do tipo de compactação na estrutura dos solos compactados Corposdeprova moldados com umidade abaixo da ótima diferentes métodos de compactação solo com a mesma estrutura floculada Corposdeprova moldados com umidade acima da ótima Compactação estática manterá a falta de orientação das partículas estrutura desorganizada próxima da floculada Compactação dinâmica tenderá a orientálas no sentido de aproximálas de uma estrutura dispersa Compactação dos solos Compactação no campo Equipamentos utilizados na compactação no campo Os solos são compactados pelo efeito de um dos seguintes esforços Pressão Impacto Vibração Combinações entre os anteriores Compactação dos solos Compactação no campo Classificação dos rolos compressores Rolos compressores rolo liso pedregulhos areias e pedras britadas Rodas pneumáticas solo de granulação fina arenosa PédeCarneiro solos finos Liso Pneumático Pédecarneiro 25 26 27 28 11042025 Profa 8 Compactação dos solos Compactação no campo Classificação dos rolos compressores Aparelhos de impacto soquetes pneumáticos ou de combustão interna ou grandes pesos caindo de grandes alturas solos finos Vibradores vibração através de uma placa ou rolo compressor areias Rolo compactador liso com vibrador Compactação dos solos Compactação no campo A compactação no campo consiste nas seguintes operações Escolha da área de empréstimo problema técnico econômico devem ser consideradas distâncias de transportes e as características geotécnicas do material especial atenção para a umidade natural do solo de empréstimo evitar gastos no acerto da umidade ótima de compactação Transporte e espalhamento do solo a espessura da camada solta a espalhar deve ser compatível com a espessura da camada final entorno de 15 cm pois o efeito dos equipamentos não atinge profundidades maiores geralmente 23 cm resultam em 15 cm de solo compactado Acerto da umidade irrigação aumentar a umidade e aeração diminuir a umidade seguidas de revolvimento mecânico do solo de maneira a homogeneizálo Compactação dos solos Compactação no campo Os equipamentos devem ser escolhidos de acordo com o tipo de solo seguir as instruções de uso e de execução de ensaio de cada equipamento Controle da compactação retirada de amostras Desvio de umidade em relação à ótima 2 em relação à umidade ótima Grau mínimo de compactação Solo coesivos 95 relação entre a s a ser atingida no campo e a s máxima atingida Solos granulares densidade realtiva Dr igual ou superior a 65 ou 70 Compactação dos solos Exemplo 1 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR O gráfico 𝒅 versus w é mostrado na figura abaixo a Definir o peso específico aparente seco máximo e a umidade ótima b Calcule o 𝒅 para os graus de saturação de 100 considerando Gs 27 w 𝒅 kNm3 10 162 12 168 14 170 16 167 18 160 20 150 29 30 31 32 Compactação dos solos Influência da energia de compactação Pontos do conjunto γs e umidade de um mesmo solo com diferentes graus de compactação ficam ao longo de uma curva com semelhante grau de saturação podese definir a energia de compactação EC 25 x 981 1000 MHNgNc V Proctor normal EC KN0305m263 94410 6m3 618 KNmm3 620KJm3 M peso do soquete N 1 kg 000980665 KN H altura de queda do soquete m Ng número de golpes por camada Nc número de camadas V volume do solo compactado m3 γd γ 1 w 100 Compactação dos solos Ensaios de Compactação Curva de saturação corresponde ao lugar geométrico dos valores de umidade e γs estando o solo saturado S1 Podem ser desenhas curvas correspondentes à outros graus de saturação S09 S08 etc As equações definem famílias de curvas o solo pode estar em qualquer posição abaixo da curva de saturação mas nunca acima dela Compactação dos solos Ensaios de Compactação Equação de cada curva em função do grau de saturação γd Gs x γw 1 Gs x W s S1 γd Gs x γw 1 Gs x W 1 Gs γd γw w 1 somente para S1 Pontos ótimos das curvas de compactação 80 a 90 de saturação Compactação dos solos Ensaios de Compactação Valores típicos Solos argilosos γs baixos e umidades ótimas elevadas Solos siltosos γs baixos curvas bem abatidas Areias com pedregulhos γs mais elevados e umidades ótimas baixas Solos lateríticos ramos ascendente mais íngreme do que os solos residuais e os transportados