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Engenharia Civil ·
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COMPACTAÇÃO DOS SOLOS Conceitos Introdutórios Compacidade e densidade relativa materiais granulares Consistência e resistência a compressão simples materiais coesivos Conceitos Introdutórios Conceitos Introdutórios Compacidade e densidade relativa materiais granulares AS RELAÇÕES ENTRE γγγγs e E SEUS VALORES NÃO SERÃO OS MESMOS PARA QUALQUER AREIA NÃO PODERÃO SER COMPARADOS ENTRE SI QUANDO REFERIDOS A AREIAS NÃO PODERÃO SER COMPARADOS ENTRE SI QUANDO REFERIDOS A AREIAS DIFERENTES Uma diferença na granulometria por exemplo resultará em diferentes valores para o índice de vazios e e para o peso específico seco γγγγs mesmo se estiverem compactados da mesma forma Conceitos Introdutórios Compacidade e densidade relativa materiais granulares A classificação de um material não coesivo quanto ao grau de compacidade é portanto função de seus valores limites do índice de vazios e do peso específico seco Valores limites são os correspondentes no estado mais fofo possível e mais Valores limites são os correspondentes no estado mais fofo possível e mais denso possível A determinação do ÍNDICE DE VAZIOS no estado mais fofo possível é feita com o enchimento de um recipiente de volume conhecido com o material seco e de forma muito lenta resultando o eMAX A determinação do ÍNDICE DE VAZIOS no estado mais denso possível é feita com a medição de volume ocupado pelo peso de um solo não coesivo que foi compactado e vibrado violentamente no recipiente de forma a ocupar o menor volume possível resultando o eMIN Conceitos Introdutórios Compacidade e densidade relativa materiais granulares A compacidade ou grau de compacidade ou densidade relativa Dr de uma areia com ÍNDICE DE VAZIOS naturais é dada pela expressão As areias compactas possuem Dr 070 As areias fofas possuem Dr 030 Valores compreendidos nesse intervalo correspondem às areias médias Conceitos Introdutórios Consistência e resistência a compressão simples materiais coesivos A consistência é uma característica própria dos materiais coesivos sendo definida pela maior ou menor dureza em que uma argila é encontrada na natureza A dureza de um solo argiloso é inversamente proporcional ao seu teor de umidade Para valores altos de teor de umidade a argila é mole como um lama para valores Para valores altos de teor de umidade a argila é mole como um lama para valores baixos de teor de umidade a argila comportase como um tijolo O índice de consistência das argilas é dado pela expressão Conceitos Introdutórios Uma argila pode apresentar Teor de umidade correspondente ao LL w2 consistência fluida Teor de umidade correspondente ao LP w1 consistência plástica Teor de umidade natural w w1 w w2 Conceitos Introdutórios Consistência e resistência a compressão simples materiais coesivos O índice de consistência das argilas é dado pela expressão IP LLLP w2 w1 Classificação das argilas de acordo com o Índice de Consistência Ic Classificação das argilas de acordo com o Índice de Consistência Ic Ic 0 consistência fluida 0 Ic 05 consistência plástica mole 05 Ic 075 consistência plástica média 075 Ic 1 consistência plástica rija Ic 1 Conceitos Introdutórios Consistência e resistência a compressão simples materiais coesivos As argilas podem ser classificadas de acordo com a sua coesão Como a coesão pode ser diretamente relacionada com a maior ou menor dureza esta pode ser interpretada como resistência à deformação Se a tentativa de deformação ocorre na forma de compressão de uma amostra de solo argiloso pode ser definida de forma simplificada a resistência à compressão simples Rs como a carga Q por unidade de área A necessária para romper uma Rs como a carga Q por unidade de área A necessária para romper uma amostra de solo argiloso kNm² A amostra de solo pode se romper pela ruptura transversal ou cisalhamento ou pode ocorrer um embarrigamento Conceitos Introdutórios Consistência e resistência a compressão simples materiais coesivos A resistência à compressão simples dos materiais coesivos Rs varia com o teor de umidade do solo w para as altas umidades correspondem as pequenas resistências para as baixas umidades os maiores valores de resistência A variação da consistência dos solos argilosos em função da sua resistência à A variação da consistência dos solos argilosos em função da sua resistência à compressão kNm² simples pode ser assim relacionada Rs 5 consistência mole 5 Rs 15 consistência média 15 Rs 40 consistência rija Rs 40 consistência dura Princípios da compactação A construção de aterros e das obras de terra a que mais exige o estudo é a compactação Isto é o processo pelo qual se comunica ao solo não só a densidade e resistência como também e principalmente estabilidade Entendase como estabilidade a existência de uma resistência que estabilidade a existência de uma resistência que embora possa não ser a mais alta que o solo possa oferecer mantenhase permanente independente das estações do ano e das condições climáticas Por outro lado a compactação comunica ao aterro condições de resistência e compressibilidade capazes de tornar possível o seu uso imediato Princípios da compactação Antes da técnica de compactação os aterros eram feitos simplesmente lançandose o material pela sua ponta Resultando uma compressibilidade exagerada do aterro devido aos grandes vazios que podiam formarse entre as camadas lançadas a grande porosidade do próprio material que permanecia em porosidade do próprio material que permanecia em estado fofo e a instabilidade do aterro o qual poderia perder totalmente sua resistência se porventura sofresse saturação por chuvas pesadas Tudo isso levava a que os aterros necessitassem de um certo período de consolidação para que pudessem ser utilizados com segurança Princípios da compactação A técnica atual baseada no lançado dos aterros em camadas horizontais e passagem de rolos compressores pesados que evitam a terra fofa e a formação de vazios entre prováveis torrões chamase oompactação E assim um processo mecânico pelo qual se procura por aplicação de peso ou apiloamento aumentar a densidade aparente do solo lançado e portanto aumentarlhe a resistência Adiante verseá e portanto aumentarlhe a resistência Adiante verseá como e por que os aterros compactados são estáveis enquanto que os simplesmente lançados podem não sêlo Em 1933 Ralph Proctor publicou uma série de artigos divulgando o seu método de controle de contractação baseado num novo método de projeto e construção de barragens de terra compactadas que estava sendo empregado na Califórnia Princípios da compactação Nesses artigos é que pela primeira vez se enuncia um dos mais importantes princípios da Mecânica dos Solos Isto é de que a densidade com que um solo é compactado sob uma determinada energia de compactação depende da umidade do solo no momento da compactação Os estados envolvendo peso específica seco umidadew Os estados envolvendo peso específica seco umidadew e grau de saturação S de um solo com um determinado peso específica dos grãos podem ser representados por um ponto graficamente Ali o ponto P representa um solo cujo estado de compacidade é definido pelas duas coordenadas γγγγs e w e pelo seu lugar em relação as curvas de saturação Princípios da compactação peso específico seco γγγγs kNm³ A curva de saturação S 100 corresponde aos valores γs que com as umidades correspondentes tornam o solo saturado teor de umidade w peso específico seco Curvas peso específico x umidade peso específico seco γγγγs kNm³ A curva de saturação S 100 corresponde aos valores γs que com as umidades correspondentes tornam o solo saturado teor de umidade w peso específico seco Equipamento padrão Dados de resultados de ensaios de compactação Teor de umidade 11 12 Peso específico seco γγγγs kNm³ γγγγ1w 1684 1772 12 15 17 18 20 1772 1796 1743 1682 1608 Gráfico típico de resultados de ensaios de compactação Gráficos típicos de resultados de ensaios de compactação Resultados de ensaio de compactação Proctor normal em argila siltosa eixo x Teor de umidade w eixo y Peso específico seco γγγγs A curva de saturação S 100 corresponde aos valores γγγγs que com as umidades correspondentes tornam o solo saturado Gráficos possíveis para curvas de compactação Influência da energia de compactação em um argila arenosa LL 31 LP 26 eixo x Teor de umidade w eixo y Peso específico seco γγγγs A curva de saturação S 100 corresponde aos valores γγγγs que com as umidades correspondentes tornam o solo saturado Soquetes para ensaios de compactação Proctor normal e Proctor modificado Resumo do procedimento dos ensaios Efeitos da compactação em estruturas de solos argilosos Efeitos da compactação na compressibilidade de solos argilosos Efeitos da compactação na orientação da curva de compactação de solos argilosos Efeitos da compactação na conditividade hidráulica de solos argilosos Efeitos da compactação na resistência à compressão simples OBSERVAÇÕES a umidade ótima w é maior que a umidade w a umidade ótima wot é maior que a umidade w1 correspondente à resistência máxima R1 se um corpo de prova com umidade w1 for saturado antes do ensaio de resistência esta sofrerá uma queda e o corpo de prova passará a apresentar resistência R1 Rmax Efeitos da compactação na resistência à compressão simples OBSERVAÇÕES a umidade ótima wot é maior que a umidade w1 correspondente à resistência máxima R1 se um corpo de prova com umidade w1 for saturado antes do ensaio de resistência esta sofrerá uma queda e o corpo de prova passará a apresentar resistência R1 a queda de resistência também ocorre com os corpos compactados com menor energia de compactação porém em menor magnitude Compactação de Campo Rolo compactador liso Rolo compactador de pneus de borracha Rolo compactador pé de carneiro Princípio de funcionamento dos rolos compactadores vibratórios Variação do peso específico em função do número de passadas do rolo com diferentes teores de umidade argila Variação do peso específico em função do número de passadas do rolo com diferentes profundidades areias Condições exigidas para obtenção de Grau de Compactação Gc de 95 a 100 do Proctor Normal Condições exigidas para obtenção de Grau de Compactação Gc de 95 a 100 do Proctor Normal Determinação do grau de compactação Gc Ensaio de Frasco de Areia Ensaio de Frasco de areia determinação de peso unitário em campo Frasco Graduado Densímetro nuclear
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COMPACTAÇÃO DOS SOLOS Conceitos Introdutórios Compacidade e densidade relativa materiais granulares Consistência e resistência a compressão simples materiais coesivos Conceitos Introdutórios Conceitos Introdutórios Compacidade e densidade relativa materiais granulares AS RELAÇÕES ENTRE γγγγs e E SEUS VALORES NÃO SERÃO OS MESMOS PARA QUALQUER AREIA NÃO PODERÃO SER COMPARADOS ENTRE SI QUANDO REFERIDOS A AREIAS NÃO PODERÃO SER COMPARADOS ENTRE SI QUANDO REFERIDOS A AREIAS DIFERENTES Uma diferença na granulometria por exemplo resultará em diferentes valores para o índice de vazios e e para o peso específico seco γγγγs mesmo se estiverem compactados da mesma forma Conceitos Introdutórios Compacidade e densidade relativa materiais granulares A classificação de um material não coesivo quanto ao grau de compacidade é portanto função de seus valores limites do índice de vazios e do peso específico seco Valores limites são os correspondentes no estado mais fofo possível e mais Valores limites são os correspondentes no estado mais fofo possível e mais denso possível A determinação do ÍNDICE DE VAZIOS no estado mais fofo possível é feita com o enchimento de um recipiente de volume conhecido com o material seco e de forma muito lenta resultando o eMAX A determinação do ÍNDICE DE VAZIOS no estado mais denso possível é feita com a medição de volume ocupado pelo peso de um solo não coesivo que foi compactado e vibrado violentamente no recipiente de forma a ocupar o menor volume possível resultando o eMIN Conceitos Introdutórios Compacidade e densidade relativa materiais granulares A compacidade ou grau de compacidade ou densidade relativa Dr de uma areia com ÍNDICE DE VAZIOS naturais é dada pela expressão As areias compactas possuem Dr 070 As areias fofas possuem Dr 030 Valores compreendidos nesse intervalo correspondem às areias médias Conceitos Introdutórios Consistência e resistência a compressão simples materiais coesivos A consistência é uma característica própria dos materiais coesivos sendo definida pela maior ou menor dureza em que uma argila é encontrada na natureza A dureza de um solo argiloso é inversamente proporcional ao seu teor de umidade Para valores altos de teor de umidade a argila é mole como um lama para valores Para valores altos de teor de umidade a argila é mole como um lama para valores baixos de teor de umidade a argila comportase como um tijolo O índice de consistência das argilas é dado pela expressão Conceitos Introdutórios Uma argila pode apresentar Teor de umidade correspondente ao LL w2 consistência fluida Teor de umidade correspondente ao LP w1 consistência plástica Teor de umidade natural w w1 w w2 Conceitos Introdutórios Consistência e resistência a compressão simples materiais coesivos O índice de consistência das argilas é dado pela expressão IP LLLP w2 w1 Classificação das argilas de acordo com o Índice de Consistência Ic Classificação das argilas de acordo com o Índice de Consistência Ic Ic 0 consistência fluida 0 Ic 05 consistência plástica mole 05 Ic 075 consistência plástica média 075 Ic 1 consistência plástica rija Ic 1 Conceitos Introdutórios Consistência e resistência a compressão simples materiais coesivos As argilas podem ser classificadas de acordo com a sua coesão Como a coesão pode ser diretamente relacionada com a maior ou menor dureza esta pode ser interpretada como resistência à deformação Se a tentativa de deformação ocorre na forma de compressão de uma amostra de solo argiloso pode ser definida de forma simplificada a resistência à compressão simples Rs como a carga Q por unidade de área A necessária para romper uma Rs como a carga Q por unidade de área A necessária para romper uma amostra de solo argiloso kNm² A amostra de solo pode se romper pela ruptura transversal ou cisalhamento ou pode ocorrer um embarrigamento Conceitos Introdutórios Consistência e resistência a compressão simples materiais coesivos A resistência à compressão simples dos materiais coesivos Rs varia com o teor de umidade do solo w para as altas umidades correspondem as pequenas resistências para as baixas umidades os maiores valores de resistência A variação da consistência dos solos argilosos em função da sua resistência à A variação da consistência dos solos argilosos em função da sua resistência à compressão kNm² simples pode ser assim relacionada Rs 5 consistência mole 5 Rs 15 consistência média 15 Rs 40 consistência rija Rs 40 consistência dura Princípios da compactação A construção de aterros e das obras de terra a que mais exige o estudo é a compactação Isto é o processo pelo qual se comunica ao solo não só a densidade e resistência como também e principalmente estabilidade Entendase como estabilidade a existência de uma resistência que estabilidade a existência de uma resistência que embora possa não ser a mais alta que o solo possa oferecer mantenhase permanente independente das estações do ano e das condições climáticas Por outro lado a compactação comunica ao aterro condições de resistência e compressibilidade capazes de tornar possível o seu uso imediato Princípios da compactação Antes da técnica de compactação os aterros eram feitos simplesmente lançandose o material pela sua ponta Resultando uma compressibilidade exagerada do aterro devido aos grandes vazios que podiam formarse entre as camadas lançadas a grande porosidade do próprio material que permanecia em porosidade do próprio material que permanecia em estado fofo e a instabilidade do aterro o qual poderia perder totalmente sua resistência se porventura sofresse saturação por chuvas pesadas Tudo isso levava a que os aterros necessitassem de um certo período de consolidação para que pudessem ser utilizados com segurança Princípios da compactação A técnica atual baseada no lançado dos aterros em camadas horizontais e passagem de rolos compressores pesados que evitam a terra fofa e a formação de vazios entre prováveis torrões chamase oompactação E assim um processo mecânico pelo qual se procura por aplicação de peso ou apiloamento aumentar a densidade aparente do solo lançado e portanto aumentarlhe a resistência Adiante verseá e portanto aumentarlhe a resistência Adiante verseá como e por que os aterros compactados são estáveis enquanto que os simplesmente lançados podem não sêlo Em 1933 Ralph Proctor publicou uma série de artigos divulgando o seu método de controle de contractação baseado num novo método de projeto e construção de barragens de terra compactadas que estava sendo empregado na Califórnia Princípios da compactação Nesses artigos é que pela primeira vez se enuncia um dos mais importantes princípios da Mecânica dos Solos Isto é de que a densidade com que um solo é compactado sob uma determinada energia de compactação depende da umidade do solo no momento da compactação Os estados envolvendo peso específica seco umidadew Os estados envolvendo peso específica seco umidadew e grau de saturação S de um solo com um determinado peso específica dos grãos podem ser representados por um ponto graficamente Ali o ponto P representa um solo cujo estado de compacidade é definido pelas duas coordenadas γγγγs e w e pelo seu lugar em relação as curvas de saturação Princípios da compactação peso específico seco γγγγs kNm³ A curva de saturação S 100 corresponde aos valores γs que com as umidades correspondentes tornam o solo saturado teor de umidade w peso específico seco Curvas peso específico x umidade peso específico seco γγγγs kNm³ A curva de saturação S 100 corresponde aos valores γs que com as umidades correspondentes tornam o solo saturado teor de umidade w peso específico seco Equipamento padrão Dados de resultados de ensaios de compactação Teor de umidade 11 12 Peso específico seco γγγγs kNm³ γγγγ1w 1684 1772 12 15 17 18 20 1772 1796 1743 1682 1608 Gráfico típico de resultados de ensaios de compactação Gráficos típicos de resultados de ensaios de compactação Resultados de ensaio de compactação Proctor normal em argila siltosa eixo x Teor de umidade w eixo y Peso específico seco γγγγs A curva de saturação S 100 corresponde aos valores γγγγs que com as umidades correspondentes tornam o solo saturado Gráficos possíveis para curvas de compactação Influência da energia de compactação em um argila arenosa LL 31 LP 26 eixo x Teor de umidade w eixo y Peso específico seco γγγγs A curva de saturação S 100 corresponde aos valores γγγγs que com as umidades correspondentes tornam o solo saturado Soquetes para ensaios de compactação Proctor normal e Proctor modificado Resumo do procedimento dos ensaios Efeitos da compactação em estruturas de solos argilosos Efeitos da compactação na compressibilidade de solos argilosos Efeitos da compactação na orientação da curva de compactação de solos argilosos Efeitos da compactação na conditividade hidráulica de solos argilosos Efeitos da compactação na resistência à compressão simples OBSERVAÇÕES a umidade ótima w é maior que a umidade w a umidade ótima wot é maior que a umidade w1 correspondente à resistência máxima R1 se um corpo de prova com umidade w1 for saturado antes do ensaio de resistência esta sofrerá uma queda e o corpo de prova passará a apresentar resistência R1 Rmax Efeitos da compactação na resistência à compressão simples OBSERVAÇÕES a umidade ótima wot é maior que a umidade w1 correspondente à resistência máxima R1 se um corpo de prova com umidade w1 for saturado antes do ensaio de resistência esta sofrerá uma queda e o corpo de prova passará a apresentar resistência R1 a queda de resistência também ocorre com os corpos compactados com menor energia de compactação porém em menor magnitude Compactação de Campo Rolo compactador liso Rolo compactador de pneus de borracha Rolo compactador pé de carneiro Princípio de funcionamento dos rolos compactadores vibratórios Variação do peso específico em função do número de passadas do rolo com diferentes teores de umidade argila Variação do peso específico em função do número de passadas do rolo com diferentes profundidades areias Condições exigidas para obtenção de Grau de Compactação Gc de 95 a 100 do Proctor Normal Condições exigidas para obtenção de Grau de Compactação Gc de 95 a 100 do Proctor Normal Determinação do grau de compactação Gc Ensaio de Frasco de Areia Ensaio de Frasco de areia determinação de peso unitário em campo Frasco Graduado Densímetro nuclear