Compactação de Solos - Campus universitário de...
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MSO1 - Mecânica dos Solos I
Compactação de Solos
Prof.: Flavio A. Crispim
UNIVERSIDADE DO ESTADO DEMATO GROSSO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
SINOP - MT2011
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Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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
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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 ↑ e γd↓
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 → γd 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
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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
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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 diminui
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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
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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
• 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
Ramo seco
• 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
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Resumo
• O solo se estrutura, formando agregados de partículas, sendo tanto mais secos e rígidos quanto mais seco o solo
Ramo seco
• Efeitos de capilaridade proporcionam a estrutura condições para resistir aos esforços de compactação sem muita distorção
Ramo seco
• 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
Teor ótimo
• 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
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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
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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 → n passadas do equipamento
Camada de 20cm → 4n passadas
Camada de 30cm → 9n passadas
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Compactação em campo
Fatores que influenciam a compactação no campo
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Compactação em campo
Fatores que influenciam a compactação no campo
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Compactação em campo
Tipos de compactadores
Rolo liso
Rolo de pneus
Rolo pé-de-carneiro
Rolos vibratórios
Compactadores manuais (tipo sapo)
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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
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Compactação em campo
Rolos lisos
Influência do número de passadas
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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 obter γd max
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Compactação em campo
Rolos pé-de-carneiro
Pés: 15 a 25 cm
Uso: solos argilosos e residuais
wcompactação < wot
Espessura da camada acabada (E)
E < (comprimento da pata + 5cm)
Índice de vazios do solo: elevado
Melhor uso: solos finos
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Compactação em campo
Rolos pé-de-carneiro
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Compactação em campo
Compactadores manuais
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Compactação em campo
Seleção do equipamento
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Compactação em campo
Seleção do equipamento
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Compactação em campo
Seleção do equipamento
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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
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Controle de compactação
As características de solos compactados tradicionalmente são
relacionadas a dois parâmetros básicos
- peso específico aparente seco (γd)
- teor de umidade (w)
O controle dos trabalhos de compactação, portanto, pode ser feito
sobre estes dois parâmetros
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Controle de compactação
É comum admitir as variações
- γd: Grau de compactação( GC) entre 95% e 100%
- w: +/- 2%
wot w (%)
γd
γd max
Ramo seco
Ramo úmido
∆ wot
∆ γd max
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Ensaios de campo
Controle pontual
- funil de areia (tradicional)
- métodos radioativos
- métodos dielétricos
- penetrômetros
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Ensaios de campo - controle pontual
Funil de areia (tradicional): γd
Determina-se o peso específico úmido (γ) → γd = γ/ (1 + w)?Humboldt; Multiquip
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Ensaios de campo - controle pontual
Método de Hilf (tradicional): w
Speedy (tradicional): w
Contenco
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Ensaios de campo - controle pontual
Método de Hilf (tradicional): w
Speedy (tradicional): w
Contenco
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γd e w
Humboldt
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γd e w
Humboldt
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γd e w
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Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
Ensaios de campo - controle pontual
Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γd e w
Multiquip
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos dielétricos (substituem os radiativos)
- EDG (Eletrical Density Gauge): γd e w
Humboldt
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos dielétricos (substituem os radiativos)
- EDG (Eletrical Density Gauge): γd e w
Humboldt
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos dielétricos (substituem os radiativos)
- TDR (Time Domain Reflectometry ): w
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Ensaios de campo - controle pontual
Penetrômetros
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Ensaios de campo - controle pontual
Penetrômetros
Dynatest
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Ensaios de campo - controle pontual
Penetrômetros
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos dielétricos (substituem os radiativos)
- GeoGauge®: mede a rigidez do solo (auxiliar a outros
métodos)
Humboldt
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