Post on 28-Oct-2015
Professor Dr. Leandro Neves Duarte
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO – UFMT CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA - ICET
Aula V – Compactação
Mecânica dos Solos
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Introdução
Universidade Federal do Mato Grosso/CUA/ICET/EC
Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
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Universidade Federal do Mato Grosso/CUA/ICET/EC
Introdução
Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
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Universidade Federal do Mato Grosso/CUA/ICET/EC
Introdução
Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
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Universidade Federal do Mato Grosso/CUA/ICET/EC
Introdução
Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
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Introdução
Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
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Introdução
Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
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Definições
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Nas situações em que às características mecânicas dos solos em suas condições naturais
não atendam às propriedades de um projeto, há a necessidade de melhoria das
características desses solos concernentes ao projeto.
A compactação é um processo que visa melhorar as propriedades do solo através da
redução dos seus vazios pela aplicação de pressão, impacto ou vibração, além disso torna o
maciço mais homogêneo. Esta operação resulta no aumento da massa específica aparente
do solo.
Com diminuição dos vazios, espera-se uma tendência de redução da variação dos teores de
umidade, da compressibilidade, da permeabilidade e aumento da resistência ao
cisalhamento.
Solo não-compactado Solo compactado
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Embora a compactação seja prática corrente de longa data, somente na década de 30 foram
estabelecidos, por R. R. Proctor e O. J. Porter, os princípios que regem a compactação dos
solos.
Chama-se energia ou esforço de compactação (Ec) o trabalho realizado executado durante o
processo de compactação de uma amostra de solo de volume final V, sendo representado
como se segue:
Defini-se energia de compactação pela expressão:
A compactação é um processo de estabilização de solos utilizado em diversos tipos de obras de
engenharia, notadamente em aterros rodoviários e barragens de terra, em que o solo é o
próprio material resistente ou de construção.
V
NcNgHMEc
...
Onde, M a massa do soquete, H a altura de queda do soquete, Ng o número de golpes por
camada, Nc o número de camadas e V o volume de solo compactado.
Definições
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Compactação e consolidação
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Durante o processo de compactação dos solos, o seu teor em água mantém-se praticamente
constante, sendo esta característica frequentemente referida como a principal diferença entre
a compactação e a consolidação de solos.
Na consolidação também se deseja a redução do índice de vazios e da compressibilidade dos
solos.
Entretanto, esse objetivo é conseguido, fundamentalmente, à custa da expulsão da fase
líquida, havendo uma apreciável alteração do teor em água dos solos argilosos durante o
processo.
A consolidação está frequentemente associada a processos relativamente lentos, provocados
pela atuação de uma solicitação estática e contínua, que dá origem à aproximação
progressiva das partículas, ao mesmo tempo que se verifica o escoamento (expulsão) da fase
líquida.
Pelo contrário, a compactação é geralmente entendida como um processo rápido, com a
aplicação de cargas variáveis no tempo, através do qual se procura alterar a estrutura do solo,
de forma a criar um novo tipo de arrumação das partículas.
Definições
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O procedimento para a compactação dos solos consiste em compactar com esforço de
compactação padrão amostras de solos com diferentes teores de umidade e volume final V
iguais.
A compactação dos solos é geralmente representado em um gráfico da variação da massa
específica aparente seca (rd). versus o teor de umidade (w) correspondente durante o
processo de compactação.
Definições
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14 16 18 20 22 24 26
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
W (%)
rd (
kg
/m³)
A curva de compactação apresenta geralmente a seguinte forma:
Definições
Curva de Compactação
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Nesta curva pode-se observar que existe um ponto (teor de umidade) em que a densidade do
solo é máxima.
Esses valores são denominados de teor de umidade ótimo (wótimo) e massa específica aparente
seca máxima (rdmáx).
14 16 18 20 22 24 26
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
rdmax
Wot
W (%)
rd (
kg
/m³)
Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
Definições
Curva de Compactação
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Ensaios de Compactação
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Ensaio de compactação (NBR - 7182)
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O ensaio conhecido como Proctor Normal (AASHTO Standard) consiste em compactar uma
amostra dentro de um recipiente cilíndrico, com aproximadamente 1000 cm³, em três camadas
sucessivas, sob a ação de 26 golpes de um soquete, pesando 2,5 kg, caindo de 30 cm de
altura.
O ensaio é repetido para diferentes teores de umidade, determinando-se, para cada um deles,
a massa específica aparente seca. Com os valores obtidos traça-se a curva rd versus w.
Para o traçado da curva é conveniente a determinação de aproximadamente 5 pontos,
procurando-se fazer com que dois deles se encontrem no ramo seco, um próximo à umidade
ótima e outros dois no ramo úmido.
O ensaio pode ser realizado com ou sem reuso do material.
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Ensaio de compactação (NBR - 7182)
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Papel filtro
1ª CAMADA
Ensaio de compactação (NBR - 7182)
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Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
1ª CAMADA
Papel filtro
2ª CAMADA
escarificação
Ensaio de compactação (NBR - 7182)
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Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
2ª CAMADA
escarificação
3ª CAMADA
Ensaio de compactação (NBR - 7182)
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Após a compactação o molde é removido da base para que o conjunto seja pesado e se
possa determinar sua massa específica.
Ensaio de compactação (NBR - 7182)
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Energia de compactação
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Cilindro Características inerentes a cada
energia de compactação
Energia
Normal Intermediária Modificada
Pequeno
Soquete Pequeno Grande Grande
Número de camadas 3 3 5
Número de golpes por camada 26 21 27
Tendo em vista o maior peso dos equipamentos de compactação atuais e necessidade de
esforços de compactação maiores surgiu o ensaio modificado de Proctor, com amostra
compactada em cinco camadas sob um peso do soquete maior.
Posteriormente foi adotada uma energia de compactação intermediária aos ensaios de Proctor
normal e modificado.
Ensaio de compactação (NBR - 7182)
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Curvas de Compactação
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Estando o solo num teor de umidade (w), após a compactação tem-se:
Massa específica aparente úmida:
Massa específica aparente seca:
V
Mr
wV
M
wd
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rr
Compactação de laboratório
Curvas de Compactação
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O procedimento para a compactação dos solos visa obter, para um dado solo e esforço de
compactação, o mesmo volume V para diferentes teores de umidade. Assim, traça-se a curva
de compactação, determinando-se a partir dela o teor de umidade ótimo (Wot) e a massa
específica aparente seca máxima (rdmax).
14 16 18 20 22 24 26
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
rdmax
Wot
rd (
kg
/m³)
Compactação de laboratório
Curvas de Compactação
Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
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Recomenda-se determinar a curva de saturação, utilizando-se a expressão:
wSr
Sr
SW
SWd
..
..
rr
rrr
Sr=0,7 Sr=0,8 Sr=0,9 Sr=1,0
rdmax
14 16 18 20 22 24 26
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
Wot
W (%)
rd (
kg
/m³)
Os pontos ótimos das
curvas de compactação se
situam em torno de 80 a
90% de saturação
Compactação de laboratório
Curvas de Compactação
Fonte – adaptado de Barbosa, P.S.A, DEC/UFV)
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Para um dado solo, compactado com o mesmo método, quanto maior for a energia de
compactação, maior será a rdmáx e menor a wot.
O lugar geométrico dos vértices das curvas obtidas com diferentes esforços de compactação é
chamada de linha de ótimos.
A linha dos ótimos separa os ramos secos e dos úmidos das diversas curvas de compactação.
rd
W (%)
Sr=100%
Modificado
Intermediário
Normal
Compactação de laboratório
Curvas de Compactação
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rd
W (%)
areias
Solo areno-argiloso
Solo argilo-arenoso
Argila plástica
Valores típicos
Solos argilosos – Wot : 25 a 30% e gdmax: 14 a 15 kN/m³
Areias com predregulho bem graduadas – Wot : 9 a 10% e gdmax: 20 a 21 kN/m³
Areias finas argilosas lateríticas – Wot : 12 a 14% e gdmax: 19 kN/m³
Solos siltosos – valores baixos para gdmax e curvas bem abatidas
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Compactação de laboratório
Curvas de Compactação
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O ramo ascendente da curva de compactação é denominado ramo seco e o descendente de
ramo úmido.
No ramo ascendente, a água lubrifica as partículas e facilita o arranjo destas, ocorrendo, por
esta razão, o acréscimo da massa específica aparente seca.
Já no ramo descendente, a água amortiza a compactação e a amostra passa a ter mais água
que sólidos, levando a um decréscimo da massa específica.
Interpretação da curva de compactação
Curvas de Compactação
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Compactação de Campo
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Os princípios que regem a compactação no campo são semelhantes aos de laboratório,
entretanto, pode ser destacado:
não há, necessariamente, igualdade entre as energias de compactação no campo e em
laboratório, conduzindo a um mesmo gd para um dado teor de umidade e isto se deve,
principalmente, às diferenças de confinamento do solo, no campo (em camadas) e no
laboratório (no interior de um cilindro);
os equipamentos de compactação conduzem a linha de ótimos diferentes das de
laboratório, podendo estar mais ou menos próximas das linhas de saturação;
os teores de umidade (W) de campo e de laboratório podem ser diferentes para um
mesmo gd de um mesmo material e
são diferentes as estruturas conferidas ao solo no campo e em laboratório, o que
repercute diretamente nas estabilidade alcançada.
Compactação em campo
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Para um dado equipamento, a energia ou esforço de compactação é diretamente proporcional
ao número de passada e inversamente proporcional à espessura da camada compactada.
Na compactação de campo, diz-se que houve uma passada do equipamento quando este
executou uma viagem de ida e volta, em qualquer extensão, na área correspondente a sua
largura de compactação.
A energia de compactação no campo pode ser aplicada, como em laboratório, de três maneiras
diferentes, em ordem decrescente da duração das tensões impostas:
pressão
impacto
vibração
Compactação em campo
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As curvas de compactação para os equipamentos e o número de passadas desempenha o
mesmo papel que o número de golpes de soquete em laboratório.
O aumento contínuo do número de passadas não acarreta um aumento contínuo de gd. O
número limite de passadas depende do material compactado, do tipo de equipamento, do teor
de umidade e da espessura da camada compactada.
Compactação em campo
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Equipamentos de compactação
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Compactadores de impacto ou de vibração
Compactador de percussão (sapo)
Placa vibratória Placa vibratória
Compactação em campo
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Rolos estáticos, compreendendo os rolos lisos de rodas de aço, de pneumáticos e os rolos pé-
de-carneiro
Rolo pneumático
Rolo liso Rolo pé de carneiro
Equipamentos de compactação
Compactação em campo
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Rolos vibratórios
Rolos combinados de tipos básicos, como por exemplo, rolo pé-de carneiro com
dispositivo vibratório.
Rolo vibrador de pé-de-carneiro
Equipamentos de compactação
Compactação em campo
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Para comprovar se a compactação está sendo feita devidamente, deve-se determinar
sistematicamente a umidade e a massa específica aparente do material.
Para esse controle pode-se utilizar o speedy ou o método da frigideira na determinação da
umidade e o processo de frasco de areia na determinação da massa específica.
Chama-se Grau de Compactação ao quociente resultante da divisão da massa específica
obtida no campo, pela máxima massa específica obtida no laboratório.
100xGClabd
campod
g
g
Não sendo atingida a compactação desejada, a qual não deverá ser inferior a determinado
valor do grau de compactação (fixada pela especificação adotada), o material será revolvido
e recompactado.
Controle de compactação
Compactação em campo
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Executa-se um furo de 10 cm de diâmetro por 15 a 20 cm de altura, retirando-se
cuidadosamente o solo, e determina-se o peso úmido (W) do material que ocupava o volume (V)
do furo, que não se conhece. Para o cálculo do peso específico natural (g), resta a
determinação deste volume.
A diferença de peso, antes e depois do enchimento do furo observada no frasco de areia,
dividido pelo peso específico da areia (g areia), fornece o volume V procurado.
Controle de compactação
Compactação em campo
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Frasco de areia ABNT/NBR 7185/86
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O amostrador é um cilindro oco, com a parte inferior em bisel e cujas dimensões internas são
conhecidas, permitindo o cálculo do volume V. O amostrador é cravado no solo por percussão,
retirando-se a amostra cujo peso úmido é W. Conhecendo-se o teor de umidade da amostra,
calcula-se o peso seco da amostra e determina-se diretamente gd campo.
Este processo tem a vantagem de trabalhar com a amostra não perturbada, o que daria maior
precisão ao método.
Controle de compactação
Compactação em campo
Método do amostrador (ABNT/NBR 9813/87 - Determinação da massa específica)
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Exercício:
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Os dados de laboratório para um ensaio Proctor normal estão relacionados abaixo. Determine a curva de compactação, o peso específico seco máximo em (kN/m3) e o teor de umidade ótimo.
Volume do Molde Proctor
(ft3)
Peso solo úmido no molde (lb)
Teor de umidade
w(%)
1/30 3,88 12 1/30 4,09 14 1/30 4,23 16 1/30 4,28 18 1/30 4,24 20 1/30 4,19 22
2) Com base nos dados acima e após o ensaio do cilindro, para verificação da compactação de campo, obteve-se os seguintes dados: Peso do solo úmido: 7,9 lb Volume do cilindo : 0,0649 ft3
Teor de umidade da amostra: 16,2% Pergunta-se, qual o grau de compactação do solo?
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Referências Bibliográficas
Barbosa, P.S.A. Notas de Aula. UFV: Curso de Engenharia Civil, 2009.
Braja, M. D. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. 1ª ed. Cengage Learning.
2007.
CRAIG, R. F. Mecânica dos Solos, 7ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007.
Ortigão, J.A.R. Introdução à Mecânica dos Solos dos Estados Críticos. 3ª ed. Rio
de Janeiro. LTC.2007.
Pinto, C.S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3ª ed. Oficina de Textos. 2006.