Apresentação do PowerPoint -...
-
Upload
nguyenkhanh -
Category
Documents
-
view
216 -
download
0
Transcript of Apresentação do PowerPoint -...
Aula 06 – Compactação do solo
Augusto Romanini
Sinop - MT
2017/1
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO
CAMPUS DE SINOP
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
GEOTECNIA I
Compactação do Solo08/05/2017 2
Aula 01 – Origem do solo e tamanho das partículas Aula 02 – Índices Físicos do Solo
Aula 03 – Granulometria do Solo Aula 04 – Limites de Consistência
Aula 09 – Permeabilidade e Percolação Aula 10 – Exploração do subsolo
Aula 05 – Classificação do solo
Aula 00 – Apresentação / Introdução
Parte III – “Hidráulica dos solos”
Parte II – “Tensões no solo”
Parte I – “Conhecendo o solo”
Aula 06 – Compactação do Solo Aula 07 – Tensões no solo
AULAS
Aula 08 – Tensões no solo II
OS CONTEÚDOS SÃO COMPLEMENTARES.
08/05/2017 Compactação do Solo 3
Introdução
Ensaio de Compactação
O efeito da compactação nos solos
Comportamento de solos compactados
Compactação em campo
08/05/2017 Compactação do Solo 4
Introdução
Entende-se por compactação de um solo, o processo manual ou mecânico que visa reduzir o
volume de seus vazios e , assim, aumentar sua resistência, tornando-o mais estável.
Trata-se de uma operação simples e de grande importância pelos seus consideráveis efeitos
sobre a estabilização de maciços terrosos , relacionando-se, intimamente, com os
problemas de pavimentação e barragens de terra.
A compactação de um solo visa melhorar suas características, não só quanto à resistência,
mas, também, nos aspectos: permeabilidade, compressibilidade e absorção d'água.
No estado atual de conhecimento sobre o assunto, sabe-se que o aumento do peso
específico de um solo, produzido pela compactação, depende fundamentalmente da energia
dispendida e do teor de umidade do solo.
'Observe-se que na "compactação" há expulsão de ar, e no "adensamento" a expulsão é
da água.
08/05/2017 Compactação do Solo 8
Conceito Básico
Conceito 01: 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.
Gasosa
Líquida
Sólida
Gasosa
Líquida
Sólida
Antes da compactação Após a compactação
Variação
de
volume
08/05/2017 Compactação do Solo 9
Conceito Básico
Conceito 02: A compactação em termos gerais é a densificação do solo por meio da
remoção do ar, o que requer energia mecânica. O grau de compactação é medido
com base no peso especifico seco.
Quando adicionada ao solo
durante a compactação, a água
atua como um agente de
amolecimento das partículas. As
partículas deslizam umas sobre
as outras e se movem para uma
posição densamente compacta .
08/05/2017 Compactação do Solo 10
Conceito Básico
Resistência
Deformabilidade
Permeabilidade
F(e)
Redução do e
Resistência , Deformação
Permeabilidade
Compactar
Reduzir os vazios
Compactação em Laboratório
Compactação em Campo
Controle da compactação
08/05/2017 Compactação do Solo 11
Ensaio de Compactação Compactação em Laboratório
a) Molde b) Soquete c) Equipamentos gerais
Em fins da década de 1930, Porter, da California Division of Highways, desenvolveu um ensaio para determinar a densidade
seca máxima e a umidade ótima de solos para fins rodoviários. Para ele, o resultado da compactação era a redução do volume
de ar, o que se consegue até um ponto, a partir do qual a água adicionada passa a ocupar mais volume, sem conseguir
expulsar totalmente o ar. Foi Proctor, no entanto, quem padronizou esse ensaio por volta de 1933, divulgando o fato.
Ensaio Proctor
08/05/2017 Compactação do Solo 12
Ensaio de Compactação Compactação em Laboratório
Peso Específico Seco
Teor de Umidade
Curva de Saturação
Energia de Compactação
𝛾 =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑛𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜 𝑀𝑜𝑙𝑑𝑒
𝛾𝑑 =𝛾
1 + 𝑤
08/05/2017 Compactação do Solo 13
Ensaio de Compactação Compactação em Laboratório
Peso Específico Seco Máximo
Antes do peso específico
seco máximo, tem-se o ramo
seco, com teores de umidade
menores que o teor de
umidade ótimo
A condição tida como ideal para a compactação de um
solo é o ponto definido pelos parâmetros peso
específico seco máximo (𝜸𝒅,𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒐) e teor de umidade
ótimo (𝒘𝒐𝒕).
Depois do peso específico
seco máximo, tem-se o ramo
úmido, com teores de
umidade maiores que o teor
de umidade ótimo
08/05/2017 Compactação do Solo 14
Ensaio de Compactação Compactação em Laboratório
w (%)
d
Ramo
seco
Ramo
úmido
08/05/2017 Compactação do Solo 15
Fatores que afetam a compactação
O tipo de solo A energia de compactação
Solos Granulares
Solos Finos
Normal
Intermediária
Modificada
08/05/2017 Compactação do Solo 16
Fatores que afetam a compactação O tipo de solo
O tipo de solo influência a curva de compactação. Para uma mesma energia de
compactação, em geral:
𝛾𝑑,𝑚á𝑥 (𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝.𝑠𝑒𝑐𝑜𝑚á𝑥)
𝑤𝑜𝑡 (𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒0
ArenososSiltososArgilosos
08/05/2017 Compactação do Solo 17
Fatores que afetam a compactação O tipo de solo
O tipo de solo influência a curva de compactação. Para uma mesma energia de
compactação, em geral:
LL entre 30 e 70 LL menor que 30LL menor que 30
e maior que 70LL maior que 70
08/05/2017 Compactação do Solo 19
Fatores que afetam a compactação A energia de compactação
Teor de umidade (w)
Peso
esp
ecíf
ico
ap
are
nte
seco
(d)
Linha de máximos
E1> E2> E3
E1
E2
E3
80-90%
Sr = 100%
Limite para o
processo de
compactação
Aproximadamente
paralelo à curva de
saturação
Energia de compactaçãod max
wot
Curva de saturação
A energia de
compactação
Normal (E1)
Intermediária (E2)
Modificada (E3)
08/05/2017 Compactação do Solo 20
Fatores que afetam a compactação A energia de compactação
𝐸 =𝑁º 𝑑𝑒 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎 ∙ 𝑁º 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎𝑠 ∙ 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 ∙ 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒
As energias indicam que se ocorre uma alteração do esforço de compactação
por unidade de volume do solo, a curva do peso especifico versus teor de
umidade, também será.
08/05/2017 Compactação do Solo 21
Fatores que afetam a compactação A energia de compactação
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
O que a ABNT propõem?
08/05/2017 Compactação do Solo 23
Comportamento de solos compactados Solos Granulares
Quando compactados, em geral, os solos não
coesivos não apresentam uma curva de
compactação bem definida. Para uma dada
energia de compactação o peso especifico
aparente seco, é relativamente elevado.
Mesmo variando os teores de umidade, teores de
umidade intermediários, há uma pequena variação
no peso especifico aparente seco. Assim, os
conceitos de teor de umidade ótimo e peso
especifico seco aparente máximo, perdem o
significado.
O que fazer?
08/05/2017 Compactação do Solo 24
Comportamento de solos compactados Solos Granulares
Compacidade Relativa 𝐷𝑟 =𝑒𝑚á𝑥 − 𝑒
𝑒𝑚á𝑥 − 𝑒𝑚í𝑛
𝐷𝑟 =𝛾𝑑,𝑚á𝑥 (𝛾𝑑 − 𝛾𝑑,min)
𝛾𝑑,𝑚𝑎𝑥 − 𝛾𝑑,min) 𝛾𝑑
𝐷𝑟 = 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎
𝛾𝑑 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
𝛾𝑑,𝑚á𝑥 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑛𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑖𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑜
𝛾𝑑,𝑚𝑖𝑛 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑛𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑖𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑡𝑜Uma classificação puramente arbitrária divide os solos não
coesivos em:
• compactos(CR>0,70);
• soltos(CR<0,30) e
• medianamente compactos(0,30<CR<0,70)
08/05/2017 Compactação do Solo 25
Solos Argilosos
Nos solos coesivos a compactação induz variações na estrutura dos solos coesivos. O resultado desta
variações são estruturais, e incluem alterações na condutividade hidráulica, na compressibilidade e
na resistência.
Comportamento de solos compactados
Peso e
specíf
ico s
eco
Teor de umidade
Estrutura
Floculada
Estrutura
Paralela
Estrutura
Intermediária
2.
Esta
bili
zaçã
oM
ecânic
a
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 existentesopõem resistência aos esforços de compactação
• Índice de vazios ↑ e d↓
Ramo seco
• Acréscimos de água ao solo resultam em efeitos de lubrificação entre suas partículas produzindo arranjos mais compactos
Teorótimo
• 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 dasforças capilares e afastamento interpartículas, ficando o solo menos denso emais plástico
08/05/2017 Compactação do solo 29
Comportamento de solos compactados
2.
Esta
bili
zaçã
oM
ecânic
a
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
08/05/2017 Compactação do solo 30
Comportamento de solos compactados
2.
Esta
bili
zaçã
oM
ecânic
a
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 asoutras, levando o solo a um nível de tensões efetivas que lhe permita resistirao 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
08/05/2017 Compactação do solo 31
Comportamento de solos compactados
2.
Esta
bili
zaçã
oM
ecânic
a
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 orientaçãoresultando 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
08/05/2017 Compactação do solo 32
Comportamento de solos compactados
08/05/2017 Compactação do Solo 33
Compactação em campo
Fatores que influenciam na compactação
Energia de
compactaçãoTipo de solo Teor de umidade Peso específico
08/05/2017 Compactação do Solo 34
Compactação em campo Fatores que influenciam na compactação
Energia de
compactaçãoTipo de solo Teor de umidade Peso específico
08/05/2017 Compactação do Solo 35
Compactação em campo Fatores que influenciam na compactação
Teor de umidadePeso específico
08/05/2017 Compactação do Solo 36
Compactação em campo Quais os tipos de compactação?
Compactação em campo
Compactação em Laboratório
Pressão e Dinâmica
Via o ensaio Proctor
Dinâmica Pressão Vibração
08/05/2017 Compactação do Solo 38
Compactação em campo Quais os tipos de compactação?
Dinâmica
Pressão
08/05/2017 Compactação do Solo 39
Compactação em campo Quais os tipos de compactação?
Pressão
Vibração
08/05/2017 Compactação do Solo 40
Compactação em campo Quais os tipos de compactação?
Pressão
Vibração
08/05/2017 Compactação do Solo 41
Compactação em campo
Fatores que influenciam a
compactação no campo:
•Teor de umidade do solo
•Número de passadas do
equipamento ( Energia)
•Espessura da camada
compactada ( Peso esp. Seco)
•Características do equipamento
utilizado:
• Pressão aplicada
• Área de contato
08/05/2017 Compactação do Solo 42
Compactação em campo
Fatores que influenciam a compactação no
campo:
Características do equipamento utilizado:
• Pressão aplicada
• Área de contato
08/05/2017 Compactação do Solo 43
Compactação em campo Espessura da camada
Razões econômicas fazem preferir que a espessura seja a maior possível. Mas
características do material, tipo de equipamento e finalidade do aterro são fatores que
devem predominar.
Equipamentos diversos exigem espessuras de camada diferentes.
A tabela "Escolha do rolo compactador" é uma orientação inicial.
Geralmente se adotam espessuras menores que as máximos, para garantir compactação
uniforme em toda a altura da camada
Tipo de Rolo Peso Espessura Uniformidade Tipo de Solo
Pé de Carneiro Estático 20 40 Boa Argilas e Silte
Pé de Carneiro Vibratório 30 40 Boa Mistura de areia,silte e argila
Pneumático Leve 15 14 Boa Mistura de areia,silte e argila
Pneumático Pesado 35 35 Muito Boa Praticamente todos
Vibratrório com rodas lisas 30 50 Muito Boa Areias,cascalhos,Material Granular
Liso Metálico estático,3 rodas 20 10 Regular Materiais Granulares
Rolo de Grade 20 20 Boa Materiais Granulares
08/05/2017 Compactação do Solo 45
Compactação em campo Controle de compactação
O controle de compactação é
um conjunto de ações visando
garantir que os parâmetros de
projeto sejam atendidos, ou
seja, o que foi previsto em
laboratório seja feito o mais
próximo possível no campo.
O controle de compactação
é feito com base em dois
índices : peso especifico
seco e teor de umidade.
08/05/2017 Compactação do Solo 46
Compactação em campo Controle de compactação
Evitar que uma camada inadequadamente compactada seja coberta por outra
antes da análise.
08/05/2017 Compactação do Solo 47
Compactação em campo Controle de compactação
É uma verificação sistemática onde se verifica, em intervalos regulares, se a
compactação foi feita de acordo com as especificações. Normalmente se faz o
controle a cada 1000,00 m³ de solo compactado.
Formas de se monitorar a densidade no campo:
• Frasco de areia
• Método de Hilf
• Densímetro nuclear
08/05/2017 Compactação do Solo 49
Compactação em campo Controle de compactação
• Densímetro nuclear Os densímetros nucleares são utilizados com
frequência para a determinação do peso
especifico seco compactado do solo.
Esse equipamento opera tanto em furos como
na superfície do solo. Um isótopo radioativo e
usado como fonte e libera raios gama, que são
irradiados de volta para o detector do
densímetro. Os solos denso absorvem mais
radiação que os solos fofos. O instrumento
retorna com dados do peso úmido por unidade
de volume e peso da água existente em um
volume de solo. Basta assim, calcular o peso
seco utilizando índices físicos.
08/05/2017 Compactação do Solo 50
Compactação em campo Controle de compactação
• Densímetro não nuclearMedidor de densidade de solos SDG ( Soil
Density Gauge), não radioativo, capaz de
determinar, in situ, as principais propriedades
físicas de solos soltos e compactados, tais como:
densidade seca e úmida, umidade, temperatura e
percentual de compactação, além de armazenar
informações dos materiais e dados do projeto.
A medição é efetuada pela rigidez dielétrica do
material com o equipamento sobre o solo. Não
necessita de licenças especiais nem de
operadores certificados. Sem necessidades
especiais de armazenamento.
08/05/2017 Compactação do Solo 51
Compactação em campo Controle de compactação
• Densímetro não nuclear
08/05/2017 Compactação do Solo 52
• Na construção de aterros para estradas, barragens e outras estruturas os solos devem ser compactados para melhorar
suaspropriedades.
• A compactação aumenta a resistência dossolos.
• 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.
LEITURA RECOMENDADA 01 - - UHE TUCURUÍ - ETAPA DE EXPANSÃO
CONTROLE TECNOLÓGICO DAS OBRAS DE TERRA E ENROCAMENTO
Compactação do Solo
REFERÊNCIAS
CAPUTO, H.P. Mecânica dos solos e suas aplicações - Volumes I, II, III.
DAS, B.M. Fundamentos de engenharia geotécnica. 7ª ed. Cengage Learning, 632 p., 2011.
PINTO, C.S. Curso básico de mecânica dos solos. 3ª Ed. Oficina de Textos, 356 p., 2006.
08/05/2017 53
Compactação do Solo
Exemplo
08/05/2017 55
Um ensaio de compactação foi conduzido em uma determinada energia de compactação. O molde
utilizado possui um volume de 944,00 cm³. São fornecidos a massa do solo compactado neste molde e em
seis teores de umidade. É solicitado a curva de compactação para esta situação. Pede – se que seja
apresentada a curva de saturação de 100% ( sem ar nos vazios). O ensaio do peso específicos do sólidos
resultou em 27,20 kN/m³.
Amostra Massa Úmida (g) Teor de umidade(%)
01 1680,00 10
02 1784,00 12
03 1841,00 14
04 1833,00 16
05 1782,00 18
06 1735,00 20
Responda:
a) Estime o peso especifico seco
máximo e teor de umidade ótimo?
b) Se em campo obteve-se um peso
especifico seco de 16,95 kN/m³, qual
o grau de compactação?
c) Se houvesse uma compactação com
uma energia superior, o que
aconteceria com a curva? E se fosse
uma energia inferior?