COMPACTAO DE SOLOSProf Teresa Raquel Lima FariasDisciplina: Mecnica dos Solos INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA

Definio de Compactao de Solos a densificao do solo atravs da aplicao de energia mecnica, por meio de equipamentos, aumentando a sua resistncia e tornando-o mais estvel.

Na compactao ocorre a expulso de ar do solo e tambm uma modificao na umidade e na graduao do solo.

A compactao comunica ao aterro condies de resistncia e compressibilidade capazes de tornar possvel o seu uso imediato.

Aplicaes: - Barragens de terra - Estradas (pavimento)- Aterros

Objetivos da CompactaoAumento da resistncia da ruptura dos solos, sob ao de cargas externas;Reduo de possveis variaes volumtricas, quer pela ao de cargas, quer pela ao da gua que, eventualmente, percola pela sua massa; Impermeabilizao dos solos, pela reduo do coeficiente de permeabilidade, resultante do menor ndice de vazios.Estabilizao dos macios terrosos, ou seja, melhoria das propriedades dos solos, que traz as vantagens de: - Aumentar a resistncia do solo e a estabilidade de taludes; - Aumentar a capacidade de carga das bases e sub-bases dos pavimentos; - Controlar mudanas de volumes causadas por expanso, contrao ou congelamento do solo.

Conseqncias de uma Compactao Deficiente

Teoria da CompactaoRalph Proctor (1933) - estabeleceu a correlao entre os parmetros que influem decisivamente na relao ndice de vazios, ou seja, o aumento do peso especfico. Mtodo de controle de compactao, baseado num novo mtodo de projeto e construo de barragens de terra que estava sendo empregado na Califrnia. Princpio da Compactao de Solos: a densidade com que um solo compactado, sob uma determinada energia de compactao, depende da umidade do solo no momento da compactao.Na mistura de solo com maiores quantidades de gua (compactada) - o peso especfico aparente da mistura aumenta, porque a gua funciona como lubrificante, aproximando e permitindo melhor entrosamento das partculas, ocasionando a reduo do volume de vazios.Para umidades muitas baixas o atrito gro a gro muito alto e no se consegue uma densificao adequada. Num determinado ponto, atinge-se um peso especfico mximo, a partir do qual, ainda que se adicione mais gua, o volume de vazios passava a aumentar. Explicao: quantidades adicionais de gua, aps o ponto citado, ao invs de facilitarem a aproximao dos gros, fazem com estes se afastem, aumentando novamente o volume de vazios e causando o decrscimo dos pesos especficos correspondentes.

Ensaio de CompactaoPadronizao do Ensaio (NBR 7182/86)Ensaio normal de compactao utiliza um cilindro metlico de volume igual a 1000 cm3. Compacta-se uma amostra de solo em trs camadas, cada uma delas por meio de 26 golpes de um soquete com peso de 2,5 kg, caindo de uma altura de 30,5 cm. As espessuras finais das camadas compactadas devem ser aproximadamente iguais, e a energia de compactao dever ser uniformemente distribuda.

Execuo do Ensaio

Ensaio de CompactaoO ensaio e repetido para diferentes teores de umidade, determina-se a massa especfica aparente seca.Traado da curva (peso especfico aparente seco - teor de umidade) determinam-se 5 pontos.Energia de compactao de aprox. 6 kg x cm/cm3. Os pontos so distribudos de forma que, no mnimo dois pontos se encontrem esquerda da umidade tima e dois direita. O solo a ser ensaiado dever apresentar um teor de umidade inferior ao timo previsto (em torno de 5%). Adiciona-se uma quantidade de gua ao solo, suficiente para elevar, em relao ao ponto anterior, o seu teor de umidade, em torno de 2%.

Ensaio de CompactaoCompactao funo: do teor de umidade (h);

da massa especfica aparente seca (s);

da energia de compactao (Joules/m3)Onde:E = Energia especfica de compactao (Kg.cm/cm3)P = Peso do soquetea = Altura de queda do soqueteN = Nmero de golpes por camadan = Nmero de camadasV = Volume do solo compactado. do tipo de solo (graduao, presena de argilo-minerais, estrutura das partculas, plasticidade, etc.).

Curva de SaturaoLugar geomtrico dos valores de umidade e massa especfica, estando o solo saturado.O solo pode estar em qualquer posio abaixo da curva de saturao, mas nunca acima dela.Os pontos timos de curvas de compactao se situam entre 80 a 90 % de saturao.S = Massa especfica aparente seca, em g/cm3;S = grau de saturao, igual a 100%;h = Teor de umidade, em %;a = Massa especfica da gua, em g/cm3;g = Massa especfica do gros de solo, em g/cm3.

Variaes do Ensaio

Comportamento do solo Um mesmo solo, quando compactado com energias diferentes, apresenta valores de peso especfico aparente seco mximo maiores e teor de umidade tima menores, para valores crescentes dessa energia, o ponto se deslocar para cima e para a esquerda.

Comportamento do soloOs solos bem graduados, apresentam curvas de compactao com um mximo pronunciado.Os solos de graduao uniforme, se caracterizam por curvas achatadas.Solos argilosos apresentam densidades secas baixas e umidades timas elevadas. hot = 25 a 30 % e S = 1,5 a 1,4 kg/dm3Solos arenosos e pedregulhosos apresentam densidades secas mximas elevadas (S = 2,0 a 2,1 kg/dm3) e umidade tima baixa (hot = 9 a 10 %)

Materiais granulares bem graduados caracterizam-se por menores valores de umidade tima e maiores valores de massa especfica aparente seca mxima, quando comparados aos solos de granulometria uniforme ou argilosos, cabendo aos solos siltosos comportamento intermedirio.

Compactao no CampoO grau de compactao funo de vrios fatores:Espessura das camadas rea sobre a qual aplicada a presso Intensidade da presso aplicada ao solo Tipo do rolo (densidade inicial, graduao do solo, umidade inicial) Nmeros de passadas do rolo Tcnica baseada no lanamento de aterros em camadas horizontais e passagem de rolos compactadores pesados, que evitam o solo fofo e a formao de vazios entre torres.

Processo mecnico, pelo qual se procura, por aplicao de peso, aumentar a densidade aparente do solo lanado e, como conseqncia, aumentar-lhe a resistncia.

Etapas da Compactao no campo

Escolha da rea de emprstimo - distncia de transporte, caractersticas geotcnicas do material, umidade natural do solo em relao a umidade tima.Transporte e espalhamento do solo espessura da camada compactada (15 a 20 cm) e espessura do solo solto (22 a 23 cm).Acerto da umidade irrigao do solo e revolvimento mecnico.Compactao escolha do equipamento adequado ao tipo de solo.Controle da CompactaoObservaes:No campo, obtm-se grande aumento da densidade para um mesmo equipamento nas primeiras passadas dos compactadores e praticamente nenhuma para os grandes nmeros de passadas (mais de 10).O efeito do acrscimo da energia nos valores de massa especfica , mais sensvel para teores inferiores a umidade tima, uma vez que so maiores as porcentagens de vazios de ar.

Equipamentos de Compactao Escavao nas reas de emprstimos e transporte de material P escavadeira Scrapers (escavao e transporte) - corta o material do emprstimo horizontalmente, quando a lmina abaixada na posio de corte. Depois com a lmina levantada ele transporta o material para a zona do aterro, onde lana as camadas horizontalmente, com sua caamba abaixada na posio de deposio.trucks (caminhes basculantes) Unidade escavotransportadora (Scraper)

Equipamentos de CompactaoCaminhes

Equipamentos de CompactaoEspalhamento das camadas

Equipamentos de CompactaoCarros pipas - para a irrigao do solo. A quantidade de gua a ser adicionada ao solo calculada em funo da descarga da barra de distribuio e da velocidade do carro-pipa.

Tipos de Equipamentos Compactadores

Rolo liso areias e pedregulhosRolo p de carneiro solos argilosos

Controle de Compactao em Campo O controle de compactao tem o objetivo de comprovar se as propriedades do solo compactado esto obedecendo aos padres das especificaes tcnicas. Para fins de controle de execuo das camadas de um pavimento e do recebimento dos servios, so determinadas a umidade in situ e a massa especfica aparente do soloO controle do teor de umidade (o mtodo mais utilizado o do Speedy) deve ser feito antes do incio da compactao.O controle da massa especfica aparente seca (determinado mais comumente atravs do processo do frasco de areia) deve ser realizado aps a compactaoGrau de compactao

De maneira geral, espera-se que o grau de compactao tenha uma variao de 95% a 105 %.

O controle de compactao deve ser feito com o maior nmero possvel de ensaios, para em seguida analisar ser resultados, por algum mtodo estatstico.

Controle da Umidade (Aparelho Speedy)

Controle da Massa especfica No mtodo do frasco de areia, usa-se uma areia de massa especfica aparente conhecida, determinando-se o volume do orifcio escavado pela diferena de peso antes e aps a abertura do registro.

Aparelho para determinao da massa especfica aparente de um solo in situ

FiscalizaoA fiscalizao deve estar atenta aos seguintes procedimentos: Lanamento das camadas de acordo com a espessura especificada (no maiores que 30 cm), controle atravs de estacas e depois de compactadas no devem ter mais que 20 cm em mdia (nivelamentos topogrficos sucessivos). Manuteno da umidade do solo prximo da tima - correo atravs de secagem ou irrigao; Homogeneizao das camadas a serem compactadas - uso de escarificadores e arados de disco; Passagem do equipamento de compactao Rolos p de carneiro - at que no se consiga imprimir marcas das patas na camada. Compressor de pneus - at que a superfcie fique lisa, embora necessite ser escarificada. Quando no atingida a compactao desejada a camada ser revolvida, corrigida e recompactada.

Aterros Experimentais Objetivo: determinar quantas vezes deve-se passar o rolo compressor disponvel para a obra para efetivao da compactao do modo mais econmico possvel.

O aterro pode ser feito utilizando as primeiras camadas da obra. Os aterros experimentais indicam as umidades mais adequadas para cada tipo de equipamento, as espessuras das camadas e o nmero de passadas do equipamento.O nmero de passadas necessrias determinado atravs de calibrao em funo da curva densidade x nmero de passadas de cada equipamento compactador.

Empolamento do Material EscavadoUma determinada massa de solo natural, de volume natural (Vn), apresentar um aumento de volume, ou empolamento, aps o solo ser escavado, com um volume solto (Vs) maior do que Vn.Em mdia, o volume solto 25% maior do que o volume no terreno natural, e o volume compactado 15% menor.A massa especfica aparente seca natural (n) ser, portanto, maior do que a massa especfica aparente seca solta (s) e menor do que a massa especfica aparente seca compactada (c).Empolamento ePou

Empolamento do Material Escavado - Exerccio O custo de escavao de um solo comum seco de R$10,00/m3 no corte. Se em um pequeno servio foi contratado prevendo-se o pagamento do mesmo atravs do controle de volume por nmero de viagens de caminhes, qual ser o valor referente ao custo de escavao por viagem na composio de preo, sabendo-se que:

ep= 1,25 Capacidade do caminho: 6,0 m3

Resoluo: o custo de escavao obtido no corte, logo: Vs = 6,0 m3 ep= Vs/Vn => Vn = 6,0/1,25 = 4,8 m Custo = 4,8 m3 x R$10,00/m3 = R$ 48,00 por viagem

Ensaio CBR

ndice de Suporte Califrnia (ISC) ou CBR(California Bearing Ratio)A capacidade de suporte de um solo compactado pode ser avaliada atravs do mtodo do ndice de suporte, que fornece o ndice de Suporte Califrnia - ISC (California Bearing Ratio - CBR).O ensaio de Suporte Californiano foi introduzido em 1929 pelo Engenheiro Porter (Califrnia Division of Highways), no estado da Califrnia (USA) O ensaio de CBR consiste em determinar a relao entre a presso necessria para produzir uma penetrao de um pisto num corpo de prova de solo, e a presso necessria para produzir a mesma penetrao numa brita padronizada.Mtodo de ensaio emprico, adotado por grande parcela de rgos rodovirios. Objetivos Determinar o ndice de suporte Califrnia (CBR) Determinar a expanso (E)

CBR - Permite determinar, por meio de equaes empricas, a espessura de pavimento flexvel necessria, em funo do trfego.- Determina a resistncia dos pavimentos flexveis de rodovias.

Dimensionamento h1 em funo do ISC ou CBR da sub-baseh2 em funo do ISC ou CBR do subleito

Ensaio de ndice de Suporte Califrnia (California Bearing Ratio)EtapasPreparao da amostraEnsaio de CompactaoEnsaio de ExpansoEnsaio de Penetrao

Variaes do Ensaio

1) Moldando-se um corpo de prova com teor de umidade prximo ao timo (determinado previamente em ensaio de compactao).

2) Moldando-se corpos de prova para o ensaio de compactao (em teores de umidade crescentes), com posterior ensaio de penetrao desses mesmos corpos de prova. Obtem-se simultaneamente os parmetros de compactao e os valores de CBR.

(a) Compactao de corpo-de-prova(b) Imerso dos corpos-de-prova em gua para medida de expanso axial(c) Ensaio penetromtricoETAPAS DO ENSAIO

Ensaio de ExpansoEquipamentos- Extensmetro- Disco perfurado com haste ajustvel- Tanque ou recipiente que permita a imerso total do corpo-de-prova.

Ensaio de ExpansoExecuoColoca-se em cada corpo-de-prova, o disco perfurado com peso maior que 4,5 kg, para simular o peso do pavimento;Adapta-se o trip com extensmetro;Imerge-se o conjunto em gua, por quatro dias (nvel da gua deve ficar 1 cm acima do bordo superior do cilindro) para completa saturao; - O extensmetro e a haste do disco perfurado devem ser ajustados de tal maneira que a leitura inicial seja de 1,00 mm, para que possa ser acusada retrao, caso ocorra;anota-se a leitura inicial;As leituras no extensmetro devem ser efetuadas de 24 em 24 horas.Aps 4 dias, realizar a leitura final da expanso.

Ensaio de Penetrao- Coloca-se o conjunto no prato da prensa e procede-se ao assentamento do pisto de penetrao no solo, pela aplicao de uma carga de aproximadamente 45 N, controlada pelo deslocamento do extensmetro do anel dinamomtrico;- Aciona-se a manivela com velocidade de 1,27 mm/min;- Realizam-se as leituras no extensmetro que funo de um puncionamento do pisto na face superior do solo;- As leituras medem encurtamentos diametrais provenientes da atuao das cargas.

Onde: L= leitura do extensmetro, em mm; k= constante do anel dinamomtrico, em Kgf/mm/cm2.- Terminado o ensaio de expanso, retira-se o corpo-de-prova da imerso e deixa-se a gua escoar durante 15 minutos.

Ensaio de PenetraoEfetuar leituras de deformao do anel, que forneam as cargas correspondentes s penetraes de 0,63 mm; 1,25 mm; 2,5 mm; 5,0 mm; 7,5 mm; 10,0 mm e 12,5 mm

ndice de Suporte Califrnia CBR (California Bearing Ratio) - Traa-se a curva presso aplicada pelo pisto X penetrao do pisto. - Se esta curva apresentar ponto de inflexo, realiza-se a correo da presso. - Como valor de presso padro, adota-se o maior entre os valores obtidos nas penetraes de 2,54 mm e 5,08 mm.

ou

Resultados

Consideraes sobre CBRSolos que apresentam valores significativos de expanso sofrem deformaes considerveis ao serem solicitados. Costuma-se estipular que o valor mximo aceitvel de expanso do subleito seja de 2%, medida axialmente, no ensaio ISC; Em casos em que a expanso supere este valor - troca de solo, ou estabilizao do mesmo com cimento ou cal, para aumento do valor de suporte. Para materiais de reforo do subleito, estipula-se em geral 1% como o valor mximo admissvel de expanso axial e 0,5% para bases e sub-bases. Existe uma tendncia de aumento de ISC com a diminuio da expanso axial (no h uma boa correlao entre esses parmetros). Expanso empregada como fator limitante, independente do valor ISC. desejvel a utilizao em pavimentos de um material que no perca consideravelmente sua resistncia quando entra em contato com a gua.