Transcript Compactação

CAMPUS BRASÍLIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
MECÂNICA DOS SOLOS E GEOLOGIA
CLASSIFICAÇÃO E
COMPACTAÇÃO DO SOLO
1. SOLOS
Estado das areia - Compacidade
• Índice de vazio não é suficiente para
representar o estado de uma areia
1,5
1
Areia A
Areia B
0,5
0
0
0,5
índice de vazio
1
1. SOLOS
Estado das areia - Compacidade
Descrição da areia
emin
emax
Areia uniforme de grãos angulares
0,70
1,10
Areia bem graduada de grãos
angulares
0,45
0,75
Areia uniforme de grão arredondados
0,45
0,75
0,65Areia bem graduada de grãos
arredondados
0,35
0,65
1. SOLOS
Estado das areia - Compacidade
Classificação
CR
Areia fofa
<0,33
Areia de média
compacidade
0,33<CR<0,66
Areia compacta
>0,66
emax  enat
CR 
emax  emin
1. SOLOS
Estado das argilas – Consistência
• O estado das argilas são indicados pela
resistência.


1. SOLOS
Estado das argilas – Consistência
• Classificação
Classificação
R(kPa)
Muito mole
<25
Mole
25 a 50
Média
50 a 100
Rija
100 a 200
Muito rija
200 a 400
Dura
> 400
1. SOLOS
Estado das argilas – Sensitividade
• Conceito – redução da resistência quando a
argila é manuseada. Está associada a estrutura
das partículas.
indeformada
R
S  Amolgada
R
Sensitividade
Classificação
1
Insensitiva
1a2
Baixa sensitividade
2a4
Média sensitividade
4a8
Sensitiva
>8
Ultra-sensitividade
CLASSIFICAÇÃO DO SOLOS
O objetivo da classificação dos solos, sob o ponto de
vista
de
engenharia,
é
poder
estimar
o
provável
comportamento do solo ou, pelo menos , o de orientar o
programa
de investigação necessário para permitir
a
adequada análise de um problema geotécnico.
A classificação dos solos é feita em duas etapas:
1a Etapa (Classificação preliminar) – durante a coleta no campo é
feita com base na textura, aparência da amostra, cor, cheiro, presença
de matéria orgânica, provável composição mineralógica, história
geológica, etc.
2a Etapa – consiste na determinação das características físicas do
solo, através dos ensaios de laboratório, chamados de ensaios de
caracterização.
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
 Os solos são classificados de modo a formular métodos
de projeto baseados em algumas propriedades de cada
grupo. Deste modo foram desenvolvidos diversos
sistemas de classificação, cada um adequado a uma
utilização ou método de projeto.
 Existem vário sistemas de classificação:
 Classificação granulométrica
 Classificação trilinear
 Sistema Unificado (SUCS)
 Classificação TRB (antiga HRB)
 Classificação MCT ( Metodologia de solos tropicais)
Classificação Granulométrica
Solos Grossos: solos com   0,074mm e suas partículas tem forma
arredondada poliédrica, e angulosa.
Pedregulho: São classificados como pedregulho as partículas de solo com dimensões
maiores que 2,0mm (DNER, MIT, ABMT)
Areia: as partículas com dimensões entre 2,0mm e 0,074mm (DNER), 2,0mm e 0,05mm
(MIT) ou ainda 2,0mm e 0,06mm (ABNT).
Solos Finos: quando as partículas que constituem o solo possuem dimensões
menores que 0,074mm (DNER), ou 0,06mm (ABNT)
Argila: A fração granulométrica do solo classificada como argila (diâmetro inferior a
0,002mm) se caracteriza pela sua plasticidade marcante.
Silte: solos de granulação fina apresentam pouca ou nenhuma plasticidade.
CLASSICAÇÃO TRILINEAR
Diagrama Trilinear
1. SOLOS
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
SISTEMA UNIFICADO (SUCS)
 Considera porcentagens de pedregulhos, areias e
finos, forma da curva granulométrica,
plasticidade e compressibilidade.
 A classificação unificada fundamenta-se:
• Na textura;
• Na plasticidade;
SISTEMA
UNIFICADO DE
CLASSIFICAÇÃO
DE SOLOS (SUCS)
SISTEMA UNIFICADO (SUCS)
GW
SOLOS DE
GRADUAÇÃO
GROSSA
mais de 50%
retido na
peneira n o 200
Pedregulhos
50% ou mais da
fração graúda retida
na peneira n o 4
Areias
mais de 50% da
fração graúda
passando na
peneira n o 4
SOLOS DE
GRADUAÇÃO
FINA
Siltes e Argilas
w L < 50
50% ou mais
passando na
peneira
n o 200
Siltes e Argilas
w > 50
L
Pedregulho
sem finos
Pedregulho
com finos
Areias sem
finos
Areias com
finos
Solos altamente orgânicos
Pedregulhos bem graduados ou misturas de areia
e pedregulho com nenhum fino
GP Pedregulhos mau graduados ou misturas de areia
e pedregulho com pouco ou nenhum fino
GM Pedregulhos siltosos ou misturas de pedregulho,
areia e silte
GC Pedregulhos argilosos ou misturas de
pedregulho, areia e argila
SW Areias bem graduadas ou areiaspedregulhosas,
com pouco ou nenhum finos
SP Areias mal graduadas ou areias com
pedregulhosas com pouco ou nenhum finos
SM Areias siltosas – misturas de areia e silte
SC Areias argilosas – misturas de areia e argila
ML Siltes inorgânicos – areias muito finas – areias
finas siltosas e argilosas
CL Argilas inorgânicas de baixa e média plasticidade
- argilas pedregulhosas, arenosas e siltosas
OL Siltes orgânicos – argilas siltosas orgânicas de
baixa plasticidade
MH Siltes – Areias finas ou siltes mecânicos – Siltes
plásticos
CH Argilas inorgânicas de alta plasticidade
OH Argilas orgânicas de alta e média plasticidade
PT Turfas e outros solos altamente orgânicos
SISTEMAS HRB
A classificação H.R.B. (Highway Research Board) tem origem na
classificação do Public Roads Administration. Fundamenta-se na
granulometria, limite de liquidez e índice de plasticidade e foi
proposta para analisar materiais para base e sub-base de pavimentos
Sistema de Classificação Rodoviário
Os solos são classificados em grupos, de A-1 a A-7.
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
CLASSIFICAÇÃO TRB (ANTIGA HRB)
 A classificação TRB fundamenta-se:
• Na textura;
• Na plasticidade;
• No Índice de Grupo: O índice de grupo é calculado
a partir dos resultados granulométricos e de
plasticidade.
1. SOLOS
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
CLASSIFICAÇÃO MCT
 A metologia MCT teve origem nos estudos elaborados
por Parsons (1976) e foi introduzida no Brasil por
Nogami e Villibor (1980). Este sistema de classificação,
pelas próprias dimensões dos corpos de prova (50x50
mm) se destina aos solos finos.
2
L = Laterítico
NS'
NG'
N = Não Laterítico
Índice e'
NA
1,5
NA'
A = Areia
A’ = Arenoso
1
LA
LG'
LA'
G’ = Argiloso
0,5
0
0,5
1
1,5
Coeficiente c'
2
2,5
3
S’ = Siltoso
CLASSIFICAÇÃO MCT
N - Solos de comportamento não
L - Solos de comportamento
laterítico
laterítico
NA
NA’
NS’
NG’
LA
LA’
LG’
Areias Arenosos Siltosos Argilosos Areias Arenosos Argilosos
CLASSE
GRUPOS
GRANULOMETRIA TÍPICA
(MINERAIS)
MINI CBR
sem
Capacidade imersão
de
(%)
(2)
Perda de
Suporte
suporte por
imersão
(%)
(2)
Expansão (%)
(1)
areias,
areias
areias
siltosas,
siltosas, areias
siltes argilosas
(q)
siltes
argilas,
areias
areias
siltes
argilas
com
argilosas,
arenosos arenosas e pouca
argilas
argilosos siltosas
argila
arenosas
(k, m)
argilas,
argilas
arenosas
muito alto > 30
alto
12 - 30 alto a
alto
médio a
alto
alto
alto a
alto
médio 4 – 12 médio
alto
muito alto
baixo
<4
alta
> 70 média
média 40-70 a baixa
baixa
alta
alta
baixa
baixa
baixa
baixa
< 40
alta
> 3 baixa
baixa
alta
alta a
baixa
baixa
baixa
média
0,5
–
3
média
(2)
Contração (%)
média 0,5 – 3 baixa - baixa a
média
alta a
baixa
baixa a
média a
baixa
< 0,5 média
média
média
média
alta
Permeabilidade
alta
>
(-3)
média
média
baixa
média
(2)
logk (cm/s)
média (-3)a(-6)
a
baixa
a
a
a
baixa
baixa
baixa
< (-6)
alta
baixa
média
baixa
IP
wL
Plasticidade
alta
> 30
> 70
baixa
média a média a
alta
NP a
baixa a
média a
(%)
média 7 - 30 30 - 70 a NP
NP
alta
baixa
média
alta
baixa
<7
< 30
PROPRIEDADES
TÍPICAS
DOS
GRUPOS
DOS SOLOS
(1)
q
=
quartzo,
m
=
micas,
k
=
caulinitas
(2)
corpos de prova compactados na umidade ótima da energia normal, com sobrecarga padrão quando
pertinente, sem fração retida na peneira de 2mm de abertura
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
COMPACTAÇÃO
 DEFINIÇÃO: Ação mecânica
por meio da qual se impõe ao
solo uma redução de seu índice
de vazios (Vv/Vs).
Antes da
Compactação
 Similaridade com Adensamento
quanto à redução de vazios
Água
Água
Solo
Solo
Após a
Compactação
Ar
Ar
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
 Diferença do processo de Adensamento
– quanto ao meio
• adensamento --> expulsão de água
• compactação --> expulsão de ar
– quanto ao tempo
• adensamento --> lento
• compactação --> rápido
 Efeito da compactação
– melhoria das propriedades mecânicas e
hidráulicas do solo
 gd (ef) = função (tipo de solo, tipo de compactação,
energia aplicada, estado inicial do solo)
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
 Tipos de compactação
– Estática
• compressão (rolo liso)
• amassamento (rolo pé de carneiro)
– Dinâmica
• impacto
• vibratória
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
TEORIA DA COMPACTAÇÃO
 Proctor, 1933
 Compactação, uma função de 4 variáveis:
– peso específico aparente seco, gd
– teor de umidade, w
– energia (incluindo método de compactação e nº de
passadas)
– tipo de solo (gradação, mineralogia, química)
RAMO
SECO
Figura 1 – Curva de compactação
RAMO
ÚMIDO
 Relação rd (gd) x w, como ela varia:
– Ramo seco – Com o aumento de w a sucção diminui e/ou a
lubrificação entre os grãos aumenta, com isso t diminui
permitindo a compactação e conseqüente aumento de gd
– Ramo úmido – Continuando o aumento de w, com a oclusão da
fase ar gera-se pressão neutra positiva, diminuindo a energia
efetiva de compactação e, portanto, gd
W>
W>

Ar
ua>0
Água
Sólido
INFLUÊNCIA DA ENERGIA DE COMPACTAÇÃO
Linha de Saturação
Linha Ótima
INFLUÊNCIA DA ENERGIA
Figura 6. Variação da curva de compactação com energia
INFLUÊNCIA DO TIPO DE SOLO
Laboratório
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
PROPRIEDADES DO SOLO COMPACTADO
 Permeabilidade
•
k e anisotropia de k é função de (w, gd)
•
kmín  wót (geralmente)
 Compressibilidade - função do nível de tensões
•
função do nível de tensões e de (w, gd)
-
solos compactados no ramo úmido são mais
compressíveis que os compactados no ramo seco
-
solos compactados com menor energia são mais
compressíveis
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
PROPRIEDADES DO SOLO COMPACTADO
 Resistência: regra geral
- as
amostras compactadas no ramo seco têm
resistências superiores àquelas compactadas no ramo
úmido
- a resistência no ramo úmido sofre influência do
método de compactação devido às diferenças de
estrutura induzidas por esses métodos.
CURVA DE SATURAÇÃO
S .g s .g W
gd 
S .g w  g s .w
Figura 3 - Curvas de saturação
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
ESTRUTURA
DOS
COMPACTADOS
SOLOS
 Ramo seco
pouca água, predominância de
forças de atração --> estrutura
floculada
 Ramo úmido
muita água, predominância de
forças de repulsão --> estrutura
dispersa (orientada)
ESTRUTURA DO SOLO COMPACTADO
floculada
dispersa
Figura 4. Estrutura dos solos compactados
INFLUÊNCIA DA SATURAÇÃO
R
Ri
Ri’
Rf’
Rf
w
gd
S = 100%
wi
wot
wf
w
Figura 6. Influência da saturação no solo compactado
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (CBR)
 Generalidades
– ensaio base de método de dimensionamento de
pavimentos rodoviários
– origem: EUA, 1939, Engo. Porter
– introduzido no Brasil pelo Eng Murilo Lopes (dec.
60)
 Princípio
– Procura-se obter um número (CBR) que expressa a
relação entre a resistência a penetração de um pistão
de diâmetro definido no solo em estudo e em um
material padrão, no caso a brita.
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (CBR)
 Consiste na determinação da relação entre a pressão
necessária para produzir uma penetração de um pistão
num corpo-de-prova compactado e a pressão necessária
para produzir a mesma penetração numa brita
padronizada..
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
 OBJETIVOS:
– Obter as condições especificadas para o campo (gd, w)
– Obter um material cujo comportamento é o desejado
• Resistência
• Compressibilidade / Deformabilidade
• Permeabilidade
• Inchamento / contração
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
IMPORTANTE :
 Para que o comportamento seja o desejado é necessário
que:
– no campo o material seja semelhante ao do laboratório;
– A umidade de compactação seja a prevista;
– O tipo de compactação e a energia seja semelhante a de
laboratório.
EQUIPAMENTOS
DE
COMPACTAÇÃO
• Rolo pé de carneiro
• patas longas
• compactação de baixo para cima
• desnecessário preparar superfície para nova camada
• Cilindros ocos com lastros de areia ou água
(permite regular pressão)
• baixa velocidade --> baixa produtividade
• sempre que possível são substituídos por outros
equipamentos de maior produção
• adequados para solos coesivos
• Rolos tipo “tamping”e de pneus
–
–
–
–
–
–
são os mais utilizados atualmente
patas curtas tronco cônicas (“tamping”)
compactação de cima para baixo
pressões mais elevadas
camadas de pequena espessura (20 a 30 cm)
tratamento de superfície (umidecimento e
gradeamento)
• Problemas na compactação:
– solos muito argilosos
• dificuldades de secagem
• dificuldades de homogeneização
– solos muito úmidos
•
•
•
•
•
formação de “borrachudos”
equipamento afunda
empolamento lateral
volta parcialmente à situação inicial (elástico)
estrutura é afetada
– Soluções para o caso de solos muito úmidos
• aeração nas áreas de empréstimo (escarificação e
gradeamento)
• drenagem (NA alto) com valetas e trincheiras
• proteção de superfície (lonas, camada asfáltica,
compactação)
• secamento artificial (secagem em usina)
• Solos muito secos, são de difícil compactação
– correção de umidade
• irrigação (aspersão) e gradeamento na praça
• irrigação na área de empréstimo
• umedecimento por submersão
• Deve-se fazer o selamento da superfície para evitar o
umedecimento por chuva
• rolo liso ou de pneus
• inclinação da praça