UNIVERSIDADE DO ESTADO DE
MATO GROSSO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
MSO1 - Mecânica dos Solos I
Compactação de Solos
Prof.: Flavio A. Crispim
SINOP - MT
2011
Estrutura
Várias explicações teóricas para a forma da curva de compactação de
Compactação de solos
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
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Estrutura
Compactação de solos
Proctor
Ramo
seco
Ramo
seco
Teor
ótimo
Ramo
úmido
• PROCTOR, R. R. (1933). The design and construction of rolled earth dams.
Engineering News-Record, III, August 31, September 7, 21, and 28
• Forças de atrito entre partículas criadas por tensões capilares existentes
opõem resistência aos esforços de compactação
• Índice de vazios ↑ e γd↓
• Acréscimos de água ao solo resultam em efeitos de lubrificação entre suas
partículas produzindo arranjos mais compactos
• 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
• 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
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Estrutura
Compactação de solos
Hilf
Ramo
seco
Ramo
seco
Teor
ótimo
Ramo
úmido
• 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.
• Para baixos teores de umidade, formam-se meniscos de pequeno raio de
curvatura entre as partículas do solo
• Alta resistência ao esforço de compactação
• Posterior umedecimento do solo leva à suavização dos meniscos e,
consequentemente, à perda de capacidade de resistir aos esforços de
compactação
• 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
• 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
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Estrutura
Compactação de solos
Olson
Ramo
seco
Ramo
seco
Teor
ótimo
Ramo
úmido
• 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
• 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
• 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
• Umidade, na qual, os vazios se tornam descontínuos e impedem a saída de ar
• Não há mais redução do volume da massa de solo
• Com o aumento do teor de umidade a deformação aumenta e o γd do solo
diminui
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Estrutura
Compactação de solos
Lambe
Ramo
seco
Ramo
seco
Teor
ótimo
Ramo
úmido
• LAMBE, T. W. Structure of compacted clay. Transactions ASCE, 125, pp. 682705, 1960
• A dupla camada difusa não se encontra plenamente desenvolvida
• Altas concentrações eletrolíticas e redução das forças de repulsão entre
partículas
• Ocorre floculação das partículas com baixo grau de orientação resultando em
um solo de baixa densidade
• Teores de umidade maiores permitem o desenvolvimento da dupla camada
difusa, reduzindo o grau de floculação e produzindo estruturas mais dispersas
• 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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Compactação de solos
Estrutura
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Estrutura
Compactação de solos
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
• 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
Ramo seco resistir aos esforços de compactação sem muita distorção
• 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
Ramo seco tendem a desaparecer próximo da umidade ótima
• 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
Teor ótimo
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Estrutura
Compactação de solos
Resumo
Ramo
seco
• O solo se estrutura, formando agregados de partículas, sendo tanto mais
secos e rígidos quanto mais seco o solo
• 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
• 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
úmido
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Compactação de solos
Estrutura
Michel e Soga, 2005
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Compactação de solos
Estrutura
Michel e Soga, 2005
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação de solos
Permeabilidade
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Compactação de solos
Compressibilidade
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Compactação de solos
Retração
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Compactação de solos
Resistência
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Compactação em campo
Fatores que influenciam a compactação no campo
Compactação de solos
•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
Compactação de solos
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
Compactação de solos
Fatores que influenciam a compactação no campo
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Compactação de solos
Fatores que influenciam a compactação no campo
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Tipos de compactadores
Compactação de solos
Rolo liso
Rolo de pneus
Rolo pé-de-carneiro
Rolos vibratórios
Compactadores manuais (tipo sapo)
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Compactação de solos
Compactação em campo
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Rolos lisos
Compactação de solos
•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
Compactação de solos
Rolos lisos
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Rolos lisos
Compactação de solos
Influência do número de passadas
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Compactação em campo
Rolos de pneu
Compactação de solos
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
Compactação de solos
Rolos de pneu
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Compactação de solos
Rolos de pneu
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Rolos pé-de-carneiro
Compactação de solos
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
Compactação de solos
Rolos pé-de-carneiro
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Compactação de solos
Rolos vibratórios
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Compactação de solos
Rolos vibratórios
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Compactação de solos
Compactadores manuais
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Compactação de solos
Seleção do equipamento
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Compactação de solos
Seleção do equipamento
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Compactação em campo
Compactação de solos
Seleção do equipamento
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Controle de compactação
Controle de compactação: conjunto de ações visando garantir que os
Compactação de solos
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
Compactação de solos
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
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Controle de compactação
É comum admitir as variações
Compactação de solos
- γd: Grau de compactação( GC) entre 95% e 100%
- w: +/- 2%
∆ wot
γd
γd max
∆ γd max
Ramo
seco
Ramo
úmido
wot
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w (%)
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Ensaios de campo
Controle pontual
Compactação de solos
- funil de areia (tradicional)
- métodos radioativos
- métodos dielétricos
- penetrômetros
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Ensaios de campo - controle pontual
Compactação de solos
Funil de areia (tradicional): γd
Determina-se o peso específico úmido (γ) → γd = γ/ (1 + ?
w)
Humboldt; Multiquip
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Ensaios de campo - controle pontual
Método de Hilf (tradicional): w
Compactação de solos
Speedy (tradicional): w
Contenco
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Ensaios de campo - controle pontual
Método de Hilf (tradicional): w
Compactação de solos
Speedy (tradicional): w
Contenco
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Ensaios de campo - controle pontual
Compactação de solos
Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γd e w
Humboldt
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Ensaios de campo - controle pontual
Compactação de solos
Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γd e w
Humboldt
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
44
Ensaios de campo - controle pontual
Compactação de solos
Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γd e w
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
45
Ensaios de campo - controle pontual
Compactação de solos
Métodos radiativos (tradicional, em desuso): γd e w
Multiquip
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos dielétricos (substituem os radiativos)
Compactação de solos
- EDG (Eletrical Density Gauge): γd e w
Humboldt
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos dielétricos (substituem os radiativos)
Compactação de solos
- EDG (Eletrical Density Gauge): γd e w
Humboldt
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos dielétricos (substituem os radiativos)
Compactação de solos
- TDR (Time Domain Reflectometry ): w
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Ensaios de campo - controle pontual
Compactação de solos
Penetrômetros
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
50
Ensaios de campo - controle pontual
Compactação de solos
Penetrômetros
Dynatest
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
51
Ensaios de campo - controle pontual
Compactação de solos
Penetrômetros
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
52
Ensaios de campo - controle pontual
Métodos dielétricos (substituem os radiativos)
Compactação de solos
- GeoGauge®: mede a rigidez do solo (auxiliar a outros
métodos)
Humboldt
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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Ensaios de campo - controle pontual
Métodos dielétricos (substituem os radiativos)
Compactação de solos
- GeoGauge®: mede a rigidez do solo (auxiliar a outros
métodos)
MnDOT
Prof. Flavio A. Crispim (UNEMAT)
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