Técnicas de Compactação de Solos - SICEPOT-MG · – Teste Proctor Estándar (ASTMD-698, AASHTO-99) e, – Teste Proctor Modificado (ASTM D-1557 and AASHTO T-180) Americas South

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Técnicas de Compactação de Solos


O que é compactação de solos?• Qualquer solo é essecialmente uma mistura de particulas

minerais (sólidos), ar e água: Compactação pode ser definida como a expulsão do ar para fora deste sistema.

• A relação entre esses três componentes, sólidos, água e ar, sãodefinidos pelos parâmetros densidade relativa, densidade seca e umidade da mistura.


Componentes do Solo = Ar, Água & Sólidos

Air

Water

Solid


Por que uma correta compactação do solo é importante?

A compactação do solo é uma das mais importantes caracterísiticas de construção e vai influenciar a qualidade da estrutura do solo. Assim sendo, a medidada densidade do solo, que é usada para medir o grau de compactação, tem que ser feita de maneira exata.


1. O método mais usado para o fortalecimento do solo para ser usado como sub-base para pavimento ou outro tipo de fundaçãoé a compactaçào do solo atingindouma umidade ótima.

2. Os benefícios de uma corretacompactação de solo são enormes, e compensam em muito o custo daoperação.

3. Quanto mais compactado o solo, melhor sua performance

Por que uma correta compactação do solo é importante?


Fatores que influeciam uma correta compactação do solo

1. Densidade do Material

2. Umidade do Solo

3. Densidade Seca

4. Especificações do Projeto

5. Forças de Compactação

6. Tipo do Equipamento de Compactação

7. Granulometria e Classificação do Solo

8. Espessura da Camada

9. Testes de Laboratório: Proctor Estándar ou Modificado


1. Esta densidade é a medida do peso de uma quantidade específica de solo por unidade de volume (g/cc), usualmente tomada numa condiçãoextremamente seca (110° C).

2. É o número padrão usado por cientistas para determinar o grau de compactação do solo.

3. Muitos solos minerais tem densidade entre 2 e 3. Embora a densidade específica seja raramente medida, ela é importante em estudos quantitativos de solo e sua medida deveria ser estimulada. Tais medidassão necessárias, por exemplo, para calcular a umidade do solo em um dado perfil, porosidade, taxas de formação de argila e acumulação de carbonatos

O que é Densidade Específica do material?


umidade e Compactação

• umidade adequada facilita a compactação

• Solo seco dificulta a compactação

• Excesso de humidada ou falta de umidade pode apresentar como resultado em uma compactação do solo instável


• 7.1 CDOT Form 324, Moisture – Density relation.

RECORD


Métodos para Testar a Compactação de Solos• Existem vários procedimentos para testar o grau de

compactação do solo. Os mais usados estão descritos abaixo:

• Análise de Laboratório: – Antes da compactação do solo várias amóstras do material de

campo é colhido e analizado em laboratório.

– Um dos testes utilizados é o Proctor. Este teste basicamente medea compactação do material em vários índices de umidade.

– Existem dois tipos de teste definidos e aceitos pela mais importantes associações nos EUA - “American Association of Highway Official” e pela “American Standard Testing Material”.

– Teste Proctor Estándar (ASTMD-698, AASHTO-99) e,

– Teste Proctor Modificado (ASTM D-1557 and AASHTO T-180)


Testes Proctor

• Proctor estándar– menor energía de

compactação

• – 1714 kg-m (12,400 pies-lb)

• Proctor Modificado– maior energía

de compactação

– 7770 kg-m (56,200 pies-lb)

Proctor Estándar Proctor Modificado

2,5 kg (5.5 lb) 4,5 kg (10 lb)


• Tipicamente uma boa compactação é medida entre 90% a 95% no Teste Proctor Estándar e 95% a 98% no Teste Proctor Modificado.

Obtendo Densidade Relativa no Campo


• A determinação da compactação no campo é essencial paradeterminar a compactação relativa do solo.

• Os testes de campo mais utilizados são:1. Cone de areia (ASTM D –1556)2. Densímetro Nuclear

Compactação – Análise de Campo

• Ambos os testes produzem resultados com precisão para determinar o grau de compactação

• O método da areia tem provado ser mais preciso e é usualmeterequerido por orgãos públicos (municipalidades).

• O Densímetro Nuclear são mais rápidos e praticos e também muito utilizados


Teste de Compactação

Guadalajara, MexicoTRACSA

July 25, 2007CS-533E SD-100D C Series, CA 250D


Densidade de Campo Guadalajara, Mexico


Forças Aplicadas na Compactação do Solo


Compactação de Solos Recuperados ou Reciclados


Forças de Compactação

• Se utilizam quatro forças para compactar um solo.

• A carga estática e a manipulação são forças menores.

• O impacto e a vibração geram forças maiores e mais intensas.

Presión estática0 Manipulación Impacto Vibración


Pressão Estática de Tambores de Aço

• A pressão é o peso do tambor (carga no eixo) dividido por a área de contato.

• Quanto mais peso háno tambor, mais pressão se obterá.

• Uma área de contato menor resulta emmaior pressão.

• PLI é o peso do tambor dividido pela largura.

EjeDiámetro del tambor

Fuerza lineal

Ancho

PLI

Carga del eje

Carga del eje

Anchodel tambor

Área de contactoPresión de contacto


Pressão Pneumática sobre o Solo

• A pressão sobre o solo equivale ao peso total transmitido pelo pneu divida pela área de contato do mesmo.

• Altere a pressão sobre o solo modificando a pressão interna do pneu e o lastro.

• Pressão baixa do pneu: baixa Pressão sobre o solo

• Pressão alta do Pneu:Alta Pressão sobre o solo

Presión bajaPresión alta

Desplazamiento

Desplazamiento

Efecto variable de presión neumática sobre la fuerza de compactación


Força de Manipulação

• As linhas de força não são somente verticais.

• Força de compactação em várias direções.

• Ajuda a textura da superficie a se compactar.

• Geralmente associada com compactadorespneumáticos

Manipulación


Forças de Impacto

• A força de impacto é maior que a força estática.

• Velocidade do peso descendente convertida em energía

• Envía ondas de pressão em direção a capa.

• O impacto pode danificar o material; deve haver um equilíbrio entre peso e impacto.

Impacto

PESO


Força Vibratória

• Contribui com as forças criadas pelo peso e impacto.

• É uma sucessão rápida de ondas de pressão.

• A vibração põe o material em movimento.

• Contribui para a acomodação do material.

Desplazamiento

Tambor vibratorio

Vibración

Contrapeso excéntrico


Amplitude

• O contrapeso excêntrico centrífugo faz com que o tambor se mova.

• O tambor descendente se soma a força de compactação.

• A distância do movimento que produz o tambor se denomina amplitude.

• A amplitude determina a força de impacto.

Tiempo y distancia (la velocidad es constante)

Altura

Amplitud baja Amplitud altaTambor

vibratorio

Contrapeso

excéntrico

AMPLITUD

Desplaza-miento


Frequência vibratória

AMPLITUD

Tiempo y distancia (la velocidad es constante)El espaciamiento entre impactos es menor

a alta frecuencia

Recorrido del centro del tambor vibratorioBaja frecuencia Alta frecuencia

Altura

Tambor vibratorio

Contrapeso excéntrico

Desplaza-miento

• A frequência é igual aos impactos do tambor por minuto.

• A velocidade de funcionamiento deve coincidir com a frequência.

• O melhor resultado se consegue quando os impactos se produzem a uma taxa de de 8 a 14 impactos por pé (33cm).


A Amplitude e a Frequência

• Alta amplitude significa mais energia (impactos mais fortes) do tambor em direção a capa.

• Em Geral, frequência mais baixa significa maior amplitude e mais compactação.

• Em geral, frequência mais alta significa menor amplitude e menos compactação.


Máquina 1 Máquina 20,5 mm (.02") Amplitude 1,9 mm (.078")

(Altura de elevação)50 Hz: 3,000 vpm Frequência 25 Hz: 1,500

vpm(Número de golpes)

18 145 kg Força Centrífuga 18 145 kg

Amplitude vs Força Centrífuga


Pesos Auto-Reversíveis

Direção de translação



Rotación del Excéntrico

Pequenas Trincas/Rachaduras

Rotación del Excéntrico


Sistema Vibratótio400E-Series

• “Single pod-style” – Alojamento excêntrico do contra-peso

• Sistema completamente selado, lubrificado em “banho de óleo” para uma mais longa duração dos rolamentos

• Amortecedores de vibração tipo “Heavy Duty””

• Intervalo de lubrificação:3 anos / 3000 horas


500E & 600E-Series Vibratory System

• “Dual pod-style” –Alojamento excêntrico do contra-peso

• Rolamentos tipo “Heavy-Duty”

• Amortecedores de vibrtação tipo “Heavy-Duty”

• Intervalo de lubrificação:3 anos / 3000 horas


Mudança de Amplitude

Amplitude alta Amplitude baixa

Braço de momento

Centro degravidade

Braço de momento

Centro degravidade


Sistema de Pesos Excêntricos

• Dupla amplitude permite uma ampla faixa de aplicação

• Simples e comandada pelo operador

• Design Inovador• Sistema com

confiabilidade superior quando comparada com os concorrentes. Muito mais silencioso mesmo durante partidas e paradas.

Alta Amplitude BaixaAmplitude

400E, 500E and 600E-Series


Sistema de Peso Excêntrico

1 Nível de Lubrificante 2 Eixo do peso

excêntrico 3 Contrapeso con três

posições4 Roda de seleção de

amplitude 5 Peso fixo do

excêntrico 6 Alojamento do peso

excêntrico

12

5

34

2

6


Rendimento de um COMPACTADOR

• O rendimento de um compactador é vital.

• Em algums casos é difícil determinar a razão de compactação de um compactador

• Entretanto, se pode obter resultados razoáveis de Rendimento usando a seguinte fórmula:


FÓRMULA PARA CALCULAR RENDIMENTO DE UM COMPACTADOR

R = Rendimentos: Volume de solo compactado (m3/hr)a = Largura do tambor (mm)v = Velocidade de operação em marcha (kph)e = Espessura da capa a compactar (cm)cf = Fator de conversão (1,36 yd/hr) (0,01 m3/hr)p = # Passadas para obter a densidade requerida

a * v * e * a * v * e * fcfcR =R = pp


EXEMPLO (Sistema Métrico)

a * v * e * a * v * e * fcfcR = =R = =pp

Compactar uma capa de argila de e = 20 cm com um CS533D, usando duas passadas, velocidade de 5 Km/h. Rendimento?

R = 1067 m3/hr

2134 * 5 * 20 * 0,012134 * 5 * 20 * 0,01

22

• a = largura do tambor = 2134mm

• v = Velocidade = 5 Km/h

• e = Espessura = 20 cm • cf = (Res en m3/hr) = 0.01 • p = Passadas = 2


Tipos de Equipmentos de Compactação1. Rolos Compactadores2. Rolos Compactadores de Tambor Liso e Patas3. Rolos Compactadores de Pneus4. Rolos Vibratórios5. Rolos Auto-Propelidos6. Rolos Vibratórios para Areia7. Etc


Rolos Compactadores mais Comuns

• Podem ser usados vários tipos de rolos.

• Rolos mais comuns:– Vibratórios pata de cabra ou carneiro, para solos argilosos e finos– Vibratórios lisos, usados principalmente para solos granulares– Pneumaticos, usados primordialmente para solos granulares e

arenosos


Compactador Aterros Sanitários

• Usado em solos coesivos

• Usado em solos de aterros sanitários e solos calcários, etc.


Compactador de Tambor Liso

• Usado principalmente en areia e cascalho

• Usado en solo coesivo se existe presença de areiaou cascalho

• Usado para selar a superfície da capa para melhorar o escoamento de água pluvial


Compactador com Tambor Vibratorio

• Usado em solos coesivos

• Usado em solos de terraplanagem: aterros sanitarios, etc.


Compactador de Pneus

• Usado em areia e cascalho

• Usado em solo coesivo se existe a presençaareia ou cascalho

• Usado em agregado de base e em base tratada


Rolos Vibratórios, Tambores Lisos ePé de Carneiro


Tipos de Patas - Compactadores


Compactação Correta do SoloÉ usual considerar o efeito da compactação em termos de densidade seca e umidade. Mudando a quantidade de líquidopresente na mistura, muda a resposta a compactação do material


Equipamentos de Laboratório e Campo para Medir Umidade


Equipamentos para medir umidade


Compactação de Solo1. O Solo é essencialmente uma mistura de partículas minerais (solidos), ar

e água.

2. A Compactação pode ser definida como simplesmente a expulsão do ar deste sistema.

3. A relação entre esses três componentes, sólidos, água e ar, são definidospelos parâmetros densidade, densidade seca e umidade da mistura.

1. Densidade: É o peso total definido pelo volume total

2. Umidade: É o peso da água dividido pelo peso das partículas msólidas

3. Densidade Seca: É o peso das partículas sólidas dividido pelovolume total


Aplicações

Estradas• Terraplanagem de

estradas • Base de agregado

e base estabilizada

• Concreto asfálticoreciclado a frío no local (CIR)

Terraplanageme Recuperaçãode Estradas

Recuperação de terras, terraplanagem de diques

Canteiros de Obras• Desenvolvimento

imobiliário Residencial/Industria

• Estacionamentos e acabamento de superficie

• Fundação• Terraplanagem • Construção de aterros

sanitários


Solos Naturais

Solos finos Argila fina Revestestimentos Argila densa RevestimentosBarro fino Nivelação

Solos rugosos Areia FundaçõesTerraplanagem Cascalho

Rochas Diques Controle de erosão


Agregados e Outros Materiais

Agregados Arena e cascalho Estradas, drenagem Cascalho fino Estradas, drenagemAgregado leve Fundações

Terraplanagem

Outros Solo estabilizado Estradas, Terraplanagem

Base tratada Bases de estradasAsfalto reciclado Superf. de estradasTerraplanagem Aterros Sanitários


Classificação de Solos–Granulometria

• Se mais de 50% do solo for menorque 0,075 mm (.003"), o solo é calcário ou argiloso

• Caso contrario, é arenoso ou pedregoso


Granulometria e Compactação do Solo


Permeabilidade do Solo

• Compactação adequadareduz a permeabilidade

• Baixa permeabilidade é desejada para estabilidade, resistencia a erosão, e desague

• Para revestimentos de terraplanagem e drenagem, a permeabilidade é a principal especificação (e não a densidade)


Resistencia do Solo – Fricção e Coesão

• Areia tem resistência a fricção e não tem coesão – contacto de grão a

grão• Argila tem resistência

coesiva e baixa resistência a fricção– As partículas se juntam

• Agregados de base tem resistência friccional e coesiva

Arena

argila


Entendendo a Compactação do Solo

• Classificação do solo• Máxima densidade seca e quantidade ideal de umidade• Porcentagem necessária de compactação, Proctor

Estándar ou Modificado• Ajustes e velocidade de deslocamento do compactador

vibratório• Espessura da capa• Quantidade de umidade na area


Tambores Tambores dos dos Compactadores Compactadores CATCAT


Oval

Area de contato = 145 cm2

63% AumentoArea de contato = 89 cm2

Retangular


Retangular Oval

100 mm Altura 127 mm Altura



Kits de Patas Tambores Vibratórios


Resultados: Surperfície Acabada


Medição de Densidade

• Indicadores de densidadenuclear são usados com mais frequência para determinar a porcentagemde compactação

• Os resultados incluem: Nível de umidade, densidade e porcentagemde compactação

• Os indicadores normalmente podem medir profundidades de até 0,3 m (12")


Relação de Compactação Argila e Lama

• Argila em geral requer maior esforço de compactação que areia

• Pó de lama é normalmente inestávele não pode ser compactado

• Compactadores de tambor liso e de pneus são usados para alisar e selar superficies arenosas

argila

Cieno


Relação de Compactação – Areia e Cascalho

• cascalho geralmente requer maior esforço de compactação

• A umidade do solo é crítica

• O excesso de compactação pode quebrar o cascalho

Arena

Grava


Relação de Compactação – Agregados

• O comportamento do agregado básico varíamuito

• O nível de umidade é crítico e deve ser controlado

• Geralmente requir alto esforço de compactação de um compactador de tambor vibratório ou com rodas (pneus)

Caliza triturada

Agregado de rio


Pontos Importantes na Compactação

• O nível de umidade é muito importante para solos finos e para solos bem compactados

• Solos uniformes são normalmente instáveis e difíceis de compactar

• A compactação contínua pode resultar em excesso de compactação e densidade reduzida

• Maior velocidade de deslocamento geralmente resultaen menor esforço de compactação


LembrandoQuais são as forças usadas para compactar?

O que é Amplitude e Frequência?

Qual tipo de solo você conhece?

O que é umidade ótima?

Descreva os equipamentos mais adequados para cada solo

Como se compactam os solos?

Para que se usa o compactador de Pneus?


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