Compactação

1. Objetivo

• Proceder à realização do ensaio de compactação tipo Proctor Normal, com a utilização de uma amostra de solo, para a obtenção de sua curva de compactação;
• Determinar a relação entre o teor de umidade e a massa específica aparente seca de solos quando compactados, de acordo com o procedimento especificado;
• Determinar a umidade ótima do solo, para uma dada energia de compactação e, o peso específico aparente seco máximo associado à umidade ótima.

1. Introdução

A compactação é um método de estabilização de solos que se dá por aplicação de alguma forma de energia (impacto, vibração, compressão estática ou dinâmica). Seu efeito confere ao solo um aumento de seu peso específico e resistência ao cisalhamento, e uma diminuição do índice de vazios, permeabilidade e compressibilidade. Compactação de solo é definida como o método de aumentar mecanicamente a densidade do solo.

Através do ensaio de compactação é possível obter a correlação entre o teor de umidade e o peso específico seco de um solo quando compactado com determinada energia. O ensaio mais comum é o de Proctor (Normal, Intermediário ou Modificado), que é realizado através de sucessivos impactos de um soquete padronizado na amostra.

Este método prescreve o procedimento para a compactação dos solos, um processo manual ou mecânico que visa reduzir os vazios do solo, aumentar a intimidade de contato entre os grãos e tomar o aterro mais homogêneo, melhorando as suas características de resistência, deformidade e permeabilidade.

1. Revisão de Literatura

3.1.Compactação do Solo

Compactação do solo é o processo manual ou mecânico que visa reduzir o volume de vazios do solo, melhorando as suas características de resistência, deformabilidade e permeabilidade. Esta redução de volume é resultado, sobretudo, da expulsão de ar dos vazios do solo, não ocorrendo significativa alteração no teor de água e nem do volume das partículas sólidas durante a compactação. Ou seja, a compactação trata-se da densificação do solo através de equipamentos mecânicos, como rolos, soquetes, etc.

[pic 1]

Por outro lado, a compactação provoca um aumento do grau de saturação visto que o volume de vazios sofre uma diminuição por expulsão do ar. Contudo a expulsão de todo ar, não é possível, verificando-se que fica sempre algum ar aprisionado entre os grãos de solo.

Com este processo a área de contato das partículas sólidas aumenta, aumentando assim a resistência do solo e diminuindo a sua deformabilidade. Além disso, o solo ficando num estado mais denso dificultará a passagem da água, ou seja, torna-se menos permeável.

Os solos, para que possam ser utilizados nos aterros das obras de terraplenagem, devem preencher certos requisitos, ou seja, certas propriedades que melhoram o seu comportamento, sob o aspecto técnico, transformando-os em verdadeiro material de construção. Quando o solo é compactado, procura-se atingir os seguintes objetivos:

• Aumentar o contato entre os grãos;
• Reduzir o volume de vazios;
• Aumentar a resistência da ruptura dos solos, sob ação de cargas externas;
• Reduzir a permeabilidade e a compressibilidade;
• Gerar um material mais homogêneo.

Os solos compactados são utilizados em estabilização de maciços terrosos, pavimentação, barragens de terra e aterros, sendo que os fatores que interferem no processo de compactação são o teor de umidade do solo e a energia aplicada.

No laboratório se realiza o ensaio de compactação para determinar a curva de compactação e parâmetros como a umidade ótima (Wot) e o peso específico aparente seco máximo (Ydmáx.). Já a capacidade de suporte do solo é determinada através do ensaio de CBR (Califórnia Bearing Ratio)  ou ISC (Índice de Suporte Califórnia).

3.2. Ensaio de Compactação Proctor

A metodologia foi desenvolvida pelo engenheiro Ralph Proctor em 1933. O ensaio consiste em compactar uma porção de solo em um cilindro padrão, com um soquete, caindo em queda livre de altura padrão, sendo que a energia por unidade de volume aplicada ao mesmo é de 5,6 Kgf.cm/cm³, mas com o desenvolvimento houve a necessidade de se fazer ensaios com energias maiores. As energias especificadas na norma são: normal, intermediária e modificada, variando dimensões do molde e do soquete, número de camadas e golpes. A norma é a NBR 7182.

Deve-se determinar o teor de umidade e assim calcular:

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[pic 3]

Onde: γ = peso específico do solo (kN/m3); P = peso do molde (KN); V = volume de

molde (m3); γd = peso específico do solo seco (kN/m3); w = teor de umidade (%)

        Como visto o ensaio pode ser realizado em três níveis de energia, deste modo, ocorre variação das curvas de compactação de um mesmo solo em função da energia aplicada. Também é notável que quanto maior é a energia, maior é o peso específico aparente seco máximo e menor é a umidade ótima. A energia de compactação é dada equação:

[pic 4]

Onde: E = energia de compactação por unidade de volume; P = peso do soquete; h = altura de queda do soquete; N = número de golpes por camada; n = número de camadas;

V = volume do solo compactado.

3.3. Curva de Compactação

Proctor desenvolveu o ensaio dinâmico para determinação da curva de compactação, onde essa curva seria a relação entre o peso específico aparente seco versus teor de umidade.

Assim, tratava-se de um gráfico parabólico, no qual o ponto de inflexão da curva determinava o teor de umidade ótima apresentando o peso específico aparente seco máximo.

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Inicialmente, o peso específico aparente seco cresce com o aumento do teor de umidade até atingir um máximo e depois começa a decrescer para valores, ainda, crescentes do teor de umidade.

No ramo seco, a água lubrifica as partículas e facilita o arranjo desta, ocorrendo por essa razão, o acréscimo do peso específico aparente seco. Já no ramo úmido, a água amortiza a compactação e começa a ter mais água do que sólidos, sendo assim, ocorre à diminuição do peso específico aparente seco.

Observa-se que para baixos teores de umidade as forças capilares são elevadas o que gera a formação de grumos e consequentemente baixos valores de peso específico aparente seco. Já para elevados teores de umidade as forças capilares diminuem e existe água em excesso. Como a água é incompressível, parte da energia é dissipada e ocorre uma má compactação do solo.