Arquivar conteúdo profissional: o artigo preserva uma visão histórica de termos geotécnicos, fórmulas e procedimentos laboratoriais. Não se trata de um estudo geotécnico, projeto de aterro, especificação de compactação, plano de controle de qualidade ou substituto da norma atual. Os parâmetros do solo, equipamentos, energia de compactação, critérios de aceitação e métodos de trabalho seguros são determinados por um engenheiro geotécnico autorizado e um laboratório credenciado com base no solo e objeto específico.
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Compactação de solo solto
A compactação de solo solto depende do tamanho e formato das partículas sólidas, bem como de sua estrutura. No caso de solo não ligado, existem certos limites nos quais os valores de porosidade n e coeficiente de porosidade e para a estrutura mais rara e densa se movem.
Se o material não ligado for seco e derramado lentamente em um béquer para que não se compacte durante o vazamento, sua estrutura mais rara será obtida. Esta estrutura corresponde ao coeficiente de porosidade emax, cujo valor para areia no texto original está dentro dos limites:
emax = 0,7–1,0.
Se o mesmo material for derramado em um béquer em camadas finas e cada camada for batida com um martelo de madeira até que o volume seja constante, ou seja, até que pare de assentar sob compactação, sua estrutura mais densa é obtida. Corresponde ao coeficiente de porosidade emin, cujo valor para areia é:
emin = 0,45–0,65.
A compactação do solo não ligado é expressa pela compactação relativa ID, coeficiente que mostra o grau de compactação do solo em relação à maior compactação:
onde e é o coeficiente de porosidade do solo no estado natural de compactação. Os valores finais da densidade relativa são:
- para a estrutura mais rara e = emax; ID = 0;
- para a estrutura mais densa e = emin; ID = 1.
O critério para compactação de solo arenoso segundo Terzaghi no texto original diz:
- areia pouco compactada: ID = 0–1/3;
- areia média compactada: ID = 1/3–2/3;
- areia densamente compactada: ID = 2/3–1.
No caso de aterros em estradas e aterros, o texto requer ID = 2/3–1.
Em vez da forma anterior, a proporção de volume pode ser usada:
onde V é o volume da amostra de solo não perturbada, Vmax é o volume da mesma quantidade de solo no estado de menor compactação e Vmin é o volume da mesma quantidade de solo no estado de compactação máxima.
Limite de aplicação: classificações e termos históricos não podem ser transferidos diretamente para o projeto ou canteiro de obras. O tipo de solo, método de amostragem, condição da amostra, padrão aplicável e requisitos do projeto podem alterar o método e os critérios.
Compactação de solo ligado
Com solo ligado, a compactação não depende apenas do tamanho e forma dos ingredientes sólidos e de sua estrutura, mas também da coesão. Devido à coesão, as partículas sólidas ficam coladas umas às outras, portanto, extrair a água dos poros durante a compactação é muito mais difícil do que com solo não ligado, cujas partículas se movem mais facilmente sob carga.
Ao compactar solo preso, a quantidade de água é de grande importância. Ao compactar, a água é expulsa dos poros e a espessura da película de água diminui; a porosidade diminui e a resistência ao cisalhamento e a densidade aparente aumentam. Quanto maior a densidade, mais sólidos e menos poros por unidade de volume. Essa relação foi adotada como base para avaliação da compactação do solo ligado. O controle de compactação no texto é realizado utilizando peso volumétrico seco:
γd = Wd / V [N/cm3]
onde Wd é o peso de uma amostra de solo completamente seca em N, e V é o volume da mesma amostra compactada antes da secagem, em cm3.
Julgamento do Proctor
O teste de Proctor serve para determinar a relação entre a quantidade de água no solo e sua compactação. Determina a umidade ideal, ou seja, a umidade na qual o solo compactado fornece o peso volumétrico seco máximo para uma determinada energia de compactação.
O aparelho de Proctor descrito historicamente (foto 1) consiste em um cilindro de metal com diâmetro interno Ø = 10 cm, altura 12 cm (foto 1_a_), uma extensão do cilindro de mesmo diâmetro e altura 10 cm (foto 1_b_) e compactador de metal com diâmetro 5 cm, peso 2,5 N, em guia cilíndrica com diâmetro um pouco maior. A guia é aberta na extremidade inferior e fechada na extremidade superior, com uma abertura um pouco mais larga para a passagem do cabo do aríete (figura 1_c_). A extremidade inferior do cilindro é colocada em uma placa de metal maior e fixada durante a compactação.
A amostra é seca de acordo com o procedimento original e peneirada através de uma peneira 5 mm para evitar a influência de grãos grandes. É então misturado com uma quantidade de água que não deve ser tanto que a amostra fique pastosa, nem tão pequena que a amostra não possa ser processada. Primeiro, uma camada de cerca de 8 cm de altura é colocada no cilindro com uma extensão em um estado não compactado e compactada com golpes de 25 distribuídos uniformemente sobre a superfície. O impacto é realizado pela queda livre do martelo de uma altura de 30 cm. Uma nova camada de espessura 8 cm é aplicada, compactada com novos punções 25 e o procedimento é repetido com a terceira camada. Após a conclusão, a extensão é removida, a superfície da amostra é alinhada com a borda do cilindro inferior e o excesso de solo é removido. Uma amostra de solo compactado é então removida e sua densidade aparente γd e teor de umidade w são determinados.
Imagem 1 — Experimento do Proctor
O experimento é repetido 5 a 6 vezes, sempre com material fresco e não tratado da mesma amostra, mas com quantidade de água diferente, a fim de obter valores diferentes para γd e w. A umidade do solo w é aplicada na abcissa do diagrama e o peso volumétrico seco γd na ordenada (figura 2). Os pontos conectados fornecem uma curva que mostra que a densidade aparente seca primeiro aumenta com a umidade até o máximo e depois diminui. A umidade wopt correspondente à densidade aparente seca máxima max γd é chamada de umidade ideal. No texto, aceita-se que nesta umidade, a maior compactação é alcançada para uma determinada energia de compactação. O teste realizado desta forma é denominado teste de Proctor padrão.
Figura 2 — Diagrama do Proctor.
Segurança e padrão de laboratório: Dimensões do aparelho, massa e queda do compactador, número de camadas e impactos e preparação da amostra são dados históricos transmitidos aqui, e não uma instrução independente. Um procedimento válido deve definir o padrão apropriado e o plano laboratorial. Secar, peneirar e compactar acarreta riscos de poeira, partículas voadoras, beliscões e ferimentos por impacto; são necessários equipamento adequado, proteção e um operador treinado.
Efeito do tamanho do grão sobre 5 mm
No texto original, afirma-se que grãos maiores que 5 mm não têm um impacto significativo se perfazem até 25% da massa total. Se houver mais de 25%, sua influência deve ser levada em consideração calculando o peso volumétrico seco da mistura usando o método de proporcionalidade ou o teste de Proctor modificado.
Cálculo pelo método de proporcionalidade
De acordo com este método, o peso volumétrico seco da mistura de material do solo γdm é calculado com base na representação proporcional de grãos acima e abaixo 5 mm:
onde está:
- γd — peso volumétrico seco do material que passou pela peneira de abertura 5 mm;
- γsc — peso volumétrico de partículas sólidas restantes na abertura da tela 5 mm;
- m — porcentagem em peso do material remanescente na abertura da peneira 5 mm em relação à massa total.
Teste de Proctor Modificado
De acordo com as experiências do US Bureau of Reclamation citadas no texto original, se grãos maiores que 5 mm perfazem mais de 1/3 a 2/3 da massa total do solo, o teste deve ser realizado com a massa total. Como não é possível fazer isso com sucesso em um cilindro com diâmetro de 10 cm, um cilindro com diâmetro maior é usado no chamado experimento Proctor modificado. O texto descreve um cilindro com diâmetro de 15,2 cm e altura de 23,2 cm, no qual uma amostra de 5,5 kp é compactada em três camadas aproximadamente iguais com 50 impactos menores, cada um com peso de 4,53 kp e altura de queda de 45,7 cm. Se a amostra contiver grãos até 20 mm, o teste será realizado com material não deformado. Se contiver grãos maiores que 20 mm, uma quantidade de 5,5 kp da amostra é peneirada através de uma peneira de 20 mm, e o restante na peneira é substituído por material de tamanho 5–20 mm.
Além do procedimento descrito desta forma, no texto qualquer método de desempenho diferente do padrão também é chamado de teste de Proctor modificado.
Energia de compactação
A energia de compactação da amostra no cilindro Proctor pode ser expressa pela equação, onde N é o número de golpes de martelo, h a altura do martelo em m, W o peso do martelo em Mp (megapond) e V o volume da amostra em m3.
Com o aumento da energia de compactação, consegue-se maior compactação da amostra, sua porosidade, ou seja, a quantidade de água no solo, diminui e o peso do volume seco aumenta. Para as energias de compactação E1, E2, E3 e E4 os diagramas de Proctor correspondentes são obtidos na figura 3. Todos os diagramas se aproximam assintoticamente do diagrama de saturação, que também é chamado de diagrama de poros de ar 0% quando todos os poros estão cheios de água, ou poros de ar 5% quando os poros de 95% estão cheios de água.
Figura 3 — Diagramas de Proctor para diferentes energias de compactação.
O diagrama de saturação pode ser construído se w = wz = n / γs(1-n) for aplicado na abscissa, e γd = γs(1-n) na ordenada, onde n é a porosidade do solo e γs é o peso do volume de as partículas sólidas de um determinado solo. Segue-se que a energia de compactação pode ser ajustada para obter a compactação desejada. Para controlar a compactação do solo natural ou de um aterro compactado, o índice de compactação Iz é frequentemente adotado no texto, a razão entre o peso volumétrico seco de um determinado solo ou aterro γd e o peso volumétrico obtido por Proctor γp:
Iz = γd / γp.
Projeto e controle em campo: a curva de laboratório por si só não confirma a qualidade da camada derivada. Amostragem, espessura da camada, tipo e número de passagens da máquina, umidade, medições de campo, capacidade de carga, drenagem, estruturas adjacentes e instalações subterrâneas devem ser incluídas no plano de projeto e controle. Não se aproxime da área de trabalho do rolo ou de outras máquinas sem sinalização organizada e controle de acesso.