Compactação dinâmica em solo coesivo friccional

Abstract

A construção de qualquer obra que envolva o solo, seja como material de construção ou como suporte para receber fundações, requer uma avaliação criteriosa das propriedades geotécnicas, porém em diversos casos o solo não apresenta as características necessárias à execução do projeto, sendo possível modificar o comportamento com execução de técnicas de melhoramento de solos. Umas dessas técnicas, conhecida como compactação dinâmica, consiste em içar grandes massas (5 a 20 toneladas) a elevadas alturas (10 a 40 m) fazendo-a se chocar com o solo, compactando-o. A prática mundial é aplicada sobretudo a areias e resíduos com elevado índice de vazios, não há registros na literatura de utilização em solos coesivos friccionais típicos de regiões tropicais como o Brasil. A classificação MCT indicou se tratar de um solo argiloso de comportamento laterítico. Assim, esta dissertação visa a estudar a aplicação da técnica a um solo coesivo friccional da região de Passo Fundo – RS, por se tratar de um material com elevado teor de argila, alto índice de vazios e leve cimentação natural. A técnica foi aplicada no campo experimental da Universidade de Passo Fundo, com alturas variando de 3,0 a 12,0 m, e quantidade de golpes entre 1 e 16 em cada ponto de compactação, utilizando uma massa de 5,5 toneladas e um sistema de queda livre. O comportamento foi avaliado em função das crateras obtidas, deslocamento lateral do solo, ensaio de SPT, prova de carga e ensaios triaxiais com amostras indeformadas coletadas do fundo das crateras. Os resultados demonstram que o comportamento do solo coesivo friccional de Passo Fundo após a execução da técnica de melhoramento apresenta algumas diferenças em relação à prática mundial. O tamanho das crateras formadas é bastante grande, ocorre deslocamento lateral do solo, porém a ordem de grandeza é inferior aos deslocamentos verticais. Observou-se que não há variação nos resultados de SPT após o tratamento, independentemente da quantidade de golpes e energia por golpe aplicados. O comportamento mecânico do solo da camada superior é alterado, com aumento do ângulo de atrito de 30,5° para 35,9°, enquanto o intercepto coesivo se manteve praticamente constante (na ordem de 10 kPa). As provas de carga indicam resultados que corroboram com alterações na estrutura do material, com redução da rigidez inicial e aumento da capacidade de suporte a elevados deslocamentos.

Soil is a great material for civil construction and its use demands an evaluation of its geotechnical properties, in many cases the material does not match the requirements of a specific project. In order to overcome this problem, it is possible to improve the geotechnical characteristics by using ground improvement techniques. Dynamic compaction (also known as heavy tamping) is one of these techniques, it consists on dropping heavy weights (5 to 20 tons) from heights up to 40 m repeatedly on the ground allowing the densification of the soil. The international practice is most related to granular deposits and rubble material, which exhibit a high void ratio. The dynamic compaction on lightly bonded material, such as highly pervious bonded weathered clays from tropical regions, has never been performed. The aim of this dissertation is to study the use of dynamic compaction on a lightly bonded soil from Passo Fundo, situated in Southern Brazil. The MCT methodology for soil classification identified the soil as a lateritic clay. The technique was applied on the experimental field of the Passo Fundo University, using a free fall system (no friction losses). The steel block (5,5 tons) was dropped from 3,0 meters up to 12,0 meters, the number of blows varied from 1 to 16 in a single point of compaction. The soil behavior was evaluated by the crater depth and size, lateral displacements, Standard Penetration Tests, plate load tests and triaxial laboratory tests from undisturbed samples from the bottom of the craters after the compaction. The results show that the behavior of the lightly bonded material is somehow different from the usual granular results. The crater formed is very big, with depths up to 2,0 meters, there is a lateral displacement, but very small compared to the crater depth. The SPT shows a similar result after treatment, independent of the number of blows. The mechanical behavior was changed, the friction angle increased from 30,5° to 35,9° while the cohesion intercept did not change (about 10 kPa). The plate load test indicated a reduction of initial stiffness and an increase in bearing capacity for large displacements.