Apostila Laboratório de Mecanica Dos Solos

Laboratório de Mecânica dos Solos

MECÂNICA DOS SOLOS

ENSAIOS DE LABORATÓRIO Prof. João Paulo Souza Silva Universidade Federal do Tocantins


Sumário

1. ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DA UMIDADE UMIDADE DOS SOLOS SOLOS .......................... ............. ...................... ......... 3 2. ENSAIO DE ANÁLISE GRANULOMÉTRICA........................... .............. .......................... .......................... .................... ....... 8 3. ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DOS LIMITES DE CONSISTÊNCIA CONSISTÊNCIA ................... .............. ..... 13 4. ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO ESPECÍFICO REAL (NBR 6508/82).... 18 5. ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO NATURAL ..................... ............ ......... 21 6. MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO TOTAL...................... ............. ......... 21 7. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO DOS SOLOS SOLOS (NBR 7182/86).......................... ............. .................... ....... 25 Apresentação dos Resultados Resultados .......................... ............ ........................... .......................... ......................... .......................... ................... ..... 28 8. ENSAIO DE ÍNDICE DE SUPORTE CALIFORNIA (ISC) (NBR 9895/87) CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR) ........................... ............. ........................... .......................... ......................... .................... ........ 29 9. ENSAIO DE ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAL (MB-3336/1990) ENSAIO OEDOMÉTRICO ........................................................................................................... 32 10. ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO .......................... ............ ........................... .......................... ...................... ......... 43 11. ENSAIO DE COMPRESSÃO SIMPLES (NBR 12770/1992) .......................... ............. .................. ..... 46 12. ENSAIO TRIAXIAL COM MEDIDA DE PRESSÃO NEUTRA (poropressão) ....... 51


1. ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DOS SOLOS DISCUSSÃO GERAL O ensaio de umidade é um ensaio rotineiro para determinar a quantidade de água presente numa porção de solo em termos do peso do peso seco seco da amostra amostra.. Define-se: w

Ww Ws

Onde W w é o peso de água presente na massa de solo e W s é o peso de sólidos. sólidos. A w é definição da umidade poderia ser feita em função do peso total, mas neste caso ter-se-ia no denominador um valor que seria função da quantidade de água na amostra. Dependendo do tipo de solo, as quantidades a seguir são requeridas para que se tenham amostras representativas:

Tamanho máximo de partículas (95-100% passando na peneira) N 4 (4.75 mm) N 40 (0.420 mm) 12.5 mm 50.0 mm

Peso mínimo recomendado para amostra (g) 100 10 a 50 300 1000

MÉTODOS DE LABORATÓRIO LABORATÓRIO Existem vários métodos para a determinação da umidade de um solo, dentre eles destaca-se os que seguem a seguir.

1 Método Da Da Estufa (NBR 6457) 6457) Equipamentos Cápsulas de alumínio; Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 C e 110C; Balança com sensibilidade de 0.01g; Dissecador de sílica gel; Pinças metálicas.

Procedimento 1.

Tomar uma quantidade de material, função da dimensão dos grãos maiores contidos na amostra ( tabela 1) e destorroa-lo.


2. 3.

4. 5. 6.

Pesar uma cápsula de alumínio, incluindo tampa quando for o caso. Assegure-se de identificar a cápsula e o solo a ser pesado, anotando o valor M 1 (também chamado peso de tara – T) em gramas. Colocar uma amostra representativa do solo úmido na cápsula e determine o peso úmido (sólidos + cápsula + água), obtendo-se o valor M 2 em gramas. Se o peso da amostra úmida não for determinado imediatamente após a colocação da amostra a cápsula, deve-se proteger o solo contra a perda de umidade colocando-se uma tampa na cápsula e, se necessário, envolver a cápsula com um papel úmido. Após a pesagem do solo úmido + cápsula (M2), remover a tampa (usualmente coloca-se a tampa no fundo da cápsula) e levar à estufa com temperatura controlada (normalmente 105 a 110 oC) até a constância de peso. Quando for alcançada alcançada a constância constância de peso, determina-se o peso peso de solo seco + cápsula, obtendo-se o valor M 3 em gramas. Cuidado quanto ao uso da mesma balança e sensibilidade adequadas para as pesagens. Efetuar, três determinações do teor de umidade por amostra, no mínimo.

Tabela 1 – Quantidade de amostra recomendada em função do tamanho de grãos na amostra e sensibilidade recomendada para balanças. Dim. dos grãos Quant. de Balança a ser utilizada maiores contidos material (em na amostra massa seca) (mm) (g) Cap. nom. (g) Resolução (g) 30 200 0,01  2 2 a 20 30 a 300 1500 0,1

CUIDADOS E OBSERVAÇÕES 1. 2. 3. 4.

5.

6.

A amostra deve ser escolhida de forma a ser representativa do solo em questão. Todos as perdas de umidade durante o manuseio e pesagem da amostra devem ser minimizados. A amostra de ser suficiente para fornecer acurácia adequada às pesagens e a escolha da balança deve ser apropriada `a quantidade de amostra. A cápsula deve ser cuidadosamente cuidadosamente limpa e seca antes do uso. Deve ser de material não corrosível corrosível e ter um número gravado gravado para a identificação. identificação. Para o caso do laboratório de Mec. Solos do ITUFES, verificações dos pesos das cápsulas tabelados são feitas regularmente. A pesagem de cápsulas ainda quentes não é recomendada, recomendada, pois aumenta o risco de se deixar cair e a acurácia da balança pode ser apreciavelmente afetada pela temperatura. O uso de dissecador dissecador de sílica gel é recomendado recomendado para se se deixar esfriar as amostras, especialmente especialmente de solos solos coesivos que que podem levar 2 horas ou mais para esfriar. esfriar. Não se deve deve resfriar a amostra ao ar, já que pode haver haver reabsorção da umidade do ar pelo solo. Deve-se notar que o termo solo "seco" não é acurado. Define-se que o solo está seco quando atinge a constância de peso após aquecido à temperatura de 105 a 110oC, mas deve existir sem dúvida alguma água presente em torno das partículas de solo solo na forma de água adsorvida. adsorvida. Temperaturas muito muito mais altas são requeridas para retirar esta água, mas podem provocar redução do peso de


7. 8.

sólidos por queima e ainda perda de água estrutural, que não „e considerada como parte do que se define como umidade. Deve-se efetuar a pesagem pesagem de forma a evitar evitar erros tais como o de paralaxe e certificar-se da aferição da balança. A ABNT recomenda uso de temperaturas mais baixas para solos orgânicos e alguns tipos de argila como a haloisita (50 a 60 C), isto aumenta o tempo necessário para secagem desses solos.

CÁLCULOS a) Calcular a umidade de cada amostra: w= M2 - M3 x100 M3 - M1 b) A umidade do solo será a média das determinações. 2 MÉTODOS EXPEDITOS EXPEDITOS (REALIZADOS (REALIZADOS NO CAMPO) CAMPO)

2.1 Método do Speedy (MB 1055) Este método determina indiretamente a umidade, através do uso de um aparelho constituído de câmara hermeticamente fechada ligada a um manômetro. Dentro da câmara o solo entra em contato com um reagente (carbureto de cálcio) que quando reage com a água contida no solo produzindo calor. A pressão no interior da câmara sobe e pode ser lida no manômetro. Alguns aparelhos fazem a conversão de pressão para umidade, sem que seja necessário fazer cálculos.

Equipamentos Aparelho Aparelho Speedy; Speedy; Ampolas Ampolas com com cerca cerca de 6,5g 6,5g de de Carburet Carbureto o de Cálcio Cálcio (CaC (CaC2); Balança com capacidade de 25 g, com precisão de 0,5 g; Duas esferas de aço de diâmetros diferentes.

Procedimento 1. Pesa-se a amostra amostra e coloca-se na câmara câmara do aparelho. 2. Introduz-se na câmara duas esferas esferas de aço aço seguidas seguidas das ampolas de carbureto de cálcio. 3. Fecha-se o aparelho, aparelho, agita-se agita-se por repetidas vezes para quebrar quebrar as ampolas. 4. Se o speedy speedy for o de leitura direta, lê-se o valor valor da umidade umidade no manômetro após atingida a constância na leitura. Se o speedy não for o de leitura direta, lê-se o valor da pressão no manômetro e retira-se o valor da umidade de uma tabela entrando-se com o valor da pressão.

Observações Em solos argilosos formam-se torrões cuja a umidade interior não reage com o carbureto, logo o resultado é falho.


Deve-se esperar o ponteiro do manômetro apresentar-se constante, pois isto indica que toda a água da amostra reagiu com o carbureto de cálcio.

2.2 MÉTODO DO ÁLCOOL ETÍLICO (MB-00958) (MB-00958) Objetivo Determinar a umidade de solos pela adição de álcool à amostra e sua posterior queima.

Equipamentos Balança Cápsula metálica de fundo perfurado e suporte Espátula Pinça metálica Álcool Álcool Etílico Etílico

Procedimento 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Pesa-se a cápsula e o suporte, obtendo-se o valor M1 em gramas. Coloca-se a amostra amostra na cápsula, cápsula, tendo-se tendo-se o cuidado cuidado de espalhar espalhar em toda toda superfície. Determina-se o peso da cápsula + amostra úmida, inclusive o suporte, obtendo-se o valor M2 em gramas. Coloca-se quantidade adequada de álcool na amostra, misturando-se com a espátula e inflamando a seguir o álcool. Pesa-se a cápsula com solo seco e suporte, obtendo-se o valor M 3 em gramas. Repete-se o ensaio com três amostras e ao final tira-se a media das determinações. determinações.

Cálculos a) Calcular a umidade de cada amostra: M  M 3 w 2 100 % M 3  M 1 b) A umidade do solo será a média m édia das determinações.

2.3 MÉTODO DA FRIGIDEIRA Consiste em colocar a amostra dentro de uma frigideira e leva-la à chama de um fogareiro, mexendo sempre sempre com um bastão até se evaporar evaporar completamente a água. O tempo de aquecimento é determinado fazendo-se testes preliminares, verificando-se aquele que melhor se ajusta ao método da estufa. Trata-se de um processo rápido.


OBSERVAÇÕES FINAIS Tanto o método do álcool quanto o do fogareiro apresentam inconveniente para solos argilosos ou com matéria orgânica combustível, pois haverá redução do peso da matéria solida pela exposição a altas temperaturas. O método mais confiável é sem dúvida o método da estufa, porém em certas situações, como por exemplo controle de compactação, não se pode esperar o tempo necessário de secagem, logo se utilizam métodos de campo. O mais usado para o caso de controle de compactado e‟ o método do Speedy.


2. ENSAIO DE ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DISCUSSÃO GERAL A granulometria de um solo é o estudo da distribuição das partículas por tamanho. O processo de de separação da massa de solo em frações, frações, cada uma consistindo de grãos dentro de uma certa variação de tamanho, é conhecido como análise granulométrica, que independe da umidade do solo, composição mineralógica, densidade e forma dos grãos. A análise granulométrica é feita por peneiramento para solos grossos (areias e pedregulhos) até a abertura de malha da peneira 200 (0,075 mm), e pela sedimentação para solos finos. Segundo a American Society for Tests and Materials – ASTM, se faz o ensaio de sedimentação no material que passa na peneira numero 200 e segundo a ABNT com o material passado na peneira numero 10. Geralmente temos uma análise combinada que utiliza os dois processos. Segundo a norma, dependendo do tipo de solo as quantidades a seguir são requeridas para que se tenham amostras representativas:

Dimensão das maiores partículas contidas na amostra (mm) > 25 5 a 25 <5

Capacidade Nominal da Balança (kgf) 10 5 1,5

O peneiramento utiliza a série de peneiras de abertura padronizada segundo NBR 5734 (Peneiras para ensaio - Especificação). Se subdivide em peneiramento grosso, no qual a amostra é passada da peneira 1 ½ “ até a peneira n 10 (2,0 mm), e peneiramento fino, no qual a amostra é passada da peneira n 16 (1,19 mm) até a peneira n 200 (0,075 mm). As peneiras normalmente utilizadas são 11/2”, 1”,3/4”, 3/8”, n4(4,75 mm), n10(2,00 mm), n16 (1,19 mm), n20 (0,85 mm), n 30 (0,60 mm), n40 (0,42 mm), n60 (0,25 mm), n 100 (0,15 mm), n 200 (0,075 mm). Já o ensaio de sedimentação é baseado na lei de Stokes, que relaciona a velocidade (v ( v ) de queda de uma esfera, com seu diâmetro ( D), seu peso específico ( s), a viscosidade do meio ( ) e o peso específico do meio ( w).  s  w v  D2 18  As hipóteses para que seja válida a lei de Stokes para sedimentação dos solos são: 1. Densidade das partículas é conhecida. 2. Movimentação das partículas é devido apenas a gravidade. 3. Partículas são consideradas esféricas. 4. Não existem choques entre as partículas e entre as partículas e as paredes do recipiente.


ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAMENTO Equipamentos Balança com sensibilidade de 0.01g e 0.1g Estufa Série de peneiras Almofariz e mão de gral Escovas de cerdas metálicas Procedimento 1. 2.

3.

4. 5. 6.

A amostra deve ser seca seca ao ar, e a sua sua quantidade quantidade determinada segundo a tabela 1. No laboratório do ITUFES costuma-se usar 3kg. Passar este material na peneira peneira de de 2 mm, tomando-se a precaução de desmanchar os torrões de solo no almofariz com a mão de gral, procedendo-se novamente o peneiramento, de modo a assegurar a retenção na peneira somente dos grãos maiores que sua abertura. Com o material retido na peneira de 2 mm efetuar o peneiramento grosso. Para cada peneira, o material retirado também é destorroado como já descrito e novamente passado na peneira. Retira-se então o solo com auxilio de escova de aço e pesa-se na balança. Com o material que passou na peneira de 2 mm, separa-se separa-se 120 g (no caso de areia) e 70 g (no caso de argila e silte) para o ensaio de sedimentação. Separase também 100 g para determinação da umidade higroscópica. Do restante do material que passou na peneira de 2mm, separa-se uma certa quantidade para o peneiramento fino, para isso esse material deve ser lavado na peneira de 0.075 mm e então levado a estufa. Efetua-se então o peneiramento fino tomando-se os mesmos cuidados citados para o peneiramento grosso.

Cálculos Os cálculos são efetuados de forma a se obter a porcentagem da amostra total seca que passa em cada cada peneira. Para tanto a norma brasileira recomenda que se desconte a umidade higroscópica dos finos da amostra. Como não existe recomendação para a lavagem prévia na peneira 200 desconta-se a umidade higroscópica do material que passa na peneira 10, por coerência já que o peneiramento fino é executado executado com material seco em estufa. estufa. Desta maneira a amostra total seca seca será a soma de todo material retido na peneira 10 mais o que passa descontada a umidade higroscópica. WTS

 WR #10 

WP #10

(1  h)

,

Onde: W TS é o peso total seco, W R#10 é o peso retido na peneira 10, W P#10 é o peso que passa na peneira 10 e h é a umidade higroscópica. O cálculo da porcentagem total que passa nas peneiras referentes ao PTOTAL  PPARCIAL peneiramento fino são feitos segundo a equação: IAL  P10


ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO Equipamento Béquer de vidro com capacidade de 250 cm 3 Proveta de vidro Aparelho de dispersão Bisnaga Densímetro Relógio

Procedimento 1. 2. 3.

4.

Colocar o material num béquer e juntar, com o auxílio da proveta o defloculante defloculante (hexametafosfato de cálcio). Agitar o béquer até que todo material fique imerso e deixa-lo em repouso por 24 horas no mínimo. Colocar a mistura no copo de dispersão, removendo-se com água destilada, o material aderido ao béquer. Deixar no aparelho de dispersão durante 15 minutos. Transferir a mistura para a proveta e removendo com água destilada todo material aderido ao copo. Juntar água destilada até atingir 1000 cm3 na proveta. Agitar a proveta em movimentos energéticos de rotação, durante 1 minuto. Imediatamente após a agitação, anotar a hora exata do início da sedimentação e mergulhar o densímetro cuidadosamente na mistura. Efetuar leituras em 0.5, 1 e 2 minutos. Repetir a agitação e efetuar novas leituras. As leituras no densímetro serão feitas até sedimentação suficiente para que a densidade da suspensão seja próxima a da água que corresponde a um valor de 1,0 lido no aparelho, ou então até 24 horas, o que primeiro ocorrer.

Cuidado Importante As leituras devem ser feitas na parte superior do menisco e deve-se ter uma proveta com água limpa para abrigar o densímetro nos intervalos entre uma leitura e outra.

Cálculos: Para os cálculos referentes a este ensaio ver Milton Vargas e a Norma Brasileira. OBSERVAÇÕES Todos os métodos de classificação dos solos utilizam a peneira 200 como base. Algumas vezes também é necessário conhecer-se aproximadamente o tamanho dos grãos menores que a peneira 200, neste caso utiliza-se uti liza-se o ensaio de sedimentação. O método de peneiramento não fornece informação sobre a forma dos grãos. Dependendo da orientação das partículas (se não alongadas) elas podem ou não passar na malha quadrada da peneira. As partículas não devem ser quebradas em


pedaços menores durante a fase de destorroamento, a não ser os torrões de argila. Especialmente nos solos que contem finos (menores que a malha da peneira 200) poeira pode ficar aderida aos grãos maiores e não passar pela peneira correspondente ao seu diâmetro. Algumas normas orientam a pré-lavagem do material na peneira 200 para retirar essa poeira, depois seca-se o material em estufa e só então executa-se o peneiramento dos grãos retidos, mas isto só é possível para solos com poucos finos (menor que 5%). Para apresentar os resultados dos ensaios de análise granulométrica e pela grande variedade de tamanhos de grãos(desde dezenas de mm até menores que 0.075mm) deve-se plotar os resultados num gráfico onde tem-se a porcentagem que passa versus diâmetro versus diâmetro de todos os grãos em escala logarítmica. A curva granulométrica é apenas aproximada para um estrato de solo e a validade desta representação para solos finos é questionável (ver apostila de Mecânica dos Solos I - Polido e Castello). Da curva granulométrica são retirados alguns parâmetros para classificação do solo, tais como: a) D10 - Diâmetro correspondente a 10% que passa na peneira, ou diâmetro efetivo do solo. b) Cu - Coeficiente de uniformidade - mede a variabilidade de tamanhos de partículas do solo, quanto menor o seu valor, menor variabilidade, mais uniforme será o solo: Cu 

D10 D60 2

c) Cc - Coeficiente de curvatura - mede a forma da curva:

Cu 

D 30 D10 D 60

Para se Cu for maior que 4,0 (para pedregulhos) pedregulhos) ou maior 6,0 (para areias) e alem disso Cc estiver entre 1 e 3, o solo será bem graduado. Para Cu maior que 4,0 ou 6,0 (pedregulho ou areia) e Cc fora deste intervalo, a curva granulométrica não é suave e o solo terá granulometria aberta. Quando Cu é inferior a 4,0 ou 6,0 (pedregulho ou areia) o solo será uniforme. Quando o solo possui mais de 10% passando na peneira 200, a norma americana recomenda a realização do ensaio de sedimentação, apesar da questionada validade desta análise.

APRESENTAÇÃO APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS O aluno deverá, a partir dos resultados da análise granulométrica, realizar a classificação do solo, adotando parâmetros que se fizerem necessários para complementar a classificação. Além disto deverá apresentar apresentar descrição descrição detalhada do solo ensaiado e as características deste material para a execução de aterros.

OBSERVAÇÃO FINAL: SEDIMENTAÇÃO E PENEIRAMENTO Comumente ao se proceder a granulometria completa de um solo (por peneiramento e sedimentação), segundo as normas toma-se cerca de 70 g de material que passa na peneira 10 (2 mm) e procede-se o ensaio de sedimentação. sedimentação. Terminado o


ensaio, verte-se todo o material na peneira 200 (0,075 mm), lava-se, seca-se e procede-se o chamado “peneiramento fino” (entre as peneiras 10 e 200). Embora a norma brasileira seja omissa quanto aos detalhes de lavagem do material usado na sedimentação, é procedimento corrente dos operadores usarem as mãos esfregando esfregando o material na tela da peneira 200. Silveira (1991) 1 ao proceder tal ensaio para um solo residual jovem (zona mais próxima da rocha mãe, com intemperização incompleta) obteve a curva mostrada na primeira figura a seguir. Os resultados de granulometria acima da peneira 200 (0,075 mm) foram obtidos por peneiramento e os abaixo por sedimentação. sedimentação. Nota-se na transição de tipos de ensaio uma diferença abrupta, que chega a 20 % na análise granulométrica. Para verificar se a diferença era intrínseca aos diferentes conceitos usados nos dois tipos de ensaios, Silveira (1991) refez todo o ensaio com a diferença de não esfregar o material de sedimentação contra a tela da peneira 200. Usou-se água potável a baixa pressão, com a peneira levemente inclinada e em movimentos circulares sem uso uso de pincéis ou escovas. Prossegui-se com esse esse procedimento até que a água passasse passasse limpa pela peneira. Os resultados deste ensaio ensaio são mostrados mostrados na segunda figura onde não mais se nota a diferença para os dois tipos t ipos de ensaio. Este trabalho de Silveira exemplifica que: a) A curva granulométrica é uma definição que depende do vigor do destorroamento e da mineralogia dos grãos (sua resistência ao esmagamento no destorroamento); b) Além das diferenças oriundas dos diferentes conceitos (peneiramento e sedimentação) para definição de granulometria pode-se também obter diferenças devido ao manuseio da amostra durante o processo.

Silveira, G.C. (1991), “Considerações sobre a Granulometria dos Solos Residuais e Coluvionares Escorregamento na Estrada do Estrada do Soberbo - RJ”. Solos e Rochas, Vol. 14, no 1, pp. 59-62.


3. ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DOS LIMITES DE CONSISTÊNCIA CONSISTÊNCIA OBJETIVO Apresentar Apresentar aos alunos alunos a forma de determinaç determinação ão dos limites limites de liquidez, liquidez, plasticidade e contração. contração. Utilizar estes limites, além além da umidade do solo, para a análise análise preliminar da consistência, resistência não-drenada e compressibilidade de um solo argiloso saturado.

LIMITE DE LIQUIDEZ (NBR 06459-MB 30) Equipamentos Estufa capaz de manter a temperatura a 105 C a 110C; Cápsula de porcelana; Espátula metálica metálica (dimensões: (dimensões: 2 x 12 cm); cm); Aparelho Aparelho de Casagr Casagrande ande e cinzéis cinzéis;; Balança que permita pesar nominalmente 200g com resolução de 0,01 g e sensibilidade compatível; Gabarito para verificação da altura de queda; Cápsulas de alumínio para determinação da umidade; Pêra de borracha (para adicionar água); Peneira no 40, almofariz e mão de gral.

Procedimento 1.

2.

3.

Destorroar uma quantidade suficiente de material seco ao ar e passar na peneira no 40 e obter uma amostra representativa de mais ou menos 250 g. Uma das maiores fontes de erro neste neste ensaio é a presença presença de finos em torrões. Não se deve secar previamente o solo que em estufa, pois este procedimento poderá reduzir os valores dos limites de consistência do material. Às vezes pode-se deixar o material, quando se constata que é muito plástico, em contato com a água por 24 horas ou mais, antes da realização do ensaio. Checar a altura de queda da concha do aparelho de Casagrande (deve ser exatamente 1 cm + 0,1 mm). Use o bloco calibrador do cabo do cinzel para isto. Deve-se checar também as condições da base do equipamento. A mesma deve apresentar-se em bom estado, dentro das especificações da NBR 06459. Verifique as condições gerais do equipamento, como falhas, desníveis, parafusos frouxos etc. Coloca-se uma quantidade de solo seco ao ar, destorroado e peneirado dentro da cápsula de porcelana (+ 70 g), adicione uma pequena quantidade de água (sempre se deve começar o ensaio com o solo na condição mais seca para a mais úmida) homogeneizando bem para que a distribuição de umidade na amostra seja uniforme. Outra fonte de erro importante do ensaio é a mistura ineficiente da água ao solo, que provoca a existência de pontos de concentração de umidade e outros mais secos. secos. Quando o solo tiver consistência consistência cremosa e cor


4.

5.

6. 7. 8.

uniforme pode-se fazer a primeira determinação do número de golpes (a primeira determinação deve resultar mais ou menos 40 golpes). Para a determinação do número de golpes coloca-se uma porção da pasta na concha do aparelho, tal que a espessura de material apresente 1 cm no máximo. Com o cinzel apropriado faz-se a ranhura padronizada dividindo a massa de solo em duas partes. Girar a manivela com uma velocidade de 2 golpes/segundo golpes/segundo e contar o número de golpes necessário para que se feche a ranhura na parte central ao longo de 1 cm. A ranhura deve ser fechada por um fluxo de solo e não pelo deslizamen deslizamento to entre solo e concha. Caso o número de golpes resulte em um valor superior a 40, desta primeira determinação, retirar uma porção de mais ou menos 20 g de material e separar para a posterior determinação do LP. Tomar uma porção de solo, da parte onde se verificou o fechamento da ranhura, para determinação da umidade da primeira determinação. Retirar a amostra amostra da concha, misturar com o restante que ficou na cápsula cápsula de porcelana e adicionar mais um pouco de água de forma que o número de golpes resultante seja menor que o anterior. Repetir os itens 4, 4, 5 e 6 de forma a se obter obter um número de 5 determinações determinações com números de golpes variando entre um máximo de 50 e um mínimo de 15. O B S : A Norma Brasileira, também apresenta procedimento de ensaio utilizando

amostra sem secagem prévia, desde que a amostra apresente umidade tal que permita a obtenção do 1 ponto ponto de ensaio.

Cuidados Deve-se assegurar de que a concha esteja bem limpa e seca antes de cada determinação. O tempo de tomada de cada amostra e a pesagem da mesma deve ser minimizado ao máximo para evitar perdas de umidade umidade por secagem secagem ao ar. Caso isto não seja possível deve-se proteger as amostras tampando as cápsulas ou substituindo as cápsulas de alumínio pelo sistema de vidros de relógio. Não se deve deixar o solo dentro da concha por longos períodos de tempo pois isto pode fazer aumentar a adesão entre o solo e a concha prejudicando a contagem do número de golpes. Para o caso de uma das determinações feitas em laboratório resultar exatamente 25 golpes, não se deve tomar este como sendo o LL do solo, desconsiderar as outras determinações ou interromper o ensaio pois pode haver algum erro de contagem, pesagem, mistura não adequada da amostra etc.

Cálculos a) Após o cálculo da umidade correspondente a cada número de golpes determinado, construir um gráfico no qual as ordenadas (escala aritmética) são os teores de umidade e as abcissas (escala logarítmica) são os números de golpes correspondentes correspondentes e ajustar uma reta pelos pontos assim obtidos b) Obter na reta o teor de umidade correspondente a 25 golpes. Este será o LL (limite de liquidez) do solo.


LIMITE DE PLASTICIDA PL ASTICIDADE DE Equipamentos Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 C e 110C; Cápsula de porcelana; Espátula metálica metálica (dimensões: (dimensões: 2 x 12 cm); cm); Balança que permita pesar nominalmente 200g com resolução de 0,01 g e sensibilidade compatível; Gabarito cilíndrico para comparação com 3 mm de diâmetro e cerca de 100 mm de comprimento (no laboratório utiliza-se uma carga de caneta); Cápsulas de alumínio para determinação da umidade; Placa de vidro de superfície esmerilhada, com cerca de 30 cm de lado.

Procedimento 1. 2. 3. 4. 5.

Tomar a porção de solo separada previamente do ensaio de LL e separar separar em pequenas porções do tamanho de um amendoim (cerca de 10 g). Rolar o bolinho bolinho de solo solo com com a pressão da mão sobre sobre uma placa placa de vidro vidro esmerilhada até se formar um cilindro de solo com 3 mm de diâmetro e mais ou menos 10 cm de comprimento. Repetir a operação 2 até que se observe sinais de ruptura no cilindro. Eliminar as extremidades do cilindro cilindro e então então colocá-lo em uma cápsula para determinação da umidade. Repetir os itens 2, 3 e 4 até que se obtenha no mínimo três resultados O B S : A Norma Brasileira, também apresenta procedimento de ensaio utilizando

amostra sem secagem prévia, desde que a amostra apresente umidade natural acima do LP.

Resultado O LP será a média das umidades dos cilindros considerados, em no mínimo três determinações, onde a diferença entre o maior e o menor valor determinado deve ser no máximo 5 %.

LIMITE DE CONTRAÇÃO (NBR 7183) Equipamentos Cápsula de porcelana com cerca de 12 cm de diâmetro e 5 cm de altura; Espátula; Cápsula Petri; Régua de aço de 30 cm de comprimento; Cuba de vidro de 5 cm de diâmetro e 2,5 cm de altura; Placa de vidro com três pinos de metal;


Proveta com 25 cm 3 de capacidade, graduada de 0,1 em 0,1 cm 3; Balança que permita pesar 100 g, sensível a 0,1 g; Mercúrio; Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 C e 110C; Dissecador.

Procedimento 1. 2.

3. 4. 5. 6. 7. 8.

Ao final do ensaio de LL tomar uma pequena parte do solo homogeneizado homogeneizado para aquele ensaio. A amostra estará então com umidade muito superior ao LL e, conseqüentemente, conseqüentemente, com consistência mole. Determinar o volume da cápsula de contração (V1), enchendo-a com mercúrio, removendo o excesso por pressão da placa de vidro com pinos contra a face superior da cápsula, e medindo o volume de mercúrio que a encheu na proveta graduada de 25 cm 3; Moldar uma pequena pastilha de solo, com a amostra separada no item 1 e com auxílio de uma cápsula de contração. Deixar a pastilha secar ao ar até que a cor cor escureça e posteriormente em estufa. Este procedimento é para que a pastilha não trinque por secagem muito rápida; Pesar a pastilha de solo, obtendo-se P1; Colocar a cápsula de vidro cheia de mercúrio dentro da cápsula de porcelana limpa; Colocar a pastilha pastilha de solo seca seca sobre o mercúrio e mergulhar a mesma com o auxílio da placa com pinos, que deve ficar faceando o topo da cápsula de vidro sem bolhas de ar presas. Pesar o mercúrio deslocado pela amostra e calcular o volume da pastilha com o peso específico do mercúrio, obtendo-se V 2.

Cálculos Calcular o limite de contração pela fórmula:  V 1   100% LC   2   P S   1

CONCLUSÃO FINAL Com os resultados dos ensaios de limites de consistência, aliados a observações observações de campo (através de boletins de sondagens), além da umidade e da granulometria do material, pode-se fazer uma avaliação preliminar das características de compressibilidade compressibilidade e resistência de um solo saturado. saturado. Esta avaliação é feita utilizando-se correlações correlações já desenvolvidas por vários autores entre as propriedades índice (w, LL, IP etc) e parâmetros de solo como c v, Cc, , su e outros. Porém, a aplicação de parâmetros obtidos a partir de correlações em projetos de engenharia de solos e fundações deve ser cuidadosa, criteriosa e responsável, pois pode levar a erros grosseiros e problemas sérios de estabilidade e recalques. recalques.


Os alunos devem apresentar, dentro do possível, a avaliação das propriedades do solo ensaiado, utilizando tabelas e análises das apostilas de Mecânica dos Solos I e II e do livro de G.F. Sowers. Outras bibliografias também podem ser usadas.


4. ENSAIO DE DE DETERMINAÇÃO DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO REAL (NBR 6508/82) A NBR 6508/82 prescreve o método de determinação da massa específica dos grãos de solo que passam na peneira número 10 (4.8 mm) por meio de picnômetro, através da realização de pelo menos duas determinações.

DISCUSSÃO GERAL O termo peso específico real refere-se somente a fase sólida do solo, isto é, as partículas e os grãos do solo, e não ao composto solo. O último contém, além de sólidos, a fase líquida e a fase gasosa. O peso específico médio das partículas sólidas é por definição o peso fase sólida por unidade de volume de sólidos: S 

WS VS

O valor do volume das partículas sólidas é difícil de se obter diretamente. A sua obtenção é baseada no princípio de Arquimedes, ou seja, o volume de água deslocado por um corpo é igual ao seu próprio volume. O corpo deve estar totalmente saturado.  S 

W S

( W ) T

W 1  W S  W 2

Onde: Ws = peso do solo seco. (w )T = peso específico da água à temperatura T de ensaio. W1 = peso do picnômetro cheio de água até a marca de referência, na temperatura T de ensaio. W2 = peso do picnômetro com água e solo, na temperatura T de ensaio. Na determinação do peso específico real de um solo em laboratório, o peso do picnômetro cheio com água destilada será necessário. Este valor é usualmente tomado de um gráfico (curva de calibração) de temperatura versus versus peso do picnômetro com água. Como o volume do picnômetro e o peso específico da água variam com a temperatura, há necessidade de se calibrar o conjunto a fim de se obter o valor correto de W1. O gráfico da curva de calibração pode ser determinado por meios experimentais ou teóricos.

Equipamentos Estufa capaz de manter a temperatura entre 60 e 65 C e entre 105 e 110 C; Aparelho de dispersão, dispersão, com hélices substituíveis substituíveis e copo munido de chicanas; chicanas; Picnômetros com capacidade de 50, 100 e 500 ml calibrados a 20 C com as respectivas curvas de calibração (variação do peso do picnômetro cheio de água, até a marca de referência, em função da temperatura); Aparelho de banho-maria banho-maria e/ou bomba de vácuo; Termômetro graduado em 0,1 C de 0 a 50 C; Balança que permita pesar nominalmente até 1,5 Kg, com resolução de 0,01 g e sensibilidade compatível;


Funil de Vidro; Água destilada; Dissecador; Conta-gotas; Béquer ou cubas de vidro/porcelana. Procedimentos

a) Para Solos Arenosos 1. 2. 3. 4.

5. 6.

7. 8.

Deve-se homogeneizar a amostra amostra e pesar cerca de 60g 60g no caso caso de solos arenosos. Quando o picnômetro for de 1000 ml deve-se dobrar a quantidade de material. Secar a amostra em estufa, até constância de peso e determinar seu peso seco (W S). Colocar a amostra com água destilada dentro do picnômetro calibrado até mais ou menos metade do seu volume. Cuidado para não haver perda de material. Aplicar vácuo durante pelo menos 15 minutos para retirada das bolhas de ar da mistura solo/água. Deve-se proceder isto agitando-se o picnômetro em intervalos de tempo regulares. Uma alternativa ao uso da bomba de vácuo é o banho-maria que na maioria dos casos é preferível. Quando for utilizado o banho-maria, deve-se deixar o picnômetro em repouso para que a sua temperatura entre em equilíbrio com a do meio ambiente. Terminar de encher o picnômetro com água deaerada e ajustar a sua tampa verificando a subida da água até o topo do canalículo interno da tampa (marca de calibração). Obs.: a) Os picnômetros utilizados atualmente possuem uma tampa especial que minimizam muito os erros provocados por conta-gotas utilizados para os antigos que não possuíam tampas. b) A colocação da tampa só deve ser feita após verificar que a temperatura está suficientemente baixa de modo que não haja m ais redução no volume de água por resfriamento dentro do picnômetro. Secar o exterior do frasco e da tampa. Pesar o frasco com água e solo (W 2). Registrar a temperatura da suspensão no interior do picnômetro. Com esse valor obtém-se, na curva de calibração, o peso do picnômetro cheio de água (W1). Obs.: O registro da temperatura deve ser feito após a pesagem, pois a inserção do termômetro na suspensão pode provocar perda de material.

b) Para Solos Coesivos 1.

2.

Colocar cerca de 50g da amostra no copo copo de dispersão e adicionar água destilada até formar uma pasta fluida uniforme. Acrescentar mais água destilada até cerca da metade do volume do copo e dispersar durante 15 minutos. Transferir a amostra para o picnômetro com o auxílio do funil de vidro, lavandose o copo de dispersão e o funil para completa remoção do material. Cuidado para não haver perda de material. Obs.: Para minimizar essas perdas pode-se determinar o peso de sólidos utilizado ao final do ensaio, conforme item 5.


3.

4. 5. 6.

Adicionar água destilada até a metade do volume do picnômetro. A seguir deve-se colocar o picnômetro em banho-maria durante 30 minutos no mínimo, adicionando-se água destilada para compensar a evaporação. Opta-se pelo banho-maria ao invés do vácuo, por se tratar de um método mais enérgico na retirada de ar aderente ao solos argilosos. Deve-se evitar o superaquecimento, pois poderá provocar deformação no picnômetro. Procede-se como descrito nos itens itens 5 - 8 do procedimento procedimento anterior e determina-se W 1 e W2. Transferir a mistura total de solo e água para um béquer de peso conhecido, lavar o picnômetro cuidadosamente para garantir a coleta de todo o solo. Cuidado para não haver perda de material. Secar o solo em estufa, deixar esfriar no dissecador e pesar, determinando o peso de sólidos (W S).


5. ENSAIO DE DE DETERMINAÇÃO DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO NATURAL DISCUSSÃO GERAL O peso específico in situ de situ de um solo é uma das propriedades mais importantes e necessárias na investigação de solos. É definido como o peso total do solo (solo mais água) por unidade de volume. Seu valor depende do peso específico dos sólidos, da porosidade e do grau de saturação. O peso específico é largamente utilizado no controle da compactação de aterros e das camadas de base para pavimento, é também utilizado no cálculo de tensões devido ao peso próprio dos solos, capacidade de carga, estabilidade e compressibilidade.

6. MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO TOTAL TOTAL Os métodos de determinação do peso específico total dos solos compreendem ensaios de laboratório e de campo. No campo tem-se os seguintes:  Método do frasco de areia;  Método do balão de borracha;  Método do óleo;  Método do cilindro de penetração. No laboratório podem ser utilizados um dos métodos, mas para que o valor do peso específico total determinado a partir deles seja o valor de campo, a amostra deverá ser indeformada, ou seja, as condições de umidade, saturação, micro-estrutura do solo, dentre outras propriedades, deverão ser preservadas na amostragem:  Através da pesagem e medição das dimensões de corpos de prova indeformados moldados para os ensaios de compressibilidade e resistência ao cisalhamento; coberto com parafina  Método do torrão coberto  Método da imersão em mercúrio  Método do tubo Shelby. Dentre os métodos de campo mais utilizados destaca-se o método do frasco de areia que será detalhado a seguir. Quanto aos métodos de laboratório pode-se destacar o da parafina, recurso bastante útil para solos rígidos, e as determinações através de medições em corpos de prova para os ensaios de adensamento, cisalhamento direto e triaxial.

MÉTODO DO FRASCO DE AREIA (NBR 7185/86) A NBR 7185/86 prescreve o método de determinação do peso específico aparente do solo in situ, com o emprego do frasco de areia. Esse método consiste em instalar na superfície do terreno uma bandeja com abertura circular de 15cm de diâmetro. Através dessa abertura escava-se um buraco


de aproximadamente 15cm de profundidade. O solo escavado é pesado e tem-se o valor de W t (peso total do solo). O volume do solo, V t, é o volume do furo aberto no solo. Enche-se esse furo com areia de densidade conhecida e, sabendo-se o peso da areia necessária para enchê-lo e a densidade da areia, calcula-se o volume ocupado pela areia que é o volume do furo. Com o peso do solo e o volume ocupado por ele, tem-se seu peso específico:  t 

W t V t

O método do frasco de areia aplica-se a solos de qualquer granulação, contendo ou não pedregulhos, que possam ser escavados com ferramentas de mão e cujos vazios naturais sejam suficientemente pequenos de forma a evitar que a areia usada no ensaio penetre nos mesmos. O solo que está sendo ensaiado deve ser suficientemente coesivo e firme, de modo que as paredes da cavidade a ser aberta permaneçam estáveis e as operações a serem realizadas não provoquem deformações na mesma. A norma não é aplicável quando as condições locais ensejarem a percolação de água para o interior da cavidade. No caso de solos pedregulhosos ou de baixa coesão recomenda-se que o formato da cavidade seja o de tronco-cônico invertido. Isto minimizará a possibilidade de desmoronamento das paredes e maior estabilidade para a realização do ensaio.

Equipamentos Frasco de vidro ou de plástico translúcido com capacidade de 3.5 litros, dotado de gargalo rosqueado e funil provido de registro e de rosca para se atarrachar ao frasco; Bandeja quadrada rígida, metálica, com cerca de 30cm de lado e bordas de 2,5 cm de altura, com orifício circular no centro, dotado de rebaixo para apoio do funil anteriormente citado; Pá de mão; Talhadeira de aço com 30cm de comprimento; Martelo de 3kg; Recipiente para guardar a amostra sem perda de umidade; Conjunto Speedy para determinar a umidade; Areia lavada, seca e de peso peso específico conhecido; conhecido; Balança que permita determinar nominalmente 1,5 kg e 10 kg, com resolução de 0,1 g e 1 g, respectivamente, e sensibilidade compatíveis; Nível de bolha; Cilindro metálico de volume conhecido (cerca de 2000 cm 3), para determinação da massa específica aparente da areia.

Procedimento a) Determinação do massa de areia que preenche o funil e o orifício no rebaixo da bandeja: 1. Montar o conjunto frasco  funil, estando o frasco cheio de areia, determinar sua massa e anotar M1. 2. Instalar o conjunto frasco + funil, de modo que o funil fique apoiado no rebaixo da bandeja, e colocar esta sobre uma superfície plana. Abrir o registro e deixar


3. 4.

a areia escoar até cessar o seu movimento no interior do frasco. Retirar o conjunto frasco + funil, determinar sua massa e anotar M2. A massa da areia que preenche o funil e o orifício no rebaixo da bandeja, será: M3 = M1- M2 Repetir o procedimento procedimento de 1 a 3 mais duas vezes. A massa da areia M3 deverá ser a média de três determinações. Não são aceitos na composição da média resultados que diferenciem mais de 1  da média.

b) Determinação da massa específica da areia: 1. Montar o conjunto frasco + funil, estando o frasco cheio de areia, determinar sua massa e anotar M4. 2. Instalar o conjunto frasco + funil, de modo que o funil fique apoiado no rebaixo da bandeja, e colocar esta sobre a borda de um cilindro metálico de volume V conhecido. Abrir o registro e deixar a areia escoar até cessar o seu movimento. Fechar o registro e retirar o conjunto frasco + funil, determinar sua massa M5. A massa de areia que preenche preenche o cilindro de volume conhecido conhecido será: M6 = M4 - M5 - M3 Sendo que M3 é o valor determinado anteriormente. 3. Repedir o procedimento procedimento de 1 a 3 mais duas duas vezes. vezes. A massa massa da da areia que enche o cilindro, a ser usada nos cálculos, deverá ser a média de três determinações. Não são aceitos na composição da média resultados que diferenciem mais de 1  da média Calcular a massa específica da areia utilizando-se a expressão:  areia



M 6 V

onde: areia = massa específica da areia, em gf/cm 3; M6= massa da areia que preencheu o cilindro, em g; V= volume do cilindro, em cm 3;

c) Determinação da massa de areia que preenche a cavidade do terreno 1. 2.

3. 4. 5. 6.

Limpar a superfície do terreno, tornando-a tornando-a plana e horizontal, o que é verificado com o nível de bolha. Colocar a bandeja, certificando se há um bom contato entre a superfície superfície do terreno e a bandeja, em torno do orifício central, e escavar, com o auxílio da talhadeira, uma cavidade cilíndrica no terreno, com profundidade de cerca de 15cm. Recolher cuidadosamente na bandeja o solo extraído da cavidade, determinar a massa do material e anotar Mh. Tomar o cuidado de evitar perdas de umidade do material recolhido. Determinar o teor de umidade, wnat, do solo extraído da cavidade através do Speedy. Montar o conjunto frasco + funil, estando estando o frasco cheio de areia, determinar sua massa e anotar M7. Instalar o conjunto conjunto frasco + funil, de modo que o funil fique apoiado no rebaixo da bandeja. Abrir o registro e deixar a areia escoar até cessar o seu movimento no interior do frasco. Fechar o registro, retirar o conjunto frasco mais funil, determinar sua massa e anotar M8.


7. 8.

A massa massa de areia deslocada que preencheu o funil, o orifício no no rebaixo da bandeja e a cavidade do terreno será: ser á: M9 = M7 - M8 A massa de areia deslocada que preencheu a cavidade no terreno será: M10 = M9 - M3

Cálculos Calcular a massa específica aparente seca do solo in situ, utilizando-se a expressão:  d 

 areia . M h M 10

.

1 1  wnat

s = ar (Mh/ M10)  (100/ 100 + h)

onde: d = massa específica seca do solo in situ, situ, em g/cm 3; areia = massa específica da areia, em g/cm 3; Mh= massa do solo extraído da cavidade no terreno, em g; M10= massa da areia que preencheu a cavidade no terreno, em g wnat = teor de umidade do solo extraído da cavidade no terreno, em %.

OBSERVAÇÕES FINAIS O tipo de areia a ser utilizada poderá ser uma das duas especificações abaixo: 1) Retida entre as peneiras N  200 (0.074mm) e N  10 (2mm)- especificação da AASHO ou 2) Retida entre as peneiras N  30 (0.59mm) e N 20 (0.84mm) – especificação do DNER. O cumprimento desta norma evita erros devido a variação do peso específico da areia com uma possível reorganização dos grãos. Quanto mais uniforme for a areia, menor será essa variação. Deve-se ter cuidado durante a escavação para que o solo escavado e retirado do furo não seja perdido. A escavação deve ser feita o mais rápida possível para que não haja perda de umidade. Findada a escavação o recipiente onde deverá ser acondicionado o solo deve ser hermeticamente fechado. Em climas quentes deve-se usar um pano molhado sobre o recipiente. Durante o ensaio deve ser evitado ao máximo a vibração do frasco ou da superfície onde está sendo feito. Isto porque sabe-se que a areia seca sofre rápida e alta densificação através da aplicação de um esforço de vibração. Portanto, nos casos de controle de compactação pelo uso deste método, deve-se esperar cessar o movimento dos equipamentos de terraplanagem para então ser feito os ensaios. Para solos com pedregulhos deverá ser usada areia mais grossa.


7. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO DOS SOLOS (NBR 7182/86) INTRODUÇÃO A compactação de um solo é um processo manual ou mecânico que visa melhorar suas propriedades físicas: resistência ao cisalhamento, compressibilidade, capacidade de carga, permeabilidade, absorção de água, etc. Interação solo/água: Quando se adiciona água a um solo seco, as partículas do solo adsorvem um filme d'água e este filme aumenta de espessura se mais água for sendo adicionada. Isto permite uma "lubrificação" das partículas, aumentando a trabalhabilidade do solo. solo. Acima de um um certo ponto, a água toma todo lugar possível possível nos vazios, ou seja, uma certa quantidade de ar fica presa e se mantém essencialmente constante (situação de oclusão do ar nos poros do solo). Neste ponto verifica-se um valor máximo do peso seco do solo por unidade de volume para uma certa quantidade ótima de água na mistura. Esta quantidade ótima de água que determina o ponto máximo na curva d x w, é denominada umidade ótima (w ot). O propósito do ensaio é determinar a curva de d x w, ou curva de compactação. Também determina-se a curva de saturação. A partir destas curvas e em função da finalidade da obra, será especificado o grau de compactação e a faixa de umidade em que deverá ser executado o serviço. A densidade seca máxima e a umidade ótima obtidas na compactação dependem do esforço de compactação ou energia despendida e, obviamente, das propriedades geotécnicas do solo. A compactação dá ao ao solo: 1. um aumento na resistência ao cisalhamento, 2. um aumento no potencial de dilatação, 3. um aumento na densidade, 4. um decréscimo na contração, 5. um decréscimo na permeabilidade, 6. um decréscimo na compressibilidade. 

Os métodos de ensaio mais utilizados são os da AASHO STANDARD (Proctor Normal, Intermediário e Modificado). A metodologia da AASHO é também adotada pela ABNT e pelo DNER. O ensaio Proctor Normal, o primeiro a ser desenvolvido pelo autor de mesmo nome do método, consiste em tomar certa quantidade de solo, peneirado na peneira n o 4, adicionar água, e compactar em um cilindro de 1000 cm 3 em 3 camadas com 25 golpes cada utilizando soquete de compactação de 2,5 kg caindo de 30,5 cm sobre o solo. Isto dá uma energia de compactação de 6 kgf.cm/cm 3.



É errada a suposição de que a quantidade de ar dos vazios pode ser levada a zero pelo esforço de compactação, ou em outras palavras, é errado dizer que se pode atingir a saturação através da compactação do solo. Isto não corre devido a um fenômeno chamado "oclusão do ar" nos vazios do solo. Ou seja, a partir de um certo ponto ponto a quantidade de ar nos poros do solo fica presa e a saturação total não é alcançada. A umidade em que se alcança a oclusão do ar é a umidade ótima. Podemos dizer então que a curva de compactação sempre vai cair abaixo da curva de saturação. -


O método Standard Modificado foi criado no advento da II Guerra, quando havia necessidade de se projetar estradas para suportar o tráfego de equipamentos mais pesados em que o ensaio Proctor Normal já não fornecia bons resultados. O método Proctor Modificado usa molde de 1000 cm 3 compactado em 5 camadas com 25 golpes por camada, usando soquete de 4,5 kg caindo de 45 cm de altura, fornecendo ao solo energia de 25 kg.cm/cm 3. A energia de compactação é definida pela seguinte equação: E

PnNh V

Onde P é o peso do soquete, h a altura de queda, N o número de golpes por camada, n o número de camadas e V o volume do solo compactado.

Observação: Consultar a apostila de Mecânica dos Solos II sobre os itens referentes ao ensaio de compactação e às propriedades dos solos compactados (resistência, micro-estrutura etc.). Tabela de Compatibilidade entre Métodos de Laboratório e Campo

Método Impacto Amassamento Vibração Compressão Estática

Laboratório Proctor Normal Miniatura de Harvard Mesa Vibratória Máquinas de Compressão

Campo Sem similar Rolo Pé de Carneiro Rolos vibratórios Rolos Lisos

DISCUSSÕES GERAIS a)

b) c)

d)

e)

No ensaio os resultados deverão ter reprodutibilidade. Se o operador utilizar amostra não trabalhada para cada determinação ou adotar o procedimento de reutilização da amostra, uma pequena diferença será observada na curva de compactação. Segundo Bowles essa diferença situa-se entre 0,08 a 0,12 kgf/cm3 no valor do dmáx determinado. Quando se executa a moldagem em camadas que não tenham aproximadamente a mesma espessura, o resultado apresentará pontos erráticos na representação densidade seca versus umidade versus umidade (d x w). Para evitar um grande número de cilindros compactados e tendo em vista que cerca de cinco pontos definirá muito bem a curva de compactação, é conveniente executar-se o primeiro ponto do ensaio com um teor de umidade cerca de 4% abaixo da ótima e para os pontos seguintes vai-se aumentado a umidade de moldagem de 2 em 2%. Para tanto, uma estimativa inicial do valor da umidade ótima do solo se faz necessária. Pode-se estimar a umidade ótima de um solo é a partir do seu LP. Verificações de laboratório indicam que a umidade ótima se situa geralmente 3 a 5 pontos percentuais abaixo do LP. Caso o valor de LP não esteja disponível no momento de iniciar o ensaio de compactação, pode-se adotar a umidade para o primeiro ponto como 6%, aumentando-se de 2% em 2% para os pontos seguintes. O molde de compactação deve ser colocado sobre uma superfície que não apresente vibrações durante a aplicação dos impactos com o soquete. É


também aconselhável que esta superfície não absorva parte da energia de compactação aplicada. A ASTM recomenda que o ensaio seja executado sobre um bloco de concreto com massa mínima de 90 kg. Inúmeros fatores influenciam na compactação dos solos incluindo: temperatura, tamanho do molde (relação altura /diâmetro deve ser sempre a mesma em todos os corpos de prova), espessura das camadas dentro do molde, distribuição dos golpes nas camadas, excesso de solo dentro do molde, tipo de solo (somente solos com coesão apresentam bons resultados quando ensaiados pelo método de impacto), homogeneização (tempo de mistura com a água de moldagem, tempo de cura, etc).

MÉTODO PROCTOR NORMAL Equipamentos Repartidor de amostras; Balança com capacidade de 5 kg; Balança com capacidade de 100 g; Peneira no 4 (4,76 mm); Cápsulas de umidade; Estufa (105 - 110 oC); Molde cilíndrico D = 4" (10 cm), H = 13 cm; Cilindro complementar D = 10 cm e H = 6 cm (colar); Base metálica; Extrator de amostras; Soquete com 2" de diâmetro; Régua de aço; Proveta de vidro graduada; Almofariz e mão de gral; Espátulas, pazinhas, colheres e faca; Pinças e luvas de amianto; Dissecador; Folha de ensaio.

Procedimento Amostra: Utiliza-se 3.000 g de solo seco ao ar e destorroado, passado na peneira n o 4. Pode-se determinar a umidade higroscópica do material para que se possa estimar a quantidade de água que deverá ser adicionada em cada determinação. Isto não dispensa o ensaio de determinação de umidade ao final da moldagem de cada amostra. 1.

Uma porcentagem inicial de água deverá ser adicionada à amostra para o primeiro ponto. A quantidade de de água deve deve ser 4 a 6% abaixo da umidade umidade ótima do solo que poderá ser estimada a partir do limite de plasticidade. Nota: Pode-se definir a umidade de início adicionando água ao solo aos poucos até que se verifique que é possível moldar um bolo de solo entre os dedos sem que o mesmo se despedace ou solte poeira.


2.

3. 4.

5. 6. 7. 8. 9.

Determinar o peso do molde sem o colar e a placa da base. Determinar também suas dimensões para calcular o volume do mesmo (deve-se escolher um molde que tenha aproximadamente 3 1000 cm ). Para o Proctor Normal compactar o solo solo no molde em três camadas e com com 25 golpes do soquete em cada camada. camada. Cuidados ao ao dividir as camadas, na distribuição dos golpes e na verificação altura de queda do soquete. Cuidadosamente retirar o colar e o excesso de solo acima da altura altura do molde com o auxílio de uma uma régua de aço. Retirar a base do molde e pesar pesar o molde com a amostra compactada. Nota: Ao preencher o molde com o solo deve-se certificar que o material não Ao ficará abaixo da borda do molde e nem nem mais que que 5 mm acima. Caso isto aconteça deve-se refazer a compactação com aquela umidade. Retirar o solo de dentro do molde com o extrator, tomar uma amostra deste material e outra do que sobrou da moldagem para determinação da umidade de compactação. Quebrar o solo moldado e passar novamente pela peneira n o 4. Adicionar mais 2% de água (com relação ao peso original da amostra de 3,0 kg) e fazer a homogeneização cuidadosa cuidadosa do material. Repetir dos itens 3 a 6 até que que se se obtenha um número número mínimo de 5 pontos pontos em que 2 estejam abaixo, 2 acima e 1 em torno da umidade umidade ótima. Calcular os pesos específicos secos e as umidades para cada determinação e traçar a curva de compactação. Determinar a densidade real do solo. Caso isso não seja feito, estimar estimar o valor de Gs e então determinar-se a curva de saturação.

Apresentação dos Resultados i. ii.

iii.

Apresentar como resultado do ensaio: a curva de compactação, a curva de saturação e o valor do grau de saturação encontrado para a umidade ótima do solo. (Opcional) Com base no valor de Gs encontrado no item 9 o aluno poderá apresentar o cálculo dos índices de vazios da amostra compactada para cada ponto da curva de compactação e então apresentar a curva de índice de vazios x umidade. Isso poderá ser feito no mesmo gráfico da curva de compactação, tomando como eixo das ordenadas (índice de vazios) o lado direito do gráfico. Com a classificação deste solo, fornecida em aula, estabeleça grau(s) de compactação para um aterro de 10 metros de espessura que deverá ser construído sob uma área onde será construída uma subestação de energia elétrica. elétrica. Especifique também o equipamento, o número de passadas passadas e a espessura com que deverão ser compactadas as camadas do aterro.

BIBLIOGRAFIA CASTELLO, R.R. (1998) – Obras de Terra e Compactação – Apostila do Curso de Mecânica dos Solos II da UFES.


8. ENSAIO DE ÍNDICE DE SUPORTE CALIFORNIA CALIFORNIA (ISC) (NBR 9895/87) CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR) INTRODUÇÃO O CBR determina o valor relativo de suporte dos solos através de ensaios com amostras deformadas, moldadas na umidade ótima obtida do ensaio de compactação realizado previamente no material. É um ensaio de de grande valor na técnica técnica rodoviária, é a base do dimensionamento de pavimentos flexíveis. Padronizado pelo Departamento de Estradas e Rodagens no seu DPT-M-50-64.

DISCUSSÕES GERAIS O CBR mede a resistência do solo sob condições controladas de umidade e densidade. O ensaio leva a um número de capacidade capacidade de suporte (CBR), (CBR), que não é uma constante para o solo, pois aplica-se a uma condição bem definida de moldagem do material.

EQUIPAMENTOS Balança com capacidade de 20 kg, sensível a 5 g; Peneiras com abertura de malha de 19 e 4,76 mm; Estufa (105 a 110) o C; Almofariz e mão de gral; Cápsulas metálicas; Cilíndrico com 15,27 cm de diâmetro interno e 17,78 cm de altura (ver figura 1); Cilindro complementar com 5,08 cm de altura e diâmetro interno de 15,27 cm(ver figura 1); Prato da base perfurado com 24 cm de diâmetro e com dispositivo de fixação do molde cilíndrico; Disco espaçador maciço de aço com 15,08 cm de diâmetro e 6,35 cm de altura(ver figura 1); Soquete cilíndrico para compactação, com altura de queda de 45,72 cm, 4,5 kgf de peso e 5,08 cm de diâmetro; Prato perfurado com 14,92 cm de diâmetro e 5 mm de espessura, com haste central ajustável, constituída de uma parte fixa rosqueada e camisa rosqueada internamente com a face superior plana para contato com o extensômetro; Tripé porta-extensômetro, com dispositivo de fixação do extensômetro; Disco anelar para sobrecarga, com 2,263 kgf de peso, diâmetro interno de 5,39 cm e externo 14,92 cm; Extensômetro com curso mínimo de 10 mm e graduação de 0,01 mm; Prensa para determinação do CBR (ver figura 1); Extrator de amostras; Tanque de imersão;


Papel filtro circular de 15 cm de diâmetro; Bandejas metálicas; Régua biselada; Espátulas; Proveta de vidro graduada.

Procedimento O ensaio compreende quatro fases: I) Preparação da amostras, II) Moldagem do corpo de prova, III) Expansão e IV) Penetração. I e II - Preparação e Moldagem da Amostra: Amostra: 1.

2.

3.

4.

A amostra de solo é seca ao ar, destorroada com a mão de gral, homogeneizada e quarteada. O material é passado na peneira de 3/4" (19,1 mm) donde se separa 6 kgf para o caso de solos argilosos ou siltosos e 7 kgf para o caso solos arenosos ou pedregulhosos. Determina-se a umidade higroscópica. A moldagem moldagem deve ser feita exatamente na umidade umidade ótima, determinada previamente por ensaio de compactação realizado na energia de compactação definida por norma, segundo segundo o tipo de obra. obra. Adiciona-se, então, a quantidade quantidade de água necessária necessária para que a umidade do solo atinja a ótima. Homogeneiza-se Homogeneiza-se a amostra com a água e procede-se a compactação compactação do solo dentro do molde. O solo é compactado em 5 camadas camadas aproximadamente iguais, utilizando-se o soquete de 4,53 kg, caindo de uma altura de 45,72 cm e aplicando-se o número de golpes em cada camada calculado a partir da energia de compactação desejada. A energia de compactação compactação deve ser a mesma mesma daquela utilizada no no ensaio de compactação referido no item anterior. Após a moldagem deve-se determinar a umidade de moldagem observando variação máxima de 0,5 ponto percentual da ótima.

III - Expansão da Amostra: Uma das vantagens deste ensaio é a possibilidade de determinação da expansão do solo compactado quando submetido a um acréscimo de umidade. Para isto a amostra compactada deverá ser imersa por um período de tempo suficiente para que seja atingida a saturação quase completa. Esta fase é também preparatória para a fase seguinte, onde efetivamente será determinado o valor da capacidade de suporte do solo. 1.

2.

Terminada a moldagem, remove-se o cilindro com o corpo de prova compactado da base e retira-se o disco espaçador. Novamente prende-se o molde com o corpo de prova à base, desta vez com o vazio deixado pelo disco espaçador virado para cima. Monta-se o aparato para medição da expansão da amostra no vazio deixado pelo disco. Este aparato consta de sobrecarga sobrecarga e extensômetro montado sobre um tripé que é apoiado na borda do cilindro.


3.

O conjunto conjunto é colocado no tanque tanque de de imersão imersão com com uma lâmina d'água de aproximadamente 1" acima da borda do molde que contém o c.p. compactado. O conjunto fica imerso durante 96 horas e devem ser feitas leituras de 24 em 24 horas.

A expansão varia com a natureza do solo. Por exemplo, os solos turfosos e argilosos (classificados pelo sistema HTRB como A-6, A-7, A-8) podem sofrer expansões superiores a 10 %. Existem especificações para o uso dos solos em construções de estradas e aeroportos tomando como base esta propriedade: base e sub-base: expansão máxima 1% subleitos: expansão máxima 3%

IV - Ensaio de Penetração: Após a fase de imersão submete-se submete-se o solo compactado, compactado, confinado pela sobrecarga, a um esforço de penetração aplicado por um pistão de 4,96 cm de diâmetro aplicado a uma velocidade constante de 0,05"/min. A penetração do pistão provoca provoca uma ruptura localizada localizada na superfície da amostra e as tensões de penetração são lidas em um anel dinamométrico fixo que é ligado ao pistão. Estas leituras de tensão são feitas para valores pré-definidos de penetração do pistão no solo. Para se controlar as deformações de penetração, utiliza-se um segundo extensômetro apoiado sobre a borda do molde com a amostra compactada. Nesta fase, o procedimento será: 1.

2. 3. 4.

Completadas as 96 horas, anota-se anota-se o valor final da expansão expansão dado no extensômetro e retira-se a amostra de dentro do tanque de imersão. Desmonta-se o aparato montado para medição da expansão da amostra e deixa-se escorrer o excesso de água por 15 minutos. Recoloca-se a sobrecarga diretamente sobre o solo compactado e leva-se o conjunto para a prensa do CBR. Zeram-se os extensômetros do anel dinamométrico e das deformações. Aplica-se a velocidade de 0,5‟‟/min e iniciam-se as leituras. Fazem-se as leituras no anel dinamométrico a medida em que as deformações pré-fixadas para as penetrações forem sendo acusadas no extensômetro das deformações.

Apresentação dos Resultados e Cálculos : Calcula-se as pressões de penetração multiplicando-se as leituras do anel por sua constante. Representa-se graficamente os valores obtidos de Pressão de Penetração x Penetração do pistão no solo, resultando resultando numa curva. curva. Observar então o formato da curva, se ela apresentar algum ponto de inflexão deve-se fazer uma correção como apresenta-se na figura 2 a seguir. Calcula-se a relação entre a pressão de penetração no solo ensaiado e numa brita padrão para os valores valores de penetração penetração de 0,1" e 0,2". O maior dos dois valores será o CBR do solo.


Valores Típicos: Na tabela abaixo apresentam-se os valores de CBR exigidos para especificação de pavimentos rodoviários. Apresentam-se também os tipos de solos que tipicamente os fornecem (símbolos do Sistema Unificado de Classificação - SUC e do Highway Research Bureau – HRB). CBR % 0 – 3 3 – 7 7 – 20

Qualidade do Uso Solo muito pobre sub-grade pobre a sub-grade regular regular sub-base

20 – 50 > 50

bom excelente

Classificação SUC OH, CH, MH, OL OH, CH, MH, OL

OL, CL, ML, SC, SM, SP GM, GC, SW, SM, base, sub-base SP, GP base

GW, GM

HRB A-5, A-6, A-7 A-4, A-5, A-6, A-7 A-2, A-4, A-6, A-7 A-1-b, A-2-5, A-3, A-2-6 A-1-a, A-2-4, A-3

9. ENSAIO DE ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAL (MB-3336/1990) ENSAIO ENSAIO OEDOMÉTRICO OBJETIVO Determinar parâmetros de compressibilidade unidimensional unidimensional de solos saturados, quais sejam: c v (coeficiente de adensamento), Cc (coeficiente de compressão), p‟ (tensão de pré-adensamento). Pode-se também aplicar este ensaio na determinação de parâmetros similares de solos não saturados, mas neste caso o ensaio será denominado de compressão unidimensional , pois não há adensamento em solos não saturados.

INTRODUÇÃO Quando um solo é submetido a um acréscimo de carga, ocorrerá um reajuste na estrutura do mesmo, o que pode ser considerado como uma deformação plástica com uma correspondente correspondente redução redução de vazios. vazios. Uma pequena parte desta deformação será elástica (recuperada quando se retira a carga), o que comparando-se ao baixo valor do módulo de elasticidade dos solos considerados, é desprezível. Quando uma carga é aplicada a um solo não coesivo (granular) seco, parcialmente saturado ou saturado, ou mesmo a um solo coesivo seco, o processo de desenvolvimento das deformações plásticas ocorrerá em um curto intervalo de tempo, o que pode ser ser considerado praticamente praticamente instantâneo. instantâneo. O fluido nos poros dos dos solos


secos (ar) tem baixa viscosidade, é facilmente compressível e o solo não oferece resistência à saída de ar de seus seus poros. Nos solos granulares granulares saturados, o valor da permeabilidade k será será tão elevado que a água dos poros pode escapar rapidamente. No caso de um solo coesivo parcialmente saturado ou saturado, o tempo para que toda a deformação plástica ocorra é muito maior e depende de alguns fatores, quais sejam: 1. Grau de saturação, 2. Coeficiente de permeabilidade, 3. Propriedades do fluido dos poros, 4. Comprimento do caminho que deverá ser ser percorrido pelo pelo fluido para para encontrar equilíbrio. Portanto as deformações plásticas e a conseqüente redução de vazios (recalques) são função do tempo e seu tratamento matemático encontra-se desenvolvido na literatura. No entanto, vale relembrar alguns conceitos. Quando um carregamento  p é aplicado é aplicado a um solo coesivo saturado, saturado, confinado por um anel de metal, a tensão aplicada será absorvida inicialmente pela pressão na água nos poros, que sobe instantaneamente e o excesso de pressão neutra gerado terá valor igual ao da carga aplicada  p. p. Quando um baixo coeficiente de permeabilidade existe, o fluxo de água não poderá se estabelecer instantaneamente e como as deformações plásticas só se darão pela redução de vazios, será necessário que alguma alguma quantidade quantidade de água saia saia para as deformações deformações tomem lugar. Este processo de deformações, acompanhado por dissipação contínua de pressão neutra e transferência para tensão efetiva é que se chama adensamento. adensamento. Uma fluxo lento de água se estabelece na(s) fronteira(s) entre a camada de solo saturado e a camada drenante. Um gradiente hidráulico (diferença de excesso de pressão neutra entre as duas camadas) faz com que se estabeleça este fluxo, que será função da permeabilidade do solo e sua velocidade respeitará a l ei de Darcy (uma das hipóteses da teoria de Terzaghi).: 

v = k.i

A dissipação do excesso de pressão neutra, gerado pela aplicação do carregamento, ocorrerá mais rapidamente nos pontos pontos mais próximos à fronteira drenante, fazendo com com que a pressão pressão na água água dos poros caia a zero. Conforme se distancia da fronteira drenante, a redução do excesso de pressão será mais lenta. Portanto, pode-se concluir que a dissipação da pressão neutra é função do tempo e da distância do ponto considerado à superfície drenante ( z e e t ). ). Como as deformações só se processarão com a expulsão da água dos poros, já que o solo está saturado, os recalques também serão função de z e t . Nesta fase o adensamento é denominado excesso de pressão na na água voltar ao ao valor inicial (zero). primário e primário e ocorre até que o excesso A compressão primária decorrente é calculada a partir da determinação d eterminação em laboratório da relação e x log  ’ ’. A variação de tensões que o solo sofrerá pela aplicação do carregamento e a conseqüente variação no índice de vazios servirá a este cálculo. A partir do resultado do ensaio de adensamento unidimensional pode-se também avaliar a taxa de ocorrência dos recalques com o tempo. Para isto determinase o coeficiente de adensamento c v. Na realidade, deformações adicionais continuam ocorrendo depois do adensamento primário, provenientes do adensamento do adensamento secundário que secundário que ocorre quando o excesso de pressão neutra está muito próximo de zero. zero. As deformações ão será aqui transcrita a solução matemática do problema do adensamento unidimensional. O aluno poderá ler na apostila de Mecânica dos Solos I – Compressibilidade e Recalques, da Prof a.Gláucia Lima.



N


correspondentes ao adensamento secundário podem ser muito significativas no valor da deformação total que o solo sofrerá. sofrerá. Isto será função das das propriedades do do material e do nível das tensões aplicadas. aplicadas. Algumas teorias para o cálculo cálculo do recalque recalque secundário vêm sendo desenvolvidas, mas seu uso ainda está em fase de pesquisas e o que correntemente se faz é a aplicação do coeficiente C , obtido a partir da representação logarítmica (de Casagrande) das deformações x log do tempo, tempo, para o cálculo da compressão secundária. secundária .

DISCUSSÕES GERAIS O ensaio de laboratório é unidimensional, ou seja, um anel de metal confina a amostra e isto garante que não haverá movimento lateral do solo e todo fluxo de água ocorre na direção vertical (hipóteses da da teoria de Terzaghi). Terzaghi). Na situação de campo deverá existir certo fluxo na direção horizontal e também deformações, mas este efeito não é considerado no cálculo, mesmo nas situações onde claramente se observa que o processo é tridimensional. Nestes casos o estudo unidimensional será será apenas uma estimativa limite e deve ser considerado com cautela. De maneira simplificada e na maioria das situações é válida a aplicação dos parâmetros unidimensionais para a previsão dos recalques, especialmente quando se tem grandes áreas carregadas. O ensaio de laboratório é realizado em uma amostra de 20 a 40 mm de espessura em um anel de metal de 45 a 113 mm de diâmetro. Os diâmetros mais usados são de 63 mm e 113 mm. O anel pode ser fixo ou móvel, móvel, onde o fixo pode ser usado para medir a permeabilidade do solo e o móvel tem a vantagem de reduzir o efeito do atrito lateral solo/anel, que reduz reduz o valor valor da tensão vertical vertical aplicada. Pela representatividade, desde que o efeito de amolgamento causado pela preparação da amostra seja o mesmo, pode-se dizer que as amostras maiores fornecem resultados mais confiáveis. É recomendável que os anéis possuam relação diâmetro/altura no mínimo de 2,5 (preferencialmente 3,0). A escolha do tamanho do anel a ser utilizado utilizado deverá ser feita em função do tipo de amostra disponível. disponível. Para o caso de amostras em em tubos de de paredes finas, tipo “shelby”, sempre devem ser usados anéis com diâmetr o inferior ao do tubo, com uma folga mínima de 6 mm entre o anel e a parede interna do tubo amostrador. Os ensaios de adensamento são, em sua grande maioria, realizados no equipamento convencional, que possui poucas adaptações em relação ao originalmente proposto por Terzaghi. Este equipamento não permite o controle de saturação e nem de pressões neutras durante o adensamento. Entretanto, o acompanhamento das pressões neutras com o tempo não é essencial para a realização do ensaio, pois ao se admitir a linearidade entre a variação do índice de vazios e as tensões efetivas (hipótese da teoria de Terzaghi), existirá também linearidade entre a dissipação de pressões neutras e as deformações. O ensaio de adensamento convencional, estabelecido em norma, é feito através da aplicação de incrementos de carga de duração de 24 horas cada, onde as deformações são monitoradas monitoradas de forma contínua. contínua. Os incrementos de carga seguem a seqüência de: 0.125, 0.25, 0.50, 1.0, 2.0, 4.0 e 2 8.0 kgf/cm para solos moles normalmente adensados adensados ou pouco pouco pré-adensados. Pode2 se levar as tensões até 1,6 e 3,2 kgf/cm em solos fortemente pré-adensados. Contabilizando-se um dia para cada incremento de carga, o ensaio terá duração de no mínimo uma semana!


Outras seqüências de carregamento podem ser adotadas em função do tipo de solo e do nível nível de tensões desejado. Não devem ser usados incrementos incrementos de carga carga muito grandes, pois pode-se atingir a resistência interna do solo e o mesmo não suportar o carregamento. Razões incrementais de tensão (/) de 1,0 são recomendáveis.

EQUIPAMENTOS Oedômetro; Extensômetro com precisão de 0,01 mm; Prensa; Cronômetro; Aparador de amostras, quando quando for o caso; Extrator de amostras, vertical de preferência, quando for o caso; Pedra porosa; Célula de adensamento; Anel de adensamento. adensamento.

PROCEDIMENTO O ensaio pode ser feito em amostras saturadas de qualquer natureza, amolgadas ou indeformadas. Ressalva deve ser feita quanto às amostras de alta permeabilidade, como areias e solo não-saturados porosos, em que a compressão será tão rápida que após poucos segundos a leitura das deformações permanecerá praticamente constante. Antes de se iniciar o ensaio deve-se deve-se decidir qual será a seqüência seqüência de carregamento a ser adotada, se a convencional atende às necessidades necessidades de projeto ou se deverá ser modificada. Além da seqüência convencional convencional de carregamento pode ser feito um estágio de descarregamento, com a finalidade de se determinar um laço na curva e x log  ‘.‘. Este laço deverá ser feito com um ou mais estágios de descarregamento, para tensões no trecho de compressão virgem, permitindo-se a expansão do corpo de prova até a estabilização. Após estabilizada a expansão, volta-se à carga anteriormente aplicada e procede-se o restante da seqüência de carregamento. O procedimento de ensaio envolverá, então, os seguintes passos: 1.

Antes de ser realizado o ensaio, o laboratorista deve fazer a preparação de todo equipamento: verificar as condições da prensa e fazer os ajustes necessários, verificar o extensômetro a ser utilizado (sensibilidade mínima de 0,01 mm/div.),


2.

3.

3.

4.

5.

6.

saturar as pedras porosas em água destilada, separar os conjuntos de pesos que serão usados em todos os incrementos de carga e deixá-los à mão. Passar à moldagem da amostra. Primeiramente mede-se o diâmetro e a altura do anel de adensamento adensamento com um paquímetro paquímetro e determina-se seu peso. Lubrifica-se Lubrifica-se a parede interna do anel com vaselina de silicone Retira-se do tubo “shelby” uma quantidade de amost ra suficiente para o ensaio. e cuidadosamente inicia-se a moldagem da amostra diretamente no anel de adensamento. Pesa-se o anel com a amostra e das sobras da moldagem tomamse duas amostras, uma para a determinação da umidade e outra para determinação de G s. Cuidadosamente coloca-se a amostra amostra com o anel anel dentro dentro da célula de adensamento sobre uma pedra porosa saturada e uma lâmina de papel filtro entre a amostra e a pedra. pedra. A seguir coloca-se coloca-se uma outra lâmina de papel filtro e a placa de carregamento, que tem uma pedra porosa acoplada. Deve-se se assegurar de que a pedra porosa superior entre livremente no anel para que o ensaio possa ser conduzido satisfatoriamente. Coloca-se a célula de adensamento na prensa, posiciona-se o extensômetro na leitura máxima (deve-se usar um extensômetro que tenha curso mínimo de 12 mm) e equilibra-se o braço da prensa. Aplica-se o primeiro estágio de carregamento que funciona como uma uma carga de ajuste, ou pré-carga, que quase nunca fornece resultados satisfatórios para cálculo de parâmetros. Este primeiro carregamento carregamento pode ser de 0,0625 kgf/cm 2 (para solos moles) a 0,125 kgf/cm2 (para solos médios a rijos). Após deixar o primeiro carregamento sobre o solo por tempo suficiente para estabilização das deformações (pode ser até menos que 24 horas), aplica-se o primeiro incremento de carga e simultaneamente iniciam-se as leituras no extensômetro nos tempos indicados na seguinte seqüência:

0, 0.25, 0.5, 1, 2. 4, 8, 15, 30 minutos, 1, 2, 4, 8, 24 horas. A duração dos incrementos de carga pode ser variável para mais ou para menos de 24 horas. Incrementos que que durem o tempo suficiente suficiente para que que se efetive o final do primário também são permitidos, basta que se acompanhem as deformações pela construção gráfica de Taylor (como a figura da página 33) e então realizar o próximo carregamento assim que ocorrer a leitura correspondente ao final do primário. Ao se completar o tempo de um incremento faz-se a leitura final (24 horas) no extensômetro. Esta será a leitura inicial do próximo incremento. Aplica-se o próximo carregamento com o cuidado de se acionar o cronômetro simultaneamente à aplicação da carga. Se for necessário apresentar um laço na curva e x  v v ’,’, como indicado na figura, deve-se retirar parte ou toda carga da amostra no segundo ou terceiro incremento dentro do trecho de compressão virgem virgem do solo. Só deverá ser procedido o recarregamento quando for observada estabilização na expansão da amostra. Ao final do ensaio desmonta-se o aparato aparato e leva-se leva-se a amostra amostra com com o anel para a estufa para se determinar a umidade final e o peso de sólidos.

RESULTADOS E CÁLCULOS


1. Dados da amostra: peso, dimensões (altura e diâmetro), e umidade da amostra, para que o índice de vazios inicial (e i), a área da seção (A) e a altura inicial sejam estabelecidos (H i). Wt t

Vt

S. e o

,

t d

s

1 w

G. w

1 eo

eo

Saturaç ão

2. Gráficos que mostrem relações entre Índice de vazios (ou deformção vertical) x tensão vertical efetiva: A curva e x v‟ pode ser calculada para o índice de vazios ao final de cada estágio (24 horas e para o final do adensamento primário) 3. Deformação da amostra com o tempo para cada incremento de carga. Cálculo do Coeficiente de Adensamento - cv. As leituras de deformação x tempo são tempo são feitas para cada incremento e devem ser representadas em gráficos segundo Casagrande (logaritmo de t) ou Taylor ( t). A partir dessas representações são determinados os tempos e leituras correspondentes a 0, 50, 90 e 100 % de adensamento, que são usados no cálculo de c v para cada incremento de carga. carga. O método mais usado usado é o de Casagrande, Casagrande, mas o método de Taylor também dá bons resultados e pode resultar até em valores de c v maiores. Além disso o método de Taylor permite a previsão do final do primário durante o ensaio, o que pode ser de grande valia quando se deseja realizar carregamentos em tempos inferiores a 24 horas, ao final do primário de cada incremento. Os métodos de cálculo de c v estão apresentados na apostila de Compressibilidade e Recalques de Mecânica Solos I, referida na nota de rodapé número 1. Esta apostila deverá consultada para o cálculo do ensaio. Obtidos os resultados para l 50 (leitura correspondente a 50 % de deformação) pode-se calcular o valor da altura do corpo de prova para 50 % de deformação (h 50) da seguinte maneira: h50 = hi - (li - l50)/100, Esta equação é usada para o caso de extensômetro em que cada divisão equivale a 0,01mm. O termo entre parênteses é a deformação deformação total da da amostra (h) desde o início do ensaio, l i é a leitura do extensômetro no início do ensaio (carga na amostra = 0) e hi a altura do anel. A altura 50 % será a altura da amostra a ser utilizada para cálculo da distância de drenagem na determinação do c v tanto para o método de Casagrande, quanto para o de Taylor. O valor de c v será dado por: cv cv

0,848. ( H 50 ) 2 t 90

0,197. ( H 50 ) 2 t 50

Método todo de Tayl Taylor or Método de de Casagra Casagrande nde

onde t50 e t90 são os tempos para 50 e 90% de adensamento tirados dos gráficos de leitura versus log de t e leitura versus t, respectivamente. Os valores do fator tempo (0,848 e 0,197) usados nas equações acima são os fornecidos pela solução da teoria de Terzaghi para o adensamento unidimensional, como na tabela a seguir.

Grau de Adensamento em Função do Fator Tempo (segundo a solução de Terzaghi)


U (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tv 0.000 0.048 0.090 0.115 0.207 0.281 0.371 0.488 0.652 0.933 

Do gráfico de leitura do extensômetro versus logaritmo versus logaritmo do tempo pode-se calcular o coeficiente de compressão secundária C . Alguns autores afirmam que o valor deste coeficiente é aproximadamente constante. Na realidade ele pode ser considerado considerado constante para a estimativa estimativa do recalque secundário de obras de engenharia usuais, mas quando o solo possui um efeito secundário muito marcante deve-se fazer um estudo mais pormenorizado pormenorizado do problema. problema. Na realidade ainda são necessárias necessárias verificações de campo campo para que conclusões mais precisas possam possam ser tiradas. C  é calculado por: e log t

C

e log

t2 t1

Esta equação reflete nada mais que a inclinação do trecho final da curva de deformação x log do tempo. tempo.

4. A permeabilidade pode ser determinada pela equação: k

w

.mv . cv

Onde o módulo de deformação volumétrica é: mv

e

1 , 1 e 100

e 100

eo

e

Na equação anterior,  é o acréscimo de carregamento aplicado e e é a variação de índices de vazios total ocorrida no estágio e é calculada como sendo: e 1

eo

h Hi

onde eo é o índice de vazios e H i a altura do c.p. definidos no item 1. O valor de h é calculado como indicado anteriormente (a partir das leituras do extensômetro).

5. Determinação da tensão de pré-adensamento na curva e x v‟ para o final do primário. Pode-se calcular a tensão de de pré-adensamento na curva e x v‟ de 24 horas


afim de se comparar o efeito do envelhecimento das argilas na geração de préadensamento. A seguir apresenta-se um exemplo de como deve ser calculado o ensaio de adensamento.

EXEMPLO DE CÁLCULO DE UM ENSAIO DE ADENSAMENTO Seja um ensaio de adensamento realizado cujos dados da amostra são: Diâmetro do anel: 76 mm Altura do anel: 18,80 mm Massa do anel: 91,8 g Anel + amostra úmida (inicial): 275,9 g Umidade inicial: 17,3% Gs: 2,70 Índice de vazios inicial: 0,467 (calculado) Cálculos Para cada incremento de carga (ou estágio de carregamento) deve-se calcular: a) as alturas do corpo de prova inicial, a 50% de adensamento, a 100% de adensamento e a 24 horas; b) os índices de vazios inicial, a 100% de adensamento e a 24 horas; c) os valores do coeficiente de adensamento (c v), do coeficiente de variação volumétrica (mv) e da permeabilidade (K). onde: h= h0 - h ou então: h= h0 - (l0 - lf ) / 100 e= e0 - e e= e0 - h  (1 + e0) , onde: h0 h é o recalque total do estágio considerado h0 Obs: l0,h0 e e0, são as leitura do extensômetro, a altura do corpo de prova e o índice de vazios no início do ensaio, respectivamente. Tendo-se os dados das leituras do extensômetro e do tempo, para cada estágio de carregamento fazem-se as curvas leitura x tempo, onde as abscissas podem ser log do tempo ou raiz quadrada quadrada do tempo. Para o ensaio deste deste exemplo exemplo será feita a representação raiz de t (método de Taylor) apenas para o incremento de 100 para 200 kPa (1 para 2 kgf/cm 2).


Incremento de carga de 100 - 200 kN/m2 (1 - 2 kgf/cm2) Construção Gráfica de Taylor 70,4 l o = 70,3

0%

CURVA DE LABORATÓRIO

x

1,15.x

l 90 = 57,7

90%

l 10 = 56,3

100%

t 90 = 10,2min

t 10

t


A partir do gráfico: li= 90,00 l0= 70,30 l100= 56,30 l24h= 45,60 t90= 10,2 min

a) Cálculo de h: h0= 18,80 - (90,00 - 70,30) / 100 h0= 18,60 mm h100= 18,80 - (90,00 - 56,30) / 100 h100= 18,46 mm h24h= 18,80 - (90,00 - 45,60) / 100 h24h= 18,36 mm

b) Cálculo de e: e0= 0,467 - { [ (18,80 - 18,60)/18,80 ]  1,467 } e0= 0,451 e100= 0,467 - { [ (18,80 - 18,46)/18,80 ]  1,467 } e100= 0,440 e24h= 0,467 - { [ (18,80 - 18,36)/18,80 ]  1,467 } e24h= 0,433

c) Cálculo de Cv: Cv= (0,848  H502) / t90 H50= (18,60 + 18,46) / 4 H50= 9,27 mm Cv= (0,848  9,272)  10-2/ (10,2  60) Cv= 1,191 10-3 cm2 /s

41


d) Cálculo de K: k= w  mv  Cv mv= [(0,451 - 0,440) / (2-1)]  1 / (1 + 0,451) mv= 7,581  10-3 / kgf/cm2 k= 1  7,581  10-6  1,191  10-3 k= 9,029 10-9 cm/s

42


10. ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO DISCUSSÃO GERAL O ensaio de cisalhamento direto relaciona diretamente tensões normal e cisalhante, que são aplicadas a um corpo de prova confinado em uma caixa bipartida. Quando este corpo de prova é levado à ruptura o par de valores tensão de cisalhamento tensão normal (no plano de ruptura) define um ponto sobre a envoltória de tensões do solo. Pode-se definir a envoltória de resistência de um solo qualquer aplicando-se diferentes valores de tensão normal a várias amostras do solo, medindo-se sua resistência e então marcar num gráfico de  x  os pares de valores determinados em cada amostra. O ensaio caracteriza-se por impor um plano de cisalhamento ao corpo de prova. O princípio é bastante simples e consiste em mover uma porção de solo sobre a outra aumentando a força horizontal e mantendo constante a carga aplicada normalmente ao plano de movimento. 1

2 N PENDURAL

5

 4 MOTOR

 3

TRILHO

AMOSTRA AMOSTRA DE SOLO SOLO

Onde:

1. Extensômetro para medir as deformações verticais. 2. Força normal aplicada por um pendural dada por: N 

 N A

b

, onde b é o braço compensador compensador do pendural pendural completo e é igual a 5.

3. Extensômetro para medir deformações horizontais. 4. Plano de cisalhamento do corpo de prova. 5. Anel dinamométrico e extensômetro para para medir a força cisalhante, T. A força normal é perpendicular ao plano de movimento e, conseqüentemente conseqüentemente aplicada no sentido vertical através de um pendural. Dois tipos de pendural podem ser usados, dependendo do nível de tensões desejado pode-se usar o pendural simples ou o completo. Os ensaios de cisalhamento direto podem ser realizados das seguintes formas: UU (não-adensado, não-drenado), CU (adensado, não-drenado), CD (adensado,

43


drenado). Para solos não coesivos ensaiados à mesma tensão normal, todos os três tipos darão resultados semelhantes, não não importando se o solo seja saturado saturado ou não. Para solos coesivos, os parâmetros do solo são fortemente influenciados pelas condições de drenagem, pelo grau de saturação e pelas condições de pré-adensamento.

EQUIPAMENTOS

 Máquina de cisalhamento direto.  Caixa de cisalhamento.  Balança.  Talhador.  Estufa.  Cápsulas. PROCEDIMENTO Preparação Da Amostra A amostra pode ser indeformada ou amolgada. Se for amostra indeformada, a moldagem será feita através do uso de um anel de seção seção quadrada, igual igual à seção da caixa de cisalhamento (5 5 ou 10 10), no caso de solos coesivos.. Para o caso de solos não coesivos deverá ser moldada uma amostra de pequena espessura dentro da caixa de cisalhamento nas condições desejadas de compacidade. Para tanto, de posse do peso específico desejado e arbitrando-se um volume, calculamos o peso de solo necessário para tal compacidade. Por tentativas vai-se moldando amostras até que seja alcançada a condição desejada. Observação: As Observação: As condições desejadas de compacidade podem ser determinadas para o caso de situação in situ, através situ, através de resultados de ensaios de campo, como o CPT e o SPT. Antes de passar ao procedimento do ensaio, deve-se fazer uma inspeção cuidadosa do equipamento, selecionar o anel dinamométrico adequado, verificar os extensômetros, separar os pesos para a aplicação da tensão normal e escolher as partes da caixa de cisalhamento que serão usadas. Dependendo do solo a ser ensaiado e das condições de drenagem que serão adotadas, poderá ser necessário o uso de pedras porosas que deverão ser adequadamente saturadas. Também deverão deverão ser selecionadas selecionadas as engrenagens engrenagens que que fornecerão a velocidade de cisalhamento para que o ensaio seja drenado ou não drenado. A escolha da velocidade de cisalhamento é função da permeabilidade e do coeficiente de adensamento do solo. Para solos coesivos, se o cisalhamento for não drenado ou drenado, a velocidade a ser adotada deverá ser calculada considerando estes parâmetros. Abaixo passa-se ao procedimento: procedimento: 



-

Consultar Apêndice Consultar Apêndice da da apostila de Resistência de Resistência ao Cisalhamento, Cisalhamento, Professor Reno Reine Castello.

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1.

2. 3.

4. 5.

6.

7.

Pesar o corpo de prova: prova: a amostra moldada, no caso de solo coesivo, ou a quantidade de solo necessária à moldagem, no caso de solo não coesivo. Anotar o valor do lado da caixa de cisalhamento (l) e o valor da altura do corpo de prova (h). Montar a caixa de cisalhamento e prender prender a parte superior superior da caixa da cisalhamento à parte inferior através dos dois parafusos de f ixação. Para o caso de solos solos coesivos, colocar o corpo de prova no anel anel superior superior de cisalhamento, deixando-o bem ajustado e comprimir (com leve pressão manual) o bloco de carregamento fazendo com que o corpo de prova venha se apoiar na peça dentada no fundo da caixa. Acertar os extensômetros horizontal, de medida de deformações cisalhantes, e vertical, de medida de de deformações normais. Verificar e ajustar as engrenagens corretas do motor. Retirar os parafusos verticais de fixação e aplicar o carregamento normal. Se esta fase for adensada, deve-se permitir então que se processe o adensamento, anotando-se as deformações verticais até que se verifique ao menos 95% de adensamento. Caso seja não adensada, a aplicação do esforço de cisalhamento deve ser ser imediata. A não ser que o solo seja não coesivo, quando quando estas estas observações em nada influenciam. Separar as duas partes da caixa de cisalhamento, mantendo o corpo de prova apoiado no fundo do anel. Para isso retire os dois parafusos verticais de fixação e dê um giro os dois parafusos de levantamento, com isso levanta-se a parte superior da caixa da quantidade necessária. Soltar os parafusos de levantamento e iniciar a aplicação do esforço horizontal de cisalhamento. Fazer leituras em intervalos regulares de tempo, nos extensômetros vertical, horizontal e do anel dinamométrico. As leituras deverão ser feitas de modo que se possa definir bem a ruptura (queda no valor lido no anel dinamométrico) ou até o curso máximo da caixa de cisalhamento, caso o valor lido no anel dinamométrico não sofra redução.

São feitas no mínimo três determinações para tensões normais diferentes, resultando em três pares de valores de tensão normal - tensão ao cisalhamento na ruptura. A relação entre estes valores definirá a envoltória de resistência do solo ensaiado, donde se obtém os parâmetros de c e .

CÁLCULOS 1. Correção da área do corpo de prova: A  A0  bH 2. Cálculo das deformações e tensões normais e horizontais: h e v - deformações (horizontal, vertical): variações das dimensões do corpo de prova (horizontal, vertical) dividida pela dimensão correspondente. T - esforço cisalhante: leitura no extensômetro do anel dinamométrico  fator do anel. - tensão cisalhante:

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 

T A

3. Desenho dos gráficos de x h (tensão de cisalhamento  deformação horizontal), x (envoltória de tensões do v x h (deformação vertical  deformação horizontal) e solo ensaiado). 4. Determinação de (ângulo de atrito) e c (coesão) do solo. OBSERVAÇÕES Vantagens do ensaio: Ensaio simples. A espessura do corpo de prova é pequena, logo o tempo de drenagem é menor que no ensaio triaxial. Caixa quadrada, sendo fácil apurar a redução na área durante o ensaio. Os parâmetros do solo obtidos por este ensaio são aproximadamente tão confiáveis quanto os valores obtidos pelo triaxial. A espessura do corpo de prova é pequena, logo o tempo de drenagem é menor que no ensaio triaxial.

Desvantagens do ensaio: 1. Ruptura se dá num plano pré-determinado, pré-determinado, que não necessariamente necessariamente é o de maior fraqueza da amostra, logo a resistência ao cisalhamento obtida poderá ser maior que a real. 2. Deformações não uniformes. 3. Não é possível possível determinar determinar o valor do módulo de elasticidade. 4. Amostras pequenas, logo erros de preparação tornam-se relativamente importantes.

11. ENSAIO DE COMPRESSÃO SIMPLES (NBR 12770/1992) INTRODUÇÃO O ensaio de compressão simples é o método mais simples e rápido para determinar a resistência ao cisalhamento de solos coesivos e somente deste tipo de solo. O ensaio fornece o valor da coesão não drenada de campo do solo, denominada c u, para isso deve ser feito com amostra indeformada e conservando sua umidade natural. Pode ainda ser usado para amostras de solos compactados.

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O ensaio determina a resistência à compressão simples sem confinamento lateral, que é o valor da pressão correspondente à carga que rompe um cilindro de solo submetido à um carregamento axial. A resistência a compressão é o valor da carga máxima de ruptura do material ou o valor da pressão correspondente à carga na qual ocorre deformação específica do cilindro de 20 , naqueles casos em que a curva tensão x deformação axial não apresenta pico. A resistência ao cisalhamento não drenada, ou c u, é a metade da resistência à compressão simples. O valor medido de resistência neste ensaio é para a condição não drenada, pois o ensaio é realizado tão rapidamente que não há perda de umidade para o meio ambiente. O ensaio de compressão simples pode ser executado de duas maneiras:  Por deformação controlada: controla-se a velocidade de deformação do corpo de prova e mede-se a carga aplicada correspondente;  Por carga controlada: controla-se a carga aplicada ao corpo de prova e mede-se mede-se a deformação correspondente. No caso do ensaio por deformação controlada segue-se o procedimento apresentado a seguir..

EQUIPAMENTOS Máquina de compressão simples; Serra de arrame ou faca; Talhador de amostras; Berço de amostras; Paquímetro; Cronômetro; Balança; Cápsulas; Dissecador; Estufa; Extrator de amostras; Extensômetro; Anel dinamométrico; Prensa. * Para solos compactados pode-se usar molde de 5 por 10 cm, soquete e amostra preparada na umidade desejada ou então prepara-se a amostras usando o equipamento do ensaio de compactação e então procede-se a redução para as dimensões de 5x10 cm utilizando-se o talhador de amostras.

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PROCEDIMENTO a) Preparação da amostra: 1.

O corpo corpo de prova para o ensaio de compressão compressão simples pode ser obtido de uma amostra indeformada de solo contida no tubo Shelby ou bloco de amostra, ou podese ainda obtê-lo por compactação. 2. Retira-se uma porção da amostra amostra em questão questão com dimensões maiores que as requeridas para o corpo de prova. Leva-se a amostra para o talhador, onde reduz-se para o diâmetro desejado com auxílio da serra de arrame fino ou faca. Em seguida coloca-se no berço de amostras que tenha a altura e o diâmetro requeridos para o ensaio, cortando-se paralelamente as suas extremidades. 3. Deve-se tomar as medidas da altura e diâmetro finais do corpo de prova, sendo que o diâmetro deve ser a média entre as medidas das extremidades e do centro e a altura a média de pelo menos duas medidas. A relação entre altura e diâmetro deve estar entre 2 e 3. O b s e r v a ção : Para ensaios com corpos de prova compactados compactados a preparação preparação da amostra amostra deve seguir procedimento tal que, a partir do solo a ser usado na obra separe-se quantidade suficiente para a moldagem de pelo menos três corpos de prova em cada umidade desejada. desejada. A umidade pode ser variada de acordo acordo com a faixa de umidade de trabalho que o material vai ser submetido no campo.

b) Execução do ensaio: 4.

Coloca-se o corpo de prova na máquina de compressão coincidindo o seu eixo com o centro da placa de carregamento. 5. Zera-se os extensômetros (do anel dinamométrico e das deformações) e iniciar o carregamento. 6. Aplica-se a velocidade velocidade de cisalhamento cisalhamento escolhida para a ruptura ruptura através através da manivela da prensa. A velocidade deve ser tal que permita que o cisalhamento se realize sem perda de umidade, ou seja, não drenado. Além disso, o tempo total do ensaio deve ser aproximadamente 10 minutos. Geralmente a velocidade é fixada em 1 da altura da amostra por minuto, o que resulta num valor de 0.5 a 2/minuto. 7. Anotar os valores acusados nos dois extensômetros (de carga e de deformação) até que se verifique a ruptura do corpo de prova, caracterizada pela queda no valor lido no extensômetro do anel dinamométrico. Para o caso de não haver queda no valor do anel dinamométrico, a ruptura deverá ser considerada como sendo correspondente a uma deformação específica de 20 . Para uma melhor definição do gráfico de tensão axial x deformação, no início do ensaio deverão ser feitas leituras com maior freqüência. 8. Faz-se na folha de ensaio um croquis do corpo de prova após a ruptura. 9. Quando o corpo corpo de prova não for aproveitado aproveitado para execução de outros ensaios, colocar o mesmo em cápsula, pesar e secar em estufa a fim de determinar a umidade.

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CÁLCULOS

 Determinar a umidade (w), toma-se a média das determinações feitas para cada corpo corpo de prova.   

 Calcular a deformação axial específica:

 H H 0

.100%

 Onde:  = Deformação específica. H = Decréscimo de altura do corpo de prova. Ho = Altura inicial do corpo de prova. corrigida do corpo de prova pela pela fórmula: A  Calcular a área corrigida

A0

1 / 100 100

Onde: A = Área corrigida, em cm². A = Área inicial do corpo de prova, em cm².  = deformação def ormação específica. exercida sobre o corpo corpo de prova, devido a uma carga, carga, pela fórmula:  Calcular a pressão exercida p 

P A

Onde: p = Pressão, em g/cm² P = Carga aplicada ao corpo de prova, em gf A = Área corrigida do corpo de prova, prova, em cm²

 Sendo a carga aplicada determinada por meio de anel dinamométrico, deve-se multiplicar o valor lido pelo fator para se obter P. gráfico pressão/deformação pressão/deformação e retirar o valor da resistência à compressão.  Traçar o gráfico resistência à compressão traçar o circulo de Morh Morh e obter o valor da  Com o valor da resistência resistência ao cisalhamento. OBSERVAÇÕES A coesão não-drenada determinada pelo ensaio de compressão compressão simples é função da umidade do material, conforme se pode ver pelo resultado resultado do ensaio ensaio realizado. Isto porque o valor de resistência medido é dado por duas componentes: uma pela coesão verdadeira (propriedade do material argiloso ou cimentação do solo) e outra devido às pressões neutras neutras negativas negativas também chamada coesão coesão aparente. aparente. Para os solos mais secos observar um maior efeito da coesão aparente do que para solos mais úmidos.

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A velocidade de deformação do corpo de prova deve ser maior para solos moles, que apresentam grande deformação sob a aplicação de carga, e menor para solos duros e quebradiços, que apresentam deformação pequena sob a aplicação de carga. Pode-se citar alguns problemas neste ensaio tais como: impossibilidade de controle das condições internas (saturação, umidade, pressões neutras), efeito do atrito nas extremidades, efeito da amostragem e do amolgamento na determinação da coesão nãodrenada (ou resistência não-drenada) considerada a coesão in situ etc. Conforme se lê em PINTO,C.S.: “Teoricamente a resistência à compressão simples

de solos saturados deveria deveria ser igual à resistência resistência não-drenanda destes solos medida medida em ensaios triaxiais triaxiais tipo UU. UU. Ensaios de laboratório, entretanto, entretanto, têm demonstradoque demonstradoque a resistência à compressão simples é ligeiramente menor. menor. Tal fato é justificado pelo seguinte: com a redução redução da altura do c.p. e sendo o ensaio não-drenado o volume volume se mantem constante, portanto há há um aumento na área transversal transversal do c.p. Ora, isto introduz tensões de tração nas bordas do c.p. que não são resistidas, abrindo-se fissuras ao longo de geratrizes do corpo de prova, através das quais as tensões efetivas não se transmitem.”

Através de ensaios de compressão simples pode-se medir a sensitividade de argilas naturais. Uma argila é considerada considerada sensível quando quando se observa observa perda de resistência do material entre o estado indeformado e o estado amolgado.

Sensitividade

Classificação

1 1a2 2a4 4a8 >8

insensível baixa sensitividade média sensitividade sensíveis ultra sensíveis

O ensaio para a determinação da sensitividade deve ser feito com o mesmo material material, na condição indeformada e na amolgada apresentarão mesma umidade e mesmo índice de vazios. Não se deve deve confundir solo sensível sensível com solo colapsível. Neste último a perda de resistência ocorre com a saturação ou inundação. realizado em aula as amostras foram compactadas Ob s er v ação Fi n al : No ensaio realizado

em duas umidades diferentes, uma baixa (menor que a umidade ótima) e outra mais alta (acima da ótima). Os alunos devem devem observar a diferença de resistência e enumerar enumerar os motivos que causam essa diferença. Pode-se concluir concluir que que a resistência à compressão compressão simples de um solo é função da umidade?

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12. ENSAIO TRIAXIAL COM MEDIDA DE PRESSÃO NEUTRA (POROPRESSÃO) OBJETIVO Introduzir o estudante de engenharia aos conceitos e aplicações do ensaio triaxial, bem como aos procedimentos básicos para a obtenção dos parâmetros, c e , de um solo. Os métodos para a determinação de parâmetros para solos coesivos e não coesivos são similares, a não ser o processo de moldagem do corpo de prova que se diferenciam.

EQUIPAMENTOS Máquina de compressão (deformação controlada) Célula triaxial de vários tamanhos (amostras 3,5 x 7, 5 x 10 e 10 x 20 cm) Talhador de amostras (para amostras indeformadas) Molde para amostras (para amostras reconstituídas em laboratório ou compactadas) Membrana de borracha, encamisador, anéis de borracha e pedras porosas Bomba de vácuo Equipamento para aplicação de pressão constante (potes de mercúrio montados em torres ou compressores de ar)

INTRODUÇÃO Fazendo uma inspeção no equipamento triaxial pode-se concluir que qualquer estado de pressões neutras (de negativas a positivas), qualquer estado de tensões pode ser obtido com este este equipamento. equipamento. Condição drenada ou não drenada drenada pode ser ser investigada. Condição não drenada é realizada realizada com a abertura abertura da válvula válvula apropriada, permitindo-se que a água água da amostra saia. saia. Condição não drenada drenada será atingida com com o fechamento desta válvula e com isso nenhuma água sairá da amostra durante o ensaio. Para muitos a condição drenada será atingida apenas com a abertura da válvula, mas isso só será possível se a velocidade de aplicação for lenta o suficiente para que nenhum excesso de pressão neutra seja gerado. A amostra de solo para ensaio de laboratório representa um elemento de uma fundação, aterro, reaterro ou talude. A finalidade do ensaio é submeter a amostra a tensões e/ou deformações que simularão aquelas existentes ou que irão existir no campo. A partir dos resultados obtidos na amostra de laboratório o comportamento do elemento de campo é previsto. Portanto, é desejável desejável que o ensaio de laboratório duplique as condições de campo campo tão fielmente quanto quanto possível. O ensaio de compressão compressão triaxial foi desenvolvido com esta finalidade.

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Um ensaio triaxial pode pode ser realizado simulando simulando várias condições: condições: a pressão na célula correspondendo à pressão lateral no elemento de campo, a carga axial produz tensões cisalhantes às quais correspondem às tensões cisalhantes no campo, a drenagem da amostra pode ser controlada ou medida, a pressão neutra no interior da amostra pode ser calculada calculada ou medida. Por esses motivos o ensaio ensaio triaxial se tornou uma ferramenta popular e útil para determinação da resistência dos solos. Isto não significa dizer que o ensaio triaxial duplica perfeitamente as condições de campo. Atrito entre as placas placas de topo e base da amostra amostra e a necessidade necessidade de se se usar tensões laterais laterais iguais em todas as direções direções são algumas restrições. restrições. Contudo, em em ensaios de rotina, o triaxial continua sendo o mais usado. Três são os tipos mais comuns: UU, CU e CD. A não ser por pequenos pequenos detalhes cada tipo de ensaio tem basicamente o mesmo procedimento e, ainda considerando o tipo de solo, pode-se ter diferenças nos cuidados e forma de preparação das amostras quando se faz ensaios com argilas moles indeformadas, solos compactados, solos residuais parcialmente saturados, areias... Quanto aos resultados dos ensaios triaxiais, temos: 1. Para solos secos, não importa qual seja o tipo de ensaio (UU, CU ou CD) o resultado encontrado será basicamente o mesmo. 2. Qualquer solo saturado apresentará  = 0 o em ensaios UU. 3. Os valores dos parâmetros c e  encontrados, para um mesmo solo serão função do tipo de ensaio realizado e também se o solo é normalmente adensado, pré-adensado ou remoldado. Os parâmetros c e  são expressos em termos de tensões totais ou efetivas, dependendo se são calculados a partir da envoltória de tensões totais ou efetivas. Quando são efetivos costumam costumam ser chamados c‟ c‟ e „ e quando totais c e  (sem a linha). Se são realizados ensaios ensaios tipo CD os parâmetros encontrados são são efetivos, para ensaios UU e CU são totais. Para este último poderão ser calculados os parâmetros efetivos se o ensaio for realizado com medida de pressões neutras, podendo assim ser determinados os círculos de Mohr efetivos e a envoltória de tensões efetivas. Os parâmetros efetivos do solo podem também também ser denominados parâmetros drenados, reais e ainda verdadeiros. 4. Solos coesivos parcialmente saturados, terão resultados intimamente dependentes do grau de saturação saturação e do tipo de ensaio realizado. realizado. Por exemplo, o resultado de um ensaio UU poderá ter valores de  de 0 (caso limite S = 100%) a maiores que zero (caso S < 100%).

DADOS OBTIDOS O ensaio triaxial fornece os dados para o traçado dos círculos de Mohr na ruptura e em qualquer estágio do ensaio. ensaio. A tensão principal menor menor ( 3) será, para ensaios convencionais, o valor da pressão na câmara e a tensão principal maior ( 1) será a pressão na câmara somada somada do valor valor da tensão desviadora. Determinando de dois a quatro círculos de Mohr na ruptura, com valores diferentes de tensão na câmara e em corpos de prova com aproximadamente mesma densidade e umidade, uma tangente

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(envoltória) aproximada aproximada a esses círculos círculos pode ser ser determinada. Com isso determinam-se determinam-se os valores de c e  do solo estudado: c

tg

Solos não coesivos podem apresentar intercepto de coesão diferente de zero devido a efeitos de membrana e erros do ensaio, mesmo em solos secos. Geralmente interceptos de coesão de 0,07 a 0,14 kgf/cm 2 são desprezíveis. desprezíveis. Para um único único ensaio em que c = 0, o ângulo de atrito pode ser calculado pela geometria do círculo de Mohr como sendo: sen

1

3

1

3

Para o cálculo da tensão principal maior ( 1) a qualquer instante após o início do ensaio será: P 1

3

A'

em que A‟ é: A'

Ao 1

O pistão que aplica a tensão desviadora deve ser cuidadosamente encostado no topo da amostra e ajustado à câmara triaxial com sistema de bilhas para proporcionar atrito nulo. Deve-se fazer a representação gráfica da tensão desviadora ( ) ou da tensão principal versus deformação axial. O valor de pico deste gráfico (ou a tensão correspondente a 20 % de deformação, o que primeiro ocorrer) será o valor da tensão desviadora na ruptura (f ). ). Para ensaios adensados-drenados ou adensados-não drenados um sistema de medição das variações de volume da amostra deve ser ligado à linha de drenagem para que possam ser feitas leituras das variações de volume do corpo de prova durante o adensamento e cisalhamento, cisalhamento, quando quando for o caso. Deve-se determinar o final do adensamento primário (pode-se tomar  95 % de adensamento) para que se possa determinar quando quando deve-se cisalhar cisalhar a amostra. Se o solo ensaiado for parcialmente saturado a determinação das variações de volume durante o ensaio não serão possíveis por leituras em dispositivo ligado à linha de drenagem, já que o corpo de prova pode variar de volume sem que haja haja saída de água (compressão (compressão do ar dos vazios). Para isso deve-se medir as variações de volume do c.p. pela a quantidade de água que entra na câmara pela redução de volume da amostra. amostra. Pode-se, portanto, ligar a bureta à linha que fornece água à câmara triaxial, desta forma as variações de volume do c.p. serão medidas indiretamente e deve-se descontar a variação de volume da câmara já que esta pode expandir com a pressão aplica na câmara. Transdutores de pressão devem ser ligados para medir-se a pressão na câmara (geralmente um manômetro ligado através do quadro de torneiras do equipamento) e também as pressões pressões neutras desenvolvidas desenvolvidas no corpo de prova prova durante o ensaio. Estes últimos são transdutores elétricos que dão o valor da pressão pela variação de impulsos

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elétricos causados pela deformação de uma membrana interna no aparelho devida à pressão aplicada. Os tamanhos das amostras a serem ensaiadas são padronizados, assim como as câmaras, bases, placas placas de topo, pedras porosas porosas e membranas. Os mais comuns são: 35 x 70, 50 x 100 e 100 x 200 mm É importante ressaltar que deve-se usar tamanhos de amostra tais que a relação altura/diâmetro seja: 2

H D

3

As velocidades de deformação para os ensaios ensaios não-drenados deve deve estar entre: 0,5 a 1,5 mm/min Para ensaio CD as velocidades são determinadas em função do coeficiente de adensamento do solo e tamanho da amostra, e devem ser da ordem de 0,0025 mm/min.

ENSAIOS TRIAXIAIS ESPECIAIS: 1. A célula triaxial triaxial pode ser ser usada para fazer em laboratório corpos corpos de prova adensados adensados isotrópica e anisotropicamente. a. Adensamento Isotrópico - envolver o corpo de prova com a membrana e colocar as pedras porosas e lâminas de papel filtro, entre o c.p. e as pedras e entre o c. p. e a membrana, quando quando se quer quer acelerar o adensamento. adensamento. Aplica-se a tensão de confinamento. b. Adensamento Anisotrópico Anisotrópico - faz-se como para o adensamento isotrópico, mas ao aplicar a tensão de confinamento constrói-se um pendural para que se aplique verticalmente um acréscimo de tensão tal que se desenvolva o coeficiente K desejado: K

h v

c. Condição  v v <  h - ensaio de extensão, é um caso especial, não muito usual que é possível, mas muito trabalhoso na célula triaxial convencional, já que tem-se que isolar a aplicação aplicação das tensões horizontal horizontal e vertical. vertical. Para estes caso a célula célula Bishop-Wesley, que é um ensaio triaxial adaptado a essas condições, é mais indicada. d. Ensaios cíclicos - por ciclagem de tensões de confinamento, vertical ou pressão neutra. Todos exigem adaptações no equipamento convencional, algumas já disponíveis no mercado, como o ensaio triaxial dinâmico.

PROCEDIMENTO

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Ensaio Triaxial com Medida de Pressão Neutra (poropressão) ( poropressão) Será aqui apresentado procedimento para o ensaio triaxial tipo adensado-não drenado em amostras de solos saturados. O ensaio ensaio consiste em três estágios. estágios. O primeiro é a saturação com contra-pressão (usa-se fazer percolação de água deaerada antes da aplicação de contra-pressão para para amostra com baixo grau de saturação). O segundo segundo estágio é o adensamento do c. p. com a tensão de confinamento igual à esperada no campo. E o terceiro é a compressão compressão triaxial sem permitir a drenagem drenagem da amostra e com a medição das pressões neutras desenvolvidas. Valores corretos e significativos de pressões neutras, para os equipamentos convencionais, só serão possíveis em amostras totalmente saturadas e com o sistema todo livre de bolhas de ar. Deve-se, portanto, retirar todas as bolhas das linhas de drenagem, das tubulações, dos transdutores e da câmara triaxial, porque além de prejudicar as medições, as bolhas são muito compressíveis e acusarão variações de volume que não são da amostra. As leituras de pressão e variação de volume são instantâneas e com a presença de bolhas de ar é necessário um intervalo de tempo t para que ocorra compressão das bolhas, estabilização estabilização da pressão e então a leitura. Isto aumenta o tempo de resposta resposta do equipamento de leitura, não acompanhando coerentemente às variações sofridas pela amostra. Percebe-se portanto que leituras obtidas obtidas num sistema sistema não saturado saturado não são são confiáveis. Para eliminar as bolhas de ar que que possam existir após a montagem montagem do ensaio e na própria amostra usa-se comumente a aplicação de contra-pressão que dissolve as bolhas de ar remanescentes no c.p. e em volta do mesmo. A diferença básica entre se realizar um ensaio adensado-drenado e adensadonão drenado ou um não adensado-não drenado está na necessidade de se usar pedras porosas e papel filtro nos dois primeiros para que a água do c.p. possa sair pelas linhas de drenagem. Para usar pedras porosas e papel filtro também deve-se satura-los antes antes pela embebição em água deaerada em ebulição por 10 mim e em seguida resfriadas em água deaerada fria. Os medidores de pressão (transdutores elétricos, manômetros ou null indicator), de variação de volume (bureta simples, bureta fechada ou medidores elétricos) e de força (anéis dinamométricos ou células de carga elétricas) devem também ser escolhidos, calibrados e saturados (caso dos medidores de volume e de pressão).

Amostra O primeiro passo é escolher qual a tensão confinante a ser usada, normalmente escolhe-se a tensão esperada de campo, ou seja, o confinamento de campo (caso dos ensaios U.U.) e o confinamento de campo mais a sobrecarga esperada esp erada (caso dos ensaios C.U.). A tensão máxima esperada deve ser prevista para que se possa escolher instrumentos de medida medida (células de carga carga ou anéis dinamométricos) convenientes. convenientes. Para a previsão da carga máxima deve-se considerar a resistência da amostra mais o empuxo no pistão.

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A resistência da amostra pode ser estimada pelo conhecimento da resistência de outras amostras da região, ensaios de campo (SPT, Vane Test, CPT), por ensaios em solos similares (exemplo pela razão s u/po x IP) ou estimativa baseada na experiência e no bom senso. Também antes de moldar a amostra a célula triaxial deve ser preparada, atentando para dispor todos os instrumentos de medida de forma adequada, verificar as tubulações, presença de vazamentos, suprimento de água deaerada, verificação do sistema de aplicação de pressão (potes de mercúrio) com retirada de bolhas de ar e encher potes que estejam vazios. A moldagem da amostra pode ser através do desbastador de amostras para o caso de amostras indeformadas de forma similar a exposta para o ensaio de compressão simples. Todos os cuidados cuidados são necessários afim de minimizar a perturbação na estrutura do corpo de prova. prova. O tamanho da amostra deve deve ser escolhido previamente previamente pois a célula triaxial a ser preparada será aquela no tamanho escolhido. Após feita a moldagem deve-se deve-se fazer a determinação da umidade umidade do c.p.

Saturação e Consolidação Saturação da amostra pode ser obtida por: percolação de água e/ou aplicação de contra-pressão. Deve-se observar observar que a saturação por percolação percolação nunca leva a S=100%. S=100%. Portanto a contra-pressão é sempre usada. A saturação por contra pressão é feita, na maioria dos casos, em estágios de até 1 hora e quando se atinge aquela pressão esperada deixa-se mais 24 horas. O método consiste em se aplicar uma pressão na câmara e, simultaneamente, pela linha de drenagem, outra de igual valor ou ligeiramente inferior (para que „ não seja nulo). Verificações no valor do parâmetro B são feitas pois quando quando B = 1, S = 100%, onde B é calculado como o excesso de pressão neutra gerado dividido pelo valor da pressão aplicada. u B  O valor de B é medido fechando-se a linha de drenagem e aplicando-se uma pressão conhecida conhecida na câmara. Mede-se então a variação de pressão pressão neutra na amostra. Se o solo estiver saturado a variação na pressão neutra será igual ao acréscimo de pressão aplicado na na amostra, ou seja, B será será igual a 1. Caso isto não ocorra aplica-se aplica-se mais um estágio de contra-pressão. Durante a consolidação da amostra (ou adensamento) deve-se medir a variação de volume e o tempo de adensamento a fim de se corrigir a área e saber quando o adensamento terá se completado. A variação variação de volume é medida e, para o adensamento isotrópico é admitida ser 3 vezes a variação do comprimento da amostra. A área da amostra ao final do adensamento adensamento será calculada calculada como: A

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Resumo do Procedimento do Ensaio 1. Cálculo da pressão de consolidação. consolidação. Determinação de pressão pressão e contra-pressão, cálculo do empuxo no pistão e carga necessária para a ruptura. 2. Preparo de papéis filtro e pedras porosas. 3. * Deaeração Deaeração dos equipamentos equipamentos e dos transdutores de pressão pressão neutra. neutra. 4. * Moldagem da amostra e armazenagem da mesma. Determinar a umidade inicial. 5. * Pesar e medir a amostra. 6. Montagem da base, base, pedra pedra porosa, porosa, anéis e papéis papéis filtro. 7. * Colocação Colocação das membranas (no caso de amostras arenosas pode-se usar duas membranas para evitar risco de perfuração e perda do ensaio) 8. * Montagem Montagem da célula e enchimento enchimento da mesma com água deaerada. deaerada. 9. Aplicação de pressão na câmara e de contra-pressão em estágios e mantendo uma pequena pressão efetiva na amostra (  0,15 a 0,2 kgf/cm 2). Caso o solo ensaiado tenha baixo grau de saturação inicial deve-se primeiramente percolar água deaerada na amostra num volume de duas vezes o volume de vazios e só então passar à aplicação de contra-pressão. 10. Observar as variações de volume da amostra quando submetida a cada estágio de contra-pressão para verificar se entra água na na amostra, medindo o valor de B antes de passar a um novo estágio. 11. * Aplicar a pressão de confinamento confinamento na câmara. 12. Adensar a amostra e plotar a variação de volume x tempo (log ou r aiz) até que se verifique o final do adensamento primário (pode-se considerar 95 % de adensamento) ou 1 hora no mínimo (o que primeiro ocorrer) ou até 24 horas de adensamento. 13. *  Determinar a duração do ensaio não-drenado e estimar a tensão desvio na ruptura. Decidir sobre o procedimento do ensaio. 14. Aplicação da velocidade de deformação escolhida e leituras de deformação vertical, deformação do anel dinamométrico e transdutor(es) de pressão neutra. 15. Desenho da amostra após ruptura, determinação da umidade final e plotar os gráficos: tensão desvio x deformação axial, pressão neutra x deformação axial e ao final dos ensaios, com os resultados para as diferentes tensões de confinamento usadas, plotar as envoltórias de tensões totais e ef etivas. * Para o ensaio ensaio UU.  Para o ensaio CD esta fase é drenada, manter as torneiras de drenagem abertas e usar velocidade de cisalhamento de acordo com o solo. Existem métodos de determinação da velocidade de ensaio em função do coeficiente de adensamento.

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Apostila Laboratório de Mecanica Dos Solos

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