ensaios de compactação e caracterização

ALESSANDER C. MORALES KORMANN
ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO E
CARACTERIZAÇÃO
Universidade Federal do Paraná
APRESENTAÇÃO
O presente roteiro tem o objetivo de auxiliar os alunos da disciplina Mecânica dos
Solos com Fundamentos de Geologia no estudo dos ensaios realizados no primeiro
semestre. De forma resumida e com um cunho didático, apresenta-se o procedimento de
cálculo de alguns dos ensaios de laboratório básicos na Mecânica dos Solos.
Assim, são abordados os ensaios que permitem descrever características
fundamentais do solo, tais como umidade, limites de consistência, peso específico dos
grãos e granulometria. Esse conjunto de análises é correntemente designado por ensaios de
caracterização. Adicionalmente, é apresentado também o ensaio de compactação, que se
destina principalmente ao estudo do solo como material de aterro.
O texto dá ênfase ao cálculo dos ensaios. No intuito de facilitar a compreensão, a
sua aplicação é ilustrada com os dados de um solo qualquer. Com respeito à execução
propriamente dita dos ensaios, que não é aqui explorada, recomenda-se a leitura das
normas da ABNT e das referências bibliográficas.
É intenção do autor aprimorar este material. Assim, eventuais críticas ou
sugestões serão recebidas com grande interesse.
Deve-se registrar um agradecimento aos estudantes Júlio Cesar Tancon, Joyce
Mary Soares e Katia Matsumoto, e ao técnico Mouzart Ernesto Simioni, pela importante
colaboração na elaboração deste roteiro.
Curitiba, março de 1997.
Prof. Alessander C. Morales Kormann
ÍNDICE
Item
Página
Umidade Natural
........................................................................................
3
Umidade Higroscópica ........................................................................................
5
Limite de Plasticidade ........................................................................................
7
Limite de Liquidez
.............................................................................................
10
Peso Específico Real do Grãos ............................................................................
12
Análise Granulométrica ......................................................................................
15
Peneiramento Grosso ........................................................................................
15
Sedimentação ....................................................................................................
17
Peneiramento Fino .............................................................................................
19
Curva Granulométrica .......................................................................................
20
Compactação
..................................................................................................
23
Referências Bibliográficas ....................................................................................
27
Anexo - Diagrama para
Distribuição Granulométrica ................................................................................
28
2
UMIDADE NATURAL
Definição
A umidade que um solo possui, na forma em que ele se encontra na natureza, é
denominada umidade natural.
Tomando-se uma porção qualquer de solo, pode-se definir o seu teor de umidade
como sendo a razão entre o peso da água Pa nela existente e o peso do solo seco Ps (ou
seja, considerando-se apenas os grãos). Expressando-se essa relação em porcentagem,
tem-se:
h =
Pa
× 100
Ps
Execução do ensaio
O procedimento de determinação do teor de umidade de solos é dado pela
norma NBR 6457/1986 - ABNT.
Dados
Os seguintes valores devem ser anotados para cada determinação de umidade:
•
Número da cápsula;
•
Peso da cápsula;
•
Peso da cápsula mais solo úmido;
•
Peso da cápsula mais solo seco.
Cálculo
Para cada cápsula, calcula-se a umidade do solo através da fórmula:
h =
Pcápsula mais solo úmido − Pcápsula mais solo
Pa
× 100 =
Ps
Pcápsula mais solo seco − Pcápsula
3
seco
× 100
Os valores abaixo ilustram o cálculo da umidade:
número
da
cápsula
03
07
12
40
24
peso da
cápsula (gf)
7,95
8,65
8,76
8,05
8,43
peso da
cápsula + solo
úmido (gf)
29,85
28,60
30,21
29,06
29,62
peso da
cápsula + solo
seco (gf)
25,15
24,35
25,66
24,79
24,86
h
(%)
27,33
27,07
26,92
25,51
28,97
A umidade natural do solo é calculada a partir da média dos valores:
h =
∑ hi
i
=
27,33 + 27,07 + 26,92 + 25,51 + 2897
,
= 27,2 %
5
hnatural = 27,2 %
Observações
•
Neste exemplo, foram utilizadas cinco cápsulas para a determinação da umidade.
Entretanto, esse número não é fixo. A norma prevê que sejam efetuadas pelo menos três
determinações por amostra de solo.
•
Ainda segundo a norma, o resultado final deve ser expresso com uma casa decimal.
•
Embora a NBR 6457 não faça menção a respeito, recomenda-se desprezar os resultados
de cápsulas que eventualmente acusem umidades discrepantes em relação às demais.
4
UMIDADE HIGROSCÓPICA
Definição
Quando uma certa quantidade de solo é coletada e deixada secar ao ar,
obviamente o seu teor de umidade tenderá a se reduzir. Entretanto, essa redução
normalmente se dá até um certo limite. Ou seja, mesmo que se deixe a amostra secar por
um longo período, sempre permanecerá uma umidade residual. Essa umidade, que o solo
exibe quando seco ao ar, é denominada umidade higroscópica.
O teor de umidade higroscópica tende a ser maior à medida que o solo for mais
argiloso. Nos solos de granulação grossa (areias e pedregulhos) ela é praticamente
desprezível.
O procedimento de determinação e cálculo da umidade higroscópica é similar ao
da umidade natural.
Execução do ensaio
Os passos para a obtenção da umidade higroscópica são encontrados na norma
NBR 6457/1986 - ABNT.
Dados
Os seguintes valores devem ser anotados para cada determinação de umidade:
•
Número da cápsula;
•
Peso da cápsula;
•
Peso da cápsula mais solo úmido;
•
Peso da cápsula mais solo seco.
5
Cálculo
Para cada cápsula, calcula-se a umidade do solo pela fórmula:
h =
Pcápsula
mais solo úmido
Pcápsula
− Pcápsula
mais solo seco
mais solo seco
− Pcápsula
× 100
número
da
cápsula
peso da
cápsula (gf)
peso da
cápsula + solo
úmido (gf)
peso da
cápsula + solo
seco (gf)
h
(%)
23
27
42
60
44
7,65
8,75
8,26
8,85
8,12
25,95
28,70
31,31
27,16
26,72
25,02
27,85
30,22
26,26
25,71
5,35
4,45
4,96
5,17
5,74
hhig =
∑ hi
i
=
5,35 + 445
, + 496
, + 5,17 + 5,74
= 5,1%
5
hhig = 5,1%
Observações
•
Os mesmos comentários efetuados no caso da umidade natural aplicam-se na
determinação da umidade higroscópica.
6
LIMITE DE PLASTICIDADE
Definição
O limite de plasticidade (LP) representa o teor de umidade a partir do qual um
solo passa a exibir plasticidade. Na definição clássica de Atterberg, o LP é a fronteira entre
o “estado semi-sólido” e o “estado plástico”. Ou seja, para umidades superiores ao limite
de plasticidade, o solo deixaria de apresentar a consistência de um material “sólido”,
tornando-se moldável.
No laboratório, o limite de plasticidade é definido como sendo o teor de umidade
com o qual um cilindro de solo começa a se fragmentar, quando se procura moldá-lo com 3
mm de diâmetro.
Execução do ensaio
A norma NBR 7180/1984 - ABNT prescreve o procedimento de obtenção do
limite de plasticidade.
Dados
Para cada cilindro moldado, os seguintes valores devem ser anotados:
•
Número da cápsula;
•
Peso da cápsula;
•
Peso da cápsula mais solo úmido;
•
Peso da cápsula mais solo seco.
Cálculo
Calcula-se o teor de umidade dos cilindros contidos em cada cápsula através da
fórmula:
h =
Pcápsula
mais solo úmido
Pcápsula
− Pcápsula
mais solo seco
7
mais solo seco
− Pcápsula
× 100
Exemplificando:
número da
cápsula
peso da cápsula
(gf)
peso da cápsula
+ solo úmido (gf)
peso da cápsula
+ solo seco (gf)
h (%)
05
08
17
45
22
6,96
6,64
6,87
6,90
6,81
10,33
10,59
10,15
11,01
9,92
9,67
9,74
9,39
10,12
9,28
24,35
27,42
30,16
27,64
25,91
O limite de plasticidade é obtido a partir da média dos teores de umidade.
Entretanto, os valores de umidade utilizados não devem diferir mais de 5 % da respectiva
média. Ou seja, deve-se verificar se cada valor de umidade atende a esse critério. Os
valores que não se situarem na faixa de ± 5 % em relação à média são desprezados.
Assim sendo, o cálculo é efetuado como segue:
LP =
∑ hi
i
=
2435
, + 27,42 + 30,16 + 2764
, + 25,91
= 2710
, %
5
Verificação:
LP + 5 % × LP = 2710
, × 1,05 = 28,5 %


LP − 5 % × LP = 2710
, × 0,95 = 25,7 %

Ou seja, as umidades devem se situar entre 25,7 e 28,5 %. Neste exemplo, as
umidades das cápsulas 05 e 17 não se enquadram nessa faixa. Logo, as mesmas devem
ser desprezadas. Calcula-se então uma nova média:
LP =
∑ hi
i
=
27,42 + 2764
, + 25,91
= 26,99 %
3
8
Verificação:
LP + 5 % × LP = 26,99 × 1,05 = 28,34 %


LP − 5 % × LP = 26,99 × 0,95 = 25,64 %

Como os três valores utilizados estão contidos no intervalo acima, o limite de
plasticidade do solo (arredonda-se para o inteiro mais próximo) é:
LP = 27 %
Observações
•
A norma prescreve que pelo menos três valores de umidade sejam utilizados no cálculo
do valor final do LP.
•
Para efeito didático, caso os dados disponíveis não permitam o cálculo segundo todas as
prescrições acima, pode-se adotar o limite de plasticidade como sendo a média das
umidades disponíveis.
9
LIMITE DE LIQUIDEZ
Definição
Convenciona-se o limite de liquidez (LL) de um solo como sendo o teor de
umidade acima do qual o solo perde as características de plasticidade, passando a se
comportar como um fluido viscoso. Na definição de Atterberg, o limite de liquidez
representa a fronteira entre o “estado plástico” e o “estado líquido”.
Para a obtenção do LL em laboratório, utiliza-se um equipamento em forma de
concha, conhecido como aparelho de Casagrande. O ensaio baseia-se na determinação do
número de golpes necessários para fechar um sulco padrão, efetuado no solo colocado na
concha. O ensaio é executado diversas vezes, fazendo-se variar o teor de umidade da
amostra. O limite de liquidez corresponde à umidade que determina o fechamento do sulco
com 25 golpes.
Execução do ensaio
A norma NBR 6459/1984 - ABNT prescreve os diversos passos do ensaio de
determinação do limite de liquidez.
Dados
Em cada execução do ensaio, deve-se contar o número de golpes necessários para
fechar o sulco. Adicionalmente, coleta-se em uma cápsula o solo das bordas que se
uniram, para a determinação da umidade. Portanto, os seguintes dados são necessários:
•
Número de golpes;
•
Número da cápsula;
•
Peso da cápsula;
•
Peso da cápsula mais solo úmido;
•
Peso da cápsula mais solo seco.
10
Cálculo
Para o solo contido em cada cápsula, calcula-se o teor de umidade pela fórmula:
Pcápsula mais solo úmido − Pcápsula mais solo seco
h =
× 100
Pcápsula mais solo seco − Pcápsula
ensaio
número de número da
peso da
golpes
cápsula
cápsula (gf)
1
2
3
4
5
41
31
17
13
11
05
23
42
58
70
peso da
cápsula + solo
úmido (gf)
peso da
cápsula + solo
seco (gf)
h (%)
17,02
13,62
19,01
15,80
20,14
14,34
11,26
14,94
12,48
15,79
48,20
50,32
53,84
55,52
56,06
8,78
6,57
7,38
6,50
8,03
Em seguida, deve-se construir um gráfico, colocando-se no eixo das abcissas (em
escala linear) os teores de umidade, e no eixo das ordenadas (em escala logarítmica) o
número de golpes. Aos pontos assim obtidos é ajustada uma reta. Pontos que
eventualmente estiverem muito afastados da tendência dos demais devem ser
desprezados.
O limite de liquidez do solo será o teor de umidade correspondente a 25 golpes,
obtido com base na reta ajustada. O resultado final deve ser expresso como um número
inteiro.
100
25→
Núm ero de
10
Golpes
1
48
49
50
51 LL 52
53
Um idade (%)
11
54
55
56
57
LL = 51%
PESO ESPECÍFICO REAL DOS
GRÃOS
Definição
O peso específico real dos grãos (γg) consiste na relação entre o peso e o volume
de uma partícula individual de solo. Ou seja, no seu cálculo desconsidera-se
completamente os vazios existentes no solo. Por esse motivo, γg recebe o adjetivo “real”.
Pode-se definir o peso específico real dos grãos com a seguinte expressão:
γg =
Ps
Vs
sendo Ps o peso seco e Vs o volume dos grãos.
Para a obtenção de peso específico real dos grãos, é necessário conhecer o volume
ocupado pelos mesmos. No laboratório, isso torna-se possível com base no princípio de
que um corpo imerso em água desloca um certo volume de líquido. Esse volume é obtido
indiretamente, através de uma relação com o peso da água deslocada. A execução do
ensaio exige o uso de recipientes com volume conhecido (picnômetros).
Execução do ensaio
A norma NBR 6508/1984 - ABNT fixa o método para a obtenção do peso
específico real dos grãos. Alternativamente, devido à maior simplicidade, recomenda-se
também o procedimento do DNER - DPT M 93-64.
Dados
Para cada picnômetro utilizado, anotam-se os seguintes valores:
•
Peso do picnômetro ( P1 );
•
Peso do picnômetro + solo ( P2 );
•
Peso do picnômetro + solo + água ( P3 );
12
•
Peso do picnômetro + água ( P4 );
•
Temperatura da água destilada.
Cálculo
O peso específico real dos grãos de solo γg é calculado através da seguinte
equação:
(P2
γg
− P1 )
100
100 + hhig
=
γ água(t)
100
(P2 − P1) 100 + h + P4 − P3
hig
P1 - Peso do picnômetro
P2 - Peso do picnômetro + solo
P3 - Peso do picnômetro + solo + água
P4 - Peso do picnômetro + água
hhig - umidade higroscópica (Obs.: caso o solo seja seco em estufa antes da execução do
ensaio, considera-se hhig = 0)
γágua (t) - peso específico da água destilada na temperatura t do ensaio (ver tabela no item
Observações)
Os valores da tabela abaixo ilustram o cálculo:
Ensaio
peso do
picnômetro
P1
(gf)
peso do
peso do
picnômetro picnômetro + solo
+ solo = P2
+ água = P3
(gf)
(gf)
peso do
picnômetro +
água = P4
(gf)
temperatura da
água destilada
(°C)
peso especifico
da água destilada
γágua (t)
(°C)
peso
específico
γg
3
(gf/cm )
A
17,74
26,99
73,63
68,04
21
0,9980
2,735
B
24,66
44,26
86,17
74,37
22
0,9978
2,717
C
21,14
36,37
81,29
72,37
21
0,9980
2,596
Umidade higrocópica (hhig) = 5,1% ( resultado do ensaio de umidade higroscópica)
Os resultados são considerados satisfatórios quando os mesmos não diferirem
entre si mais de 0,02 gf/cm3. Ou seja, a diferença entre o maior e menor dos γg obtidos não
deve exceder 0,02 gf/cm3. No exemplo acima, os ensaios A e B são considerados válidos,
13
desprezando-se o resultado do ensaio C. O valor final de γg é calculado a partir da média
dos ensaios considerados satisfatórios:
γg =
2,735 + 2,717
2
γg = 2,73 gf/cm3
Observações
•
A norma prescreve que o resultado final seja calculado com base em pelo menos duas
determinações consideradas satisfatórias.
•
O valor de γg deve ser expresso com três algarismos significativos.
•
Pesos específicos da água em função da temperatura:
temperatura
(°C)
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
peso específico
γ água (gf/cm3)
0,9997
0,9996
0,9995
0,9994
0,9993
0,9991
0,9990
0,9988
0,9986
0,9984
0,9982
0,9980
0,9978
temperatura
(°C)
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
14
peso específico
γ água (gf/cm3)
0,9976
0,9973
0,9971
0,9968
0,9965
0,9963
0,9960
0,9957
0,9954
0,9950
0,9947
0,9944
0,9941
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
Definição
A análise granulométrica consiste na determinação dos diâmetros das diversas
partículas existentes no solo.
A forma mais direta de obter o diâmetro dos grãos é passando-os através de uma
série de peneiras, com aberturas conhecidas. Esse procedimento permite conhecer os
diâmetros dos grãos superiores a 0,075 mm, que é a menor abertura de peneira disponível.
Para os grãos inferiores a essa dimensão, utiliza-se o processo da sedimentação. Esse
método baseia-se no princípio de que, dispersando-se as partículas de solo em água, a
velocidade de sedimentação dos grãos aumenta com o diâmetro dos mesmos (Lei de
Stokes).
Portanto, é usual efetuar a análise granulométrica de forma combinada. O
procedimento compõe-se de três etapas: peneiramento grosso, sedimentação e
peneiramento fino.
Execução do ensaio
O método para análise granulométrica é prescrito pela NBR 7181/1984, da
ABNT.
PENEIRAMENTO GROSSO
Dados
•
Peso total da amostra seca ao ar;
•
Peso do material seco retido na # 2,0 mm;
•
Umidade higroscópica;
•
Peso do material retido nas peneiras de 50; 38; 25; 19; 9,5; 4,8 e 2 mm.
15
Cálculo
a) Inicialmente, determina-se o peso seco total da amostra, através da seguinte fórmula:
PS =
PT − Pg
100 + hhig
× 100 + Pg
PS - peso seco total da amostra
PT - peso da amostra seca ao ar
Pg - peso do material seco retido na # 2,0 mm
hhig - umidade higroscópica (%)
b) Com base nos pesos retidos em cada peneira, calculam-se os pesos retidos acumulados
Pi .
c) Na seqüência, pode-se calcular as porcentagens de material que passam em cada
peneira:
Qg =
PS − Pi
× 100
PS
Qg - porcentagem de material passando na peneira
PS - peso seco total da amostra
Pi - peso retido acumulado até a peneira em questão
O quadro abaixo exemplifica os passos do cálculo:
Peso da amostra seca ao ar - PT (gf)
Peso do material seco retido na # 2,00 mm - Pg (gf)
Umidade higroscópica - hhig ( % )
Peso seco total da amostra - PS (gf)
peneira
( mm )
50,0
38,0
25,0
19,0
9,5
4,8
2,0
peso retido
( gf )
5,59
22,38
26,61
peso retido
acumulado - Pi ( gf )
5,59
27,97
54,58
16
1469,00
57,37
5,1
1400,50
porcentagem
passando - Qg
100,0
100,0
100,0
100,0
99,6
98,0
96,1
SEDIMENTAÇÃO
Dados
•
Peso do material (seco ao ar) submetido à sedimentação;
•
Porcentagem do material que passa na # 2,0 mm;
•
Peso específico dos grãos de solo;
•
Umidade higroscópica;
•
Número do densímetro utilizado;
•
Leituras do densímetro nos tempos respectivos;
•
Curvas de calibração de temperatura e altura de queda do densímetro utilizado.
Cálculo
a) Obtém-se, para cada leitura do densímetro, o diâmetro máximo das partículas em
suspensão, mediante a aplicação da Lei de Stokes:
d =
1800 µ
a
×
γg − 1
t
d - diâmetro máximo das partículas, em mm
µ - coeficiente de viscosidade do meio dispersor, à temperatura do ensaio, em g.s/cm2 (ver
tabela abaixo)
a - altura de queda das partículas, correspondente à leitura do densímetro, em cm (este
valor é obtido da curva de calibração do densímetro - ver o item Observações)
t - tempo de sedimentação, em s
γg - peso específico dos grãos do solo, em gf/cm3
Viscosidade da água
°C
10
20
30
( em 10-6 g⋅s/cm2 )
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
13,36 12,99 12,63 12,30 11,98 11,68 11,38 11,09 10,81 10,54
10,29 10,03 9,80
9,56
9,34
9,13
8,92
8,72
8,52
8,34
8,16
7,98
7,82
7,66
7,50
7,45
7,20
7,06
6,92
6,79
b) Para cada leitura do densímetro, determina-se a porcentagem do solo em suspensão.
Essa porcentagem refere-se à massa total da amostra. A seguinte expressão é empregada:
QS = N ×
γg
γg − 1
×
1000 (L − LD)
Ph
× 100
(100 + hhig)
17
QS - porcentagem de solo em suspensão no instante da leitura do densímetro
N - porcentagem do material que passa na # 2,0 mm (valor calculado no peneiramento
grosso)
γg - peso específico dos grãos de solo, em gf/cm3
L - leitura do densímetro
LD - leitura do densímetro no meio dispersor, na mesma temperatura da suspensão (valor
obtido da curva de calibração de temperatura do densímetro utilizado)
Ph - peso do material submetido à sedimentação, em gf
hhig - umidade higroscópica (%)
c) A tabela abaixo ilustra o cálculo do ensaio de sedimentação:
Peso específico dos grãos de solo - γg (gf/cm3)
Porcentagem de material que passa na # 2,0 mm - N
Peso do material submetido à sedimentação - Ph (gf)
Umidade higroscópica - hhig (%)
Número do densímetro utilizado
2,73
96,1
70,00
5,1
29.077
tempo
t (s)
leitura do
densímetro
L
temp.
(°C)
leitura no
meio
dispersor
LD
altura de
queda
a
(cm)
coef. de
viscosidade
da água
µ (g.s/cm2)
diâmetro
máximo
d
(mm)
porcentagem
QS
30
60
120
240
480
900
1800
3600
7200
14400
86400
1,023
1,021
1,019
1,017
1,015
1,011
1,008
1,007
1,006
1,005
1,004
20,0
20,0
20,0
22,5
22,5
22,5
25,0
25,0
25,0
20,0
25,0
1,00405
1,00405
1,00405
1,00367
1,00367
1,00367
1,0032
1,0032
1,0032
1,00405
1,0032
12,7
13,1
13,4
12,7
13,0
13,6
14,1
14,2
14,4
14,5
14,7
1,03 ⋅10
-5
1,03 ⋅10
-5
1,03 ⋅10
-6
9,68 ⋅10
-6
9,68 ⋅10
-6
9,68 ⋅10
-6
9,13 ⋅10
-6
9,13 ⋅10
-6
9,13 ⋅10
-5
1,03 ⋅10
-6
9,13 ⋅10
-5
0,0674
0,0484
0,0346
0,0231
0,0165
0,0123
0,00863
0,00612
0,00436
0,00328
0,00127
43,1
38,6
34,0
30,4
25,8
16,7
10,9
8,7
6,4
2,2
1,8
Observação importante:
• As curvas de temperatura e altura de queda são específicas para cada densímetro.
Assim, com o número do densímetro utilizado, deve-se obter no laboratório os gráficos
apropriados. As curvas de calibração fornecidas neste exemplo são válidas apenas para
o densímetro em questão, que é identificado pelo n0 29.077.
18
PENEIRAMENTO FINO
Dados
•
Peso do material submetido à sedimentação;
•
Umidade higroscópica;
•
Porcentagem do material que passa na # 2,0 mm;
•
Peso do material retido nas peneiras de 1,2; 0,6; 0,42; 0,25; 0,15 e 0,075 mm.
Cálculo
a) Com base nos pesos retidos em cada peneira, obtém-se os pesos retidos acumulados Pi .
b) Calcula-se as porcentagens de material que passam nas peneiras usando-se a expressão:
Qf =
Ph × 100 − Pi (100 + hhig)
Ph × 100
× N
Qf - porcentagem de material passado em cada peneira;
Ph - peso do material submetido à sedimentação, em gf;
hhig - umidade higroscópica (%);
N - porcentagem de material que passa na # 2,0 mm (valor calculado no peneiramento
grosso).
c) O quadro abaixo exemplifica o cálculo:
Peso do material utilizado na sedimentação - Ph (gf)
Porcentagem de material que passa na # 2,0 mm - N
Umidade higroscópica - hhig (%)
peneira
(mm)
1,20
0,60
0,42
0,25
0,15
0,075
peso retido
(gf)
1,25
5,75
3,12
5,75
7,76
11,72
peso retido
acumulado - Pi (gf)
1,25
7,00
10,12
15,87
23,63
35,35
19
70,00
96,1
5,1
porcentagem
passando - Qf (gf)
94,3
86,0
81,5
73,2
62,0
45,1
CURVA GRANULOMÉTRICA
O resultado final da análise granulométrica deve ser representado graficamente.
Isso é efetuado através da curva granulométrica.
Para a traçado da curva, é conveniente resumir em um quadro os valores obtidos
no peneiramento grosso, sedimentação e peneiramento fino. Para o exemplo em questão,
tem-se:
Quadro Resumo da Granulometria
diâmetro
(mm)
19,1
9,5
4,8
2,0
1,2
0,6
0,42
0,25
0,15
0,075
0,0674
0,0484
0,0346
0,0231
0,0165
0,0123
0,00863
0,00612
0,00436
0,00328
0,00127
% que passa da
amostra
100,0
99,6
98,0
96,1
94,3
86,0
81,5
73,2
62,0
45,1
43,1
38,6
34,0
30,4
25,8
16,7
10,9
8,7
6,4
2,2
1,8
A curva granulométrica é construída colocando-se os diâmetros das partículas no
eixo das abcissas, em escala logarítmica. As porcentagens passando corresponderão ao
eixo das ordenadas, em escala linear. Esse diagrama é ilustrado na página seguinte.
Adicionalmente, na página 28, é fornecido um formulário em branco.
.
20
DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA
100
90
80
% Passando
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,01
0,1
1
Diâmetro das Partículas (mm)
10
100
DENSÍMETRO 29077
Curva de variação das leituras do densímetro no meio dispersor em
função da temperatura
1,0050
1,0040
1,0030
Leit. do densím. no
meio dispersor (Ld)
1,0020
1,0010
1,0000
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
Temperatura (ºC)
Curva de variação da altura de queda das partículas
em função da leitura do densímetro
18,0
16,0
14,0
12,0
Curva I - para as três
primeiras leituras
(30, 60 e 120 s)
10,0
Alt. de que da
a
8,0
(cm )
Curva II - para as demais
leituras
6,0
4,0
2,0
0,0
1,000
1,010
1,020
1,030
Le itura do de nsím e tro (L)
22
1,040
1,050
COMPACTAÇÃO
Definição
Experimentalmente, é possível constatar que a adição de água a um solo seco
facilita a sua compactação. Em outras palavras, cada vez que se adiciona água a esse solo
pouco úmido, a densidade final do material compactado aumenta.
Entretanto, isso não ocorre indefinidamente. Na verdade, o acréscimo de água tem
um efeito benéfico enquanto não se alcança um certo teor de umidade, que é chamado de
umidade ótima (hot). Quando a adição de água conduz a umidades superiores a hot , passase a verificar o processo inverso. Ou seja, a densidade do material compactado tende a se
reduzir com o acréscimo de umidade.
Assim, o ensaio de compactação tem basicamente dois objetivos:
•
determinar a umidade ótima do solo, para uma dada energia de compactação;
•
determinar o peso específico aparente seco máximo (γs max) associado à umidade ótima.
Execução do ensaio
A execução do ensaio de compactação é normalizada pela NBR 7182/1986, da
ABNT.
Dados
Para cada corpo de prova moldado anotam-se os seguintes valores:
•
Quantidade de água acrescentada ao solo (este valor não entrará no cálculo);
•
Peso do cilindro + solo compactado;
•
Número da cápsula;
•
Peso da cápsula;
•
Peso da cápsula + solo úmido;
•
Peso da cápsula + solo seco.
23
Adicionalmente, são necessários os seguintes dados do cilindro:
•
Volume (este valor é normalizado);
•
Peso do cilindro sem solo em seu interior.
Os dados do ensaio de compactação podem ser organizados da seguinte forma:
Volume do cilindro = 1000 cm3
Peso do cilindro = 2410 gf
ÁGUA
PESO CILINDRO + NÜMERO
ENSAIO COLOCADA
SOLO
DA
0
N
NO SOLO (ml) COMPACTADO (gf) CÁPSULA
1
2
3
4
5
6
100
50
50
50
70
50
4370
4450
4520
4560
4540
4530
PESO DA
CÁPSULA
(gf)
30
28
12
15
16
55
38,78
37,22
37,88
37,86
39,08
38,54
PESO CÁPS. + PESO CÁPS. +
SOLO ÚMIDO SOLO SECO
(gf)
(gf)
112,08
103,42
110,86
111,36
128,93
112,85
106,08
97,13
102,83
102,05
116,12
102,29
Cálculo
Inicialmente, deve-se calcular para cada corpo de prova o “peso do solo
compactado”. Esse valor é obtido subtraindo-se o “peso do cilindro” do “peso do cilindro
+ solo compactado”. O próximo passo consiste em calcular o peso específico aparente do
solo úmido γ:
γ =
Peso do solo compactado
Volume do cilindro
Com os dados das cápsulas, pode-se calcular o teor de umidade associado a cada
moldagem dos corpos de prova:
h =
Pcápsula
+ solo úmido
Pcápsula
− Pcápsula
+ solo seco
+ solo seco
− Pcápsula
× 100
Com os valores de γ e h, pode-se calcular o peso específico aparente seco γs:
γs = γ ×
100
100 + h
24
No quadro abaixo, exemplifica-se o cálculo:
ENSAIO N0
PESO DO SOLO
COMPACTADO
(gf)
PESO ESPECÍFICO
APARENTE
γ (gf/cm3)
h
(%)
PESO ESPECÍFICO
APARENTE SECO
γS (gf/cm3)
1
2
3
4
5
6
1960
2040
2110
2150
2130
2120
1,96
2,04
2,11
2,15
2,13
2,12
8,92
10,50
12,36
14,50
16,63
17,13
1,80
1,85
1,88
1,88
1,83
1,81
A etapa seguinte consiste no traçado da “curva de compactação”. Para tanto, criase um gráfico em que o teor de umidade h é colocado no eixo das abcissas, e o peso
específico aparente seco γs no eixo das ordenadas. Plota-se então os dados de cada ensaio e
ajusta-se uma curva aos mesmos, desprezando-se os pontos mais afastados.
O ponto de máximo da curva ajustada corresponderá ao peso específico aparente
seco máximo do solo (γs
max).
O teor de umidade associado a esse valor é denominado
“umidade ótima” (hot).
A curva de compactação para o exemplo em questão está representada na página
seguinte.
25
Curva de Compactação
1,9
γS max
1,85
γS
(gf/cm 3)
1,8
1,75
8
10
hot
12
14
Um idade (%)
Da curva:
γs
máx
= 1,885 gf/cm3
e
hot = 13,5 %
26
16
18
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Bowles, J. E. (1986) “Engineering Properties of Soils and their Measurement”, third
edition, McGraw-Hill Book Company.
Carneiro, C. O. (1996) “Diretrizes para a Execução de Ensaios de Laboratório de Solos TC 956”, Centro Federal da Educação Tecnológica do Paraná, Curitiba.
Lambe, T. W. (1951) “Soil Testing for Engineers”, John Wiley & Sons, Inc., New York.
Normas Técnicas diversas, citadas no texto.
27
DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA
100
90
80
% Passando
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0001
0,001
0,01
0,1
Diâmetro das partículas (mm)
1
10
100