ensaios de compactaÇÃo e caracterizaÇÃo · propriamente dita dos ensaios, que não é aqui...

ALESSANDER C. MORALES KORMANN

EENNSSAAIIOOSS DDEE CCOOMMPPAACCTTAAÇÇÃÃOO EE CCAARRAACCTTEERRIIZZAAÇÇÃÃOO

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

2

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

3

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:

hP

Pa

s= × 100

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:

hP

P

P P

Ps= × =

−−

×a cápsula mais solo úmido cápsula mais solo seco

cápsula mais solo seco cápsulaP100 100

4

Os valores abaixo ilustram o cálculo da umidade:

número da

cápsula

peso da cápsula (gf)

peso da cápsula + solo

úmido (gf)


seco (gf)

h (%)

03 7,95 29,85 25,15 27,33 07 8,65 28,60 24,35 27,07 12 8,76 30,21 25,66 26,92 40 8,05 29,06 24,79 25,51 24 8,43 29,62 24,86 28,97

A umidade natural do solo é calculada a partir da média dos valores:

hh

ii= =

+ + + +=∑ 2733 2707 2692 25 51 2897

5272

, , , , ,, %

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.

hnatural = 27,2 %

5

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.


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:





6

Cálculo

Para cada cápsula, calcula-se a umidade do solo pela fórmula:

hP P

P=

−−

×cápsula mais solo úmido cápsula mais solo seco

cápsula mais solo seco cápsulaP100

número da

cápsula



úmido (gf)


seco (gf)

h (%)

23 7,65 25,95 25,02 5,35 27 8,75 28,70 27,85 4,45 42 8,26 31,31 30,22 4,96 60 8,85 27,16 26,26 5,17 44 8,12 26,72 25,71 5,74

hh

ihigi= =

+ + + +=∑ 5 35 445 496 517 5 74

551%

, , , , ,,

Observações

• Os mesmos comentários efetuados no caso da umidade natural aplicam-se na

determinação da umidade higroscópica.

hhig = 5,1%

7

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.


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:





Cálculo

Calcula-se o teor de umidade dos cilindros contidos em cada cápsula através da

fórmula:

hP P

P=

−−



8

Exemplificando:

número da cápsula


peso da cápsula + solo úmido (gf)

peso da cápsula + solo seco (gf) h (%)

05 6,96 10,33 9,67 24,35 08 6,64 10,59 9,74 27,42 17 6,87 10,15 9,39 30,16 45 6,90 11,01 10,12 27,64 22 6,81 9,92 9,28 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:

LPh

ii= =

+ + + +=∑ 2435 2742 3016 2764 2591

52710

, , , , ,, %

Verificação:

LP LP

LP LP

+ × = × =

− × = × =

5 2710 105 285

5 2710 095 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:

LPh

ii= =

+ +=∑ 2742 2764 2591

32699

, , ,, %

9

Verificação:

LP LP

LP LP

+ × = × =

− × = × =

5 2699 105 2834

5 2699 095 2564

% , , , %

% , , , %

Como os três valores utilizados estão contidos no intervalo acima, o limite de

plasticidade do solo (arredonda-se para o inteiro mais próximo) é:

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.

LP = 27 %

10

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.


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;





11

Cálculo Para o solo contido em cada cápsula, calcula-se o teor de umidade pela fórmula:

hP P

P=

−−



ensaio número de

golpes número da

cápsula peso da

cápsula (gf)


úmido (gf)


seco (gf)

h (%)

1 41 05 8,78 17,02 14,34 48,20 2 31 23 6,57 13,62 11,26 50,32 3 17 42 7,38 19,01 14,94 53,84 4 13 58 6,50 15,80 12,48 55,52 5 11 70 8,03 20,14 15,79 56,06

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.

1

10

100

48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

Umidade (%)

Número de Golpes

LL

25→

LL = 51%

12

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:

γ gs

s

P

V=

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).


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 );

13

• 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:

( )

( )γ γg

2 1hig

2 1hig

4 3

água(t)

P P100

100 + h

P P100

100 hP P

=−

−+

+ −

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 picnômetro + solo = P2

(gf)

peso do picnômetro + solo

+ água = P3

(gf)

peso do picnômetro +

água = P4

(gf)

temperatura da água destilada

(°C)

peso especifico da água destilada

γágua (t) (°C)

peso específico

γg (gf/cm3)

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,

14

desprezando-se o resultado do ensaio C. O valor final de γg é calculado a partir da média

dos ensaios considerados satisfatórios:

γg =+2735 2717

2

, ,

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)

peso específico γ água (gf/cm3)

temperatura (°C)

peso específico γ água

(gf/cm3) 10 0,9997 23 0,9976 11 0,9996 24 0,9973 12 0,9995 25 0,9971 13 0,9994 26 0,9968 14 0,9993 27 0,9965 15 0,9991 28 0,9963 16 0,9990 29 0,9960 17 0,9988 30 0,9957 18 0,9986 31 0,9954 19 0,9984 32 0,9950 20 0,9982 33 0,9947 21 0,9980 34 0,9944 22 0,9978 35 0,9941

γg = 2,73 gf/cm 3

15

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.


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.

16

Cálculo

a) Inicialmente, determina-se o peso seco total da amostra, através da seguinte fórmula:

PP P

hPS

T g

higg=

−+

× +100

100

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:

QP P

PgS i

S=

−× 100

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) 1469,00 Peso do material seco retido na # 2,00 mm - Pg (gf) 57,37 Umidade higroscópica - hhig ( % ) 5,1 Peso seco total da amostra - PS (gf) 1400,50

peneira ( mm )

peso retido ( gf )

peso retido acumulado - Pi ( gf )

porcentagem passando - Qg

50,0 - - 100,0 38,0 - - 100,0 25,0 - - 100,0 19,0 - - 100,0 9,5 5,59 5,59 99,6 4,8 22,38 27,97 98,0 2,0 26,61 54,58 96,1

17

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;


• 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:

da

tg=

−×

1800

1

µγ

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 ( em 10-6 g⋅s/cm2 )

°C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13,36 12,99 12,63 12,30 11,98 11,68 11,38 11,09 10,81 10,54 20 10,29 10,03 9,80 9,56 9,34 9,13 8,92 8,72 8,52 8,34 30 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:

Q NL L

P

h

Sg

g

D

h

hig

= ×−

×−

+×

γγ 1

1000

100100

( )

( )

18

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) 2,73 Porcentagem de material que passa na # 2,0 mm - N 96,1 Peso do material submetido à sedimentação - Ph (gf) 70,00 Umidade higroscópica - hhig (%) 5,1 Número do densímetro utilizado 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 1,023 20,0 1,00405 12,7 1,03 ⋅10-5 0,0674 43,1 60 1,021 20,0 1,00405 13,1 1,03 ⋅10-5 0,0484 38,6

120 1,019 20,0 1,00405 13,4 1,03 ⋅10-5 0,0346 34,0 240 1,017 22,5 1,00367 12,7 9,68 ⋅10-6 0,0231 30,4 480 1,015 22,5 1,00367 13,0 9,68 ⋅10-6 0,0165 25,8 900 1,011 22,5 1,00367 13,6 9,68 ⋅10-6 0,0123 16,7

1800 1,008 25,0 1,0032 14,1 9,13 ⋅10-6 0,00863 10,9 3600 1,007 25,0 1,0032 14,2 9,13 ⋅10-6 0,00612 8,7 7200 1,006 25,0 1,0032 14,4 9,13 ⋅10-6 0,00436 6,4

14400 1,005 20,0 1,00405 14,5 1,03 ⋅10-5 0,00328 2,2 86400 1,004 25,0 1,0032 14,7 9,13 ⋅10-6 0,00127 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.

19

PENEIRAMENTO FINO

Dados

• Peso do material submetido à sedimentação;


• 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:

QP P h

PNf

h i hig

h=

× − +×

×100 100

100

( )

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) 70,00 Porcentagem de material que passa na # 2,0 mm - N 96,1 Umidade higroscópica - hhig (%) 5,1

peneira (mm)

peso retido (gf)

peso retido acumulado - Pi (gf)

porcentagem passando - Qf (gf)

1,20 1,25 1,25 94,3 0,60 5,75 7,00 86,0 0,42 3,12 10,12 81,5 0,25 5,75 15,87 73,2 0,15 7,76 23,63 62,0

0,075 11,72 35,35 45,1

20

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)

% que passa da amostra

19,1 100,0 9,5 99,6 4,8 98,0 2,0 96,1 1,2 94,3 0,6 86,0

0,42 81,5 0,25 73,2 0,15 62,0

0,075 45,1 0,0674 43,1 0,0484 38,6 0,0346 34,0 0,0231 30,4 0,0165 25,8 0,0123 16,7

0,00863 10,9 0,00612 8,7 0,00436 6,4 0,00328 2,2 0,00127 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.

.

DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro das Partículas (mm)

% P

assa

ndo

22

DENSÍMETRO 29077

Curva de variação das leituras do densímetro no mei o dispersor em função da temperatura

1,0000

1,0010

1,0020

1,0030

1,0040

1,0050

10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

Temperatura (ºC)

Leit. do densím. no meio dispersor (Ld)

Curva de variação da altura de queda das partículasem função da leitura do densímetro

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

1,000 1,010 1,020 1,030 1,040 1,050

Le itura do densímetro (L)

Alt. de queda

a (cm)

Curva I - para as três primeiras leituras (30, 60 e 120 s)

Curva II - para as demais leituras

23

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 , passa-

se 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.


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;



• Peso da cápsula + solo úmido;

• Peso da cápsula + solo seco.

24

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

ENSAIO N0

ÁGUA COLOCADA

NO SOLO (ml)

PESO CILINDRO + SOLO

COMPACTADO (gf)

NÜMERO DA

CÁPSULA

PESO DA CÁPSULA

(gf)

PESO CÁPS. + SOLO ÚMIDO

(gf)

PESO CÁPS. + SOLO SECO

(gf)

1 100 4370 30 38,78 112,08 106,08 2 50 4450 28 37,22 103,42 97,13 3 50 4520 12 37,88 110,86 102,83 4 50 4560 15 37,86 111,36 102,05 5 70 4540 16 39,08 128,93 116,12 6 50 4530 55 38,54 112,85 102,29

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:

hP P

P=

−−

×cápsula + solo úmido cápsula + solo seco

cápsula + solo seco cápsulaP100

Com os valores de γ e h, pode-se calcular o peso específico aparente seco γs:

γ γs h= ×

+100

100

25

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 1960 1,96 8,92 1,80 2 2040 2,04 10,50 1,85 3 2110 2,11 12,36 1,88 4 2150 2,15 14,50 1,88 5 2130 2,13 16,63 1,83 6 2120 2,12 17,13 1,81

A etapa seguinte consiste no traçado da “curva de compactação”. Para tanto, cria-

se 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.

26

Curva de Compactação

1,75

1,8

1,85

1,9

8 10 12 14 16 18

Umidade (%)

γγγγ S

(gf/cm 3)

Da curva:

e

γs máx = 1,885 gf/cm 3

h ot = 13,5 %

γS max

hot

27

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.

DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro das partículas (mm)

% P

assa

ndo

ensaios de compactaÇÃo e caracterizaÇÃo · propriamente dita dos ensaios, que não é aqui...

Documents