ENSAIO DE COMPACTAÇÃO DE SOLOS
1.Introdução A compactação é um método de estabilização de solos que se dá por aplicação de alguma forma de energia (impacto, vibração, compressão estática ou dinâmica). Seu efeito confere ao solo um aumento de seu peso específico e resistência ao cisalhamento, e uma diminuição do índice de vazios, permeabilidade e compressibilidade. Através do ensaio de compactação é possível obter a correlação entre o teor de umidade e o peso específico seco de um solo quando compactado com determinada energia. O ensaio mais comum é o de Proctor (Normal, Intermediário ou Modificado), que é realizado através de sucessivos impactos de um soquete padronizado na amostra.
2.Objetivo Proceder a realização do ensaio de compactação tipo Proctor Normal, com a reutilização do solo, para a obtenção de sua curva de compactação.
3.Equipamentos Os principais equipamentos são: Almofariz e mão com borracha; Peneira n o.4 (4,8mm); Balança; Molde cilíndrico de 1000cm 3, com base e colarinho; Soquete cilíndrico; Extrator de amostras; Cápsulas para determinação de umidade; Estufa.
4.Preparação da Amostra - Toma-se uma certa quantidade de material seco ao ar e faz-se o destorroamento até que não haja torrões maiores que 4,8mm; - Peneira-se a amostra na peneira no.4 (4,8mm) e em seguida determina-se sua umidade higroscópica. 5.Procedimento - Adiciona-se água à amostra até se verificar uma certa consistência. Deve-se atentar para uma perfeita homogeneização da amostra; - Compacta-se a amostra no molde cilíndrico em 3 camadas iguais (cada uma cobrindo aproximadamente um terço do molde), aplicando-se em cada uma delas 25 golpes distribuídos uniformemente sobre a superfície da camada, com o soquete caindo de 0,305m; - Remove-se o colarinho e a base, aplaina-se a superfície do material à altura do molde e pesa-se o conjunto cilindro + solo úmido compactado; - Retira-se a amostra do molde com auxílio do extrator, e partindo-a ao meio, coleta-se uma pequena quantidade para a determinação da umidade; - Desmancha-se o material compactado até que possa ser passado pela peneira no.4 (4,8mm), misturando-o em seguida ao restante da amostra inicial (para o caso de reuso do material); - Adiciona-se água à amostra homogeneizando-a (normalmente acrecenta-se água numa quantidade da órdem de 2% da massa original de solo, em peso). Repete-se o processo pelo menos por mais quatro vezes.
6.Cálculos - Peso específico úmido: γ = [(Peso Cilindro + Solo Úmido) - (Peso Cilindro)]/(Volume Cilindro) - Peso específico seco: γ d = (γ .100)/(100 + w) - Peso específico seco em função do grau de saturação: γ d = (Sr.γ s.γ w)/(w.γ s+Sr.γ w) Sr - Grau de saturação w - Umidade γ s - Peso específico das partículas sólidas γ w - Peso específico da água.
7.Resultados - Curva de compactação - é obtida marcando-se, em ordenadas, os valores dos pesos específicos secos (γ d) e, em abicissas, os teores de umidade correspondentes (w); - Peso específico seco máximo (γ dmáx) - é a ordenada máxima da curva de compactação; - Umidade ótima (wot) - é o teor de umidade correspondente ao peso específico máximo; - Curvas de saturação - relaciona o peso específico seco com a umidade, em função do grau de saturação. 8.Referências NBR-7182 da ABNT; D698-70 e D1557-70 da ASTM; T99-70 e T180-70 da AASHTO.
9.Relatório e Questões - A partir dos dados de ensaios apresentados, traçar a curva de compactação, mostrando os ramos seco e úmido e determinando o peso específico seco máximo e a umidade ótima; - Traçar as curvas de saturação a 80% e a 100% e determinar o grau de saturação do material à umidade ótima; - Qual a energia de compactação do ensaio em kilojoules por m 3? - Se usássemos um soquete mais pesado e caindo de uma altura maior, em que posição ficaria a curva de compactação em relação a curva original? - Quais as fontes de erro desse ensaio? - Por que o ramo úmido da curva não chega a tangenciar a curva Sr = 100%?
ENSAIO DE COMPACTAÇÃO - PROCTOR NORMAL FICHA DE ENSAIO
PESO DO CILINDRO: 2.380g DIÂMETRO: 10,0 cm ALTURA: 12,75 cm VOLUME: _______ cm 3
DETERMINAÇÕES Peso Cilindro + Solo Úmido (g) Peso Solo Úmido (g) Peso Específico (g/cm3) Peso Específico Seco (g/cm3)
PESO DO SOQUETE: 2.500g ALTURA DE QUEDA: 30,5 cm
01 4.260
02 4.360
03 4.450
04 4.550
05 4.590
06 4.560
73,78 71,87 38,40
84,56 81,70 43,04
69,94 66,76 32,93
92,14 88,08 49,45
79,10 74,61 38,87
89,90 84,95 50,39
Peso Específico Seco (kN/m3) Peso Cápsula + Solo Úmido (g) Peso Cápsula + Solo Seco (g) Peso da Cápsula (g) Peso de Água (g) Peso Solo Seco (g) Teor de Umidade(%)
Energia de Compactação: E = (P.h.N.n)/V, onde: P - Peso do soquete h - Altura de queda do soquete N - Número de golpes por camada n - Número de camadas V - Volume do cilindro
ENSAIO DO ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (CBR) 1.Introdução O Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR - California Bearing Ratio) é a relação, em percentagem, entre a pressão exercida por um pistão de diâmetro padronizado necessária à penetração no solo até determinado ponto (0,1”e 0,2”) e a pressão necessária para que o mesmo pistão penetre a mesma quantidade em solo-padrão de brita graduada. Através do ensaio de CBR é possível conhecer qual será a expansão de um solo sob um pavimento quando este estiver saturado, e fornece indicações da perda de resistência do solo com a saturação. Apesar de ter um caráter empírico, o ensaio de CBR é mundialmente difundido e serve de base para o dimensionamento de pavimentos flexíveis.
2.Objetivo Determinar o Índice Suporte Califórnia e a expansão do solo ensaiado.
3.Equipamentos São os seguintes os equipamentos utilizados nesse ensaio: Molde cilíndrico grande com base e colarinho; Prato-base perfurado; Disco espaçador, Prato perfurado com haste central ajustável; soquete de 4,5kg; Extensômetro mecânico ou transdutor elétrico de deslocamento; Papel-filtro; Prensa com anel dinamométrico ou com célula de carga elétrica; Tanque de imersão; Cápsulas para umidade; Estufa; Balança; Peneira de 19mm.
4.Preparação da Amostra - Seca-se a amostra ao ar e faz-se a pesagem; - Destorroa-se a amostra e faz-se o peneiramento na peneira de 19mm; - Determina-se a umidade higroscópica; - Adiciona-se água até atingir a umidade prevista para o ensaio (normalmente a umidade ótima). 5.Procedimento Experimental 1.Expansão
- Coloca-se o disco espaçador no cilindro, cobrindo-o com papel filtro; - Compacta-se o corpo de prova à umidade ótima (05 camadas e 55 golpes do soquete caindo de 45cm) e, invertendo-se o cilindro, substitui-se o disco espaçador pelo prato perfurado com haste de expansão e pesos. Esse peso ou sobrecarga corresponderá ao do pavimento e não deverá ser inferior a 4,5kg; Obs: Entre o prato perfurado e o solo coloca-se outro papel-filtro. - Imerge-se o cilindro com o corpo de prova e sobrecarga no tanque durante 96 horas, de tal forma que a água banhe o material tanto pelo topo quanto pela base; - Realiza-se leituras de deformação (expansão ou recalque) com aproximação de 0,01mm. a cada 24h;
- Terminada a “saturação”, deixa-se escorrer a água do corpo de prova durante 15 minutos e pesa-se o cilindro + solo úmido. 2.Penetração
- Instala-se o conjunto, molde cilíndrico com corpo de prova e sobrecarga, na prensa; - Assenta-se o pistão da prensa na superfície do topo do corpo de prova, zerando-se em seguida os extensômetros; - Aplica-se o carregamento com velocidade de 1,27 mm/min, anotando-se a carga e a penetração a cada 30 segundos até decorridos o tempo de 6 minutos. 6.Cálculos Para calcular a expansão (%) do solo num dado instante usa-se o quociente: [(h - hi)/hi].100, onde: (h - hi) - deformação até o instante considerado; - altura inicial do corpo de prova. Com os pares de valores da fase de penetração, traça-se o gráfico que relaciona a carga, em ordenadas às penetrações, nas abscissas. Se a curva apresentar ponto de inflexão, traça-se por ele uma reta seguindo o comportamento da curva, até que intercepte o eixo das abscissas. Esse ponto de interseção será a nova origem, provocando assim uma translação no sistema de eixos. Do gráfico obtém-se, por interpolação, ar cargas associadas às penetrações de 2,5 e 5,0mm. Cálculo do CBR:
CBR = [(Pressão encontrada)/(Pressão padrão)].100.
Obs: A pressão a ser utilizada será a carga obtida dividida pela área do pistão.
7.Resultados O resultado final para o CBR determinado, será o maior dos dois valores encontrados correspondentes às penetrações de 2,5 e 5,0mm.
8.Referências NBR-9895/ABNT; D1883-73/ASTM; T193-83/AASHTO.
9.Relatório e Questões A partir das informações contidas em ficha anexa, o aluno deverá: - Determinar as expansões para cada instante; - Construir a curva carga x penetração e determinar o CBR (comparar os CBRs para 2,5 e 5,0mm); - Em rodovias, bons subleitos são aqueles que apresentam expansões inferiores a 3%. O presente solo atende esse requisito? - Quais são as possíveis fontes de erro do ensaio?
DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA
FICHA DE ENSAIO
EXPANSÃO: TEMPO (h) 00 24 48 72 96
LEITURA (mm) 00 0,190 0,300 0,335 0,355
EXPANSÃO (%)
Altura do corpo de prova = 12,7cm
PENETRAÇÃO: PENETRAÇÃO (mm) CARGA (kg) 0,63 -1,27 28 1,90 28 2,54 56 3,17 56 3,81 84 4,44 112 5,08 142 5,71 170 6,35 196
PRESSÃO(kg/cm 2)
Área do pistão = 19,4 cm 2 Pressão-padrão para penetração de 2,5mm = 70 kg/ cm2 Pressão-padrão para penetração de 5,0mm = 105 kg/ cm2
