4.3 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

4.3.1 Introdução

A compactação é a densificação do solo por uma remoção de ar, o que precisa de energia mecânica. O ensaio de compactação é realizado para determinar a curva de compactação do material correspondente à relação entre a umidade e a massa especifica aparente seca dos solos.

4.3.2 Execução do ensaio

O ensaio foi desenvolvido segundo os procedimentos descritos na norma NBR-7182.

4.3.2.1 Objetivo

Determinar a relação entre o teor de umidade e a massa específica aparente seca de solo quando compactado.

4.3.2.2 Aparelhagem da compactação

Figura 4.1 Equipo da Prova Proctor Estándar a-Cilindro metálico pequeno b-Soquete pequeno.

4.3.2.3 Preparação de amostras para ensaios de compactação

Fixar o molde cilíndrico á sua base, acoplar o cilindro completar e apoiar o conjunto em uma base rígida.

Colocar uma folha de papel de filtro com diâmetro igual ao do molde utilizado.

a

b

Determinação da umidade do solo ho.

Capsula N° 1 2 3Peso da Capsula (g) 13,66 15,69 12,20

Cap. + Solo Umido (g) 65,63 66,83 54,14Cap. + Solo Seco (g) 60,74 61,98 50,19

Umidade (%) 10,39 10,48 10,40ho(%) 10,42

Preparação das umidades das amostras.

ONDE ESTÁ OS CÁLCULOS por exemplo:

A primeira porção deve estar com teor de umidade em torno de 5% abaixo da umidade ótima presumível, a segunda com umidade 2% superior á primeira, e assim por diante.

4.3.2.4 Compactação

Proceder á compactação do material, onde: Cilindro: pequeno Tipo de soquete: Pequeno Número de camadas: 3 Número de golpes por camada: 26 Energia desejada: Normal

A compactação de cada camada deve ser precedida de uma ligeira escarificação da camada subjacente.

Na 4.1 apresenta-se o processo de compactação das amostras.

Foto 4.1 Processo de compactação.

Obter o peso úmido do solo compactado (Ph) na balanza. Obter a massa específica aparente seca, utilizando-se a expressão:

γS=Ph∗100

V∗(100+h)

γS : Massa específica aparente seca (g/cm3)

Ph : Peso úmido do solo compactado (g)

V : Volume útil do molde cilíndrico (cm3)

h : Teor de umidade do solo compactado (%)

Obter a curva de saturação (Grau de saturação do solo S=100%), utilizando-se a expressão:

γS=Shδ a

+ Sδ

δ : Massa específica dos grãos do solo (g/cm3) (δ=2.68 g/cm3)

δ a : Massa específica da água (g/cm3) (δ a=1 g/cm3)

4.3.3 Apresentação e analise dos resultados

Na tabela seguinte observam-se os resultados obtidos para os cinco pontos do ensaio:

Corpo Altura H (cm)

Diâmetro(cm)

Volumen(cm3)

Ph(g)

h(%)

γS(g/cm3)

γS (kN/m3)

1 12,788 10 1004,37 1375,08 21,65 1,125 11,252 12,781 9,866 977,09 1591,49 25,20 1,301 13,013 11,654 10,174 947,43 1613,47 27,00 1,341 13,414 12,816 9,938 994,12 1680,7 28,70 1,314 13,145 12,752 9,985 998,53 1652,75 29,80 1,275 12,75

Tabela 4.1 Parâmetros do ensaio de compactação

De acordo aos resultados obtidos realizou-se a gráfica de Umidade vs. Densidade seca, apresentada na Figura 4.2 umidade ótima e densidade seca máxima correspondem ao pico da curva e os valores correspondentes são hÓTIMA(%)= 27 e Smáx=13,41 kN/m3.

Para a curva de zeros vazios de ar os cálculos se apresentam na tabela 4.2:

h(%)

γS(g/cm3)

γS(kN/m3)

26 1,579 15,7927 1,555 15,5528 1,531 15,3129 1,508 15,0830 1,486 14,86

h(%)

γS(g/cm3)

γS(kN/m3)

20 1,745 17,4521 1,715 17,1522 1,686 16,8623 1,658 16,5824 1,631 16,3125 1,605 16,05

Tabela 4.2 Parâmetros da curva de zeros vazios de ar

20 22 24 26 28 308

9

10

11

12

13

14

15

16

Umidade h (%)

Mas

sa e

spec

ífica

apa

rent

e se

ca

𝛾S (KN

/m3)

Curva de zeros vazíos de ar

Figura 4.2 Resultados da prova de compactação.

4.3.1 Conclusões

Os resultados obtidos do ensaio proporcionam uma curva de compactação, na qual o pico mais alto corresponde ao teor de umidade ótima hÓTIMA(%)= 27, onde o solo atinge a densidade seca máxima Smáx=13,41 kN/m3.

Á partir dos ensaios efetuados pode-se determinar o conteúdo de água que deve usar-se no campo para alcançar a densidade seca máxima (S), pelo que a prática de laboratório faz uma simulação da compactação similar á provavelmente desenvolvida no projeto para energia de compactação normal.

As curvas obtidas como resultado do ensaio de compactação apresentam dois valores de umidade por encima da umidade ótima e dois por abaixo, tal como se diz na norma, e apresenta uma tendência adequada.

hÓTIMA=27

4.4 ENSAIO DE PERMEABILIDADE A CARGA VARIÁVEL

4.4.1 Introdução

A permeabilidade de um solo esta caracterizada por o coeficiente de permeabilidade, este é a grandeza que mede a facilidade com que um fluído escoa através de um meio poroso. Seu valor depende da viscosidade do fluído, do índice de vazios, do grau desaturação, do tamanho e da forma das partículas, entre outros.

A determinação do coeficiente de permeabilidade baseia-se na lei de Darcy para escoamento laminar (segundo a qual a velocidade de percolação é diretamente proporcional ao gradiente hidráulico) e pode ser feita em laboratório por permeâmetros (neste caso a carga variável)

Admite-se adicionalmente a continuidade do escoamento, sem variações de volume de solo, durante o ensaio, e a saturação total do corpo de prova.

4.4.2 Execução do ensaio

O ensaio foi desenvolvido segundo os procedimentos descritos na norma NBR-14545.

Utilizando-se o Método B, o qual é conduzido em condições sensivelmente menos controladas.

4.4.2.1 Objetivo

Proceder à realização do ensaio de permeabilidade através do permeâmetro de carga variável em um corpo de prova que provinde da compactação de uma amostra deformada de solo para a obtenção do coeficiente de permeabilidade (k).

4.4.2.2 Aparelhagem da prova de permeabilidade a carga variável

A aparelhagem está de acordo ao emprego do Método B da NBR-14545. Os principais são:

Bureta de vidro graduada Permeâmetro (Figura 4.3 b)

Figura 4.3 a Ensaio em andamento: a-Permeâmetro a carga variável. b-Aparelhagem

4.4.2.3 Preparação do corpo de prova (CP) para o ensaio de permeabilidade

Utilizar um CP que provinde da compactação de uma amostra deformada, é usual aproveitar aquela amostra onde a umidade foi ótima.

Aplicar uma camada fina de parafina (em estado líquido) na superfície lateral do CP.

b

Na base do cilindro sobre a pedra porosa uma tela metálica com malha de abertura de 2 mm e, sobre ela, uma camada de areia grossa,que será recoberta por um anel de borracha.

Transfere-se o CP para o cilindro do ensaio de permeabilidade.

Vedação do espaço entre o corpo-de-prova e a parede do permeâmetro com a argila impermeável.

Instala-se um anel de borracha sobre a porção do material que ficará em contato com a argila impermeável.

Preenche-se o restante do cilindro com areia grossa.

4.4.2.4 Permeâmetro de carga variável

Concluída a montagem do permeâmetro, procede-se à saturação no sentido base-topo para facilitar a saída do ar dos vazios do solo até que saia água no topo do aparelho.

Coloca-se uma coluna de água de altura conhecida (h i) e anota-se o tempo inicial (ti). Faz-se fluxo no sentido topo-base e determina-se a perda de carga (hi-hj) em várias leituras durante o ensaio e anota-se o tempo final (tj), assim em um determinado tempo se obtém uma altura final (hj).

Também acompanhar o processo com anotações da temperatura da água.

Cálculo do k:

k=2,3 a∗LA∗t

loghih j

a: Área da bureta (cm2)

L : Altura do CP (cm)

hi e h j : Carga hidráulica inicial e final (cm)

t : Intervalo de tempo entre ocorrencia das cargas (s)

Correção para a temperatura: A variação da viscosidade da água com a temperatura requer uma correção do valor do k obtido, para a padronização à temperatura de 20°C.

k 20=kTηTη20

=kTC v

kT : Valor de k para a temperatura do ensaio

η20 : Viscosidade da água a temperatura de 20oC

ηT : Viscosidade da água a temperatura do ensaio

C v : Relação entre as viscosidades

Segundo Helmholtz, a viscosidade da água em função da temperatura é dada pela formula empírica:

η= 0.01781+0.033T +0.00022T 2

T : Temperatura do ensaio (oC)

4.4.3 Apresentação e analise dos resultados

Dados da amostra são apresentados:

Densidad del sólido (g/cm3) : Gs=2.68 Massa solo (g) : M=1053.26 Altura (cm) : L=10 Diâmetro (cm) : D=12.73 Área (cm2) : A=127.28 Volume (cm3) : V=1272.76

Dados da bureta:

Área da bureta (cm2) : a = 0.30

Na tabela 4.3 observam-se os resultados obtidos, onde se determina o valor de k:

t(s)

hi(cm

)

h j(cm)

hi /h jT

(oC)kT

(cm/s)C v

k 20(cm/s)

3600 100 28,5 3,51 22,0 8,1•10-06 0,952 7,739•10-06

3600 100 42,1 2,38 23,4 5,6•10-06 0,923 5,171•10-06

3600 100 49,0 2,04 23,5 4,6•10-06 0,923 4,264•10-06

3600 100 54,3 1,84 23,5 4,0•10-06 0,921 3,642•10-06

Tabela 4.3 Parâmetros do ensaio de permeabilidade a carga variável

O valor do coeficiente de permeabilidade será a média aritmética dos valores obtidos no ensaio, então:

k=5,204 ∙10−6 cms

4.4.4 Erros

No resultado obtido consideramos a possibilidade de ter ocorrido os seguintes erros:

Presença de ar na amostra saturada, onde o coeficiente de permeabilidade decresce com o aumento da quantidade de ar presente no material.

Reacomodações dos grãos devido ao fluxo de água, gerando alterações na permeabilidade da amostra.

Erro humano para medição do tempo. Erros na carga hidráulica utilizada no cálculo da permeabilidade devido

as forças de capilaridade dentro da bureta e pela formação do menisco. A metodologia supõe que o regime de escoamento é laminar, porém o

regime pode variar no interior da amostra para um regime turbulento, no qual produz perdas maiores de carga hidráulica. Além disso, dentro da amostra de solo qualquer obstáculo que se oponha ao fluxo produz-se perdas hidráulicas.

4.4.5 Conclusões

Após a realização do ensaio foi possível obter um valor de

permeabilidade: k=5,204 ∙10−6 cms , a uma temperatura do fluido de 20°C

da amostra do solo em estudo. Utilizaram-se gradientes hidráulicos baixos, para evitar modificações na

estrutura da amostra. A permeabilidade calculada poderá ser maior que a real, já que a norma

do ensaio não simula a tensão de preadensamento da amostra no campo.

4.4.6 Anexos

Anexo 1 “Umidade da amostra no ensaio”

Umidade Inicial Umidade FinalCapsula N° PF3 1 F7 6053 6043 4

Tara (g) 16.20 11.71 13.00 13.24 12.09 11.92Tara + Sh (g) 79.10 66.39 68.99 63.83 62.27 86.41Tara + Ss (g) 65.79 54.79 57.07 44.50 35.79 70.74

Umidade (%) 26.84 26.93 27.05 61.84 111.73 26.64

Umidade promedio (%) 26.94 66.74

Anexo 2 “Índices físicos do corpo de prova”

Índices físicos Inicio Após o ensaioMs (g) 1591.49 994.61

ρd (g/cm3) 1.25 0.78e 1.14 2.43Sr 63.13 73.61

Para determinar os índices físicos utilizam-se as seguintes expressões:

Massa seca (dos sólidos)

M S=( M100+w )100

Onde:

M S : Massa seca (dos sólidos) do corpo de prova (g)

M : Massa do corpo de prova (g)

w : Teor de umidade inicial (%)

Massa específica aparente seca do corpo de prova

ρd=M s

V i

Onde:

ρd : Massa específica aparente seca do corpo de prova (g/cm3)

V i : Volume inicial do CP (cm3)

Índice de vazios

e=ρsρd

−1

Onde:

e : Índice de vazios do CP

ρ s : Massa específica dos grãos (g/cm3)

Grau de saturação do CP

Sr=ρswρw ei

Onde:

ρw : Massa específica da água (ρw=1g /cm3)

BIBLIOGRAFÍA

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6457 (Preparação para ensaio normal de compactação e ensaios de caracterização). 1986.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7182 (Ensaio de compactação). 1986

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 14545 (Solo-Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos a carga variável). 2000.