A importância dos ensaios em solos

Os ensaios laboratoriais dos solos constituem uma das componentes de grande relevância na engenharia geotécnica. Na prática corrente, devido à dificuldade em obter amostras indeformadas de elevada qualidade, é habitual considerar-se que os ensaios laboratoriais são menos adequados quando comparados com os ensaios de campo.

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Os solos são classificados em residuais, sedimentares e orgânicos. Os residuais são os que permanecem no local da rocha de origem (rocha mãe), observando-se uma gradual transição da superfície até a rocha. Para que ocorram os solos residuais, é necessário que a velocidade de decomposição de rocha seja maior que a velocidade de remoção pelos agentes externos. Estando os solos residuais apresentados em horizontes (camadas) com graus de intemperismos decrescentes, podem-se identificar as seguintes camadas: solo residual maduro, saprolito e a rocha alterada.

Os sedimentares ou transportados são os que sofrem a ação de agentes transportadores, podendo ser aluvionares (quando transportados pela água), eólicos (vento), coluvionares (gravidade) e glaciares (geleiras). Os orgânicos são originados da decomposição e posterior apodrecimento de matérias orgânicas, sejam estas de natureza vegetal (plantas, raízes) ou animal.

Os solos orgânicos são problemáticos para construção por serem muito compressíveis. Em algumas formações de solos orgânicos ocorre uma importante concentração de folhas e caules em processo de decomposição, formando as turfas (matéria orgânica combustível).

Os ensaios laboratoriais dos solos constituem uma das componentes de grande relevância na engenharia geotécnica. Na prática corrente, devido à dificuldade em obter amostras indeformadas de elevada qualidade, é habitual considerar-se que os ensaios laboratoriais são menos adequados quando comparados com os ensaios de campo.

Outra forte razão, para o recurso menos frequente aos ensaios laboratoriais, prende-se com a morosidade dos ensaios, muitas vezes não compatível com o ritmo de avanço das obras. Porém, os estudos mais detalhados para caracterizar o comportamento tensão-deformação dos solos poderá contribuir para um dimensionamento mais racional das obras geotécnicas.

Assim, torna-se indispensável um programa avançado de ensaios laboratoriais de precisão. De uma forma genérica, pode-se dizer que a caracterização do comportamento tensão-deformação-tempo do solo deverá contemplar ensaios de campo, ensaios laboratoriais e observação do comportamento em escala real. Os ensaios a realizar deverão visar a caracterização física e mecânica dos materiais. Em determinadas situações, a caracterização hidráulica poderá ser também um dos aspectos importantes a ter em consideração nos trabalhos.

A NBR 9895 (MB2545) de 10/2016 – Solo – Índice de suporte Califórnia (ISC) – Método de ensaio especifica o método para determinação do valor do índice de suporte Califórnia e da expansão de solos em laboratório, utilizando amostras deformadas, não reusadas, de material que passa na peneira de 19 mm, com o mínimo de cinco corpos de prova. A NBR 7182 (MB33) de 09/2016 – Solo – Ensaio de compactação específica um método para determinação da relação entre o teor de umidade e a massa específica aparente seca de solos, quando compactados, de acordo com os procedimentos especificados.

Para a realização do índice de suporte Califórnia, a aparelhagem necessária para execução inclui alguns itens. Balanças que permitam pesar nominalmente 20 kg, 1.500 g e 200 g com resolução de 1 g, 0,1 g e 0,01 g, respectivamente, e sensibilidade compatível; peneiras de 76 mm, 19 mm e 4,8 mm de acordo com as NBR NM ISO 2395, NBR NM ISO 3310 1 e NBR NM ISO 3310-2. Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 °C e 110 °C e cápsulas metálicas, com tampa, para determinação de umidade.

Deve-se ter bandejas metálicas de 75 cm × 50 cm × 5 cm; régua biselada com comprimento de 30 cm; espátulas de lâmina flexível com aproximadamente 10 cm × 12 cm e 2 cm × 10 cm (largura × comprimento); cilindro: compreende o molde cilíndrico de bronze, latão ou ferro galvanizado, base perfurada, cilindro complementar de mesmo diâmetro (colarinho) e disco espaçador metálico; as dimensões especificadas estão indicadas na Figura A.1 (disponível na norma); soquete: consiste de um soquete de bronze, latão ou ferro galvanizado, com massa da ordem de (4 536 ± 10) g e dotado de dispositivo de controle de altura de queda (guia) da ordem de (457 ± 2) mm; as dimensões especificadas estão indicadas na Figura A.2 (disponível na norma).

Prato perfurado de bronze, latão ou ferro galvanizado, com 149 mm de diâmetro e 5 mm de espessura, com haste central ajustável, constituída de uma parte fixa rosqueada e de camisa internamente, com a face superior plana para contato com o relógio comparador (defletômetro); as dimensões especificadas estão indicadas na Figura A.3 (disponível na norma); suporte para relógio comparador (defletômetro; as dimensões a serem respeitadas estão indicadas na Figura A.4; disco anelar de aço para sobrecarga, dividido diametralmente em duas partes, com (2 270 ± 10) g de massa total, com diâmetro externo de 149 mm e diâmetro interno de 54 mm.

Soma-se a isso um relógio comparador (defletômetro) com curso mínimo de 10 mm, graduado em 0,01 mm; prensa, composta dos seguintes elementos, conforme Figura A.5 (disponível na norma): quadro formado por base e travessa de ferro fundido e tirantes de aço, apresentando a travessa um entalhe inferior para suspensão de um conjunto dinamométrico; macaco de engrenagem, de operação manual por movimento giratório de uma manivela, com duas velocidades, acompanhado de um prato reforçado ajustável ao macaco, com 240 mm de diâmetro para suportar o molde, ou prensa hidráulica com ajuste de velocidade; conjunto dinamométrico com capacidade de 50 kN sensível a 25 N, constituído por anel dinamométrico de aço (ou célula de carga), calibrado, com dimensões compatíveis com a carga indicada, com dispositivo para fixação no entalhe da travessa; relógio comparador (defletômetro) graduado em 0,001 mm fixado ao centro do anel, para medir encurtamentos diametrais; pistão de penetração, de aço, com 49,6 mm de diâmetro e com uma altura de cerca de 190 mm, variável conforme as condições de operação, fixado à parte inferior do anel; e relógio comparador (defletômetro) graduado em 0,01 mm, com curso maior que 12,7 mm, fixado lateralmente ao pistão, de maneira que seu pino se apoie no bordo superior do molde.

Mais um extrator de corpo de prova; tanque ou recipiente com capacidade tal que permita a imersão total do corpo de prova; papel filtro circular com cerca de 150 mm de diâmetro; provetas de vidro com capacidade de 1 000 cm3, 200 cm³ e 100 cm³, e com graduações de 10 cm³, 2 cm³ e 1 cm³, respectivamente; desempenadeira de madeira com 13 cm × 25 cm; conchas metálicas com capacidade de 1 000 cm³ e 500 cm³; base rígida preferencialmente de concreto, com massa superior a 100 kg.

A quantidade recomendada de material para execução do ensaio é de 50 kg. A amostra deve ser preparada de acordo com a NBR 6457, conforme a tabela abaixo.

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Para a moldagem dos corpos de prova, deve-se fixar o molde cilíndrico à sua base e colocar o disco espaçador. Se necessário, colocar uma folha de papel-filtro com diâmetro igual ao do molde utilizado, de modo a evitar a aderência do solo compactado à superfície metálica do disco espaçador. Tomar a amostra preparada para ensaio de acordo com 5.1. Na bandeja metálica, com auxílio da proveta de vidro, adicionar água gradativamente e revolver continuamente o material, de forma a obter um teor de umidade em torno de cinco pontos percentuais abaixo da umidade ótima presumível.

Após completar a homogeneização do material, proceder à compactação, em cinco camadas, atendo-se ao número de golpes por camada correspondente à energia desejada, conforme especificado na Seção 4. Os golpes do soquete devem ser aplicados perpendicularmente e distribuídos uniformemente sobre a superfície de cada camada, sendo que as alturas das camadas compactadas devem resultar aproximadamente iguais. A compactação de cada camada deve ser precedida de uma ligeira escarificação da camada subjacente.

A determinação da umidade, w, deve ser feita com uma porção de amostra remanescente na bandeja, retirada imediatamente após a compactação da segunda camada, e de acordo com a NBR 6457. Após a compactação da última camada, retirar o cilindro complementar, depois de escarificar o material em contato com a parede deste, com auxílio de espátula. Deve haver um excesso de no máximo 10 mm do solo compactado acima do molde que deve ser removido e rasado com o auxílio de régua biselada. Feito isso, remover o molde cilíndrico de sua base.

Pesar o conjunto, com resolução de 1 g, e, por subtração da massa do molde cilíndrico, obter a massa úmida do solo compactado, Mu. Repetir as operações descritas de 5.2.1 a 5.2.7 para teores crescentes de umidade tantas vezes quantas necessárias para caracterizar a curva de compactação com um mínimo de cinco corpos de prova. Estes corpos de prova moldados são utilizados nos ensaios de expansão e penetração.

Terminadas as moldagens necessárias para caracterizar a curva de compactação, retirar o disco espaçador de cada corpo de prova, inverter os moldes e fixá-los nos respectivos pratos-base perfurados. Colocar, em cada corpo de prova, no espaço deixado pelo disco espaçador, o prato perfurado com a haste de expansão e sobre ele dois discos anelares cuja massa total deve ser da ordem de (4 540 ± 20) g.

Apoiar, na haste de expansão do prato perfurado, a haste do relógio comparador (defletômetro) acoplado ao suporte para relógio comparador (defletômetro), colocado na borda superior do cilindro. Anotar a leitura inicial e imergir o corpo de prova no tanque. Cada corpo de prova deve permanecer no banho durante no mínimo quatro dias, e as leituras no relógio comparador (defletômetro) devem ser efetuadas de 24 h em 24 h.

Para o ensaio de compactação de solo, a aparelhagem necessária para execução do ensaio deve inclui balanças que permitam pesar nominalmente 10 kg e 200 g, com resoluções de 1 g e 0,01 g, respectivamente e com sensibilidades compatíveis; peneiras de 19 mm e 4,8 mm, de acordo com as NBR NM ISO 3310-1 e NBR NM ISO 3310-2; estufa capaz de manter a temperatura entre 105 °C e 110 °C. Incluir cápsulas metálicas (com tampa, se necessário), para determinação da umidade; bandejas metálicas (por exemplo 75 cm × 50 cm × 5 cm); régua de aço biselada (por exemplo com comprimento de 30 cm).

Também deve-se dispor de espátulas de lâmina flexível (por exemplo com aproximadamente 2 cm de largura e 12 cm de comprimento); cilindro metálico pequeno (cilindro de Proctor), compreendendo o molde cilíndrico, sua base e o cilindro complementar de mesmo diâmetro (colarinho); as dimensões especificadas estão indicadas na figura 1; cilindro metálico grande [cilindro de ISC (CBR – California bearing ratio)], compreendendo o molde cilíndrico, sua base, cilindro complementar de mesmo diâmetro (colarinho) e disco espaçador metálico; as dimensões especificadas estão indicadas na Figura 2 (disponível na norma); soquete pequeno, consistindo em um soquete metálico com massa de (2 500 ± 10) g e dotado de dispositivo de controle de altura de queda (guia), que é de (305 ± 2) mm; as dimensões especificadas estão indicadas na Figura 3 (disponível na norma).

Deve-se dispor de soquete grande, consistindo em um soquete metálico com massa de (4 536 ± 10) g e dotado de dispositivo de controle de altura de queda (guia), que é de (457 ± 2) mm; as dimensões especificadas estão indicadas na Figura 4 (disponível na norma); provetas de vidro com capacidade de 1 000 cm³, 200 cm³ e 100 cm³ e com graduações de 10 cm³, 2 cm³ e 1 cm³, respectivamente; desempenadeira de madeira (por exemplo, com 13 cm × 25 cm); extrator de corpo de prova; conchas metálicas (por exemplo, com capacidade de 1 000 cm3 e 500 cm3); base rígida, preferencialmente de concreto; papel-filtro com diâmetro igual ao do molde empregado; e sacos plásticos.

As energias de compactação especificadas nesta norma são: normal, intermediária e modificada. Na tabela abaixo estão assinaladas as características inerentes a cada energia.

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Para o ensaio realizado com reuso de material, sobre amostras preparadas com secagem prévia até a umidade higroscópica, fixar o molde cilíndrico à sua base, acoplar o cilindro complementar e apoiar o conjunto em uma base rígida. Caso se utilize o cilindro grande, colocar o disco espaçador. Colocar uma folha de papel filtro com diâmetro igual ao do molde utilizado, de modo a evitar a aderência do solo compactado com a superfície metálica da base ou do disco espaçador.

Tomar a amostra preparada para ensaios com reuso de material, de acordo a NBR 6457. Na bandeja metálica, com auxílio da proveta de vidro, adicionar água destilada, gradativamente e revolvendo continuamente o material, de forma a se obter teor de umidade em torno de 5% abaixo da umidade ótima presumível.

Para determinados solos, a uniformização da umidade, quando da incorporação da água no material seco até a umidade higroscópica, pode apresentar algumas dificuldades. No caso de problemas na uniformização da umidade, recomenda-se que a amostra a ser ensaiada, após a adição da água e o revolvimento do material, seja colocada em saco plástico vedado e mantida em processo de cura em uma câmara úmida durante 24 h.

Antes do processo de compactação, deve ser realizado um revolvimento da amostra adicional. Após completa homogeneização do material, proceder à sua compactação, atendo-se ao soquete, número de camadas e número de golpes por camada correspondentes à energia desejada, como especificado na tabela acima.

Os golpes do soquete devem ser aplicados perpendicularmente, certificando-se de que o soquete deslize na haste em queda livre, distribuídos uniformemente sobre a superfície de cada camada, sendo que as alturas das camadas compactadas devem resultar aproximadamente iguais. A compactação de cada camada deve ser precedida de uma ligeira escarificação da camada subjacente.



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