Departamento de Engenharia Civil
Geotecnia
3º Ano
ENSAIO EDOMÉTRICO
OBJECTIVOS
Em Engenharia Civil o conhecimento das características de um solo: cargas máximas admissíveis, deformações,
compacidade, etc, são essenciais. É com este intuito que se realizam este tipo de ensaios.
O ensaio edométrico tem por objectivo estudar o comportamento de estratos de confinados de argila totalmente
saturados. Para tal, aplicam-se cargas verticais durante 24 h (cada uma), impedindo-se a deformação lateral. Este ensaio
permite determinar o coeficiente de consolidação (CV), o coeficiente de compressibilidade volumétrico (mV), o valor do
coeficiente de permeabilidade da amostra sob diversos níveis de carga (K), bem como, todas as outras grandezas cujo
valor seja relevante para a caracterização do estado de consolidação do solo.
É de referir, que para a obtenção do tempo correspondente a 90% da consolidação (t90), é necessário construir a
curva de consolidação, que relaciona os assentamentos (? h) com a raiz quadrada do tempo (para cada nível de tensão
considerado).
É, também, possível construir a curva de compressibilidade, que relaciona o índice de vazios (e) com a tensão
efectiva aplicada (? `). A partir desse gráfico, obtém-se a tensão de pré- consolidação (? p`), o coeficiente de
recompressibilidade (Cr) e o coeficiente de compressibilidade (Cc).
APARELHOS E UTENSÍLIOS
-
Amostra intacta e saturada.
Aparelho que permita que as cargas sejam aplicadas por escalões através de um êmbolo.
Pedras porosas para drenagem da água.
Papel de filtro.
Anel rígido de confinamento para impedir deformações laterais.
Recipiente cheio de água para fixar os diversos utensílios.
Micrómetro para medir deformações verticais.
Cronómetro.
PROCEDIMENTO
Inicialmente, com o amostrador, recolhe-se a amostra directamente do solo, que deverá permanecer intacta e saturada até
à altura do ensaio. Esta é colocada (que já se encontra dentro do anel rígido) sobre uma pedra porosa de diâmetro igual ao
diâmetro exterior do anel (de modo que, quando submetida a uma carga, o anel não escorregue lateralmente). Sobre a
amostra é colocada uma nova pedra porosa de diâmetro igual ao diâmetro interior do anel (de modo que, quando
submetida a uma carga, não seja travada pelo anel impedindo a deformação da amostra). É de referir, que entre a
amostra e as pedras porosas são colocadas folhas de filtro. Sendo prontamente colocado no interior de uma célula, e
enchida com água. Por último, coloca-se no topo o dispositivo que irá transmitir as tensões da máquina para a amostra.
De seguida, elabora-se um novo conjunto, em que a amostra é substituída por uma placa padrão (placa de alumínio
com 20 mm de espessura). Coloca-se este conjunto na máquina, e regista-se o nº de divisões correspondentes. Calibrando
deste modo a maquina. Coloca-se a célula contendo o conjunto amostra de solo / pedras porosas / folhas de filtro no aparelho e
regista-se o nº de divisões. Comparando com o nº de divisões obtido a partir da placa padrão, fica-se a conhecer a altura
2
inicial da amostra de solo (hi). Coloca-se a carga inicial (12,5 kN/m ) no aparelho e destrava-se, iniciando-se, nesse instante,
a contagem do tempo. A carga é mantida durante 24 horas. Durante esse período são efectuadas as leituras necessárias
para a construção da curva de consolidação para cada escalão de carga. Após o período de 24 horas, a carga aplicada é
substituída pela seguinte. Esta terá, igualmente, um período de 24 horas. Repete-se esta etapa, para cada um dos
escalões de carga. Após a aplicação de todos as cargas, procede-se à descarga. Durante etapa, aplicam-se carga cada
vez menores, por períodos de 24 horas.
pág. 2
Departamento de Engenharia Civil
Geotecnia
3º Ano
Teor de Humidade
Natural
Antes
Depois
A
Número da cápsula ou anel
16G
2
2
B
Peso da cápsula + toma húmida
240.5
230.27
223.94
C
Peso da cápsula + toma seca
192.10
196.42
196.42
D=B–C
Água na toma
48.45
33.85
27.52
E
Peso da cápsula
29.99
82.91
82.91
F=C–E
Toma seca
162.11
113.51
113.51
W = D / F * 100 (%)
Teor de húmidade
29.9
29.8
24.2
e = W * G (%)
Índice de vazios
Tabela I
79.9
79.7
64.8
RESULTADOS
(a)
Para cada incremento de carga converteu-se os dados fornecidos na tabela I para a obtenção das leituras indicadas na
tabela II;
Expressão de conversão:
Valor lido no deflectómetro (x – y –z) ? (100 * x + 5 * y + z) * 0.002 (mm)
Exemplo:
19 – 10 – 2 ? (100 * 19 + 5 * 10 + 2) * 0.002 = 3.904 mm
Tempo
(min)
0
0.25
1
2.5
4
6.25
9
12.25
16
25
36
60
90
120
180
300
450
Leitura Final
Descarga
25
Leitura
(mm)
3.904
3.628
3.619
3.616
3.614
3.612
3.611
3.610
3.609
3.608
3.606
3.604
3.602
3.601
3.598
3.596
3.594
3.588
Carga aplicadas durante o ensaio (KN/m2)
49
98
196
392
Leitura
Leitura
Leitura
Leitura
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
3.588
3.416
3.180
2.853
3.462
3.232
2.926
2.512
3.454
3.223
2.908
2.491
3.451
3.218
2.902
2.480
3.448
3.215
2.897
2.474
3.447
3.212
2.894
2.470
3.446
3.210
2.891
2.466
3.444
3.209
2.888
2.462
3.442
3.207
2.885
2.460
3.441
3.204
2.882
2.456
3.439
3.203
2.880
2.452
3.436
3.200
2.877
2.448
3.434
3.198
2.874
2.444
3.432
3.196
2.872
2.442
3.430
3.193
2.868
2.438
3.428
3.190
2.865
2.435
3.424
3.187
2.862
2.430
3.416
3.180
2.853
2.420
1.565
1.372
Leitura final após descarga = 2.06mm
785
Leitura
(mm)
2.420
1.992
1.962
1.949
1.940
1.933
1.928
1.923
1.920
1.913
1.908
1.902
1.896
1.893
1.886
1.882
1.876
1.864
1.190
1570
Leitura
(mm)
1.864
1.294
1.256
1.238
1.225
1.216
1.210
1.204
1.199
1.192
1.186
1.178
1.172
1.166
1.160
1.154
1.148
1.132
pág. 3
Departamento de Engenharia Civil
Geotecnia
3º Ano
ANÁLISE DE RESULTADOS
Espessura inicial do solo : 19,778 mm
Densidade das partículas:
Gs = S x ei / Wi
S ?
ei ?
Wi ?
Assentamento:
ao longo do
escalão
? h = (Di - D) x 0,002
Di ?
D ?
ex.:
Altura no final:
do escalão
grau de saturação
índice de vazios inicial
teor de humidade inicial
nº de divisões no início do ensaio (4300)
nº de divisões no instante considerado
? h12,25
h = hi - ? h
hi ?
?h ?
(mm)
= (4300 –3,610 ) x 0,002
(mm)
altura no início do ensaio (3,904 mm)
assentamento no final do escalão considerado (mm)
ex.:
Para o primeiro incremento hf = 3.588 mm
? h = h – hi = 0.316 mm
Para o final do ensaio (após descarregado) hf = 2.06 mm
? h = h0 – hf = 1.844 mm
Valor do índice de vazios no final do ensaio ? e1 = 64.8%
Variação do índice:
de vazios no final
do escalão
? e = (1 + ei) x ? h / hi
ei ?
?h ?
hi ?
ex.:
Índice de vazios no:
final do escalão
(obtido já na alínea anterior)
índice de vazios no início do ensaio (0,7971)
assentamento no final do escalão (0,316 mm)
altura no início do ensaio (3,588 mm)
? e = 0.092 * 0.316
= 0.029
e = ei - ? e
ei ?
?e ?
ex.:
índice de vazios no início do ensaio (0,7971)
variação do índice de vazios do escalão considerado
e
Pressão (KN/m2)
0
25
49
98
196
392
785
1570
0
= 0,7971 - 0,029
? H (mm)
0
0.316
0.488
0.724
1.051
1.484
2.04
2.772
1.844
Tabela III
?e
0
0.029
0.045
0.067
0.097
0.137
0.188
0.255
0.170
e
0.817
0.788
0.772
0.750
0.720
0.680
0.629
0.562
0.648
pág. 4
Departamento de Engenharia Civil
Comprimento de:
drenagem
Geotecnia
H = (h0 + h1) / 4
ho ?
h1 ?
3º Ano
(mm)
altura no início do escalão (mm)
altura no fim do escalão (mm)
m v = 1 / (1 + e0) x (e0 - e1) / [(? 1` - ? 0`) x 10-3]
(d) Coeficiente de:
compressibilidade
volumétrico
e0 ?
e1 ?
? 0` ?
? 1` ?
índice
índice
carga
carga
de
de
do
do
(m2/MN)
vazios do escalão anterior
vazios do escalão considerado
escalão anterior (kN/m2)
escalão considerado (kN/m2)
ex.:
? 0’= 196 KN/m2
? 1’= 392 KN/m2
e0 = 0.720
e1 = 0.680
mv = (1 / (1 + e0) ) * (e0 - e1) / (? 1’- ? 0’)
= (1 / (1 + 0.72) ) * (0.72 - 0.68) / (392 - 196)
-4
2
-4
2
= 1.210 m /KN = 1.210 m /MN
Tempo correspondente:
Factor tempo:
Para cada escalão construir o gráfico t vs ? h (apenas é a 90% da consolidação
necessário até ao tempo 36 min).
Representar a tangente à curva resultante na zona linear, até cruzar com o eixo
das ordenadas.
Traçar uma nova recta, cujas abcissas são as anteriores multiplicadas por 1,15 (as
ordenadas são iguais).
A abcissa do ponto em que esta recta intercepta a curva, corresponde à raíz
quadrada de t90.
para 90% da consolidação,
Tv = -0,933.log(1 - u) - 0,085
= -0,933.log(1 - 0,9) - 0,085
= 0,848
índice de vazios
(b) Curva: índice de vazios vs log. da tensão efectiva
0,85
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
10
100
1000
10000
2
logaritmo da tensão efectiva (KN / m )
pág. 5
Departamento de Engenharia Civil
Geotecnia
Cv = Tv x (D x 10-3)2 / t90
(e) Coeficiente de:
consolidação
Tv ?
D ?
t90 ?
3º Ano
(m2/s)
factor tempo (0,848)
comprimento de drenagem (mm)
tempo correspondente a 90% da consolidação (s)
Determinação do valor de D:
D = (h
* -
? h / 2) / 2
h = h0 - ? h’
*
2
h ? espessura do solo após a aplicação da carga de 25 KN/m
2
? h ? assentamento do solo coma aplicação da carga de 49 KN/m
2
? h’? assentamento do solo coma aplicação da carga de 25 KN/m
h0 ? espessura inicial do solo
*
? h = 3.588 – 3.416 = 0.172 mm
? h’= 3.904 – 3.588 = 0.316 mm
*
h = 19.778 – 0.316 = 19.462 mm
D = (19.462 – 0.172 / 2) / 2 = 9.688 mm
Determinação do valor de t90:
Raíz de t (min)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Leitura no deflectómetro quando aplicada a carga de 49 KN/m2 (mm)
3.462
3.454
3.451
3.448
3.447
3.446
3.444
3.442
Tabela IV
pág. 6
Departamento de Engenharia Civil
Geotecnia
3º Ano
Determinação do coeficiente de consolidação pelo método da raíz quadrada do tempo
Leitura no deflectómetro (mm)
3,475
3,47
3,465
3,46
3,455
3,45
3,445
3,44
0
1
2
3
4
5
Raíz quadrada do tempo percorrido (min)
cv = (0.848 * 9.6882 ) / 1.227
= 52.866 mm2 / min
= 27.786 m2 / ano
CONCLUSÃO
Com este tipo de ensaios, obtêm-se os parâmetros definidores da compressibilidade do solo, conseguindo-se assim
prever a sua deformabilidade quando solicitado por determinadas
forças de compressão. Permitindo estudar o
comportamento do solo nas suas diversas situações:
1. fundação para estruturas : através do conhecimento das características do solo de fundação, consegue-se
prever os diversos assentamentos do solo de fundação.
2. solos moles : ou solos de aluvião. A sua baixa resistência, pode ser aumentada através dos processos de
compactação.
3. efeito da água no solo : através do abaixamento do nível freático, consegue-se uma diminuição do índice de
vazios do solo, uma consequente diminuição da permeabilidade e um aumento da resistência.
De notar que quanto maior a força de compressão aplicada, menor será o tempo necessário para se verificar a
consolidação. Pode observar-se que, à medida que a tensão aumenta, o índice de vazios diminui. Deste modo, verifica-se
um diminuição da permeabilidade da amostra de solo. Após este ensaio, conclui-se que, o ensaio edométrico, permite determinar
os valores dos assentamentos de um solo quando sujeito a diversas cargas.
Elaborado por:
Miguel T. Pinto e Silva, nº31989
pág. 7