COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. © 2010 ABMS.
Resistência ao Cisalhamento de Solos Compactados: A Influência
da Variação do Peso Específico Seco.
Murilo da Silva Espíndola
Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, [email protected]
Cesar Schmidt Godoi
Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, [email protected]
Marciano Maccarini
Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, [email protected]
Orlando Martini de Oliveira
Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, [email protected]
RESUMO: As amostras de solos compactadas podem apresentar variações nos valores de peso
específico seco em função da sua profundidade, isto pode fazer com que ocorram dispersões nos
parâmetros de resistência ao cisalhamento. Esta pesquisa tem como objetivo avaliar a variação do
peso específico seco em solos compactados e a sua influência nos parâmetros de resistência do solo
obtidos pelo ensaio de cisalhamento direto. Neste trabalho foram compactadas amostras de um solo
residual de granito em cilindros grandes de CBR, e posteriormente estas amostras foram divididas
em topo (T), meio (M) e base (B) possibilitando a moldagem de corpos de prova para execução do
ensaio de cisalhamento direto em diferentes profundidades. Foram elaboradas sete envoltórias de
ruptura utilizando-se o critério Mohr-Coulomb. Foi possível confirmar a variação do peso
específico seco em função da profundidade da amostra de solo estudada, consequentemente foi
verificado que esta variação influênciou diretamente nos parâmetros de resistência ao cisalhamento
da mesma. Os autores concluem que é possível definir uma disposição na elaboração destes ensaios
em que esta variação seja menos significantiva e os parâmetros de resistência ao cisalhamento mais
representativos.
PALAVRAS-CHAVE: Solos Compactados, Resistência ao Cisalhamento.
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a compactação de uma camada de solo que deve
ser extraída para a moldagem do corpo de
prova. Contudo, não necessariamente esta é a
prática adotada por todos os laboratórios, pois
pode ocorrer de serem compactadas camadas de
solo sobrepostas, geralmente feita no interior
dos moldes Proctor ou CBR, de onde serão
moldados três corpos de prova, um na região do
Topo, outro no Meio e um último na Base da
amostra assim obtida.
Alcançando-se o objetivo deste trabalho,
será possível confirmar que os valores de c’
(coesão efetiva) e φ’ (ângulo de atrito efetivo)
podem ser significativamente alterados
conforme o local de onde são retirados os
INTRODUÇÃO
Este trabalho tem como objetivo principal
analisar a variação do peso específico seco em
amostras de solo compactadas, e sua influência
nos parâmetros de resistência ao cisalhamento
do solo.
A determinação da envoltória de ruptura de
amostras de solo compactadas exige um
rigoroso controle do peso específico seco e teor
de umidade dos corpos de prova. Quando a
compactação é realizada no interior de um
molde cilíndrico (Proctor ou CBR), de acordo
com os procedimentos para a obtenção da curva
de compactação, o mais adequado é que se faça
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drenado. A velocidade de cisalhamento adotada
no ensaio foi de 0,307mm/min. O equipamento
utilizado neste trabalho, Figura 01, foi
desenvolvido pela TESTOP Indústria e
Comércio Ltda. em agosto de 1981, e a
aquisição automática de dados foi implantada
pelos laboratoristas em 2009.
corpos de prova para a realização do ensaio de
resistência ao cisalhamento. Posteriormente são
sujeridas disposições tais que estes valores
sejam
afetados
o
minímo
possível,
assemelhando-se a prática ideal.
Serão calculadas sete envoltórias de ruptura
e analisando as envoltórias obtidas poderão ser
identificadas a disposição da amostras que leva
a uma envoltória de ruptura mais conservadora,
a que mais se aproxima da adequada e dentre
outras, a menos conservadora.
Este trabalho visa sobretudo identificar essa
grande variabilidade nos parâmetros de
resistência e alertar laboratórios, laboratoristas
e pesquisadores.
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METODOLOGIA
Inicialmente procedeu-se com a escolha de uma
amostra que pudesse oferecer uma variação do
peso específicio com a profundidade, foram
então realizados os ensaios de caracterização da
mesma (granulometria, densidade dos grãos e
limites de Atterberg).
Foi realizado um ensaio de compactação
com a amostra seca ao ar livre e com
reutilização do material para cada ponto da
curva de compactação. No processo de
compactação foi utilizado o cilindro grande
CBR sendo aplicada a energia Proctor Normal
(aproximadamente 600kN·m/m³). Os ensaios de
cisalhamento direto foram realizados em corpos
de prova moldados nas condições da umidade
ótima da curva de compactação assim obtida.
A altura da amostra compactada obtida
através da utilização do cilindro grande CBR é
de 11,43cm, e como as amostras de
cisalhamento direto utilizadas no equipamento
da UFSC possuem uma altura de 2,1cm, foram
moldados três corpos de prova distribuídos no
Topo, Meio e Base destes 11,43cm.
Posteriormente estes corpos de prova foram
inundados na própria caixa do equipamento de
cisalhamento direto. O Software desenvolvido
no laboratório de mecânica dos solos da UFSC
permite que o laboratorista identifique se as
deformações verticais causadas pela carga
confinante já estabilizaram, através de um
gráfico envolvendo deformação vertical versus
tempo, e finalmente iniciar o ensaio não
Figura 01. Equipamento de cisalhamento direto (UFSC).
Para a obtenção das envoltórias de ruptura
foram empregadas as pressões normais de
31,35kPa, 74,10kPa e 121,6kPa. Durante a
moldagem dos corpos de prova para o ensaio de
cisalhamento direto foram identificados a base
(maior peso específico), o meio e o topo
(menores pesos específicos) de cada amostra do
processo de compactação adotado. Assim,
dispondo dos 3 amostras cilíndricas de solo
compactado, procedeu-se com as disposições
das partes das amostras para a determinação de
cada envoltória de ruptura do ensaio de
cisalhamento direto, que estão representadas na
Tabela 1.
Tabela 1. Disposição dos estágios para as envoltórias
obtidas.
2
Envoltória
1º Estágio
(31,35kPa)
2º Estágio
(74,10kPa)
3º Estágio
(121,6kPa)
1ª
TOPO
MEIO
BASE
2ª
TOPO
BASE
MEIO
3ª
MEIO
TOPO
BASE
4ª
MEIO
BASE
TOPO
5ª
BASE
TOPO
MEIO
6ª
BASE
MEIO
TOPO
7ª
MEIO
MEIO
MEIO
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Após a realização dos ensaios nas condições
propostas na Tabela 1, foram calculadas as
envoltórias de ruptura, o que tornou possível a
obtenção dos parâmetros de resistência c’
(coesão efetiva) e φ’ (ângulo de atrito efetivo).
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RESULTADOS
Conforme foi citado anteriormente, esta
pesquisa foi elaborada para um único tipo de
solo, os resultados de caracterização do mesmo
são apresentados abaixo.
De acordo com a NBR 7181, o solo estudado
pode ser classificado como sendo um solo
areno-siltoso oriundo de substrato de granito. A
Figura 02 apresenta a curva granulométrica
deste material.
Figura 03. Curva de compactação do solo estudado.
Os valores de peso específico seco do Topo,
Meio e Base das amostras cilíndricas
compactadas 01, 02 e 03, são apresentados na
Tabela 2, assim como o gráfico da variação do
peso específico seco máximo em função da
profundidade da amostra na Figura 04.
Tabela 2. Valores de γs ao longo da altura amostras
cilíndricas compactadas.
Altura
(cm)
Topo
(0,00 a 3,81)
Meio
(3,81 a 7,62)
Base
(7,62 a 11,43)
Figura 02. Curva granulométrica do solo estudado.
Amostra 01
γs (kN/m3)
Amostra 02
γs (kN/m3)
Amostra 03
γs (kN/m3)
13,5
13,7
13,8
14,3
14,2
14,3
14,5
14,4
14,5
Os limites de Atterberg obtidos para este
solo foram, limite de liquidez (WL) igual 58% e
limite de plasticidade (WP) igual a 43%, o que
resultou em um índice de plasticidade (IP) de
15%. O peso específico dos grãos é igual a 26,6
kN/m3.
A curva de compactação deste solo foi
obtida seguindo-se os critérios definidos pela
NBR7182 e a NBR6457. Na Figura 3 é possível
observar que a umidade ótima (Wot) obtida foi
de 26,2% e o peso específico seco máximo (γd
max), correspondente a este teor de umidade, foi
de 14,86 kN/m3.
Figura 04. Variação de γs em função da profundidade.
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De acordo com a Tabela 1, foram elaboradas
6 envoltórias de ruptura para as diferentes
disposições de Topo, Meio e Base, e uma
sétima contendo somente os Meios em três
estados de tensões normais diferentes.
A primeira envoltória foi obtida com a
aplicação de uma força normal de 33kgf no
Topo, 78kgf no Meio e 128kgf na Base,
obtendo-se um valor de φ’ igual a 37,0° e c’
igual a 4,90kPa (Figura 05).
Meio, 78kgf na Base e 128kgf no Topo,
obtendo-se um valor de Ø’ igual a 33,2° e c’
igual a 11,30kPa (Figura 08).
Figura 08. Quarta envoltória de ruptura.
A quinta envoltória foi determinada através
da aplicação de uma força normal de 33kgf na
Base, 78kgf no Topo e 128kgf no Meio,
obtendo-se um valor de Ø’ igual a 35,6° e c’
igual a 6,66kPa (Figura 09).
Figura 05. Primeira envoltória de ruptura.
A segunda envoltória foi obtida
aplicação de uma força normal de
Topo, 78kgf na Base e 128kgf
obtendo-se um valor de Ø’ igual a
igual a 7,07kPa (Figura 06).
através da
33 kgf no
no Meio,
36,3° e c’
Figura 09. Quinta envoltória de ruptura.
A sexta envoltória foi obtida com a aplicação
de uma força normal de 33kgf na Base, 78kgf
no Meio e 128kgf no Topo, obtendo-se um
valor de Ø’ igual a 32,8° e c’ igual a 11,40kPa
(Figura 10).
Figura 06. Segunda envoltória de ruptura.
A terceira envoltória foi obtida com a
aplicação de uma força normal de 33kgf no
Meio, 78kgf no Topo e 128kgf na Base,
obtendo-se um valor de Ø’ igual a 36,7° e c’
igual a 4,62kPa (Figura 07).
Figura 10. Sexta envoltória de ruptura.
A sétima e última envoltória foi obtida com a
aplicação das forças normais de 33kgf, 78kgf e
128kgf no Meio, obtendo-se um valor de Ø’
igual a 36,0° e c’ igual a 6,68kPa (Figura 11).
Figura 07. Terceira envoltória de ruptura.
A quarta envoltória foi obtida com a
aplicação de uma força normal de 33kgf no
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de φ’ igual a 36° e c’ igual a 6,68kPa.
Os autores adotaram os valores de φ’ e c da
sétima envoltória como sendo os valores
padrões, pois seguem uma metodologia de
moldagem e ensaio já consolidada. Portanto,
sugere-se aos laboratórios que tem por prática a
moldagem de corpos de prova de uma mesma
amostra de solo compactada em camadas, para
determinação da envoltórioa de ruptura, ensaiar
os corpos de prova na sequência das envoltórias
2 ou 5 desta pesquisa, pois foram aquelas que
apresentam os valores mais próximos dos
citados acima para o solo estudado.
Sugere-se que este trabalho seja realizado
também com outros tipos de solo, pois os
autores não podem definir através desta
pesquisa se a influência da variação do peso
específico ao longo da altura de uma amostra de
solo compactada em camadas é significatica
para a determinação dos parãmetros de
resistência ao cisalhamento.
Figura 11. Sétima envoltória de ruptura.
Na Tabela 3 esta apresentado um resumo
contendo as equações das envoltórias, seus
respectivos coeficientes de regressão, e os
valores de Ø’ e c’.
Tabela 3. Resumo dos parâmetros de resistência ao
cisalhamento obtidos.
c’
Envoltória
Equação
R²
Ø’ (°) (kPa
)
4
1
τ = 0,75.σn + 4,90
0,999
37,0
4,90
2
τ = 0,73.σn + 7,07
0,990
36,3
7,07
3
τ = 0,74.σn + 4,62
0,999
36,7
4,62
4
τ = 0,66.σn + 11,30
0,974
33,2
11,30
5
τ = 0,72.σn + 6,66
0,999
35,6
6,66
6
τ = 0,64.σn + 11,40
0,992
32,8
11,40
7
τ = 0,73.σn + 6,68
0,999
36,0
6,68
AGRADECIMENTOS
Ao CNPQ, ao PRAE/UFSC, ao PRPG/UFSC, e
a todos que direta ou indiretamente
contribuiram com o desenvolvimento desta
pesquisa.
CONCLUSÕES E SUGESTÕES
A variação do peso específico seco com a
profundidade nas 3 amostras compactadas no
interior de um molde CBR foi de
aproximadamente 5%, sendo que a amostra
compactada 01 apresentou uma disparidade no
Topo.
A consequência da variação do peso
específico seco ao longo da altura de amostras
de solo compactadas em camadas nos
resultados fornecidos no ensaio de cisalhamento
direto é relativamente significativa. É possível
observar através dos resultados obtidos que
houve uma variação entre o maior e menor
valor de φ’ (ângulo de atrito efetivo) de até
4,2°, e os valores de c’ (coesão verdadeira)
variaram em até 6,78 kPa.
Seguindo uma prática ideal, em que ocorre a
moldagem de três amostras compactadas, e
posteriormente retirada de 3 corpos de prova no
Meio das mesmas para determinação da
resistência ao cisalhamento, obteve-se valores
REFERÊNCIAS
Das, B. M. (2007) Fundamentos de Engenharia
Geotécnica, Tradução da 6. ed. americana. Thomson
Learning.
Holtz, R.D. e Kovacs, W.D. (1981) An Introduction to
Geotechnical Engineering. Prentice Hall.
NBR 6508 (1984) Grãos de Solos que Passam na
Peneira de 4,8 mm – Determinação da Massa
Específica.
NBR 7181 (1984) Solo – Análise Granulométrica.
NBR 6459 (1984) Solo – Determinação do Limite de
Liquidez.
NBR 7180 (1984) Solo – Determinação do Limite de
Plasticidade.
NBR 7182 (1986) Solo – Ensaio de Compactação.
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