ESTUDO DA CURVA CARACTERÍSTICA DE SOLOS COMPACTADOS
Larissa Andrade de Aguiar1; Fernando Rodrigo de Aquino1; Renato Cabral Guimarães2;
Gilson de Farias Neves Gitirana Junior3
1
Acadêmicos PVIC/UEG, graduandos do Curso de Engeharia Civil, UnUCET Anápolis -
UEG.
2
Orientador, docente do Curso de Engeharia Civil, UnUCET Anápolis – UEG.
3
Colaborador, docente do Curso de Engeharia Civil, EEC Goiânia – UFG.
RESUMO
Uma das linhas de pesquisa considerada como uma nova vertente e que está sendo
ultimamente explorada é a interpretação de um solo não saturado utilizando a sua curva
característica. A curva característica de um solo é definida como a relação entre o teor de
umidade e a correspondente sucção matricial. Diante desta perspectiva verifica-se a
necessidade de se estudar a curva características de solos compactados em laboratório.
Esta pesquisa avaliou o comportamento das curvas características de dois solos regionais
compactados. O objetivo desse estudo foi caracterizar o comportamento dos solos quanto a
sucção com a variação da umidade (ramo seco, umidade ótima e ramo úmido), variação do
tipo de compactação (dinâmica e semi-estática) e variação do grau de compactação. Para este
fim, foram utilizados dois métodos de ensaio (Câmara de Richards e papel filtro). Neste
trabalho serão apresentados os resultados obtidos com a Câmara de Richards.
De maneira geral verificou-se, com a análise dos resultados obtidos, que a variação das
condições de moldagem (ramo seco, ramo úmido e umidade ótima) causam interferências
significativas no comportamento das curvas características. Também foi observado que a
variação da metodologia de compactação não causa interferência no comportamento dessas
curvas.
Palavras-chave: sucção, curva característica, compactação.
Introdução
Nos Países de clima tropical, caso do Brasil, na maioria das obras onde se
utilizam solos compactados a condição de não saturação é predominante, portanto é de
1
extrema e fundamental importância o entendimento do comportamento dos solos não
saturados visando solucionar diversos problemas no âmbito da engenharia geotécnica.
Tem-se, por exemplo, que um dos problemas mais importantes envolvendo solos não
saturados no Centro-Oeste e em outras regiões do país refere-se à execução de obras de
engenharia que envolvem solos colapsíveis, que são por natureza materiais não saturados.
Estes solos sofrem considerável e brusca redução de volume e de resistência ao
cisalhamento quando submetidos a determinadas variações em seus estados de tensões,
como por exemplo, em trajetórias de molhagem, ou seja, redução de sucção (GITIRANA
JR, 1999). Este fenômeno tem sido também observado em solos compactados no ramo
seco.
A sucção pode ser definida como a pressão isotrópica da água intersticial, fruto de
condições físico-químicas, que faz com que o sistema água-solo absorva ou perca água
dependendo das condições ambientais, aumentando ou reduzindo o grau de saturação. Em
geral, a sucção dos solos é dividida em duas parcelas, a matricial e a osmótica.
Uma das linhas de pesquisa considerada como uma nova vertente e que está
sendo ultimamente explorada é a interpretação de um solo não saturado utilizando a sua
curva característica. A curva característica de um solo é definida como a relação entre o
teor de umidade e a correspondente sucção matricial. O volume de água pode ser
quantificado em termos de teor de umidade gravimétrico (w), cuja magnitude é obtida em
função da relação entre o peso de água e o peso de solo seco na amostra, ou em termos de
grau de saturação.
Esta pesquisa visa contribuir para o melhor entendimento dos ensaios de sucção
de solos tropicais compactados em laboratório. Foram determinadas as curvas
características de dois solos regionais compactados e quantificado os efeitos da variação
de três fatores (teor de umidade, grau de compactação e tipo de compactação ) na variação
da sucção e conseqüentemente no comportamento dos solos compactados.
Material e Métodos
Os ensaios foram realizados com dois solos distintos, uma areia siltosa proveniente
do UHE Corumbá, denominada “solo residual jovem” e uma argila arenosa característica da
região de Goiânia denominada “solo residual maduro”, obtida da Central de Abastecimento de
Goiás S.A. (CEASA).
2
Optou-se pela escolha destes dois solos, pois eles foram utilizados na pesquisa
“Estudo do ensaio de compactação de solos” (2º/2006 a 1º/2007), o que permite utilizar os
dados dos ensaios básicos (caracterização e compactação) para esta pesquisa.
Para a determinação da curva característica pela câmara de Richards, foram
moldados três corpos-de-prova nas condições apresentadas na Tabela 1 para a metodologia de
compactação dinâmica e semi-estática.
Tabela 1. Características de moldagem dos corpos-de-prova.
Amostra
Tipo de
compactação
Dinâmica
Solo Residual Jovem
Semi-Estática
Dinâmica
Solo Residual
Maduro
Semi-Estática
Legenda:
γd: Peso Específico Seco
GC: Grau de Compactação
Desvio de
Umidade (%)
-4,8
0
+3,7
-8,2
0
+2,5
-1,8
0
+1,7
-1,1
0
+1,7
wcorrespondente
(%)
14,9
19,7
23,4
10,7
18,9
21,4
19,2
21,0
22,7
19,9
21,0
22,7
GC (%)
98
100
98
98
100
98
98
100
98
98
100
98
γd
(kN/m3)
15,28
15,59
15,28
15,34
15,65
15,34
16,05
16,38
16,05
15,95
16,28
15,95
wcorrespondente: Teor de umidade correspondente
Os corpos-de-prova foram colocados no equipamento com a pedra porosa já
saturada, foram saturados e posteriormente a câmara foi fechada para a imposição da pressão.
Os valores de pressão aplicados foram de 5, 10, 20, 50, 75, 100, 200, 400, 600, 800 e
1100 kPa. A cada pressão aplicada foi acompanhada a estabilização da sucção imposta ao
corpo-de-prova pela saída de água da Câmara, ou seja, considerou-se a estabilização das
pressões no momento em que não foi verificada presença de água nas saídas do equipamento.
Ao ser alcançado o equilíbrio, abriu-se a câmara de Richards e cada corpo-de-prova foi
pesado. O processo se repetiu até a estabilização da última pressão aplicada.
Com a variação de umidade para cada pressão imposta obteve-se a curva
característica.
3
Resultados e Discussão
Para a análise do comportamento das curvas características optou-se por trabalhar
com a curva característica média (média de três resultados) obtida em cada ensaio, realizado
para cada condição de moldagem. A Figura 1 apresenta as curvas características obtidas para
os corpos-de-prova moldados dinamicamente na umidade ótima, no ramo seco e no ramo
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Sr (%)
Sr (%)
úmido para o solo residual jovem e maduro.
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
10
GC = 100% e ∆w = 0,0%
GC = 98% e ∆w = -4,8%
(a)
100
1000
10000
100000
1000000
Sucção (kPa)
Sucção (kPa)
GC = 98% e ∆w = +3,7%
GC = 100% e ? w = 0,0%
GC = 98% e ? w = -1,8%
GC = 98% e ? w = +1,7%
(b)
Figura 1 Curvas características – compactação dinâmica: a) solo residual jovem; b) solo
residual maduro.
Verifica-se que as curvas características obtidas para a amostra de solo residual
jovem e maduro demonstraram comportamento semelhante ao descrito por Calle (2000), ou
seja, para solos argilosos compactados, as curvas características não possuem patamar bem
definido.
Observa-se também uma leve semelhança entre as curvas obtidas para as condições
de moldagem na umidade ótima e no ramo úmido. A curva obtida para a moldagem no ramo
seco se diferencia das demais a partir da sucção em torno de 10 kPa, onde verifica-se uma
mudança em seu comportamento.
Apesar dos corpos-de-prova moldados no ramo úmido e no ramo seco possuírem
índice de vazios semelhantes, suas curvas características apresentaram comportamentos
distintos. A diferença entre as curvas características deve estar relacionada a estrutura do solo,
visto que normalmente o mesmo apresenta estrutura floculada no ramo seco e dispersa no
ramo úmido (MARTÍNEZ, 2003). Provavelmente, para estes solos, a semelhança das curvas
obtidas para as condições de moldagem na umidade ótima e no ramo úmido, esteja
relacionada à formação de estruturas semelhantes após o processo de compactação.
4
A Figura 2 apresenta as curvas características obtidas para os corpos-de-prova
moldados semi-estaticamente na umidade ótima, no ramo seco e no ramo úmido. Verifica-se o
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Sr (%)
Sr (%)
mesmo comportamento apresentado na Figura 1.
1
10
100
1000
10000
100000
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
1000000
10
100
1000
Sucção (kPa)
GC = 100% e ? w = 0,0%
10000
100000
1000000
Sucção (kPa)
GC = 98% e ? w = -8,2%
GC = 100% e ∆w = 0,0%
GC = 98% e ? w = +2,5%
GC = 98% e ∆w = -1,1%
(a)
GC = 98% e ∆w = +1,7%
(b)
Figura 2 Curvas características – compactação semi-estática: a) solo residual jovem; b) solo
residual maduro.
Com o intuito de se verificar como a curva característica é afetada pelo tipo de
compactação, é apresentada na Figura 3 as curvas características obtidas a parir dos corposde-prova moldados de forma dinâmica e semi-estática na umidade ótima para o solo residual
maduro.
Apesar da literatura afirmar que o processo de compactação dinâmica promove de
forma mais intensa a dispersão da estrutura do solo, observa-se na Figura 3 que as curvas
características são praticamente iguais. Desta forma constata-se que, em relação à
compactação estática, a energia normal aplicada na compactação dinâmica não foi suficiente
para produzir corpos-de-prova com estruturas diferentes.
100
Sr (%)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
Sucção (kPa)
Compactação Dinâmica - Solo Residual Maduro - GC = 100% ? w = 0,0%
Compactação Semi-estática - Solo Residual Maduro - GC = 100% ? w = 0,0%
Figura 3 Comparação das curvas características – solo residual maduro - semi-estática x
dinâmica.
5
Conclusões
É importante determinar a curva característica, pois cada solo possui um
comportamento distinto, principalmente os solos tropicais. A determinação da curva
característica é de grande utilidade na análise do comportamento dos solos em obras
geotécnicas como escavações provisórias e estabilidade de taludes, visto que essa permite
avaliar a variação da coesão total do solo com a variação da sucção.
No ensaio de Câmara de Richards a maior dificuldade encontrada é a agilidade
durante a pesagem das amostras e dependendo do tipo de solo (amostras expansivas), a perda
de material que ocorre durante cada pesagem.
Referências Bibliográficas
CALLE, J.A.C. Análise de ruptura de talude em solo não saturado. Dissertação de
Mestrado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, SP,
2000, 156p.
GITIRANA JR, G.F.N.; (1999). Modelagem Numérica do Comportamento de Solos Não
Saturados Considerando Modelos Elásticos e de Estados Críticos. Dissertação de
Mestrado, Publicação G.DM – 63A/99, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental,
Universidade de Brasília, Brasília, DF, 126p.
MARTÍNEZ, G.S.S. Estudo do comportamento mecânico de solos lateríticos da formação
Barreiras. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Escola de
Engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Porto Alegre, RS, 2003, 266p.
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