ESTUDO DA CURVA CARACTERÍSTICA DE SOLOS COMPACTADOS

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1 ESTUDO DA CURVA CARACTERÍSTICA DE SOLOS COMPACTADOS Larissa Andrade de Aguiar 1 ; Fernando Rodrigo de Aquino 1 ; Renato Cabral Guimarães 2 ; Gilson de Farias Neves Gitirana Junior 3 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

2 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

3 Optou-se pela escolha destes dois solos, pois eles foram utilizados na pesquisa Estudo do ensaio de compactação de solos (2º/26 a 1º/27), 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 Solo Residual Jovem Solo Residual Maduro Legenda: γ d : Peso Específico Seco GC: Grau de Compactação Tipo de compactação Dinâmica Semi-Estática Dinâmica Semi-Estática Desvio de w correspondente γ GC (%) d Umidade (%) (%) (kn/m 3 ) -4,8 14, ,28 19,7 15,59 +3,7 23, ,28-8,2 1, ,34 18,9 15,65 +2,5 21, ,34-1,8 19, ,5 21, 16,38 +1,7 22, ,5-1,1 19, ,95 21, 16,28 +1,7 22, ,95 w correspondente : 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, 1, 2,, 75,, 2,,, e 1 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

4 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 úmido para o solo residual jovem e maduro GC = % e w =,% GC = 98% e w = -4,8% GC = 98% e w = +3,7% GC = % e? w =,% GC = 98% e? w = -1,8% GC = 98% e? w = +1,7% (a) (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 (2), 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 1 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, 23). 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

5 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 mesmo comportamento apresentado na Figura GC = % e? w =,% GC = 98% e? w = -8,2% GC = 98% e? w = +2,5% (a) GC = % e w =,% GC = 98% e w = -1,1% 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 Compactação Dinâmica - Solo Residual Maduro - GC = %? w =,% Compactação Semi-estática - Solo Residual Maduro - GC = %? w =,% Figura 3 Comparação das curvas características solo residual maduro - semi-estática x dinâmica. 5

6 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, 2, 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, 23, 266p. 6