Universidade Federal de Santa Maria Centro de Ciências Rurais Departamento de Solos Laboratório de Física do Solo

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1 Universidade Federal de Santa Maria Centro de Ciências Rurais Departamento de Solos Laboratório de Física do Solo COMPRESSIBILIDADE Na engenharia civil, o método é utilizado na estimativa da capacidade de suporte do solo e a magnitude de recalques totais de uma estrutura ou de um aterro, bem como da velocidade desses recalques. No ramo da construção civil é utilizado na compactação de aterros para barragens e rodovias. Na área agronômica, o método é utilizado na estimativa da capacidade de suporte de cargas do solo e o quanto de deformação ocorrerá no solo. A principal diferença entre a engenharia civil e a agronomia é que a aplicação de cargas sobre o solo ocorre em solo não saturado e as pressões são dinâmicas, enquanto que, na engenharia civil, as cargas são estáticas e geralmente, o solo está saturado. O método requer que o solo seja mantido lateralmente confinado, seja axialmente carregado em incrementos sucessivos, com pressão mantida constante em cada incremento, até que todo o excesso de pressão na água dos poros tenha sido dissipado. Durante todo o processo de compressão, medidas de variação de altura da amostra são realizadas, estes dados são utilizados no cálculo dos parâmetros que descrevem a relação entre a pressão efetiva e o índice de vazios e a evolução das deformações em função do tempo. O método de Ensaio de Compressão Uniaxial descreve a determinação das propriedades de compressão do solo, caracterizadas pela velocidade e magnitude das deformações, quando o solo é lateralmente confinado e axialmente carregado e drenado. ENSAIO DE COMPRESSÃO UNIAXIAL 1 1. Coletar amostras indeformadas em anéis com dimensões aproximadas de 5,35 cm de diâmetro e 2,0 cm de altura, tomando-se o cuidado para não compactar a amostras na ocasião da coleta e no manuseio para o laboratório. Os resultados do ensaio são altamente dependentes da qualidade das amostras. 2. Retirar o excesso de solo do anel, deixar saturar por 24 horas e equilibrar a umidade do solo nos potenciais desejados. 3. Pesar a amostra úmida antes de realizar o teste de compressão e obter os dados exatos de volume e altura do anel utilizados. 4. Realizar o ensaio de compressão uniaxial, aplicando-se pressões estáticas e sucessivas, durante determinado tempo para cada pressão, conforme Tabela 2. Ajustar a amostra na célula de adensamento, colocar papel filtro entre o solo e as placas porosas, ajustar o defletômetro ou extensômetro no zero ou em uma leitura conhecida. No caso de amostras saturadas, as placas *** Vanderlei R. Silva; José Miguel Reichert; Dalvan José Reinert.

2 porosas devem estar saturadas e em caso de amostras não saturadas, as placas devem estar somente úmidas. 5. As pressões são definidas conforme o objetivo do estudo, mas é preciso apresentar pressões grandes e pequenas para ser possível traçar uma curva de compressão do solo que apresenta as duas regiões, a de pequena e a de grande compressão. Na aula prática, são aplicadas as pressões de 0; 12,5; 25; 50; 100; 200; 400; 800 e 1600 kpa. 6. Tempo de aplicação das cargas: 5 minutos. Determinada em testes onde se deixaram as amostras de solo por mais de 30 minutos e a deformação após 5 minutos foi muito pequena (Silva, 1999; Silva et al., 2000). 7. Colocar a amostra na célula de adensamento, ajustar o relógio de leitura, cuidar para não deixar a amostra solta. Apertar os pinos de fixação, cuidando para não deixar a base do relógio solto. 8. Para o modelo S-450 Terraload, ajustar a pressão de ar desejada segundo Tabela 1. Para as pressões menores que 400 kpa (10,33 PSI), utilizar o regulador para baixa pressão e para as demais pressões, utilizar o regulador para alta pressão. 9. Após ajustar a amostra na célula de adensamento, ajustar a pressão desejada, acionar o cronômetro e liberar a pressão, girando a válvula de carga e descarga na posição LOAD. Tomar cuidado para não deixar variar a pressão. 10. Após o tempo estipulado (5 minutos) girar a válvula de carga e descarga na posição OFF. Cuidado para não girar essa válvula para a posição UNLOAD. 11. Aplicar a pressão subseqüente da mesma forma que o descrito acima. Somente no final, após a aplicação de todas as pressões, girar a válvula de carga e descarga na posição UNLOAD. 12. Após o ensaio, retirar a amostra da célula de adensamento e colocar a amostra em estufa a 105 C. TABELA 1. Relação entre a pressão de ar (PSI) e a pressão aplicada na superfície da amostra (kpa). PSI KPa 0,75 12,5 1, , , , , , , PSI= 0, , *kPa. TABELA 2. Planilha para registro dos valores lidos no defletômetro e cálculo da deformação. Amostra: N Lata: Peso Lata : Data: / / Peso solo úmido+anel: Peso solo seco+anel+lata: Peso Anel: Carga (KPa) 12, Leitura inicial Leitura final Diferença Deformação (cm) Obs.: os valores da planilha devem ser multiplicados por 0, para transformar em cm.

3 13. Cálculos: É interessante conhecer alguns parâmetros do solo na condição inicial (antes da aplicação das pressões) e após a aplicação destas pressões. Para facilitar os cálculos, sugere-se o preenchimento da Tabela 3. a) Altura após cada pressão Diminuir da altura inicial (2 cm) a altura de deformação após cada pressão. b) Volume da amostra Volume inicial = área X altura. Ex.: anel de 5,35 cm de diâmetro e 2 cm de altura, o volume é: 22,5 cm 2 X 2 cm = 45 cm 3. c) Umidade gravimétrica do solo (Ug) Ug = (Msu - Mss)/Mss onde Msu = massa de solo úmido; Mss = massa de solo seco. d) Umidade Volumétrica (Uv) Uv = (Ug * ds) e) Densidade do solo (ds) Determinar a ds antes do ensaio e após cada pressão, calculando o volume da amostra após cada carregamento. ds i = Mss/vol. inicial ds 12,5 =Mss/vol 12,5 e da mesma forma para as demais pressões. f) Índice de vazios (e) Determinar o e inicial, ou seja, antes do ensaio de compressão (e i ) e após a aplicação de cada pressão pela seguinte expressão: e = Vv/Vs onde Vv = volume de vazios; Vs = Volume de sólidos. e = (dp/ds)-1 onde dp = densidade de partícula; ds = densidade do solo inicial e após cada pressão. e 12,5 =(dp/ds 12,5 )-1 g) Porosidade total (Pt) Pt= 1-(ds/dp) h) Grau de saturação (S r ): S r = Va/Va + Vw onde Va = volume de ar; Vw = Volume de água. S r = [(Uv*100) /Pt] Obs.: informações sobre unidades e relações entre massa e volume de constituintes do solo consultar Hillel (1980) - capítulo 2.

4 TABELA 3. Cálculo de parâmetros do solo antes e após a aplicação das pressões. Carga (KPa) Altura após pressão Vol. solo Uv ds e Pt S r 0 12, Determinar C r, C c e σ p: Traçar a curva de compressibilidade, em papel mono-log, relacionando a pressão aplicada no eixo da abcissa (logarítmica) com o índice de vazios no eixo das ordenadas Calcular a pressão de preconsolidação (σ p ), o índice de compressão (C c ) e o índice de recompressão (C r ) diretamente da curva de compressão, conforme metodologia de Casagrande (Holtz; Kovacs, 1981) Para tal, na curva de compressão do solo identificar o ponto de máxima curvatura e, por ele, traçar uma paralela ao eixo da abcissa e uma tangente à curva. Do ângulo formado entre essas duas retas, traçar a bissetriz. A abscissa referente ao ponto de intercessão da bissetriz com o prolongamento da reta virgem corresponde à pressão de preconsolidação (Figura 1) O índice de compressão (C c ) é a inclinação da reta virgem de compressão e o índice de recompressão (C r ) é a inclinação da curva de recompressão, conforme: e1 e2 Cc = logσ2 logσ1 onde e : índice de vazios; σ : pressão normal em pontos situados sobre a curva característica de compressibilidade do solo. 1,5 Prolongamento da reta virgem de compressão 1,4 1,3 Curva de recompressão C r Paralela ao ponto de mínimo raio de curvatura Índice de Vazios 1,2 1,1 1,0 Ponto de máxima curvatura C c Bissetriz Tangente 0,9 0,8 σ p 0, Pressão aplicada (kpa) FIGURA 1. Esquema para determinação da σ p, C c e C c.

5 Referências bibliográficas HILLEL, D. Fundamentals of soil physics. USA: Academic Press, p. HOLTZ, R. D.; KOVACS, W. D. An introduction to geotechnical engineering. New Jersey: Prentice Hall, p. SILVA, V.R. Compressibilidade de um Podzólico e um Latossolo em função do estado inicial de compactação e saturação em água f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria. SILVA, V.R., REINERT, D. J.; REICHERT, J. M. Suscetibilidade à compactação de um Latossolo Vermelho-Escuro e de um Podzólico Vermelho-Amarelo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 24, p , 2000.