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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA MÊCANICA DOS SOLOS ATIVIDADE PRATICA MECANICA DOS SOLOS LEANDRO RIBEIRO BRITTO PROF: BETINA LEPRETTI SALINAS MG 2 RELATORIO ENSAIO DE COMPRESSÃO NÃO CONFINADA LEANDRO RIBEIRO BRITTO 3622034 Centro Universitário UNINTER – PAP Montes Claros MG - Fone (38) 3221 7476 Rua Pires e Albuquerque – CEP-39440 057 – Montes Claros MG Resumo: O presente relatório visa apresentar os resultados apurados no âmbito de laboratório virtual, do Ensaio de compressão não confinada realizado em corpos de prova cilíndricos em amostras indeformadas ou remoldadas de solos coesivos, cujo objetivo e determinar a resistência a compressão da amostra, mediante a aplicação de uma carga axial com controle de deformação, e a partir dessa poder, compreender melhor como se dá deformação axial do solo; calcular a tensão de compressão; bem como analisar de forma gráfica, a relação entre a tensão de compressão e a deformação axial. E por último, mas não menos importante ver e compreender a importância e usabilidade do emprego deste modal conceitual no campo da geotécnica e da engenharia. Palavras-chaves: Compressão Axial; corpo de prova; resistência; cisalhamento; 1. NORMAS UTILIZADAS O ensaio de compressão é um método de teste utilizado para determinar a resposta de um material quando submetido a forças de compressão. Esse ensaio envolve a aplicação controlada de carga em uma amostra do material, resultando na redução do seu volume. É uma técnica amplamente utilizada para avaliar a resistência do material à compressão e sua capacidade de suportar cargas nessa direção. Com base na sua aplicação podemos então conhecer ou determinar importantes propriedades do material testado. A exemplo de: Limite de resistência à compressão: é a carga máxima suportada pelo material antes de ocorrer a falha.; Módulo de elasticidade: mede a rigidez do material e sua capacidade de retornar à forma original após a aplicação da carga Deformação elástica e plástica: o ensaio permite distinguir a deformação elástica, em que o material retorna à sua forma original, da deformação plástica, em que o material sofre deformações permanentes. Comportamento pós-falha: analisando a forma como o material se comporta após a falha, é possível entender melhor suas características de resistência e tenacidade. Ao trazermos estes conceitos para o âmbito do estudo dos solos verificamos como este material (solo) se comporta quando e submetido a aplicação de uma carga, O conhecimento da suscetibilidade do solo à deformação quando aplicadas forças 3 externas, é o que nos permite determinar, a capacidade de um determinado tipo de solo tem de suportar cargas de compressão. Essa informação é crucial para o projeto de estruturas e componentes que serão submetidos a forças compressivas, garantindo sua segurança e integridade. Para realização deste ensaio temos como eixo norteador que traz a sua definição e aplicabilidade assim como, todas a informações e procedimentos necessários para a realização deste, temos a ABNT (NBR 6502/1995) que define solo como “material proveniente da decomposição das rochas pela ação de agentes físicos ou químicos, podendo ou não ter matéria orgânica”. Para classificação do solo e o conhecimento do seu comportamento frente às solicitações, é necessário que se faça a caracterização física e geotécnica através de ensaios de laboratório, esta norma define compressibilidade como uma propriedade de um solo relativa à sua suscetibilidade de diminuir de volume sob efeito da aplicação de uma carga, que pode ser externa ou interna Bem como toda a operacionalização para realização deste ensaio de compressibilidade de solos coesivos, de acordo com a norma NBR 12770– Solo coesivo – para determinação da resistência à compressão não confinada, cujas as orientações rezam a preparação das amostras indeformadas, a aplicação da carga de compressão controlada, e os cálculos para obter a tensão de compressão e deformação axial específica a partir dos resultados. 2. MATERIAIS NECESSÁRIOS • Equipamento de compressão; • Anel dinamométrico; • Relógio comparador; • Extrator de amostra; • Camisa de amostragem; • Corpo de prova; • Paquímetro; • Balança. 4 3. PROCEDIMENTOS Para realizarmos este procedimento experimental devemos ter em mãos um corpo de prova de amostra de solo coesivo indeformado previamente moldado com as dimensões de altura largura e diâmetro conforme as orientações previstas NBR 12770, referente à resistência à compressão não confinada (RCNC) de solos coesivos, cuja as dimensões do corpo de prova (CP) a ser ensaiado, devem obedecer a uma relação altura/diâmetro (H/D) entre 2 e 2,5. Após desmoldagem da forma, o corpo de prova deve ter suas medidas aferidas com auxílio de um paquímetro, para conferencia, sendo no mínimo 3 medidas de altura, afastadas a 120º e no mínimo, três medidas de diâmetros, nas quartas partes da altura. Após aferição das dimensões este deve ser pesado e ter todas as suas medidas registradas em planilha própria para registro e posterior análise dos dados buscados. Estando pronto e aferido, o corpo de prova, deve ser colocado no equipamento de compressão, conforme reza a NBR 12770 (ABNT, 1992) O corpo-de-prova cilíndrico deve ser posicionado de modo que, quando estiver centrado, seu eixo coincida com o da máquina, fazendo com que a resultante das forças passe pelo centro. Centrado, ajustando o anel dinamômetro apenas encostando na face do cilindro, o carregamento é então, aplicado. A velocidade de deformação deve ser constante. Durante o ensaio, registra-se os valores da carga, deslocamento e tempo, em intervalos suficientes. Para que de pose destes podermos determinar, a deformação axial específica, área da seção transversal média para cada carga aplicada, a tensão de compressão, bem como, construir também gráfico de tensão deformação para apresentação dos resultados. Na sequência segue então passo a passo a realização do procedimento experimental sendo executado neste ensaio. Veremos aqui passo a passo da execução desde a desmoldagem e aferição das medidas de altura, largura, pesagem do corpo de prova; a correta colocação do mesmo na máquina de ensaio. Aferição dos relógios comparadores bem com a execução do teste em si, na realização deste 5 ensaio adotamos o critério de tomada de tempo o intervalo de 30 segundos para medição dos dados e tempo total de 5 minutos para realização do ensaio encerrando o teste no tempo final com a ruptura do corpo de prova. Figura 1: Visão geral laboratório Ensaio de Compressão não confinada; Figura 2: Pesagem do Corpo de prova na forma; 6 Figura 3: Desmoldagem do Corpo de Prova Figura 4: Corpo de Prova liberado 7 Figura 5: Pesagem Corpo de Prova após desmolde Figura 6: Aferição de medidas; 8 Figura 7: Corpo de Prova centrado na máquina início do Ensaio Figura 8: Relógios Comparadores - inicio do exame; 9 Figura 9: Tomada de Tempo 30 segundos Figura 10:Tomada de Tempo 1 minuto; 10 Figura 11: Tomada de tempo 1 minuto e 30 segundos; Figura 12: Tomada de tempo 2 minutos; 11 Figura 13:Tomada de tempo 2 minutos 30 Segundos Figura 14:Tomada de tempo 3 minutos; 12 Figura 15: Tomada de tempo 3 minutos 30 segundos; Figura 16: Tomada de tempo 4 minutos 13 Figura 17:Tomada de tempo 4 minutos 30 segundos Figura 18: Tomada de tempo 5 minutos Figura 19: Rompimento Corpo de Prova Ensaio finalizado; 14 4. ANÁLISE E RESULTADOS Durante o ensaio,foram registrados os valores da carga, deslocamento e tempo, em intervalos suficientes para se obter uma curva tensão-deformação, foi adotado as medidas no intervalo a cada 30 segundos e tempo total de realização de 5 minutos. Observa-se o registro das Tabelas 1 e 2 de acordo com os dados obtidos durante a realização do ensaio. Os valores exibidos no relógio comparador do anel dinamométrico são de 1kN para cada divisão do equipamento. Tabela 1 – Dados do corpo de prova laboratório Virtual - ENSAIO DE COMPRESSÃO Mecânica dos Solos Massa (g) 2222,7 Altura 1 (mm) 199,5 Altura 2 (mm) 199,5 Altura 3 (mm) 199,5 Altura média (mm) 199,5 Diâmetro 1 (mm) 99 Diâmetro 2 (mm) 99 Diâmetro 3 (mm) 99 Diâmetro médio (mm) 99 Área (cm²) 77,09 Volume (cm³) 1538,4 15 Tabela 2 – Dados experimentais de compressibilidade Tempo (s) Leitura da Defor- mação Vertical (mm) Leitura da carga (kN) Deformação axial específica ε (%) Área da seção transversal mé- dia A (m²) Tensão de com- pressão (kN/m²) 30 0,52 5 0,260651629 0,007729146 646,902 60 1,03 10 0,516290727 0,007749007 1290,488 90 1,56 15 0,781954887 0,007769756 1930,563 120 2,04 19 1,022556391 0,007788643 2439,449 150 2,57 22 1,288220551 0,007809605 2817,044 180 3,05 25 1,528822055 0,007828687 3193,384 210 3,56 27 1,784461153 0,007869949 3430,772 240 4,08 29 2,045112782 0,007869949 3684,903 270 4,56 30 2,285714286 0,007889327 3802,605 300 5,08 31 2,546365915 0,007910428 3918,877 A partir dos resultados, pode-se calcular a deformação axial específica, seguindo a equação a seguir: � = �� � ∗ 100 Sendo: ε = deformação axial específica, em %; ΔH = variação da altura do corpo de prova, em mm; H = altura inicial do corpo de prova, em mm. Ao trabalharmos com os dados no Excel utilizamos a seguinte formula: � =((C7-(C7-G2))/C7)*100 – para cálculo dos valores em tempo igual 30 segundos os demais valores nos referidos intervalos de tempo obedecendo a mesma lógica; 16 Como há deformação do corpo de prova durante o ensaio, deve-se calcular a nova área da seção transversal média para cada carga aplicada, pela equação: = 100 100 − � Sendo: Ai = área da seção transversal média inicial, em m². Para o cálculo das áreas no Excel fazendo as devidas conversões de unidades utilizamos: A=(100*(C12/10000))/(100-I2) – calculo tempo 30 segundos como exemplo, demais valores obedecem a mesma lógica. Por fim, calcula-se então a tensão de compressão q do solo pela equação: = �/ Sendo: P = carga aplicada, em kN. Ao trabalharmos com os dados no Excel utilizamos a seguinte formula: q=H2/J2 Exemplo para tempo igual 30 segundos demais valores a mesma logica Tabela 01 e 02 completas: Tempo (s) Leitura da Deformação Vertical (mm) Leitura da carga (kN) Deformação axial específica ε (%) Área da seção transversal média A (m²) Tensão de compressão (kN/m²) 30 0,52 5 0,260651629 0,007729146 646,902 Massa (g) 2222,7 60 1,03 10 0,516290727 0,007749007 1290,488 Altura 1 (mm) 199,5 90 1,56 15 0,781954887 0,007769756 1930,563 Altura 2 (mm) 199,5 120 2,04 19 1,022556391 0,007788643 2439,449 Altura 3 (mm) 199,5 150 2,57 22 1,288220551 0,007809605 2817,044 Altura média (mm) 199,5 180 3,05 25 1,528822055 0,007828687 3193,384 Diâmetro 1 (mm) 99 210 3,56 27 1,784461153 0,007869949 3430,772 Diâmetro 2 (mm) 99 240 4,08 29 2,045112782 0,007869949 3684,903 Diâmetro 3 (mm) 99 270 4,56 30 2,285714286 0,007889327 3802,605 Diâmetro médio (mm) 99 300 5,08 31 2,546365915 0,007910428 3918,877 Área (cm²) 77,09 Volume (cm³) 1538,4 laboratório Virtual - ENSAIO DE COMPRESSÃO Mecânica dos Solos 17 Utilizando os dados da tabela 2 para foi elaborado o gráfico com coordenadas cartesianas normais, onde os valores da deformação axial específica são marcados no eixo das abscissas e os valores da tensão de compressão correspondentes a cada deformação devem são marcados no eixo das ordenadas. 646,902646,902 1290,488 1930,563 2439,449 2817,044 3193,384 3430,772 3684,903 3802,6053918,877 0,000 500,000 1000,000 1500,000 2000,000 2500,000 3000,000 3500,000 4000,000 4500,000 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Tí tu lo T en sã o d e co m p re ss ão ( kN /m ²) E ix o Deformação axial específica ε (%) tensão de compressão x deformação axial expecifica 18 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO DE SOLOS LEANDRO RIBEIRO BRITTO RU: 3622034 Centro Universitário UNINTER – PAP Montes Claros MG - Fone (38) 3221 7476 Rua Pires e Albuquerque – CEP-39440 057 – Montes Claros MG e-mail: leorbritto@hotmail.com Resumo: O presente relatório tem como objetivo apresentar os resultados obtidos através do ensaio de compactação de solos no âmbito do laboratório virtual, visando obter percentual de umidade ótima dos solos, realizar o esboço da curva de compactação dos solos, realizar o cálculo da massa especifica do solo seco, correlacionar o teor de umidade e a massa especifica seca, bem como conhecer toda a padronização do experimento conforme reza NBR 7182 - Solo - Ensaio de compactação (ABNT, 2020). Palavras-chaves: solo seco; compactação; umidade Ótima; massa especifica. 5. NORMAS UTILIZADAS A compactação é um método de estabilização de solos que se dá por aplicação de alguma forma de energia (impacto, vibração, compressão estática ou dinâmica). Seu efeito confere ao solo um aumento de seu peso específico e resistência ao cisalha- mento, e uma diminuição do índice de vazios, permeabilidade e compressibilidade. O ensaio de compactação, é conhecido como Ensaio normal de Proctor (ou AASHTO Normal). Essa metodologia foi desenvolvida pelo engenheiro Ralph Proctor em 1933, sendo normatizada nos Estados Unidos pela A.A.S.H.O - American Association of State Highway Officials e no Brasil sua execução segue a norma ABNT NBR 7182/1986 - Ensaios de Compactação. Este ensaio é um dos mais importantes procedimentos de estudo e controle de quali- dade de aterros de solo compactado. Através dele é possível obter a densidade má- xima do maciço terroso, condição que otimiza o empreendimento com relação ao custo e ao desempenho estrutural e hidráulico. 19 O ensaio é repetido para diferentes teores de umidade, determinando-se, para cada um deles, o peso específico aparente. Com os valores obtidos, traça-se a curva Vs x teor de umidade, obtendo-se o ponto correspondente a umidade ótima (hot) e a den- sidade máxima aparente seca (Vs,max). 1.1 Normas Reguladoras para o Solo Compactado As principais normas são: • NBR 6457; • NBR 7182; • NBR 9895. NBR 6457- Criada em 1986, a norma esclarece os tipos de aparelhos a ser utilizados, e como preparar as amostras que farão parte dos ensaios de compactação e ensaios de caracterização. NBR 7182 -É responsável por determinar quais os métodos serão utilizados para que seja possível identificar o teor de umidade e a massa classificada como específica, que esteja visível no solo compactado. Tipos de Energias de Compactação Tamanho do So- quete Tipo de energia Camadas Número de Golpes por camadas Pequeno Normal 3 26 Grande Intermediário 3 21 Grande Modificada 5 27 Grande Normal 5 12 Grande Intermediário 5 26 Grande Modificada 5 55 Fonte: NBR 7182 20 NBR 9895 - Indica como realizar a fixação do molde relacionados aos corpos-de- prova, os cálculos para identificar qual será a massa aparente seca, entre outras informações importantes. Curva de compactação Para obter um resultado satisfatório, utiliza-se as coordenadas cartesianas em que se marca a abscissas relacionadas aos teores de umidade, bem como as massas específicas que estejam secas. 6. MATERIAIS NECESSÁRIOS • Papel filtro; • Medidor de amostra;• Bacia com amostra de solo; • Soquete; • Espátula; • Régua biselada; •. Balança; • Extrator; • Bacia vazia; • Cápsulas; • Peneiras; • Proveta com água destilada. 7. PROCEDIMENTOS Preparação da Amostra – Toma-se uma certa quantidade de material seco ao ar e faz-se o destorroamento até que não haja torrões maiores que 4,8mm; - Peneira-se a amostra na peneira n°.4 (4,8mm) e em seguida determina-se sua umidade higroscópica, sequencialmente, adiciona-se água à amostra até se verificar uma certa consistência. Deve-se atentar para uma perfeita homogeneização da amostra; Compacta-se a amostra no molde cilíndrico pequeno (2,5kg) em 3 camadas iguais (cada uma cobrindo aproximadamente um terço do molde), aplicando-se em cada uma delas 26 golpes distribuídos uniformemente sobre a superfície da camada, com 21 o soquete caindo de uma altura de 0,305m. Se o cilindro for o grande (4,5kg), compacta-se em 5 camadas iguais, aplicando-se em cada uma delas 12 golpes de uma altura de 0,305m. - Remove-se o colarinho e a base, aplaina-se a superfície do material à altura do molde e pesa-se o conjunto cilindro + solo úmido compactado; - Retira-se a amostra do molde com auxílio do extrator, e partindo-a ao meio, coletase uma pequena quantidade para a determinação da umidade; - No caso de reuso do material, desmancha-se o material compactado até que possa ser passado pela peneira n°.4 (4,8mm), misturando-o em seguida ao restante da amostra inicial; - Adiciona-se, 2% de água à amostra para solos arenoso e 3% de água para solos argilosos, da massa original de solo, em peso, para em seguida homogeneizar a amostra. Repete-se o processo pelo menos por mais quatro vezes 3.1 REGISTRO EXPERIMENTAL. Figura 20: LABORATORIO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO . 22 - Escarificação e planificação da amostra. - Pesagem corpo de prova e desmoldagem; - Pesagem da amostra solo úmido que será enviado a estufa para secagem em 24 horas e repassagem – solo seco. Peneiramento e adição de agua gradual na amostra de solo. 23 4- ANALISE E RESULTADOS. Tabela 1 – Dados experimentais de compactação dos solos Água adicionada (g) 0 120 240 360 480 Solo Úmido Compactado + Molde (g) 9151,2 9232 9411,3 9373,1 9280,8 Molde (g) 5310 5310 5310 5310 5310 Solo Úmido Compactado (g) 3841,2 3922 4101,3 4063,1 3970,8 Volume do Cilindro (cm³) 2086 2086 2086 2086 2086 Peso Aparente Úmido (g/cm³) 1,84 1,88 1,97 1,95 1,90 Solo Úmido + Cápsula (g) 74,9 75,4 80,1 76,7 75,2 Solo Seco + Cápsula (g) 65,9 65,6 68,3 64,5 62,2 Cápsula (g) 15,1 15,1 15,1 15,1 15,1 Água (g) 9 9,8 11,8 12,2 13 Solo seco (g) 50,8 50,5 53,2 49,4 47,1 Umidade (%) 17,72 19,41 22,18 24,70 27,60 Massa Específica Aparente Seca (g/cm³) 1,56 1,57 1,61 1,56 1,49 Utilizamos os dados da tabela 1 para construir um gráfico da curva de compactação com coordenadas cartesianas normais onde, os valores de umidade devem ser marcados no eixo das abscissas e os valores de massa específica aparente seca correspondentes a cada umidade devem ser marcados no eixo das ordenadas. A curva traçada deve possuir um formato semelhante a uma parábola, conforme figura a seguir: 1,48 1,50 1,52 1,54 1,56 1,58 1,60 1,62 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 M as sa E sp ec íf ic a A p ar en te S ec a (g /c m ³) Umidade (%) 24 Para calcularmos a massa específica aparente seca, utilizamos a equação: �� = �� �(100 + �) ∗ 100 Sendo: ρd = massa específica aparente seca, em g/cm³; Mu = massa úmida do solo compactado, em g; V = volume do molde cilíndrico, em cm³; w = teor de umidade do solo compactado, em %. A umidade ótima do solo corresponde ao ponto de massa específica aparente seca máxima da curva de compactação e tem aproximação de 0,5%. 4.1 REGISTRO EXPERIMENTAL Segue abaixo os dados coletados no experimento. - Solo Úmido Compactado + Molde (g); - Solo Úmido + Cápsula (g); - Solo seco + Cápsula (g); Foram coletados dados de 5 amostras de solo compactado realizado a pesagem da amostra compactada de solo úmido e de solo seco após 24 horas na estufa. Água adicionada (g) 0 120 240 360 480 Umidade (%)Massa Específica Aparente Seca (g/cm³) Solo Úmido Compactado + Molde (g) 9151,2 9232 9411,3 9373,1 9280,8 17,72 1,56 Molde (g) 5310 5310 5310 5310 5310 19,41 1,57 Solo Úmido Compactado (g) 3841,2 3922 4101,3 4063,1 3970,8 22,18 1,61 Volume do Cilíndro (cm³) 2086 2086 2086 2086 2086 24,70 1,56 Peso Aparente Úmido (g/cm³) 1,84 1,88 1,97 1,95 1,90 27,60 1,49 Solo Úmido + Cápsula (g) 74,9 75,4 80,1 76,7 75,2 Solo Seco + Cápsula (g) 65,9 65,6 68,3 64,5 62,2 Cápsula (g) 15,1 15,1 15,1 15,1 15,1 Água (g) 9 9,8 11,8 12,2 13 Solo seco (g) 50,8 50,5 53,2 49,4 47,1 Umidade (%) 17,72 19,41 22,18 24,70 27,60 Massa Específica Aparente Seca (g/cm³) 1,56 1,57 1,61 1,56 1,49 1,48 1,50 1,52 1,54 1,56 1,58 1,60 1,62 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 M a ss a E sp ec íf ic a A p a re n te S ec a ( g/ cm ³) Umidade (%) 25 AMOSTRA 01 SOLO UMIDO AMOSTRA 02 SOLO UMIDO AMOSTRA 03 SOLO UMIDO 26 AMOSTRA 04 SOLO UMIDO AMOSTRA 05 SOLO UMIDO AMOSTRA 01 SOLO SECO AMOSTRA 02 SOLO SECO 27 AMOSTRA 03 SOLO SECO AMOSTRA 04 SOLO SECO AMOSTRA 5 SOLO SECO Ao final deste estudo conforme aponta os resultados apurados conclui-se que a compactação é um processo que visa melhorar as propriedades do solo através da redução dos seus vazios pela aplicação de pressão, impacto ou vibração. Além disso, esse processo torna o maciço mais homogêneo. Esta operação resulta no aumento do peso específico aparente do solo. Com a diminuição dos vazios do solo, espera-se uma redução da variação dos teores de umidade, da compressibilidade e da permeabilidade e um aumento da resistência ao cisalhamento e à erosão.