IP2905 - Projeto de pavimentação- trabalho

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<p>1</p><p>IP2905- PROJETO DO PAVIMENTO</p><p>Aluno: Leonardo Evangelista Ribeiro</p><p>Disciplina: – IP2905- PROJETO DO PAVIMENTO</p><p>Nome do mestrado ou especialização: Mestrado de infraestrutura e Engenharia Civil</p><p>Data: 14/09/2024</p><p>1.Situação:</p><p>Em um laboratório, os resultados de um teste de Proctor Normal são registrados</p><p>como mostrado na figura em uma amostra de solo. A solução gráfica anexa mostra</p><p>a curva de teste obtida e a curva de saturação do solo, assim como alguns dos</p><p>resultados obtidos:</p><p>•Densidade máxima P.N. : 1,831 g/cc.</p><p>• Umidade ótima P.N. : 12,15 %.</p><p>2</p><p>É solicitado:</p><p>1. A gravidade específica do solo.</p><p>2. Grau aproximado de saturação obtido com o ponto de maior umidade testado.</p><p>3. Grau teórico máximo de compactação que poderia ser obtido com uma umidade</p><p>do solo igual ao ótimo do teste P.N.</p><p>4. O solo é compactado no local com um teor de umidade de 9% e uma densidade</p><p>seca de 1,745 g/cc é obtida.</p><p>2) No dia seguinte chove muito e o solo está saturado com umidade, que é usada</p><p>como uma oportunidade para recompactar o solo.</p><p>a) A maior densidade seca que pode ser alcançada que processo de construção</p><p>deve ser seguido para aumentar a densidade seca?</p><p>b) A densidade saturada após a compactação.</p><p>2.Objetivo:</p><p>Analisar o gráfico da curva de compactação do solo e calcular os índices físicos.</p><p>3. Estrutura de trabalho:</p><p>O solo, é um material natural com diversas propriedades, sendo muitas das</p><p>vezes complexa, conforme a figura 1- demostra a Constituição do trifásica do solo</p><p>no modelo real e no modelo de concepção, o mesmo é construído por fase sólida,</p><p>fase água e fase vazio, ou seja, a fase sólida é aquela que representa o esqueleto</p><p>mineralógico (partículas) e a fase de vazio pode estar preenchidas com água ou</p><p>ar.</p><p>3</p><p>Figura 1- Constituição Trifásica do Solo</p><p>Tabela 1- Simbologia</p><p>Com a imagem e a tabela, conclui-se:</p><p>4</p><p>3.1 TEOR DE UMIDADE</p><p>Conforme Pinto (2014), o teor de umidade de um solo é definido como</p><p>sendo a razão entre o peso da água contida num certo volume de solo e o peso</p><p>da parte sólida existente neste mesmo volume, expressa em porcentagem.</p><p>A determinação é basicamente simples, é preciso determinar o peso da</p><p>amostra no seu estado natural e o peso após uma completa secagem em estufa.</p><p>De acordo com a NBR 6457/86, a preparação de amostras estabelece o</p><p>modo de preparação das amostras de solos para os ensaios de compactação e</p><p>caracterização.</p><p>3.1.1 MATERIAIS E MÉTODOS</p><p>Neste tópico serão apresentados todos os processos realizados nos</p><p>ensaios de laboratório na aula de Mecânica dos Solos.</p><p>3.2 TEOR DE UMIDADE</p><p>No laboratório, pode-se determinar o teor de umidade através do método</p><p>de ensaio de Secagem em Estufa, que foi realizado em aula. A seguir,</p><p>descreveremos os materiais utilizados e detalharemos o processo de ensaio</p><p>utilizado.</p><p>3.2.1 Lista de materiais utilizados</p><p>Para a realização do método de ensaio Secagem em Estufa é necessário</p><p>se utilizar os seguintes materiais:</p><p>• Solo deformado - Pequena amostra de solo úmido para o experimento;</p><p>• Cápsulas de alumínio - Onde será colocada a amostra de solo para levar</p><p>a estufa;</p><p>• Facas, espátulas e colher - Para poder retirar e colher a quantidade</p><p>necessária de amostra;</p><p>• Estufa elétrica - Para a secagem da amostra a uma temperatura de</p><p>105°C a 110°C;</p><p>• Balança - Uma balança com precisão de 0,01g para pesagem das</p><p>5</p><p>amostras.</p><p>4.1.2 Método utilizado - Secagem em Estufa</p><p>Na execução do ensaio de Secagem em Estufa é necessário se realizar os</p><p>seguintes procedimentos:</p><p>Passo 1 - É necessário obter uma amostra de solo, e levar essa amostra</p><p>para o laboratório, conforme ilustrada na Figura 2;</p><p>Figura 2 – Amostra de solo em laboratório.</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>Passo 2 - Essa amostra de solo é distribuída em cápsulas conforme</p><p>ilustrado na Figura 3, e em seguida é necessário determinar o peso dessas</p><p>cápsulas;</p><p>Figura 3 – Cápsulas já com amostra de solo.</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>6</p><p>Passo 3 - As cápsulas são levadas para uma estufa, conforme ilustrado na</p><p>Figura 4, onde permanecem por 24 horas. Após esse período, pesam-se essas</p><p>cápsulas novamente para determinar a quantidade de água que evaporou</p><p>durante o processo;</p><p>Figura 4 – Estufa em laboratório, onde foram inseridas as cápsulas.</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor</p><p>Passo 4 – Depois de todo processo, já com todos os dados em mãos, se</p><p>faz um cálculo da diferença da massa total nas cápsulas antes de ir para estufa</p><p>e da massa após ser retirara da estufa. Com isso, se obtém a quantidade em</p><p>percentual de água existente na amostra,</p><p>4.2 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO DE SOLO:</p><p>O ensaio de compactação de aplicação de forças externas,</p><p>destinadas a reduzir os volumes dos vazios do solo, até atingirem a massa</p><p>especifica máxima, resistência e estabilidade, sua operação é simples e sua</p><p>importância deve-se pelos efeitos de estabilização dos maciços terrosos com</p><p>relação com os problemas de pavimentação e barragens de terra.</p><p>Além do mais, os objetivos da compactação do solo (seja por</p><p>vibração, compressão, estática ou dinâmica ) é para o aumento da tensão de</p><p>ruptura, redução de possíveis variações volumétricas(pela ação de cargas ou</p><p>pela ação da água), como também a impermeabilização pela redução do</p><p>coeficiente de permeabilidade resultado em um menor volume de vazios, desse</p><p>modo seu efeito confere ao solo um aumento de seu peso específico e</p><p>7</p><p>resistência ao cisalhamento, e uma diminuição do índice de vazios,</p><p>permeabilidade e compressibilidade. Através do ensaio de compactação é</p><p>possível obter a correlação entre o teor de umidade e o peso específico seco de</p><p>um solo quando compactado com determinada energia. O ensaio mais comum é</p><p>o de Proctor.</p><p>Segundo engenheiro RalphProctor(1933) onde o ensaio levou seu nome,</p><p>definiu algumas princípios básicos da técnica de compactação A densidade que</p><p>um solo atinge quando compactado, sob uma determinada energia de</p><p>compactação depende da umidade do solo no momento da compactação.</p><p>Figura 5- Fatores correlacionados a compactação</p><p>Fonte: Fabio Tonin, adaptado pelo autor</p><p>Na figura 1, exemplifica os fatores de influência para a captação pensando na</p><p>natureza do solo onde requer equipamento adequado para a realização o ensaio,</p><p>o teor de umidade influência e corresponde a quantidade de água necessária</p><p>para atingir a umidade ótima para a compactação, a energia de compactação</p><p>influencia no número de passadas do rolo compressor, espessura da camada,</p><p>velocidade de compactação devido às características do material(solo) e da</p><p>finalidade do aterro, e o processo de compactação de energia define o método</p><p>de aplicação necessária.</p><p>8</p><p>4.2.1 EQUIPAMENTOS</p><p>Os equipamentos para a realização do ensaio está listada baixo:</p><p>a) Cilindro de Proctor;</p><p>b) Soquete;</p><p>c) Peneira #4 (4,8 mm);</p><p>d) Régua de aço biselada com comprimento de 30 cm;</p><p>e) Espátulas;</p><p>f) Bandejas metálicas;</p><p>g) Provetas de vidro com capacidade de 1000 cm³;</p><p>h) Extrator de corpo de prova;</p><p>i) Estufa de 110ºC;</p><p>j) Cápsulas de alumínio para a determinação de umidade;</p><p>k) Balanças que permitam pesar 10 kg a 200 g com resolução de 1g e</p><p>0,01g, respectivamente, com sensibilidade compatíveis;</p><p>4.2.1 Preparação da amostra</p><p>Toma-se uma certa quantidade de material seco ao ar e faz-se</p><p>‘‘destorroamento’’ até que não haja torrões maiores que 4,8mm; assim peneira-se</p><p>a amostra na peneira nº4 (4,8mm) e em seguida determina-se sua umidade</p><p>higroscópica.</p><p>4.2.2 Procedimento</p><p>Após a verificação e obtenção dos equipamentos contidos no item 4.2.1 e a</p><p>devida preparação da amostra conforme o item 4.2.1 segue os procedimentos</p><p>pra</p><p>o ensaio de compactação:</p><p>1) Adiciona-se água à amostra até se verificar uma certa consistência. Deve-se</p><p>atentar para uma perfeita homogeneização da amostra;</p><p>2) Compacta-se a amostra no molde cilíndrico em 3 camadas iguais (cada uma</p><p>cobrindo aproximadamente um terço do molde), aplicando-se em cada uma delas</p><p>9</p><p>26 golpes distribuídos uniformemente sobre a superfície da camada, com o</p><p>soquete;</p><p>3)Remove-se o colarinho e a base, aplaina-se a superfície do material à altura do</p><p>molde e pesa-se o conjunto cilindro + solo úmido compactado;</p><p>4) Retira-se a amostra do molde com auxílio do extrator, e partindo-a ao meio,</p><p>coleta-se uma pequena quantidade para a determinação da umidade; -</p><p>Observação:</p><p>Se a opção de reutilizar o material for aplicada desmancha-se o material</p><p>compactado até que possa ser passado pela peneira nº4 (4,8mm), misturando-o</p><p>em seguida ao restante da amostra inicial (para o caso de reuso do material);</p><p>adicionar um pouco de água, para a realização de todo o processo 1,2,3 e 4.</p><p>4.2.3 Cálculo</p><p>Para os ensaios devemos encontrar os valores, das seguintes</p><p>características para analisamos os dados:</p><p>Peso específico úmido:</p><p>Peso específico seco:</p><p>Peso específico seco em função do grau de saturação:</p><p>Onde:</p><p>S r - Grau de saturação</p><p>γ = [(Peso Cilindro + Solo Úmido) - (Peso Cilindro)]/(Volume Cilindro) Eq(I)</p><p>γd = (γ .100)/(100 + w) Eq(II)</p><p>γd = (Sr.γs.γw)/(w.γs+Sr.γw) Eq(III)</p><p>10</p><p>w - Umidade</p><p>γs - Peso específico das partículas sólidas</p><p>γw - Peso específico da água</p><p>As principias equações utilizadas no âmbito de índice físico do solo são:</p><p>1. Índice de vazios (e):</p><p>É uma das mais importantes propriedades do solo, especialmente no estudo de</p><p>sua compressibilidade e colapsibilidade, por definição é:</p><p>Onde:</p><p>• ( e ): Índice de vazios, que é a razão entre o volume de vazios e o volume de</p><p>sólidos.</p><p>• ( V_v ): Volume de vazios, que é o espaço dentro do solo que não é ocupado</p><p>por sólidos.</p><p>• ( V_s ): Volume de sólidos, que é o volume ocupado pelas partículas sólidas</p><p>do solo.</p><p>2. Porosidade (n):</p><p>Porosidade é a relação entre o volume de vazios e o volume total da amostra</p><p>de solo</p><p>Onde:</p><p>• ( n ): Porosidade, que é a razão entre o volume de vazios e o volume</p><p>total do solo.</p><p>• ( V_v ): Volume de vazios.</p><p>• ( V_t ): Volume total do solo, que é a soma do volume de vazios e do</p><p>volume de sólidos.</p><p>11</p><p>3. Conteúdo de umidade (w):</p><p>Onde:</p><p>• ( w ): Conteúdo de umidade, que é a razão entre o peso da água e o</p><p>peso dos sólidos.</p><p>• ( W_w ): Peso da água presente no solo.</p><p>• ( W_s ): Peso dos sólidos do solo.</p><p>4. Peso específico do solo (γ):</p><p>Onde:</p><p>• ( γ ): Peso específico do solo, que é a razão entre o peso total do solo e o</p><p>volume total do solo.</p><p>• ( W_t ): Peso total do solo, incluindo sólidos e água.</p><p>• ( V_t ): Volume total do solo.</p><p>5. Peso Específico dos Grãos (G_s):</p><p>Onde:</p><p>• ( G_s ): Peso específico dos grãos, que é a razão entre o peso dos sólidos</p><p>e o volume dos sólidos multiplicado pelo peso específico da água.</p><p>• ( W_s ): Peso dos sólidos.</p><p>• ( V_s ): Volume dos sólidos.</p><p>12</p><p>• ( γ): Peso específico da água.</p><p>6. Grau de Saturação (S_r):</p><p>O grau de saturação de um solo indica a porcentagem de seu volume de vazios</p><p>preenchido por água.</p><p>Onde:</p><p>( S_r ): Grau de saturação, que é a razão entre o volume de água e o volume</p><p>de vazios.</p><p>(V_w ): Volume de água presente no solo.</p><p>(V_v): Volume de vazios</p><p>7. Índice de Plasticidade (I_p):</p><p>Ip=LL−PL</p><p>Onde :</p><p>( I_p ): Índice de plasticidade, que é a diferença entre o limite de liquidez e o</p><p>limite de plasticidade.</p><p>( LL ): Limite de liquidez, que é o teor de umidade no qual o solo passa do</p><p>estado plástico para o estado líquido.</p><p>( PL ): Limite de plasticidade, que é o teor de umidade no qual o solo passa</p><p>do estado semi-sólido para o estado plástico.</p><p>8. Índice de Consistência (I_c):</p><p>Onde:</p><p>• ( I_c ): Índice de consistência, que é a razão entre a diferença do limite de</p><p>liquidez e o conteúdo de umidade pelo índice de plasticidade.</p><p>• ( LL ): Limite de liquidez.</p><p>• ( w ): Conteúdo de umidade.</p><p>• ( I_p ): Índice de plasticidade.</p><p>13</p><p>9. Teor de umidade</p><p>Em que:</p><p>ℎ= teor de umidade (%);</p><p>𝑃𝑤= peso de água (kN);</p><p>𝑃𝑠= peso de sólidos (kN).</p><p>10. Peso Específico Natural</p><p>Em que:</p><p>𝛾𝑛= peso específico natural (kN/m³);</p><p>𝑃𝑡= peso total (kN);</p><p>𝑉𝑡= volume total (m³).</p><p>11. Peso Específico das Partículas Sólidas</p><p>Em que:</p><p>𝛾𝑠= peso específico das partículas sólidas (kN/m³);</p><p>𝑃𝑠= peso de sólidos (kN);</p><p>𝑉𝑠= volume de sólidos (m³).</p><p>14</p><p>12. Peso Específico aparente Seco</p><p>Em que:</p><p>𝛾𝑑= peso específico aparente seco (kN/m³);</p><p>𝑃𝑠= peso de sólidos (kN);</p><p>𝑉𝑡= volume total (m³).</p><p>13. Peso Específico Saturado</p><p>Em que:</p><p>𝛾𝑠𝑎𝑡= peso específico saturado (kN/m³);</p><p>𝑃𝑠𝑎𝑡= peso do solo saturado (kN);</p><p>𝑉𝑡= volume total (m³).</p><p>Para o entendimento melhor, utiliza-se a tabela 2 – na qual representa as</p><p>relações dos índices físicos.</p><p>Tabela 2- Relações dos Índices físicos</p><p>15</p><p>Fonte:( PROPRIEDADES E ÍNDICES FÍSICOS DE SOLOS,20--)</p><p>Com base no gráfico, buscou-se os resultados dos questionamentos abaixo.</p><p>•Densidade máxima P.N. : 1,831 g/cc.</p><p>• Umidade ótima P.N. : 12,15 %.</p><p>É solicitado:</p><p>1. A gravidade específica do solo.</p><p>A Gravidade específica do solo é definida por:</p><p>16</p><p>Y d = Densidade seca do solo g/cm³</p><p>Y s = Gravidade (peso) específica do solo g/cm³</p><p>w sat = Saturação umidade %</p><p>Y w = Densidade da água igual a 1g/cm³</p><p>Vamos usar com base no gráfico fornecido, retirar-se os valores necessários:</p><p>Ponto da densidade máxima= 1,831 g/cc</p><p>% de umidade saturada= 16,25%</p><p>Logo:</p><p>1,831 = γ D =</p><p>1</p><p>1</p><p>γ S</p><p>+</p><p>16,25</p><p>100∗1</p><p>17</p><p>1,831 =</p><p>1</p><p>1</p><p>γ S</p><p>+0,1625</p><p>1,831 (</p><p>1</p><p>γ S</p><p>+ 0,1625) =1</p><p>1,831</p><p>γ S</p><p>+ 0,2975375 = 1</p><p>1,831</p><p>γ S</p><p>= 1 − 0,2975375</p><p>1,831</p><p>γ S</p><p>= 0,7024</p><p>γS= 2,61 g/cm³</p><p>2. Grau aproximado de saturação obtido com o ponto de maior umidade testado.</p><p>Onde:</p><p>( S_r ): Grau de saturação, que é a razão entre o volume de água e o volume</p><p>de vazios.</p><p>(V_w ): Volume de água presente no solo.</p><p>(V_v): Volume de vazios</p><p>Com base no gráfico extrairemos os valores solicitados pela equação acima:</p><p>18</p><p>Ws= 20,50%</p><p>Ws= 24,00 %</p><p>Sr=100*</p><p>20,50</p><p>24,00</p><p>= 85,41%</p><p>3. Grau teórico máximo de compactação que poderia ser obtido com uma umidade</p><p>do solo igual ao ótimo do teste P.N.</p><p>R. Gr= 100*(</p><p>𝛾𝑑</p><p>𝛾𝑝𝑛</p><p>)</p><p>γ = densidade do solo seco em g/cm³</p><p>𝛾𝑝𝑛= densidade máxima seca do teste em g/cm³</p><p>Ao analisar o caso, a densidade associada a uma umidade ótima do teste,</p><p>é igual a densidade máxima seca do teste (𝛾𝑝𝑛), sendo então que o GR=100 %</p><p>19</p><p>4. O solo é compactado no local com um teor de umidade de 9% e uma densidade</p><p>seca de 1,745 g/cm³ é obtida. No dia seguinte chove muito e o solo está saturado</p><p>com umidade, que é usada como uma oportunidade para recompactar o solo.</p><p>a) A maior densidade seca que pode ser alcançada que processo de construção</p><p>deve ser seguido para aumentar a densidade seca?</p><p>R.: A questão demostra que incialmente o solo tem o teor de umidade de 9% e</p><p>a densidade de 1,745g/cm³, após chover muito no dia seguinte o solo fica</p><p>completamente saturado e a densidade seca máxima permanece em 1,745 g/cm³,</p><p>a ação da saturação do solo, inibe a ação de compactar o solo, portanto para</p><p>aumentar a densidade seca do solo, permitindo assim a compactação deverá na</p><p>região realizar a ação de aerar o material om discos grandes se não houver esse</p><p>tipo de equipamento é aceitável a utilização com motoniveladoras provida de</p><p>escarificador, isto é, reduzir a umidade do solo presente, ou seja, diminuir o</p><p>excesso de umidade do solo saturado, através da ação do solo e vento para que</p><p>a água possa evaporar rapidamente, repetindo a ação até que o valor da Umidade</p><p>esteja próxima ao desejado, para o controle dessa Umidade pode-se utilizar o</p><p>Speedy Test, desse modo pode-se utilizar a umidade para recompactar o solo.</p><p>b) A densidade saturada após a compactação.</p><p>R.: Para determinar a densidade de saturação após a compactação, é</p><p>fundamental conhecer a umidade de saturação, então será analisado o gráfico</p><p>novamente.</p><p>20</p><p>A densidade de saturação:</p><p>Onde:</p><p>Y sat = densidade saturada do solo g/cm³</p><p>Yd = densidade seca do solo g/cm³</p><p>W sat = umidade de saturação para esta umidade seca %</p><p>Y sat = 1,745 x (1+20/100) = 2,094g/cm³.</p><p>21</p><p>5. Considerações finais:</p><p>Na elaboração desse relatório, foi possível observar que o</p><p>desenvolvimento experimental e o teórico caminham em paralelo pois, através</p><p>dos ensaios executados em laboratório e os resultados obtidos, conseguimos</p><p>calcular diversos índices físicos vistos em campo.</p><p>Ao coletar as informações do solo em laboratório, e a partir delas calcular</p><p>as variadas correlações possíveis, para conhecer as principais características</p><p>desse material, nas quais o projetista poderá explorar o potencial do solo,</p><p>podendo dimensioná-lo com aproveitamento e segurança dentro da</p><p>pavimentação</p><p>Portanto, ao conhecer os parâmetros necessários do solo, determina-se as</p><p>características necessárias para se trabalhar com o material da pavimentação,</p><p>da melhor maneira possível.</p><p>22</p><p>6. Referencia:</p><p>ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6457: Amostras de Solo -</p><p>Preparação Para Ensaios de Compactação e Ensaios de Caracterização. Rio de Janeiro,</p><p>1986, 9 p.</p><p>. NBR 9820: Coleta de amostras indeformadas de solos de baixa consistência em</p><p>furos de sondagem. Rio de Janeiro, 1997, 5 p.</p><p>. NBR 6508: Grãos de Solos que Passam na Peneira de 4.8</p><p>mm – Determinação da Massa Específica. Rio de Janeiro, 1984, 8</p><p>p.</p><p>PINTO, Homero. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações. 6. ed. Rio de Janeiro:</p><p>LTC, 2014. Cap. 11, p. 37.</p><p>SOUSA, Carlos. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3.ed. São Paulo: Oficina de</p><p>Textos, 2013. Cap. 2, p. 35.</p><p>TECGEO. Coleta de Amostra Indeformada. Disponível em:</p><p><http://www.tecgeo.com.br/servicos/coleta-de-amostras-indeformadas-31>.</p><p>Acesso em: 18 de mar. 2018.</p><p>TORRESGEOTECNIA. Massa Específica Real dos Grãos. Disponível em:</p><p><http://www.torresgeotecnia.com.br/portfolio-view/massa-especifica-</p><p>real-dos- graos/>. Acesso em 22 de mar. 2018.</p><p>http://www.tecgeo.com.br/servicos/coleta-de-amostras-indeformadas-31</p><p>http://www.torresgeotecnia.com.br/portfolio-view/massa-especifica-real-dos-</p><p>http://www.torresgeotecnia.com.br/portfolio-view/massa-especifica-real-dos-</p>