Relatório de ensaio adensamento do solo

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
GABRIELA NOGUEIRA CUNHA
GLAYVISON EDUARDO DA SILVA FELIX
ÍTALO BRUNO FONSECA DE SOUZA
IZABELE CRISTINA DANTAS DE GUSMÃO
MADSON MATEUS DE MOURA TOMAZ
RELATÓRIO DO ENSAIO DE ADENSAMENTO
ANGICOS – RN
2019
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Prensa de adensamento utilizada	6
Figura 2: Tipos de célula de adensamento	7
Figura 3: Equação para cálculo do peso específico aparente inicial	16
Figura 4: Equação para cálculo do peso específico aparente seco inicial	17
Figura 5: Equação para cálculo do índice de vazios inicial	18
Figura 6: Equação para cálculo do grau de saturação inicial	19
Figura 7: Equação para determinação da altura dos sólidos	19
Figura 8: Equação para determinação do índice de vazios	20
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Informações iniciais	8
Tabela 2: Dados do corpo-de-prova sob a tensão de 20KPa	11
Tabela 3: Dados do corpo-de-prova sob a tensão de 40KPa	12
Tabela 4: Dados do corpo-de-prova sob a tensão de 80KPa	13
Tabela 5: Dados do corpo-de-prova sob a tensão de 160KPa	14
Tabela 6: Dados do corpo-de-prova no descarregamento	15
Tabela 7: Determinação do peso real dos grãos	16
Tabela 8: Determinação do teor de umidade da amostra	17
Tabela 9: Parâmetros calculados após variações de carregamento	20
INTRODUÇÃO
Muito se tem estudado sobre as deformações ocorridas devido a carregamentos aplicados verticalmente na superfície de terrenos ou em suas proximidades. Essas deformações observadas são chamadas de recalques, podendo ocorrer de duas formas: àquelas que acontecem imediatamente após a construção e as que se desenvolvem lentamente com o passar dos tempos através da aplicação de cargas. A velocidade das deformações é influenciada pelo tipo de solo, ocorrendo rapidamente em solos arenosos ou solos argilosos não saturados e em solos argilosos saturados os recalques ocorrem lentamente, sendo necessária a saída de água dos vazios do solo. O comportamento dos solos depende da sua constituição e do estado que ele se encontra, podendo ser expresso através de parâmetros obtidos em ensaios ou através de correlações estabelecidas entre esses parâmetros (PINTO, 2006). Para que a deformabilidade do solo possa ser determinada, dois tipos de ensaios podem ser executados: de compressão axial e de compressão edométrica. 
O ensaio de compressão edométrica é definido por Rodrigues (2014) da seguinte forma: uma amostra de solo é colocada dentro de um anel metálico que impede deformações ocorridas lateralmente, simulando assim, o comportamento do solo ao sofrer compressões pela ação do peso após a deposição de novas camadas de solo sob sua superfície. A aplicação de cargas é feita por etapas e para cada uma delas, haverá uma determinada deformação em diferentes instantes de tempo, confirmando o que é dito na teoria. Quando os recalques são cessados, as cargas são elevadas para o dobro do valor anterior e os índices de vazios finais podem ser calculados a partir do índice de vazios inicial do corpo de prova e da respectiva redução da altura ocorrida. Para representar os resultados, uma curva de índice de vazios versus tensão vertical efetiva pode ser obtida. 
MATERIAIS E MÉTODOS
ENSAIO DE ADENSAMENTO
2.1.1 Materiais 
Para realização do ensaio de adensamento serão utilizados os seguintes materiais, de acordo com a NBR – 12007/1990: 
Prensa de adensamento: este será o sistema de aplicação de cargas que irá permitir a aplicação das cargas verticais especificadas, ao longo do período de tempo. 
Figura 1: Prensa de adensamento utilizada
Fonte: Manual do equipamento. 
Célula de adensamento: é o dispositivo apropriado para conter o corpo-de-prova que irá receber as cargas verticais e assim, variar a altura. Este consiste em uma base rígida; um anel que irá conter o corpo-de-prova; duas pedras porosas, que irão representar um solo duplamente drenado; e um cabeçote rígido, que irá transmitir os carregamentos ao corpo-de-prova. O anel pode ser fixo (aquele que não se desloca em relação à base rígida) ou flutuante (que se desloca em relação à base). A Figura 1 abaixo exemplifica uma célula de adensamento: 
Figura 2: Tipos de célula de adensamento
Fonte: ABNT (1990). 
	
Anel de adensamento: é responsável por conter o corpo-de-prova e deve compreender as seguintes características: 
Diâmetro interno: deve ser, no mínimo, de 50mm e, no caso de amostras extrudadas e talhadas, no mínimo de 5mm;
Altura: deve ser, no mínimo, de 13mm e não inferior a dez vezes o máximo diâmetro de partícula do corpo-de-prova;
Relação entre diâmetro e altura: deve ser, no mínimo, de 2,5; 
Rigidez: deve ser tal que, sob a condição de pressão hidrostática igual à máxima pressão axial a ser aplicada ao corpo-de-prova, a variação do diâmetro do anel não exceda a 0,03%; 
Material: deve ser feito de material não corrosivo e sua superfície interna altamente polida ou com material de baixo atrito. 
Pedras porosas: devem ser confeccionadas com material quimicamente inerte quanto ao solo e à água dos poros. As dimensões dos poros devem ser suficientemente pequenas, a fim de evitar a instrusão de partículas de solo. Caso necessário, papel-filtro resistente pode ser utilizado entre a pedra porosa e o corpo-de-prova para impedir a infiltração de solo nos poros e facilitar a limpeza após o ensaio. 
Outros equipamentos adicionais: 
Balança;
Extensômetro capaz de medir deslocamentos;
Cronômetro; 
2.1.2 Métodos
Os corpos-de-prova devem ser obtidos a partir de amostras indeformadas.
Preparação da amostra: os corpos-de-prova foram coletados nas imediações da UFERSA – Campus Angicos/RN, e para que a amostra obtivesse dimensões similares ao anel de adensamento, este foi colocado sob o solo e pressionado para que houvesse uma marcação na superfície. Assim, o anel foi penetrado no solo e a amostra pode ser retirada indeformada. Rasamos o corpo-de-prova com o auxílio de um objeto cortante para que as dimensões excedentes não ultrapassassem das dimensões do anel utilizado, como proposto em norma. Logo após, foram pesadas e verificadas as dimensões (separadamente e o conjunto) do corpo-de-prova e o anel utilizado. Estas informações estão explicitadas na Tabela 1, abaixo: 
Tabela 1: Informações iniciais
	INFORMAÇÕES INICIAIS
	
	Anel de adensamento
	Corpo-de-prova
	Diâmetro interno (cm)
	8,7
	8,7
	Altura (cm)
	2,0
	2,0
	Peso (g)
	80,3
	230,2
Fonte: Autoria própria.
Execução do ensaio: para que se pudesse iniciar o ensaio, a prensa de adensamento foi nivelada e os ajustes iniciais foram feitos. O corpo-de-prova foi previamente preparado, colocado na célula de adensamento juntamente com o papel que substituía o papel-filtro e as placas porosas. Colocou-se o cabeçote para transmissão da carga e a célula de adensamento na prensa. Inicialmente, uma carga que correspondia à 5KPa foi colocada na prensa, para efeitos de nivelamento, sem que a amostra estivesse inundada. Para que descobríssemos o peso inicial, a seguinte correlação foi feita: 
Como sabemos que:
Sendo , F = Força aplicada e A = Área e partindo da premissa que o nivelamento é feito com 5KPa, fazemos: 
 .: 
Assim, para obtermos uma tensão inicial de 5KPa, precisaríamos impor uma força de 29,72 N. E utilizando a 2ª Lei de Newton, fazemos: 
Sendo F = Força aplicada, m = massa e a = aceleração da gravidade e partindo da informação de que necessitamos de 29,72 N, fez-se:
 .: 
O valor obtido é o da massa inicial a ser colocada na prensa de adensamento que deverá ser dividido por 10 (pois o braço de alavanca gera um momento que causará uma carga 10 vezes maior no corpo-de-prova). Porém inicialmente, por desatenção, não realizamos esta divisão tampouco destravamos a prensa para que o braço de alavanca pudesse transmitir as tensões. A partir disso, com o auxílio de nossa professora, reiniciamos todoprocesso com uma amostra deformada obtida no Laboratório das Engenharias do Campus Angicos e iniciamos novamente o ensaio. Realizamos todos os cálculos, a partir das Equações (1) e (2) demonstradas anteriormente, porém ao final, dividimos o resultado da massa por 10, como justificado anteriormente. Sendo então necessário que um peso de 300g seja colocado no equipamento durante 5 minutos para que o ensaio possa ser iniciado. 
Posteriormente será feito um detalhamento dos carregamentos e das leituras feitas no período de oito (8) horas realizadas aos 7, 15, 30 segundos, 1, 2, 4, 8, 15, 30 minutos e 1, 2, 4 e 8 horas durante os quatro (4) dias de carregamento e no único dia de descarregamento. 
Essencialmente, a NBR 12007 descreve que o procedimento deve ser feito dobrando-se os valores de tensão, porém pelo curto tempo para realização do ensaio, resolveu-se utilizar outra metodologia de carregamento e descarregamento. 
TEOR DE UMIDADE
Este ensaio é realizado para obtenção do teor de umidade em solos e corresponde à massa de água que é contida em uma amostra de solo, sendo expressa em porcentagem. O procedimento deve ser realizado conforme a NBR 16097, mas por questões de infraestrutura dos laboratórios disponíveis, adaptamos às condições da instituição. 
2.2.1 Materiais
Para realização de determinação do teor de umidade serão utilizados os seguintes materiais: 
Estufa de secagem, capaz de manter a temperatura em intervalos de 105 ± 5°C;
Balança; 
Recipientes para conter a amostra de solo a ser levada à estufa; 
2.2.2 Métodos
O procedimento realizado consistiu na pesagem de amostras de solo, secagem em estufas e posterior pesagem após 24 horas passadas. 
PESO ESPECÍFICO 
Materiais
BLABLBALBALAB 
Métodos
BKLLABKI 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Como mencionado anteriormente, ao iniciarmos o ensaio, não liberamos o braço de alavanca impedindo assim que os esforços fossem distribuídos ao corpo-de-prova. A partir disso, outra amostra foi preparada e iniciamos o procedimento de adensamento. 
PRIMEIRO ESTÁGIO
Para início do primeiro estágio de carregamento foram adicionados 300g ao prato para colocação dos pesos, dobrando assim o valor do peso inicial. De acordo com a norma regulamentadora do ensaio de adensamento, a variação do carregamento aplicado deve ocorrer apenas 24 horas após o instante de aplicação do incremento de carga. Porém devido ao tempo curto para realização do ensaio foi decidido que dobrássemos o peso inicial para que pudéssemos visualizar melhor o adensamento do solo em uso. Assim, foram adicionados 600g que resultariam em uma tensão de 20KPa ao corpo de prova. 
Como afirmado anteriormente, as leituras foram realizadas nos tempos pré-determinados e as variações na altura da massa de solo foram aferidas a partir da leitura do extensômetro. 
Observação: devido problemas com o horário do laboratório, a medição após as 8h após o incremento de carga não foi realizada. 
Tabela 2: Dados do corpo-de-prova sob a tensão de 20KPa
	Tensão (KPa): 20
	DATA
	TEMPO 
	H (mm)
	03/06
	00:00:00
	10
	03/06
	00:00:07
	9,71
	03/06
	00:00:15
	9,71
	03/06
	00:00:30
	9,71
	03/06
	00:01:00
	9,71
	03/06
	00:02:00
	9,71
	03/06
	00:04:00
	9,71
	03/06
	00:08:00
	9,71
	03/06
	00:15:00
	9,71
	03/06
	00:30:00
	9,73
	03/06
	01:00:00
	9,73
	03/06
	02:00:00
	9,75
	03/06
	04:00:00
	9,77
	03/06
	08:00:00
	x
Fonte: Autoria própria. 
SEGUNDO ESTÁGIO
Para início do segundo estágio de carregamento foram adicionados 1200g ao prato para colocação dos pesos, que já continham 1200g, representando assim 40KPa, de acordo com o valor do peso inicial.
Foram realizadas as leituras nos tempos pré-determinados e as variações na altura da massa de solo foram aferidas a partir da leitura do extensômetro.
Tabela 3: Dados do corpo-de-prova sob a tensão de 40KPa
	Tensão (KPa): 40
	DATA
	TEMPO 
	H (mm)
	04/06
	00:00:00
	9,78
	04/06
	00:00:07
	9,69
	04/06
	00:00:15
	9,68
	04/06
	00:00:30
	9,675
	04/06
	00:01:00
	9,67
	04/06
	00:02:00
	9,67
	04/06
	00:04:00
	9,655
	04/06
	00:08:00
	9,66
	04/06
	00:15:00
	9,659
	04/06
	00:30:00
	9,658
	04/06
	01:00:00
	9,658
	04/06
	02:00:00
	9,658
	04/06
	04:00:00
	9,66
	04/06
	08:00:00
	9,658
Fonte: Autoria própria. 
TERCEIRO ESTÁGIO
Para início do terceiro estágio de carregamento foram adicionados 2500g ao prato para colocação dos pesos, que já continham 2400g, representando assim aproximadamente 80KPa, de acordo com o valor do peso inicial. A forma correta para colocação dos pesos deveria ser o dobro do peso existente na máquina, porém, devido falta de pesos no laboratório, adaptamos às nossas condições. 
Foram realizadas as leituras nos tempos pré-determinados e as variações na altura da massa de solo foram aferidas a partir da leitura do extensômetro.
Tabela 4: Dados do corpo-de-prova sob a tensão de 80KPa
	Tensão (KPa): 80
	DATA
	TEMPO 
	H (mm)
	05/06
	00:00:00
	9,65
	05/06
	00:00:07
	9,5
	05/06
	00:00:15
	9,49
	05/06
	00:00:30
	9,48
	05/06
	00:01:00
	9,47
	05/06
	00:02:00
	9,459
	05/06
	00:04:00
	9,45
	05/06
	00:08:00
	9,44
	05/06
	00:15:00
	9,43
	05/06
	00:30:00
	9,428
	05/06
	01:00:00
	9,42
	05/06
	02:00:00
	9,411
	05/06
	04:00:00
	9,411
	05/06
	08:00:00
	9,409
Fonte: Autoria própria. 
QUARTO ESTÁGIO
Como nos estágios anteriores, para início do quarto e último carregamento foram adicionados 5000g ao prato para colocação dos pesos, que já continham 4900g, representando assim aproximadamente o valor de tensão vertical aplicada de 160KPa, de acordo com o valor do peso inicial.
Foram realizadas as leituras nos tempos pré-determinados e as variações na altura da massa de solo foram aferidas a partir da leitura do extensômetro.
Tabela 5: Dados do corpo-de-prova sob a tensão de 160KPa
	Tensão (KPa): 160
	DATA
	TEMPO 
	H (mm)
	06/06
	00:00:00
	9,4
	06/06
	00:00:07
	9,19
	06/06
	00:00:15
	9,18
	06/06
	00:00:30
	9,17
	06/06
	00:01:00
	9,155
	06/06
	00:02:00
	9,14
	06/06
	00:04:00
	9,13
	06/06
	00:08:00
	9,12
	06/06
	00:15:00
	9,11
	06/06
	00:30:00
	9,103
	06/06
	01:00:00
	0,095
	06/06
	02:00:00
	9,082
	06/06
	04:00:00
	9,078
	06/06
	08:00:00
	9,071
Fonte: Autoria própria. 
DESCARREGAMENTO
Para o estágio de descarregamento, foi retirado metade do carregamento aplicado na prensa de adensamento. Inicialmente, haviam 9900g colocadas sob o prato para colocação dos pesos e para início desta etapa, foram retiradas 5000g, resultando numa tensão aproximada de 80KPa. 
No descarregamento também foram realizadas leituras nos tempos pré-determinados e as variações na altura da massa de solo foram aferidas a partir da leitura do extensômetro.
Tabela 6: Dados do corpo-de-prova no descarregamento 
	Tensão (KPa): 80
	DATA
	TEMPO 
	H (mm)
	07/06
	00:00:00
	9,069
	07/06
	00:00:07
	9,11
	07/06
	00:00:15
	9,11
	07/06
	00:00:30
	9,11
	07/06
	00:01:00
	9,11
	07/06
	00:02:00
	9,112
	07/06
	00:04:00
	9,112
	07/06
	00:08:00
	9,112
	07/06
	00:15:00
	9,112
	07/06
	00:30:00
	9,112
	07/06
	01:00:00
	9,11
	07/06
	02:00:00
	9,11
	07/06
	04:00:00
	9,12
	07/06
	08:00:00
	9,12
Fonte: Autoria própria. 
CÁLCULOS
Devido aos problemas descritos anteriormente ocorridos em nossa primeira tentativa de ensaio, o grupo não realizou pesagens e medições referentes ao segundo corpo-de-prova submetido ao ensaio. Sendo assim, os valores utilizados a seguir para cálculo de peso específico aparente inicial e outras equações que consideram parâmetros como peso da amostra e suas dimensões, que serão levados em conta vão ser àqueles obtidos no primeiro corpo-de-prova. 
PESO REAL DOS GRÃOS
Através do ensaio (....), obtivemos o peso real dos grãos.Este, é compreendido pela relação entre a massa das partículas sólidas do solo e o volume dos grãos. 
Tabela 7: Determinação do peso real dos grãos
	PESO REAL DOS GRÃOS
	Peso do solo (g)
	43,945
	Volume de água (cm³)
	50
	Volume de solo + água (cm³)
	68
	PESO REAL DOS GRÃOS (g/cm³)
	2,441
Fonte: Autoria própria. 
PESO ESPECÍFICO APARENTE INICIAL
A Figura 3, contém a equação para cálculo do peso específico aparente inicial, que relaciona o peso dos sólidos com o volume da amostra. 
Figura 3: Equação para cálculo do peso específico aparente inicial
Fonte: VALEJOS et al., 2005. 
Assim, de acordo com os dados da Tabela 1, pode-se fazer: 
 .: γi= 1,624gf/cm³
UMIDADE
Este parâmetro é definido como a relação entre o peso da água existente numa massa de solo e o peso das partículas sólidas. 
Tabela 8: Determinação do teor de umidade da amostra
	UMIDADE INICIAL
	RECIPIENTE N°
	A1
	A2
	A3
	Massa do rec. + solo + água (g)
	184,6
	180,9
	179,01
	Massa do rec. + solo (g)
	176,2
	173,3
	171,8
	Massa de água (g)
	8,4
	7,6
	7,21
	Massa do recipiente (g)
	142,4
	144,9
	144,8
	Massa do solo seco (g)
	33,8
	28,4
	27
	Umidade (%)
	24,85
	26,76
	26,70
	Umidade média (%)
	26,11
Fonte: Autoria própria. 
PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO INICIAL
Figura 4: Equação para cálculo do peso específico aparente seco inicial
Fonte: VALEJOS et al., 2005.
Assim, de acordo com os valores obtidos de umidade inicial e peso específico aparente seco inicial, faz-se: 
 .: γsi=1,287 gf/cm³
ÍNDICE DE VAZIOS INICIAL
A Figura 5 contém a equação para cálculo do índice de vazios inicial, que relaciona o peso específico real dos grãos com o peso específico aparente seco inicial. 
Figura 5: Equação para cálculo do índice de vazios inicial
 
Fonte: VALEJOS et al., 2005. 
Assim, pode-se fazer: 
 .: eo =0,895
GRAU DE SATURAÇÃO INICIAL
Este parâmetro é dito como a relação entre o volume de água e o volume de vazios. Variando de zero, quando solo seco, a 100%, quando solo saturado. Pode ser obtido através da equação demonstrada na Figura 6: 
Figura 6: Equação para cálculo do grau de saturação inicial
Fonte: VALEJOS et al., 2005.
 .: Si = 71,16%
Observação: os cálculos foram feitos em uma planilha no Excel, sendo assim, consideram todas as casas decimais do número. Evitando assim, discrepâncias e grandes aproximações. 
ALTURA DOS SÓLIDOS
É representado pela expressão descrita na Figura 7: 
Figura 7: Equação para determinação da altura dos sólidos
Fonte: VALEJOS et al., 2005. 
 .: Hs = 1,05cm ou 10,55 mm
ÍNDICE DE VAZIOS
O índice de vazios final pode ser determinado a partir da equação demonstrada na Figura 8. Estes parâmetros serão calculados separadamente para cada estágio de carregamento, visto que ao aumentarmos a tensão haverá uma variação neste índice.
Figura 8: Equação para determinação do índice de vazios
Fonte: VALEJOS et al., 2005. 
A metodologia para cálculo será realizada da seguinte maneira: 
1. Para a “Leitura do carregamento inicial”, verifica-se qual a medição realizada antes dos pesos serem colocados;
2. Para a “Leitura do carregamento final”, verifica-se qual medição realizada após as 8 horas da aplicação do carregamento; 
3. Diferença (mm): diferença entre a Leitura do carregamento inicial e Leitura do carregamento final;
4. Leituras acumuladas: soma das diferenças até o presente momento; 
5. Altura H (mm): diferença entre a Altura do anel e a Leitura acumulada; 
6. Por fim, calcula-se o “Índice de vazios” através da fórmula demonstrada na Figura 8. 
A Tabela 9 mostra os parâmetros mencionados acima para a obtenção do índice de vazios final para cada estágio de carregamento e descarregamento. 
Tabela 9: Parâmetros calculados após variações de carregamento
	Tensão
	20
	40
	80
	160
	80
	Leitura do carregamento inicial (mm)
	10
	9,78
	9,65
	9,4
	9,069
	Leitura do carregamento final (mm)
	9,77 [1]
	9,658
	9,071
	9,071
	9,12
	Diferença (mm)
	0,23 [2]
	0,122 [3]
	0,579 [4]
	0,329 [5]
	-0,051 [6]
	Leituras acumuladas (mm)
	0,23
	0,352
	0,931
	1,26
	1,209
	Altura – H (mm)
	19,77
	19,648
	19,069
	18,74
	18,791
	Índice de vazios
	0,873801526
	0,862238361
	0,807360714
	0,776178078
	0,781011861
Fonte: Autoria própria. 
Observações: 
[1] A leitura final utilizada foi a medição feita após 4 horas de carregamento, devido aos horários de funcionamento do laboratório.
[2] O valor indica uma compressão de 0,23mm da altura inicial.
[3] O valor obtido com sinal negativo indica que o solo comprimiu em 0,121 mm da altura inicial.
[4] Neste estágio de carregamento a variação de altura na primeira e última leituras indica que o solo comprimiu em 0,579 mm da altura inicial.
[5] No último estágio de carregamento, o solo comprimiu em 0,329mm. Apresentando assim uma leve redução dos valores anteriores, fato esse explicado pela compressão entrar em constância devido o tempo de aplicação das cargas. 
[6] Neste estágio ocorreu o descarregamento de metade da tensão que estava sendo aplicada inicialmente ao corpo-de-prova, de 160KPa, reduzindo-se a 80KPa. O solo expandiu em 0,051mm, este acontecimento é caracterizado pelo sinal (-) do resultado. 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Diante do ensaio realizado e a partir deste, resultados obtidos, pode-se 
CONCLUSÕES
REFERÊNCIAS
PINTO, Carlos de Souza. Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 Aulas. 3ª ed. São Paulo: Oficina de Textos. 2006.
RODRIGUES, N.L., 2014, Comparação entre os ensaios de adensamento realizados em equipamento convencional e em equipamento de DSS em argila mole. Projeto de Graduação., UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil.
ABNT NBR 12007 MB‐3336 – Solo – Ensaio de adensamento unidimensional, 1990. 
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