relatório de estrada

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CENTRO UNIVERSITÁRIO ADVENTISTA DE SÃO PAULO
CAMPUS ENGENHEIRO COELHO
Curso DE ENGENHARIA CIVIL
Karen Aline toledo
ensaios de compactação e cbr relizados no laboratório de Solos
Engenheiro Coelho
2017
KAREN ALINE TOLEDO
ENSAIOS de compactação e cbr REALIZADOS NO LABORATÓRIO DE solos
Relatório dos ensaios apresentados e realizados no Laboratório de Solos, sob orientação do Prof. Ivonei Teixeira, da matéria de Estradas II no Centro Universitário Adventista de São Paulo do curso de Engenharia Civil. 
Engenheiro Coelho
2017
RESUMO
Os ensaios realizados durante a aula práticas em laboratório possuem uma sequência lógica, que vai desde o preparo do solo, procedimento de moldagem e compactação do solo, penetração dos corpos de prova por ensaio de CBR. Cada um dos experimentos foi executado de maneira prescrita por norma, seja ela NBR ou NBR NM, assim sendo, os objetivos, definições, materiais utilizados, procedimentos, cálculos e análises de resultados que serão demonstrados não foram obtidos aleatoriamente, pois estão dentro dos parâmetros definidos pela norma correspondente a cada ensaio. Os experimentos são importantes para o conhecimento do solo, resistência a cargas futuras e sua qualidade, o controle tecnológico vem sendo cada vez mais solicitado em obras a fim de garantir a qualidade final e as especificações técnicos exigidas por norma.
Palavras-chave: Ensaios; Corpo de Prova; Compactação; CBR; Norma.
ABSTRACT
The tests carried out during the class laboratory practices have a logical sequence, ranging from the preparation of soil, procedure of molding and compaction of the soil, penetration of the specimens by CBR test. Therefore, the objectives, definitions, materials used, procedures, calculations and analysis of results that will be demonstrated were not obtained at random, since they are within the parameters defined by the standard corresponding to each test. The experiments are important for the knowledge of the soil, resistance to future loads and their quality, technological control is being increasingly requested in works in order to guarantee the final quality and technical specifications required by standard.
.
Keywords: Essays; Proof bodies; Compression; CBR; Standard.
Lista de abreviaturas
cm – Centímetros
mm – Milímetros
ml- Milímetro (“eme-ele”) 
kg – Quilos
Mpa – Mega Pascal
Kgf – Quilo grama força
N – Newton
°C – Grau célsius
m³ - Metros cúbicos
cm³ - centímetros Cúbicos
ARI – Alta Resistência Inicial
CP – Cimento Portland
M - Massa
V - Volume
h – Hora 
min – Minuto
s - Segundo
Lista de Siglas
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
NBR – Norma Brasileira
NM – Norma Mercosul
SUMÁRIO
91
INTRODUÇÃO
102
COMPACTAÇÃO DO SOLO
102.1
Origem
102.1.1
Definições - Amostragens
112.1.2
Equipamento
122.2
EXECUÇÃO O ENSAIO
153
CBR DE PROJETO
153.1
ENSAIO DE PENETRAÇÃO
153.1.1
Equipamento
153.1.2
Execução do Ensaio
163.1.3
Cálculo do CBR
193.1.4
Expansão
214
CONCLUSÃO
215
REFERÊNCIAS
1 INTRODUÇÃO
A compactação é empregada em diversas obras de engenharia, como: aterros para diversas utilidades, camadas constitutivas dos pavimentos, construção de barragens de terra, preenchimento com terra do espaço atrás de muros de arrimo e reenchimento das inúmeras valetas que se abrem diariamente nas ruas das cidades. Os tipos de obra e de solo disponíveis vão ditar o processo de compactação a ser empregado, a umidade em que o solo deve se encontrar na ocasião e a densidade a ser atingida.
O início da técnica de compactação é creditado ao engenheiro Ralph Proctor, que, em 1933, publicou suas observações sobre a compactação de aterros, mostrando ser a compactação função de quatro variáveis: a) Peso específico seco; b) Umidade; c) Energia de compactação e d) Tipo de solo. A compactação dos solos tem uma grande importância para as obras geotécnicas, já que através do processo de compactação consegue-se promover no solo um aumento de sua resistência e uma diminuição de sua compressibilidade e permeabilidade.
A capacidade de suporte de um solo compactado pode ser medida através do método do índice de suporte, que fornece o “Índice de Suporte Califórnia - ISC” (California Bearing Ratio - CBR), idealizado pelo engenheiro O. J. Porter, em 1939, no estado da Califórnia - USA. Trata-se de um método de ensaio empírico, adotado por grande parcela de órgãos rodoviários, no Brasil e no mundo. 
O ensaio de CBR consiste na determinação da relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo de prova de solo, e a pressão necessária para produzir a mesma penetração numa mistura padrão de brita estabilizada granulo metricamente. Essa relação é expressa em porcentagem.
Como o ramo da construção civil está em crescimento e desenvolvimento, o resultado final de um produto é cada vez maior em relação a qualidade, custo e prazo. O consumidor exige qualidade, rapidez e baixo custo, para isso o controle tecnológico, através dos ensaios técnicos, possibilitam que exista um maior controle dos resultados obtidos nos materiais, fazendo com que possa existir inovações que melhorem ou alterem as falhas identificadas nos experimentos (KRUGER; GRANDE, 2013).
Os ensaios forma referentes a dois dos materiais mais utilizados pela engenharia civil e indústria. As aulas práticas em laboratório têm como objetivo, ressaltar a importância do controle e resistência do concreto e aço.
2 COMPACTAÇÃO DO SOLO
2.1 Origem 
O relatório deste ensaio foi embasado na norma NBR NM 7182:1986. A compactação é o método de estabilização do solo por meio de algum tipo de impacto, conferido ao solo um aumento de seu peso específico. Nesta ação mecânica impõe ao solo uma redução no seu índice de vazios, é muito conhecida e utilizada em pequenas e grandes obras
2.1.1 Definições - Amostragens
A energia (ou esforço) de compactação se obtém da seguinte forma – tomando-se uma massa de solo úmido nu cilindro, com dado volume inicial, e aplicando um certo número de golpes (n) através da queda, de uma altura (H), de um soquete de peso P (M*g), resulta, após a compactação, um certo volume (V).
A energia de compactação é o trabalho executado, referindo á unidade de volume de solo após a compactação este resultado se obtém através da equação abaixo.
𝐸𝑐=
n∗P∗H
𝑉
 
A amostra do solo 5 kg foi previamente seca ao ar e destorroado com o auxílio de uma peneira. O volume de água utilizado no ensaio foi de 710 ml, que foi obtido através do cálculo abaixo:
𝑄=
Ms∗(Wσ+Whigr)
100+Whigr
=𝑄=
5000∗(14,2+0,0)
100+0
 
Ms = Massa seca;
W𝛔= Água 
2.1.2 Equipamento
Os aparelhos utilizados para a elaboração deste ensaio são:
· Balança;
· Peneira de 19 mm;
· Bandeja metálica que caiba o material a ser utilizado;
· Concha metálica;
· Régua de aço biselada;
· Espátula de aço;
· Cilindro metálico grande – tal deve conter sua base, cilindro complementar de mesmo diâmetro (colarinho) e disco espaçado metálico. As dimensões especificadas por norma estão demonstrada na figura a baixo.
· Soquete - O soquete não pode ser qualquer um, como solicitado na norma ele consiste de um material metálico com massa de 4,536 +/- 10 g e dotado de um dispositivo de controle de altura e queda (guia), que é de 457 +/- 2 mm. Em outras palavras será um cilindro vazado com outro cilindro com o peso especifico dentro, no ensaio faz-se o apoio do cilindro vazado encima da amostra eleva o outro cilindro que tem o peso igual de queda até a atura adotada por norma e solta fazendo assim os golpes sucessivamente.
Figura 1: Equipamentos e Dimensionamentos de cada peça.
Fonte: NBR 9895:1987
2.2 EXECUÇÃO O ENSAIO
O ensaio começa a ser realizado com a quantidade de material que será utilizado dentro de uma bandeja metálica, adicionar a quantidade de água estabelecida por norma, mas quando for fazer a adição do conteúdo não despejar tudo de uma vez, mas com o auxílio da mão ir despejando uniformemente com movimentos circulares. Após feito esta etapa misturar tudo muito bem e para que não seja formado nenhum torrãopassar pela peneira, podemos observar na figura 2 a baixo.
Figura 2: Passo a Passo da preparação do Solo.
Fonte: Silva, 2017
Apoiar o molde cilíndrico a sua base, neste ensaio foi utilizado o maior molde com isso foi necessário colocar o disco espaçador. Para evitar a aderência do solo compactado com a superfície metálica é necessário colocar duas folhas de papel filtro cortado no diâmetro correspondente ao molde antes de começar o ensaio.
Foram feitas 5 camadas iguais com o solo preparado acima, sendo efetuado 12 golpes perpendicularmente e uniformemente distribuído em cada camada, estes golpes são feitos com um soquete especificado acima com altura de queda de 63,5cm, como podemos ver na figura 3.
Figura 3 : Compactação do Solo.
Fonte: Duarte,2017
Após a compactação da última camada, faz a retirada do cilindro complementar, deve haver um excesso de, no máximo, 10 mm de solo compactado acima do molde que deve ser removido e rasado com o auxílio de uma régua biselada como pode se observar o passo a passo da figura 4.
Figura 4: Rasado do corpo de prova.
Fonte: Silva, 2017.
Observação – Se na execução da compactação, diminuir a altura de queda, o numerador e o volume é constante, mas a energia cai, sendo assim quando for medir o CBR, o material estará menos compacto do que deveria estar e não atingira o mínimo que é 1,858, com o material menos denso a resistência ao cisalhamento cai precisando de menos carga para fazer a penetração, sendo assim obterá um falso resultado pois a resistência obtida não será a verdadeira.
 Em seguida houve a imersão do corpo de prova por 96h como podemos observar na figura 5. Ao retirar o corpo de prova da imersão foi deixado descansando para sair o excesso de água como podemos ver na figura 5, pós este tempo foi realizado o teste de penetração através do qual obteve-se a deformação referente à respectiva penetração do pistão no corpo de prova.
Figura 5: Preparação para Imersão
Fonte: Silva, 2017.
3 CBR DE PROJETO
3.1 ENSAIO DE PENETRAÇÃO
A norma que rege é a NBR NM 9895:1987, ela tem como objetivo determinar o valor do índice de suporte Califórnia e da expansão de solos em laboratório, utilizando amostras deformadas, não reutilizadas, de material que passa na peneira de 19 mm.
3.1.1 Equipamento
· Porta – Extensômetro;
· Prensa para determinação do I.S.C;
· Pistão de Penetração.
3.1.2 Execução do Ensaio
Após obtidos os corpos de provas através do ensaio de compactação, dá-se início ao ensaio de penetração. Coloca-se o corpo de prova no prato da prensa e procedeu ao assentamento do pistão de penetração do solo, sendo feita uma aplicação de uma carga aproximadamente 45 N controlada pelo deslocamento do ponteiro extensômetro do anel dinamométrico; zerar, a seguinte, o extensômetro do anel dinamométrico e o que mede a penetração do pistão no solo. Acionar a manivela da prensa com velocidade constante de 1,27 mm/min.. Cada leitura considerada no extensômetro do anel é função de uma penetração do pistão no solo e de um tempo especificado para o ensaio como demostrado na figura 6 abaixo.
Figura 6: Prensa de Penetração.
Fonte: Silva, 2017.
 Como demonstrado na tabela 1, podemos ver os resultados obtidos com o ensaio do corpo de prova sem imersão. 
3.1.3 Cálculo do CBR
O índice de suporte Califórnia (CBR), em porcentagem, para cada corpo de prova, é obtido pela fórmula abaixo:
 𝐶𝐵𝑅=
(pressão calculada ou pressão corrigida)
pressão padrão
 
Com os resultados obtidos da penetração e do CBR podem ser visualizados na tabela 1 abaixo:
Tabela 1: Resultados dos ensaios de Penetração e CBR sem imersão.
TempoPenetração (mm)Penetração (")Leitura (div) Carga (kgf)Pressão (Kgf/cm²)
0,50,6350,025120273,033210213,90189461
11,270,05165359,658210218,31253616
1,51,9050,075190407,783210220,7628957
22,540,1210446,283210222,7231771
2,53,1750,125225475,158210224,19339156
33,810,15250523,283210226,64374797
3,54,4450,175262546,383210227,81991905
45,080,2275571,408210229,09410439
4,55,7150,225285590,658210230,07424695
56,350,25300619,533210231,5444608
5,56,9850,275315648,408210233,01467465
67,620,3320658,033210233,60474593
6,57,2550,325335686,908210234,97495978
78,890,35345706,158210235,95510235
7,59,5250,375358731,183210237,22928769
810,160,4365744,658210237,91538748
Penetração do Corpo de Prova SEM IMERSÃO
Fonte: Autor 
y = 1,925x +42,03321 Área do Pistão : 19,64 cm² K: 3,571 Kgf/div
 O valor CBR é avaliado em dois níveis de penetração, sendo assim possível ter uma avaliação de qual o suporte do material, a pressão que ele aguenta.
 Para a análise de resultados foi considerado para 01” (22,7231771) e 02” (571,4082102) para avaliação da resistência do solo se utiliza a fórmula acima apresentada.
 
 Para obtenção de um resultado mais preciso o CBR só utiliza valores inteiros, o melhor resultado é dado pela maior porcentagem, neste caso o de 01” outra coisa que pode se observar com a ajuda do gráfico 1 abaixo que a pressão corrigida é melhor que a padrão.
Gráfico 1: Resultados do Ensaio Sem Imersão.
Fonte: Autor, 2017. 
Já os resultados com Imersão podemos observar na tabela 2 abaixo. O modo de obtenção dos resultados foram os mesmos feitos para o ensaio de corpo de prova sem imersão.
Tabela 2 : Resultados de Penetração do ensaio Com imersão
TempoPenetração (mm)Penetração (")Leitura (div) Carga (kgf)Pressão (Kgf/cm²)
0,50,6350,025551,658210162,6302551
11,270,05653,583210162,728269356
1,51,9050,075755,508210162,826283613
22,540,1959,358210163,022312126
2,53,1750,1251061,283210163,120326383
33,810,151061,283210163,120326383
3,54,4450,1751061,283210163,120326383
45,080,21061,283210163,120326383
4,55,7150,2251163,208210163,21834064
56,350,251367,058210163,414369153
5,56,9850,2751367,058210163,414369153
67,620,31265,133210163,316354896
6,57,2550,3251265,133210163,316354896
78,890,351265,133210163,316354896
7,59,5250,3751468,983210163,512383409
810,160,41570,908210163,610397666
Penetração do Corpo de Prova COM IMERSÃO
Fonte: Autor, 2017.
 Para a análise de resultados foi considerado para 01” (59,35821016) e 02” (6128321016) para avaliação da resistência do solo se utiliza a fórmula CBR.
 O modo de avaliação de resultado para este ensaio é o mesmo que sem imersão. Adota-se o maior valor de resultado e como também pode-se observar que a pressão corrigida é melhor que a padrão. 
Gráfico 2- Resultado do ensaio Com Imersão.
Fonte: Autor, 2017.
3.1.4 Expansão
Calcular a expansão e cada corpo de prova utilizando a seguinte fórmula:
 𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠ã𝑜 (%)=
(leitura final−leitura inicial no extensometro)
𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑣𝑎
∗100 
Para poder saber se a amostra está dentro do resultado ela indica que o resultado obtido através do cálculo acima deve estar abaixo de 2%. Neste caso como pode-se observar na tabela 3 abaixo a amostra está dentro do resultado exigido por norma, como isso podemos dizer que está ok.
Tabela 3 – Resultados de Expansão
Tempo 
decorrido (H)
Leitura Inicial 
(mm)
Leitura Final 
(mm)
24/09/201721:0000
28/09/201721:00961,031
DataHorario
Altura inicial do corpo de prova (mm)
Fonte: Autor, 2017.
4 CONCLUSÃO
Estudar e segregar os solos em diferentes grupos tendo conhecimento sobre as suas propriedades e características, oferece várias opções para empregá-los em diferentes meios e ambientes às finalidades que devem atender. Desta forma, realizou-se dois ensaios, de compactação do solo o ensaio CBR, através dos quais foi possível encontrar a resistência do solo. 
A realização de tais ensaios e dos estudos preliminares dos solos mostram-se imprescindíveis, vez que é exclusivamente através de tais procedimentos que se obtém a garantia e certificação de que será realizada a melhor escolha de material a ser utilizado para cada situação específica.
5 REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7182: Solo – Ensaio de Compactação. São Paulo, 1986. 
______. NBR 9895: Solo – Índicede suporte Califórnia. Rio de Janeiro, 1987.
PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3ª ed. São Paulo: Oficina de Texto, 2006.
KRUGER, P.; GRANDE. I. P. A importância do controle tecnológico do concreto . 
In: ENCONTRO CONVERSANDO SOBRE EXTENSÃO, 11., 2013, Uvaranas.: 
resumos. Uvaranas: Universidade Estadual de Ponta Grossa, 2013. 5p.