Ensaio Proctor – Ensaio de

Compactação

Trabalho Elaborado por:

Fábio Amendoeira Nº27365Jorge Ferreira Nº

Objectivo

Com este ensaio é-nos possível determinar o peso volúmico seco máximo e o teor de água óptimo de um solo, referentes a uma determinada energia de compactação.

Introdução

A compactação dos solos é uma operação essencial num certo número de trabalhos, como os aterros, as fundações de estradas, barragens de terra e noutras muito frequentes de aparentemente menor importância, como sejam o enchimento das valas abertas para os serviços públicos nas ruas das cidades. É bem frequente notarem-se ondulações nos pavimentos, provocadas por assentamentos nos aterros, em consequência de uma má compactação.O interesse da compactação reside no melhoramento, muitas vezes de uma maneira acentuada, de certas propriedades do terreno.

A compactação é a aplicação ao solo de uma energia mecânica, de forma a conseguir um rearranjo das partículas, reduzindo o índice de vazios, usualmente por expulsão de ar, dado que:

- a máxima resistência ao corte do solo consegue-se aproximadamente para o mínimo índice de vazios;

- a existência de muito ar nos poros pode dar origem a assentamentos importantes, quando o aterro ficar sujeito a cargas que induzem a compactação;

- se os poros do solo contiverem uma fase de ar muito elevada, esta pode mais tarde ser substituída por água, reduzindo-se assim a resistência ao corte do solo; este aumento do teor em água pode também ser acompanhado de um apreciável aumento de volume.(Mineiro, 1972).

A expulsão de ar, característica da compactação, é conseguida sem uma variação significativa da quantidade de água presente no solo. Assim:

- o teor em água, é normalmente o mesmo para uma dada massa de solo solta e descompactada e para a mesma massa num estado mais denso conferido pela compactação;

- o grau de saturação cresce, já que a quantidade de ar é reduzida sem variação do teor em água; no entanto, a expulsão de toda a fase gasosa por compactação não é possível, não se atingindo a saturação do solo.

A compactação é então medida em termos da relação entre o teor em água do solo, e o peso volúmico seco, d , que pode ser obtido utilizando um dado equipamento e um dado procedimento de compactação. Ao construir um gráfico peso volúmico seco – teor em água, ao qual se dá o nome de curva de compactação, nota-se que a curva apresenta um valor máximo do peso volúmico seco, ao qual

corresponde o chamado teor em água óptimo. O ramo da curva de compactação para a esquerda do óptimo designa-se por lado seco e o ramo à direita do óptimo por lado húmido.

Nas curvas de compactação, o peso volúmico seco, d, correspondente a cada teor em água, é calculado pela expressão:

γ d=100×γ100+ω

em que: é o teor em água, obtido pela expressão ω=

PωPS

é o peso volúmico total, obtido pela expressão γ= PV

A forma da curva ainda não está completamente explicada, embora se possa adoptar por uma explicação baseada no facto de a água poder desempenhar um papel lubrificante dos grãos, assim para os teores de água baixos, o atrito dos grãos é elevado e o efeito de compactação é fraco; à medida que o teor em água aumenta, o rearranjo das partículas torna-se mais fácil e os pesos volúmicos secos aumentam também. Para teores de água elevados, a acção lubrificante é intensa, mas o efeito de compactação (eliminação do ar) torna-se cada vez mais difícil quando a quantidade de ar no solo tende para zero. No limite, para um solo saturado, isto é, que não contenha ar, a compactação é impossível.

Utilizando diferentes energias de compactação para um mesmo solo, obtêm diferentes curvasDe salientar que o aumento da energia de compactação tem como efeito o decréscimo do teor em água óptimo e o aumento do peso volúmico seco máximo.Verifica-se que para teores em água elevados, as curvas aproximam-se umas das outras sem nunca se cortarem, antes, tendem assintoticamente para uma mesma curva, a curva de saturação. Esta curva relaciona, para o solo em causa, o teor em água como peso volúmico seco, quando o solo está saturado (volume de ar nulo), ou seja, quando a compactação é impossível. A equação da curva de saturação é:

γ d=G×γω

1+G×ωem que: é o peso volúmico da água

Na prática, verifica-se que os pesos volúmicos máximos ocorrem para graus de saturação da ordem dos 95%.

O ensaio de compactação mais conhecido e aplicado em laboratório é o Ensaio Proctor e encontra-se normalizado entre nós na especificação LNEC E 197 – 1966.

Material

Balança com precisão de 0.01g Cápsulas de metal Colher de pedreiro Espátula Estufa ventilada Molde pequeno de compactação Pilão de compactação leve Pincel Proveta graduada Tabuleiro

Descrição do procedimento

Tomaram-se cinco facções de cerca de 2000Kg de solo que passou através do peneiro número 40 da séria ASTM, previamente secas ao ar;

Desfizeram-se os torrões de cada uma delas com uma colher de pedreiro, tendo o cuidado de não reduzir o tamanho natural das partículas;

Misturou-se bem cada uma das fracções com quantidades diferentes de água, de modo a obter uma gama de teores de água que inclua o óptimo;

Os passos seguintes foram repetidos para cada uma das fracções

Depois de devidamente homogeneizada, a fracção foi dividida em três porções;

Pesou-se o molde vazio e seguidamente apertámo-lo à base com a alonga fixada;

Deitou-se no molde uma das porções de solo. Com o molde acente sobre uma base rígida, compactou-se o solo com 25 pancadas do pilão, distribuindo-as uniformemente sobre a superfície

Repetiu-se o ponto anterior para a segunda e terceira porções, tendo o cuidado da superfície desta última exceder o bordo do molde, dentro da alonga, cerca de 1cm;

Retirou-se a alonga e arrasou-se cuidadosamente o molde, preenchendo-se qualquer concavidade eventualmente formada;

Retirou-se o molde da base, escovou-se com o pincel e pesou-se imediatamente o conjunto molde + provete

Extraíram-se três amostras do provete, uma a cerca de 2 cm do topo superior, outra a cerca de 2 cm do topo inferior e outra do

meio. As amostra foram colocadas em cápsulas previamente pesadas;

Registou-se a massa de cada conjunto cápsula + amostra húmida, colocando-os, seguidamente, na estufa para que as amostras perdessem a água nelas contida;

Passadas cerca de 24h, registou-se o peso dos conjuntos cápsula + amostra seca.

Resultados e Conclusões

ω=PωPS

Peso de águaTerra seca

×100

A curva de compactação referente ao ensaio obtém-se traçado uma curva com os teores de água em abcissas e os pesos volúmicos secos em ordenadas:

Uma vez que a curva obtida se assemelha a uma parábola, de forma a facilitar a obtenção dos valores pretendidos, traçou-se a curva do polinómio de 2º grau que melhor se ajusta à curva

Uma vez que o teor óptimo de água e o peso volúmico máximo correspondem às coordenadas do ponto máximo da curva de compactação, para determiná-los basta recorrer à derivada do polinómio que melhor se ajusta à curva. Assim tem-se:

γ dmax=19. 712KN /m3 e ωOpt=12. 5%

volume agua (ml) 130 160 190 220 250peso do molde(g) 3630 3825 3080 3550 3095molde + solo h(g) 6060 5715 5120 5660 5110

solo humido(g) 2430 1890 2040 2110 2015gama=P/V

(kN/m3)25,09294737 19,51673684 21,06568421 21,78852632 20,80752632

capsula nº B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10\capsula + soloh(g) 71,94 66,07 52,93 63,4 57,42 58,22 52,18 56,83 64,01 66,71

capsula + solo s(g)

68,95 63,33 50,16 60,49 53,63 54,1 48,33 52,89 57,67 60,08

peso capsula (g) 21,71 18,51 15,92 22,04 12,55 11,72 12,41 18,57 15,79 16,02peso agua (g) 2,99 2,74 2,77 2,91 3,79 4,12 3,85 3,94 6,34 6,63solo seco(g) 47,24 44,82 34,24 38,45 41,08 42,38 35,92 34,32 41,88 44,06teor em água 6,32938188 6,113342258 8,0899533 7,5682705 9,225901 9,7215668 10,718263 11,48019 15,13849 15,047662teor em água

medio6,221362069 7,829111876 9,473733729 11,09922464 15,0930766

γ d 23,6232589 18,09969173 19,2426836 19,61177172 18,0788688γ d máx 19,712 kN/m3Wopt 12,5 %

Tabela de Calculo