ME-53 MÉTODOS DE ENSAIO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO DE SOLOS … · de compactaÇÃo de solos com equipamento miniatura data 2003 prefeitura do recife 1 me-53 mÉtodos de ensaio ensaio

DOCUMENTAÇÃO TÉCNICA SECRETARIA DE SERVIÇOS PÚBLICOS

EMITENTE EMPRESA DE MANUTENÇÃO E LIMPEZA URBANA

REFERÊNCIA VOLUME 12 / ME-53

ASSUNTO: MÉTODOS DE ENSAIOS PARA PAVIMENTAÇÃO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO DE SOLOS COM EQUIPAMENTO MINIATURA

DATA

2003

PREFEITURA DO RECIFE

1

ME-53

MÉTODOS DE ENSAIO

ENSAIO DE COMPACTAÇÃO DE SOLOS COM

EQUIPAMENTO MINIATURA

DOCUMENTO DE CIRCULAÇÃO EXTERNA





DATA

2003


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ÍNDICE PÁG.

1. INTRODUÇÃO........................................................................................................... 3 2. OBJETIVO ................................................................................................................. 3 3. REFERÊNCIAS E NORMAS COMPLEMENTARES................................................. 4 4. DEFINIÇÕES ............................................................................................................. 4 5. APARELHAGEM ....................................................................................................... 5 6. CALIBRAÇÃO ......................................................................................................... 15 7. AMOSTRA ............................................................................................................... 15 8. ENSAIO ................................................................................................................... 17 9. CÁLCULOS ............................................................................................................. 23 10. RESULTADOS ...................................................................................................... 26





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1. INTRODUÇÃO

Este método de ensaio adotado pela Secretaria de Serviços Púbicos da Prefeitura do

Recife tem grande correspondência com o método M-191/88, do DER-SP.

2. OBJETIVO

Este método fixa o modo pelo qual se determina a correlação entre o teor de umidade de

solo e a sua massa específica aparente seca (curva de compactação), para várias

energias aplicadas, quando a fração de solo que passa na peneira de 2,00 mm de

abertura é compactada no aparelho de compactação miniatura que utiliza moldes de 50

mm de diâmetro.

O objetivo deste relatório é apresentar o método de ensaio de compactação de solos com

equipamento miniatura a ser aplicado em toda a área do município.

O ensaio comporta os três procedimentos seguintes:

• Ensaio Mini-MCV – Para cada teor de umidade aplicam-se, de maneira padronizada,

energias crescentes, até conseguir uma massa específica aparente máxima. Obtém-se

no final do ensaio uma família de curvas de compactação e vários coeficientes empíricos

utilizáveis na caracterização e classificação de solos tropicais.

• Ensaio Mini-NORMAL – Para cada teor de umidade aplicam-se cinco golpes de

soquete tipo leve, de cada lado (base e topo) do corpo-de-prova, obtendo-se uma curva

de compactação que se aproxima da fornecida pelo método DNER-ME 129/89

(compactação normal).





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• Ensaio Mini-INTERMEDIÁRIO – Para cada teor de umidade aplicam-se seis golpes de

soquete tipo, pesado; de cada lado (base e topo) do corpo-de-prova, obtendo-se curva de

compactação que se aproxima da fornecida pelo método DNER-ME 129/89

(compactação intermediária).

3. REFERÊNCIAS E NORMAS COMPLEMENTARES

• DNER – ME 129/89 – Compactação de Solos – Método A e Método B.

4. DEFINIÇÕES

A seguir, apresentam-se definições utilizadas neste método:

a) Curva Mini-MCV

É aquela obtida em gráfico mono-log (eixo das abcissas), na qual se representa, para

cada teor de umidade de compactação, a diferença de altura em ordenadas e o número

de golpes n utilizados em abcisas (log n), sendo:

onde:

an = diferença de altura

An = altura do corpo-de-prova após o número de golpes n.

A4n= altura do corpo-de-prova após o número de golpes 4n.





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b) Mini-MCV É o valor obtido pela expressão:

, 10logB MCV) (Mini n = −

onde:

Bn = número de golpes que resulta da intersecção da curva Mini-MCV com a reta de

equação an = 2 mm (Figura 1).

c) Curva Mini-MCV x Umidade de Compactação

É aquela curva obtida representando em gráfico de eixos ortogonais o valor de Mini-MCV

em abscissas e a Umidade de Compactação em ordenadas (vide Figura 1).

5. APARELHAGEM

A aparelhagem básica necessária ao ensaio é a descrita a seguir:

a) Compactador miniatura

Compactador miniatura, conforme Figura 2, é constituído de:

• Soquete cilíndrico de aço, tipo leve, conforme Figura 3a, altura de queda de 30,5 cm,

peso de 2.270 g e sapata de 49,7 mm de diâmetro;

• Soquete cilíndrico e aço, tipo pesado, conforme Figura 3b, altura de queda de

30,5 cm, peso de 4.540 g e sapata de 49,7 mm de diâmetro;





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• Relógio comparador de curso mínimo de 50 mm, graduado em 0,01 mm e provido de

contagiros, à prova de choques ou dispositivo de resultado similar;

• Dispositivo de alavancas para extração de corpos-de-prova conforme Figura 4;

• Conta-golpes;

• Moldes cilíndricos de compactação, conforme Figura 5;

• Cilindro de altura padrão, de cerca de 50 mm de altura;

• Dispositivo para prender relógio comparador no bloco, conforme a Figura 6.

b) Bandeja de chapa de ferro galvanizado, com 50 cm x 30 cm x 6 cm;

c) Peneira de 2,0 mm;

d) Bacia plástica com capacidade de 3 Litros;

e) Saco de polietileno, com capacidade para 2 litros;

f) Recipientes que permitam guardar amostras sem perda de umidade antes de sua

pesagem;

g) Recipiente para pesagem de solo, com cerca de 0,25 litro de capacidade;

h) Balança de capacidade de 1 kg, sensível a 0,1 g;

i) Balança de capacidade 200 g, sensível a 0,05 g;





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j) Cápsula de porcelana ou alumínio com capacidade de 75 ml;

k) Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 e 110° C;





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l) Extrator de amostras do molde cilíndrico, para funcionamento por meio de macaco

hidráulico, com movimento alternativo de uma alavanca;





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m) Base de concreto de 35 cm x 35 cm x 60 cm (altura), para fixação do compactador;

n) Disco de polietileno de 0,2 mm de espessura de 50 mm;

o) Funil, com bocal maior de diâmetro 15 cm e bocal menor com 4,5 cm de diâmetro,

comprimento de cerca de 25 cm;

p) Assentador de solo no molde;

q) Almofariz e mão-de-gral recoberta de borracha, com capacidade de 5 kg de solo;

r) Vaselina sólida;

s) Dispositivo para medida de altura deslocada do corpo-de-prova conforme Figura 7,

provido de relógio comparador de curso mínimo de 10 mm, leitura direta de 0,01 mm e

calços eventualmente necessários;

t) Bastonete de meia cana de tubo plástico de 25 mm de diâmetro, espessura 5 mm,

comprimento de 30 cm;

u) Espaçadores tipo meia cana com altura de 50 mm, para fixação inicial do molde de

compactação;

v) Folhas de ensaio, de modelos apropriados.





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6. CALIBRAÇÃO

Seguir os seguintes procedimentos para a calibração da aparelhagem:

a) Colocar sobre o pistão do compactador o cilindro padrão, de maneira que este fique

muito bem centrado;

b) Colocar o soquete a ser utilizado, sobre a superfície superior do cilindro padrão,

centrando-o também da maneira mais perfeita possível;

c) Efetuar a leitura do relógio comparador, movimentando previamente o seu braço de

sustentação e encaixando-o de maneira apropriada na cabeça do compactador.

Calcular a constante de calibração Ka do conjunto compactador-soquete pela fórmula:

Ka = Ac + La

onde:

Kc = constante de calibração do aparelho

Ac = altura do cilindro padrão (medida com precisão de 0,01 mm)

La = leitura do relógio comparador a que se refere a alínea 6c).

Para facilitar cálculos e registro de dados, recomenda-se utilizar como unidade o

centésimo de mm.

7. AMOSTRA

a) A amostra será coletada de acordo com as instruções apropriadas, observando-se que

são necessárias as quantidades seguintes;





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• Compactação Mini-MCV – 1.500 g de fração passada na peneira de 2,00 mm;

• Compactação Mini-Normal ou Mini-Intermediário – 2.500 g de fração passada na

peneira de 2,00 mm.

b) A amostra recebida deverá ser acomodada na bandeja destorroada, homogeneizada e

seca ao ar e sendo, revolvida, periodicamente, até que atinja um teor de umidade

próximo ao higroscópico;

c) O material seco deverá ser passado na peneira de 2,00 mm, destorroando as frações

retidas com uso de almofariz e mão-de-gral revestida de borracha. As frações retidas

deverão ser juntas, que deverão ter o mínimo de suas características;

d) As quantidades de material passado na peneira de 2,00 mm deverão ser obtidas no

mínimo conforme discriminado na alínea 7a) e deverá ser homogeneizada muito bem, a

porção peneirada obtida;

e) Deverão ser obtidos em seguida:

• Ensaio Mini-MCV – 5 porções de 300 g e adicionar a cada uma delas, água de maneira

a conseguir obter diferença de teor de umidade entre as porções sucessivas de

umidades crescentes, de cerca de 2% nos solos arenosos, 3 a 4% nos solos argilosos

lateríticos, e de 5% nas argilas não lateríticas e siltes micáceos e caulínicos. Essas

porções deverão abranger a faixa de umidade tal que permitirá o traçado completo das

curvas de compactação.

• Ensaio Mini-Normal ou Mini-Intermediário – 5 porções de 500 g e adicionar a cada uma

delas, água em quantidade tal a conseguir obter porções que tenham umidades

sucessivamente crescentes, de maneira idêntica à especificada na alínea anterior.





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f) Homogeneizar as porções às quais foram adicionadas água, numa bacia apropriada e

acomodá-las em saco de polietileno, com etiqueta de identificação, por um prazo mínimo

de 12 horas, de preferência em ambiente de temperatura constante.

8. ENSAIO

Para realização do ensaio seguem-se os procedimentos abaixo:

a) Passar vaselina nos moldes a serem usados, com auxílio de um pano e, depois

remover os excessos com uma flanela seca;

b) Colocar o espaçador envolvendo o pistão do compactador, colocar o molde sobre o

mesmo, de maneira que o pistão fique parcialmente dentro do molde. Colocar o disco de

polietileno no molde, de maneira que cubra perfeitamente o topo do pistão, e o anel

conforme o esquema da Figura 8;

c) Homogeneizar a porção de maior teor de umidade, no caso da alternativa Mini-MCV e

de menor teor de umidade nas outras alternativas, dando movimentos rotativos ao saco e

pesar as quantidades seguintes, conforme as alternativas abaixo:

• Mini-MCV – 200 g

• Mini-Normal ou Mini-Intermediário





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− solos lateríticos – cerca de 190 g

− solos siltosos caulínicos micáceos – cerca de 170 g

− solos argilosos não lateríticos – cerca de 180 g





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d) Despejar a porção pesada com auxílio do funil e bastonete;

e) Nivelar o solo dentro do molde com auxílio do assentador, exercendo pequena

pressão e efetuando movimento rotativo pequeno;

f) Colocar o disco de polietileno sobre o topo da porção e o anel invertido;

g) Retirar uma parte da porção da amostra de solo que sobrou no saco plástico, a fim de

determinar o teor de umidade;

h) Efetuar a compactação, dependendo da alternativa adotada;

8.1 COMPACTAÇÃO NA ALTERNATIVA MINI-MCV

Nesta alternativa:

a) Posicionar o soquete tipo leve, previamente calibrado, sobre o solo do molde, com o

cilindro calçado com o espaçador. Efetuar a primeira medida no relógio comparador. O

valor obtido será a leitura correspondente ao golpe zero;

b) Zerar o contador de voltas. Dar em seguida o primeiro golpe, efetuando logo em

seguida a leitura no relógio comparador correspondente ao golpe um. Retirar o

espaçador;

c) Dar golpes sucessivos e efetuar leituras no relógio comparador correspondentes à

seguinte série: 2, 3, 4, 6, 0, 12, 16, ..... n......... 4n, interrompendo o processo quando:

• a diferença de leitura, entre duas leituras consecutivas, for negativa ou menor que 10

centésimos de mm;





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• houver intensa exsudação d’água, no topo e na base do corpo-de-prova;

• número de golpes atingir 256.

Para corpos-de-prova moldados com teores de umidade menores do que aquele que

exigiu 256 golpes, pode-se interromper a compactação com 64 golpes.

Após terminada a compactação:

• Retirar o soquete e deslocar o corpo-de-prova situado dentro do molde, com auxílio do

extrator, de maneira que o seu topo fique um pouco abaixo do bordo superior do molde.

Inverter o corpo-de-prova e colocá-lo sobre a parte plana da base do compactador.

Adaptar em seguida o soquete sobre o corpo-de-prova e dar um ou mais golpes, a fim de

que o corpo-de-prova encoste na base do compactador. Isso deve ser observando

visualmente, e com certa prática pode-se verificar que esse fato coincide com a maneira

do soquete se comportar ao dar o golpe.

• Efetuar a medida da altura deslocada do corpo, utilizando o dispositivo referido no item

5 s). Esta altura é um dado suplementar, que permite verificar eventuais erros de medida

do relógio comparador ou de sua calibração.

• Repetir as operações do item 8.h) utilizando porções com menores teores de umidade.





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8.2 COMPACTAÇÃO NA ALTERNATIVA MINI-NORMAL E MINI-INTERMEDIÁRIO

Nesta alternativa:

a) Adaptar o soquete de tipo leve na alternativa Mini-Normal e de tipo pesado na

alternativa Mini-Intermediário, sobre o topo da amostra;

b) Dar 5 golpes na alternativa Mini-Normal e 6 golpes na alternativa Mini-Intermediário;

c) Retirar o soquete e inverter o corpo-de-prova. Em seguida, repetir e aplicar o mesmo

número de golpes especificado no item anterior;

d) Efetuar a leitura no relógio comparador movimentando o seu braço e adaptando a sua

extremidade de medida na parte superior do soquete. Calcular a altura A do corpo-de-

prova em cm, com precisão de 0,001 (centésimo de milímetro), pela fórmula:

A = Ka – Le

onde:

Ka = constante de calibração do conjunto compactador-soquete utilizado (obtido no item

6)

Le = leitura no relógio comparador, ambos expressos em centésimos de mm.

e) Deslocar o corpo-de-prova, utilizando do extrator do compactador, de maneira que o

seu topo fique coincidente com o bordo do molde.

f) Efetuar a medida da altura do corpo-de-prova com uso do dispositivo referido no item 5

s). Esta altura não deve se afastar mais de 1 mm daquela calculada pela fórmula acima.





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Os valores obtidos através da fórmula anterior devem ser utilizados de preferência nos

cálculos necessários à obtenção da curva de compactação e em outros cálculos em que

entra a altura inicial do corpo-de-prova. A medida da altura conforme descrita nesta

alínea é optativa.

g) Se a altura obtida através da fórmula acima estiver compreendida entre 50 ± 1 mm, a

operação de compactação para teor de umidade considerado estará encerrada, podendo

o restante da porção preparada ser rejeitada. Se essa condição não for satisfeita,

compactar a alíquota restante da porção referida no item 8.c), utilizando uma massa

calculada corrigida MC, obtida pela fórmula:

onde:

Mi = massa utilizada na compactação que resultou em altura A, valor esse obtido na

alínea dos itens 8.a, 8.b, 8.c, 8.d, 8.e, 8.f e 8.h.

h) Se esta condição acima não for satisfeita, nova porção de solo deve ser preparada

com a mesma umidade, repetindo-se as operações referidas nessa mesma alínea, até

que essa condição seja satisfeita.

i) Prosseguir a operação de compactação, utilizando porções de teores de umidade

crescente, observando que inicialmente deve-se aumentar o peso nas compactações

sucessivas e nas compactações finais, suprimir esse acréscimo, ou mesmo diminuir

ligeiramente a sua massa. Sugere-se, como na primeira aproximação, utilizar o aumento

de peso, na etapa inicial da compactação, de acordo com o discriminado a seguir:





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• solos arenosos e argilosos lateríticos...................20 g

• solos siltosos caulínicos micáceos.......................14 g

• solos argilosos não lateríticos ..............................18 g

9. CÁLCULOS

Os cálculos que devem ser feitos são:

9.1 ALTERNATIVA MINI-MCV

a) Calcular o teor de umidade h, de cada porção da amostra utilizada na compactação,

pela fórmula:

onde:

Mh = massa de solo úmido

Ms = massa de solo seco em estufa

Esse teor de umidade deve ser expresso em %, com aproximação de 0,1.

b) Calcular as diferenças de altura do corpo-de-prova (ou de leituras do relógio

comparador), an, correspondente a cada porção de umidade determinada, pela fórmula:

onde:

An = leitura obtida após n golpes

A4n = leitura obtida após 4n golpes, sempre expressos em centésimos de mm





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c) Calcular a massa específica aparente seca do solo compactado pela fórmula:

onde:

ã as = massa específica aparente seca

Mh = massa do solo úmido da porção compactada

h = seu teor de umidade

S = área do molde (geralmente 19,6 cm2).

A altura do corpo-de-prova, obtido pela fórmula:

onde:

A = leitura obtida em cm com aproxi. de 0,001cm (centésimo de mm)

Ka = constante de calibração do conjunto campactador-soquete utilizado (centésimo de

mm)

An = leitura efetuada (em centésimos de mm)

S = área do molde (geralmente 19,6 cm²)

A massa específica calculada deve ser expressa em g/cm3, com aproximação de 0,001

g/cm³ e A deverá estar em cm = 10-³ cmm).

d) Traçar a família de curvas de compactação, representado em abcissas o valor da

umidade de compactação e em ordenadas os valores da massa específica aparente.

Unir os pontos de mesmo número de golpes, obedecendo à seguinte orientação:





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• Traçar inicialmente os pontos de densidade aparente seca máxima atingida pelos

corpos-de-prova que obedeceram à condição das leituras do relógio comparador do item

8.h). Esta linha é uma hipérbole de curvatura muito pouco acentuada, de maneira que se

torna reta se a escala da densidade for proporcional ao seu inverso. Além disso, ela é

sensivelmente paralela à linha de saturação.

• Traçar em seguida os ramos secos das curvas de compactação, que são também

essencialmente retilíneas e paralelas. Em alguns solos argilosos e argilas, para número

de golpes muito pequenos, parte do ramo seco tem forma curva com concavidade

voltada para cima.

• Finalmente, concordar o ramo seco com a linha traçada no item d.1) acima,

procurando manter quanto possível o paralelismo entre as curvas contíguas.

e) Traçar as curvas de Mini-MCV, representando em abscissas o número de golpes em

escala logarítmica e em ordenadas valores de an calculado segundo discriminado no item

d.2). Só têm significado as curvas correspondentes aos teores de umidade que na sua

compactação satisfizerem a primeira condição do item 8.h). A intersecção dessas curvas

com a linha horizontal correspondente a an =2,00 mm fornecerá o Mini-MCV, ou

diretamente em escala gráfica apropriada ou pelo uso da fórmula:

onde:

B = número de golpes correspondente à referida intersecção.

O valor de Mini-MCV deve ser expresso em inteiros.





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f) Traçar a curva Mini-MCV x Umidade de Compactação, representando em ordenadas o

valor do teor de umidade da porção compactada e em abscissas o Mini-MCV (ou o

número de golpes correspondentes, se for utilizada escala logarítmica). Sempre que

possível, representar esta curva no mesmo gráfico onde se representam as curvas Mini-

MCV.

9.2 ALTERNATIVA MINI-NORMAL OU MINI-INTERMEDIÁRIO

a) Calcular o teor de umidade e a massa específica aparente seca pelo mesmo processo

especificado no item 9.1);

b) Traçar a curva de compactação representando em ordenadas a densidade aparente

seca e em abcissas o teor da umidade, dados esses obtidos segundo item anterior;

c) Obter a densidade aparente seca máxima e a umidade ótima dessa curva, fornecendo

respectivamente nas unidades seguintes: g/cm³, com aproximação de 0,01 e %, com

aproximação de 0,1.

10. RESULTADOS

Este ensaio fornece os resultados seguintes:

10.1 ALTERNATIVAS MINI-NORMAL OU MINI-INTERMEDIÁRIO

• Curva ou curvas de compactação;





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• Massa específica aparente seca máxima para a energia adotada, com aproximação de

0,01 g/cm³;

• Umidade ótima corresponde à energia adotada, com aproximação de 0,1.

10.2 ALTERNATIVA MINI-MCV

• Famílias de curvas de compactação;

• Curvas Mini-MCV e o Mini-MCV em função do teor de umidade de compactação.

Os resultados obtidos devem estar obrigatoriamente acompanhados da abreviatura do

tipo ou alternativa adotada na execução do ensaio discriminado no Item 2.a).





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