Ensaios de caracterização em solos

Os ensaios laboratoriais de caracterização mecânica dos solos constituem uma das componentes de grande relevância na engenharia geotécnica. Estudos mais detalhados para caracterizar o comportamento tensão-deformação dos solos contribuem para um dimensionamento mais racional das obras a serem realizadas.

Para tal, torna-se indispensável um programa avançado de ensaios laboratoriais de precisão. De uma forma resumida, pode-se dizer que a caracterização do comportamento tensão-deformação-tempo do solo deverá contemplar ensaios de campo, ensaios laboratoriais e observação do comportamento em escala real.

Os ensaios a serem realizados deverão visar a caracterização física e mecânica dos materiais. A caracterização física é feita habitualmente recorrendo a ensaios de rotina simples como: análises granulométricas, determinação dos limites de consistência e do teor em água natural (nos solos finos), ensaios de compactação, determinação da massa volúmica através de amostras representativas e determinação da densidade das partículas sólidas. Este conjunto de ensaios proporcionam a obtenção de parâmetros índice que identificam não só a natureza do solo, bem como podem ser correlacionados com as suas propriedades mecânicas.

Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade conhecidos também como Limites de Atterberg, estes ensaios permitem determinar os limites de consistência do solo. O termo consistência é usado para descrever um estado físico, isto é, o grau de ligação entre as partículas das substâncias. Quando aplicado aos solos finos ou coesivos, a consistência está ligada à quantidade de água existente no solo, ou seja, ao teor de umidade. Limite de Liquidez (LL): é o valor de umidade no qual o solo passa do estado líquido para o estado plástico. Esse limite é determinado com auxílio do aparelho de Casagrande no qual se determina o teor de umidade que, com 25 golpes, une os bordos inferiores de uma canelura (um centímetro de comprimento) aberta, na massa de solo, por um cinzel de dimensões padronizadas. Limite de Plasticidade (LP): é o valor de umidade na qual o solo passa do estado plástico para o estado semi-sólido. É o limite no qual o solo começa a se quebrar em pequenas peças, quando enrolado em bastões de 3 mm de diâmetro. Ou seja, é o menor teor de umidade em que o solo se comporta plasticamente. Normatizados pela NBR – 7180-84 – “Solo – Determinação do Limite de Plasticidade – Método de ensaio” e NBR 6459 – ABNT – “Solo – Determinação do Limite de Liquidez”

A massa específica do solo é a relação entre a sua massa total e o seu volume total, incluindo-se aí o peso da água existente em seus vazios e o volume de vazios do solo. A massa especifica é um dado necessário para a determinação do índice de vazios e outros índices físicos do solo e também para o ensaio de sedimentação. A massa específica do solo possui definição semelhante à definição de peso específico, considerando-se a sua massa ao invés do peso, na fórmula. O ensaio para determinação do Peso Específico Real dos Grãos é padronizado no Brasil pela norma ABNT NBR 6508/84.

A análise granulométrica do solo consiste na determinação do tamanho das partículas presentes no solo, e geralmente para isso são utilizados dois métodos de ensaio. O Ensaio de peneiramento é utilizado para partículas maiores que 0,075 milímetros. O Ensaio de sedimentação é utilizado para partículas menores que 0,075 milímetros. O Ensaio de Peneiramento consiste em agitar uma amostra do solo em um conjunto de peneiras que possuem aberturas progressivamente menores. Para a realização do ensaio, a amostra de solo deve passar por uma estufa de forma a retirar toda a umidade do solo. Em seguida, deve-se quebrar os torrões que o solo pode apresentar em partículas menores. O Ensaio de Sedimentação tem como base o princípio da sedimentação dos grãos de solo na água. Quando o solo é disperso em água, as partículas tendem a sedimentar em velocidades diferentes e que dependem da sua massa, tamanho e forma. Ensaio normatizado pela NBR 7181 – Análise granulométrica.

A compactação é um método de estabilização de solos que se dá por aplicação de alguma forma de energia (impacto, vibração, compressão estática ou dinâmica). Seu efeito confere ao solo um aumento de seu peso específico e resistência ao cisalhamento, e uma diminuição do índice de vazios, permeabilidade e compressibilidade. Através do ensaio de compactação é possível obter a correlação entre o teor de umidade e o peso específico seco de um solo quando compactado com determinada energia. O ensaio mais comum é o de Proctor (Normal, Intermediário ou Modificado), que é realizado através de sucessivos impactos de soquete padronizado na amostra. No Brasil, este ensaio é normatizado pelas normas ABNT NBR-7182/2016 e DNERM162/94.

O Ensaio de Suporte Califórnia mede a capacidade de expansão de um solo saturado sob um pavimento. O ensaio funciona oferecendo indicações da perda de resistência do solo devido à saturação. O CBR (conhecido mundialmente como Índice de Suporte Califórnia) determina a pressão necessária para a penetração de um pistão no material testado (solo) e, também, a pressão necessária para a penetração numa mistura de brita estabilizada granulometricamente. Esse ensaio cujo resultado ajuda na prevenção de problemas que podem ser criados por um solo de baixa qualidade, assim como fissuras e recalques tornou-se padrão pela ABNT NBR 9895/87.

O ensaio de compressão triaxial é feito moldando-se um corpo de prova cilíndrico, a partir de uma amostra de solo, o qual é colocado dentro de uma câmara de ensaio envolto por uma membrana de borracha. A câmara é cheia de água, à qual se aplica uma pressão, que é chamada pressão confinante ou pressão de confinamento do ensaio. No ensaio com carga controlada é aplicada uma carga constante no pistão que penetra na câmara, e no ensaio de deformação controlada o pistão é deslocado para baixo com velocidade constante. A partir dos dados obtidos no ensaio, é possível traçar o círculo de Mohr correspondente à situação de ruptura. Com os círculos de Mohr determinados em ensaios feitos em outros corpos de prova, é possível traçar a envoltória de resistência conforme o critério de Mohr. Através deste ensaio é possível ter-se uma idéia do comportamento tensão-deformação de um dado solo.

Citamos aqui alguns dos principais ensaios, a realização desses ensaios e do estudos dos solos preliminares ao uso dos mesmos é imprescindível, pois é exclusivamente através desses procedimentos que podemos obter conhecimento sobre as suas propriedades e características, auxiliando então no correto dimensionamento das obras geotécnicas.

Referências Bibliográficas

http://www.civil.ist.utl.pt/~jaime/capitulo2.pdf

http://www.geotecnia.ufba.br/?vai=Extens%E3o/Ensaios%20de%20Laborat%F3rio/Triaxial

http://www.torresgeotecnia.com.br/portfolio-view/limite-de-plasticidade/

http://www.geotecnia.ufba.br/arquivos/ensaios/Aula%20de%20Laboratorio%20-%20Roteiro%20-%20Compactacao.pdf

http://www.suportesolos.com.br/blog/consistncia-do-solo-ensaios-geotcnicos-ensaios-de-limite-de-liquidez-ll-e-de-plasticidade-lp/33/

http://www.suportesolos.com.br/blog/compactao-de-solos-ensaios-geotcnicos-o-histrico-e-o-conceito/67/

www.alemdainercia.wordpress.com/2018/05/28/mecanica-dos-solos-analise-granulometrica-do-solo/

www.alemdainercia.wordpress.com/2018/01/29/superestrutura-rodoviaria-ensaio-cbr/

www.revistaadnormas.com.br/2018/05/03/a-importancia-dos-ensaios-em-solos/

http://reengenharia.blogspot.com/2011/10/geotecnica-i-5o-periodo-apontamento-2.html

Imagem da capa: http://www.suportesolos.com.br/