o cone de penetração como ensaio alternativo na determinação da

O CONE DE PENETRAÇÃO COMO ENSAIO ALTERNATIVO
NA DETERMINAÇÃO DA PLASTICIDADE DE SOLOS
Luiz Carlos S. da Silveira1
Universidade Federal da Paraíba 1
Departamento de Engenharia Civil
Av.Aprígio Veloso 882 – Bodocongó
58.109-970 Campina Grande-PB
[email protected]
RESUMO.Devido aos inconvenientes produzidos pelos ensaios de limite de Liquidez(LL) e Limite
de Plasticidade(LP) dos solos, este trabalho apresenta uma abordagem alternativa, usando-se o
ensaio do Cone de Penetração(Fall-Cone Test) na determinação tanto do LL como do Índice de
Plasticidade(IP) num único ensaio.
Os resultados apresentados mostram que o ensaio com o Cone de Penetração poderá substituir
os ensaios tradicionais de Atterberg com grandes vantagens, principalmente levando-se em
consideração a diminuição da influência do operador(laboratorista).Por outro lado, o LL
determinado com o cone de penetração como recomenda a norma inglesa(penetração de 20 mm)
apresenta valores superiores aos do método de Casagrande , entretanto, usando-se a
penetração de 14 mm estes valores são praticamente os mesmos.
Com relação ao IP obtidos usando-se os fundamentos do método do cone de penetração, os
resultados apresentam valores semelhantes aos obtidos pelo método convencional(ABNT) sendo
que em duas amostras apresentam valores pequenos, e como o método da ABNT não consegue
determina-los, as classifica como NP(Não Plásticas).
Palavras-chave: Atterberg,Plasticidade,Limites de Consistência,Cone de Penetração
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1.
INTRODUÇÃO
Quando se quer identificar ou mesmo classificar um solo, principalmente para fins rodoviários, os limites de
consistência são parâmetros largamente usados. Erros nos valores destes parâmetros podem até resultar na rejeição de
materiais satisfatórios, ou mesmo, na aceitação de materiais inadequados.
Como se sabe, os limites de consistência de um solo são determinados em ensaios de laboratórios e entre estes
ensaios, estão os de limite de liquidez (LL) e o de limite de plasticidade (LP). No entanto, estudos alternativos tem sido
feitos, devido aos inconvenientes apresentados, principalmente relacionados aos procedimentos dos ensaios.
No tradicional ensaio de LL por exemplo, o próprio Casagrande.[1] reconhece a desvantagem do método, que
consiste essencialmente em um ensaio dinâmico de cisalhamento.
Sowers et al. [2] e Sherwood et al. [3] enumeram outros inconvenientes :
a)dificuldade de se fazer a clássica ranhura em solos com predominância arenosa;
b)solos de baixa plasticidade tendem a se liquefazer antes de fluir por plasticidade;
c) influência do operador na execução da profundidade da canelura e observação oportuna do momento de fechamento
da mesma.
Por outro lado, o ensaio de LP, considerado pelos pesquisadores como um ensaio rudimentar e que depende
essencialmente da habilidade individual do operador, principalmente em solos com LP baixos ou próximos do LL, onde
torna-se difícil a formação do cilindro, e operadores inexperientes ou mesmo sem paciência, são induzidos a classificar
o solo como não plástico (NP).
Devido aos inconvenientes apresentados pelos ensaios tradicionais de plasticidade, então seria bastante racional, se
os limites de consistência podessem ser determinados em um único ensaio.Assim sendo, este trabalho objetiva
apresentar para 5 (cinco) amostras de solos de clima tropical este estudo alternativo.
2.
DESCRIÇÃO DO APARELHO E PROCEDIMENTOS DO ENSAIO
O aparelho utilizado para realizar o ensaio com o Cone de Penetração é o mesmo usado para medir a penetração de
asfalto, com a simples substituição da agulha por um cone padronizado.O ensaio consiste em se medir a penetração que
o cone padronizado sob condições especificadas de peso, ângulo e tempo de queda penetra verticalmente em uma
amostra de solo previamente preparada. Com isso, o problema fica reduzido a se encontrar uma relação entre a
resistência ao cisalhamento do solo e o teor de umidade correspondente ao LL. Existem vários métodos que usam o
cone de penetração para determinar o valor do LL. Entretanto, os métodos diferem no peso, ângulo e na profundidade
de penetração do cone.
Com os valores de teor de umidade (h) e penetração (d) constrói- se um gráfico , no qual as ordenadas são as
penetrações e as abscissas os correspondentes teores de umidade.
Em seguida, interpola-se uma reta entre os pontos determinados no gráfico. O LL é expresso pelo teor de umidade
correspondente à penetração de 20 mm.
3.
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Baseado na teoria do estado crítico, Schofield e Wroth [4] mostraram que existe um relacionamento direto entre o
teor de umidade do solo (h) e a resistência ao cisalhamento não drenada do solo (S) :
h + A log S = cte (constante)
(1)
onde A é uma constante.
Por sua vez, Skempton e Northey [5] indicam que a resistência ao cisalhamento do solo no LP, é aproximadamente
100 vezes a resistência ao cisalhamento no LL. Desta maneira tem-se que:
hLL + A log S LL = hLP + A log S LP , e como S LP = 100S LL Þ A =
IP
2
(2)
Por outro lado, Hansbo[6] baseado no mecanismo de penetração (d) com cones geometricamente semelhantes e
Wood e Wroth [7] com base em análise dimensional obtiveram a seguinte relação:
Para cones de peso P, tem-se
S .d 2
= cte (constante)
P
cte
S= 2
d
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(3)
(4)
Substituindo-se (2) e (4) em (1) obtem - se:
h = IP. log d + cte
Observa-se na “Eq.(5)” que a mesma é do tipo
declividade (a) da reta no plano h x log d.
4.
(5)
y = a.x + b e portanto o IP pode ser determinado como sendo a
MATERIAIS E MÉTODOS
As amostras utilizadas neste trabalho são provenientes de jazidas dos estados do Pará, Maranhão, Piauí e Paraíba.
Os ensaios foram realizados com amostras secas ao ar e passadas na peneira 0,42 mm.
Para as determinações de LL e LP utilizou-se para o método convencional as normas da ABNT, NBR6459 e
NBR7180 respectivamente.
Os ensaios através do cone de penetração para a determinação do LL, usou-se um equipamento elétrico de
fabricação inglesa, e procedimento recomendado pela norma BS 1377- 1975 teste 2A, bem como o procedimento
recomendado por Silveira [8] onde o LL pode ser obtido através da penetração do cone com 14 mm, diferente da norma
inglesa que recomenda uma penetração de 20 mm. Com relação ao IP obtido com o uso do cone de penetração usou-se
o fundamento da “Eq. (5)”.
5.
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
A “Tabela 1” apresenta os valores médios dos ensaios das amostras estudadas, sendo o IP*determinado
indiretamente.
Tabela 1. Valores Médios de LL, LP e IP (%)
Amostras
LL
01
02
03
04
05
14,0
29,4
19,4
35,9
39,6
Método ABNT
LP
18,9
23,3
24,7
IP*
Método do Cone
LL(20mm) LL(14 mm)
NP
10,5
NP
12,6
14,9
18,0
34,0
23,0
39,0
45,0
14,0
29,0
19,0
36,0
39,0
IP
2,0
10,0
2,5
15,0
17,0
Observa-se na “Tabela 1” que os valores médios de LL(20 mm) são todos superiores aos obtidos através do
método convencional (ABNT). Entretanto, observa-se que os valores médios de LL (14 mm) são praticamente os
mesmos que os da ABNT.
Com relação ao IP, verifica-se que os valores médios obtidos com o cone de penetração são próximos aos obtidos
com o método convencional. Porém, observa-se que para as amostras 01 e 03 o método da ABNT classifica as
amostras como não plásticas (NP), enquanto o método do cone encontra valores 2,0 % e 2,5 %, que se justifica , uma
vez que no método da ABNT é difícil de se obter IP pequenos, pois os valores de LP estão muito próximos dos
valores de LL.
6.
CONCLUSÕES
Baseado nos resultados obtidos pode-se concluir que :
1- O LL determinado com o cone de penetração como recomenda a norma inglesa, apresenta valores superiores aos do
método convencional (ABNT), entretanto, com a penetração de 14 mm estes valores são praticamente os mesmos.
2- O IP obtido através do cone de penetração apresenta resultados semelhantes aos da ABNT, com exceção das
amostras 1 e 3 , que apresentam valores (2,0% e 2,5%), e que o método convencional não consegue determina-los;
3- O método do cone de penetração apresenta-se com melhor fundamento para ser usado na determinação tanto do LL
como do IP;
4- O ensaio com o cone de penetração é bastante simples e a influência do operador é menos acentuada;
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5- O uso do cone de penetração representa portanto, uma alternativa para a determinação da plasticidade dos solos em
um único ensaio, uma vez que diminui a incidência de erros, devido principalmente a eliminação do ensaio de
LP.
7.
REFERÊNCIAS
[1]
A. Casagrande, Notes on the design of the Liquid Limit Device, Geotechnique,vol. 8,no. 2,1958, pp. 84-91.
[2]
G.G. Sowers, A. Vesic, M. Grandolfi, Penetration Test of Liquid Limit, ASTM, Special Tecnical Publication,
no.254, 1960, pp. 216-226.
[3]
P.T. Sherwood and M.D. Ryley, An Investigation of a Cone Penetrometer Method for the Determination of
the Liquid Limit, Geotechnique, vol. 20, no. 2, 1970, pp.203-208.
[4]
A.N. Schofield and C.P. Wroth, Critical State Soil Mechanics, Mac Graw- Hill, 1968, p.310.
[5]
A.W. Skempton and R.D. Northey, The Sensitivity of Clays, Geotechnique, vol.3, no.1,1953, pp. 32-53.
[6]
S. Hansbo, A New Approach to the Determination of the Shear Strength of Clay by the Fall-Cone
test, Proceeding of the 1957 Royal Suedish. Geotechnical Institute, no.14, pp.7-47.
[7]
D.M. Wood and C.P. Wroth, The Use of the Cone Penetrometer to Determine the Plastic Limit of
Soils, Ground Engineering, vol. 11,no. 3, 1978, p.37.
[8]
L.C.S. Silveira, Cone de Penetração: Limite de Liquidez Ajustado a Solos Tropicais, XI Congresso
Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, ABMS,vol. 2, 1998, pp. 781-783.
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