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CONTRAÇÃO AXIAL
ENSAIO DE CONTRAÇÃO AXIAL
OBJETIVO DO ENSAIO
Determinar em laboratório a contração axial (Ct) devida à perda de umidade, em amostras
compactadas na energia normal ou intermediária do Mini-Proctor ou obtidas no Mini-MCV,
quando secas ao ar.
DEFINIÇÕES E CONVENÇÕES
Contração axial (Ct): Corresponde a variação de altura do CP (corpo de prova) em relação à sua
altura inicial, logo após a compactação (expressa em porcentagem), quando submetido ao
processo de secagem ao ar. A contração axial é obtida utilizando-se a seguinte equação:
(1)
Sendo:
Ct: Contração axial, com precisão de 0,1 (%);
Li: Leitura do extensômetro no início do ensaio (mm);
Lf: Leitura do extensômetro no fim do ensaio (mm);
Lo: Altura inicial do CP, verificada após a
compactação (mm).
Gráfico Contração axial (Ct) em função da Umidade de moldagem (hc): Possibilita a visualização
da contração de acordo com a umidade de moldagem, sendo Ct em abscissas e hc em ordenadas,
expressos em porcentagem e plotados em escalas lineares;
Contração axial na umidade ótima: Utilizada para compactação, em campo, das camadas de
pavimentos, sendo reproduzidas a ho e a MEASmáx encontrados no ensaio. A determinação da Ct
na ho é obtida pela plotagem no gráfico Ct em função de hc.
APARELHAGEM
Para a execução do ensaio são necessárias:
 Aparelhagem necessária para a execução do
Ensaio de Mini-Proctor (obtenção dos CP’s);
 Aparelhagem específica: relógio e dispositivo de
contração (Figura 1).
Figura 1 – Croqui do Ensaio de Contração
Axial
EXECUÇÃO DO ENSAIO
As etapas da execução do ensaio estão ilustradas na Figura 2.
F
Figura 2 – Fluxograma da execução do Ensaio de Contração Axial
Eventualmente, para estudos, os ensaios poderão ser executados em amostras obtidas in situ
após a execução de camadas de segmentos experimentais. A seguir serão descritos apenas os
procedimentos com amostras compactadas em laboratório.
Obtenção dos CP’s
Realizar o mesmo procedimento adotado para
execução do Ensaio de Compactação Mini-Proctor
ou para Compactação Mini-MCV, obtendo 5
(cinco) CP’s moldados com diferentes teores de
umidade a serem submetidos ao ensaio. Na Figura
3 está apresentada a extração do molde de um CP
compactado.
Figura 3 – Extração do CP
Colocação do CP no dispositivo de medição
Colocar o CP sobre a placa porosa e transferir
ambos para o dispositivo de medição de
contração,
centralizando-o
cuidadosamente
(Figura 4). Sobre a face superior do CP, colocar um
disco metálico de 25 mm de diâmetro
(centralizado) e ajustar o extensômetro sobre ele.
Leituras
Marcar o horário do término da montagem e a
leitura inicial no extensômetro (Li), em milímetros
(com precisão de 0,01 mm) do CP ensaiado.
Figura 4 – Transferência
do CP
O conjunto deve ser protegido de luz solar, de
excesso de poeira e correntes intensas de ar, por
24 horas. Após este período, realizar a leitura final
(Lf) em milímetros (com precisão de 0,01 mm),
Anotar os dados na folha de ensaio.
Caso ocorra trincamento após o processo de
secagem, deve-se fazer um croqui de seu aspecto
final.
Figura 5 – Leituras
Similarmente, repetir os procedimentos para os CP’s restantes obtidos no Ensaio de Compactação
Mini-Proctor. Na Figura 5 estão apresentados um dos CP’s durante o ensaio de contração.
Resultados Finais
Este ensaio fornece como resultado final a curva de Ct em função de hc e a Ct obtida na ho de
amostras de solo compactados por este método, com precisão de 0,1%.
O Ensaio de contração axial foi padronizado pelo DER/SP M-193/89 “Determinação de contração
de solos com equipamento miniatura” e pela Prefeitura de São Paulo PMSP ME-57.
EXEMPLO APLICATIVO
No exercício será apresentado o cálculo de Ct para obtenção da curva Ct em função hc. O solo
utilizado para este exemplo pertence à classe de comportamento laterítico, ideal para execução
de bases de pavimento de baixo custo.
Obtenção das amostras: constam de cinco CP’s obtidos através do Ensaio de Compactação MiniProctor na energia intermediária, em diferentes teores de umidade.
Os CP’s foram submetidos ao ensaio de contração. Os resultados obtidos dos ensaios Mini-Proctor
e Contração acham-se na Tabela 1.
F
Tabela 1 – Resultado do ensaio de Compactação Mini-Proctor e dados do ensaio de Contração
CONTRAÇÃO MINI- PROCTOR
TRECHO OU JAZIDA: G.Vi di ga l - N. Lus i tâ ni a LOCAL: Km 16 + 200 + 15 mE
CP nº
CP1
CP2
CP3
CP4
2
13
24
25
27
(%)
9,0
10,5
12,1
13,8
15,0
(g/cm³)
1,72
1,82
1,94
1,88
1,78
Leitura inicial (Li)
(mm)
4,64
4,10
3,57
2,77
3,02
Leitura final (Lf)
(mm)
4,59
4,01
3,44
2,62
2,86
(mm)
50,05
49,82
49,97
50,54
50,83
Cilindro nº
Teor de umidade (hc)
Massa específica aparente seca (MEAS)
Comprimento inicial do CP (Lo)
CP5
F
A partir dos dados apresentados na Tabela 1, faz-se o cálculo para obtenção a contração axial do
CP compactado. Para o exercício será utilizado o CP1 - cilindro nº 2.
Cálculo da contração do CP (Ct)
Adotando os dados do CP1 na expressão (1), tem-se:
Portanto, para o CP1 compactado na hc = 9,0%, tem-se Ct = 0,1%. De forma análoga ao exemplo
demostrado foram calculadas as contrações dos demais CP’s ensaiados, cujos resultados achamse na Tabela 2.
Tabela 2 – Resultados do Ensaio de Contração Axial
ENSAIO DE CONTRAÇÃO AXIAL
TRECHO OU JAZIDA: G.Vi di ga l - N. Lus i tâni a LOCAL: Km 16 + 200 + 15 mE
CP nº
CP1
Cilindro nº
CP2
CP3
CP4
CP5
2
13
24
25
27
(%)
9,02
10,50
12,12
13,81
15,01
Leitura inicial (Li)
(mm)
4,64
4,10
3,57
2,77
3,02
Leitura final (Lf)
(mm)
4,59
4,01
3,44
2,62
2,86
Comprimento inicial do CP (Lo)
(mm)
50,05
49,82
49,97
50,54
50,83
0,1
0,2
0,3
0,3
0,3
Teor de umidade (hc)
Contração (Ct)
Ct = [100 x (Li - Lf)] / Lo
(%)
Horário do início do ensaio
15h 35 min
Horário do término do ensaio
15h 42 min
Operador: João
Data: 15/02/2015
Dia: 16/02/2015
Energia de compactação: Intermediária
Resultados finais
Os valores de Ct e MEAS obtidos foram plotados em um gráfico em função do teor de umidade
obtendo-se as curvas mostradas na Figura 6.
Figura 6 – Gráfico MEAS e Ct em função de hc
Para a curva Ct em função de hc da Figura 6, verifica-se que a mesma apresenta um crescimento
contínuo da Ct com o aumento de hc. Para analisar a contração de camadas de pavimentos, utilizase a contração axial correspondente à umidade ótima, no caso ho = 12,7%, obtendo-se Ct = 0,3 %,
de acordo com o gráfico da Figura 6. Este valor indica um padrão de trincamento baixo (vide
Figura 10), adequado ao uso em bases quanto à característica de contração.
A compactação da camada pode-se dar no intervalo de umidade de ho ± 1%, obtendo-se o
intervalo de Ct para essa variação do teor de umidade, tem-se 0,2 < Ct < 0,3. Isto mostra baixa
sensibilidade da contração para a variação do teor de umidade, mantendo o padrão de
trincamento mesmo com os intervalos de variação da umidade observada no campo.
PECULIARIDADES DA CONTRAÇÃO DE SOLOS TROPICAIS
Na Mecânica dos solos tradicional dá-se grande importância às propriedades expansivas dos solos
compactados. No entanto, nas condições ambientais tropicais e pelas características da formação
de seus solos, um dos fenômenos mais importantes é a perda de umidade, que provoca a
contração de uma camada compactada, tanto em sua execução, quanto ao longo de sua vida útil.
Com o passar do tempo as camadas atingem uma umidade de equilíbrio que é inferior à ho de
compactação, podendo provocar o aparecimento de trincas nesta camada. O trincamento poderá
ser refletido para as camadas superiores, caso não se execute procedimentos que impeçam esse
fenômeno. Por isso a importância de estabelecerem-se limites para esse fenômeno nas
especificações de serviço de camadas de solo, quando utilizadas em estruturas de pavimentos.
Contração em Laboratório
Serão apresentados os resultados dos ensaios de contração axial em CP’s compactados e
diametral em CP’s moldados em estado pastoso (pastilha).
Influência da energia de compactação na contração axial
A fim de ilustrar a influência da energia de compactação na contração dos solos, na Figura 7 estão
apresentados os resultados de curvas obtidas para um solo de comportamento laterítico (L) e não
laterítico (N), compactados em diferentes teores de umidade nas energias normal (EN),
intermediária (EI) e para 30 golpes (E30).
Figura 7 – Curvas de contração axial em função do teor de umidade para um mesmo solo com diferentes energias
Neste estudo verificou-se que próximo à ho, a contração axial é pouco sensível à variação da
energia de compactação. A sensibilidade da contração para o aumento de energia é verificada
para hc > ho, sendo o maior Ct para a energia E30 e menor para a EN.
Contração de SAFL utilizadas em bases de pavimentos
Villibor e Nogami (1981 e 2009) realizaram uma pesquisa para obter a contração axial de
amostras dos solos representativos da base de 36 diferentes trechos de rodovias vicinais no
estado de São Paulo. Este estudo objetivou estabelecer limites da contração para esta finalidade.
Na Figura 8 está apresentado o valor médio da contração dos solos usados em bases provenientes
de 36 trechos (mínimo 9 amostras) obtidos na ho da energia intermediária do Mini-Proctor.
Figura 8 – Valores da Contração Ct de amostras de diferentes solos
Fonte: Villibor e Nogami (2009)
Associação da contração axial dos solos e o comportamento da camada no campo
Analisando a Figura 8, tem-se:
 Os trechos cujos solos apresentaram contração de 0,1 a 0,5 % (90% dos trechos) foram os
que tiveram melhor comportamento quanto ao padrão de trincamento de suas bases;
 As amostras 5 e 6 têm contração abaixo de 0,1%, sendo extremamente arenosas e pouco
coesivas. As camadas executadas com os mesmos apresentam dificuldades construtivas
pela falta de coesão da interface base-revestimento;
 As amostras 20 e 32 têm contração superior a 0,5%, apresentando um padrão de
trincamento médio. Na fase construtiva deve-se tomar cuidados especiais para a
estabilização do padrão de trincamento, assim como, na execução de sua imprimadura para
que a mesma, além de impermeabilizar a superfície, preencha as trincas na camada. Estes
cuidados são fundamentais para que não ocorra reflexo da camada para o revestimento.
 A análise dos resultados obtidos em laboratório (Figura 12) e comportamento desses solos
mostrou que os valores das contrações para os CP’s das 36 amostras, compactadas na ho,
situam-se entre 0,02% e 0,6%, com o valor médio de Ct = 0,3%;
Contração Axial em amostras compostas em laboratório
Villibor e Nogami (1981 e 2009) realizaram uma pesquisa a fim de investigar a variação da
contração de solos de um mesmo grupo HRB (Highway Research Board), porém de diferentes
classes da classificação MCT. Para sua realização, foram obtidas amostras de solos compostas em
laboratório, provenientes de um solo laterítico (Misturas L) e outro não laterítico (Misturas N).
As amostras foram submetidas aos ensaios de granulometria, classificação HRB e contração axial,
sendo os resultados de cada amostra, plotados em função da porcentagem que passa na peneira
0,075 mm e apresentada no gráfico da Figura 9.
F
Figura 9 – Gráfico da contração, granulometria e HRB em função da % que passa na # 0,075 mm. Obtidas
na ho da energia normal do Mini-Proctor.
Fonte: Villibor e Nogami (2009)
Analisando os resultados das pesquisas laboratoriais, gráficos da Figura 9, tem-se:
 Para as misturas L e N, os valores da contração crescem com o aumento da porcentagem de
material passante na peneira 0,075 mm, sendo este crescimento substancialmente maior
para as misturas da classe L com mais de 50% passando nesta peneira;
 Para os solos do grupo A-7 da HRB, verifica-se que as amostras da classe L apresentam
contração mais elevada. Por exemplo, para um valor de 90% passando na # 0,075 mm
obtém-se da curva, da Mistura L, um solo A-7 com contração da ordem de 4%. Enquanto
que, para a Mistura N, obtém-se um solo A-7 com valor inferior a 1%, quatro vezes menor;
A explicação desta diferença de comportamento deve-se, principalmente, a maior quantidade da
fração argila nas Misturas L e às suas peculiaridades mineralógicas e microestruturais ocorridas na
sua formação. A perda de umidade ao ar de uma amostra compactada produz elevada pressão de
sucção na microestrutura dos solos, no caso dos lateríticos também ocorre a desidratação dos
óxidos de ferro e alumínio. Estes fenômenos aproximam as partículas do solo, causando sua
contração, o que leva ao trincamento de camadas compactadas, indicando que o solo é coesivo.
Na Tabela 3 estão apresentados os níveis das contrações axiais esperadas para cada grupo de
classificação MCT.
F
Tabela 3 – Contração Axial esperada dos Grupos da MCT
Grupo MCT
NA
NA'
NS'
NG'
LA
LA'
LG'
Níveis de Contração
B
B, M
M
M, E
B
B, M
M, E
E = Elevado (Ct > 3,0%)
M = Médio (0,5 % < Ct < 3,0 %) B = Baixo (Ct < 0,5 %)
Contração Diametral
A contração é um dos parâmetros do método para determinação Expedita da Classificação MCT.
Para sua obtenção utiliza-se CP’s de 20 mm de diâmetro e 5 mm de espessura (pastilhas). As
pastilhas são submetidas a secagem e após é medida a contração de seu diâmetro. Após, as
mesmas são transferidas para uma pedra porosa saturada d’água para sua reabsorção. Em
seguida é medida a consistência da superfície superior da pastilha, través da penetração com o
minipenetrômetro.
Para efeito de ilustração, na Figura 9 estão apresentados os aspectos das pastilhas, após a
reabsorção de água, mostrando a diferença de comportamento de um solo laterítico (esquerda) e
um não laterítico (direita). Nota-se que a pastilha de argila laterítica permanece com as
praticamente mesmas dimensões, já a de solo saprolítico sofre um inchamento e amolecimento
elevados (como um pequeno bolo).
Figura 10 – Aspecto de pastilhas de solos lateríticos e não lateríticos
Fonte: Nogami e Villibor (1995)
Associação dos Resultados de Laboratório e Campo
Para este estudo foram analisadas duas camadas executadas com solos lateríticos, dos grupos LA’
e LG’ da MCT.
Após a execução das camadas, as mesmas foram
submetidas à secagem ao ar por um período de 48
horas, sem chuvas. Logo no início ocorreram as
primeiras fissuras, e após o término deste período
estabeleceu-se o padrão de trincamento na
superfície, ilustrado na Figura 11.
Na Tabela 4 acham-se as propriedades do solo e o
padrão de trincamento observado no campo.
Tabela 4 – Dados dos solos: laboratório e
observação de campo
Propriedades
Dados de Laboratório
Classificação MCT
LA'
LG'
Granulometria (% < 0,0075 mm)
37
60
Contração Ct (%)
0,3
1,2
baixo
médio
Padrão de Trincamento
F
Figura 11 –Trincamento de camadas executadas com solos LA' e LG'
Fonte: Villibor e Nogami (2009)
Pelos intervalos da contração esperados para os grupos da classificação MCT, temos que os
valores apresentados na Tabela 4 para os solos LA’ e LG’ acham-se dentro do intervalo
recomendado na classificação referida, mostrando que a classificação está adequada quanto a
esta propriedade. Mostrando a adequação da mesma para essa propriedade.
Pelas observações dos dados da Tabela 4 e as ilustrações da Figura 11, tem-se:
 Na camada de solo LA’: observou-se um padrão trincamento baixo, blocos da ordem de 40
x 40 cm com largura das trincas da ordem de 1 mm e Ct = 0,3%;
 Na camada de solo LG’: observou-se um padrão de trincamento médio, com a formação de
blocos da ordem de 25 x 25 cm com largura das trincas > 4 mm e Ct = 1,2%;
 Pela Tabela 4, verifica-se a maior coesão do solo LG’ em relação ao LA’, caracterizada pela
sua maior contração, fato justificado pela elevada quantidade de silte e argila presente em
sua constituição 60%, superior aos 37% do LA’.
 Os resultados dos ensaios e dados de campo mostram que há uma compatibilidade com os
valores de contração e o padrão de trincamento que ocorre na camada, mostrando a
importância da propriedade de contração de solos tropicais.
No campo, a existência de trincamentos de
padrão médio a elevado na superfície de taludes
ou faixa de rolamento em uma estrada de terra, é
um bom diagnóstico de ocorrências de solos
lateríticos para uso em projetos próximos a
mesma. Um exemplo de trincamento verificado na
superfície de um talude de solo arenoso fino
laterítico é apresentado na Figura 12.
Figura 12 – Trincamento na superfície
de um talude com solo arenoso fino laterítico
Pelo exposto pode-se inferir que de uma maneira geral a contração axial obtida em laboratório é
um parâmetro importante para prever o padrão de trincamento da camada executada com o solo
ensaiado. Mostra de maneira clara que os valores desta propriedade hídrica de um solo é
fundamental para estimar o tricamento que irá ocorrer em camadas executadas com o mesmo,
daí a utilização do mesmo para a qualificação de solos para bases de pavimentos.
Referências para consulta:
Nogami, J. e Villibor, D.F. (1995). Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos. São Paulo:
Villibor.
Villibor, D.F; Nogami, J. (2009). Pavimentos econômicos – tecnologia do uso dos solos finos
lateríticos. São Paulo: Editora Arte & Ciência.
DER/SP M-193/89: Determinação de contração de solos com equipamento miniatura