ENSAIOS FUNDAMENrr AIS DOS SOLOS PARA - CONSTRUÇAO pelo Major George E. Bertram "LIVROS TÉCNICOS" GERLlNG "À VOLTA DA l\lAQUIi\A· FERn.Al\1E~TA" onn':GA um c~tudo técnico súbre 111:'1- "DIClONÁI1IO quillas e fcrramentas, medi· ESPANI-IOL-POI1TUGUtS e ções e ,"cri ficaçõc8, c.\.ccução PORTUGUÊS-ESPANHOL" de peça" torneadas, furada", mandrilarlas, frcsada", aplai T. IjII nadas, cscatc1ada;., perfiladas, É o dicionário bilingue eSllIeriladas, amoladas c mais extenso e moderno já retificadas. publicado Fatos e tC'orias há~icas da quí mica orgàn ica moderna, fàcil mente assimilável. Está orga Noçúes fundamelltais doo tra· nizado de modo que um pro Lal1lO~ e da tecnologia. Proc<"s fessor possa fàcilmente adaptar ~() de Traba'ho, Ferramentas ( o seu curso de acôrdo com o Ctensílios, Leis Fís:cas e eon- tempo disponível. Texto em &clhos para o traLalho. inúmeros colégios superior..:::;. ENSAIOS FUNDAMENTAIS DOS SOLOS PARA - CONSTRUÇAO pelo Major George E. Bertram tradução de Benjamin B. Fraenkel [ [ r itora ~'vili~açao NCr' NCr' ([ sllelra I .A. rua7de {Q. (~ I setembro.97 I tel.: 42-4144 ~ I rio·GB·Brasil I I r Livro Ibero-Americano Ltda.' Rio de Janeiro APRESENTAÇAO Ensaios fundamentais dos solos para construção são uma tradu dução e adaptação do boletim técnico 107 da American Road Builders' Association, divulgação de trabalJw do Major George E. Bertram apre sentado à 48.'" reunião daquela associação. tsse boletim explica detalhaJamente, com muita clareza, como se podem fazer com o mínimo de instrumentos todos os ensaios fundamen tais, e obter informações essenciais para o dimensionamento correto de pavimentos e para o controle adequado de obras em execução. tle já foi reimpresso cinco vêzes 1UlI sua versão original em inglês, e tem sido amplamente divulgado nos meios rodoviários, entre técnicos em aeroportos e nas escolas de engenharia em todo o mundJo. A clareza de exposição e a exatidão com que o Major Bertram apresenta êsse assunto fundame.ntal, de forma prática, fartamente ilustrado, mostrando em todos os detalhes as operações essenciais para ensaio dos solos, tor naram sua obra indispensável aos especialistas na matéria e aos países que desejam executar obras de terra de acôrdo com a técTllica moderna, conseguindo construí-las com economia e alto padrão técnico, resistên cia adequada e grande durabilidade. A International Road Federation lançou em 1961 UI primeira edi ção dêsse manual em espanhol e depois disso já publicou mais duas edições, prestando assim uma colaboração de valor inestimável UI todos os países onde se fala essa língua. Agora, Livro fbero-Americano Ltda. lançando no Brasil em por tuguês um livro consagrado que coloca ao alcance de qualquer pessoa um dos assuntos mais importantes na técnica das obras de terra, e das obras construídas sôbre materiais terrosos, está sem a menor dúvida prestando uma colaboração valiosíssima a êste país, tão necessitado de transportes econômicos e de obras construídas com e.conomia. Eng.9 Benjamin B. Fraenkel Professor de Estradas Rio de Janeiro 31 de janeiro de 1969 íNDICE GERAL Págs. Apresentação ....................... ... ........................... 3 Ensaios Fundamentais dos Solos para a Construção .... .... ..... .. ... . 7 I - Identificação dos SO:05 no Campo ..... .. ......... ............. 11 II - Instrumental .. .... ...................... ...... ............. 17 III - Organização do Laboratório ......................... .. .. ..... 31 IV - Sondagens e Tomada de Amostras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 V - Execução dos Ensaios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 a) Quarteio de Amostras ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 b) Secagem das Amostras .................................. 51 c) Pesagem de Materiais ..... ..... ......................... 52 d) Massa Específica Relativa ...... ......................... 56 e) Teor de Umidade .. .... ........ .. ........ ...... ........ 59 f) Ensaio de Granulometria .. ....... ............. .. ........ 60 g) Ensaios de Plasticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 h) Massa Unitária ou Densidade .. ......... ............ .. .. . 83 i) Compactação para Umidade Ótima ................. ....... 93 .j) Ensaio Califórnia (CBR) ................ .. ..... ......... 99 l) Compressão em Amostras não·confinadas .. ... ...... ... ... 113 m) Resumo dos Resultados dos Ensaios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 n) Carga sôbre Placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 o) Prova de Trânsito 123 p) Ensaios de Solos Coesivos ................ ... ... .. ... .. . 127 ENSAIOS FUNDAMENTAIS DOS SOLOS PARA A CONSTRUÇAO pelo Major George E. Bertran, Corps o, Engineers, U. 5. Army Tradução de Benjamin B. Fraenkel Os ensaios dos solos que com tan Identifi~ão dos solos ta freqüência estão associados às obras de engenharia em tempo de O primeiro requisito para um paz, representaram importante ati programa de solos é ter pessoal vidade nas obras militares durante treinado que possa fazer os estudos, a Segunda Guerra Mundial. A prin tirar amostras representativas dos cipal aplicação dos conhecimentos materiais, fazer ensaios e fornecer de solos foi na construção de aero os dados necessários para dimen Dortos. Para construir êsses cam sionamento. A identificação dos so pos de aterrissagem economizando los é especialmente importante por trabalho humano e materiaiE, foi que, feita corretamente desde o essencial projetar e dimensionar princípio, ajudará muito todo o tra com base no conhecimento dos so balho. los existentes em cada local. Essa mesma técnica pode ser aplicada 11: necessário dispor de agora para construção de estradas. instrumental adequado Instrumentos robustos, simples e econômicos Para fazer os ensaios de solos é necessário dispor de instrumental A principal conclusão valiosa simples, forte e completo. Ao rela para construções em tempo de paz, cionar o equipamento é preciso, não que tiramos desta revisão dos ins sàmente incluir tôdas as peças es trumentos militares para ensaios de senciais para os ensaios, como tam solos, foi que podem-se empregar bém ferramentas e materiais que amplamente instrumentos extrema permitam executar o trabalho com mente simples e econômicos. ~sse eficiência. O equipamento recomen material é especialmente valioso dado se divide em três categorias: para órgãos encarregados da cons (a) equipamento para prospecção trução de estradas ou de aeropor de solos, (b) equipamento para tos que não possam dispor de gran identificação de solos e (c) equipa des laboratórios para ensaios de so mento para ensaios destinados ao los. dimensionamento dos pavimentos. 8 ENSAIOS DE SOLOS Instrumental resistência ao esfor~o cortante triaxial e a outras propriedades dos Ferramentas para tirar amos solos. tras, que incluem: trado com exten sões e cabo, balança de mola para Simplificação dos ensaios 30 kg (cêrca de 60 libras), balde galvanizado, fogareiro a gasolina, Êste manual está dividido em parafina, e sacos para amostras. cinco capítulos: I - Identificação Êsses utensílios servem, não só pa dos solos no campo; II - Instru ra tirar amostras durante os reco mental; III - Organização do la nhecimentos preliminares, como boratório; IV - Sondagem do solo também para contrôle da obra du e tomada de amostras, e V - Exe rante sua execução. cuçãG dos ensaios. Outros utensílios são necessários para os laboratórios de campo em Cada um dêsses capítulos está de geral. Compreendem estufa para vidamente ilustrado com gravuras, secar amostras, peneiras, balanças, fotografias e diagramas. Essa dis aparelho para limite de liquidez, posição foi adotada porque o ma equipamento para compactação, e nual é um guia para os encarrega materiais diversos. Com êsse ma dos de executarem pessoalmente o terial podem-se fazer 'os ensaios trabalho de tomar amostras e de usuais, como: análise granulométri fazer os ensaios, que podem não ter ca, limites de Atterberg e ensaios nenhuma experiência prévia de me de contrôle, assim como determina cânica dos solos. Ao ministrar ins ções do teor de umidade, densida truções, com muita clareza, pro de e ensaios de compactação. curamos não apenas ajudar a ins truir o pessoal, mas também facili O equipamento maior compreen tar uma fonte de consultas simples de o destinado ao ensaio califórnia, e completa. usualmente chamado CBR (do in glês: Califórnia Bearing Ratio). O capítulo I sôbre identificação Os moldes, os instrumentos de de solos no campo, além de forne medida e os pesos são de modelos cer informações de todos os méto padronizados. Para aplicar carga dos visuais para determinar o tipo às amostras compactadas usa-se de solo, mostra a importância da uma prensa de campo com maca.co identificação correta dos solos, as hidráulico. Além dos ensaios CBR sim como do confronto contínuo da em material de subleito e de base, identificação feita, com os resulta a prensa pode servir para ensaios dos dos ensaios. de compressão em geral. O capítulo II sôbre instrumental O equipamento de ensaios e os relaciona e identifica todo o mate procedimentos descritos neste ma rial. Contém instruções para os cui nual são considerados fundamen dados e ajustes das balanças, dos tais. Existem outros aparelhos pa macacos hidráulicos e dos instru dronizados para ensaios destinados mentos de medida. Inclui notas su à permeabilidade, à consolidação, à plementares sôbre peças de equipa- I - IDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS 9 mentos que podem ser improvisa 79 encontra-se um esquema mos dos no campo. trando como se efetuam os cál culos do «limite de plasticidade», e O capítulo III sôbre organização indicando todo o caminho a seguir do laboratório indica os detalhes na execução do ensaio. mais importantes a levar em conta na montagem do equipamento num Incluímos também nesse capítu abrigo, numa instalação semi-per lo uma ligeira descrição dos méto. . manente como um telheiro, ou num dos para fazer provas de carga no edifício existente; de modo a. se fa terreno, no próprio. campo, assim zerem os ensaios do melhor modo como provas com trânsito pesado, possível e se protegerem os instru embora uma descrição mais ampla mentos. dessas provas saísse do âmbito clês No capítulo IV sôbre prospecção te manual. do solo e tomada de amostras, in dica-se como tomar amostras para Finalidades e Estensão verificar o teor de umidade do ma terial ensacado, e como tomar Êste manual descreve um instru amostras indeformadas. Incluem mental de laboratório para ensaios se instruções para tomar aponta de solos, assim como sua utilização mentos, para preparar croquis de na prospecção e ensaio em campos localização das prospecções, e para de aviação, em estradas e em fun numerar e remeter as amostras. dações, pouco profundas, para edi fícios. Ensaios dos solos, ponto por ponto Abrange o seguinte: Talvez o capítulo mais importan te seja o V que se refere à exe 1 - Descrição e cuidados neces cução dos ensaios. Êle começa com sários com os instrumentos; uma relação dos ensaios que po 2 - Tomada das amostras e dem ser feitos com o equipamento execução dos ensaios; indicado e com um esquema indi cando a quantidade de solo neces 3 - Modo de improvisar mate sária para cada ensaio. Êsse esque rial para ensaios a fim de ma se encontra na página 48 e me complementar o equipa rece um estudo especial. A página mento existente ou substi 49 e outras contém gravuras para tuí-lo quando não estiver ilustrar o texto. O procedimento disponível. para fazer cada ensaio é descrito 4 - Sugestões quanto a provas «ponto por ponto». Mostram-se de carga no terreno com exemplos de cálculos com dados, e placas ou com trânsito de também de traçado dos diagramas veículos pesados; necessários, mostrando o método de marcar os pontos e de utilizar 5 - Guia para identificação dos os diagramas traçados. Na página solos no campo. 10 I - IDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS Na execução de ensaios de so 1 pé cúbico de água pesa 62.2 los é necessário com freqüência libras converter unidades métricas em umidades inglês as e vice-versa. Não estão incluídos os métodos de exploração e ensaio de solos para fundações profundas. 1 galão de água pesa 8,34 libras FATORES DE CONVERSÃO Multiplicar Por Para obter Cento ~úblcos ,06102 Pol. cúbicas Pol. cúbicas 16,39 Cento cúbicos Pol. cúbicas ,0005787 Pés cúbicos Centlmetroa Pés cúbicos 28.320, cúbicos Pés cúbicos 1.728, Pol. cúbicas Pés cúbicos 7,48 Galões Centlmetros 10 Ml\!metros Centlmetros 0,3937 Polegadas Centlmetros 0,0328 Pés Pés 30,48 Centlmetros Galões 0,1336 Pés cúbicos Gramas 0,001 Quilogramas Gramas 0.0022 Libras Polegadas 2,540 Centlmetros Polegadas 25,40 Milimetros Quilogramas 2,205 Libras Quilogramas 1,000, Gramas , Quilogramas por centlme- tro quadrado 1,024 Ton. Inglêsa5 p/pés quadro Mlllmetros 0,1 Centlmetros Ml\!metros 0,03937 POlegadas Libras 453,6 Gramas Libras 0,4536 Quilogramas Libras por poleg. qua- drada 0,072 Ton. Inglesas p/pés quadro Centlmetros Quartos 946,8 cúbicos Quartos 57,75 Pol. cúbicas Centlmetro9 Polegadas quadrados 0,1550 quadradas POlegadas Centlmetros quadradas 6,452 quadrados I -IDENTIFICAÇAO DOS SOLOS NO CAMPO - Págs. Classificação e Descri(;ão ............................................ 11 Ensaios para Identificação .......................................... 12 Para contrôle adequado dos so que freqüentemente devem-se to los é necessário identificá-los cor mar decisões essenciais basea retamente. A falta de tempo ou de das nesse reconhecimento. Mesmo meios faz com que freqüentemente quando o tempo e os meios permi seja impossível fazer ensaios demo tem ensaios de laboratório, faz-se rados para classificá-los. A habili um exame ao tomar a amostra, a dade para identificá-los no campo por simples inspeção visual e seu fim de descrever o solo correta exame ao tato são importantes, já mente. CLASSIFICAÇÃO E DESCRiÇÃO MATF:RIA SILTE ORGANICA ARGILA Principais tipos de solos to dos tipos básicos de solos e das características das suas misturas. Para sua identificação todos os solos podem grupar-se em cinco ti Descrição geral dos tipos básicos pos: cascalho, areia, silte, argila e matéria orgânica; e várias combi o nações dêsses tipos. Na natureza os cascalho é constituído por solos raramente se encontram cons grãos inorgânicos grandes, com tituídos por êsses tipos isolados, diâmetros maiores que 1/4 de po mas formando misturas. A identifi legada (cêrca de 6 mm). Os peda cação e classificação dos solos no ços grandes chamam-se pedras, e campo baseia-se no reconhecimen- quando são maiores que 10 pole-