A m i n h a m ã e e ã m i n h a e s p o -sa S ó n i a , p o r t u d o e p e l o s a c r i f í c i o a q u e se s u b m e t e ram a fim de c o n c r e t i z a r es^ te t r a b a l h o .
ESTUDO DA VARIABILIDADE ESTATÍSTICA DE ENSAIOS DE CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS
R e i n a l d o L i n s Marinho
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS OE POS-GRADUAÇRO DE ENGENHARIA DO CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAlBA COMO PARTE DOS REQUISITOS NE CESSffRIOS PARA A OBTENÇHO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS (M.Sc.)
APROVADA:
V
PROF. J.G.CABRERA, Ph.D.PRESIDENTE
•ráOF. JÇSÊ BELTRflO DE CASTRO ^ EXAMINADOR EXTERNO
y PROF. YOSHICHITCA NISHIDA, Ph.D EXAMINADOR INTERNO
CAMPINA GRANDE
ESTADO DA PARAlBA - BRASIL MAIO - 1976
M . S c . Dissertation
Reinaldo Lins Marinho
ABSTRACT
The study presented in this dissertation
deals with the reproducibility of four soíl classifica tion
t e s t s .
A criticai literature survey on methods of
testing and reproducibility results in other countries is
presented and d i s c u s s e d .
The laboratory study was carried out using
eleven natural s o i l s , three industrially processed soils and
two soils resulting of mixtures of natural and processed s o i l s .
The reproducibility ot the Liquid Limit t e s t ,
Plastic Limit t e s t , Grain Size Distribution analysis and
Specífic Gravity test is presented in terms of repeatability
and reproducibility. The study of repeatability was conducted in
one laboratory with the same equipment and the same operator
while the study of reproducibility was possible with the
cooperation of sixteen laboratories (three laboratories from
Aca demie Institutions, eight laboratories from Federal and State
Highway Authorities and five laboratories from Consultant
Engi nee ri ng Fi rms ) .
A pilot study was also carried out to
investigate the advantajes of the use of the Cone Penetration
method for the determination of the Liquid Limit of fourteen
soils of the sixteen investi gate d.
results show very clearly that the coefficients of variation
are unacceptably h i g h . It is shown that the reproducibility of
the four tests investigated is so poor that their validity nas
to be questi oned.
A discussion of the methods used is presented
and suggestions to improve the reproducibility of the tests
Tese de Mestrado
por
Reinaldo Lins Marinho
SUMARIO
O estudo apresentado nesta dissertação trata
da reprodutibilidade de quatro ensaios de classificação de s o
-los.
E" apresentada uma revisão crítica da
litera-t u r a , nos mélitera-todos de ensaio e resullitera-tados de reprodulitera-tibilidade
obtidos em outros p a í s e s .
0 estudo de laboratório foi efetuado
usandose onze solos n a t u r a i s , três solos beneficiados industrial m e n
-te e dois solos resultan-tes de misturas de solos natural e
be-nefi ci a d o .
A reprodutibilidade do ensaio de Limite de
L i q u i d e z , ensaio de Limite de P l a s t i c i d a d e , Analise
Granulome-tri ca e ensaio de Densidade Real é apresentada em termos de
re-petfbi1idade e reprodutibilidade. 0 estudo de repetibi1idade
foi conduzido em um laboratório com o mesmo equipamento e o mes_
mo o p e r a d o r , enquanto o estudo de reprodutibilidade contou com
a cooperação de dezesseis laboratórios (três de U n i v e r s i d a d e s ,
oi to de Organ i zações Rodoviárias Federais e Estaduais e cinco
de Empresas C o n s u l t o r a s ) .
zesseis i n v e s t i g a d o s .
Analise estatística do estudo de repeti bi 1 i d<^
de mostra que os coeficientes de variação são comparáveis com o u
-tros reportados na l i t e r a t u r a , enquanto os resultados de
repro-dutibilidade mostram muito claramente que os coeficientes de
va-riaçao são extremamente sem a c e i t a ç ã o . Ê mostrado que a
reprodu-tibilidade dos quatro solos pesquisados e tão pobre que sua
va-lidade é contestada.
E apresentada uma discussão dos métodos
usa-dos e são feitas sugestões para melhorar a reprodutibilidade usa-dos
e n s a i o s .
C A P Í T U L O 2 R E V I S Ã O B I B L I O G R Á F I C A
2.1 Introdução
2.2 A variabilidade de ensaios de classifica
ção
2.3 Determinação do Limite de Liquidez e sua
variabilidade devido
a aparelhagem
2.3.1 Variabilidade do Limite de Liquidez obtj_
do com o aparelho de Casagrande
2.3.2 Medida do Limite de Liquidez com o Cone
de Penetração
C A P Í T U L O
3 OBJETIVO DA PESQUISA
C A P Í T U L O
4 MATERIAIS USADOS NA PESQUISA
CAPÍTULO 5 PREPARAÇÃO DOS MATERIAIS E MÉTODOS DE
ENSAIOS
5.1 Preparação de amostras
5.2 Métodos de Ensaio
5.2.1 Métodos de ensaio nos laboratórios p a r
-ti ci pantes
5.2.2 Métodos de ensaio no laboratório do CCT
5.2.2.1 Ensaio de Limite de Liquidez
5.2.2.2 Ensaio de Limite de Plasticidade
5.2.2.3 Ensaio de Granulometria
5.2.2.4 Ensaio de Densidade Real
1ANALISE E DISCUSSÃO DA REPETI BILIDADE
DOS ENSAIOS
6.1 Introdução
6.2 Ensaio de Li mi te de Liquidez
6.3 Ensaio de Limite de Plasticidade
6.4 Analise Granulométrica
6.5 Ensaio de Densidade Real
CAPITULO 7 ENSAIO D E LIMITE DE LIQUIDEZ UTILIZANDO
O CONE DE PENETRAÇÃO
3
3
CAPÍTULO 6
8
8
12
18
19
24
24
25
25
26
26
29
31
33
43
43
43
45
46
48
66
Pagi na
7.1 Introdução 66
7.2 Analise e discussão dos resultados 67
7.3 Repetibi1idade do ensaio de Limite de
Liquidez utilizando o Cone de Penetra
ção . 68
CAPITULO 8 ANALISE
E DISCUSSÃO DA
REPRODUTIBILI-DADE DOS ENSAIOS . 76
8.1 Introdução 76
8.2 E n s a i o d e L i m i t e d e L i q u i d e z 76
8.3 Ensaio de Limite de Plasticidade 78
8.4 A n ã l i s e G r a n u l o m é t r i c a 79
8.5 Ensaio de Densidade Real 80
CAPITULO 9 C O N C L U S Õ E S 94
CAPITULO 10 SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS 98
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 99
AGRADECIMENTOS 104
APÊNDICE A COPIA DA C A R T A , NOTAS
E X P L A N A T C R I A SE
CARTARESPOSTA ENVIADAS AS ORGANIZA
-COES 105
APÊNDICE B COPIA DA C A R T A , RECOMENDAÇÕES PARA
EXECUÇÃO DOS ENSAIOS E CARTA-RESPOSTA
ENVIADAS AS ORGANIZAÇÕES QUE CONCORDA
RAM EM PARTICIPAR DO PROGRAMA 110
APÊNDICE C MÉTODO DE DETECÇÃO DE "OUT-LIERS" 114
APÊNDICE D RESULTADOS DA ANALISE GRANULOMÊTRICA 118
APÊNDICE E PROCEDIMENTO PARA DETERMINAÇÃO DO L I
MITE DE LIQUIDEZ COM O CONE DE PENE
-TRAÇÃO 122
APÊNDICE F DEFINIÇÕES DE ALGUNS TERMOS USADOS NES
CAPITULO 1
I N T R O D U Ç Ã O
Os ensaios de classificação de solos são
lar-gamente empregados quando se quer decidir sobre a adeq uabi 1 i d_a
de de um solo a ser usado como material de construção.Por exem
p i o , propriedades de retenção de umidade são utilizadas na
se-leção de solos para formação de a t e r r o s , propriedades de
com-pactação são relacionadas com as características de plasticid_a
d e , valores de densidade real são empregados como guia para a
compactação num Tndice de vazios e s p e c i f i c a d o .
Os erros na determinação dos valores quantita
tivos dos ensaios de classificação de solos p o d e m , p o r t a n t o ,
resultar na rejeição de materiais satisfatórios o u , o que é*
p i o r , na aceitação de material i n a d e q u a d o . Por exemplo ,ensaios
de classificação de solos que abrangem determinações de distri_
buição granul ometri c a , limite de liquidez e limite de plastici_
dade de um solo são utilizados para a determinação do valor do
índice de Grupo (IG) e este e usado no Brasil para calcular o
Tndice de Suporte Califórnia ou CBR do m a t e r i a l . Erros de graii
de magnitude em qualquer destes parâmetros de classificação,p£
dem levar a projetar estruturas de pavimentos com um grau de
i mp reci são i nace i tá ve 1 .
Embora se saiba que a repetibilidade nos
re-s u l t a d o re-s , dentro de um mere-smo l a b o r a t ó r i o , pore-sre-sa re-ser obtida
en-tre valores a c e i t á v e i s , a variabilidade de resultados enen-tre la
boratorios diferentes nunca foi examinada no B r a s i l . A impor
tância que e dada aos ensaios de classifi cação torna desejável
não sÕ a analise da extensão destas v a r i a ç õ e s , mas a possibilj_
dade de se usar métodos alternativos de e n s a i o s .
CAPITULO 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 - Introdução
A revi são bibliográfica apresentada neste ca
p T t u l o , analisa dois aspectos relacionados com a metodologia
de alguns ensaios de classificação de solos:
19 A variabilidade de resultados de e n s a i
-os de l a b o r a t ó r i o , que abrange aspect-os
de repetibi1idade e reprodutibi1idade
dos resultados quantitativos de densidji
de r e a l , analise granulomitrica e l i m i
-tes de Atterberg;
29 - 0 aspecto mecanTstico da determinação
do limite de liquidez usando o aparelho
de Casagrande e sua possível s u b s t i t u i
-ção por um método alternativo que melho^
re a repetibilidade e reprodutibilidade
do e n s a i o .
2.2 - A variabilidade de ensaios de classificação
E* intuitivamente aceito por engenheiros e
cientistas que os resultados de um ensaio estão sujeitos a cer
to grau de e r r o . Ate o presente não existe conhecimento sobre
as tolerâncias que poderiam ser aceitáveis para os diferentes
ensaios de classificação isto é , a variabilidade de um ensaio
em termos estatísticos quantitativos não é especificada nos pa^
drões de e n s a i o .
Brunschwig ( 1 ) , citando a Norma Francesa X-0
5-0 2 5-0 , indica que normalizar um método de ensaio sem conhecer a
precisão da "fi deii d a d e " , não tem s e n t i d o . Ele diz: a " f i d e l i
-dade " deve ser verificada em termos de repetibi 1 i-dade e
repro-d u t i b i l i repro-d a repro-d e , repro-definirepro-dos quantitativamente em função repro-de um ínrepro-di_
ce de dispersão tal como o desvio-padrão ou a v a r i â n c i a .
A Organização Internacional de Normas
(International Standard O r g a n i z a t i o n , ISO) ( 1 ) , na sua terceira l i s
-ta de termos e s t a t í s t i c o s , es-tabelece para repetibi1idade e re
produtibi1idade o valor abaixo do qual esta s i t u a d o , com uma
probabilidade de 9 5 % , o valor absoluto da diferença entre dois
resultados .individuais. Vários países fizeram objeção ã
pala-vra " p r o b a b i l i d a d e " , preferindo "confiabi 1 idade" e ainda que o
valor numérico de 95% não devia ser i m p o s t o , sendo o valor i n
-dicado como repetibilidade ou reprodutibilidade a X%.
São muito poucas as referencias relativas 5
variabilidade dos ensaios de granul ometri a e densidade r e a l .
Sherwood (2) é um dos poucos pesquisadores que refere
resulta-dos de analises granulométricas das frações silte e argila de
três s o l o s , indicando que sua repetibilidade foi boa mas a
re-produtibilidade nos resultados de laboratórios apresentou gran_
de d i s p e r s ã o , tão grande que o método atual das especificações
inglesas (38) tem despresível valor p r a t i c o . No entanto ele re
comenda que um estudo de muita utilidade pratica seria fazer a
análise da reprodutibilidade do peneiramento mecânico das
fra-ções de solos maiores que 74 m i c r o n s .
Com referência a variabilidade de r e s u l t a d o s '
de densidade real em s o l o s , Sherwood (2) encontrou que a fonte
de erro mais comum é a incompleta remoção de a r . Os ensaios de"
repetibilidade com um operador no mesmo laboratório foram exce
lentes para o alto grau de precisão a l c a n ç a d o . Os ensaios de
reprodutibilidade (ensaios em diferentes laboratórios) foram de
boa consistência; no entanto a precisão de
± 0,05 recomendada,
não foi a 1cançada.
Analisando a variação de vários ensaios de
so-los em p a v i m e n t a ç ã o , Penna de Carvalho (3) concluiu haver boa
repetibilidade. Os resultados obtidos com uma areia pouco
sil-t o s a , forneceram para as peneiras de 3/4", 3 / 8 " , n°s 4 , 1 0 , 40
e 200 , desvios-padrão que variaram de 0,50 a 1 ,50 e de 0,96 a
3,9 r e s p e c t i v a m e n t e , para operadores com muita e com pouca
pratica do e n s a i o . Comparandose as medias resultantes de 4 e n s a i
-o s , entre -operad-ores c-om muita e c-om p-ouca p r á t i c a , verificaram
-se diferenças inferiores a 1 (um) nas percentagens passando
e n c o n t r a d a s ; entretanto há variações para mais de 3 (três) nas
percentagens de ensaios isolados encontradas por um mesmo opera
d o r . Concluiu também que a variação depende aparentemente muito
pouco da influência da prática dos o p e r a d o r e s .
Em contrapartida é vasta a experiência sobre a
variabilidade dos Limites de C o n s i s t ê n c i a , não só no Exterior
como no B r a s i l , onde o aspecto de variabilidade estudado foi
a-penas o de r e p e t i b i l i d a d e .
Sherwood et al (4) estudando a r e p r o d u t i b i l i
-dade do limite de liquidez de três s o l o s , obtido por quarenta
laboratórios utilizando a especificação i n g l e s a , observaram
va-riações consideradas grandes: em medias de 3 4 , 69 e 67% houve
desvios-padrão de 2,4, 5,2 e 5,3% e coeficientes de variação
de 7 , 1 , 7,5 e 7,9% respectivamente.
Estudos sobre a influência da mudança de o p e
-r a d o -r e s , conside-rados no mesmo nível de e x p e -r i ê n c i a , em dois tj_
pos de s o l o s , m o s t r a r a m , baseados na análise estatística dos re
s u l t a d o s , usando o método da v a r i â n c i a , que havia significati
-vas diferenças entre vários o p e r a d o r e s , enquanto apenas pequena
variação ocorria nos ensaios pelo mesmo operador; conclui-se
que para um limite de confiança de 9 5 % , o conjunto de o p e r a d o
-res usado neste estudo podia reproduzir tanto o limite de 1 i q uj_
dez como o limite de plasticidade com uma precisão de ± 2% ( 5 ,
6 , 7 ) .
ra não especificassem se com o mesmo ou vários operadores
.che-gando a desvios-padrão a l t o s .
0 Laboratoire Central de Ponts et
Chaussêes-L . C . P . C . , há dez anos p a s s a d o s , verificou a dispersão dos limi
tes de liquidez e p l a s t i c i d a d e , através de numerosos ensaios
e
fetuados em seus diferentes laboratórios regionais e seu
Laboratõrio C e n t r a l , observando que a variação do limite de l i q u i
-dez ê maior que a variação do limite de plasticidade ( 9 ) .
Pinto e Massad (10) estudaram a reprodut i bi l_i_
dade dos limites de consistência de três solos constituídos de
argila orgânica da Baixada S a n t i s t a , usando os resultados f e i
tos por seis l a b o r a t ó r i o s , evidenciando uma v a r i a ç ã o , em t e r
-mos da diferença entre os valores e x t r e m o s , bastante acentuada
e sempre maior para o limite de l i q u i d e z , como por e x e m p l o , pa_
ra um dos s o l o s , 19% e 6 % .
Bogossian et al (11) analisaram a variaçãodos
limites de consistência de argilas siltosas orgânicas de o r i
-gem marinha na área do futuro Terminal Marítimo de S e p e t i b a , en_
tre ensaios com secagem prévia (mantendo a estufa com um máximo
de 50 C) e sem secagem prévia; embora não tenha havido r e p e t i
ç ã o , pois apenas executouse um ensaio de cada maneira r e f e r i
-d a , vale ressaltar a gran-de variação e a conclusão por eles che
gada da maior coerência entre os valores encontrados sem
seca-gem p r é v i a .
Cabrera e Queiroz (12) estudando uma argila o_r
gãnica do R e c i f e , determinaram os limites de consistência para
vários pontos do perfil da c a m a d a , ensaiando o solo com e sem
secagem p r e v i a . Verificaram a ocorrência de uma grande variação
para os limites de Atterberg com os valores sem secagem previa
comparando-se com os limites obtidos com o solo previamente se_
co em es tufa a 110°C.
Pesquisando um grande número de solos aluvi
-a i s , Upp-al et -al (13) observ-ar-am que p-ar-a solos com cert-a qu-ain
tidade de a r e i a , seja com limite de liquidez abaixo de 25% ou
T n d i c e de plasticidade entre 4 e 7 % , o aparelho de Casagrande
não dava valores corretos; eles prepararam uma serie de m i s t u
-ras artificiais de areia com um solo de T n d i c e de plasticidade
c o n h e c i d o , determinando então seus limites de consistência e com
parando os respectivos T n d i c e s de plasticidade com os
calculados pela fórmula de Hogentogler ( 1 3 ) . Observaram grandes d i s
crepâncias e concluíram que estas podiam atribuirse ao a p a r e
-lho de C a s a g r a n d e .
Togrol ( 1 4 ) , e m um valioso e s t u d o e s t a t T s t i c o
dos limites de consistência determinados em dez amostras de um
solo argiloso cuidadosamente h o m o g e n e i z a d o , conduzido no mesmo
laboratório por cinco operadores diferentes porem na mesma epo
ca do ano e com o mesmo e q u i p a m e n t o , seguindo os mesmos p r o c e
-d i m e n t o s , chegou a resulta-dos similares aos já cita-dos n e s t a
revisão; variações realmente s i g n i f i c a n t e s , tanto referentes
a
repetibilidade (mesmo operador) c o m o , e p r i n c i p a l m e n t e , com re
laçao a reprodutibilidade ( c o n j u n t o de todos o p e r a d o r e s ) .
Em ensaios realizados por cinco entidades de
alta categoria profissional dos E U A , com uma amostra
suficien-temente h o m o g e n e i z a d a , Ballard et al (15) verificaram a
varia-ção do limite de plasticidade através de um modelo m a t e m á t i c o ,
bastante s o f i s t i c a d o , concluindo que a reprodutibilidade de
cinco ensaios não era adequada pois observaram desvios-padrão
de ate 1,07% em uma média de 2 0 , 2 % . Os laboratórios eram consj_
derados c o m o s i m i l a r e s , com o mesmo nTvel de experiência e
co-nhecimento; cada laboratório utilizou dois operadores,cada qual
efetuando o ensaio cinco v e z e s . Um dos laboratórios usou opera
dores com pouca ou nenhuma experiência os quais realizaram os
ensaios apenas seguindo as instruções da American Society for
Testing Materials - A S T M , sem que nenhuma explicação ou instru
ção lhes tenha sido dada; concluíram também que nada justifica
va a eliminação de resultados obtidos por operadores não t r e i
-nados pois não houve diferenças sensíveis e n t r e o
desviopadrão do operador e a grande m é d i a , denotando que qualquer o p e
-rador usando somente as normas da ASTM como orientação poderia
obter resultados compatíveis com os obtidos por p r o f i s s i o n a i s .
2.3 - Determinação do Limite de Liquidez e sua
va-riabilidade devido a aparelhagem
2.3.1 - Variabilidade do Limite de Liquidez obtido com o
apa-relho de Casagrande
Os limites de consistência de um solo são pa_
rametros definidos em forma arbitraria e portanto sua interpre
tacão em termos fundamentais não Ó p o s s í v e l . E n t r e t a n t o , c o r
-relações empíricas dos limites de consistência com parâmetros
de propriedades de engenharia são parte fundamental de Mecan i_
ca dos Solos e sua utilidade i ainda maior para propósitos de
classificação. Disso decorre a permanente preocupação sobre a
variabilidade desses p a r â m e t r o s .
0 objetivo deste subcapítulo e revisar o tra
balho relevante de alguns pesquisadores no que se refere a in
fluência do apare lho de Casagrande na variabilidade dos res uj_
tados do li mi te de l i q u i d e z , enquanto que o subcapítulo seguin
te apresenta o trabalho de pesquisa conheci do sobre um método
alternativo para a determinação do limite de l i q u i d e z , o Cone
de P e n e t r a ç ã o .
A inovação mais importante ao método manual
proposto por Atterberg (16} foi a introdução de um aparelho me
caniço projetado por Casagrande em 1932 (16) e utilizado
atu-a l m e n t e , com menores v atu-a r i atu-a ç õ e s , pelatu-a matu-aioriatu-a dos latu-aboratu-atórios
de mecânica dos solos do m u n d o .
0 aparelho mecânico mostrou rapidamente que
a dispersão de resultados de limite de liquidez para um solo
podia diminuir notável m e n t e . Casagrande (17) continuando es tu_
dos mais a c u r a d o s , propôs a padronização do apare lho original,
reconhecendo no entanto a desvantagem do método que c o n s i s t e '
fundamental mente num ensaio dinâmico de cisalhamento; ele diz:
isto ê uma grande d e s v a n t a g e m , por que não se pode estipular
bases uni formes de comparação para solos de granulação f i n a ,
que reagem diferentemente quando submetidos a um ensaio de sa
cudidela ( s h a k i n g ) . Por exemplo solos arenosos submetidos a
um teste do tipo de Casagrande podem exibir dilatancia s e g u n
-do o mesmo principio demonstra-do no teste de dilatancia reco
mendado pelo DNER ( 1 8 ) .
Dando c o n t i n u i d a d e , Casagrande (17) indicou
os itens a considerar para a normalização do aparelho para de
terminação do limite de l i q u i d e z . São os s e g u i n t e s :
a) material da b a s e ,
b ) as dimensões da base e proteção desta coji
tra a influencia de eventuais vibrações e
choques na mesa de t r a b a l h o ,
c) m a t e r i a l , dimensões e peso da c o n c h a ,
d) altura vertical de queda da c o n c h a ,
e) dimensões do c i n z e l , cujo formato e chato.
Dando continuidade a estes e s t u d o s , vários
pesquisadores procuraram verificar as causas de e r r o s ,
varia-ções e limitavaria-ções do aparelho m e c â n i c o , tratando não so das
características do aparelho e do cinzel em s i , como também de
outros fatores tais como: influencias do o p e r a d o r , influencia
da qualidade da água adicionada no e n s a i o , método de
prepara-ção de a m o s t r a , tempo de homogeneizaprepara-ção da massa,tempo.em que
a massa homogeneizada ficou sujeita a cura antes de ser subme_
tida ao e n s a i o , influencia da secagem p r e v i a , e t c .
Norman (19) em 1958 pesquisou a influencia de
diferentes tipos de material constituintes das bases do apare
lho de Casagrande nos resultados do limite de liquidez de cin_
co solos argilosos.Os ensaios foram realizados com a p a r e l h o s
fabricados nos EEUA e na Inglaterra;a dureza da base do apare_
lho de Casagrande foi medida com um aparelho conhecido como
"Dunlop tire" o qual consiste essencialmente em um
penetrÕme-tro que da valores numa escala variável de 0 (zero) a lOO(cem)
com crescimento diretamente proporcional a rigidez do m a t e r i
-al da b a s e . 0 equipamento a m e r i c a n o , de maior d u r e z a , deu
va-lores de limite de liquidez de 3 a 4% menores que os obtidos
com o equipamento britânico considerados com dureza muito
in-f e r i o r . Este artigo in-foi comentado por Feda e Stopek (20) os
quais achavam que a dispersão encontrada por Norman não era
sõ e principalmente pela diferença de dureza das b a s e s , pois
segundo Casagrande (17) os ensaios de dureza de Ripley m o s
-travam claramente a possibilidade da existência de outros fa
tores que poderiam exercer maior influência nos resultados '
dos limites de liquidez que a dureza da b a s e . Por outro lado,
Tesorieri ( 2 1 ) , baseado em estudos estatísticos de variação
de resultados de ensaio feitos em locais diferentes com s o
-los cujos li mi tes de liquidez variavam entre 30 e 35% obteve
um coeficiente médio de variação de 3 , 3 % , enquanto que Kohoij
tek ( 2 2 ) , usando os mesmos ensaios mas considerando solos no
intervalo de limite de liquidez de 54,8 a 86,4% obteve um co
eficiente médio de variação de 3,6%. Ambos autores mostraram
que a diferença obtida por N o r m a n , 3 a 4 % , pode ser
atribui-da ã diferença de base somente se o coeficiente de variação'
for menor que 2,24%. Norman (23) responde que os coeficien
-tes de variação usando as bases tipo ame ri cana e i n g l e s a , f o
ram r e s p e c t i v a m e n t e , 3,8 e 3,2% perfeitamente de acordo com
os valores obtidos por Tesorieri e Kohoutek.
Outros problemas relacionados com o uso do
aparelho de Casagrande foram sendo observados e , Sowers et al
(24) enumeram alguns tais como:
1) dificuldade de fazer a ranhura em alguns
s o l o s , principal mente aqueles contendo a_
rei a,
2 ) tendência dos solos de baixa p l a s t i c i d a
-de -de -deslisar na concha antes -de fluir
por p l a s t i c i d a d e ,
3) tendência de alguns solos de baixa
plas-ticidade de se liquefazer antes de fluir
por plas ti ci d a d e ,
4) pequenas diferenças nas a p a r e l h a g e n s , co
mo a forma do cinzel ,
5} influência do operador na execução da pro
f u n d i d a d e , forma e alinhamento da canel_u
r a , velocidade da o p e r a ç ã o , observação
oportuna do ponto de fechamento da
canelu-ra e falta de s i s t e m a t i z a ç ã o , perfeição na
homogeneização do s o l o ,
Kumapley et al (5) estudaram a influência do
atrito e do declive decorrente da rugosidade da concha nos
va-lores dos limites de liquidez de alguns solos de Ghana e
con-cluiram que para as amostras de argila os resultados não eram
afetados enquanto que para os solos micaceos geral mente os
va-lores do limite de liquidez aumentavam proporcionalmente com a
r u g o s i d a d e , ate um certo grau a partir do qual não mais havia
di f e r e n ç a .
Freitas Júnior (25) estudou os limites de con
sistência de solos paulistas chegando ãs seguintes c o n c l u s õ e s :
a) as dimensões e peso da concha não afetam
sensivelmente os valores do li mi te de 1 i
-qui dez;
b) o tipo de material da base causa muito p e
-quena variação nos r e s u l t a d o s , desde que o
coeficiente de restituição seja maior que
80%; este c o e f i c i e n t e , determinado pela es_
fera de aço por um método s i m p l e s , caracte
riza bem o material da b a s e , dispensando
-se outros métodos como o da determinação
1da dureza ( R o c k w e l 1 ) , de precisão muito
grande para os fins p r o p o s t o s ; em três
a-mostras e n s a i a d a s , os valores do limite de
liquidez diminuiram em cerca de 10% em m é
-d i a , utilizan-do-se vários tipos -de bases
com coe fiei entes de restituição variando
na faixa de 53 a 9 0 % ;
c) o método de preparação da a m o s t r a , a p a r
-tir da secagem p r é v i a , pode influir decisj^
vãmente nos resultados dos limites de
con-sistência ;ensai os realizados com solos ori^
undos de basalto evidenciaram que o tempo de
manipulação da a m o s t r a , isto é , da
opera-ção com a espátula m e t á l i c a , pode variar
em ate" 10% os valores do limite de l i q u i
-dez e no traçado da curva de flui-dez os
últimos pontos (maiores umidades) apresen_
tavam maiores d i s p e r s õ e s , pois a a m o s t r a ,
para estes p o n t o s , sofria um processo de
homogeneização mais i n t e n s o .
2.3.2 - Hedi da do limite de liquidez com o Cone de Penetração
A maior desvantagem do aparelho de
Casagran-de e que o limite Casagran-de liquiCasagran-dez e obtido por um ensaio Casagran-de
císa-Ihamento dinâmico o qual ocasiona problemas fundamentais para
a interpretacão do comportamento de alguns solos como foi
in-dicado no subcapítulo a n t e r i o r . E n t ã o , parece lógico que um _a
parelho que substituisse o de Casagrande deveria ser aquele
com o qual o cisalhamento fosse do tipo e s t á t i c o .
0 Cone de Penetração no qual uma carga e s t á
-tica aplicada através de um cone é permitida penetrar na
su-perfície do solo úmido satisfaz essa condição de maneira que
o problema e reduzido a encontrar uma relação entre a
resis-tência ao cisalhamento do solo e a percentagem de umidade que
corresponde ao limite de liquidez.
Na S u é c i a , o método preferido para a determj_
nação do limite de liquidez é o ensaio de cone "fall-cone test",
originalmente desenvolvido pelo "Swedish State Railways" e n
-tre 1914 e 1922 e usado desde então como parte do
procedimen-to para classificação de solos ( 2 6 ) . Neste ensaio assume-se
que a resistência ao cisalhamento de um solo a uma penetração
constante do cone Ó diretamente proporcional ao peso do cone.
Pesquisas na Suécia (26) mostraram que a resistência ao
cisa-lhamento nao drenado e uma função de penetração e do peso do
cone e pode ser expressa pela seguinte equação:
c = k p / h
2c = resistência ao cisalhamento não d r e n a d o ,
p = peso do c o n e ,
h = profundidade de penetração do c o n e ,
k = uma constante que depende principal mente
do angulo do cone e ainda da v e l o c i d a d e '
de cisalhamento e sensibilidade do s o l o .
0 cone padrão usado na Suécia tem um peso de
60g e um angulo de 6 0 ° . A percentagem de umidade correspon
-dente ao limite de liquidez e dada pelo "número de finura" (fi_
neness number) o qual é definido como a percentagem de
umida-de para a qual a penetração do cone é igual a lOmm.
Karlsson ( 2 7 ) , num estudo comparativo de 1 i
-mites de liquidez obtidos com o cone de penetração e com o
aparelho de C a s a g r a n d e , mostrou que existia uma razoável c o r
-respondência entre os valores numéricos do "número de finura"
e a percentagem de umidade correspondente ao limite de l i q u i
-dez obtido como aparelho de Casagrande quando os limites de
liquidez estavam próximos de 4 0 % . A valores maiores o n ú m e r o
1de finura tendia a ser menor que o limite de liquidez obtido
1pelo aparelho de C a s a g r a n d e . Karlsson mostrou ainda que a r e
-sistência de solos ao cisalhamento medida com o ensaio de
Va-ne é muito mais consistente ao número de finura que ao limite
de liquidez de C a s a g r a n d e .
0 método do cone de penetração foi i n t r o d u z ^
do na R ú s s i a , conforme citação de Sherwood ( 4 ) , por V a s i l e v e m
1 9 4 9 . 0 equipamento também ê simples e consiste em um cone de
aço com peso de 76g e ângulo de 3 0 ° . A penetração de 10 mm e
tomada para indicar o limite de l i q u i d e z ; o teor de umidade
correspondente ã" penetração de lOmm é encontrado por t e n t a t i
-v a , plotando-se a penetração obtida a -vários teores de
umida-d e . Melhoramentos no aparelho umida-de Vasilev têm siumida-do feito por
vários pesquisadores da Europa Oriental e todos eles concor
-dam que a penetração de lOmm não corresponde exatamente ao li_
mi te de liquidez de C a s a g r a n d e , exceto para valores bai xos ;pji
ra valores altos a diferença entre os dois métodos torna-se
grande; as equações seguintes relacionam o limite de liquidez
obtido pelo método russo ( L
c) e o aparelho de Casagrande ( L L ) :
LL = 1,5 Lc - 7,4 (segundo Stefanov)
LL = 1,2 Lc - 5,3 (segundo Bozinovic)
LL = 1,2 Lc - 3,7 (segundo Matschak e
Rie-tschel)
Sowers et al (24) obtiveram uma relação
e-quivalente a encontrada por S t e f a n o v .
Correlação entre valores do limite de li
-quidez conforme Casagrande e Valisev foi estudada por Skopek
(28) para 236 a m o s t r a s ; dividindo os solos em grupos conforme
a porcentagem de finos e a atividade coloidal e estabelecendo
relações para cada g r u p o , ele concluiu não haver sentido para
fins práticos na utilização das correlações destes sub-grupos,
isto e , a correlação geral dava resultados bem c o m p a t í v e i s . A
presentamos a seguir a equação de Skopek para o total de amos_
tras e de outros autores por ele citados:
LL = 1,4 Lc - 10,7 (segundo Skopek)
LL = 1,3 Lc - 4,8 (segundo Feda)
LL = 1,5 Lc - 6,4 (segundo Piaskowski)
Na í n d i a , Uppal et al ( 1 3 ) , após sucessivos
e s t u d o s , encontraram que utilizando um cone com um peso igual
a 148g e um angulo de 31° o limite de liquidez correspondia a
uma penetração de 25mm. Para 40 solos cobrindo uma faixa de
limite de liquidez de 20 a 85% eles mostraram uma boa relação
entre o limite de liquidez de Casagrande e o do cone indicado,
exceto para valores abaixo de 2 5 % , para os quais o
penetrome-tro dã resultados mais a l t o s .
Nos E U A , Sowers et al ( 2 4 ) , do Geórgia
Ins-titute of T e c h n o l o g y , introduziram em 1959 o método do cone
de penetração; o cone tem um peso de 75g e um ângulo de 30°.0
limite de liquidez e o teor de umidade que corresponde a uma
penetração de lOmm; para solos com limite de liquidez acima
de 40% o cone da valores muito b a i x o s , enquanto que para valo
res abaixo de 40% os resultados s ã o , ao c o n t r a r i o , muito a l
-t o s . Para conver-ter os valores do limi-te de liquidez do cone
nos valores do limite de liquidez de Casagrande e usado um no_
m o g r a m a d e c a l i b r a ç ã o .
Na F r a n ç a , o Laboratoire Central de Ponts et
Chaussees - LCPC desenvolveu um método (29) usando um cone com
peso de 80g e ângulo de 3 0 ° . 0 cone foi montado num aparelho
standard usado comumente para a determinação do valor de pene_
tração de a s f a l t o s . 0 procedimento do LCPC envolve a d e t e r m i
-nação de penetração do cone a vários teores de umidade; os re
sultados são plotados num sistema de coordenadas c a r t e s i a n a s ,
em escala logarítmica onde a abscissa representa os valores da
percentagem de umidade do solo e a ordenada representa os
va-lores de penetração conforme a razão:
Q / h
2onde:
Q = peso do c o n e ,
h = profundidade de penetração
Os resultados obtidos no LCPC mostram que
estas relações são lineares e paralelas para diferentes solos.
No e n t a n t o , a penetração no teor de umidade correspondente ao
limite de liquidez não ê constante; daí decorreu uma outra al_
ternativa de p roce d i m e n t o , no qual o li mi te de liquidez de Ca_
sagrande é lido por meio de uma linha de calibração derivada '
da penetração (h) do cone em função do limite de liquidez de
C a s a g r a n d e . Esta linha Õ obtida m a r c a n d o - s e , para um certo nO
mero de solos de limite de liquidez (Casagrande) conhecido ,
2
estes limites de liquidez em cada reta da função log Q/h =
f (log w ) , onde Vi e o teor de u m i d a d e , e em seguida
traçando-se a melhor reta com os pontos assim o b t i d o s . 0 teor de umida^
de na intersecção desta linha de calibração com cada reta da
função log Q/h = f (log W ) da então o limite de liquidez (Ca_
sagrande) para um solo q u a l q u e r .
Paute e Mace ( 3 0 ) , do Laboratoire Regional
de S a i n t B r i e u c , F r a n ç a , também estudaram os limites de c o n
-sistência com o uso do cone de p e n e t r a ç ã o . Chegaram a
conclusão de que a utilização do método do cone como conduzido p e
-los suecos (27) da resultados compatíveis com os limites de
Atterbe r g , principal mente o limite de liquidez.
Ainda na F r a n ç a , o LCPC efetuou novos e s t u
-dos em 1 9 7 1 . Anon (-29) e Leflaive (9) utilizaram o método do
cone e recomendaram a adoção de um cone com peso de 80g e um
angulo de 3 0 ° . Eles indicaram que o teor de umidade correspon_
dente a uma penetração de 17mm seria perfeitamente a c e i t á v e l ,
com o limite de liquidez do s o l o .
No B r a s i l , Scherrer (31) utilizou um cone de
90 com um equipamento e método diferentes dos ja citados.Seu
método consistiu essencialmente em determinar a penetração do
cone com uma carga de 1 kg em uma amostra ú m i d a . Natural mente
a penetração é uma função assintotica a penetração de e q u i l í
-b r i o . Nesta p e n e t r a ç ã o , a carga ê dividida pela área entre o
cone e a superfície da amostra e esta pressão de equilíbrio Ó
plotada contra a umidade das amostras do mesmo solo numa esca_
la semi-logarítmica. 0 resultado é uma reta. Os resultados.ao
se correlacionar o limite de liquidez convencional contra a
pressão de e q u i l í b r i o , expressos como uma função l i n e a r , quan
do superpostos na relação semi-logarítimica de pressão de
e-quilíbrio versus u m i d a d e , permitem obter o limite de liquidez
pelo cone e s t á t i c o . A crítica mais séria que se pode fazer a
este trabalho é que nao apresenta nenhum estudo es ta tís ti co p_a
ra propÕsito,s de a v a l i a ç ã o .
Na Inglaterra foi feito um estudo com 26 so
los por Sherwood e Ryley (4} do Road Research L a b o r a t o r y , ut_i_
l i z a n d o
lo equipamento e procedimentos seguidos pelo LCPC.Eles
mostraram que a correlação entre o limite de liquidez o b t i d o '
com a linha de calibração de LCPC e o limite de liquidez obtido
com o aparelho de Casagrande foi muito p o b r e . No e n t a n t o , uma
linha de calibração aparentemente obtida por tentativa mostrou
uma correlação satisfatória. Eles ainda pesquisaram as p o s s í
-veis causas de erros no uso do cone e indicaram que essas
se-ri am:
a) o tempo durante o qual o cone Ó deixado
penetrar no s o l o ,
b) o desgaste da ponta do c o n e ,
c) a textura da superfície do c o n e ,
d) o efeito do o p e r a d o r .
Eles conduziram depois um limitado estudo de
repetibilidade utilizando um solo com o qual o ensaio foi r e
-petido oito v e z e s . 0 desvio-padrão obtido foi de 0 , 7 , enquanto
para o mesmo solo o desvio-padrao com o aparelho de Casagrande
foi de 1,0. Em termos de reprodutibilidade ensaiaram três s o
-l o s , uti-lizando oito o p e r a d o r e s , embora no mesmo -laboratório ,
e chegaram a melhores resultados com o c o n e . Segundo estes a u
-t o r e s , ha uma grande -tendência na subs-ti-tuição da de-terminação
do limite de liquidez com o aparelho de Casagrande pelo uso do
cone de p e n e t r a ç ã o .
Pinto et al (10) fizeram um pequeno estudo
em cinco solos no Laboratório Central do D N E R , seguindo os pro
cedimentos de Sherwood e Ryley
( 4 ) . Utilizando a mesma linha
de calibração encontrada por e s t e s , chegaram a resultados s a
-t i s f a -t ó r i o s , principalmen-te com relação a argila orgânica; o
ensaio d e s t a , quando executado com o aparelho de Casagrande ,
torna-se demorado e algumas vezes d i f í c i l .
CAPÍTULO 3
OBJETIVO DA PESQUISA
Os métodos de classificação de s o l o s , para
seu uso como material estrutural na engenharia c i v i l , e s p e c i
almente em engenharia rodoviária e de f u n d a ç õ e s , estão b a s e a
dos em ensaios empíricos de l a b o r a t ó r i o . A fidelidade dos r e
-sultados destes ensaios é de grande importância para este pro
pÕsito de classificação.
0 objetivo deste trabalho foi estudar a varj_
abilidade de quatro ensaios utilizados para fins de c l a s s i f i
-cação de s o l o s . 0 estudo abrangeu os aspectos de repeti bi 1 i dji
de e reproduti bi lidade dos ensaios de P l a s t i c i d a d e , Analise
Granulométrica e Densidade R e a l .
0 estudo de repetibilidade foi conduzido em
um laboratório com um sÕ operador e o mesmo e q u i p a m e n t o . Por
outro l a d o , para o estudo de reprodutibilidade contou-se com
a cooperação de 16 laboratórios dos quais 3 foram de Universi_
d a d e s , 8 de Organizações Rodoviárias e 5 de Empresas Consulto
r a s .
Os resultados são analisados por meio de t é ^
nicas simples de analise estatística e comparações são mostra
das entre os resultados de repetibilidade e reprodutibi1i
da-d e . Alem da-do mais o trabalho incluiu uma revisão critica da-das
metodologias das normas utilizadas para execução dos e n s a i o s .
CAPITULO 4
MATERIAIS USADOS NA PESQUISA
Para a escolha dos solos a serem utilizados
nesta p e s q u i s a , decidiu-se selecionar aqueles que permitiriam
abranger uma ampla faixa de variação de plasticidade e cujos
modos de formação foram reconhecidamente d i f e r e n t e s . Ao m e s
-mo tempo tratou-se de incluir aqueles materiais que são uti lj_
zados nas obras de engenharia civil ou que tenham potencial
de u t i l i z a ç ã o .
Desta maneira selecionaram-se onze solos na
turais e três solos beneficiados provenientes de usinas i n
-dustriais os quais foram: um caulim ( 3 2 ) , uma montmori1onita
cálcica (33) e uma montmori1onita sódica ( 3 3 ) . Ademais
prepa-raram-se no laboratório duas misturas a r t i f i c i a i s , uma
mistu-rando-se a amostra n° 1 com a amosltra n° 16 na proporção de
80:20 respectivamente e a outra com as mesmas amostras na
proporção de 6 0 : 4 0 .
A posição geográfica desses s o l o s , p r o v e n i
-entes do Estado da P a r a í b a , ê mostrada na Figura 4 . 1 .
A o r i g e m , modo de formação e utilização
atu-al ou potenciatu-al são dados na Tabela 4.1 que ao mesmo tempo i_n
dica o código numérico associado aos diferentes solos e usado
para os propósitos de identificação durante este t r a b a l h o .
F i g u r a 4.1 Mapa do E s t a d o da Paraíba mostrando a posição geo-gráfica dos s o l o s u t i l i z a d o s na p e s q u i s a .
1
Arei aargi losi_[ Solo transportado Jazida J a r a
-tosa
r a c a , imediações de Campina
usado em argamassa de alvenaria
Grande
e solo-cimento para base de rod<j
v i a .
2
Arei a-si 1 to-argi_ Solo transportado- Jazida R i a -
Usado em concreto de c i m e n t o .
losa
cho M a r i n h o , km 10 L . E . estrada
•
Campina Grande-Massaranduba
3
Arei a-si 1 tò-argi_ Solo residual- Jazida Maciel , Usado na construção da BR-104.
1 osa
km 7 B R - 1 0 4 , trecho Campina
Grande-Quei m a d a s .
Argi la-areno-si'2 Solo laterTtico de formação Bar Usado como revestimento primário
tosa
reiras- Jazida Sape-Mari , L D .
na Rodovia
PB-151; pode ser
utili-P B - 5 5 , trecho Mari-Guarabira.
zada em b a s e .
Argi la-areno-siJ_ Solo laterTtico- Jazida Areia Usado como base na Rodovia B R - 2 3 0 .
^—s
