Relatório - Coleta de Solo e Teor de Umidade

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG
Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar – CCTA
Unidade Acadêmica de Ciências e Tecnologia Ambiental – UACTA
Curso: Engenharia Civil
Área: Geotecnia
Relatório – I: Determinação do Teor de Umidade dos Solos
Professor: Pós-D.Sc Saul Barbosa Guedes;
Aluno: Vinícius Nunes Wanderley Monteiro; Matricula: 915210323
Disciplina: Mecânica dos Solos Experimental;
Pombal / Paraíba
24 de maio de 2018
Apresentação
Neste relatório será apresentado o processo de coleta de amostra deformada de solo, retirada no dia 26 de abril de 2018, do local “Loteamento Santo Amaro” em Pombal-PB, e a determinação do seu teor de umidade através da realização de ensaios pelos seguites métodos: Método da estufa; Método do álcool, Método do Speedy; Método da balança, verificando suas características como, por exemplo, precisão, praticidade e tempo de realização. Ensaios estes realizados no dia 10 de maio de 2018, na central de laboratórios 2, no laboratório de resíduos sólidos da Universidade Federal de Campina Grande, Campus Pombal, sob supervisão e auxílio do professor da disciplina de Mecânica dos Solos Experimental, professor Pós-D.Sc Saul Barbosa Guedes, no período letivo 2018.1. 
Sumário
1.0 – Introdução	4
2.0 – Revisão Teórica	5
2.1 – Obtenção da Amostra Deformada de Solo	5
2.2 – Determinação do Teor de Umidade	5
2.2.1 – Método do Speedy	6
2.2.2 – Método da Estufa	7
2.2.3 – Método da Balança Medidora de Umidade	8
2.2.4 – Método do Álcool	8
3.0 – Objetivos	9
3.1 – Objetivo Geral	9
3.2 – Objetivos Específicos	9
4.0 – Procedimentos Metodológicos Adotados Para Realização do Ensaio	10
4.1 – Materiais Utilizados no Ensaio	12
4.2 – Execução do Ensaio	12
4.2.1 – Execução do Ensaio do Método do Speedy	13
4.2.2 – Método da Balança Medidora de Umidade	13
4.2.3 – Método do álcool	14
4.2.4 – Método da Estufa	15
5.0 – Resultados Obtidos	17
5.1 – Método do Speedy	17
5.2 – Método da Balança Medidora de Umidade	17
5.3 – Método do Álcool	17
5.4 – Método da Estufa	18
6.0 – Conclusão	20
7.0 – Referências Bibliográficas Consultadas	21
1.0 – Introdução
	Os solos são materiais que resultam do intemperismo ou meteorização das rochas, por desintegração mecânica ou decomposição química. (CAPUTO, 1983). 
O estudo deste material é de suma importância para o engenheiro civil, dado que ele é o local onde se desenvolvem todas as atividades construtivas, é através da análise deste que poderá ser feita uma classificação do solo.
A realização dos ensaios, que serão detalhados posteriormente, nos fornece o teor de umidade do solo, conhecer tal teor é de extrema importância para se ter uma previsão de como o solo se comportará quando utilizado na construção civil, como, por exemplo, na construção de barragens e de terraplenagens para estradas.
As amostras deformadas de solo coletadas do “Loteamento Santo Amaro”, foram identificadas como sendo dos poços de número 35 e 40. E os ensaios de teor de umidade foram realizados apenas na amostra do solo do poço de número 40.
2.0 – Revisão Teórica
2.1 – Obtenção da Amostra Deformada de Solo
Segundo a norma rodoviária DNER-PRO 003/94, amostra deformada é aquela em há destruição de estrutura na operação de coleta, embora mantidas as dimensões e proporções de seus constituintes. 
Para fins de engenharia, pouco interessa a camada superficial, (horizonte A) da qual participam componentes orgânicos e elementos transportados. Geralmente esta é retirada por terraplanagem para a execução de uma obra, e por isso antes de ser colhida uma amostra, a superfície do solo normalmente é raspada. (ALMEIDA, 2005)
Portanto, para este tipo de amostragem deve-se inicialmente, fazer uma limpeza no local de trabalho, retirando a vegetação superficial, raízes e qualquer outra matéria estranha ao solo, para só depois iniciar o processo de coleta da amostra.
Após ser feita a perfuração, a norma rodoviária DNER-PRO 003/94 diz que 
“Devem ser coletadas amostras de todas as camadas de solo atravessadas. Quando uma delas for retirada, deve-se anotar no boletim de sondagem a razão pela qual não foi coletada. Em frente ao local a ser prospectado, é colocada uma lona onde serão depositadas as amostras coletadas. Avançando-se a sondagem, o solo removido é colocado em montes individuais, em ordem de profundidade. Devem ser sempre iniciados novos montes quando forem encontradas diferenças significativas nos materiais. Para se preparar uma amostra representativa de uma camada, juntam-se os montes individuais que tenham as mesmas características, colocando-se em sacos de lonas ou plástico.”
2.2 – Determinação do Teor de Umidade
Segundo Sousa Pinto (2006): 
“Num solo, só parte do volume total é ocupado pelas partículas sólidas, que se acomodam formando uma estrutura. O volume restante costuma ser chamado de vazios, embora esteja ocupado por água ou ar. Deve-se reconhecer, portanto, que o solo é constituído de três fases: partículas sólidas, água e ar; e que o comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma das três fases.”
Como afirma Sousa Pinto, as quantidades dessas partículas de ar e agua variam de acordo com a ação de agentes, como por exemplo a evaporação, onde esta reduz a quantidade de água presente no solo substituindo-a por ar, ou a compressão do solo, que pode acarretar na saída de água e ar, diminuindo assim o número de vazios.
O solo no que se refere às partículas que o constituem, permanece o mesmo, mas seu estado se altera. As diversas propriedades do solo dependem do estado em que se encontra. (SOUSA PINTO, 2006)
A umidade do solo influencia diretamente o volume de água nele armazenado, bem como a sua resistência e a compactação, entre outros fatores. Logo é de grande importância o conhecimento da umidade do solo para estudos de movimento da água no solo. (BERNARDO et al., 2006).
Segundo Caputo, define-se como umidade (h) de um solo a razão entre o peso da água contida num certo volume de solo (Pa) e o peso da parte sólida existente nesse mesmo volume (Ps), expressa em porcentagem: 
Ou também pode ser calculado pela fórmula: 
Onde: 
PBU = Peso bruto úmido (peso da cápsula + peso do solo úmido); 
PBS = Peso bruto seco (peso da cápsula + peso do solo seco); 
P(capsula) = Peso da cápsula.
Os ensaios realizados para a determinação do teor de umidade do solo foram o dos seguintes métodos:
2.2.1 – Método do Speedy
Este ensaio consiste na interação entre o solo úmido com o carbureto de cálcio, onde estes são colocados em um recipiente hermeticamente fechado, posteriormente isso acarretarará na formação de gás acetileno, que irá gerar uma pressão interna. O recipiente hermeticamente fechado possui um monometro que registrará esta pressão, e por uma tabela pode-se descobrir o teor de umidade. Segundo o DNER-ME 052/94 o peso da amostra a ser utilizada é estimado pela umidade que se admite a amostra possuir, de acordo com a tabela a seguir:
Tabela 1 – Peso amostra em função da umidade admitida.
	Umidade estimada, %
	Peso da amostra, g
	5
	20
	10
	10
	20
	5
	30 ou mais
	3
Fonte: Norma Técnica de Determinação do Teor de umidade do DNER-ME 052, 1994.
2.2.2 – Método da Estufa
Este método consiste em, segundo o DNER (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem), pegar uma amostra do solo em questão e coloca-la em um recipiente, reviamente já pesado com sua respectiva tampa, lava-lo a uma estufa durante 15 a 16 horas a uma temperatura constante entre 110ºC ± 5ºC, e apenas retirar de lá quando sua massa se tornar constante.
A quantidade da amostra deve ser equivalente à quantidade prescrita pelo método do ensaio. Caso não haja indicação dessa quantidade, adotar as massas mínimas constantes na tabela a seguir (DNER-ME 213/94).
Tabela 2 – Massas mínimas das amostras de material úmido, em função do tamanho máximo das partículas.
	Tamanho máximo das partículas mm (peneira)
	Massa mínima da amostra úmida g
	0,42 (nº 40)
	10
	4,8 (nº 4)
	100
	12,5
	300
	25,0
	500
	50,0
	1000
Fonte: Norma Técnica de Determinação do Teor de umidade do DNER-ME 213, 1994.2.2.3 – Método da Balança Medidora de Umidade
Este método determina o teor de umidade de uma amostra, possuindo em seu sistema duas unidades, uma de pesagem e uma de aquecimento (infravermelho). 
Segundo a empresa Mettler Toledo, uma das fabricantes da balança, a balança de umidade é feita de dois componentes, uma unidade da balança e uma unidade de aquecimento. Para medir o teor de umidade, o peso inicial da amostra é registrado; em seguida, um radiador aquece e seca a amostra enquanto a balança integrada continuamente registra o peso da amostra. Quando a amostra já não perde peso, o instrumento é desligado e o teor de umidade é calculado. A perda total de peso é usada para calcular o teor de umidade.
2.2.4 – Método do Álcool
Segundo o DNER ME 088/94, este método fixa o modo pelo qual se determina a umidade de solos e de agregados miúdos pelo emprego de álcool etílico. A umidade se determina pela adição de álcool à amostra e a sua posterior queima. Este método é empregado quando autorizado pela Fiscalização da obra. Necessita de da utilização de 50g de solo passado na peneira de 2,0mm conforme prevista no manual.
3.0 – Objetivos
3.1 – Objetivo Geral
Este trabalho tem por objetivo geral determinar o teor de umidade das amostras deformadas de solo do poço de número 40, localizado no loteamento Santo Amaro em Pombal-PB.
3.2 – Objetivos Específicos
		Tem-se como objetivo específico:
a) Descrever o processo de coleta de amostra deformada.
b) Descrever o processo de realização dos ensaios de determinação do teor de umidade do solo coletado.
c) Análise dos ensaios de determinação do teor de umidade, segundo sua precisão, velocidade de realização e praticidade.
4.0 – Procedimentos Metodológicos Adotados Para Realização do Ensaio
	Inicialmente foi retirado uma amostra deformada de solo de aproximadamente 20kg, para que se tornasse possível o estudo do mesmo, estimando suas características, tais amostras são referentes aos poços de número 35 e 40, localizados no loteamento Santo Amaro, no município de Pombal-PB.
Figura 1 - Identificação das amostras. Fonte: autor.
	A amostra do poço de número 35 foi retirada à 30cm da superfície, e a amostra do poço 40 foi retirada à 95cm da superfície vertical, após a retirada da amostra de aproximadamente 20kg de cada poço, foi colocado papel cartão envolto em plástico dentro do saco de cada amostra e fora para a sua identificação.
Figura 2 - Coleta das amostras dos poços de número 40 e 35, respectivamente. Fonte: autor.
Figura 3 - Medição de profundidade de escavação dos poços de número 40 e 35, respectivamente. Fonte: autor.
No laboratório de resíduos sólidos da Universidade Federal de Campina Grande, campus Pombal, uma parte do solo retirado das amostras foi colocado em uma bandeja para cada, assim o solo foi perdendo umidade, e para efetivar este processo foram expostas ao sol para que secassem mais rápido.
O solo do poço de número 40, o único utilizado para realização dos ensaios de teor de umidade, foi destorroado, afim de se desfazer dos torrões, porém com muito cuidado para não quebrar os grãos e alterar sua granulometria, e posteriormente, passado na peneira de nº10 (2,0mm), com a finalidade de uniformizar a granulometria em todos os ensaios. O peso final obtido de solo destorroado e peneirado para realização dos ensaios foi de 200g.
Como o solo já estava na bandeja a duas semana e foi exposto ao sol para secagem, foi simulado um percentual de 13% de umidade para que os ensaios pudessem ser realizados, pois se realizados com o teor atual de água nos daria um teor de umidade muito baixo, então foram adicionados 26ml de água ao solo, pois sendo o peso da amostra de 200g, 26ml de água corresponderia a 13% deste peso.
Figura 4 – Bandeja com amostra do solo do poço de número 40.
Figura 5 - Peneiramento e umidificação da amostra de solo, respectivamente. Fonte: autor.
A maior observação vai para o método do álcool, que foi realizado duas vezes, pois o mesmo se demonstrou impreciso da primeira vez, dando um teor de umidade não condizente com os demais métodos, assim na segunda vez que realizado ele se demonstrou mais eficaz. Possíveis fontes de erro podem ter sido, por parte do operador onde este ao mexer o solo durante a queima deixou cair parte de sua massa para fora do recipiente alterando assim o peso do solo, ou imprecisão da balança utilizada na pesagem do solo úmido e do solo seco, pois na segunda realização, onde o teor condizia com os demais métodos, utilizamos outra balança, esta mais precisa que aquela.
O método do Speedy também foi realizado duas vezes, a segunda apenas com finalidade de verificação, onde se demonstrou condizente todas as duas vezes com os demais métodos.
4.1 – Materiais Utilizados no Ensaio
Os materiais utilizados para a realização dos métodos de determinação do teor de umidade do solo foram: 
•	Bandeja de plástico;
•	Almofariz de porcelana;
•	Mão de grau de porcelana;
•	Peneira Nº 10 (2,0 mm) em aço inox;
•	Cápsulas de alumínio; 
•	Balanças com capacidade de 5 kg e 1 kg, e precisão respectivamente de 5g e 0,01g;
•	Balança medidora de umidade;
•	Álcool etílico;
•	Fósforo;
•	Proveta Graduada;
•	Água (deveria ser utilizada água destilada);
•	Estufa capaz de manter a temperatura de 105 a 110 °C;
•	Kit do Speedy (01 recipiente com tampa de pressão e manômetro, 01 balança portátil, 01 escova para limpeza, 01 anel vedante para tampa, 01 caixa com 100 ampolas com 6,5 gramas de carbureto de cálcio, 01 espátula, 01 flanela, 01 par de esferas de aço, 01 estojo e 01 instruções de uso).	
4.2 – Execução do Ensaio
Os ensaios foram realizados pelos alunos Cícero Jefferson, Danilo Leandro, Danylo de Andrade, Marcelo Laédson e Vinícius Nunes, do curso de engenharia civil da Universidade Federal de Campina Grande, campus Pombal, sob supervisão do professor da disciplina Mecânica dos Solos Experimental Pós-D.Sc Saul Barbosa Guedes.
4.2.1 – Execução do Ensaio do Método do Speedy
A aparelhagem necessária para a realização desse ensaio é o conjunto do aparelho speedy (recipiente de pressão, tampa com manômetro, esferas de aço, grampos para prender a tampa) e ampolas com cerca de 6,5g de carbureto de cálcio (CaC2). O peso da amostra de solo a ser utilizado é definido pela tabela aqui já citada (Tabela 1). Primeiramente pesa-se a amostra de solo e a coloca no recipiente do aparelho, introduz-se também as duas esferas de aço e a ampola de carbureto de cálcio, com cuidado para que esta não se quebre, fecha-se o aparelho e o agita-se repetidas vezes para que as esferas de aço quebrem a ampola, que pode ser verificada pelo surgimento de pressão no manômetro, lê-se esta pressão manométrica após esta se manter constante no medidor, que significa que o carbureto já reagiu com toda a água existente, observando que a leitura foi maior que 20kPa e menor que 150kPa (valores para os quais o ensaio deve ser feito novamente, menor que 20kPa e maior que 150kPa), consulta a tabela e descobre a percentagem da umidade do solo, em relação à amostra total úmida, com os valores da pressão e do peso da amostra.
Figura 6 – Balança e conjunto de aparelhamento do Speedy. Fonte: Autor
4.2.2 – Método da Balança Medidora de Umidade
Inicialmente tara a balança com o peso da bandeja onde se colocará a amostra de solo, posteriormente adiciona-se uma quantidade de solo em torno de 12g, a balança irá pesar a quantidade de solo ao passo que a unidade de aquecimento da balança esquenta o solo fazendo-o perder umidade, e a balança acompanha esta pesagem de perda de água, quando a massa de solo se mantém constante o equipamento entende que ela já perdeu toda sua umidade, assim soa um sinal para que o operador retire o solo, e através do cálculo do teor de umidade com os valores do solo úmido e de solo seco.
Figura 7 – Balança medidora de umidade. Fonte: Autor
	4.2.3 – Método do álcool
Este ensaio consiste inicialmente na pesagem da cápsula que conterá a amostra de solo, amostra essa que foi passada na peneira de 2,0mm e pesada cerca de 50g numa balança sensível a 0,01g e com capacidadede 200g, depois deposita-se na capsula a amostra e faz a sua pesagem, após isso adiciona-se um volume de 15ml de álcool etílico à amostra e queima-a, segue-se o mesmo procedimento com mais 15ml, e depois, pela última vez, o mesmo procedimento com uma quantidade de 18ml. Pesa-se a capsula com o solo seco e calcula-se pela fórmula aqui já comentada. No ensaio feito foi utilizado 52g de solo na primeira tentativa e 50g de solo na segunda.
Figura 8 – Aparelhamento para realização do método do álcool e sua efetuação. Fonte: Autor.
Figura 9 – Balanças utilizadas no primeiro e segundo ensaio do método do álcool. Fonte: Autor.
		4.2.4 – Método da Estufa
O método da estufa inicia-se com a pesagem da cápsula onde a amostra de solo será armazenada, a amostra é colocada úmida, tampada e pesada, anotando-se esse valor como sendo o peso bruto úmido. Em seguida coloca-se o conjunto na estufa a uma temperatura de 110ºC ± 5ºC, mantendo-o na estufa até que a sua massa se torne constante, após atingir a massa constante a capsula com a amostra é retirada, e espera-se até esta se resfriar, a seguir, ela é pesada e anotada como sendo peso bruto seco. Com estes valores calcula-se o teor de umidade pela razão da diferença entre o peso bruto úmido e o peso bruto seco pelo peso bruto seco e o peso da cápsula: (PBU – PBS) ÷ (PBS-Pcapsula). No ensaio realizado, foram utilizadas três capsulas onde serão definidos seus pesos com, e sem, a amostra de solo, no tópico dos resultados obtidos.
Figura 10 – Cápsulas que receberam a amostra de solo e a estufa em que foram armazenadas. Fonte: Autor.
5.0 – Resultados Obtidos
5.1 – Método do Speedy
A realização deste ensaio durou 2 minutos e 33 segundos, e se demonstrou bastante preciso, dado que a simulação de umidade com a adição de água foi de 13% (26ml) os resultados obtidos foram bastante satisfatórios.
Tabela 3 – Resultados obtidos no ensaio do método do Speedy.
	
	Speedy (primeira vez)
	Speedy (segunda vez)
	Peso do solo úmido (g)
	10
	10
	Pressão no monômetro (atm)
	1,15
	1,35
	Teor de umidade (%)
	13,00
	15,60
5.2 – Método da Balança Medidora de Umidade
Este método durou 20 minutos e 46 segundos, comparado aos outros ensaios é relativamente rápido, e proporciona bons resultados, dado que a percentagem simulada era de 13%, e o teor obtido pela balança foi de 15,27%, sua deficiência é a obtenção do material de operação específico que é essa balança medidora de umidade.
Tabela 4 – Resultados obtidos no ensaio do método da balança medidora de umidade.
	
	Balança medidora de umidade
	Peso do solo úmido (g)
	12,203
	Peso do solo seco (g)
	10,586
	Peso da água (g)
	1,617
	Teor de umidade (%)
	15,27
	
5.3 – Método do Álcool
O método do álcool é um método de obtenção de resultados bastante preciso, porém exige extrema atenção e precisão do operador, é o método onde o operador mais influência, pois exige a precisão na adição da quantidade de álcool e na mistura do álcool com a amostra de solo. O experimento foi realizado duas vezes, por imprecisão da balança, e falha por parte do operador, os resultados obtidos no primeiro ensaio, que durou 33 minutos, não foram satisfatórios, pois, com a umidade simulada de 13%, o resultado de 23,81% se demonstra distante da realidade, já o segundo ensaio, realizado em 26 minutos e 30 segundos, se mostrou mais fiel à percentagem da simulação, com um resultado de 14,21%.
Tabela 5 – Resultados obtidos no ensaio do método do álcool.
	
	Álcool (primeira vez)
	Álcool (segunda vez)
	Peso da cápsula (g)
	118
	117,09
	PBU (g)
	170
	167,09
	PBS (g)
	160
	160,87
	Peso do solo úmido (g)
	52
	50
	Peso do solo seco (g)
	42
	43,78
	Peso da água (g)
	10
	6,22
	Teor de umidade (%)
	23,81
	14,21
5.4 – Método da Estufa
Este método é o mais demorado, isso se dá pelo processo de espera de secagem de solo na estufa, onde as amostras de solo, nas cápsulas A6, A7, A8, foram colocadas na estufa às 16:20 da quinta-feira, e retiradas apenas às 16:20 da sexta-feira. Após o resfriamento das capsulas, e pesagem, foi calculado o teor de umidade em cada uma das amostras, onde se mostraram condizentes entre eles e podem ser verificados na tabela a seguir:
Tabela 6 – Resultados obtidos no ensaio do método da estufa.
	
	Estufa
	
	Capsulas
	
	A6
	A7
	A8
	Peso da cápsula (g)
	22,9028
	23,3897
	29,7334
	PBU (g)
	51,5046
	52,0641
	62,5344
	PBS (g)
	47,3452
	47,6893
	57,5036
	Peso do solo úmido (g)
	28,6018
	28,6744
	32,801
	Peso do solo seco (g)
	24,4424
	24,2996
	27,7702
	Peso da água (g)
	4,1594
	4,3748
	5,0308
	Teor de umidade (%)
	17,02
	18,00
	18,12
	Média do teor de umidade (%)
	17,71
6.0 – Conclusão
	Através dos resultados obtidos pelos diversos métodos de ensaios para a determinação do teor de umidade do solo, podemos concluir que os resultados variam de 13% à 18,12%, o método que se demonstrou mais rápido foi o método do Speedy, pela duração de 2 minutos e 33 segundos, e o mais lento foi o método da estufa com duração de 24h. O método que se demonstrou mais eficaz foi o do Speedy, considerando que o teor de umidade do solo simulado foi de 13%, este foi o teste que obteve maior precisão, no caso em sua primeira realização. O método do álcool é o que exige maior precisão por parte do operador, pois é o mais manual. 
Os métodos feitos para se obter o teor de umidade no campo quando não se dispõe de aparatos tecnológicos são os do Speedy e do álcool, já o da estufa e o da balança são realizados em laboratórios que dispõe da estrutura com os equipamentos necessários. Ao final, dado que o teor de umidade do solo foi simulado para ser cerca de 13%, os resultados do teor de umidade descoberto pelos métodos descritos foram considerados satisfatórios, pois todos giraram em torno da mesma percentagem e da percentagem simulada, com exceção do primeiro ensaio do álcool, que foi repetido posteriormente.
7.0 – Referências Bibliográficas Consultadas
ALMEIDA, G C. Paulo. Caracterização Física e Classificação dos Solos. UFJF, 2005.
BERNARDO, S.; SOARES,A. A.; MANTOVANI, E. C. Manual de Irrigação, 8. ed. Viçosa. UFV. 2006. 625p.
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações. Rio de. Janeiro: LTC, 6ª edição, 1996. 
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. DNER-ME 213/94 – Solos – determinação do teor de umidade. DNER, 1994.
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. DNER-ME 052/94 – Solos e agregados miúdos – determinação da umidade com emprego do “Speedy”. DNER, 1994.
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. DNER-ME 088/94 – Solos – determinação da umidade pelo método expedido do álcool. DNER, 1994.	
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. DNER-ME 003/94 – Coleta de amostras deformadas de solo. DNER, 1994. 
PINTO, Carlos Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos, 3. ed. São Paulo: Editora Oficina de Textos, 2006.
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