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ENSAIOS DE LABORATÓRIO EM GEOTECNIA Prof. Joaquim Teodoro Romão de Oliveira, D. Sc. Prof. Adjunto – UNICAP Eng. Civil – LSI/UFPE Ementa: • Determinação da umidade • Determinação da Densidade Real; • Peso Específico Aparente Natural; • Granulometria; • Limites de Atterberg; • Compactação; • Índice de Suporte Califórnia; • Adensamento; • Cisalhamento Direto. Bibliografia básica: •Massad, Faiçal (2016) – Mecânica dos Solos Experimental– Ed. Oficina de Textos; -Oliveira, J.T.R. (2005) – Prospecção Geotécnica: Ensaios de laboratório, in Geotecnia no Nordeste – Gusmão, A.D., Gusmão Filho, J.A., Oliveira, J.T.R. e Maia, G.B. (Orgs)– Editora da UFPE; •Sousa Pinto, Carlos (2006) – Curso Básico de Mecânica dos Solos – 3ª. Edição - Ed. Oficina de Textos; Bibliografia básica: •Massad, Faiçal (2016) – Mecânica dos Solos Experimental– Ed. Oficina de Textos; Bibliografia básica: Oliveira, J.T.R. (2005) – Prospecção Geotécnica: Ensaios de laboratório, in Geotecnia no Nordeste – Gusmão, A.D., Gusmão Filho, J.A., Oliveira, J.T.R. e Maia, G.B. (Orgs)– Editora da UFPE; ÍNDICES FÍSICOS O solo é constituído por um conjunto de partículas sólidas, formando entre si poros, que poderão estar total ou parcialmente preenchidos pela água. É, pois, no caso mais geral, um sistema disperso formado por três fases : sólida, líquida e gasosa. AR ÁGUA SÓLIDA VAR vAW vS VvaziosVtotal VOLUMES PAW PS De imediato : Vt = Vs + Vv = Vs+Vw + Var Pt = Ps + Pw PESOS PTOTAL Fig. 2 - Esquema das Fases de Uma Certa Porção do Solo ÍNDICES FÍSICOS 100% s w P P h e V V v s n V V v s % 100 S V V w v % 100 A V V a k v % 100 RELAÇÃO GRAVIMÉTRICA - Teor de Umidade (w) RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS - Índice de Vazios - Porosidade - Grau de Saturação - Grau de Aeração ÍNDICES FÍSICOS h t t P V h ( )0 s s t P V h ( )0 sat t t P V S ( 100%) g s s P V g w RELAÇÕES PESO-VOLUME - Peso Específico Natural - Peso Aparente Específico Seco - Peso Específico Saturado - Peso Específico dos Sólidos (Real) - Densidade Relativa dos Grãos (Gs) ÍNDICES FÍSICOS Apresenta-se, aqui, a faixa de variações de alguns dos índices encontrados nos solos, não significa, entretanto, que alguns destes valores extremos sejam valores limites. h = 0 1.000% (w) S = 0 100% A = 0 100% e = 0,1 7 n = 0 100% h = 1,0 t/m3 2,4 t/m3 = 2,5 2,9 (Gs) RELAÇÃO ENTRE OS ÍNDICES FÍSICOS Porosidade : n V V e e v t 1 Grau de saturação : e Gsh S Gs eS h ÍNDICES FÍSICOS Exemplo: Argila orgânica mole – Cais Interno 4 – Porto de Suape - PE 0 5 10 15 20 25 0 50 100 Umidade natural (%) P r o fu n d id a d e ( m ) 0 5 10 15 20 25 0 2 4 Índice de vazios P r o f u n d id a d e ( m ) Determinação da Umidade UMIDADE EM ESTUFA : OBJETIVO : Determinação da umidade em amostras de solos em laboratório, com utilização de estufa. APARELHAGEM : estufa capaz de manter a temperatura entre 105 e 110 C; balança que permita pesar 200g , sensível a 0,01g; cápsulas de alumínio : 4cm x 2cm de altura; pinça metálica. Determinação da Umidade PROCEDIMENTO : pesa-se a cápsula. Toma-se no mínimo 3 cápsulas; coloca-se na cápsula de alumínio a amostra de solo e pesa-se o conjunto (peso bruto úmido); leva-se o conjunto para a estufa. Após 24 horas pesa-se novamente (peso bruto seco). 100 s a P P h CÁLCULO : h - umidade do solo ( % ) Pa - peso de água Ps - peso do solo seco Pa = ( peso bruto úmido - peso bruto seco ) Ps = ( peso bruto seco - peso da cápsula ) Determinação da Umidade EXEMPLO : CÁPSULA ( N o ) 195 191 214 Peso Bruto Úmido – P2( g ) 56,86 55,15 54,22 Peso Bruto Seco – P3 ( g ) 51,02 49,51 48,83 Peso da cápsula – P1 ( g ) 11,41 11,07 12,46 Peso da água – Pa( g ) 5,84 5,64 5,39 Peso do solo seco – Ps( g ) 39,61 38,44 36,37 Umidade – h ( % ) 14,74 14,67 14,82 Umidade Media – hm ( % ) 14,75 - Determinação da Umidade: Speedy OBJETIVO : A umidade é determinada pela pressão do gás resultante da reação da água contida na amostra sobre o carbureto de cálcio da ampola que se introduz no aparelho. APARELHAGEM: Conjunto “SPEEDY”: recipiente ou câmara de pressão com presilhas; tampa com manômetro e borracha de vedação; balança manual; duas esferas de ferro; tabela de utilização e calibração; ampolas com cerca de 6,5 g de carbureto de cálcio ( CaCO2 ). Umidade Prevista Peso da Amostra até 10 % 20 g de 10 a 20 % 10 g de 20 a 30 % 5 g > 30% 3 g Controle da compactação - Determinação da Umidade: Speedy TABELA PARA USO DO UMIDÍMETRO “TIPO SPEEDY” Leitura do Manômetro Percentagem de água contida nas amostras Kg / cm 2 20 g 10 g 5 g 0,1 - 1,2 2,5 0,2 - 2,3 4,8 0,3 2,5 3,5 7,0 0,4 3,1 4,6 9,3 0,5 3,7 5,8 11,6 0,6 4,2 6,9 13,8 0,7 4,7 8,1 16,1 0,8 5,3 9,3 18,5 0,9 5,9 10,4 20,6 1,0 6,5 11,5 23,0 1,1 7,1 12,7 25,2 1,2 7,7 13,8 27,4 1,3 8,3 15,0 29,5 1,4 8,9 16,2 31,8 1,5 9,4 17,3 33,0 1,6 10,0 18,4 35,2 1,7 10,6 19,5 37,5 1,8 11,2 20,7 39,7 1,9 11,8 21,8 42,0 2,0 12,4 23,0 44,3 h h h x 1 1100 100 Correção de umidade Determinação da Densidade Real Ensaio de picnômetro APARELHAGEM : •peneira de 2,0mm ; •balança com capacidade de 200g, sensível a 0,01g ; •estufa capaz de manter a temperatura entre 105o e 110o C ; •picnômetro com capacidade de 50, 250 ou 500ml ; •termômetro graduado em 0,5o C, de 0o a 60o C ; •bico de gás, outra fonte de calor ou bomba de vácuo ; •cápsula de porcelana com 5cm de diâmetro ; •dessecador ; •pegador de madeira ou de metal ; •funil de 5cm de diâmetro . Determinação da Densidade Real Ensaio de picnômetro AMOSTRA : Toma-se a amostra de solo seco preparada de acordo com o ensaio de preparação de amostra para determinação de umidade, isto é, 24 horas na estufa a aproximadamente 105ºC e passando na peneira de 2,0 mm, nas seguintes quantidades : - picnômetro de 50ml — 10g (Mais comum) - picnômetro de 250ml — 25g - picnômetro de 500ml — 50g Determinação da Densidade Real Ensaio de picnômetro PROCEDIMENTO : • pesa-se o picnômetro vazio, seco e limpo ( P1 ). • coloca-se a amostra no picnômetro, com a ajuda de um funil de vidro, tomando cuidado para não perder solo e pesa-se ( P2 ) ; • coloca-se a seguir água destilada no picnômetro até cobrir, com excesso, a amostra • pesa-se o picnômetro e conteúdo ( P3 ) e anota-se a temperatura ( t1 ) ; • retira-se todo o material de dentro do picnômetro ; • enche-se até o traço de referência com água destilada à temperatura t1, pesando-o a seguir (P4). Determinação da Densidade Real Ensaio de picnômetro CÁLCULOS: •densidade real de solos à temperatura (t1) é dada pela seguinte fórmula : t P P P P P P 1 2 1 4 1 3 2 t1 = densidade real do solo à temperatura (t1) ; P1 = peso do picnômetro vazio e seco, em g ; P2 = peso do picnômetro mais amostra, em g ; P3 = peso do picnômetro mais amostra, mais água, em g ; P4 = peso do picnômetro mais água , em g. Determinação da Densidade Real Ensaio de picnômetro EXEMPLO: Picnômetro numero 1 3 Temperatura 20 20 Peso do picnômetro 38,69 38,97 Peso do picnômetro + solo48,69 48,97 Peso do picnômetro + solo + agua 93,66 107,26 Peso do picnômetro + agua 87,44 101,03 Densidade real dos grãos 2,6455 2,6525 Densidade média 2,6490 PESO ESPECÍFICO APARENTE NATURAL • DENSIDADE “IN SITU” COM EMPREGO DO FRASCO DE AREIA : OBJETIVO : Determinação do peso específico aparente do solo seco “in situ” com emprego do frasco de areia AMOSTRA : Solo retirado do furo executado no campo durante o ensaio. APARELHAGEM : a) frasco de vidro ou de plástico com 5,0 litros de capacidade, b) bandeja quadrada de alumínio com cerca de 30cm de lado; c) talhadeira de aço com 30cm de comprimento ; d) martelo de 1kg ; e) colher do frasco de areia e colher (tipo doméstico) f) areia (fração compreendida entre 0,8mm e 0,6mm) lavada, seca e de peso específico aparente seco (sa) conhecido Controle da compactação – procedimento no campo • DENSIDADE “IN SITU” COM EMPREGO DO FRASCO DE AREIA : a) limpa-se a superfície do solo onde será feita a determinação, tornando-a tanto quanto possível plana e horizontal ; b) coloca-se a bandeja nessa superfície e faz-se um furo cilíndrico no solo da espessura da camada quando em solo compactado c) recolhe-se na bandeja o solo extraído do furo, e pesa-se (Ph) ; d) toma-se, imediatamente, uma fração deste solo e determina-se a umidade (h) através dos procedimentos já conhecidos ; e) pesa-se o conjunto (frasco + funil) estando o frasco com areia, tendo-se (P7) ; f) instala-se o conjunto (frasco + funil) de modo que o funil fique apoiado no rebaixo do orifício da bandeja ; abre-se o registro do frasco deixando a areia escoar livremente até cessar o seu movimento no interior do frasco; g) fecha-se o registro, retira-se o conjunto (frasco + funil) pesando o conjunto com a areia que nele restar (P8) . Controle da compactação – procedimento no campo • DENSIDADE “IN SITU” COM EMPREGO DO MÉTODO DO CILINDRO •OBJETIVO : •Determinação da densidade aparente do solo “in situ” APARELHAGEM : a) cilindro metálico de características conhecidas ( peso, volume, altura e diâmetro) e dotado de uma redução na espessura de sua parede no lado inferior; b)placa circular, para transferência de carga, de diâmetro igual ao diâmetro do cilindro, dotada de uma borda que impede que o solo dentro do cilindro sofra influencia desta placa; c) balança com capacidade de 1000g (depende das dimensões do cilindro ), sensível a 0,01g ; d) talhadeira de aço com 30cm de comprimento ; f) cápsula de porcelana com 5cm de diâmetro; g) cápsula para determinação de umidade; h) pegador de madeira ou metal; Controle da compactação – procedimento no campo • DENSIDADE “IN SITU” COM EMPREGO DO MÉTODO DO CILINDRO Anel sendo cravado Retirada do excesso de solo Anel cheio Pesagem do anel RESULTADOS : Anel n o : 120 Area do anel: 80cm 2 Autura: 3cm Volume: 240cm 3 Peso do cilindro: 110,50g Peso do cilindro mais solo: 547,30g Peso do solo no cilindro: 436,80g Peso específico aparente do solo úmido “in situ” (h): 1,82g/cm 3 Ensaio de granulometria – NBR 7181/2016 -Peneiramento – fração grossa (Pedregulho e areia) -Sedimentação – fração fina (silte e argila) Objetivo: determinar a composição granulométrica do solo Ensaio de Granulometria 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000 Diametro dos grãos (mm) (% ) q ue p as sa SILTE AREIA FINA AR. MÉDIA AR.G PEDREGULHO ARGILA Pedr egul ho = 01 Ar ei a gr ossa = 04 Ar ei a médi a = 55 Ar ei a f i na = 14 Si l t e = 10 Ar gi l a = 16 Curva granulométrica Fábrica PET – Suape Shelby BH4 4,5 – 5,0 m Ensaio de granulometria – NBR 7181/2016 -Peneiramento – fração grossa (Pedregulho e areia) APARELHAGEM: a) peneira de 50 - 38 - 25 - 19 - 9,5 - 4,8 - 2 - 1,2 - 0,6 - 0,42 - 0,30 - 0,15 - 0,075mm. b) agitador para peneiras, com dispositivo para fixação capacidade 6, incluindo tampa e fundo. c) balança com capacidade de 200g, sensível a 0,01g. d) balança com capacidade de 2kg, sensível a 0,1g. e) estufa capaz de manter a temperatura entre 105o e 110o C. f) cápsula com capacidade de 500ml. g) cápsula de alumínio. h) escova de aço. Ensaio de granulometria – NBR 7181/2016 -Peneiramento – fração grossa (Pedregulho e areia) PROCEDIMENTO: Toma-se 1500g para solos siltosos e argilosos ou 2000g para solos arenosos. Devemos agora peneirar esta amostra na peneira 2,0mm( No 10 ), o material que ficar retido na peneira deve ser lavado sem ser retirado da peneira, com o auxílio de jato d´agua, visando remover qualquer grão de dimensão menor que 2,0mm ; a seguir coloca-se na estufa até constância de peso. Devemos agora inicializar o peneiramento; o material retido na peneira de 2,0mm deve ser passado nas peneiras de diâmetro superior a 2,0mm Ensaio de granulometria – NBR 7181/2016 -Sedimentação – fração fina (silte e argila) APARELHAGEM: a)Água destilada; b)Peneiras 2,0-1,2-0,6-0,42-0,3-0,15-0,0075mm( Nº200), tampa e fundo; c)Balança permita pesar 2kg sensível a 0,01g d)Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 e 110 graus celsius; e)Cápsulas com capacidade de 200ml; f)Defloculante, ou seja hexametafosfato de sódio; g)Provetas com capacidade igual a 1000ml; h)Densímetro de bulbo simétrico, calibrado a 20oC e graduado em 0,001(de 0,995 a 1,050); i)Cronômetro; j)Termômetro. Ensaio de granulometria – NBR 7181/2016 -Sedimentação – fração fina (silte e argila) APARELHAGEM: f)Defloculante, ou seja hexametafosfato de sódio; g)Provetas com capacidade igual a 1000ml; h)Densímetro de bulbo simétrico, calibrado a 20oC e graduado em 0,001(de 0,995 a 1,050); i)Cronômetro; j)Termômetro. Ensaio de granulometria – NBR 7181/2016 -Sedimentação – fração fina (silte e argila) Do material que passa na peneira no 10(2,00mm), no ensaio de sedimentação tomam-se duas amostra: Uma de 120g no caso de solos arenosos, ou de 70g no caso de solos argilosos, a qual servirá para o ensaio de sedimentação propriamente dito; e uma de 50g que servira para se obter a umidade higroscopica deste solo. O material separado para o ensaio de sedimentação deverá ser colocado em um becker de 250ml adicionado ao mesmo um defloculante (hexametafosfato de sódio). Ensaio de granulometria – NBR 7181/2016 -Sedimentação – fração fina (silte e argila) Depois de disperso transfere-se o material do becker para a proveta de 1000ml, completando-se a proveta com água destilada até a marca de 1000ml. O próximo passo consiste em agitar a proveta durante um minuto, devemos tampar a boca da mesma com uma das mãos, para evitar que se perca o material em análise, o que poderia mascarar os resultados. Imediatamente após o término da agitação, anota-se a hora exata do início da sedimentação, coloca-se a proveta na bancada e mergulha-se cuidadosamente o densímetro na suspensão e faz-se a leitura para 30seg, 1 min, 2min, 4min, 8min, 15min, 30min, 1h, 2h, 4h, 8h e 25h. Ensaio de granulometria – NBR 7181/2016 Cálculos Planilha do Excel AM. Total AM. Parcial POLEG. mm. 2" 50,80 1 1/2" 38,10 1" 25,40 3/4" 19,10 3/8" 9,52 N o 4 4,76 N o 10 2,00 POLEG. mm. N o 16 50,80 N o 30 38,10 N o 40 25,40 N o 50 19,10 N o 100 9,52 N o 200 4,76 ALTURA DE QUEDA (h.cm) LEITURA CORRIGIDA FINAL(L.C) % < da amostra total CÁPSULA N o PESO BRUTO ÚMIDO PESO BRUTO SECO PESO DA CÁPSULA PESO DA ÁGUA PESO BRUTO ÚMIDO PESO BRUTO SECO PESO DA CÁPSULA DATA UMIDADE (%) UMIDADE MÉDIA (%) dos Grãos (mm)HORA TEMPO DECORRIDO LEITURA (L) TEMP. ( o C) CORREÇAO menisco/temp LEITURACORRIGIDA (L.C) PESO DO SOLO MIÚDO SECO PESO DA AMOSTRA SECA PICNOMETRO N o PESO DO PICNOMETRO PESO DO PICNOMETRO + SOLO CÁPSULA N o PESO DO SOLO ÚMIDO PESO DO PEDREGULHO PESO DO SOLO MIÚDO ÚMIDO PESO DO SOLO SECO % que passa da amostra total PESO QUE PASSA DENSIDADE REAL PESO RETIDO PENEIRA PENEIRAMENTO DO SOLO GRAÚDO SEDIMENTAÇÃO (Densimetro N o Proveta N o ) UMIDADE PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS (g) PESO DO PICN. + ÁGUA + SOLO PESO DO PICNOMETRO + ÁGUA UMIDADE DE SEDIMENTAÇÃO CÁPSULA N o PESO RETIDOPESO DO SOLO SECO UMIDADE (%) PENEIRAMENTO DO SOLO MIÚDO PENEIRA PESO QUE PASSA % que passa da amostra total DENSIDADE MÉDIA (g/m 3 ) TEMPERATURA ( o C) C. DO FATOR K= PESO DO SOLO ÚMIDO PESO DO SOLO SECO UMIDADE MÉDIA (%) AMOSTRA PESO DA ÁGUA Ensaio de granulometria – NBR 7181/2016 Cálculos Planilha do Excel Curva granulométrica – percentual de cada fração de solo Comentários sobre a obtenção dos percentuais Ensaio de Granulometria 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000 Diametro dos grãos (mm) (% ) q ue p as sa SILTE AREIA FINA AR. MÉDIA AR.G PEDREGULHO ARGILA Pedr egul ho = 01 Ar ei a gr ossa = 04 Ar ei a médi a = 55 Ar ei a f i na = 14 Si l t e = 10 Ar gi l a = 16 Limites de Atterberg – LL - NBR 6459/2016 LP – NBR 7180/2016 Limite de Liquidez - NBR 6459/2016 INTRODUÇÃO & OBJETIVO: Este ensaio tem como objetivo a determinação do limite de liquidez dos solos através do aparelho de Casagrande. cápsula de porcelana com 12cm de diâmetro e 5cm de altura; espátula com lâmina flexível; cápsulas de alumínio ; aparelho de Casagrande; cinzel para solos granulares; cinzel para solos argilosos; tara ou cone de calibração. APARELHAGEM: Limite de Liquidez - NBR 6459/2016 PROCEDIMENTO: Para realização do ensaio de Casagrande é necessário: a) Uma amostra representativa de um solo qualquer, o qual se deseja estudar. Tal amostra é obtida através do peneiramento do solo por uma peneira no 40, ou seja de 0,42mm. Após o peneiramento coleta-se então da parte que passou pela peneira no 40, cerca de 70g de solo. Deixar a amostra secar ao ar livre antes de se iniciar o ensaio; b) A calibração do aparelho de Casagrande, devemos verificar se a altura de queda da concha do aparelho de Casagrande é de 1cm; tal verificação deve ser feita, pela tara ou cone de calibração, exatamente no ponto em que a concha toca a base do aparelho; c) Verificar se a concha do aparelho está limpa e seca ; d) Homogeneizar a massa de solo com água destilada, em uma cápsula de porcelana misturando-se continuamente com uma espátula; Limite de Liquidez - NBR 6459/2016 PROCEDIMENTO: e) Ao se colocar uma fração da massa de solo no aparelho de Casagrande deve-se tomar o cuidado de deixar na parte central da concha uma altura de solo de 1cm, aproximadamente. Então, com o cinzel, divide-se a massa de solo em duas partes iguais(usa-se a espátula para abertura inicial da ranhura e dá-se o acabamento final com o cinzel ) e depois golpeia-se a amostra, acionando a manivela 2 vezes por segundo, até que as bordas inferiores da ranhura se unam em 1cm de comprimento, no sentido do corte o qual foi feito pelo cinzel, anotando-se assim o número de golpes (o primeiro ponto deve estar próximo a 50 golpes, é por isso que deve-se adicionar água destilada em quantidade suficiente para se obter uma massa plástica para que em aproximadamente 50 golpes do Aparelho de Casagrande, a ranhura se feche); f) Em seguida, retira-se uma pequena quantidade da amostra junto as bordas que se uniram para colocar em estufa para determinação da umidade; Limite de Liquidez - NBR 6459/2016 PROCEDIMENTO: g) Deve-se remover a massa que sobrou no aparelho e coloca-lá novamente na capsula de porcelana, repetindo-se assim as operações, adicionando mais água para se conseguir o fechamento da ranhura com menos golpes, numa seqüência de aproximadamente 40,30, 20 e 10 golpes; h) Com os resultados obtidos constrói-se um gráfico onde na ordenada estão as umidades (escala aritmética) e, na abcissa o número de golpes (escala logarítmica). O limite de liquidez é expresso pelo teor de umidade correspondente a intercessão da ordenada relativa a 25 golpes com a linha dos pontos obtidos no gráfico; Limite de Liquidez - NBR 6459/2016 Cálculos 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 1 10 100 U m id ad e (% ) Numero de golpes Índice de Atteberg LIMITE DE LIQUIDEZ CÁPSULA No 102 57 82 7 64 88 OPERADOR: GOLPES No 50 40 32 25 19 12 SEVERINO PESO BRUTO ÚMIDO (g) 24,26 24,02 22,25 24,62 24,14 25,76 DATA: PESO BRUTO SECO (g) 20,19 19,82 18,69 20,14 19,71 20,98 CALCULISTA: PESO DA CÁPSULA (g) 6,47 6,3 7,35 6,54 6,71 7,53 PESO DA ÁGUA (g) 4,07 4,2 3,56 4,48 4,43 4,78 PESO DO SOLO SECO (g) 13,72 13,52 11,34 13,6 13 13,45 RESULTADO: UMIDADE (%) 29,66 31,07 31,39 32,94 34,08 35,54 L.L.(%)= 33,00% Limite de Plasticidade - NBR 7180/2016 INTRODUÇÃO & OBJETIVO: Este ensaio tem como objetivo a determinação do limite de Plasticidade dos solos através do contato de uma amostra com uma placa de vidro esmerilhada APARELHAGEM: •cápsula de porcelana ; •espátula com lâmina flexível ; •cápsulas para obtenção de umidade ; •balança que permita pesar 100g sensível a 0,01g ; •estufa capaz de manter a temperatura entre 105o e 110o C ; •placa de vidro de superfície esmerilhada ; •cilindro de comparação de 3mm de diâmetro e 10cm de comprimento. Limite de Plasticidade - NBR 7180/2016 PROCEDIMENTO: Para realização do ensaio de Limite de Plasticidade é necessário: a) Uma amostra representativa de um solo qualquer, o qual se deseja estudar. Tal amostra é obtida através do peneiramento do solo por uma peneira no 40, ou seja de 0,42mm. Após o peneiramento coleta-se então da parte que passou pela peneira no 40, cerca de 50g de solo. Deixar a amostra secar ao ar livre antes de se iniciar o ensaio; b) Verificar se a placa de vidro rugosa está bem limpa e seca; c) Homogeneizar a massa de solo com água destilada(em quantidade suficiente para se obter uma massa plástica) em uma cápsula de porcelana misturando-se continuamente com uma espátula; d) Formar um pequeno hexaedro, com a amostra homogeneizada sobre a superfície de vidro esmerilhada, de 10cm de largura x 10cm de comprimento x 4mm. Após a realização deste passo, devemos então, com a espátula separar o hexaedro original em hexaedros menores ainda com dimensões de aproximadamente 4mm de largura x 10cm de comprimento x 4mm de altura; Limite de Plasticidade - NBR 7180/2016 PROCEDIMENTO: Para realização do ensaio de Limite de Plasticidade é necessário: e) O ensaio se prossegue rolando-se tais hexaedros de solo sobre a placa de vidro esmerilhada, pressionando com a mão até se formar um cilindro com 3mm de diâmetro. Devemos notar quando o cilindro começa a fissurar, isto acontece quando ele atinge o diâmetro especificado. Se o cilindro de solo não fissurar repete-se a operação anterior até que isto aconteça deixando o solo secar ao ar livre, e se caso o cilindro de solo fissure antes devemos adicionar água ao solo ; f) Ao se conseguir um cilindro que comece a fissurar exatamente quando atingir as dimensões de gabarito, transfere-se os pedaços do cilindro fragmentado para uma cápsula, pesa-se e leva-se a estufa para determinação da umidade ; g) Repete-se este procedimento por 5 (cinco) vezes, até se obter uma quantidade de amostras suficientes para a realizaçãodo ensaio; Limite de Plasticidade - NBR 7180/2016 PROCEDIMENTO: n h LP n 1 h) Determina-se o valor do limite de plasticidade, o qual é expresso pela média dos teores de umidade obtidos, desprezando-se os valores que difiram da respectiva média em 5%; i) Tirar uma nova média caso algum valor tenha sido desprezado, e repetir o processo. O valor do LP deva ser obtido de pelo menos 3 (três) determinações dentro da faixa de variação admissível ( 5 % ) da média; j) A formula do LP é a seguinte: Limite de Plasticidade - NBR 7180/2016 Cálculos n h LP n 1 LIMITE DE PLASTICIDADE CÁPSULA No 97 10 93 33 73 10 OPERADOR: PESO BRUTO ÚMIDO (g) 9,47 9,46 8,46 8,42 9,46 9,46 Severino PESO BRUTO SECO (g) 8,95 9,06 8,06 8 9,01 8,94 DATA: PESO DA CÁPSULA (g) 6,47 7,09 6,1 5,86 6,69 6,47 CALCULISTA: PESO DA ÁGUA (g) 0,52 0,40 0,40 0,42 0,45 0,52 Joaquim PESO DO SOLO SECO (g) 2,48 1,97 1,96 2,14 2,32 2,47 RESULTADO: UMIDADE (%) 20,97 20,30 20,41 19,63 19,40 21,05 L.P.(%) = 20,16 Exemplos: SOLOS MOLES Local : Clube Internacional – Recife (Coutinho e Oliveira, 1997) Exemplos: SOLO MOLE Sondagem SPT (NBR 6484/2001) com determinação de umidade nas camadas argilosas 0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 0.00 5.00 10.00 No. BLOWS / 30 cm 0.00 200.00 400.00 WATER CONTENT (%) DEPTH (m) DEPTH (m) SILTY SAND (FILL) PEAT AND ORGANIC CLAY ORGANIC SILTY CLAY SILTY SAND ORGANIC CLAY W - SPT W - SHELBY WP WL Perfil do subsolo e umidade natural – Galpão BR-101 – Recife – PE (Gusmão, Gusmão Filho, Maia e Oliveira, 2005) ENSAIO DE COMPACTAÇÃO (NBR 7182) Aparelhagem Molde, soquete e peneira Material para umedecer, homogenizar e destorroar o solo Almofariz e mão de gral ENSAIO DE COMPACTAÇÃO Procedimento Umedecendo o solo Homogeneizando o solo Destorroando o solo Colocação do solo Compactação do solo Rasando o corpo de no molde 26 golpes por camada de prova ENSAIO DE COMPACTAÇÃO Pesagem do molde + solo úmido Extração do corpo de prova Corpo de prova compactado em 3 camadas Reutilização do solo para uma nova determinação Cálculos Planilha Excel Resultados Cilindro n.º 1 1 1 1 1 Peso Cilindro (g) 2397,00 2397,00 2397,00 2397,00 2397,00 Volume Cilindro (cm3) 991,40 991,40 991,40 991,40 991,40 Peso do Cilindro +Solo úmido (g) 3948,00 4070,00 4225,00 4259,00 4220,00 Peso do Solo úmido (g) 1551,00 1673,00 1828,00 1862,00 1823,00 Peso Específico Aparente Úmido (g/cm3) 1,56 1,69 1,84 1,88 1,84 Cápsula n.º 241 44 27 166 146 134 94 155 358 12 Peso da Capsula + Solo Úmido (g) 67,00 43,60 53,62 52,08 66,55 54,50 72,17 55,35 85,20 95,30 Peso da Capsula + Solo Seco (g) 62,87 41,37 49,71 47,85 59,40 49,05 60,91 46,73 68,65 76,85 Peso da Cápsula (g) 11,87 13,50 15,94 11,73 16,24 15,96 13,60 10,96 13,30 13,30 Peso de Água (g) 4,13 2,23 3,91 4,23 7,15 5,45 11,26 8,62 16,55 18,45 Peso do Solo Seco (g) 51,00 27,87 33,77 36,12 43,16 33,09 47,31 35,77 55,35 63,55 Teor de Umidade (%) 8,10 8,00 11,58 11,71 16,57 16,47 23,80 24,10 29,90 29,03 Umidade Média (%) 8,05 11,64 16,52 23,95 29,47 Peso Específico Aparente Seco (g/cm3) 1,45 1,51 1,58 1,52 1,42 Resultado Curva de compactação Umidade ótima s, máx Aplicação: Controle da compactação -Umidade: Speedy ( Wcampo = Wótima +- 2%) -Grau de compactação: frasco de areia ou anel cravado – peso específico de campo GC = s, campo/s,máx lab x 100%; GC > 95% índice de Suporte Califórnia (CBR) - NBR 9895:2016 O Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR - California Bearing Ratio) é a relação, em percentagem, entre a pressão exercida por um pistão de diâmetro padronizado necessária à penetração no solo até determinado ponto (2,5 e 5,0 mm) e a pressão necessária para que o mesmo pistão penetre a mesma quantidade em solo-padrão de brita graduada. (http://www.geotecnia.ufba.br/arquivos/ensaios/Aula%20de%20Laboratorio%20- %20Roteiro%20-%20Compactacao.pdf) Equipamentos Molde cilíndrico grande com base e colarinho; Prato-base perfurado; Disco espaçador, Prato perfurado com haste central ajustável; soquete de 4,5kg; Extensômetro mecânico ou transdutor elétrico de deslocamento; Papel-filtro; Prensa com anel dinamométrico ou com célula de carga elétrica; Tanque de imersão; Cápsulas para umidade; Estufa; Balança; Peneira de 19mm. http://www.labgeo.ufscar.br/ensaios.php?item=9 índice de Suporte Califórnia (CBR) - NBR 9895:2016 Procedimento Penetração - Instala-se o conjunto, molde cilíndrico com corpo de prova e sobrecarga, na prensa; - Assenta-se o pistão da prensa na superfície do topo do corpo de prova, zerando-se em seguida os extensômetros; - Aplica-se o carregamento com velocidade de 1,27 mm/min, anotando-se a carga e a penetração a cada 30 segundos até decorridos o tempo de 6 minutos. http://www.labgeo. ufscar.br/ensaios.ph p?item=9 https://www.wsvcontroledequalidade. com/?lightbox=dataItem-ivka4dy0 índice de Suporte Califórnia (CBR) - NBR 9895:2016 Resultados O resultado final para o CBR determinado, será o maior dos dois valores encontrados correspondentes às penetrações de 2,5 e 5,0mm. (http://www.geotecnia.ufba.br/arquivos/ensaios/Aula%20de%20Laboratorio%20-%20Roteiro%20- %20Compactacao.pdf) Planilha Excel ÍNDICE SUPORTE CALIFORNIA - C.B.R. Local: Molde 3 Furo: Peso (g) 2086 Amostra: 1 Volume (cm3) 5405 Prof: (m) Data: 10/05/2005 Dados de Moldagem EXPANSÃO (%) Molde + solo úmido 9100 Data: Hora Leitura Molde (g) 2086 08/04/2005 16:00 9 Solo úmido (g) 7014 22/6/2002 13:30 Densidade úmida (g/cm3) 1,298 23/6/2002 13:30 Capsula (g) 7 17 24/6/2002 13:30 Capsula + Solo úmido (g) 50 50 11/04/2005 17:00 9 Capsula + solo seco (g) 47,44 47,28 CILINDRO Peso da capsula (g) 26,55 24,8 Diametro 15,2 Peso da água (g) 2,56 2,72 Altura (m) 11,4 114 Peso do solo seco (g) 20,89 22,48 Área (m2) 181,46 Úmidade (%) 12,25 12,10 Volume 5405 Umidade média (%) 12,18 EXPANSÃO (%) Densidade Seca (g/cm3) 1,157 0,000 Penetração Tempo Leitura Carga Pressão C.B.R. C.B.R (mm) (min) (mm) (kgf) (kgf/cm2) (%) (%) 0 0 0 0 0 Brita 0,63 0,5 22 32,3928 1,65 2,54 2 243 357,7932 18,225 70,31 25,92092163 5,08 4 474 697,9176 35,55 105,46 33,7094633 7,62 6 640 942,336 48 10,16 8 720 1060,128 54 12,7 10 830 1222,092 62,25 Constante do Anel = 0,07500 (kgf/div) Área do Anel = 19,632 (cm2) índice de Suporte Califórnia (CBR) - NBR 9895:2016 Curva do CBR Planilha Excel ÍNDICE SUPORTE CALIFORNIA - C.B.R. Local: Molde 3 Furo: Peso (g) 2086 Amostra: 1 Volume (cm3) 5405 Prof: (m) Data: 10/05/2005 Dados de Moldagem EXPANSÃO (%) Molde + solo úmido 9100 Data: Hora Leitura Molde (g) 2086 08/04/2005 16:00 9 Solo úmido (g) 7014 22/6/2002 13:30 Densidade úmida (g/cm3) 1,298 23/6/2002 13:30 Capsula (g) 7 17 24/6/2002 13:30 Capsula + Solo úmido (g) 50 50 11/04/2005 17:00 9 Capsula + solo seco (g) 47,44 47,28 CILINDRO Peso da capsula (g) 26,55 24,8 Diametro 15,2 Peso da água (g) 2,56 2,72 Altura (m) 11,4 114 Peso do solo seco (g) 20,89 22,48 Área (m2) 181,46 Úmidade (%) 12,25 12,10 Volume 5405 Umidade média (%) 12,18 EXPANSÃO (%) Densidade Seca (g/cm3) 1,157 0,000 Penetração Tempo Leitura Carga Pressão C.B.R. C.B.R (mm) (min) (mm) (kgf) (kgf/cm2) (%) (%) 0 0 0 0 0 Brita 0,63 0,5 22 32,3928 1,65 2,54 2 243 357,7932 18,225 70,31 25,92092163 5,08 4 474 697,9176 35,55 105,46 33,7094633 7,62 6 640 942,336 48 10,16 8 720 1060,128 54 12,7 10 830 1222,092 62,25Constante do Anel = 0,07500 (kgf/div) Área do Anel = 19,632 (cm2) 1. Ensaio de Adensamento (edômetro) 10Kpa - 24h 20Kpa - 24h 640KPa σ ε = f (tempo) vários estágios de carga (dobrando σ v) . . . Ensaio para avaliar a compressibilidade de solos Edômetro 1. Ensaio de Adensamento (edômetro) 10Kpa - 24h 20Kpa - 24h 640KPa σ ε = f (tempo) vários estágios de carga (dobrando σ v) . . . .Mangueira; Material utilizado: .Água destilada .Pedra porosa; .Papel filtro; .Anel metálico; .Mangueira; .Chave soquete; .Espátulas; .Piceta; .Cronômetro; .Equipamento de Adensamento. 1. Ensaio de Adensamento (edômetro) 10Kpa - 24h 20Kpa - 24h 640KPa σ ε = f (tempo) vários estágios de carga (dobrando σ v) . . . .Mangueira; 1 – Realiza-se a primeira leitura no deflectômetro, que corresponde ao tempo inicial de 0s. Aplica-se uma tensão inicial de 2,5 ou 5 KPa – função solo; realiza-se o processo de inundação. 2 – Tomando-se como base a planilha padrão de ensaio de adensamento, prossegue-se as leituras no deflectômetro, nos intervalos de tempo especificados (0s, 10s, 25s, 50s, 1min, 2, 4, 8, 15min, 30, 60 120, 240, 480, 1440 min); 3– Dobra-se o valor da tensão aplicada, sucessivamente, e repete-se o item 2 até que se atinja o valor de 1280 MPa. 4 – Realiza-se o descarregamento do ensaio. Procedimento resumido 1. Ensaio de Adensamento (edômetro) 10Kpa - 24h 20Kpa - 24h 640KPa σ ε = f (tempo) vários estágios de carga (dobrando σ v) . . . .Mangueira; Cálculos – Planilha Excel UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO No ANEL 168 DETERM. DA UMIDADE INICIAL FINAL DIÂMETR O (cm) 7 CÁPSULA No 233 10 111 387 13 51 CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS AREA (cm2) 60,00 PESO BRUTO ÚMIDO(g) 54,88 75,67 67,36 54,42 64,89 66,26 ALTURA (cm) 2,00 PESO BRUTO SECO(g) 31,65 43,23 38,83 36,81 44,51 44,55 VOLUME (cm3) 120,00 PESO DA CÁPSULA(g) 11,21 14,95 14,11 15,57 20 18,36 CURSO DE ENGENHARIA CIVIL PESO DO (ANEL+SOLO) (g) 217,93 PESO DA ÁGUA(g) 23,23 32,44 28,53 17,61 20,38 21,71 PESO DO ANEL (g) 59,40 PESO SOLO SECO(g) 20,44 28,28 24,72 21,24 24,51 26,19 PESO DO SOLO SECO (g) 73,88 UMIDADE (%) 113,65 114,71 115,41 82,91 83,15 82,89 LABORATORIO DE SOLOS E INSTRUMENTAÇÃO PESO ESPECÍFICO ÚMIDO (t/m3) 1,321 UMIDADE MÉDIA(%) 114,59 82,98 PESO ESPECÍFICO SECO (t/m3) 0,616 PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS 2,450 ÍNDICE DE VAZIOS 2,980 ENSAIO DE ADENSAMENTO ALTURA DOS SÓLIDOS (cm) 0,503 PESO APÓS ENSAIO (g) 195,89 GRAU SATURAÇÃO(%) 94,22 CARGA (Kgf) 0,000 0,360 0,750 1,500 3,000 6,000 12,000 24,000 12,000 3,000 0,750 9,600 2,4 PRESSÃO (kgf/cm2) 0,000 0,060 0,125 0,250 0,500 1,000 2,000 4,000 2,000 0,500 0,125 1,600 0,400 LEIT.FINAL DEFLT.(mm) 10,000 9,840 9,722 9,540 9,227 8,098 5,418 3,172 3,411 4,239 5,112 13,668 14,250 DEFORMAÇÃO dh (mm) 0,16 0,278 0,460 0,773 1,902 4,582 6,828 6,589 5,761 4,888 -3,668 -4,250 % DEFORMAÇÃO 0,800 1,390 2,300 3,865 9,510 22,910 34,140 32,945 28,805 24,440 -18,340 -21,250 ALTURA DO CP (mm) 20,000 19,840 19,722 19,540 19,227 18,098 15,418 13,172 13,411 14,239 15,112 23,668 24,250 ÍNDICE DE VAZIOS 2,980 2,948 2,924 2,888 2,826 2,601 2,068 1,621 1,669 1,833 2,007 3,710 3,825 t90 (min) 8 20 8 8 33 33 30 30 45 20 t50 (min) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Cv(t90) (cm2/s x 10-4) 17,53 6,91 17,021 16,594 3,729 3,007 2,407 2,081 1,501 3,805 Cv(t50) (cm2/s x 10-4) 32,571 32,118 31,633 30,840 28,589 23,052 16,773 14,501 15,689 17,678 ÍNDICE VAZIOS MÉDIO 2,964 2,936 2,906 2,857 2,714 2,335 1,844 1,645 1,751 1,920 PM/ESTÁGIO (kgf/cm2) 0,030 0,093 0,188 0,375 0,750 1,500 3,000 3,000 1,250 0,313 av (cm2/Kgf) 0,531 0,361 0,290 0,249 0,449 0,533 0,223 0,024 0,110 0,463 K(t90) (cm/s x 10-7) 2,346 0,634 1,262 1,072 0,451 0,481 0,189 0,019 0,060 0,604 k(t50) (cm/s x 10-7) 4,360 2,948 2,346 1,992 3,459 3,686 1,318 0,130 0,626 2,804 Ensaio de adensamento Resultados – Curva e x log pressão e Cv x log pressão Shopping Jiquiá – Recife-PE, Amostra 4, prof. 12,0 m Aplicação: Recalque por adensamento Curva do ensaio de adensamento Recalque no campo •Correlações estatísticas entre índices e parâmetros - adensamento 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 50 100 150 200 Umidade (%) Ín di ce d e co m pr es sã o C c BR-101- Divisa PE/PB Correlação BA-001 Porto de Suape-PE Porto de Itaqui-MA BR-101 - Divisa RN/PB Correlação Cc x W (Coutinho et al., 1998) incluindo casos de obras (Oliveira, 2005) ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO • Este ensaio consiste em determinar sob uma tensão normal , qual a tensão de cisalhamento = r capaz de provocar a ruptura de uma amostra de solo colocada dentro de uma caixa composta por duas partes deslocáveis entre si. • Repetindo-se o ensaio para outras amostras, obtém-se um conjunto de pares de valores (,), que marcados em um sitema cartesiano x permitem determinar c e . Extensiômetro vertical Extensiômetro horizontal Amostra c = c + '*tg() ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Equipamento e procedimento resumido Prensa para realização do ensaio Deflectômetros para medição dos deslocamentos vertical da célula, horizontal da caixa e do anel. Componentes da célula de ensaio Célula de ensaio após montagem Corpos de prova após ruptura ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Cálculos e resultados – Planilha Excel ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Curvas tensão cisalhante x deformação horizontal - exemplo Estrada de Ferro Carajás - Km 565 + 000 ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Envoltória de resistência - exemplo = c + Ntg() 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 1 2 3 4 5 Tensão Normal (kgf/cm2) Te ns ão C isa lh an te (kg f/c m 2) Coesão = 0,1 kgf/cm2 Ângulo de atrito = 24o Estrada de Ferro Carajás - Km 565 + 000 ENSAIO TRIAXIAL Circular Circular Bloco ativo Bloco central Bloco passivo Bloco Bloco ativo Bloco central Bloco passivo Bloco Não-circular geralNão-circular geral Figura 3.31 - Tipos de superfície de ruptura com a indicação das fatias utilizadas nas análises. Tipos de ensaios para obtenção dos parâmetros TRIAXIAL UU (Não adensado, não drenado) – Final da construção em barragens de terra TRIAXIAL CD (Adensado, drenado) – Reservatório cheio a longo prazo em barragens de terra TRIAXIAL CU (Adensado, não drenado) – Esvaziamento brusco do reservatório em barragens de terra ENSAIO TRIAXIAL 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 Deformação específica axial (%) Te ns ão d es vi o (k gf /c m 2) 0,5 kgf/cm2 1,0 kgf/cm2 2,0 kgf/cm2 4,0 kgf/cm2 Curvas tensão - deformação Exemplo de ensaio TRIAXIAL CU (Adensado, não drenado) 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 Tensão normal (kPa) T e n s ã o c is a lh a nte ( k P a ) 50 kPa 100 kPa 200 kPa c = 30 kPa phi = 19 graus Envoltória de resistência – Círculos de Mohr CONSIDERAÇÕES TÉORICAS FINAIS Na solução de muitos problemas de Engenharia Civil, o solo intervém como material de construção (aterros de estrada; barragens de terra e enrocamento etc.) ou como material natural (fundações de edifícios; escavações de valas e túneis; estabilização de encostas etc.). Para a elaboração de projetos adequados e a realização de obras seguras e econômicas, torna-se indispensável conhecer as suas características de identificação e de classificação e, em geral, as suas propriedades de engenharia. Faiçal Massad – Prefácio do Livro Mecânica dos Solos Experimental
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