05 Análise granulométrica por peneiramento e sedimentação

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
DISCIPLINA: 
LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS SOLOS – 2570
TURMA:005
RELATÓRIO Nº 05
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR 
PENEIRAMENTO E SEDIMENTAÇÃO
Acadêmicos:
Natália Rodrigues Marchini RA:59023 Turma: 005
Verônica Ricken Marques RA: 59381 Turma: 005
MARINGÁ, 12 de maio de 2011
ÍNDICE
	Objetivo
	3
	Fundamentação teórica
	3
	Equipamentos e métodos
	5
	Resultados
	6
	Análise e discussão dos resultados
	7
	Referências 
	8
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR
PENEIRAMENTO E SEDIMENTAÇÃO
OBJETIVO
O objetivo da presente prática é a análise granulométrica por peneiramento e sedimentação.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Através do ensaio granulométrico, determina-se a percentagem em peso que cada “classe” de tamanho de partículas representa na massa total utilizada para o ensaio. Utilizando os resultados obtidos por meio desse ensaio, faz-se a curva granulométrica do solo.
A análise granulométrica pode ser feita somente por peneiramento ou por peneiramento e sedimentação. Essa última é realizada passando o material na peneira #2,0 mm, com material que fica retido nessa peneira realiza-se o peneiramento grosso, e com o material que passa por ela realiza-se a sedimentação e depois o peneiramento fino para grãos que ficarem retidos na peneira #0,075mm.
Para se entender o processo de sedimentação, analisa-se a Lei de Stokes, que estabelece a velocidade limite alcançada por uma esfera em queda livre num meio viscoso, ao alcançar o movimento retilíneo uniforme.
Essa lei explica que um corpo em um meio viscoso sofre a ação de uma força viscosa (Fv) que é proporcional a sua velocidade (V).
Quando uma esfera é solta na superfície de um líquido, que possui uma densidade menor que a da esfera, no instante inicial sua velocidade é zero, mas essa por sua vez, sofre uma aceleração, não uniforme, até atingir um valor limite, momento em que a resultante das forças atuantes na esfera é nula. 
Além da força viscosa, duas outras forças atuam na esfera: o peso da mesma (P) e a força de empuxo (E). Igualando a resultante dessas forças à zero, obtêm-se a velocidade limite (VL), através da seguinte equação:
 (01)
No qual:
VL: Velocidade limite da esfera;
: Peso específico da esfera;
: Peso específico do meio dispersor;
 : Viscosidade do meio dispersor;
 : Diâmetro da esfera.
Sendo a velocidade máxima da esfera proporcional ao quadrado do seu diâmetro.
Como a velocidade da esfera (ou partícula) é igual a razão entre da altura de queda da esfera pelo tempo de sedimentação dessa:
 (02)
Sendo:
: Massa específica das partículas, em g/cm3;
: Massa específica do meio dispersor, à temperatura de ensaio , em g/cm3;
a’: Altura de queda das partículas, em cm;
t: Tempo de sedimentação, em s;
g: Aceleração da gravidade;
D: Diâmetro das partículas.
Isolando D na equação (02), tem-se que:
 [cm] (03)
 [mm] (04)
No qual:
Dmáx: Diâmetro máximo das partículas;
n: Coeficiente relacionado com a viscosidade do meio dispersor, à temperatura de ensaio, em g.s/cm2.
Na fase inicial (t=0), há uma suspensão homogênea. Em qualquer profundidade existirão partículas de todos os tamanhos e estas estarão presentes em igual quantidade para um determinado diâmetro.
Na fase intermediária (t=t), há uma suspensão heterogênea, em que a densidade de suspensão varia ao longo da profundidade.
Porcentagem, em massa, de partículas de diâmetro < Dmáx, no ponto X, no tempo t
Massa específica no ponto X, no tempo t, para V1= 1 cm3:
 (05)
Massa dos sólidos no ponto X, no tempo t, para V1= 1 cm3:
 (06)
Porcentagem em relação à amostra seca (M3):
 (07)
Porcentagem em relação à amostra total seca (M3)
 (08)
MATERIAIS E MÉTODOS
 MATERIAL
Solo superficial retirado de Porto Alegre – RS
		
 EQUIPAMENTOS
Os aparelhos utilizados para a execução do ensaio são: 
Estufa capaz de manter a temperatura entre 60 ºC e 65 ºC e entre 105 ºC e 110 ºC;
 Balanças que permitam pesar nominalmente 200 g, 1.5 g, 5 Kg e 10 Kg, com resoluções de 0.01 g, 0.1 g, 0.5 g, e 1 g, respectivamente, e sensibilidades compatíveis; 
Recipientes adequados, tais como dessecadores, que permitam guardar amostras sem variação de umidade; 
Aparelho de dispersão, com hélices substituíveis e copo munido de chicanas (a rotação da hélice do aparelho não deve ser inferior 9000 rpm); 
Proveta de vidro, com cerca de 450 mm de altura e 65 mm de diâmetro, com traço de referência indicando 1.000 cm3 a 20 ºC; 
Densímetro de bulbo simétrico, calibrado a 20 ºC e com resolução de 0.001, graduado de 0.995 a 1.050; 
Termômetro graduado em 0.1 ºC, de 0 ºC a 50 ºC; 
Relógio com indicação de segundos; 
Béquer de vidro, com capacidade de 250 cm3; 
Proveta de vidro, com capacidade de 250 cm3 e resolução de 2 cm3; 
Tanque para banho, com dimensões adequadas à imersão das provetas até o traço de referência, capaz de manter a temperatura da suspensão aproximadamente constante durante a fase de sedimentação; 
Peneiras de 50, 38, 25, 19, 9.5, 4.8, 2.0, 1.2, 0.6, 0.42, 0.25, 0.15, e 0.075 mm, de acordo com a NBR 5734; 
Escova com cerdas metálicas; 
Agitador mecânico de peneiras, com dispositivo para fixação de até seis peneiras, inclusive tampa e fundo; 
Bagueta de vidro; 
Bisnaga.
 
 PREPARAÇÃO DE AMOSTRA DE SOLO PARA ENSAIO ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
Secou-se a amostra de solo ao ar até próximo da umidade higroscópica. Desmancharam-se os torrões, evitando a quebra dos grãos, e homogeneizou-se a amostra. Com o repartidor ou pelo quarteamento, reduziu-se a quantidade de material até se obter uma amostra representativa em quantidade suficiente para a realização do ensaio. Passou-se o material na peneira # 76 mm. Do material passado na peneira # 76 mm, tomou-se uma quantidade, em função da dimensão estimada dos grãos maiores, que para o presente experimento foi de 4 Kg.
O critério analisado para a escolha da quantidade de material a tomar, foi analisado através das tabelas abaixo:
	Quantidade de amostra de solo para análise granulométrica
(Tabela 3 da NBR 6457/86)
	Dimensões dos grãos maiores contidos na amostra, determinada por observação visual (mm)
	Quantidade mínima a tomar
Mt(kg)
	<5
	1
	5 a 25
	4
	>25
	8
Tabela 01 – Quantidade de solo para análise granulométrica
	 	
	 Determinação da massa da amostra seca ao ar – Mt
	Dimensão dos grãos maiores contidos na alvenaria (mm)
	 Balança a ser utilizada
	
	Capacidade nominal (Kg)
	Resolução (g)
	>25
	10
	1
	5 a 25
	5
	0,5
	<5
	1,5
	0,1
 Tabela 02 – Determinação da amostra seca ao ar
MÉTODO DE ENSAIO
Sedimentação
Após o peneiramento, do material passado na peneira de 2,0mm, tomou-se cerca de 120 g, no caso de solo arenoso, ou 70g no de solo siltoso e argiloso, para peneiramento fino. Pesou-se esse material com resolução de 0,01 g e anotou-se como Mh. Tomou-se ainda cerca de 100 g para três determinações da umidade higroscópica (h) de acordo com a NBR 6457.
Transferiu-se o material assim obtido para um béquer de 250 cm³ e juntou-se, com o auxílio de proveta, como defloculante, 125 cm³ de solução de hexametafosfato de sódio, com concentração de 45,7 g do sal por 1000 cm³. Agitou-se o béquer até que todo o material ficou imerso e deixou-se em repouso, por no mínimo, 12 horas.
Verteu-se, então a mistura do copo de dispersão, removendo-se com água destilada, com auxílio da bisnaga, o material aderido ao béquer. Adicionou-se água destilada até que seu nível ficou 5 cm abaixo das bordas do copo e submeteu à ação do aparelho dispersor durante 15 minutos.
Transferiu-se a dispersão para a proveta e removeu-se com água destilada, com auxílio da bisnaga, todo o material aderido ao copo. Juntou-se água destilada até atingir o traço correspondente a 1000cm³; em seguida, colocou-se a proveta no tanque para banho ou em local com temperatura aproximadamente constante. Agitou-se frequentemente a mistura com a bagueta de vidro para manter, tanto quanto possível, as partículas em suspensão. Logo que a dispersão atingiu a temperatura de equilíbrio, tomou-se a proveta e, tapando-lhe a boca com uma das mãos, executou-se, com o auxílio da outra, movimentos enérgicos de rotação, durante 1 minuto, pelos quais a boca da proveta passe de cima para baixo e vice-versa.
Imediatamente após terminada a agitação, colocou-se a proveta sobre uma mesa, anotou-se a hora exata do início da sedimentação e mergulhou-se cuidadosamente o densímetro da dispersão. Efetuaram-se as leituras do densímetro correspondentes aos tempos de sedimentação (t) de 0,5, 1 e 2 minutos. Retirou-se lenta e cuidadosamente o densímetro da dispersão. Fazer as leituras subsequentes a 4, 8 15 e 30 minutos, 1, 2, 3, 4, 8 e 24 horas, a contar do início da sedimentação.
Cerca de 15 a 20 segundos antes de cada leitura, mergulhou-se lenta e cuidadosamente o densímetro na dispersão. Todas as leituras foram feitas na parte superior do menisco, com interpolação de 0,0002, após o densímetro ter ficado em equilíbrio. Assim que cada leitura foi efetuada, retirou-se o densímetro da dispersão e colocou-o numa proveta com água limpa, à mesma temperatura da dispersão.
Após cada leitura, exceto as duas primeiras, mediu-se a temperatura de dispersão, com resolução de 0,1 °C.
Realizada a última leitura, verteu-se o material da proveta na peneira de 0,075 mm, procedeu-se a remoção com água de todo o material que estivesse aderido às suas paredes e efetuou-se a lavagem do material na peneira mencionada, empregando-se água potável à baixa pressão.
RESULTADOS
Os resultados encontram-se anexados ao relatório.
ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6457/1986 – Amostras de solos – preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6508/1984 – Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm – determinação da massa específica.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7181/1984 – Solo – Análise granulométrica.
BELICANTA, A; GUTIERREZ, N. H. M. Caderno de laboratório. Maringá, Departamento de Engenharia Civil – DEC, 2011.
GRANULOMETRIA DOS SOLOS. Disponível em < http://www.ufsm.br/engcivil/Material_Didatico/TRP1003_mecanica_dos_solos/unidade_3.pdf>. Acesso em 05/04/2011.
PRASS, A. R, Massa específica e densidade. Disponível em <http://www.algosobre.com.br/fisica/massa-especifica-e-densidade.html>. Acesso em 05/04/2011.