Mecânica dos Solos caracterização de uma amostra

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS – CCET
CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
RELATÓRIO SOBRE O SOLO COLETADO NO RAMAL DA UFAC
	
Rio Branco- Acre
	2018
	CARLOS ROBERTO DE MELO BATISTA
FRANCISCO MARCOS DINIZ FERNANDES
LUCAS DE SOUZA GUIMARÃES
GABRIEL ALGUSTO CABRAL
RELATÓRIO SOBRE O SOLO COLETADO NO RAMAL DA UFAC
Trabalho apresentado como requisito de nota na disciplina de Mecânica dos Solos I, do Curso de Bacharelado em Engenharia Civil da Universidade Federal do Acre, ministrada pelo Prof. Ricardo Ribeiro do Nascimento.
Rio Branco - Acre
2018
SUMÁRIO
1 - INTRODUÇÃO	 4
2 - OBJETIVO	 4
3 – ANÁLISE DO TEOR DE UMIDADE 5
3.1 - Objetivo	5
3.2 - Metodologia	5
3.3 - Resultados	5
4 – COMPACTAÇÃO 6
4.1 - Objetivo	6
4.2 - Metodologia	6
4.3 - Resultados	7
5 – ENSAIO DE GRANULOMETRIA 8
5.1 – Objetivo	8
5.2 – Metodologia	8
5.3 – Resultados	9
6 – ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (CBR) 11 
6.1 – Objetivo	11
6.2 – Metodologia	11
6.3 – Resultados	11
7 - ENSAIO DE LIMITE DE LIQUIDEZ E LIMITE DE PLASTICIDADE	 13
7.1 - Objetivo	13
7.2 – Metodologia	13
7.3 – Resultados	14
8 – CLASSIFICAÇÕES 16
9 – CONCLUSÃO	 18
10 – ACERVO FOTOGRÁFICO	 19
11 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 20
Introdução
Os estudos do comportamento e das classificações dos solos são de extrema importância na área da engenharia civil, pois praticamente todas as estruturas são assentadas no terreno e assim tornando indispensável o conhecimento dessa ciência para um engenheiro civil.
Dito isso, este trabalho se propõem a classificar e analisar o comportamento de uma amostra de solo coletada no ramal da UFAC (Estrada Dias Martins) através dos seguintes ensaios: granulometria, compactação, limites de atterberg, teor de umidade e CBR.
Figura 1- Localização onde o solo foi retirado
Objetivo
O presente trabalho tem como objetivo analisar e classificar a amostra de solo de acordo com os dados fornecidos pelos ensaios já apresentados e assim dar aos alunos participantes uma noção dos problemas e limitações existentes ao trabalhar com o solo real do nosso estado. E assim mostrar na pratica como são feitos os ensaios e suas metodologias.
Teor de umidade
 Objetivo
	O ensaio do teor de umidade tem como objetivo a obter da umidade natural do solo, muitos dos ensaios seguintes necessitam dos dados obtidos deste ensaio para serem concluídos, como os ensaios de granulometria e de compactação, por exemplo.
Metodologia
	Inicialmente colocamos o solo em duas cápsulas e pesamos na balança de precisão e com isso temos dois valores (de cada uma das cápsulas) equivalentes ao somatório do peso da agua, solo e da cápsula.
	No passo seguinte é colocado ambas os recipientes na estufa por 24 horas e com isso a agua presente na amostra de solo evapora deixando o peso equivalente a capsula e o solo seco. Lembrando que os pesos das cápsulas são tabelados pelo responsável técnico do laboratório, ressaltando também que a utilização de duas cápsulas nos garante uma maior confiabilidade e precisão no ensaio.
Resultados
A seguir temos a Tabela 1 com os dados obtidos durante o experimento:
	Cápsula Nº
	Nº 3
	Nº 15
	C + S + A
	59,36 g
	74,41 g
	C + S
	57,65 g
	72,25 g
	A = água
	1,71 g
	2,16 g
	C = cápsula
	16,67 g
	20,34 g
	S = solos
	40,98 g
	51,91 g
	H = Umidade
	4,17 %
	4,16 %
	Hm(Umidade média)= 4,165 %
	Fc = 0,960
Tabela 1 – Umidade Higroscópica.
	Para determinar a umidade foi utilizado a seguinte fórmula:
	Para determinar Fc utilizamos a fórmula a seguir, lembrando que este valor é equivalente a um coeficiente em que ao multiplicar com o peso do solo em natura obtemos o peso do solo seco.
Compactação 
Objetivo
O ensaio de compactação tem como objetivo traçar a curva de compactação para então obter a umidade ótima e a massa especifica aparente seca máxima
Metodologia
O ensaio foi feito de acordo com a NBR 7182/86 - Ensaio de compactação, inicialmente é necessário determinar a umidade presente no solo, como este ensaio foi realizado em uma data diferente do ensaio de teor de umidade é necessário um novo ensaio, este no qual foi feio de acordo com o método de “fritar o solo”, um método comumente feio em campo devido a rápida obtenção dos resultados. Ele consiste em adicionar álcool numa amostra pequena de solo e queima-la algumas vezes e depois compara-se o peso seco com o peso natural e assim obtendo a umidade. É repetido algemas vezes o mesmo método para uma confiabilidade maior, e então temos os seguintes dado inicias:
	Dados
	Umidade (Hm)
	3,25
	Fator de Correção (Fc)
	0,968
	Volume do molde n°462 (cm³)
	2336
	Peso
	Total (g)
	Material seco (g)
	Água (g)
	Molde n°462 (g)
	6000
	5811
	18]9
	4254
Tabela 2: Dados sobre o material compactado.
Utilizando agora os dados acima como ponto de partida, podemos então adentrar na metodologia do ensaio de compactação propriamente. O ensaio consiste em a partir de 6 (seis) quilogramas de solo adicionar homogeneamente uma porcentagem de água pré-definida (8%,10%, 12%, 14% e 16%) e depois compactar em 5 (cinco) camadas com 12 Golpes cada uma em Proctor normal, vale ressaltar que o processo é refeito para cada porcentagem de água. Após compactado o molde é pesado e determinado a massa especifica do mesmo.
E assim temos os valores necessários para a construção da curva de compactação, lembrando que a umidade utilizada na mesma não será os valores redondos adicionados em cada corpo de prova (8%, 10%, 12%, etc.) e sim os valores calculados levando em conta a umidade já presente no solo.
Resultados
Os dados obtidos no experimento estão listados na tabela abaixo:
	DADOS DAS AMOSTRAS
	Corpo de Prova
	1
	2
	3
	4
	5
	Umid. Calculada %
	11,5
	13,6
	15,6
	17,7
	19.8
	Água adicionada (g)
	480
	600
	720
	840
	960
	% água adicionar
	8
	10
	12
	14
	16
	M + S + A (g)
	8524
	8700
	8870
	8992
	8899
	Molde (g)
	4254
	4254
	4254
	4254
	4254
	Solo + água (g)
	4270
	4446
	4616
	4738
	4645
	Dens. Úmida (kg/m³)
	1828
	1903
	1976
	2028
	1988
	Dens. Seca
	1640
	1675
	1709
	1723
	1660
Tabela 3: Dado sobre as amostras compactadas.
	Agora nos resta somente traçar a curva de compactação e assim determinar a umidade ótima e a densidade seca máxima.
Gráfico 1- Curva de Compactação.
	E finalmente obtemos a umidade ótima de 17,2% e densidade seca máxima igual a 1730 kg/m³.
Ensaio de Granulometria
Objetivo
O objetivo do ensaio de granulometria é obter a curva granulométrica de um solo. Através da curva granulométrica pode-se determinar as porcentagens correspondentes a cada fração granulométrica do solo. 
Metodologia
Após o recebimento da amostra de solo, efetua-se o seguinte procedimento, seca-se o solo ao ar, posteriormente é feito o destorroamento e levado para a balança para a pesagem, o material é ensacado e uma amostra de 2000g é separada para a determinação da curva granulométrica, em seguida, homogeneíza-se o material cuidadosamente, para não quebrar as partículasmaiores, depois pesa-se a amostra de solo seco ao ar e peneira-se o material na peneira #10 (2,00mm). Deve-se tomar o cuidado de desmanchar os possíveis torrões que ainda possam existir no solo, de modo a assegurar que fiquem retidos na #10 apenas os grãos maiores que a abertura da malha e por último o material retido na #10 (2,00mm) é utilizado no peneiramento grosso do solo, o material que passa na #10 retiram-se 200g de solo para a realização do peneiramento grosso e fino, o ensaio de sedimentação não foi realizado por falta de defloculante e o determinação do teor de umidade do solo. 
5.2.1 Peneiramento grosso
O peneiramento grosso é realizado utilizando-se a quantidade de solo que fica retida na #10, no momento da preparação da amostra, seguindo-se o seguinte procedimento experimental: 
1°) lava-se o material na #10 colocando-o em seguida na estufa. 
2°) as peneiras de aberturas maiores e igual a #10 são colocadas uma sobre as outra com as aberturas das malhas crescendo de baixo para cima. Embaixo da peneira de menor abertura (#10) será colocado o prato que recolherá os grãos que por ela passarão. Em cima da peneira de maior abertura será colocada a tampa para que se evite a perda de partículas no início do processo de vibração. O conjunto de peneiras assim montado poderá ser agitado manualmente ou conduzido a um peneirador capaz de produzir um movimento horizontal e um vertical às peneiras, simultaneamente. 
3°) pesa-se a fração de solo retida em cada peneira, até chegar à #10 (2,00mm). 
5.2.2 Peneiramento fino
O peneiramento fino é realizado utilizando 200g de solo que consegue passar na #10, no momento da preparação da amostra, seguindo-se o seguinte procedimento experimental: 
1°) põe-se o material na #200 (0,075mm), lavando-o e em seguida colocando-o na estufa. 
2°) junta-se e empilha-se as peneiras de aberturas compreendidas entre as peneiras #10 e #200, coloca-se o material seco no conjunto de peneiras e agita-se o conjunto mecânica ou manualmente (tomando-se todos os cuidados descritos para o caso do peneiramento grosso). 
3°) pesa-se a fração de solo retida em cada peneira. 
Resultados
A partir dos valores encontrados traça-se a curva de distribuição granulométrica, marcando-se no eixo das abcissas, em escala logarítmica, os “diâmetros” das partículas e no eixo das ordenadas, em escala natural, os percentuais das partículas menores do que os diâmetros considerados, isto é, os percentuais de solo que passam nas peneiras. 
	PENEIRA
	MATERIAL RETIDO
	% passante
	Peneira
	
	Peso (g)
	% < Nº10
	% amostra
	% acumulada
	
	ABNT (mm)
	Nº 4
	2,92
	
	0,152
	0,152
	99,848
	4,8
	Nº 8
	11,91
	
	0,620
	0,772
	99,228
	2,4
	Nº 10
	3,14
	
	0,163
	0,935
	99,065
	2,0
	Nº 40
	1,57
	0,818
	
	0,818
	99,182
	98,255
	0,42
	Nº 80
	10,11
	5,266
	
	6,084
	93,916
	93,038
	0,18
	Nº 200
	34,57
	18,000
	
	24,084
	75,916
	75,206
	0,074
Tabela 4 – Dados obtidos pelo processo descrito na NBR 7181.
Dos dados da Tabela 4 podemos estimar a composição granulométrica do solo da Tabela 5 e por falta do ensaio de sedimentação não podemos estimar a concentração do material passante na peneira 200 separadamente, que somam 75,21%, esse material tem areia fina, silte e argila. 
	COMPOSIÇÃO DO SOLO
	Pedregulho
	0,15%
	A. grossa
	0,78%
	A. média
	0,81%
	A. fina
	23,05%
	Argila + Silte + A. fina
	75,21%
Tabela 5 – Composição do solo em %
Gráfico 2 – Curva granulométrica por peneiramento.
Índice de Suporte Califórnia (CBR ou ISC)
Objetivo
Determinar um coeficiente de resistência do solo em base de uma relação da resistência a penetração de uma amostra, saturada e compactada segundo o método de Proctor, com uma amostra de brita graduada de elevada qualidade, bem como a expansibilidade da amostra de solo.
Metodologia 
O ensaio foi realizado de acordo com a NBR 9895/87 Solo – Índice de Suporte Califórnia. Para a realização deste ensaio foi realizado uma compactação de uma amostra pelo método de Proctor, utilizando força normal, 12 golpes. Essa amostra então, já devidamente compactada, foi submergida em água com um disco anelar, dividido diametralmente em duas partes, simulando sobrecarga, este disco tem (2270 ± 10) g de massa, e um extensômetro em sua parte superior. Essa amostra é mantida submersa por 96 horas, com as leituras no extensômetro sendo realizadas de 24 a 24 horas.
Após os 4 dias submersos a amostra é retirada e deixada inclinada de forma que a mesma possa escorrer água durante 15 minutos. A seguir foi realizada a pesagem do conjunto (cápsula + solo saturado) e em seguida o início do teste de resistência a penetração. Esse teste consiste no rompimento do corpo através da aplicação de penetração de um pistão a 1,27 mm/min São anotadas as leituras para as penetrações de 0,63; 1,27; 1,90; 2,54; 3,17; 3,81; 4,44; 5,08; 6,35; 7,62; 8,89; 10,16; 11,43 e 12,70 mm, sendo que esta última leitura corresponde ao tempo de 10 minutos. 
Resultados
O Índice CBR é dado pela fórmula:
Sendo a pressão calculada ou pressão corrigida a maior pressão obtida nas penetrações de 2,54mm e 5,08mm.
Nota: Pressão padrão para 2,54mm = 6,90MPa e 5,08mm = 10,35MPa 
	PENETRAÇÃO
	Penetração mm
	Tempo min.
	Leitura extensômetro
	Pressão kg/cm2
	0,63
	0,5
	19
	1,919
	1,27
	1,0
	27
	3,730
	1,90
	1,5
	52
	5,242
	2,54
	2,0
	63
	6,350
	3,81
	3,0
	78
	7,860
	5,08
	4,0
	96
	9,680
	6,35
	5,0
	104
	10,480
	7,62
	6,0
	115
	11,590
	8,89
	7,0
	122
	12,300
	10,16
	8,0
	126
	12,700
	12,70
	10,0
	142
	14,310
	Operador:
	Data:
	Carlos Roberto de Melo Batista
	28/02/2018
Tabela 6 – penetração do ensaio CBR
Gráfico 2 – Índice de Suporte Califórnia
Limite de Liquidez (LL) e Limite de Plasticidade (LP).
Objetivo
Ambos os ensaios para a obtenção do LL e LP foram realizados de acordo com as normas NBR 6459/84 Solos – Determinação do limite de liquidez; NBR 7180/84 Solos – Determinação do limite de plasticidade.
Para o melhor entendimento do solo bem como a classificação do mesmo por outros mecanismos se faz necessário a obtenção de ambos os índices, sendo limite de liquidez por definição “o teor de umidade do solo com o qual uma ranhura nele feita requer 25 golpes para se fecharem numa concha” (PINTO, Carlos de Souza. 2006. CURSO BÁSICO DE MECÂNICA DOS SOLOS. Pág. 25) e limite de plasticidade “é o menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um cilindro de 3mm de diâmetro, rolando-se o solo com a palma da mão” (PINTO, Carlos de Souza. 2006. CURSO BÁSICO DE MECÂNICA DOS SOLOS. Pág. 26), bem como a obtenção do índice de plasticidade e índice de consistência,
Metodologia
O ensaio de limite de liquidez consiste em colocar parte da amostra no e aos poucos se adicionar água até a homogeneização da massa;
- Passa-se para a concha do aparelho de Casagrande certa quantidade dessa massa aplainando-a com a espátula, de tal forma que a parte central fique com 1 cm de espessura;
- Faz-se com o cinzel uma ranhura no meio da massa, no sentido do maior comprimento do aparelho;
- Gira-se a manivela a razão de duas voltas por segundo, contando o número de golpes até que se constate o fechamento da ranhura num comprimento de 1,2cm quando se deve parar a operação;
- Retira-se uma pequena quantidade do material no local onde as bordas da ranhura se tocaram para a determinação da umidade;
- Transfere-se o material de volta ao recipiente, adicionam-se mais um pouco de água e repete-se o processo por mais quatro vezes, no mínimo.
O ensaio de limite de plasticidade consiste em colocar parte da amostra no recipiente e adicionar água até a homogeneização da massa;
- Molda-se certa quantidade da massa em forma elipsoidal rolando-a em seguida sobre a placa de vidro, até que fissure em pequenos fragmentos quando essa atingir dimensões de 3mm de diâmetro e 10cm de comprimento;
- Coletam-se alguns fragmentos fissurados para a determinação da umidade;- Repete-se o processo no mínimo por mais quatro vezes.
Resultados
LIMITE DE LIQUIDES
	Cápsula Nº
	Cápsula + solo úmido (g)
	Cápsula + solo seco (g)
	Cápsula (g)
	Água (g)
	Solo seco (g)
	Teor de umidade (%)
	Número de golpes
	18
	19,09
	16,16
	5,50
	2,93
	10,66
	27,49
	51
	53
	18,66
	16,38
	8,60
	2,28
	7,78
	29,31
	39
	35
	18,56
	15,60
	5,92
	2,96
	9,68
	30,58
	29
	43
	19,10
	15,77
	5,37
	3,33
	10,40
	32,02
	19
	23
	21,12
	17,05
	5,46
	4,07
	11,59
	35,12
	12
Tabela 7 – Limite de liquidez 
Com o número de golpes e suas respectivas umidades de cada capsula, é feita o gráfico do limite de liquidez (número de golpes x umidade). Sendo o LL o valor aos 25 golpes.
Gráfico 3 – Limite de liquides
LIMITE DE PLASTICIDADE
	Cápsula Nº
	Cápsula + solo úmido (g)
	Cápsula + solo seco (g)
	Cápsula (g)
	Água (g)
	Solo seco (g)
	Teor de umidade (%)
	Limite de plasticidade (%)
	16
	11,80
	10,88
	5,84
	0,92
	5,04
	18,25
	
17,7
	3
	10,75
	10,01
	5,83
	0,74
	4,18
	17,17
	
	45
	11,13
	10,37
	6,00
	0,76
	4,37
	17,39
	
	17
	12,11
	11,16
	5,77
	0,95
	5,39
	17,63
	
	12
	15,09
	14,17
	9,94
	0,92
	5,13
	17,93
	
Tabela 8 – Limite de Plasticidade
O limite de plasticidade é obtido através da média aritmética dos teores de umidade. Verifica-se ainda se nenhuma umidade varia ±5%, se fazendo não necessário uma correção. 
O índice de plasticidade (IP) é obtido através de uma relação entre o LL e LP:
O índice de consistência (IC) pode ser obtido através da relação:
Tabela 9 – Índice de consistência
Usando essa tabela pode-se concluir que a amostra se trata de uma argila de consistência dura.
Classificação
	Dentre os dados fornecido pelos ensaios anteriormente apresentados e explicados podemos então classificar o solo dentre alguns sistemas e índices que nos mostraram com mais clareza. Para facilitar segue a tabela com dados em resumo obtidos nos ensaios acima:
	LL
	31,4
	IP
	13,7
	Umidade ótima
	17,2%
	D.Máx.
	1,73 g/cm³
	% que passa #10
	99,06
	% que passa #40
	98,25
	% que passa #200
	75,21
	CBR
	9,2%
	Expansão
	0,3%
	Umidade natural (h)
	4,16%
Tabela 10: Resumo
Quanto aos métodos podemos começar com o Sistema Unificado, como nosso solo tem mais de 50% de finos vamos direto para a Carta de Plasticidade, uma figura gráfica que relaciona o limite de liquidez e o Índice de Plasticidade (Figura 2) e a partir da posição em que os valores se encontram é possível determinar o tipo de solo (argiloso, siltoso e orgânico) e a sua compressibilidade (alta e baixa).
Figura 2 – Carta de Plasticidade
Fonte: Carlos de Souza Pinto, 2006
	
	O solo coletado tem um LL de aproximadamente 32 e um IP de aproximadamente 18 e assim pertencendo a ala do gráfico correspondente ao CL, que significa, um solo argiloso de baixa compressibilidade.
	Agora vamos para o a classificação pelo Sistema Rodoviário, este sistema classifica os solos em A-1, A-2, etc., cada um com um tipo especifico e uma característica. Indo diretamente para o nosso solo temos mais de 35% de finos então seguiremos diretamente para a classificação de finos do sistema que de uma maneira parecida com a Carta de Plasticidade relaciona o LL e o IP, segue a Figura 3:
Figura 3 – Classificação dos finos no Sistema Rodoviário
Fonte: Carlos de Souza Pinto, 2006
	A partir da figura acima podemos concluir que o nosso é um A 6, pois só seria A 2-6 caso a parcela de finos fosse menor que 35% e a porcentagem de passante na peneira #10 menor que 50%.
	Normalmente associado ao método do Sistema Rodoviário, temos o Índice de Grupo (IG) que é da do por uma formula que correlaciona o LL, o IP e a porcentagem passante pela peneira #200 ():
	Substituindo os valores na formula acima temos um IG equivalente a aproximadamente 9. A escada desse índice vai de 0 a 20 sendo 0 o melhor e 20 o pior solo no quesito capacidade de suporte. E assim pelo sistema rodoviário temos um solo A 6 (9).
	Vale lembrar que o próprio valor do CBR encontrado já é um método de classificação pois, como já foi dito, ele compara os valores da de penetração em porcentagem da brita americana para com o solo em questão, sendo 100% um solo com propriedade equivalente a brita e quanto menor o Índice de Suporte Califórnia e mais distante das propriedades da brita padrão serão as propriedades do solo.
Conclusão 
Portanto, de acordo com as classificações acima podemos então afirmar que o solo coleto no Ramal da UFAC, de acordo com o CBR, tem uma resistência muito baixa a penetração, apesar da pouca expansibilidade, uma péssima distribuição granulométrica com uma porcentagem de finos extremamente alta.
 Assim pelos métodos de classificação tradicionais temos um solo pobre e ruim para a pavimentação, porem vale lembrar que os métodos de classificação tradicionais não são capazes de determinar com exatidão as propriedades dos solos tropicais e, portanto, sendo recomendado métodos mais modernos, MCT por exemplo, para determinar as utilidades dos solos da nossa região.
 Acervo fotográfico
 Figura 4 – pesagem do corpo compactado Figura 5 – Limite de Liquidez
 
 Figura 6 – Equipamentos para o LP Figura 7 – Membros do grupo calculando (compactação)
 
 Figura 8 – Corpo retirado do tanque (CBR) Figura 9 – Membros do grupo destorroando 
Referências Bibliográficas 
PINTO, Carlos de Souza et al. Curso básico de mecânica dos solos. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7181: Solo - Análise granulométrica: Catálogo ABNT, 2016. 12 p. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7182:2016: Solo - Ensaio de compactação: Catálogo ABNT, 2016. 9 p. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7180:2016: Solo — Determinação do limite de plasticidade: Catálogo ABNT, 2016. 3 p. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459:2016: Solo - Determinação do limite de liquidez: Catálogo ABNT, 2016. 5 p. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9895:2016: Solo – Índice de Suporte Califórnia: Catálogo ABNT, 2016. 14 p.