Relatório 2 Lab Solos 032618

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RESUMO
Esse relatório tem como principal objetivo apresentar os procedimentos experimentais executados no Laboratório de Mecânica dos Solos 1, assim como os resultados obtidos e a análise de cada um em relação ao resultado obtido. 
Todos os procedimentos experimentais realizados estão de acordo com a ABNT. Foram utilizadas amostras deformadas de solo, porém vale a pena ressaltar que amostras indeformadas também poderiam ter sido utilizadas. 
Com os aspectos tato visuais definidos a equipe suspeita de se tratar de um solo argiloso, porém como já descrito no relatório anterior a classificação definitiva só será possível quando for finalizado o ensaio de sedimentação, e a partir daí o solo poderá receber sua nomenclatura.
INTRODUÇÃO TEÓRICA
O cientista sueco A. Atterberg, em 1911, definiu, através de ensaios, alguns limites que tratam de delimitar o intervalo de consistência do solo, estes são o limite de liquidez, limite de plasticidade e limite de contração. Pode-se dizer que quando o solo estiver submetido a um valor elevado de umidade, utiliza-se o limite de liquidez. Para solos que estão em estado solido ou semissólido, têm-se o limite de plasticidade. Arthur Casagrande, propôs o método, que na atualidade, é o mais utilizado e utiliza um aparelho padronizado pelo mesmo. 
De maneira sucinta e direta, pode-se dizer que os solos são formados basicamente de um volume de sólidos, um volume de água e um volume de ar. O comportamento do solo irá variar de acordo com a movimentação das partículas, a interação entre elas mesmas, e os seus respectivos tamanhos. Para cada faixa de características específicas das partículas há uma denominação diferente. Seus limites variam conforme os sistemas de classificações de solos.
Por fim, mas não menos importante, o ensaio de sedimentação é de grande importância na determinação da granulometria dos solos finos, como os siltes e argilas. É considerado um ensaio de caracterização, que em parceria com o ensaio de peneiramento, compõe a Análise Granulométrica dos Solos. 
LIMITE DE CONTRAÇÃO
O limite de contração tem como finalidade determinar um teor de umidade teórico do solo, sendo quaisquer valores abaixo deste, não existente a variação no volume de um corpo de prova quando submetido à secagem.
Equipamentos e Procedimentos
Equipamentos:
Balança com precisão de 0,01g;
Refratário de porcelana;
Cápsula para moldagem do corpo de prova: cápsula cilíndrica, metálica de fundo plano, com cerca de 40mm de diâmetro e 10mm de altura (cápsula de contração);
Proveta graduada, capacidade de 25ml;
Placa de vidro com três pinos de metal, para mergulhar a pastilha de solo no mercúrio;
Cuba de vidro de cerca de 50mm de diâmetro e 25mm de altura;
Espátula com lâmina flexível de cerca de 80mm de comprimento e 20mm de largura;
Régua de aço de cerca de 30cm de comprimento;
Estufa;
Mercúrio;
Vaselina esterilizada.
Procedimentos:
Uma das amostras obtidas no ensaio “Preparação de amostras para ensaios de caracterização”, sendo esta a do material passante na peneira 0,42mm, tomando aproximadamente 50g.
Coloca-se a amostra de solo no refratário de porcelana acrescentando água destilada, sendo esta suficiente para preencher todo e qualquer vazio do solo. Forma-se então uma pasta uniforme, que é de fácil manuseio. Vale ressaltar que a umidade do solo corresponderá ao limite de liquidez. O próximo passo é homogeneizar a umidade amostra com o auxílio de uma espátula por aproximadamente 5 minutos, até que não haja a presença de bolhas de ar. Unta-se então as formas de alumínio a fim do solo não grudar nas paredes da capsula durante o processo de secagem. Com a capsula untada, 1/3 do seu volume é preenchido da amostra de solo preparada anteriormente. Bateu-se a capsula contra uma superfície firme, para assentar e remover qualquer bolha que estivesse no volume. Repetiu-se, então, o processo três vezes, até que o volume inteiro da capsula fosse preenchido. O solo em excesso foi retirado, de maneira a restar apenas o volume conhecido (Figura 1). 
Figura 1: Processo de preparação da amostra para o ensaio de Limite de Contração
O passo seguinte foi aferir o peso da capsula + solo úmido. Com o peso anotado, a capsula foi levada à estufa com temperaturas entre 105 e 110 ºC, até se verificar consistência de peso. Determinou-se então, com aproximação de 0,01g, o peso do solo seco (Ps). O processo foi feito mais uma vez, resultando em duas capsulas. Após o processo de secagem, retirou-se a pastilha de solo formada de dentro da capsula de alumínio. Coloca-se na cápsula de porcelana, a cuba de vidro cheia de mercúrio, removendo-se o excesso por pressão da placa de vidro, então colocou-se a pastilha cuidadosamente sobre o mercúrio na cuba. Seguindo no procedimento, a placa de três pinos foi colocada sobre a pastilha, e então pressionando com os dedos, de modo que os 3 pinos obrigassem a pastilha a mergulhar completamente no mercúrio, não restando nenhum ar (Figura 2).
Figura 2: Processo de medição do volume da pastilha de solo com mercúrio.
O volume de mercúrio deslocado pela pastilha foi medido com o auxílio de uma proveta graduada, sendo este o valor do volume do solo seco (Vs) (Figura 3).
Figura 3: Volume de mercurio deslocado.
Resultados Experimentais
Calcula-se o limite de contração usando a fórmula:
Onde:
Ps = peso da pastilha de solo seco em g
Vs = volume da pastilha de solo seco em cm3;
& = massa específica dos grãos do solo em g/cm3, já determinado;
Ya = massa específica da água (1 g/cm3).
Dessa maneira:
Tabela 1: Dados para Limite de Contração
	Amostra
	Peso da Capsula (g)
	Peso Úmido (g)
	Peso da Pastilha de solo seco (g)
	Volume de Mercúrio deslocado (cm³)
	Limite de contração LC (%)
	Média LC (%)
	
	
	
	
	
	
	
	1
	11.23
	19.57
	13.06
	8.8
	31.37549
	30.50
	2
	15.02
	20.47
	13.41
	8.8
	29.61684
	
A relação de contração é dada pela seguinte formulação:
	Os valores encontrados para esta relação foram de aproximadamente 1,48 e 1,52.
Interpretação dos Resultados e Conclusões
O cálculo de limite de contração é de extrema importância na determinação de diminuição do solo ao perder água, situação agravada em épocas como o verão, que pode aumentar a quantidade de esforços solicitantes de uma construção para com o solo.
O solo estudado apresentou uma média de contração de 30,50% em condição extrema e uma relação média de contração de 1,5 g/cm³, demonstrando que o solo estudando pode reduzir quase 31% de seu volume ao perder água.
LIMITE DE LIQUIDEZ
O experimento tem como principal objetivo determinar o limite de liquidez do material. Este é o teor de água acima do qual o solo adquire comportamento líquido.
Equipamentos e Procedimentos
Equipamentos
Estufa capaz de manter a temperatura de 60 a 65ºC e 105 a 110ºC;
Cápsula de porcelana com aproximadamente 120mm de diâmetro;
Espátula de lâmina flexível com aproximadamente 80mm de comprimento e 20mm de largura;
Aparelho de Casagrande;
Cinzel com as características normalizadas;
Recipientes adequados (pares de vidros de relógio com grampo), que evitem a perda de umidade da amostra;
Balança com resolução de 0,01g e sensibilidade compatível;
Gabarito para verificação da altura de queda da concha;
Esfera de aço com 8mm de diâmetro.
Inspeção e calibragem de equipamentos
 Inspecionou-se o aparelho de Casagrande e foi verificado o que segue:
O pino que conecta a concha está firme, não permitindo deslocamentos laterais;
Os parafusos que conectam essa concha estão apertados;
Os pontos de contato, tanto da base como da concha estão gastos pelo uso; indicando uma não conformidade do aparelho;
A concha apresenta ranhuras, perceptíveis ao tato; outra não conformidade como mostra a imagem abaixo;
O cinzel não está em perfeitas condições.
Figura 4: Aparelho de Casagrande.
A seguir ajustamos o aparelho de modo que o ponto de contatoda concha com a base esteja 10mm acima da base, quando aquela estiver no ponto mais alto do seu curso, utilizando-se para tal um gabarito. Após o ajuste e o aperto dos parafusos, testamos o ajuste girando rapidamente a manivela várias vezes e verificamos novamente a altura de queda da concha.
Verificou-se também as características da base de ebonite do aparelho, deixando cair em queda livre, a esfera de aço com 8mm de diâmetro, de uma altura de 250mm sobre a superfície desta, devendo à altura de restituição estar compreendida entre 185 e 230mm; é possível visualizar na imagem abaixo que isto não aconteceu, ou seja, temos uma não conformidade. 
 
Figura 5: Teste da base do aparelho Casagrande.
A massa do conjunto concha + guia do excêntrico estava compreendido no intervalo 200+- 20g; e o excêntrico possui uma forma tal que durante os últimos 3mm de movimento do mesmo não provoque variações na altura da concha, em relação à base.
Procedimento experimental
Para realização do experimento foi utilizada a amostra do material que ficou retido na peneira 0,42mm.
Colocamos a amostra na cápsula de porcelana, adicionamos água destilada em pequenos incrementos (inicia-se com 20cm3 e adições posteriores de 1 a 5ml), amassando e revolvendo, vigorosa e continuamente com auxílio da espátula, de forma a obter uma pasta homogênea, com consistência tal que sejam necessários cerca de 35 golpes para fechar a ranhura. O tempo de homogeneização foi de aproximadamente 20min.
Com a concha do aparelho de Casagrande na mão, transferiu-se parte da mistura para a concha, que foi moldada de forma que na parte central a espessura fosse da ordem de 10mm. Esta operação é realizada de maneira que não fiquem bolhas de ar no interior da mistura.
Retornar o excesso de solo para a cápsula. Mostrado na Figura 6.
Figura 6: Procedimento de Ensaio.
Dividiu-se a massa de solo em duas partes, passando o cinzel através da concha, de maneira a abrir uma ranhura em sua parte central, normalmente à articulação da concha. Como mostrado na imagem abaixo:
Figura 7: Realizando os golpes.
A concha do aparelho é golpeada contra a base, deixando-a cair em queda livre, girando a manivela à razão de duas voltas por segundo. Anotamos o número de golpes necessário para que as bordas inferiores da ranhura se unam ao longo de 13mm de comprimento, aproximadamente (Figura 7 e Figura 8).
Figura 8: Golpes sendo deferidos até o material apresentar as características desejadas.
Uma pequena quantidade do material de junto das bordas que se uniram é então transferida imediatamente para uma cápsula e é efetuada a pesagem para determinação da umidade.
Transfere-se o restante da massa para a cápsula de porcelana, sempre lavando e enxugando a concha e o cinzel.
Foi adicionado 2 ml de água destilada à amostra, que foi homogeneizada durante em média 1min, amassando e revolvendo vigorosa e continuamente com auxílio da espátula.
Repete-se as operações descritas 5 vezes, obtendo assim cinco pontos de ensaio.
Resultados Experimentais
Determinar a umidade pela fórmula: 
Sendo:
h = Teor de umidade, em porcentagem, aproximada para o inteiro mais próximo;
Ph = Peso do material úmido;
Ps = Peso do material seco em estufa a 105º - 110ºC, até constância de peso.
Com os resultados obtidos, é construído um gráfico no qual as ordenadas (em escala logarítmica) são os números de golpes e as abcissas (em escala aritmética) são os teores de umidade correspondentes e ajustamos uma reta pelos pontos assim obtidos.
Obtêm-se na reta o teor de umidade correspondente a 25 golpes, que é o limite de liquidez do solo.
	Cápsula número
	Cápsula e solo úmido(g)
	Cápsula e solo seco(g)
	Cápsula(g)
	Água(g)
	Solo seco (g)
	Umidade (%)
	Número de pancadas
	118
	99,13
	97,84
	94,36
	1,29
	3,48
	1,31
	42
	119
	96,05
	94,33
	89,92
	1,72
	4,41
	1,82
	35
	120
	102,67
	100,56
	95,32
	2,11
	5,24
	2,09
	24
	121
	98,2
	96,04
	90,92
	2,16
	5,12
	2,24
	22
	122
	102,73
	100,79
	96,44
	2,55
	4,35
	2,53
	17
Quadro 1: Dados para Limite de Liquidez.
Gráfico 1: Gráfico para o Limite de Liquidez.
Para 25 golpes, obtivemos um valor correspondente de 46,8. Assim, temos um limite de liquidez da amostra determinado de 47%.
Interpretação dos Resultados e Conclusões
O limite de liquidez tem grande aplicação em avaliações de solo para uso em fundações, construções de estradas e estruturas para armazenamento e retenção de água. O método mais utilizado para determinação do teor de liquidez é o padronizado por Arthur Casagrande, que utiliza o aparelho de sua própria autoria. Este utilizado no experimento. Portanto para este ensaio o limite de liquidez obtido foi de aproximadamente 47%. Resultado este bastante satisfatório para fins de estudos.
LIMITE DE PLASTICIDADE
Caracterizar o solo quanto ao seu limite de plasticidade, que corresponde ao teor de umidade em que o solo passa do estado plástico para o estado semissólido.
Equipamentos e Procedimentos
Equipamentos
Estufa capaz de manter a temperatura de 60º - 65ºC e de 105º - 110ºC;
Cápsula de porcelana com aproximadamente 120mm de diâmetro;
Espátula de lâmina flexível, com aproximadamente 80mm de comprimento e 20mm de largura;
Recipiente adequados, tais como pares de vidros de relógio com grampo, que evitem a perda de umidade da amostra;
Balança que permita pesar nominalmente 200g, com resolução de 0,01g;
Gabarito cilíndrico para comparação, com 3mm de diâmetro e 100mm de comprimento;
Placa de vidro de superfície esmerilhada, com cerca de 30cm de lado.
Procedimento experimental
Foi utilizada neste experimento a amostra de 50g do material retido na peneira 0,42mm. A amostra foi colocada na cápsula de porcelana para adição de água destilada em pequenos incrementos, amassando e revolvendo por 15 minutos até obter-se uma pasta homogênea (Figura 9).
Para iniciar o ensaio, uma pequena bola foi feita com aproximadamente 10g da pasta para ser rolada com a palma da mão até conferir uma forma cilíndrica com 3mm de diâmetro (Figura 10). 
Figura 9: Pasta para o ensaio de Limite de plasticidade.
Figura 10: Rolinho com 3mm de diâmetro, aproximadamente.
Quando a amostra apresenta fissuras antes de atingir este diâmetro, retorna-se à cápsula de porcelana para adicionar mais água e repetir o processo. Quando a amostra atinge os 3mm sem fissurar, o material é amassado novamente e o processo descrito no segundo parágrafo é repetido.
Ao apresentar fissuras quando atinge o diâmetro de 3mm com 10mm de comprimento, o cilindro é transferido para um recipiente para determinação da umidade. 
O processo foi repetido até obter-se cinco valores de umidade.
Resultados experimentais
Limite de plasticidade
Foi retirada a média de umidade das 5 cápsulas e analisadas quais as amostras se enquadram dentro do permitido pela norma que seria 5% acima ou abaixo da umidade média.
Como apenas um valor foi satisfatório, estando dentro da margem de 5% de erro, o mais divergente foi descartado para os cálculos serem refeitos.
Novamente o valor mais discrepante foi recusado até serem encontrados 3 valores satisfatórios dentro da margem de 5%
Foi encontrado o valor de 27,23% para o limite de plasticidade a partir da média de 3 valores satisfatórios. Os resultados finais podem ser observados na tabela abaixo:
b) Índice de Plasticidade
Para o cálculo do índice de plasticidade utilizou-se o valor de limite de liquidez encontrado no ensaio de limite de liquidez e o valor do limite de plasticidade para chegar no valor de IP = 20% de acordo com o que segue.
IP = LL - LP
IP = Índice de Plasticidade
LL = Limite de Liquidez
LP = Limite de Plasticidade
IP = 47% - 27%
IP = 20%
Interpretação dos Resultados e Conclusões
Como dito anteriormente, o Limite de Plasticidade (LP) de um solo corresponde ao teor de umidade abaixo do qual o solo passa do estado plástico para o estado semissólido, ou seja, é o pontono qual o material perde a capacidade de ser moldado e passa a ficar quebradiço. 
Na amostra trabalhada, apenas 1 cápsula teve resultado satisfatório na primeira validação, então o resultado mais divergente foi desconsiderado na avaliação seguinte, e assim por diante, até obterem-se 3 resultados dentro dos parâmetros estabelecidos de 5% de erro acima ou abaixo da umidade média. Recusando, a cada validação, a mais divergente, encontramos um limite de plasticidade de 27%.
O Índice de Plasticidade (IP) é expresso em porcentagem e pode ser interpretado, em função da massa de uma amostra, como a quantidade máxima de água que pode lhe ser adicionada, a partir de seu Limite de Plasticidade, de modo que o solo mantenha a sua consistência plástica. O solo estudado apresentou um IP de 20%.
ÍNDICE DE VAZIOS MÍNIMO E MÁXIMO
Determinação do índice de vazios máximo e mínimo ( e ) de solos granulares, não coesivos, contendo no máximo 10% de material retido na peneira de 9,5mm e 12% de passante em 0,075mm (% em massa). Separaremos em dois experimentos:
Experimento A: Índice de vazios máximo
Experimento B: Índice de vazios mínimo
Equipamentos e Procedimentos
a) Equipamentos
A: 
Molde cilíndrico metálico padrão com volume nominal de 2.830cm3;
Tubo rígido de PVC, com diâmetro interno de aproximadamente 7,5 cm;
Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 ± 5 °C;
Peneiras de 9,5mm e 0,075mm, de acordo com EB-22;
Balança que permita pesar nominalmente 10kg, com resolução de no mínimo 1g;
Paquímetro.
B:
Molde cilíndrico metálico padrão com volume nominal de 2.830cm3;
Disco-base da sobrecarga dotado de dispositivo para centralização da sobrecarga;
Sobrecarga de seção circular, tal que a massa total do disco-base e da sobrecarga permita uma aplicação de uma pressão de (13,8 ± 0,1) kPa;
Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 ± 5 °C;
Peneiras de 9,5mm e 0,075mm, de acordo com EB-22;
Balanças que permitam pesar nominalmente 10kg e 1,5 kg, com resoluções de no mínimo 1g e 0,1g respectivamente;
Paquímetro;
Mesa vibratória, do tipo utilizado para realizar peneiramento;
Cronômetro.
Procedimento experimental
A:
Determinou-se a massa especifica dos grãos (δ) através do método do frasco de Chapman. Calculou-se o volume do molde (Vm) em cm³ e com quatro algarismos significativos, utilizando as medias de, pelo menos, três medidas do diâmetro interno e altura, efetuadas igualmente espaçadas e com resolução de 0,1mm.
Colocou-se o tubo de parede delgada dentro do molde e o preencheu, com auxílio de funil ou concha, com a amostra até cerca de 1 cm abaixo do topo, tomando-se cuidado de minimizar a segregação do material durante o enchimento (Figura 11).
Figura 11: Ensaio sem adensamento.
Sacou-se o tubo rapidamente, de modo que o solo preencha completamente o molde. Rasou-se o excesso de solo e limpou-se o molde por fora (Figura 12).
Figura 12: Processo de limpeza para pesagem.
 
Com resolução de 1g, determinou-se e anotou-se a massa de solo que preencheu o molde (Ms).
Repetiu-se as operações, reusando a amostra ensaiada, mas sem permitir a absorção de umidade, de modo a obter, pelo menos três valores de Ms.
B:
Determinou-se a massa especifica dos grãos (δ) conforme a NBR 6508 ou 6485. Calculou-se o volume do molde (Vm) em cm³ e com quatro algarismos significativos, utilizando-se as medias de, pelo menos, três medidas do diâmetro interno e altura, efetuadas igualmente espaçadas e com resolução de 0,1mm. 
O colarinho do cilindro de Proctor foi fixado firmemente, garantindo previamente que as paredes internas destes estão alinhadas. Com auxílio de concha ou funil, encheu-se parcialmente o molde, de forma que, após submetido à vibração, houvesse um excesso de 1cm a 2 cm acima do topo do cilindro Proctor sem o colarinho. Golpeou-se a parede externa do molde com barra de metal, martelo de borracha ou ripa de madeira, visando recalcar o material e assim facilitar o posicionamento da sobrecarga (Figura 13).
Figura 13: Preparação da amostra com adensamento.
Assentou-se a sobrecarga sobre o disco-base e vibrou o conjunto contendo a amostra durante o tempo de vibração (10 minutos) (Figura 14); 
Figura 14: Processo de adensamento na mesa vibratória.
Removeu-se a sobrecarga, o disco-base, o colarinho e o excesso da amostra do solo foi rasado com o auxílio de uma régua de aço biselada. Retirou-se, com auxílio de uma escova, o material que eventualmente ficou aderido na base do molde e em sua parede interna. Com resolução de 1g, a massa de solo que preencheu o molde (Ms) foi determinada.
Figura 15: Pesagem do material adensado.
OBS: O tempo de vibração foi previamente determinado em calibração da mesa vibratória (10 minutos).
Resultados Experimentais
A:
Calculou-se a massa especifica aparente seca da amostra, em cada determinação, de acordo com a seguinte expressão:
Onde:
Yd = massa específica aparente do solo, em g por cm³.
Ms = massa do solo seco que preencheu o molde, em g;
Vm = volume do molde cilíndrico, em cm³.
Depois, calculamos o índice de vazios máximo da amostra, de acordo com a expressão:
B:
Calculou-se a massa especifica aparente seca da amostra, em cada determinação, de acordo com a seguinte expressão:
Onde:
Yd = massa específica aparente do solo, em g por cm³.
Ms = massa do solo seco que preencheu o molde, em g;
Vm = volume do molde cilíndrico, em cm³.
 Calculou-se o índice de vazios mínimo da amostra, de acordo com a expressão:
	massa areia seca(g)
	volume de água(cm³)
	leitura realizada (cm³)
	variação de volume (cm³)
	massa específica dos sólidos (g por cm³)
	500
	200
	392
	192
	2,6
Quadro 2: Dados para Massa Específica.
A:
	Determinação número
	1
	2
	3
	Diametro(cm)
	99,8
	10
	10
	Area(cm²)
	78,18
	78,5
	78,5
	Altura (cm)
	12,75
	12,74
	12,73
	Volume (cm³)
	981,238
	1000,09
	999,305
	Massa (g)
	1420
	1430
	1430
	Yd,min
	1,447
	1,429
	1,43
	
	0,79
	0,82
	0,81
B:
	Determinação número
	1
	Diametro(cm)
	99,8
	Area(cm²)
	78,18
	Altura (cm)
	12,75
	Volume (cm³)
	981,238
	Massa (g)
	1700
	Yd,max
	1,73
	
	0,5
 
Interpretação dos Resultados e Conclusões
Com isso obtivemos o valor de índice de vazios máximos médio igual a 0,8 e índice de vazios mínimo de 0,5. Estes resultados são bastante satisfatórios visto que não ultrapassam o limite recomendado por norma.
CONCLUSÃO GERAL
No estudo da geotecnia, uma correlação entre o limite de liquidez e limite de plasticidade é amplamente explorada na avaliação do solo utilizado em fundações, execução de estradas, estruturas que são utilizadas para armazenar água e em elementos utilizados na retenção de água.
Em obras Civis, é importante considerar o comportamento do solo no qual estará toda uma estrutura, esta provocará tensões no solo (Fundações), ou o alivio de tensões no caso das escavações. Também é importante citar o escoamento de água nos vazios do solo. Através de poucos exemplos, pode-se comprovar que o conhecimento do solo se faz necessário, de maneira a não haver nenhum dano à estrutura que estará sobre aquele solo. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Normas da ABNT
Fundamentos de Engenharia Geotécnica -Braja M. Dias
Curso Básico de Mecânica dos Solos - Carlos de Souza Pinto