RELATORIO MECÂNICA DOS SOLOS I, ensaios de solo

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FUNDAÇÃO PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS
FACULDADE PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS DE TEÓFILO OTONI
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
LUANA MARQUES DE OLIVEIRA
MAIARA ALVES DOS SANTOS
MÁRCIO MATTOS MURBACK
RELATÓRIO – ENSAIOS DE SOLOS
Ensaio de Granulometria
Ensaio de Compactação
Ensaio Teor de Umidade
Ensaio de CBR ou (ISC)
Ensaio de Densidade in Situ
TEÓFILO OTONI
 2017
LUANA MARQUES DE OLIVEIRA
MAIARA ALVES DOS SANTOS
MÁRCIO MATTOS MURBACK
RELATÓRIO – ENSAIOS DE SOLOS
Relatório técnico apresentado ao professor Paulo Henrique Vieira, referente à disciplina Mecânica dos Solos I, do Curso Bacharelado em Engenharia Civil, Faculdade Presidente Antônio Carlos.
TEÓFILO OTONI
2017
INTRODUÇÃO e objetivos
Relatório referente à aula prática da disciplina Mecânica dos solos I, realizada dia 23 de março de 2018, ministrada pelo Prof.º Paulo Henrique Vieira, no laboratório Multidisciplinar da Faculdade Presidente Antônio Carlos. 
No ramo da engenharia civil, torna-se imprescindível o conhecimento dos tipos de solos e suas propriedades para que possam ser escolhidas as melhores técnicas destinadas ao solo em questão de acordo com a necessidade da obra, visando resistência, economia, trabalhabilidade e qualidade. Visto que toda a carga distribuída sobre a obra em questão é redistribuída ao solo através dos mais variados tipos de função, ou de pavimentação.
O objetivo da presente aula foi conhecer e aprender sobre a importância e as etapas de realização dos ensaios de solos mais conhecidos e utilizados, como: ensaio de granulometria, ensaio de compactação, ensaio de teor de umidade, ensaio de CBR e ensaio de densidade IN SITU. 
 
ensaio de granulometria
 É o processo utilizado para a determinação da percentagem em peso que cada faixa especificada de tamanho de partículas representa na massa total ensaiada. 
O ensaio de granulometria é dividido em duas partes distintas: análise granulométrica por peneiramento e análise granulométrica por sedimentação.
Através dos resultados obtidos nesse ensaio, é possível a construção da curva de distribuição granulométrica, que possui fundamental importância na caracterização geotécnica do solo, principalmente no caso dos solos grossos.
Materiais e métodos
Os principais equipamentos e utensílios utilizados são:
Balança
Almofariz e mão de grau 
Cápsulas para determinação de umidade
Estufa 
Jogo de peneiras (50|38|25|19|9,5|4,8|2,38|2|1,2|0,6|0,42|0,29|0,15|0,075mm)
Agitador de peneiras e dispersor elétrico 
Proveta graduada de 1000 ml
Densímetro graduado de bulbo simétrico
Termômetro – Cronômetro
Execução do Ensaio
Passar o material na peneira de 2,0 mm, observando-se para não desmanchar no almofariz todos os torrões ainda existentes, manter a retenção na peneira somente dos grãos maiores.
Deve lavar a parte retirada da peneira para eliminar o material fino e colocar para secar na estufa a 105ºc/110ºc, assim será usado no peneiramento grosso.
Pesar o material de acordo com a NBR 6457, e colocar no béquer com auxilio de proveta. Colocar os materiais necessários agitar bem e deixar em repouso por 12 horas, passar o material na peneira de 0,75mm e depois remover com água.
Peneiramento fino
Secar o material retido na peneira 0,75mm, anotar as massas retidas acumuladas em cada peneira, pesar a fração retirada da mesma.
Peneiramento grosso
É realizado com o solo que fica na peneira de 200 mm, pesar a fração do solo retirada da peneira.
Sedimentação
Usar a amostra em imersão 6 às 24h usando agitador mecânico, passar o material na peneira e anotar as massas retiradas na peneira.
Cálculos
Massa total da amostra seca
Traça-se a curva de distribuição granulométrica.
Ensaio de compactação
Método de estabilização do solo onde é aplicada alguma forma de energia (impacto, vibração etc.) aumentando o peso específico e a resistência ao cisalhamento e diminuindo a permeabilidade e compressibilidade.
Com o ensaio é possível observar a correlação entre o teor de umidade e o peso específico, o ensaio mais usado é o Procter, feito com muitos impactos de força.
A compactação provoca um aumento do grau de saturação, já o volume de vazios diminui por expulsão do ar.
O resultado da compactação depende de dois fatores, a energia aplicada e o teor em água de compactação.
Materiais e Métodos
Almofariz e mão com borracha
Peneira nº 4(4,8mm)
Balança
Molde cilíndrico de100 cm3
Base colarinho
Soquete cilíndrico
Extrator de amostras
Capsulas para determinação de umidade estufa
Execução do Ensaio
Colocar a água na amostra até ficar homogênea.
Colocar a amostra no cilíndrico com três camadas iguais cobrindo 1/3 do molde utilizando 25 golpes uniformemente com o soquete
Tirar o colarinho e a base, plainar por cima do material pesar o conjunto cilindro + solo úmido.
Usar o extrator para retirar o molde partindo no meio e coletar uma pequena quantidade para determinação da umidade.
Desmanchar o material até passar pela peneira e misturar a amostra inicial se for repousar o material.
Adicionar água na amostra homogeneizada e repetir pelo menos quatro vezes o estudo.
Cálculos 
- Peso específico úmido: γ = [(Peso Cilindro + Solo Úmido) - (Peso Cilindro)]/(Volume Cilindro)
- Peso específico seco: γd = (γ .100)/(100 + w)
- Peso específico seco em função do grau de saturação: γd = (Sr.γs.γw)/(w.γs+Sr.γw)
Sr - Grau de saturação
w - Umidade
γs - Peso específico das partículas sólidas
γw - Peso específico da água.
Sendo assim podendo formar uma curva de compactação.
Ensaio de teor de umidade
Teor de umidade de solo é relação da massa de água presente em certo volume de solo e a massa das partículas sólidas num mesmo volume, expressado em percentagem. (DNER, 1994.)
O ensaio de teor de umidade visa determinar a quantidade de água existente no solo analisado para uma melhor compactação, bem como também a melhoria da resistência à esforços no qual ele será submetido.
Os métodos mais utilizados para obtenção de teor de umidade são: o da estufa (maior precisão), o speedy test (intermediário), e o método do fogareiro (menor precisão).
Método da Estufa
É o método mais preciso para realizar o ensaio de teor de umidade, pois não denigre as amostras seja com produtos químicos ou queima de matéria orgânica. Consiste em expor as amostras a uma temperatura de cerca de 105ºC. 
Materiais e Métodos
Amostras de solo
Balança de precisão
Capsula metálica
Estufa
Execução do Ensaio
Coletam-se três amostras de solo, pesam-se as cápsulas metálicas vazias, e depois as cápsulas com as determinadas amostras.
As amostras são levadas para estufa, onde permanecem por 24 horas. Após esse tempo as amostras são retiradas e pesadas novamente, permitindo o cálculo que mostra a diferença da massa do solo úmido com a massa do solo seco, e resultando em um percentual de água existente na amostra.
Cálculos 
Para cada amostra individual aplica-se a fórmula para obtenção de teor de umidade:
Para obter o teor de umidade das amostras, utiliza-se a fórmula da média aritmética dos resultados observados no teste:
Método Speedy Test
O speedy test é um método para medir teor de umidade, baseado na reação química da água que existe na amostra do solo com o carbureto de cálcio que se encontra dentro da ampola, a reação ocorre num ambiente fechado e gera uma pressão que é lida pelo manômetro presente do lado de fora do instrumento. É a partir da média das leituras do manômetro que obtemos o teor de umidade.
Materiais e Métodos
Amostra de solo
 Conjunto de Speedy Test: * Ampola com Carbureto de Cálcio; * Esferas metálicas; * Recipiente metálico que suporta altas pressões com tampa e manômetro acoplado. 
Execução do Ensaio
Incialmente pesa-se o solo e o coloca dentro do instrumento, juntamente com a ampola de carbureto de cálcio e as esferas que ajudarão na quebra das ampolas. Veda-se
o aparelho e agita o mesmo até se observar que a ampola foi rompida e que o manômetro comece a sofrer alterações. Após estabilização do manômetro (uma indicação de que as reações terminaram), realizam-se as leituras da pressão e da umidade para que os cálculos sejam feitos.
Cálculos 
P=
Onde:
P é a pressão em kgf/cm3
p1 é a pressão lida no manômetro
H = 
Onde:
H é o teor de umidade em %
h1 é o teor de umidade lido no manômetro
Método do Fogareiro
O método do fogareiro ou frigideira é o que utiliza uma fonte de calor simples e variável para fazer com que haja evaporação da água existente no solo. É o método mais suscetível a erros devido à variação da fonte de calor e da presença de matéria orgânica que pode ser queimada e/ou pulverizada, interferindo assim nos resultados finais dos testes.
Materiais e Métodos
Amostra de solo
Espátula
Cápsulas numeradas
Fogareiro 
Balança de precisão
Execução do Ensaio
Pesa-se três cápsulas vazias, logo em seguida a amostra é colocada dentro das mesmas e a pesagem é feita novamente. O fogareiro é ligado e o solo é depositado no mesmo, com o auxilio das espátulas, espalha-se a amostra para obter uma melhor e rápida secagem e evitar queimas de matéria orgânica. Em seguida, já secas, as amostras são novamente pesadas.
Cálculos 
Para cada amostra individual aplica-se a fórmula para obtenção de teor de umidade:
Para obter o teor de umidade das amostras, utiliza-se a fórmula da média aritmética dos resultados observados no teste:
Ensaio de cbr ou (isc)
Esse ensaio foi criado departamento de estradas de rodagem da Califórnia para avaliar a resistência do solo através do engenheiro O. J. Porter em 1939. Depois de tantos anos de descoberta hoje em dia está sendo um dos métodos mais conhecidos de dimensionamento de pavimentos, sendo assim o mais adotado por uma grande parcela dos órgãos rodoviários locais e nacionais.
O ensaio CBR (Califórnia Bearing Ratio) no Brasil é representado pela norma ABNT 9895.
Materiais e Métodos
Balança
Peneiras 4,8 mm e 19 mm
Estufa
Cápsula metálica para determinar umidade
Bandejas metálica de 75 x 50 x 5 cm
Régua biselada de 30 cm
Espátula
Molde cilíndrico de bronze, latão ou ferro galvanizado com base perfurada
Soquete
Prato perfurado
Porta extesômetro
Disco anelar de aço
Prensa
Pistão de penetração
Extrator de corpo de prova
Tanque ou recipiente para imersão de corpo de prova
Papel filtro
Provetas de vidro
Desempenadeira de madeira
Concha metálica
Base rígida de concreto
Frigideira para determina umidade higroscópica
Fogareiro
Execução do Ensaio
Com o recebimento da amostra, coloca-se pra ser seca ao ar, destorada no almofariz pela mão de gral, limpa e reduzida com auxílio do quarteamento, até obter 6 kg para solos siltosos ou argilosos e 7 kg para solos arenosos ou pedregulhosos.
Após quarteamento, deverá ser passado na peneira de 19 mm e 4,8 mm. A moldagem do corpo de prova para o ensaio deverá ser feita na umidade ótima, obtida do ensaio de compactação, como mostrado a energia a ser adotada.
Inicia-se determinando a umidade higroscópica do material pelo método da frigideira. Em seguida é colocada uma amostra na cápsula, obtendo-se os seguintes valores: peso da cápsula + solo úmido.
 Logo em seguida transfere-se o solo da cápsula para a frigideira e a leva ao fogo. Mantendo-a no fogo até que verifique um valor constante do peso da frigideira + solo. Após alcançada essa condição o solo é colocado novamente na cápsula obtendo o peso da capsula + solo seco.
Uma vez calculada a umidade higroscópica h1, devera ser calculado o peso do solo seco Ps do material da badeja. O Ps é calculado por:
Ps=PH*	1
100
Com base da umidade ótima (hot) do ensaio compactação, o volume de água a ser adicionado será dado por:
Va = 𝑃𝑠. (ℎ𝑜𝑡 − ℎ1)
100. Ya
Descrição da Execução
Adicione o volume de água calculado a amostra do solo. Pesando em seguida o molde, fixando-o então a sua base metálica, ajustando o cilindro complementar, colocando o disco espaçador e a folha de papel filtro, apoiando em cima de um local plano e firme.
A amostra será lançada no molde dividido em 5 camadas iguais onde será compactado, recebendo um número de golpes correspondente à energia de compactação adotada.
Cálculos 
Determinação do ISC
Finalizado os cálculos, obteremos o ISC traçando uma curva pressão x penetração do pistão. Se a curva apresentar uma inflexão, traça-se uma reta tangencial a esse ponto até intercepta p eixo correspondente ás penetrações do pistão. Tomado assim como origem o ponto aonde a tangente traçada intercepta o eixo das penetrações.
Ensaio de densidade in situ
O objetivo do método IN SITU pelo cone de areia é determina a massa específica aparente seca de campo.
Materiais e Métodos
Frasco plástico de 5 litros com gargalo rosqueado e funil com registro
Bandeja 30 x 30 x 2.5 cm, cm furo no meio, com apoio para o funil
Balança sensível ara 1 grama
Talhadeira de aço com 30 cm de comprimento
Marreta 1 kg
Recipiente que permite guarda amostra sem perde umidade
Aparelho speedy completo
Peneira nº20 e nº30
Escova metálica
Cilindro de volume conhecido
Régua e cápsula alumínio
Execução do Ensaio
Primeiramente faz o peneiramento da areia lavada, na pereira nº20 e peneira nº30, utilizando o que ficou retido na peneira nº30 coloca-se no frasco até o conjunto pesar 6000g=6kg=P1.
Colocando logo em seguida o frasco + funil sobre a bandeja em uma superfície plana, abrindo o registro deixando a areia cair livremente até cessar o movimento, fechando o registro e recolhendo a areia derramada, pesando, obtendo o peso da arreia correspondente ao volume do funil e do rebaixo da bandeja, P2.
Frasco com areia + funil sobre o cilindro de volume conhecido, abrindo o registro e deixando a areia cair livremente até completar o volume do cilindro. Recolhendo a areia vamos determinar o peso, dividindo o peso da areia que encheu o cilindro pelo volume do cilindro, chegando ao valor da massa especifica aparente da areia.
Chegando ao campo limpa-se o local determinado onde será achada a massa especifica, deixando plano e horizontal. Colocando a bandeja no local limpo, fazendo um furo redondo no solo com diâmetro igual ao furo com profundidade de 15 cm. Usando o solo tirado para pesagem (Pw), determinando o teor de umidade (W), pelo método speedy. Pesa o frasco com areia + funil (peso antes=P1). Pega o frasco coloca na bandeja, deixa a areia cair até completar o buraco e o funil + rebaixo, pesando depois o frasco com resto de areia + funil (peso depois = P3).
Cálculos 
conclusão
O aprendizado sobre os ensaios de solo mais utilizados na construção civil, foi de suma importância para a formação acadêmica dos alunos.
O solo é a base de praticamente toda construção, todos os esforços existentes são redistribuídos ao solo aliviando a estrutura do seu próprio peso e de outros esforços solicitantes. 
O ensaio de granulometria nos possibilita determinar a curva de distribuição granulométrica, e através dela contribuir para a geotécnica do solo, descrevendo quais são os tamanhos dos grãos presentes no solo em questão.
O ensaio de compactação serve para determinar o grau de compactação máxima e umidade ótima do solo a ser trabalhado.
O ensaio de teor de umidade visa determinar qual a porcentagem de água existente no solo que será trabalhado em questão, assim podendo prever quais as melhores técnicas para aumentar e manter a sua resistência a esforços solicitantes.
O ensaio de cbr é muito utilizado para definir a resistência do solo, sendo essencial para dimensionamento de pavimentos flexíveis, principalmente em rodovias.
O ensaio de densidade in situ tem por objetivo determinar se o solo (camada) atingiu o grau de compactação, quanto as suas umidade e densidades ótimas.
Conclui-se que o conhecimento de todos os ensaios e todas suas etapas é a base para a definição de projeto a ser executado de forma responsável e funcional. 
 referências
Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR-7181 – Solo – Análise Granulométrica – 1984. Disponível em: < https://engenhariacivilfsp.files.wordpress.com/2015/03/nbr-7181.pdf>. Acesso em 05 abril 2018.
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_______. NBR-9895– Solo –Índice de suporte Califórnia (ISC) - Método de ensaio – 1987. Disponível em: <http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17403/material/NBR%209895%20-%20Solo%20-%20%C3%8Dndice%20de%20Suporte%20Calif%C3%B3rnia.pdf>. Acesso em 07 abril 2018.
CHIOSSI, Nivaldo. Geologia de engenharia. 3. ed. São Paulo:
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Departamento Nacional de Estradas de Rodagem. DNER 213/94 – ME. Solo – determinação do teor de umidade – 1994. Disponível em: < http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/dner-me213-94.pdf >. Acesso em 09 abril 2018.
_______. DNER 052/94 – ME. Solos e agregados miúdos – determinação da umidade com o emprego do “Speedy” – 1994. Disponível em: < http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/dner-me052-94.pdf >. Acesso em 09 abril 2018.
FERREIRA, Caio. Compactação de solos – Escola Engenharia – 2013. Disponível em: <https://www.escolaengenharia.com.br/compactacao-de-solos/>. Acesso em 06 abril 2018.
GEOTECNIA E ESTRUTURAS METÁLICAS, Torres. Ensaio de compactação Proctor. 2018. Disponível em: <http://www.torresgeotecnia.com.br/portfolio-view/ensaio-de-compactacao-proctor/>. Acesso em 08 abril 2018.
VALEJOS, cláudio ; et al. CÁLCULO DE ENSAIOS LABORATORIAIS DE MECÂNICA DOS SOLOS. Pg 21-23, UFPR, 2005.