Relatório 5 Granulometria por Sedimentação

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS SOLOS
PRÁTICA 5 – GRANULOMETRIA POR SEDIMENTAÇÃO
ALUNOS:
ALEX CACAU MONTENEGRO – 384933
MARIA SARA BRITO PORTO – 385000 
FORTALEZA – 2018
INTRODUÇÃO
Classificar um solo é de extrema importância na Engenharia Civil, pois constantemente estamos querendo executar projetos que envolvem movimentações e usos de terras. Se podemos ou não implantar tais projeto em determinado local, quem define são as características dos solos daquele ambiente. Um dos meios que permitem a classificação do solo é a Análise Granulométrica. Dentro desse estudo existe o ensaio de sedimentação, que é padronizado pela Norma NBR - 7181, essencial para a classificação da fração fina dos solos. Usamos, para isso, uma certa quantidade de solo passante na peneira de abertura 2,00 mm (n° 10). Este ensaio é regido pela Lei de Stokes, que se baseia na velocidade da queda do solo em meio viscoso para que se tenha conhecimento sobre os diâmetros das partículas menores que 0,075mm e suas porcentagens. É importante ressaltar que, segundo a referida Norma, o acompanhamento da sedimentação é feito por até 24 horas, porém, na presente prática, foi feito até 15 minutos.
	
MATERIAIS E MÉTODOS
 Materiais
Estufa;
Balança digital;
Aparelho de dispersão;
Densímetro de bulbo simétrico;
Solução de Hexametafosfato de sódio;
Amostra de solo passante na peneira n°10 (2,00mm);
Termômetro com precisão de 0,1ºC;
Picnômetro de 250 cm³;
Aparelho de dispersão;
Água destilada;
Proveta de vidro com capacidade de 1000mL a 20°C.
 Métodos
Procedimentos da Sedimentação
O ensaio de sedimentação é feito com o material passante pela peneira n°10 (2,00 mm). Retiramos uma amostra de 120g deste material e inserimos em um picnômetro de 250 cm³ com 125 ml de solução água + hexametafosfato de sódio (proporção 1L:45,7g, respectivamente), deixando ficar 12 horas em repouso após ter agitado a mistura e deixado o material completamente submerso. Após o repouso, a mistura foi vertida no copo de dispersão com o auxílio de jatos de água destilada para remover o material aderido ao béquer. O copo do aparelho de dispersão foi preenchido com água destilada até 5 cm abaixo de suas bordas e em seguida foi ligado por 15 minutos.
Após os 15 minutos no dispersor, a dispersão do copo foi transferida para a proveta de capacidade 1000mL com o auxílio de jatos de água destilada. Assumimos que o local possui temperatura constante. Após o preenchimento até a marca de 1000mL com água destilada, a proveta foi agitada por 1 minuto e, logo após, foi posta sobre uma mesa horizontal e o densímetro foi mergulhado cuidadosamente. Nesse intervalo, foi medida e anotada a temperatura ambiente. Após a realização de três leitura nos tempos de 0,5, 1 e 2 minutos, o densímetro foi retirado e colocado em água destilada. As outras medidas em 4, 8 e 15 minutos foram realizadas da mesma forma, excetuando-se o fato de que as aferições ocorreram entre 15 a 20 segundos após o densímetro ter sido mergulhado na suspensão.
Peneiramento
Para obter os resultados dessa parte da curva, foi-se necessário calcular a massa total da amostra seca e a porcentagem de material que passa na peneira nº10 da seguinte forma:
Equação 1 – Massa de solo seco
Onde:	ms = Massa de solo seco (passante na peneira n° 10)
		mh = Massa de solo úmido
		w = Umidade higroscópica
A porcentagem passante em cada peneira é, portanto:
Equação 2 – Porcentagem passante no peneiramento fino
 Onde: 	Qf = Porcentagem de material que passa em cada peneira no peneiramento fino
		ms = Massa de solo seco
		mi = Massa do material retido acumulado em cada peneira		
Sedimentação
Com isso, podemos calcular as porcentagens de material em suspensão, correspondente a cada leitura do densímetro, pela fórmula a seguir: 
Equação 3 – Porcentagem de material em suspensão em dado instante
Onde: 
Qs = Porcentagem de solo em suspensão no instante da leitura do densímetro
N = Porcentagem de material que passa na peneira nº 10
 = Massa específica do grão em g/cm³
d = Massa específica do meio dispersor, a temperatura do ensaio, em g/cm³
V = Volume da suspensão, em cm³
c = Massa específica da água, a temperatura de calibração do densímetro (20ºC), em g/cm³
L = Leitura do densímetro na suspensão
Ld = Leitura do densímetro no meio dispersor, a mesma temperatura da suspensão
mh = Massa do material úmido submetido à sedimentação, em g
h = Umidade higroscópica do material passado na peneira nº 10
Para calcular o diâmetro máximo das partículas em suspensão, usamos a expressão abaixo, baseada na lei de Stokes: 
Equação 4 – Diâmetro máximo das partículas em suspensão
Onde: 
d = Diâmetro máximo das partículas, em mm 
η = Coeficiente de viscosidade do meio dispersor, à temperatura de ensaio, em g x s/cm²
a = Altura de queda das partículas (resolução de 0,1 cm) 
t =Tempo de sedimentação, em s
 = Massa específica dos grãos do solo, pela NBR 6508, em g/cm³
d = Massa específica do meio dispersos, em g/cm³
Consideramos: 
d = 1,00 g/cm³ 
V = 1000,00 cm³
C = 1,00 g/cm³
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS
Os procedimentos descritos anteriormente permitiram a obtenção dos seguintes resultados.
Pontos de Peneiramento Fino
De acordo com as massas retidas obtidas no peneiramento fino da amostra de 120 g passante na peneira n°10 e aplicando as equações 1 e 2 com N = 67,1% (obtido em práticas anteriores), pôde-se calcular a terceira coluna da seguinte tabela.
	Peneira n°
	Abertura (mm)
	Massa retida(g)
	Massa acumul. Retida(g)
	%Passante (Qf)
	n°40
	0,42
	18,88
	18,88
	56,4%
	n°100
	0,15
	31,95
	50,83
	38,3%
	n°200
	0,075
	23,15
	73,98
	25,2%
Tabela 1 – Porcentagens passantes nas peneiras de peneiramento fino
Pontos de Sedimentação
Com base na temperatura de equilíbrio aferida (28,5°C), chegamos nos valores das seguintes variáveis com base em seus gráficos de determinação da Norma NBR 7181:
Viscosidade do meio dispersor(água) (η) = 8,43.10^-6 g.s/cm²
Leitura do dens. do meio dispersor (Ld) = 1,0015 g/cm³
 	De acordo com práticas anteriores, temos também que:
Massa espec. dos grãos (ρg) = 2,7415 g/cm³
Umidade higroscópica (h) = 1,3%
 	Seguindo recomendações da referida Norma e da experiência de nosso orientador, podemos utilizar os seguintes valores para os parâmetros restantes:
Massa espec. do meio dispersor (ρd) = 1,0 g/cm³
Massa espec. da água (ρc) = 1,0g/cm³
Volume da suspensão (V) = 1000 cm³
De forma que pudemos calcular os valores dos diâmetros máximos das partículas em suspensão e das porcentagens de material em suspensão, mostrados na tabela a seguir.
	Tempo(min)
	Temp(°C)
	Lleitura
	Ld(g/cm³)
	a(cm)
	dmáx(mm)
	Qs(%)
	0,5
	28,5
	1,024
	1,0015
	13,8
	0,063
	20,1%
	1
	28,5
	1,020
	1,0015
	14,5
	0,046
	16,5%
	2
	28,5
	1,018
	1,0015
	15,0
	0,033
	14,7%
	4
	28,5
	1,018
	1,0015
	14,0
	0,023
	14,7%
	8
	28,5
	1,017
	1,0015
	14,3
	0,016
	13,8%
	15
	28,5
	1,016
	1,0015
	14,4
	0,012
	12,9%
Tabela 2 - Determinação de dmáx e Qs
Os valores para as alturas de queda das partículas “a” foram obtidos com base no anexo da Norma NBR 7181 que relaciona a leitura do densímetro Lleitura com as alturas de queda a (3 primeiras medições – 0,5, 1 e 2 minutos) e a’ para as medições seguintes (4, 8 e 15 minutos).
	Com as porcentagens passantes calculadas para a fração fina do peneiramento e para a fração fina da suspensão e os seus diâmetros máximos correspondentes, pôde-se obter a seguinte Curva Granulométrica.
Figura 1- Curva Granulométrica obtida por Suspensão e Peneiramento Fino
De fato, percebe-se que os resultados obtidos para a parte da curva obtida por sedimentação deixaram a desejar, visto que as medições no densímetro foram efetuadas em um intervalo de 15 minutos, enquanto que um procedimento seguindo fielmente a norma teria um intervalo de 24hpara compassadas aferições. Todavia, para fins didáticos, o procedimento empregado e os resultados dos pontos da curva granulométrica obtidos por sedimentação foram satisfatórios, visto que, aparentemente, não destoaram muito do comportamento dos 3 últimos pontos obtidos por peneiramento fino. 
CONCLUSÕES
O ensaio de sedimentação mostrou-se muito importante, pois com ele é possível aferir características dos solos como diâmetro máximo em determinadas porcentagens de suspensão de solo, possibilitando a construção de uma parte da Curva Granulométrica que seria bastante difícil ou impraticável com o uso de peneiras. Além disso, vale ressaltar a complexidade por trás dos cálculos simplificados mostrados, visto que vários fenômenos estão presentes, como o fenômeno dos transportes, durante a suspensão das partículas (ação da gravidade, empuxo e resistência de movimento por atrito agindo sobre essa partícula em função do tempo). Os resultados que obtivemos na presente prática podem ser considerados satisfatório, visto que mesmo com um pequeno intervalo para leituras, uma parte considerável da Curva Granulométrica fora construída.
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BIBLIOGRAFIA
NOTAS DE AULA – Laboratório de Mecânica dos Solos, UFC
NORMA NBR 7181 – SOLO - Análise Granulométrica