Relatório 01

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL 
 
 
 
 
PRÁTICA 01: PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA CARACTERIZAÇÃO DE UM SOLO 
 
PRÁTICA 02: ENSAIO PARA DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DE UM SOLO 
 
PRÁTICA 03: ENSAIO PARA DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE REAL DE UM SOLO 
 
 
 
 
 
 Aluno: Greylson Nunes Aguiar Matrícula: 384968 
 Professor: Francisco Chagas da Silva Filho Turma: T03 
 Disciplina: Mecânica dos Solos Curso: Engenharia Civil 
FORTALEZA, 2018
 
 
2 
 
Sumário 
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 3 
2. FUNDAMENTAÇÃO TÉORICA ................................................................................................. 3 
2.1. PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS ........................................................................................ 3 
2.2. TEOR DE UMIDADE DO SOLO ........................................................................................ 4 
2.3. DENSIDADE REAL DO SOLO ........................................................................................... 5 
2. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................................................ 6 
3. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ................................................................ 7 
3.1. PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS ........................................................................................ 7 
3.2. TEOR DE UMIDADE DO SOLO ........................................................................................ 7 
3.3. DENSIDADE REAL ........................................................................................................... 8 
4. CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 9 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................... 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1. INTRODUÇÃO 
Estudar o solo na qual se está trabalhando é imprescindível na construção civil, bem como 
para diversas outras áreas. Dessa maneira, este relatório tem como objetivo detalhar os métodos 
utilizados para caracterizar um determinado solo extraído para estudo; neste relatório será 
descrito três ensaios utilizados nesta caracterização. Tais ensaios se referem as seguintes 
práticas: Prática 01: Preparação de amostras para ensaios de caracterização de um solo, 
realizada no dia 20/03/2018; Prática 02: Ensaio para determinação da humidade de um solo, 
realizada no dia 27/03/2018; Prática 03: Ensaio para determinação da densidade real de um 
solo, realizada no dia 03/04/2018. Todos os ensaios ocorreram no Laboratório de Mecânica dos 
Solos da Universidade Federal do Ceará. 
 
2. FUNDAMENTAÇÃO TÉORICA 
 
2.1.PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS 
Nesta prática é apresentado dois tipos de amostras: deformadas e indeformadas. A amostra 
deformada é aquela que durante o processo de extração são preservados os constituintes 
minerais originais, porém perde sua estrutura devido ao processo de extração e não conserva 
perfeitamente a umidade do local de retirada, embora podendo essa perda de umidade ser 
minimizada com o processo de acondicionamento adequado. Esta amostra se presta aos ensaios 
que não exigem a preservação dessa estrutura, como por exemplo, os ensaios de caracterização, 
os ensaios de consistência, massa especifica dos grãos, dentre outros. 
Já a amostra indeformada é aquela que, além de representativa, preserva ao máximo a 
estrutura do solo. São mantidos o peso específico aparente e a umidade natural do solo. São 
extraídos com amostradores e recebem cuidados especiais no seu manuseio e transporte. Em 
geral o custo do processo de obtenção é relativamente oneroso e somente justificado quando há 
necessidade de realização de ensaios mecânicos de resistência. 
 
Figura 01: Amostra deformada ou amolgada Figura 02: Amostra indeformada 
 
 
 
 
 
4 
 
2.2.TEOR DE UMIDADE DO SOLO 
Há três métodos distintos para determinação do teor de umidade: Método do Speedy, 
Método da Estufa e o Método da frigideira. 
No método da estufa, o teor de umidade é calculado utilizando a seguinte equação: 
h = 
𝑀𝑏𝑢−𝑀𝑏𝑠
𝑀𝑏𝑠−𝑚
×100 
onde: 
h – teor de umidade, %; 
Mbu - massa bruta úmida correspondente à massa do recipiente mais a amostra de material 
úmido, g; 
Mbs - massa bruta seca correspondente à massa do recipiente mais a amostra de material 
seco, g; 
m – massa do recipiente, g; 
No método da frigideira, o teor de umidade é determinado, basicamente, com os pesos do 
solo úmido e do solo seco. Para simplificar, segue abaixo a equação utilizada para realizar este 
cálculo. 
Pa = (Pt – Ps) Pa - Peso da água; Pt - Peso total da amostra; Ps - Peso da amostra seca 
 h % = 100× 
𝑃𝑎
𝑃𝑠
 h - teor de umidade 
A determinação do teor de umidade de solos e agregados miúdos com utilização do 
aparelho Speedy tem por base a reação química da água existente em uma amostra com o 
carbureto de cálcio, realizada em ambiente confinado. 
 CaC2(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + C2H2(g) 
O gás acetileno ao expandir-se gera pressão proporcional à quantidade de água existente 
na amostra. A leitura dessa pressão em um monômetro permite a avaliação da quantidade de 
água em uma amostra, e em consequência, do seu teor de umidade. 
Para determinar a umidade h, em relação ao peso seco, utiliza-se a seguinte fórmula: 
h = 
ℎ1
100−ℎ1 
 × 100 
onde: 
 h - teor de umidade em relação ao peso do solo seco, em percentagem. 
h1 - umidade dada pelo aparelho speedy, em relação a amostra total úmida, em percentagem. 
 
 
5 
 
2.3.DENSIDADE REAL DO SOLO 
Densidade da partícula Dp (densidade real) é a relação entre a massa de uma amostra de solo 
e o volume ocupado pelas suas partículas sólidas. Refere-se ao volume de sólidos de uma 
amostra de terra, sem considerar a porosidade. 
Dp = M /V = g cm-3 
Onde: 
Dp - densidade de partícula 
M - massa em gramas 
V - volume que os sólidos ocupam. 
Geralmente Dp varia entre 2,3 a 2,9 g cm-3 média = 2,65 g cm-3 
Obtenção dos dados: - Massa (pesagem) 
 - Volume (várias técnicas) 
Dentre os diversos métodos conhecidos de determinação da densidade real, será usado o 
método do picnômetro com água. 
Neste método a densidade real do solo à temperatura (t) é dada pela seguinte fórmula: 
 Dt = 
(𝑃2−𝑃1)
(𝑃4−𝑃1)−(𝑃3−𝑃2)
 
Onde: Dt - densidade real do solo à temperatura (t) 
P1- peso do picnômetro vazio e seco, em g; 
P2 - peso do picnômetro mais amostra, em g; 
P3 - peso do picnômetro mais amostra, mais água, em g; 
P4 - peso do picnômetro mais água, em g; 
O valor da densidade real deverá ser referido à água à temperatura de 20°C, calculado do 
valor referido à água a temperatura (t), como segue: 
D20 = k20 × Dt 
Sendo: 
D20 - densidade do solo à 20°C; 
K20 - razão entre a densidade relativa da água a temperatura (t) e a densidade relativa da água 
a temperatura 20°C, obtida da tabela 01 a seguir; 
Dt - densidade real do solo à temperatura (t) 
 
 
6 
 
 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Todas as amostras utilizadas são de origem indeterminada e foram coletadas pelo 
Laboratório de Mecânica dosSolos da UFC. 
O método de ensaio referente a prática de preparação de amostras para ensaios de 
caracterização de um solo foram baseados na norma DNER-ME 041/94. 
Já no ensaio de determinação do teor de umidade do solo, foram utilizados três métodos 
distintos: método da estuda, método do speedy e método da frigideira. 
O método da estufa foi realizado utilizando a norma DNER-ME 213/94. Neste ensaio 
foram utilizados 3 capsulas identificadas, com 50g do solo em cada capsula. 
O método do speedy teve como referência a norma DNER-ME 052/94. Neste ensaio foi 
utilizado 6g do material. 
O método da frigideira não é normalizado, desse modo, será descrito os passos que foram 
utilizados neste ensaio. De início, deve-se pesar uma determinada quantidade de material 
úmido, logo após este material é colocado em uma frigideira e levado ao fogo. Este material 
deve ser misturado até o material apresentar uma coloração mais clara, este é o sinal de que o 
material está ficando seco. Quando se perceber isto, o material é colocado na balança 
novamente e é determinado o peso seco. De posse destes dados, basta utilizar a equação 
descrita no item anterior e determinar o teor de umidade. 
O último ensaio realizado foi da determinação da densidade real, cujo seu procedimento 
está descrito na norma DNER-ME 093/94. 
 
 
 
7 
 
3. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 
 
3.1.PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS 
Embora a amostra indeformada seja muito cara, esta apresenta muito mais exatidão 
do que a amostra deformada. Dependendo da extensão da obra, pode ser necessário utilizar 
uma amostra indeformadas para testes em laboratório mais precisos, mantendo as 
propriedades originais do solo. 
Verificou-se que as amostras deformadas e indeformadas continham muita matéria 
orgânica, e que, nas amostras deformadas, a remoção dessa matéria é feita de maneira 
visual, o que pode acarretar na não-visualização de alguns pequenos pedaços desse 
componente do solo, podendo, isto, interferir nos experimentos a serem feitos 
posteriormente. 
Viu-se, também, que pode ocorrer erros no processo de desmanche dos torrões de 
areia, feitos através do Almofariz e da Mão de gral, como torrões ainda arranjados e pedras 
quebradas, ocasionando em imprecisões nos passos seguintes. 
No quarteamento, a base utilizada é o peso da amostra em sacolas plásticas. O objetivo do 
quarteamento, nessa prática, foi obter o peso de 1kg a partir de 5kg de amostra de solo após 
passar pelo almofariz e mão de gral. Como as medidas são feitas visualmente e 
manualmente, há chances de erros, que são incrementadas, considerando que foram feitos 
mais quarteamentos. 
Verifica-se, a partir dos resultados da prática e da análise dos procedimentos, que, 
embora esse seja o procedimento padrão para amostras deformadas, este não possui alta 
exatidão, não sendo indicado para casos onde as medidas geotécnicas necessitam de alta 
precisão. 
3.2.TEOR DE UMIDADE DO SOLO 
 
• Método da estufa: 
 Massa da cápsula (m) Massa bruta úmida (Mbu) Massa bruta seca (Mbs) 
Cápsula 28 12,48g 48,80g 46,26g 
Cápsula 65 9,51g 48,17g 45,38g 
Cápsula 02 12,66g 52,14g 49,35g 
Cálculos: 
Cap. 28: h = 
𝑀𝑏𝑢−𝑀𝑏𝑠
𝑀𝑏𝑠−𝑚
×100 = 
(48,80−46,26)
(46,26−12,48)
 ×100 = 7,52 % 
 
 
8 
 
Cap. 65: h = 
𝑀𝑏𝑢−𝑀𝑏𝑠
𝑀𝑏𝑠−𝑚
×100 = 
(48,17−45,38)
(45,38−9,51)
 ×100 = 7,78 % 
Cap. 02: h = 
𝑀𝑏𝑢−𝑀𝑏𝑠
𝑀𝑏𝑠−𝑚
×100 = 
(52,14−49,35)
(49,35−12,66)
 ×100 = 7,60 % 
Finalizado os cálculos, pode-se perceber que não há alteração significativa dos teores de 
humidade entre as cápsulas, o que indica que o ensaio foi realizado de maneira correta. 
• Método do Speedy: 
h = 
ℎ1
100−ℎ1 
 × 100 = 
6,6
100−6,6
 × 100 = 7,07 % 
h1 = umidade dada pelo aparelho, em relação a amostra total úmida = 6,6 % 
h = teor de umidade, em relação ao peso do solo seco. 
• Método da frigideira: 
Pa = (Pt – Ps) = 77,02 – 71,49 = 5,53g 
 h % = 100 × 
𝑃𝑎
𝑃𝑠
 = 100 × 
5,53
71,49
 = 7,74 % 
Pa - Peso da água; 
Pt - Peso total da amostra; 
Ps - Peso da amostra seca; 
h - Teor de umidade; 
Deve-se recorrer, portanto, ao método em estufa, enquanto o método do Speedy e frigideira 
só deve ser utilizado quando se necessita respostas imediatas ou condições de campo. Em 
relação a eficiência, o método da estufa é o mais eficiente, no entanto, só pode ser realizado em 
laboratório; já o método Speedy é recomendado para determinação da umidade com maior 
precisão e rapidez. 
3.3.DENSIDADE REAL 
 
 P1 P2 P3 P4 
Picnômetro 19 33,50 43,49 89,79 83,63 
Picnômetro 21 30,73 40,70 88,26 82,04 
Picnômetro 05 31,99 42,28 89,76 83,36 
Dt - densidade real do solo à temperatura (29°C) 
P1- peso do picnômetro vazio e seco, em g; 
P2 - peso do picnômetro mais amostra, em g; 
P3 - peso do picnômetro mais amostra, mais água, em g; 
P4 - peso do picnômetro mais água, em g; 
 
 
 
9 
 
Cálculos: 
Pic. 19: Dt = 
(𝑃2−𝑃1)
(𝑃4−𝑃1)−(𝑃3−𝑃2)
 = 
(43,49−33,50)
(83,63−33,50)−(89,79−43,49)
 = 2,61 
Pic. 21: Dt = 
(𝑃2−𝑃1)
(𝑃4−𝑃1)−(𝑃3−𝑃2)
 = 
(40,70−30,73)
(82,04−30,73)−(88,26−40,70)
 = 2,66 
Pic. 05: Dt = 
(𝑃2−𝑃1)
(𝑃4−𝑃1)−(𝑃3−𝑃2)
 = 
(42,28−31,99)
(83,36−31,99)−(89,76−42,28)
 = 2,65 
Para determinar a densidade real referido à água a 20°C, deve-se primeiro determinar a 
razão entre a densidade relativa da água a temperatura 29°C e a densidade relativa da água a 
temperatura 20°C, analisando a tabela 01, temos K20 = 0,9977. 
D20 - densidade do solo à 20°C; 
K20 - razão entre a densidade relativa da água a temperatura (t) e a densidade relativa da água 
a temperatura 20°C; 
Dt - densidade real do solo à temperatura (29°C); 
 
Utilizando a fórmula, D20 = k20 × Dt, temos a densidade real. 
Pic. 19: D20 = k20 × Dt = 0,9977 × 2,61 = 2,60 
Pic. 21: D20 = k20 × Dt = 0,9977× 2,66 = 2,66 
Pic. 05: D20 = k20 × Dt = 0,9977× 2,65 = 2,64 
Pode-se perceber que os valores entre os picnômetros deram bem próximas, o que corrobora 
que o ensaio ocorreu sem maiores imprevistos. 
 
4. CONCLUSÃO 
Conclui-se que uma pesquisa através do uso de uma amostra deformada possui inexatidões, 
tanto no tratamento, quanto no próprio método de coleta e armazenamento. Algumas causas 
dessas inexatidões são a perca de umidade, a dificuldade de atingir a umidade higroscópica e 
de ter certeza que esta foi atingida, pedras quebradas durante o processo no almofariz e mão de 
gral, mal quarteamento e presença de matéria orgânica não-retirada. 
Na determinação do teor de umidade pode-se perceber que o método mais eficaz é o da 
estufa, obtendo valores bem próximos entre as cápsulas, sendo estes erros decorrentes, 
provavelmente, da realização do procedimento e condições do laboratório. No entanto, este 
método só pode ser realizado em laboratório e, por ter que ficar bastante tempo na estufa, tem 
uma duração bem longa. Desse modo, muitas vezes, quando se tem necessidade de recorrer à 
resultados rápidos, se recorre ao método do speedy ou frigideira, sendo o speedy mais utilizado 
por ser mais eficiente que o da frigideira, esta, por sua vez, é utilizada quando se não tem o 
speedy no local da obra. 
 
 
10 
 
Por fim, no ensaio de densidade real, foi possível verificar que os valores deram bem 
próximos, sendo o erro obtido decorrente, provavelmente, de uma balança não bem calibrada; 
o mal aquecimento do picnômetro, não expulsando todo ar entre as partículas; o não 
preenchimento total do frasco com água, permitindo que se entre ar; não enxugar o frasco para 
se fazer a pesagem, dentre outros erros de procedimento. 
 
5. REFERÊNCIASBIBLIOGRÁFICAS 
 
➢ DNER-ME 041/94 
➢ DNER-ME 213/94 
➢ DNER-ME 052/94 
➢ DNER-ME 093/94