Relatório granulometria

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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL
FACULDADE DE ENGENHARIA
ENGENHARIA CIVIL
MECÂNICA DOS SOLOS I
 
 
 
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA: 
ENSAIO DE GRANULOMETRIA, LIMITES DE LIQUIDEZ E PLASTICIDADE
 
 
 
CAXIAS DO SUL
2017
 
SUMÁRIO
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 1. INTRODUÇÃO
 Solo é o mineral não consolidado ou matéria orgânica que está na superfície da terra e funciona como um meio natural para o desenvolvimento do planeta. Este material de superfície foi afetado por fatores ambientais como clima e organismos que atuam no material de origem por um período de tempo.
O ensaio de granulometria é utilizado para determinar a distribuição granulométrica do solo, onde é apresentado o percentual em peso que cada faixa especificada de tamanho de grãos representa na massa seca total utilizada. Através dos resultados obtidos neste ensaio, é possível a construção da curva de distribuição granulométrica, que possui fundamental importância na caracterização geotécnica do solo.
Os solos ainda podem apresentar diferentes tipos de consistência a depender da quantidade de água que possuam. Essa consistência pode ser sólida, semi-sólida, plástica ou a de um fluido denso. Existem valores de teor de umidade que separam um estado de consistência de outro, são os limites de consistência. Estes limites são determinados empiricamente e são utilizados nos diversos sistemas de classificação do solo e refletem uma série de propriedades dos solos finos.
O limite de liquidez (LL) corresponde ao teor de umidade que indica a passagem do estado plástico para o estado líquido. E está atrelada a capacidade do solo em absorver água. Enquanto que, o limite de plasticidade (LP) se refere ao teor de umidade o qual indica a passagem do estado semissólido para o estado plástico.
Desta forma, este relatório visa apresentar o ensaio de granulometria baseado na NBR-7181/ABNT e os ensaios de limite de liquidez e de plasticidade dos solos baseando-se respectivamente na NBR-6459/ABNT e NBR-7180/ABNT, realizados em aula prática no Laboratório de Solos da Universidade de Caxias do Sul (UCS).
 2. OBJETIVOS
 O ensaio de granulometria tem por objetivo estimar as porcentagens correspondentes a cada fração granulométrica do solo através do peneiramento e com isso gerar a curva granulométrica, que determina as características físicas que auxiliam na classificação do solo.
A realização dos ensaios dos limites de consistência tem por objetivo fornecer dados numéricos sobre o limite de liquidez (LL) e o limite de plasticidade (LP), com esses valores obtém-se o índice de plasticidade (IP) e consequentemente o índice de consistência (IC) e de liquidez (IL).
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 MATERIAIS
3.1.1 EQUIPAMENTOS PARA O ENSAIO DE GRANULOMETRIA
 Para a elaboração deste procedimento experimental foram utilizados os seguintes instrumentos:
 	- Jogo de peneiras (#¾, #½, #4, #8, #10, #20, #40, #80, #200)
 	- Almofariz e mão com borracha
 	- Recipiente para pesagem 
 - Escova para peneira
 	- Balança
 	- Estufa
 3.1.2 EQUIPAMENTOS PARA O ENSAIO DE LIMITE DE LIQUIDEZ
 Para a elaboração deste procedimento experimental foram utilizados os seguintes instrumentos:
 	- Peneira #40
 	- Recipiente de porcelana
 	- Espátula
 	- Garrafa plástica com água destilada
 	- Aparelho de Casagrande
 	- Cinzel
 	- Cápsulas para a determinação de umidade
 	- Balança
 	- Estufa
 
 3.1.3 EQUIPAMENTOS PARA O ENSAIO DE LIMITE DE PLASTICIDADE
 Para a elaboração deste procedimento experimental foram utilizados os seguintes instrumentos:
 	- Peneira #40
 	- Recipiente de porcelana
 	- Espátula
 	- Garrafa plástica com água destilada
	- Placa de vidro esmerilhada
 - Gabarito cilíndrico para comparação (3mm de diâmetro e 100mm de comprimento) 
 	- Cápsulas para a determinação de umidade
 	- Balança
 	- Estufa
 3.2 MÉTODOS
 3.2.1 PROCEDIMENTOS UTILIZADOS NO ENSAIO DE GRANULOMETRIA
 Após o recebimento da amostra de solo, efetuou-se o seguinte procedimento:
 1°) Uma determinada quantidade de solo foi seca ao ar (uma quantidade maior do que aquela que foi utilizada no ensaio), desmanchou-se os torrões com o auxílio do almofariz com mão de gral e em seguida, homogeneizamos o material cuidadosamente.
2º) Utilizou-se o recipiente de pesagem e a balança para separar aproximadamente 500g de solo seco ao ar para o ensaio.
3º) Peneirou-se o material pesado (500g). As peneiras foram colocadas uma sobre as outras com as aberturas das malhas crescendo de baixo para cima. Embaixo da peneira de menor abertura foi colocado o prato(fundo) que recolheu os grãos que por ela passaram. Em cima da peneira de maior abertura foi colocada a tampa para que se evite a perda de partículas no início do processo de vibração. O conjunto de peneiras assim montado foi agitado manualmente por um integrante do grupo.
4º) Por fim, foram pesadas as frações de solo retidas em cada peneira com o auxílio de uma escova específica para peneiras, com o objetivo de que nenhuma parte do material fosse perdido ficando preso entre a malha das mesmas.
3.2.2 PROCEDIMENTOS UTILIZADOS NO ENSAIO DE LIMITE DE LIQUIDEZ
 Neste ensaio, foi utilizada uma amostra de solo fino que passou pela peneira #40 e que foi previamente seca em estufa. Após o recebimento da amostra, efetuou-se o seguinte procedimento:
 1º) Colocou-se parte da amostra no recipiente de porcelana e aos poucos foi adicionado água. Com o auxílio da espátula formou-se uma mistura mais úmida e homogênea.
2º) Parte dessa mistura foi transferida para a concha do aparelho de Casagrande, preenchendo-a até 2/3 de sua superfície. Com a espátula, moldamos o que foi transferido, retirando o excesso até se obter uma espessura de aproximadamente 1 cm na parte central da concha.
3º) Com o cinzel, foi feito uma ranhura no meio da massa de solo, no sentido longitudinal do aparelho. Após isso, um integrante do grupo girou a manivela com velocidade constante de aproximadamente duas voltas por segundo, contando o número de golpes até o fechamento da ranhura numa extensão de 1,2cm, quando foi parada a operação.
4º) Uma pequena quantidade do material do local onde as bordas da ranhura se tocaram foi retirada e transferida para uma cápsula e então foi pesado primeira a cápsula vazia e depois a cápsula já com a quantidade retirada de solo úmido dentro. Ao final do ensaio, as cápsulas foram levadas para a estufa, onde foi registrado o peso de cada cápsula quando o material já estava seco e assim podendo-se determinar a umidade.
5º) Por último, o material foi transferido novamente ao recipiente de porcelana, adicionou-se mais um pouco de água e com a concha e o cinzel limpos, foi repetido todo o processo por mais quatro vezes, sempre aumentando a quantidade de água afim de que a amostra de solo ficasse mais fluída e que os golpes necessários para fechar a ranhura diminuíssem. 
3.2.3 PROCEDIMENTOS UTILIZADOS NO ENSAIO DE LIMITE DE PLASTICIDADE
No presente ensaio, foi utilizada uma amostra de solo fino que passou pela peneira #40 e que foi previamente seca em estufa. O material abrangido no ensaio de determinação do limite de liquidez foi reutilizado neste ensaio, sendo assim, não houve a necessidade de realizar os preparados recomendados em norma pois os mesmos já haviam sido realizados anteriormente. Após o recebimento desse material, efetuou-se o seguinte procedimento:
 1º) A partir da amostra já encontrar-se homogênea, foi moldada uma quantidade da massa em formato elipsoidal e a mesma foi rolada em seguida, sobre a placa de vidro, até que fosse fragmentada com a pressão da mão e adquirisse forma cilíndrica com dimensões de 3mm de diâmetro e 100mm de comprimento conforme gabarito cedido para comparação.
2º) Coletou-sealguns fragmentos fissurados para a determinação da umidade. Inicialmente pesamos a cápsula vazia e em seguida os fragmentos foram colocados dentro da mesma e registramos o peso novamente, agora com solo úmido dentro. Após isso, a cápsula foi levada para a estufa, afim de que se pudesse obter o peso da cápsula com o solo seco em seu interior. Esse processo foi repetido por mais três vezes.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
 4.1 RESULTADO E DISCUSSÃO ENSAIO DE GRANULOMETRIA
 Após a pesagem de cada fração de solo que ficou retida nas peneiras, foi possível conhecer a distribuição granulométrica do agregado e representá-la através de uma curva, possibilitando assim a determinação de suas características físicas. Abaixo, algumas definições importantes:
Porcentagem que Passa: peso de material que passa em cada peneira;
 Porcentagem Retida: percentagem retida numa determinada peneira;
Porcentagem Acumulada: soma dos percentuais retidos nas peneiras superiores,como percentual retido na peneira em estudo;
Coeficiente de Uniformidade: é a razão entre os diâmetros correspondentes a 60% e 10%, tomados na curva granulométrica. Esta relação indica a uniformidade do material, onde: C.U .< 5 muito uniforme, 5 < C.U. < 15 uniformidade média e C.U. > 15 não uniforme.
Coeficiente de Curvatura: fornece a ideia do formato da curva permitindo detectar descontinuidades: 1 < C.C. < 3 solo bem graduado e C.C. < 1 ou C.C. > 3 solo mal graduado.
Dito isso, com os dados obtidos na execução da prática sobre granulometria, chegou-se a seguinte tabela:
 
Tabela 1 - Granulometria
A partir da tabela, gerou-se o seguinte gráfico:
Lembrando que deve-se classificar o solo conforme NBR 6502/1995, segue tabela de referência:
Tabela 2 - Classificação
Com o gráfico obtido determina-se os diâmetros em 10%, 30% e 60% da amostra, conseguindo assim calcular o coeficiente de uniformidade e coeficiente de curvatura:
* D10: 0,55 * D30: 0,80 * D60: 1,60
Coeficiente de Uniformidade: C.U. = D60 / D10 → 2,91
Coeficiente de Curvatura: C.C. = (D30)² / (D60 . D10) → 0,73
4.2 RESULTADO E DISCUSSÃO ENSAIO DE LIMITE DE LIQUIDEZ
Com o ensaio realizado em laboratório fora possível obter para cada uma das cinco operações realizadas: a massa de solo úmido + cápsula, a massa de solo seco + cápsula, a massa da cápsula, massa do solo seco e teor de umidade e o número de golpes aplicados para a construção do limite de liquidez, conforme Tabela 3.
Tabela 3 – Dados Limite de Liquidez
Com as seguintes relações: Umidade (W): W= Pw/Ps × 100=%, os resultados dos cálculos nos estabeleceram que com 25 golpes no aparelho de Casagrande o limite de liquidez é 41,1% de teor de umidade, conforme gráfico demonstrativo:
4.2 RESULTADO E DISCUSSÃO ENSAIO DE LIMITE DE PLASTICIDADE
Após a realização do ensaio, fora possível obter para cada uma das quatro operações realizadas: a massa de solo úmido + cápsula, a massa de solo seco + cápsula, a massa da cápsula, massa do solo seco e o teor de umidade de acordo com a Tabela 4. Para o cálculo do teor de umidade (w) usa-se a seguinte relação: w (%) = (Peso de água/Peso do solo seco) * 100.
Tabela 4 – Resultados
Considerando que o menor valor de umidade encontrado é o limite de plasticidade do procedimento realizado, temos LP = 33,64%. 
Com relação ao Índice de Plasticidade, para calculá-lo foi necessário aplicar a fórmula a seguir, baseada na NBR 7180: IP = LL - LP, resultando em IP = 7,46%. Pode-se observar os resultados típicos de acordo com a Tabela 5.
Tabela 5 – Resultados Típicos
5. CONCLUSÃO
 
Com os resultados obtidos, conclui-se que a amostra é um Solo Arenoso, com mais de 67% de areia na composição, sendo 28,2% areia grossa, 20,6% areia média e 19,6% areia fina. A partir do coeficiente de uniformidade e coeficiente de curvatura, percebe-se que o solo é muito uniforme e mal graduado, o que gera um solo com grande quantidade de vazios. O solo em questão para aplicações na Engenharia Civil não seria recomendável pois o solo é mais compressível e menos resistente.
6,97 - 4,94 = 2,03
4,94 = 0,41093117
6. REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. (1984) ABNT NBR 6459: SOLO – Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro/RJ. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. (1984) ABNT NBR 7180: SOLO – Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro/RJ.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. (1984) ABNT NBR 7181: SOLO – Análise granulométrica. Rio de Janeiro/RJ.
ORTIGÃO, J .A.R., Introdução à Mecânica dos Solos dos Estados Críticos. Terratek, 2007.