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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL CAMILLA MATIAS DE SA BEZERRA JUVENCIO MARIANO DOS SANTOS NETO ROMILSON DA SILVA NOGUEIRA RELATÓRIO DE ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DO SOLO JUAZEIRO DO NORTE, CEARÁ 2019 2 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 4 2 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRA ..................................................................................... 7 2.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 7 2.2 OBJETIVO ......................................................................................................................... 7 2.3 APARELHAGEM .............................................................................................................. 7 2.4 PROCEDIMENTO (PREPARAÇÃO COM SECAGEM PRÉVIA) ............................. 7 3 DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE ............................................................... 8 3.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 8 3.2 OBJETIVO ......................................................................................................................... 8 3.3 APARELHAGEM .............................................................................................................. 8 3.4 PROCEDIMENTOS – MÉTODO DA ESTUFA ............................................................. 9 3.5 RESULTADOS ................................................................................................................... 9 4 DENSIDADE REAL DOS GRÃOS ................................................................................. 10 4.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 10 4.2 OBJETIVO ....................................................................................................................... 10 4.3 APARELHAGEM ............................................................................................................ 10 4.4 PROCEDIMENTO ........................................................................................................... 11 4.5 RESULTADOS ................................................................................................................. 12 5 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA ................................................................................... 13 5.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 13 5.2 OBJETIVO ....................................................................................................................... 13 5.3 APARELHAGEM ............................................................................................................ 13 5.3.1 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAMENTO: .................................. 13 5.3.2 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR SEDIMENTAÇÃO: .................................. 13 3 5.4 PROCEDIMENTO ........................................................................................................... 14 5.4.1 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAMENTO: .................................. 14 5.4.2 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR SEDIMENTAÇÃO: .................................. 14 5.5 RESULTADOS ................................................................................................................. 15 5.5.1 MASSA TOTAL DA AMOSTRA SECA (Ms) ........................................................... 15 5.5.2 PORCENTAGENS DO MATERIAL QUE PASSA NAS PENEIRAS (Q) ............. 16 5.5.3 PORCENTAGEM DE MATERIAL EM SUSPENSÃO (Qs) ................................... 17 5.5.4 DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS DO SOLO EM SUSPENSÃO ............................ 17 5.5.5 CALIBRAÇÃO DO DENSÍMETRO .......................................................................... 18 5.5.6 CURVA GRANULOMÉTRICA .................................................................................. 18 5.5.7 CLASSIFICAÇÃO DO SOLO ..................................................................................... 19 6 LIMITES DE CONSISTÊNCIA ...................................................................................... 19 6.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 19 6.2 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 20 6.3 APARELHAGEM ............................................................................................................ 20 6.3.1 LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) ...................................................................................... 20 6.3.2 LIMITE DE PLASTICIDADE (LP) ............................................................................ 20 6.4 PROCEDIMENTO ........................................................................................................... 21 6.4.1 LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) ...................................................................................... 21 6.4.2 LIMITE DE PLASTICIDADE (LP) ............................................................................ 22 6.5 RESULTADOS ................................................................................................................. 22 6.5.1 LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) ...................................................................................... 22 6.5.2 LIMITE DE PLASTICIDADE (LP) ............................................................................ 23 7 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO ...................................................................................... 24 7.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 24 4 7.2 OBJETIVO GERAL ........................................................................................................ 24 7.3 APARELHAGEM ............................................................................................................ 25 7.4 AMOSTRAGEM .............................................................................................................. 25 7.5 PROCEDIMENTOS......................................................................................................... 25 7.6 CÁLCULOS: ..................................................................................................................... 26 7.7 RESULTADOS: ................................................................................................................ 26 8 ENSAIO DE MASSA ESPECÍFICA DE CAMPO – MÉTODO DO FRASCO DE AREIA 27 8.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 27 9 CONCLUSÕES .................................................................................................................. 31 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 31 ANEXO – CALIBRAÇÃO DO DENSÍMETRO ................................................................. 33 5 1INTRODUÇÃO A amostra analisada é uma mistura composta por: 30% de um solo coletado em uma jazida no Distrito Malhada, Zona Rural de Barbalha-CE, e 70% do solo na Universidade Federal do Cariri. Com base na análise tátil-visual podemos observar características tais como: coloração mais avermelhada no percentual menor da mistura; predominância de grãos finos pela facilidade de moldagem pequenas quantidades ao serem umidificadas e também por baixa aspereza. Figura 1 – Amostra no momento antes da mistura 6 Figura 2 – Amostra após a mistura 7 2 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRA 2.1 INTRODUÇÃO A amostragem do solo é considerada uma etapa crucial para todo o processo de análise do solo, haja vista que uma pequena porção de terra representará resultados de um vasto volume de terra, e não há meios para se corrigir possíveis erros cometidos durante a amostragem. A NBR 6457, prescreve o método para a preparação de amostras de solos para os ensaios de compactação e de caracterização (análise granulométrica, determinação dos limites de liquidez e plasticidade, massa especifica dos grãos e umidade). 2.2 OBJETIVO Discorrer os procedimentos utilizados para preparação da amostra para realização dos ensaios de caracterização e umidade. 2.3 APARELHAGEM a) Almofariz e mão de gral recoberta de borracha; b) Repartidor de amostras; c) Balanças que permitam pesar nominalmente 1,5kg, 10kg e 20kg com resoluções de 0,1g, e 1g e 5g, respectivamente, e sensibilidades compatíveis; d) Peneiras de 76 - 19,1 - 4,8 - 2,0 e 0,42mm, de acordo com a NBR 5734; e) Bandejas metálicas. 2.4 PROCEDIMENTO (PREPARAÇÃO COM SECAGEM PRÉVIA) a) Retirada manual dos materiais que não são propriamente solo (raízes, gravetos, dentre outros) b) A amostra foi seca ao ar, até próximo da umidade higroscópica; c) Os torrões foram desmanchados no almofariz com auxílio da mão de gral; d) Com auxílio do repartidor de amostras, a amostra foi reduzida até se obter uma amostra representativa em quantidade suficiente para realização do ensaio. Logo após foi passado na peneira de 76mm, desprezando-se o material retido. 8 e) Do material passado na peneira de 76mm, foi tomado a quantidade de 1,5kg. Essa quantidade foi definida devido as dimensões dos maiores grãos contidos na amostra, segundo uma observação visual. f) A quantidade de amostra tomada foi passada na peneira de 2,0mm (Nº 10). O material retido será utilizado para o peneiramento grosso no ensaio de granulometria. No caso da amostra ensaiada não houve material retido e o material passado será utilizado para os demais ensaios de caracterização. g) Do material passante na peneira de 2,00mm, foi tomado: - 3 Frações de aproximadamente 50g para, para verificação da umidade higroscópica; - 2 Frações de 70g para os ensaios de sedimentação e posterior peneiramento fino (Com defloculante); - Uma fração passada na peneira 0,42 mm (Nº 40), de forma a obter cerca de 400g de material passado, esse será utilizado na determinação dos limites de consistência. 3 DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE 3.1 INTRODUÇÃO Conhecer a umidade do solo é de fundamental importância, pois indica em que condições hídricas encontram-se o mesmo. A umidade ou teor de umidade é a relação entre a massa de água em uma determinada amostra de solo pela massa dos sólidos. A determinação do teor de umidade existente na amostra de solo pode ser definida de várias formas, porém no ensaio realizado foi utilizado o método da estufa padrão. 3.2 OBJETIVO O objetivo do ensaio é determinar a porcentagem de umidade presente em uma determinada amostra de solo. 3.3 APARELHAGEM a) Estufa elétrica com capacidade de manter a temperatura entre 110ºC ± 5ºC e 65ºC ± 5ºC; 9 b) Balanças com sensibilidade de 0,1g e com capacidade compatível para a massa a se pesar. c) Cápsulas que com massa estável à variação da temperatura com tampa; d) Pinças e) Espátulas f) Dessecador 3.4 PROCEDIMENTOS – MÉTODO DA ESTUFA a) Tomar uma quantidade representativa de amostra, função do tamanho das partículas; b) Inserir na cápsula no estado fofo e tampá-la; c) Pesar o conjunto com resolução compatível; d) Remover a tampa e inserir na estufa à 150 – 110 ºC; e) Manter na estufa até a constância de massa (ou peso). Normalmente entre 16 e 24h. f) Após secagem, transferir a cápsula para um dessecador e manter até a secagem; g) Recolocar a tampa e pesar o conjunto; 3.5 RESULTADOS Utilizando a expressão dada na NBR 6457, temos: ℎ = 𝑀1 − 𝑀2 𝑀2 − 𝑀3 ∗ 100 Onde: h = teor de umidade, em % M1 = massa do solo úmido mais a massa do recipiente, em g M2 = massa do solo seco mais a massa do recipiente, em g M3 = massa do recipiente, em g 10 TEOR DE UMIDADE Cápsula 17 19 C2 M3(g) 15,61 11,76 15,61 M1(g) 58,89 50,75 53,81 M2(g) 58,21 50,05 53,06 h(%) 1,596 1,828 2,003 Hmédia(%) 1,809 Como prescrito em norma foi obtida a umidade média de 1,8%. 4 DENSIDADE REAL DOS GRÃOS 4.1 INTRODUÇÃO A densidade dos grãos (densidade real) é a relação entre a massa de uma amostra de solo e o volume ocupado pelas suas partículas sólidas, sem considerar a porosidade. Geralmente a densidade real varia entre 2,3 a 2,9 e seu valor médio é cerca de 2,65. Para a determinação da densidade real dessa amostra de solo foi utilizado o método do picnômetro. 4.2 OBJETIVO Calcular a densidade real do solo, com emprego do método do picnômetro, baseado na NBR 6458/2016. 4.3 APARELHAGEM a) Estufa elétrica com capacidade de manter a temperatura entre 110ºC ± 5ºC e 65ºC ± 5ºC; b) Balança com sensibilidade de 0,1g e com capacidade compatível para a massa a se pesar. c) Termômetro; d) Conta gota/Bisnagas com água destilada; e) Funil de vidro; f) Aparelho de dispersão; g) Cápsula de alumínio; h) Picnômetro de 500 ou 1000cm³ calibrado a 20ºC; 11 i) Bomba de vácuo capaz de aplicar vácuo de 88kPa. 4.4 PROCEDIMENTO a) Tomar cerca de 250g de amostra preparada (seca ao ar, passando na peneira 4,8mm ou na peneira 2,0mm para ensaio de sedimentação); b) Pesar cerca de 50g de massa seca (argiloso/siltoso) e 60g (solos arenosos), anotar M1; c) Imergir a amostra em água destilada durante 12h, no mínimo; d) Do material restante, determinar o teor de umidade; e) Transferir a amostra para o copo de dispersão, removendo o excesso com água destilada. f) Acrescentar água destilada até cerca de metade do copo e dispersar durante 15 minutos; g) Com o auxílio de um funil de vidro transferir a amostra para o picnômetro. h) Adicionar água destilada até metade do picnômetro e aplicar vácuo de 88 kPa, durante 15 minutos para remoção do ar aderido às partículas, agitando sempre o picnômetro. i) Adicionar água cerca de 1cm abaixo da marca de calibração; j) Deixar que o picnômetro em repouso para equilibrar a temperatura. k) Completar com água destilada até a marca de calibração; l) Com o auxílio do funil de vidro, transferir a amostra para o picnômetro. m) Enxugar a parte externa do picnômetro e a parte interna do gargalo acima da marca de referência. n) Pesar o picnômetro + solo + água e anotar a massa M2; 12 o) Determinar a temperatura com resolução de 0,1ºC; p) Com a curva de calibração do picnômetro e a temperatura, determinar-se a massa M3 do picnômetro mais água; q) Calcular a massa específicados grãos. 4.5 RESULTADOS A densidade real do solo ou massa específica dos grãos é calculada pela equação abaixo: 𝛿 = 𝑀1 ∗ 100 100 + ℎ [ 𝑀1 ∗ 100 100 + ℎ ] + 𝑀3 − 𝑀2 ∗ 𝛿𝑡 Onde: = massa especifica dos grãos em g/cm³ M1 = massa do solo úmido em g M2 = massa do picnômetro + solo + água na temperatura do ensaio, em g M3 = massa do picnômetro + água na marca de referência, em g h = umidade inicial da amostra, em % t = massa especifica da água na temperatura do ensaio, em g/cm³ ENSAIO DE MASSA ESPECÍFICA PICNOMETRO M1(g) M2(g) M3(g) Temp. (ºC) t(g/cm³) (g/cm³) PIC 1 50 729,4 698,46 25,9 0,9968 2,694012 PIC 2 50 729,27 698,46 26,5 0,9967 2,674608 2,68431 Os resultados foram satisfatórios, pois não diferiram mais de 0,02 g/cm³, assim o resultado final da massa específica é de 2,684 g/cm³. 13 5 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA 5.1 INTRODUÇÃO A determinação da composição granulométrica de um solo, expressa pela respectiva curva granulométrica, é essencial para a previsão das características fundamentais do seu comportamento. 5.2 OBJETIVO Determinar o procedimento utilizado para a composição granulométrica do solo em estudo, através do peneiramento e da sedimentação. 5.3 APARELHAGEM 5.3.1 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAMENTO: a) Balanças que permitam pesar nominalmente 2,0 Kg; 10 Kg e 20 Kg, com resolução de 0,1 g; 1 g e 5 g, respectivamente e sensibilidades compatíveis; b) Estufa; c) Dessecador; d) Peneiras de 50; 38; 25; 19; 9,50; 4,8; 2,0; 1,2; 0,6; 0,42; 0,25; 0,15 e 0,075 mm; f) Agitador mecânico; g) Escova para peneiras; h) Pisseta. 5.3.2 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR SEDIMENTAÇÃO: a) Balanças que permitam pesar nominalmente 200 g com resolução de 0,01 g e sensibilidade compatível; b) Béquer com capacidade de 250 cm³; c) Espátula; d) Aparelho dispersor; 14 e) Proveta de vidro com capacidade de 100 cm³; f) Densímetro de bulbo simétrico, graduado de 0,995 a 1,050 e calibrado; g) Termômetro h) Proveta com capacidade de 500 cm³; i) Cronômetro; j) Estufa; k) Dessecador; l) Peneira de 0,075 mm; m) Pisseta. 5.4 PROCEDIMENTO 5.4.1 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAMENTO: a) Como já realizado na etapa de preparação de amostras, tomou-se a quantidade de 1,5 kg para passar na peneira de 2,0 mm (Nº 10). Todo o material passou na peneira, dispensando tanto a lavagem da mesma para eliminação de material fino aderente quanto o peneiramento da fração grossa; b) Do material passado na peneira de 2,0 mm tomou-se 70 g, anotada como Mh. Além disso, foi tomado cerca de 100 g para três determinações da umidade higroscópica (h); c) Lavou-se o material pesado como Mh na peneira de 0,075 mm vertendo-se água a baixa pressão e, com auxílio da pisseta, o material retido foi transferido para uma cápsula para posterior secagem em estufa, até constância de massa; d) Com auxílio do agitador mecânico, peneirou-se a fração fina nas peneiras de 1,2; 0,6; 0,42; 0,25; 0,15 e 0,075 mm, anotando a massa retida em cada peneira. 5.4.2 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR SEDIMENTAÇÃO: a) Foi tomada novamente 70 g do material passante na peneira de 2,0 mm, anotando-se a mesma como Mh; b) Esse material foi transferido para o béquer, onde foi adicionada, com auxílio da proveta menor, 125 cm³ de solução de hexametafosfato de sódio. Agitou-se a mistura até o solo ficar imerso, sendo posteriormente deixada em repouso por no mínimo 12 h; 15 c) Verteu-se a mistura para o copo do dispersor com auxílio de pisseta e água destilada, removendo-se o material aderido ao béquer. A mistura foi completada com água destilada até que o nível atingiu 5 cm abaixo das bordas do copo. Após isso, submeteu-se à dispersão por 15 min; d) O material foi transferido para a proveta de 1000cm³ com auxílio de pisseta e água destilada, removendo-se o material aderido ao copo. Completou-se a mistura com água destilada até a marca de referência. Agitou-se a proveta, tapando-lhe com uma das mãos, em movimentos enérgicos de rotação, durante 1 minuto; e) Imediatamente após agitação da proveta, posicionou-se a mesma sobre a bancada, acionando o cronômetro. Foi anotada hora exata do início da sedimentação, mergulhando cuidadosamente o densímetro na dispersão. Efetuou-se as leituras referentes aos tempos de 30 seg, 1 e 2 min. Retirou-se então cuidadosamente o densímetro da dispersão para verificação da temperatura da mesma; f) Em seguida procedeu-se às leituras nos tempos subsequentes (4, 8, 15, 30 min, 1, 2, 4, 8 e 24 h), sempre mergulhando o densímetro cerca de 20 segundos antes de cada leitura e retirando-o após, verificando a temperatura; g) Realizada a última leitura, verteu-se com água à baixa pressão o material da proveta para a peneira de 0,075 mm. Em seguida o material nessa peneira foi lavado e com auxílio da pisseta transferiu-se o material retido para uma cápsula. Por fim, seco em estufa, até constância de massa. h) Com auxílio do agitador mecânico, peneirou-se a fração fina nas peneiras de 1,2; 0,6; 0,42; 0,25; 0,15 e 0,075 mm, anotando a massa retida em cada peneira. 5.5 RESULTADOS 5.5.1 MASSA TOTAL DA AMOSTRA SECA (Ms) É dada pela expressão abaixo: 𝑀𝑠 = (𝑀𝑡− 𝑀𝑔) (100 + ℎ) . 100 + 𝑀𝑔 Em que: Ms = massa total da amostra seca; 16 Mt = massa da amostra seca ao ar; Mg = massa do material seco retido na peneira de 2,0 mm; h = umidade higroscópica do material passado na peneira de 2,0 mm. Para a massa da amostra seca ao ar de 1,5 kg e quantidade de material retiro na peneira de 2,0 mm igual a zero, temos que Ms possui o valor de 1473,35 g. 5.5.2 PORCENTAGENS DO MATERIAL QUE PASSA NAS PENEIRAS (Q) Para as peneiras de 50; 38; 25; 19; 9,50; 4,8 e 2,0 mm, temos que: 𝑄𝑔 = (𝑀𝑠 − 𝑀𝑖) 𝑀𝑠 . 100 Em que: Qg = porcentagem do material passado em cada peneira; Mi = massa do material retido acumulado em cada peneira Utilizando a equação definida acima e os dados anotados do peneiramento, obteve- se a seguinte tabela: PENEIRAMENTO GROSSO Peneira M. Retida M. Acumulada M. Passante P. Passante N° (mm) (g) (g) (g) (%) 2" 50.00 0 0 1473.35 100.00 1 1/2" 38.00 0 0 1473.35 100.00 1" 25.00 0 0 1473.35 100.00 3/4" 19.00 0 0 1473.35 100.00 3/8" 9.50 0 0 1473.35 100.00 4 4.80 0 0 1473.35 100.00 2 2.00 0 0 1473.35 100.00 Já para o cálculo das porcentagens passantes nas peneiras de 1,2; 0,6; 0,42; 0,25; 0,15 e 0,075 mm, temos a seguinte expressão: 𝑄𝑓 = 𝑀ℎ . 100 − 𝑀𝑖(100 + ℎ) 𝑀ℎ .100 . 𝑁 Em que: Qf = porcentagem do material passado em cada peneira; Mh = massa do material úmido tomado para o peneiramento fino ou para a sedimentação; 17 Mi = massa do material úmido tomado para o peneiramento fino ou para a sedimentação; N = porcentagem de material que passa na peneira de 2,0 mm; h = umidade higroscópica da amostra. Com a fórmula anterior e os dados anotados do peneiramento fino, calculou-se a porcentagem passante em cada peneira, expressa na tabela a seguir: PENEIRAMENTO FINO COM DEFLOCULANTE Peneira M. Retida M. Acumulada M. Passante P. Passante N° (mm) (g) (g) (g) (%) 16 1.180 0.00 0 68.76 100.00 30 0.600 0.94 0.94 67.82 98.63 40 0.420 2.89 3.83 64.93 94.43 60 0.250 28.48 32.31 36.45 53.01 100 0.150 5.53 37.84 30.92 44.96 200 0.075 8.06 45.9 22.86 33.24 5.5.3 PORCENTAGEM DE MATERIAL EM SUSPENSÃO (Qs) 𝑄𝑠 = 𝑁. 𝜌𝑔 (𝜌𝑔 − 𝜌𝑑 ). 𝑉 . 𝜌𝑎 (𝐿 − 𝐿𝑑 ) 𝑀ℎ (100 + ℎ) .100 Em que: ρg = massa específica dos grãos, em g/cm³; ρd = massa específica do meio dispersor, em g/cm³ (igual a 1); ρa = massa específica da água, em g/cm³ (igual a 1); V = volume da suspensão, cm³ (igual a 1000); L = leitura do densímetro na suspensão; Ld = leitura do densímetro no meio dispersor (conforme calibração do densímetro). 5.5.4 DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS DO SOLO EM SUSPENSÃO 𝑑 = √ 1800𝜂 𝜌𝑔 − 𝜌𝑑 . 𝑎 𝑡 Em que: d = diâmetro das partículas, em mm; 18 η= coeficiente de viscosidade do meio dispersor, à temperatura do ensaio, em g.s/cm; a = altura de queda das partículas, correspondente à leitura do densímetro, em cm; t = tempo de sedimentação, em s. 5.5.5 CALIBRAÇÃO DO DENSÍMETRO O densímetro utilizado foi 3,999,310, e a calibração do mesmo foi realizada pelo aluno Cícero, onde seu procedimento seguiu as NBR 7181/1984, bem como as recomendações das notas de aula de Souza Neto (2014). A planilha de calibração com seus resultados encontra- se em anexo. 5.5.6 CURVA GRANULOMÉTRICA Com os dados do peneiramento grosso e fino, calibração do densímetro e valores das leituras do mesmo, foi possível, através das fórmulas dadas acima, a construção da curva granulométrica para o solo em estudo. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,00100 0,01000 0,10000 1,00000 10,00000 100,00000 P E R C E N T A G E M Q U E P A S S A ( % ) DIÂMETRO DOS GRÃOS (mm) CURVA GRANULOMÉTRICA 19 A partir da curva foi possível a determinação dos percentuais para cada fração granulométrica presente no solo, baseando-se na escala da ABNT. As porcentagens são dadas na tabela abaixo: FRAÇÃO PORCENTAGEM DE OCORRÊNCIA (%) Pedregulho 0 Areia 82 Grossa 1.5 Média 50.5 Fina 30 Silte 6 Argila 12 5.5.7 CLASSIFICAÇÃO DO SOLO De acordo com a ABNT, através das frações predominantes no solo foi possível a classificação do mesmo como uma areia média argilosa. Tendo em vista que a porcentagem passante na peneira de nº 200 foi de aproximadamente 33%, para a classificação USCS (Sistema Unificado de Classificação do Solo), o material se caracteriza como solo arenoso. Através da Carta de Plasticidade de Casagrande, com os dados de LL e IP, percebeu-se que o solo se encontra na faixa de IP 4 a 7, apresentando assim características intermediárias entre as duas classificações. Assim, a classificação final foi SC-SM. Para a classificação HRB (Highway Research Board), com os mesmos dados utilizados anteriormente, o material foi definido como granular, sendo uma areia argilosa classificada como A-2-4. 6 LIMITES DE CONSISTÊNCIA 6.1 INTRODUÇÃO A avaliação das características relacionadas a consistência de um solo é um dos fatores mais importantes para a correta previsão do seu comportamento sob determinadas tensões e deformações, bem como um entendimento inicial acerca da resistência do solo, propriedades essas que dependem fortemente da presença de água. O solo pode se encontrar em diferentes estados de consistência ou estados físicos, os quais são: 20 Estado líquido: Caracteriza-se por possuir umidade muito elevada, apresentando-se como fluido denso, escoa com facilidade e não pode ser moldado; Estado plástico: Possui umidade elevada, perdendo a propriedade de fluir, podendo ser moldado e conservar sua forma sem romper); Estado semissólido: Estado de baixa umidade, não pode ser moldado ou manuseado, rompe-se facilmente e contrai-se muito ao secar rapidamente); Estado sólido: Umidade próxima de zero, não se contrai ao secar. Os limites de consistência são avaliados através de dois parâmetros nomeados Limite de Liquidez (LL) e Limite de Plasticidade (LP). O primeiro refere-se ao teor de umidade no qual o solo passa do estado líquido para o estado plástico. Já o segundo define o valor de umidade no qual o solo passa do estado plástico para o estado semi-sólido, ou seja, é o menor teor de umidade em que o solo se comporta plasticamente. 6.2 OBJETIVOS Determinação do Limite de Liquidez e do Limite de Plasticidade como forma de complementara caracterização do solo em estudo. 6.3 APARELHAGEM 6.3.1 LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) a) Aparelho Casagrande (Figura 1); b) Cinzel; c) Balança com capacidade de 200 g, sensível a 0,01g; d) Estufa; e) Dessecador; f) Cápsula de porcelana com capacidade de 500 ml; g) Cápsula de alumínio; h) Espátula de lâmina flexível; i) Pinça tesoura. 6.3.2 LIMITE DE PLASTICIDADE (LP) a) Placa de vidro com superfície esmerilhada; 21 b) Cilindro de comparação; c) Balança com capacidade de 200 g, sensível a 0,01g; d) Estufa; e) Dessecador; f) Cápsula de porcelana com capacidade de 500 ml; g) Cápsulas de alumínio; h) Espátula de lâmina flexível; i) Pinça tesoura. 6.4 PROCEDIMENTO 6.4.1 LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) a) Tomou-se cerca de 70 g da amostra previamente preparada e reservada para os ensaios de Limite de Consistência; b) Colocou-se a amostra na cápsula de porcelana, acrescentando-se 15 a 20 cm³ de água destilada, realizando a homogeneização da mistura com auxílio da espátula. Posteriores adições de água foram feitas da ordem de 1 a 3 cm³. O tempo de homogeneização foi compreendido entre 15 e 30 min; c) Parte da amostra foi transferida para a concha do aparelho Casagrande, moldando-a com o auxilia da espátula, de forma que na parte central a espessura tenha sido da ordem de 1 cm. Esta operação foi realizada de maneira tal, que não foram formadas bolhas no interior da mistura. Retornou-se o excesso de solo para a cápsula de porcelana; d) Utilizando-se o cinzel, abriu-se uma ranhura no centro da amostra moldada na concha. O cinzel foi deslocado perpendicularmente à superfície da concha; e) Assim, foi dado o início à sucessão de golpes, da concha contra o aparelho. Anotou-se o número de golpes necessário para que as bordas inferiores da ranhura se unam ao longo de 13 mm, aproximadamente; f) Transferiu-se imediatamente uma quantidade do material junto às bordas que se uniram, para a cápsula de alumínio para verificação da umidade; g) O restante do material foi transferido para a cápsula de porcelana, e depois limpou-se a concha e o cinzel; 22 h) Adicionou-se água destilada à amostra para homogeneização, com auxílio da espátula, por no mínimo 3 minutos; h) Os procedimentos descritos de b a h foram repetidos de modo a obter pelo menos mais quatro pontos de ensaio, cobrindo o intervalo de 15 a 35 golpes. 6.4.2 LIMITE DE PLASTICIDADE (LP) a) Tomou-se cerca de 50 g da amostra previamente preparada e reservada para os ensaios de Limite de Consistência; b) Colocou-se a amostra na cápsula de porcelana, acrescentou-se 15 a 20 cm³ de água destilada e homogeneizou-se a mistura com auxílio da espátula, adicionando água aos poucos. A mistura tinha de apresentar-se como uma massa plástica; c) Tomou-se 10 g da mistura, modelando-a na forma elipsoidal. Rolou-se essa massa entre os dedos e a face esmerilhada da placa de vidro, com pressão suficiente, a fim de moldá-la na forma de um cilindro de diâmetro uniforme; d) O cilindro foi rolado até se igualar em diâmetro e comprimento ao do gabarito, e também até o mesmo começar a se desagregar e não ter sido mais possível a formação de outro cilindro; e) Transferiu-se imediatamente o material para uma cápsula de alumínio para verificação da umidade; e) Repetiu-seos procedimentos descritos de b a e, de modo a obter mais quatro pontos. 6.5 RESULTADOS 6.5.1 LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) Calculou-se o teor de umidade para cada material obtido das cinco repetições do ensaio, obtendo a seguinte tabela: LIMITE DE LIQUIDEZ Nº de golpes 23 35 36 17 27 Cápsula 24 B4 E1 C4 P1 Tara 7.94 6.56 7.11 7.57 7.29 MBU 20.78 15.53 15.88 15.27 15.36 MBS 18.69 14.15 14.49 13.86 13.99 h (%) 19.44 18.18 18.83 22.42 20.45 23 Os valores de umidade e número de golpes foram representados graficamente, ajustando-se uma reta pelos pontos assim obtidos, expresso no gráfico abaixo. O Limite de Liquidez é obtido na reta pelo teor de umidade correspondente a 25 golpes. O resultado obtido foi aproximado para o número inteiro mais próximo. Conclui-se assim que o LL possui o valor de 20%. 6.5.2 LIMITE DE PLASTICIDADE (LP) Calculou-se o teor de umidade para cada material obtido das cinco repetições do ensaio, obtendo a seguinte tabela: LIMITE DE PLASTICIDADE Cápsula C2 36 C21 81 98 Tara 15.61 15.66 15.16 17.07 18.56 MBU 17.15 17.03 17.19 19 21.38 MBS 16.96 16.87 16.94 18.77 21.04 h (%) 14.07 13.22 14.04 13.53 13.71 O LP é calculado através da média aritmética entre os teores de umidade determinados, não podendo diferir em mais de 5% esses valores em relação à média. ℎ𝑚é𝑑 = 14.07 + 13.22 + 14.04 + 13.53 + 13.71 5 = 13.72 % y = -0,1796x + 24,822 R² = 0,7656 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Te o r d e U m id ad e (% ) Nº de Golpes LIMITE DE LIQUIDEZ 24 Como nenhuma das umidades superou a diferença de 5% em relação a média, temos que o LP é 14%. 7 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO 7.1 INTRODUÇÃO A redução do volume de vazios do solo através de um processo mecânico de aplicação de carga é conhecida como compactação. Os objetivos da compactação são: aumentar a resistência, diminuir a deformabilidade e diminuir a permeabilidade. A compactação diminui os vazios existentes entre as partículas sólidas de um solo, expulsando o ar nele presente. Desta maneira, aumenta-se a capacidade de resistência do solo. Verifica-se que compactando um solo, com baixo teor de umidade, obtém-se uma determinada densidade. Aumentando-se a umidade deste solo e compactando-o novamente, observa-se um aumento da sua densidade e esse fenômeno continua a ser observado à medida que se aumenta a umidade. Porém, a partir de um determinado valor de umidade, a densidade passa a diminuir, em vez de crescer, quando a umidade é elevada e o solo compactado novamente. Isso acontece porque a estrutura do solo é modificada. O valor da umidade, que corresponde ao máximo valor da densidade é chamado “umidade ótima” (ho). No laboratório, procurando reproduzir a compactação obtida pelos equipamentos no campo, obtém-se a curva de compactação dos solos, utiliza-se um cilindro pequeno de volume conhecido, onde se coloca o solo em 3 camadas e no qual se deixa cair de uma altura determinada um soquete de peso específico, 26 vezes. A compactação efetuada no laboratório procura reproduzir o que se faz com o equipamento de campo. Em relação à energia de compactação no presente ensaio foi utilizado a Energia de Proctor normal. 7.2 OBJETIVO GERAL Verificar a correlação entre o teor de umidade de um solo e sua massa especifica aparente seca, quando o solo é compactado. 25 7.3 APARELHAGEM a) Balança com capacidade de 10 Kg; b) Peneiras de 19 mm e de 4,8 mm; c) Estufa; d) Capsulas metálicas; e) Bandejas metálicas; f) Espátulas de lamina flexível; g) Conjunto cilindro metálico pequeno (normal) ou grande (CBR) + base + cilindro complementar ou disco espaçador; h) Soquete pequeno ou grande; i) Proveta de 1L graduada; j) Extrator de corpo de prova; k) Papel filtro; l) Régua biselada. 7.4 AMOSTRAGEM Para o presente ensaio foi tomado um pouco mais 3kg de amostra, logo o ensaio é com reuso e o cilindro a ser utilizado é pequeno. 7.5 PROCEDIMENTOS a) Fixar o molde à sua base, acoplar o cilindro complementar. Caso necessário utilizar papel-filtro para evitar a aderência do solo a base ou ao disco espaçador; b) Tomar a amostra preparada e colocá-la na bandeja. Com auxílio de uma proveta, adicionar água destilada. Gradativamente, revolvendo continuamente o material, de forma a obter um teor de umidade em torno de 5% abaixo da umidade ótima presumível; c) Após completa homogeneização, proceder à compactação em camadas, atentando-se à energia desejada. Ao final, retirar o cilindro complementar e o excesso de material sobrejacente, remover o molde da base e rasar o corpo de prova com auxilio da regua biselada; d) Determinar a massa do conjunto, obtendo assim a massa do solo compactado úmido, Mh; 26 e) Retirar o corpo de prova do molde, com o auxílio do extrator e da parte centro do CP, tomar uma pequena amostra para verificacao da umidade; f) Destorroar o material restante com auxílio de espátula e juntar o material assim obtido com aquele remanescente na bandeja. Incrementar o teor de umidade em 2%, homogeneizando o solo; g) Repetir as operações anteriores até se obter cinco pontos, sendo dois no ramo seco, um próximo à umidade ótima e dois no ramo úmido da curva de compactação. 7.6 CÁLCULOS: Massa específica aparente seca, em g/cm³: 𝜌𝑠 = 𝑀ℎ ∗ 100 𝑉(100 + ℎ) Sendo: s = massa especifica aparente seca, em g/cm³; Mh = massa úmida do solo compactado, em g; V = volume útil do molde cilíndrico, em cm³; h = teor de umidade, em %. 7.7 RESULTADOS: a) Para obter a curva de compactação, utiliza-se as coordenadas cartesianas normais, traçar a curva, marcando-se nas abcissas os teores de umidade, h, e nas ordenadas, as 1º 2º 3º 4º 5º 6º Massa do cilindro + solo(g) 4226,8 4305,5 4407,6 4563,9 4553,8 4495,8 Massa do solo(g) 1907,80 1986,50 2088,60 2244,90 2234,80 2176,80 Massa especifica(g/cm³) 1,790147 1,8519 1,920129 2,031818 1,999385 1,915297 Cápsula 10 98 L04 77 19 C2 30 68 71 64 91 85 M3(g) 12,45 11,63 12,21 18,91 11,89 15,61 12,09 15,56 11,96 16,76 13,4 12,8 M1(g) 27,24 34,05 78,3 89,51 69,05 82,48 86,57 72,63 83,79 77,72 35,6 41,2 M2(g) 26,19 32,94 74,8 83,89 64,47 77,22 79,56 67,31 76,53 71,19 32,9 37,9 w(%) 7,642 5,209 5,592 8,649 8,711 8,538 10,390 10,280 11,244 11,997 13,846 13,147 wmedio(%) 13,497 TEOR DE UMIDADE 10,335 11,6206,425 7,120 8,624 27 massas específicas aparentes secas correspondentes, ρs. A curva resultante deve ter um formato aproximadamente parabólico; b) A massa especifica aparente seca máxima será a ordenada máxima da curva de compactação; c) A umidade ótima será a abscissa correspondente, na curva de compactação, à massa específica aparente seca máxima; d) A curva de saturação deverá ser traçada no mesmo plano cartesiano da curva de compactação; UMIDADE ÓTIMA: 10,7% MASSA ESPECIFICA APARENTE SECA: 2,005 g/cm³ 8 ENSAIO DE MASSA ESPECÍFICA DE CAMPO – MÉTODO DO FRASCO DE AREIA 8.1 INTRODUÇÃO y = -0,0117x2 + 0,2518x + 0,6503 R² = 0,9523 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 2 2,05 6 7 8 9 10 11 12 13 14 s (g/cm³) Umidade (%) Curva de Compactação 28 Para se obter os índices físicos do solo existem experimentos laboratoriais que encontram esses valores com muita precisão. Mas alguns ensaios demandam muito tempo, como o de determinação de umidade, em que a amostra tem que ficar em estufa 24h. Nem sempre é possívelesperar tanto tempo. Diante disse, há ensaios que podem ser feitos em campo e que os resultados são obtidos rapidamente. Um deles é o ensaio de Frasco de Areia, que é realizado para se obter a massa específica do solo em campo. 8.2 OBJETIVO Obter a massa específica do solo em campo através do Método de Frasco de Areia, seguindo a NBR 7180:2016. 8.3 APARELHAGEM a) Bandeja quadrada com 30cm de lado e bordos de 2.5cm de altura, com orifício circular no centro, dotado de rebaixo para o apoio do funil; b) Cilindro de volume conhecido; c) Areia lavada e seca, com massa específica aparente conhecida, com diâmetro dos grãos entre 1,2 e 0,59mm, sendo que a soma das porcentagens, em massa, retida na peneira 1,2 e passado na peneira 0,59 deve ser igual ou menor que 5%; d) Nível de bolha; e) Pá de mão; f) Talhadeira de aço, com cerca de 30cm de comprimento; g) Martelo com cerca de 1kg; h) Balança para 1,5 e 10kg com precisão de 01 e 1g respectivamente; i) Recipiente para colocar a amostra para não perder a umidade; j) Equipamentos necessários para o ensaio de umidade; k) Peneiras de 1,2mm e 0,59mm, de acordo com NBR5734. 8.4 PROCEDIMENTO 8.4.1 DETERMINAÇÃO DA MASSA DE AREIA QUE PREENCHE O FUNIL a) Pesou-se o frasco + areia + funil, obtendo M1; 29 b) Em uma bandeja, posicionou-se o frasco com o funil para baixo, abriu-se a válvula e deixou a areia descer, fechou-se a válvula e pesou-se novamente o conjunto frasco + areia + funil, obtendo M2. c) Calculou-se a massa de areia dentro do funil, M3=M1-M2 Obs: apesar de no nosso experimento esse passo ter ocorrido somente uma vez, ele deve ser realizado 3x e então calculado uma média, e os resultados individuais não podem se diferenciar da média mais que 1%. 8.4.2 DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA APARENTE DA AREIA a) O funil foi encaixado em um cilindro de volume conhecido, e então a areia liberada. Pesou-se novamente o conjunto frasc0+areia+funil e obteve-se M4 b) E então a massa de areia dentro do cilindro foi calculada: M5 = M2 - M4 - M3 c) Foi medida as dimensões do cilindro, diâmetro e altura, e calculado o volume d) A massa específica aparente da areia foi obtida através da razão rôareia: M5/v. Onde V, é o volume já conhecido do cilindro. 8.4.3. DETERMINAÇÃO DE MASSA DE AREIA QUE PREENCHE A CAIVADE DO TERRENO a) Em um corpo de solo, foi feito uma cavidade de diâmetro e altura próximos do cilindro utilizado; b) O solo foi retirado de maneira cuidadosa para não perder a umidade, e então foi pesado Ms; c) Então o frasco foi posicionado de maneira que o funil encaixasse no orifício da cavidade, então a válvula foi aberta e areia preencheu o espaço e pesou-se o conjunto frasco + areia + funil e obteve-se M6; d) Para conhecer a massa de areia que preencheu a cavidade(M7), foi realizado o seguinte cálculo M7= M4 - M6 - M3 30 8.4.4 DETERMINACAO DA MASSA ESPECÍFICA APARENTE DO SOLO Gama do solo = (Ms)/(Vs) Onde Vs é o volume do solo e foi obtido da seguinte maneira: M7/peso da areia. 8.5 RESULTADOS Densidade "In Situ" - Método do Frasco de Areia Massa de Areia correspondente ao volume do Funil Frasco + Funil + Areia (Antes) (g) 9900 Frasco + Funil + Areia (Depois) (g) 8935 Massa de Areia Deslocada (g) 965 Massa Específica Aparente da Areia Frasco + Funil + Areia (Antes) (g) 9400 Frasco + Funil + Areia (Depois) (g) 3850 Massa da Areia no Cilindro 4585 Volume do Cilindro 3230,86 Massa Especif. apar. Da Areia 1,419 Massa Específica Aparente do Solo Peso do Solo Úmido (g) 3700,7 Umidade (%) 5 Peso do Solo Seco (g) 3524,476 Frasco + Funil + Areia (Antes) (g) 11450 Frasco + Funil + Areia (Depois) (g) 7050 Massa de Areia Deslocada (g) 4400 Massa da Areia no Furo (g) 3435 Massa Esp. Apar. Umida (g/cm³) 1,529 Massa Esp. Apar. Seca (g/cm³) 1,456 Massa esp. Apar. Seca (Lab) 2,005 Massa esp. Apar. Seca (Campo) 1,456 Grau de Compactação(%) 72,61845 31 9 CONCLUSÕES Os resultados obtidos nos ensaios foram satisfatórios, logo foi comprovado o esperado na análise tátil-visual, a amostra possui uma grande porcentagem de areia, e uma quantidade considerada de finos (silte e argila). A amostra ensaiada é classificada como uma areia média argilosa de acordo com o Sistema Unificado de Classificação do Solo (USCS), e A-2-4 de acordo com a Highway Research Board (HBR). O índice de plasticidade da amostra é do tipo pouco plástico IP=6%, que resulta da diferença do Limite de Liquidez (LL=20%) e Limite de Plasticidade (LP=14%). Por fim, a umidade ótima da amostra foi de 10,7% e a massa especifica aparente seca de 2,005 g/cm³. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6457: Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, p. 8. 2016. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7181: Solo – Análise granulométrica. Rio de Janeiro, p. 12. 1984. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7182: Solo – Ensaio de Compactação. Rio de Janeiro, p. 9. 1986. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459: Solo – Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, p. 5. 1984. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7180: Solo – Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, p. 3. 1984. 32 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7182: Solo – Ensaio de compactação. Rio de Janeiro, p. 10. 1986. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6458: Grãos de pedregulho retidos na peneira de abertura 4,8 mm - Determinação da massa específica, da massa específica aparente e da absorção de água. Rio de Janeiro, p. 10. 2016. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7180: Solo - Determinação da massa específica aparente, in situ, com emprego do frasco de areia. Rio de Janeiro, p. 8. 2016. SOUZA NETO, J. B. 2014. “Calibração do Densímetro”. Notas de Aulas. 33 ANEXO – CALIBRAÇÃO DO DENSÍMETRO 34
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