Trabalho Granulometria

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UNIVERSIDADE 
Engenharia Civil
GRANULOMETRIA
2016
ORIGEM
As partículas sedimentares apresentam dimensões muito variáveis. Na natureza encontram- se depósitos sedimentares constituídos por elementos com decímetros a metros de diâmetro, até sedimentos compostos por partículas extremamente pequenas.
Encontrou-se então a importância na análise das dimensões das partículas, pois permite deduzir indicações preciosas como a proveniência (designadamente sobre a disponibilidade de determinados tipos de partículas e sobre as rochas que lhes deram origem), sobre o transporte (resistência das partículas, segundo a sua composição, à abrasão e à alteração química), e sobre os ambientes deposicionais.
A Granulometria se propõe a determinar as dimensões das partículas individuais e estudar a sua distribuição, seja pelo peso de cada classe dimensional considerada, pelo seu volume, ou ainda pelo número de partículas integradas em cada classe.
DEFINIÇÃO
Sabendo-se que os agregados são classificados de acordo com a origem, as dimensões e densidade, o ensaio de granulometria é necessário para dividir os agregados em graúdos e miúdos, pois cada um tem uma utilidade diferente e se não forem separados de forma correta, podem acarretar futuros problemas nas obras. Este ensaio também é importante para o controle de qualidade do material que é enviado para as obras, evitando possíveis fraudes de fornecedores.
NBR – CARACTERÍSTICAS E NÚMERO
A Determinação granulométrica do solo ocorre através do ensaio de análise granulométrica do solo, e está normalizado pela ABNT/NBR 7181/82 (na aplicação desta norma é necessário consultar: NBR 5734 – Peneiras para ensaio especificação; NBR 6457 – Preparação de amostras de solo para ensaio normal de compactação e ensaios de caracterização – Método de ensaio; e NBR 6508 – Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm – Determinação da massa específica – Método de ensaio). A distribuição granulométrica dos materiais granulares, areias e pedregulhos, é obtida pelo processo de peneiramento de uma amostra de solo, enquanto que para siltes e argilas se utiliza o processo de sedimentação. Para as que possuem partículas tanto na fração grossa quanto na fração
fina é necessário a análise granulométrica conjunta.
No Brasil a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT/NBR 6502/95) – Terminologia - Rochas e Solos, define como:
Bloco de rocha – Fragmentos de rocha transportados ou não, com diâmetro superior a 1,0 m;
Matacão – fragmento de rocha transportado ou não, comumente arredondado por intemperismo ou abrasão, com uma dimensão compreendida entre 200 mm e 1,0 m;
Pedra de mão – Diâmetro entre 60 a 200mm;
Pedregulho – solos formados por minerais ou partículas de rocha, com diâmetro compreendido entre 2,0 e 60,0 mm. Divide-se quanto ao diâmetro em:
Pedregulho fino (2 a 6 mm)
Pedregulho médio (6 a 20 mm)
Pedregulho grosso (20 a 60 mm).
Areia – solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm. As areias de acordo com o diâmetro classificam-se em:
Areia fina (0,06 mm a 0,2 mm)
Areia média (0,2 mm a 0,6 mm)
Areia grossa (0,6 mm a 2,0 mm)
Silte – solo que apresenta baixo ou nenhuma plasticidade, baixa resistência quando seco ao ar. Suas propriedades dominantes são devidas à parte constituída pela fração silte. É formado por partículas com diâmetros compreendidos entre 0,002 mm e 0,06 mm.
Argila – solo de graduação fina constituída por partículas com dimensões menores que 0,002 mm. Apresenta características marcantes de plasticidade; quando suficientemente úmido, molda-se facilmente em diferentes formas, quando seco, apresenta coesão suficiente para construir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos.
APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Com a granulometria (fazendo seu devido ensaio) é possível definir qual o tipo de agregado, e onde será sua melhor utilização.
Através dos resultados obtidos no ensaio é possível a construção da curva de distribuição granulométrica, tão importante para a classificação dos solos bem como a estimativa de parâmetros para filtros, bases estabilizadas, permeabilidade, capilaridade etc.
O ensaio de granulometria classifica através do processo de peneiramento o tamanho dos agregados, graúdos e/ou miúdos, separando-os para que a análise do material seja feita. Assim o material passa por um controle de qualidade e pode, posteriormente, ser utilizado nas obras.
Após os agregados serem analisados através da granulometria, podem ser utilizados nas construções, tendo como principais funções a produção de:
Concretos
Argamassas
Pavimentação asfáltica
Permeabilizações de vias e pátios
Revestimentos do leito de estradas de terra, ferrovias e barragens; etc.
Ensaio de Granulometria
O ensaio de granulometria é utilizado para determinar a distribuição granulométrica do solo, ou em outras palavras, a percentagem em peso que cada faixa especificada de tamanho de grãos representa na massa seca total utilizada para o ensaio.
O ensaio de granulometria é dividido em duas partes distintas, utilizáveis de acordo com o tipo de solo e as finalidades do ensaio para cada caso particular. São elas: análise granulométrica por peneiramento e análise granulométrica por sedimentação. Os solos grossos (areias e pedregulhos), possuindo pouca ou nenhuma quantidade de finos, podem ter a sua curva granulométrica inteiramente determinada utilizando-se somente o peneiramento. Em solos possuindo quantidades de finos significativas, deve-se proceder ao ensaio de granulometria conjunta, que engloba as fases de peneiramento e sedimentação.
Através dos resultados obtidos desse 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.
Equipamentos
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 1000ml
Densímetro graduado de bulbo simétrico
Termômetro
Cronômetro
Preparação da amostra
Após o recebimento da amostra de solo, efetua-se o seguinte procedimento:
1°) Seca-se uma determinada quantidade de solo ao ar (uma quantidade maior do que aquela que será utilizada no ensaio), desmancham-se os torrões e, em seguida, homogeneizasse o material cuidadosamente.
2°) Para que o material ensaiado seja representativo da jazida, a quantidade de solo a ser utilizada no ensaio deve ser obtida por quarteamento (realizado manualmente ou com o uso do quarteador), obtendo-se assim uma amostra de solo com o peso necessário para se efetuar os ensaios (a quantidade de solo necessária para a realização do ensaio de granulometria é função do tipo de solo: solos grossos requerem uma maior quantidade de solo e vice-versa).
3°) Pesa-se a amostra de solo seco ao ar e peneira-se o material na #10 (2,00mm). Deve-se tomar o cuidado de desmanchar os possíveis torrões que ainda possam existir no solo, de modo a assegurar que fiquem retidos na #10 apenas os grãos maiores que a abertura da malha.
4°) O material retido na #10 (2,00mm) é utilizado no peneiramento grosso do solo. Do material que passa na #10 retiram-se quantidades suficientes de solo para a realização do peneiramento fino, do ensaio de sedimentação, para a determinação do peso específico dos sólidos e para a determinação do teor de umidade do solo
Procedimento Experimental
Peneiramento Grosso
O peneiramento grosso é realizado utilizando-se a quantidade de solo que fica retida na #10 (2,00mm), no momento da preparação da amostra, seguindo-se o seguinte procedimento experimental:
1°) Lava-se o material na #10 colocando-o em seguida na estufa.
2°) As peneirasde aberturas maiores e igual a #10 são colocadas uma sobre as outra com as aberturas das malhas crescendo de baixo para cima. Embaixo da peneira de menor abertura (#10) será colocado o prato que recolherá os grãos que por ela passarão. Em cima da peneira de maior abertura será colocada a tampa para que se evite a perda de partículas no início do processo de vibração. O conjunto de peneiras assim montado poderá ser agitado manualmente ou conduzido a um peneirador capaz de produzir um movimento horizontal e um vertical às peneiras, simultaneamente. 3°) Pesa-se a fração de solo retida em cada peneira, até chegar à #10 (2,00mm).
Peneiramento Fino
O peneiramento fino é realizado utilizando-se cerca de 120g de solo que consegue passar na #10 (2,00mm), no momento da preparação da amostra, seguindo-se o seguinte procedimento experimental:
1°) Põe-se o material na #200 (0,075mm), lavando-o e em seguida colocando-o na estufa.
2°) Junta-se e empilha-se as peneiras de aberturas compreendidas entre as peneiras #10 (2,00mm) e #200 (0,075mm), coloca-se o material seco no conjunto de peneiras e agita-se o conjunto mecânica ou manualmente (tomando-se todos os cuidados descritos para o caso do peneiramento grosso).
3°) Pesa-se a fração de solo retida em cada peneira.
Sedimentação
Para a realização do ensaio de sedimentação, utiliza-se a amostra, obtida conforme descrito anteriormente, com um peso entre 50 e 100g. O ensaio de sedimentação é realizado seguindo-se o seguinte procedimento experimental:
1°) Coloca-se a amostra em imersão (6 a 24hs) com defloculante (solução de hexametafosfato de sódio).
2°) Agita-se a mistura no dispersor elétrico por 5 a 15min.
3°) Transfere-se a mistura para uma proveta graduada, completando com água destilada até 1000ml e realiza-se o agitamento da mistura solo/água.
4°) Efetua-se leituras do densímetro nos instantes de 30s, 1min, 2, 4, 8, 15, 30min, 1h, 2, 4, 8,
24h.
Cálculos
Massa Total da Amostra Seca
𝑀𝑠 =
(𝑀𝑡 − 𝑀𝑔) 100 + ℎ
× 100 + 𝑀𝑔
Onde: Ms = massa total da amostra seca/ Mt = massa da amostra seca ao ar/ Mg = massa do material seco retido na peneira de 2,00mm/ h = umidade higroscópica da material passado na peneira de 2,00mm.
Porcentagens de materiais que passam nas peneiras de 50, 38, 25, 19, 9,5, 4,8, 2,38 e 2,0mm
𝑄𝑔 =
𝑀𝑠 − 𝑀𝑖
𝑀𝑠
× 100
Onde: Qg = porcentagem de material passado em cada peneira/ Ms = massa total da amostra seca/ Mi = massa do material retido acumulado em cada peneira/ h = umidade higroscópica da material passado na peneira de 2,00mm.
Porcentagens de materiais que passam nas peneiras de 1,2, 0,6, 0,42, 0,29, 0,15 e 0,075mm
𝑄𝑓 =
𝑀ℎ × 100 − 𝑀𝑖(100 + ℎ)
𝑀ℎ × 100
× 𝑁
Onde: Qf = porcentagem de material passado em cada peneira/ Mh = massa do material úmido submetido ao peneiramento fino/ h = umidade higroscópica da material passado na peneira de 2,00mm/ Mi = massa do material retido acumulado em cada peneira/N = porcentagem de material que passa na peneira de 2,0mm, calculado conforme indicado em 6.2.
A partir dos valores calculados traça-se a curva de distribuição granulométrica.
TIPOS DE VARIEDADES DOS MATERIAIS EXISTENTES
A granulometria é utilizada para definir os tipos de agregados existentes, para isso é feito um ensaio, passando o agregado pela peneira, onde serão definidos em graúdos e miúdos, da seguinte maneira:
Os agregados Graúdos ficam retidos na peneira 4,8 mm;
Os agregados Miúdos passam pela peneira 4,8 mm.
Considerando a granulometria e o tipo de solo, foi considerado diferentes tipos existentes, sendo como principais:
Graúdos:
Matacão - de 25 cm a 1 m
Pedra - de 7,6 cm a 25 cm
Brita - de 4,8 mm a 7,6 cm
Miúdos:
Areia grossa - de 1,2 mm a 4,8 mm
Areia média - de 0,3 mm a 1,20 mm
Areia fina - de 0,05 mm a 0,3 mm
Silte - de 0,005 mm a 0,05 mm
Argila - inferior a 0,005 mm
No trabalho aqui apresentado, será ressaltado os três agregados mais utilizados, que são eles: pedra, areia e argila.
RENDIMENTO
Depende do projeto a ser executado. O responsável deverá saber qual material será mais apropriado para a o serviço em questão. Tendo levantado isso, poderá saber se o rendimento será alcançado utilizando determinado material.
Definições Importantes:
Porcentagem que passa: é o peso de material que passa em cada peneira, referido ao peso seco da amostra;
Porcentagem retida: É a porcentagem retida numa determinada peneira, Obtemos este percentual quando conhece o peso seco da amostra, pesamos o material retido, dividimos este pelo peso seco total	e	multiplicamos	por	100;
Porcentagem Acumulada: É a soma dos percentuais retidos nas peneiras superiores, com o percentual retido	na	peneira	em	estudo;
Modulo de Finura: É a soma dos percentuais acumulados em todas as peneiras da série normal, dívida por 100. Quanto maior o modulo de finura, mais grosso será o solo.
Diâmetro máximo: Corresponde ao número da peneira da série normal na qual a porcentagem acumulada é inferior ou igual a 5%, desde que essa porcentagem seja superior a 5% na peneira imediatamente	abaixo;
Diâmetro Efetivo: Abertura da peneira para a qual temos 10% em peso total de todas as partículas menores que ele “%Passante”. (10% das partículas são mais finas que o diâmetro efetivo. Esse parâmetro fornece uma indicação sobre a permeabilidade das areias.
VANTAGENS E DESVANTAGENS
Peneiramento
Desvantagem: Uma peneira com baixa eficiência permitirá que mais finos (produto final) sejam carregados juntamente com material não passante
Vantagem: A eficiência de peneiramento é a qualidade de separação que a peneira nos fornece, sendo:
Eficiência de remoção dos passantes (peneiramento para over size, ou escolha das partículas não passantes). Aqui o produto considerado válido é o material retido na tela.
Neste caso, a intenção é recuperar o máximo do material retido.
Eficiência de recuperação dos passantes (peneiramento para under size, ou seja, o material. no que passa pela tela). Aqui o produto considerado é o material passante na tela. Neste caso, deseja-se recuperar o máximo possível do material passante.
Sedimentação
Desvantagem: O método de sedimentação é pouco utilizado porque:
não é fácil adquirir equipamentos deste tipo no mercado (existem apenas duas ou três pequenas empresas que os fornecem a preços bastante elevados);
os equipamentos comerciais não estão, por via de regra, calibrados, e utilizam diversas leis de queda de partículas, o que torna difícil a comparação de resultados;
a construção pelos laboratórios interessados é difícil pois exige bastante tempo, e grande esforço de concepção.
Vantagem: é o método cientificamente mais correto para estudar a distribuição granulométrica das partículas é o da sedimentação, em que se determina um parâmetro cujo significado ambiental é mais ou menos direto.
MANUTENÇÃO
Nos ensaios de granulometria não existe alguma forma de manutenção. A manutenção será feita nos agregados e sua classificação, que será dada pelo ensaio. Dependerá do responsável pela obra saber qual material a ser utilizado e sua manutenção.
PRODUÇÃO
Granulometria está relacionado a qualquer tipo de grãos, desde os que são utilizados para a construção, até os alimentos. Por isso, como amostra, temos uma das 3 principais granulometria da engenharia, sendo elas: pedra, areia e argila.
Pedra/Brita
Inicia-se com a detonação da Rocha bruta, este processo é realizado através da perfuração da rocha e implante de explosivos a base de Nitratos com metais como alumínio e outros.
Após a detonação, a rocha bruta fragmentada é transportada através de caminhões específicos para mineração para a central de Britagem, composta por uma calha vibratória e um britador de mandíbulas. Provem deste processo, rochas uniformes.Em seguida, esta rocha é encaminhada através de	transportadores	de	correia	para	Rebritagem. A Rebritagem é composta por modernos britadores cônicos, e peneiras vibratórias que selecionam e separam os britas em diferentes tamanhos e faixas granulométricas.
FIGURA X – Pedra em seu formato.
Areia
Consiste de uma rocha maciça, constituída por sedimentos arenosos, apresentando-se em meia encosta. É realizada por desagregação através do processo de escarificação.
O material resultante do processo de extração é transportado ao beneficiamento, peneirado em meio aquoso transformando-se em areia para comercialização.
FIGURA X – Areia.
Argila
São originadas a partir de um conjunto de processos físicos e químicos (bem demorados) que modificam as rochas e alteram sua forma física e composição química. É por meio dessas alterações que a argila é formada. Esses processos são dados basicamente por duas fases: desintegração e a decomposição da rocha.
FIGURA X – Argila.
ESTOCAGEM
Areia e Brita
Em baias planas. Caso o local seja descoberto, devem ficar sob cobertura de zinco ou lona plástica. Deve evitar contato direto com o terreno, que deve de preferência ser pavimentado e apresentar contenções laterais para evitar escoamento devido à chuva.
Argila
Não é utilizado a estocagem de argila já retirada, porém ela fica em um pátio de estocagem, um local próprio onde pode ser retirada quando necessário.
FIGURA X – Pátio de estocagem da argila.
DISTORÇÕES NA APLICAÇÃO E UTILIZAÇÃO
Por um lado, é questionável se se deve utilizar, para cada fração granulométrica, o número de partículas aí presentes ou o peso dessas partículas. Existem várias tentativas de relacionar estas duas quantidades, mas a aplicação das expressões empíricas que têm sido propostas não funciona na realidade, ou cometem grandes erros. É necessário considerar que existe, nas partículas sedimentares, grande variabilidade de formas e de densidades.
Para estudar a distribuição granulométrica das partículas que constituem um sedimento é preciso utilizar uma escala. As primeiras escalas a serem utilizadas foram as aritméticas, como o é a escala milimétrica. Há muito que se constatou, no entanto, que as escalas lineares ou aritméticas não são as mais apropriadas para obter bons resultados no estudo dos sedimentos. Com este tipo de representação aritmética, sedimentos bastante diferentes ficam com aspectos de alguma forma semelhantes, o que não é o mais apropriado para o seu estudo e para a determinação das suas verdadeiras diferenças.
Muitos investigadores defendem que o método cientificamente mais correto para estudar a distribuição granulométrica das partículas é o da sedimentação, em que se determina um parâmetro cujo significado ambiental é mais ou menos direto, e não o da peneiração, em que se utiliza um parâmetro que não tem qualquer relação com o comportamento hidrodinâmico das partículas. Contudo, o método da sedimentação é relativamente pouco utilizado porque: a) não é fácil adquirir equipamentos deste tipo no mercado (existem apenas duas ou três pequenas empresas que os fornecem a preços bastante elevados); b) os equipamentos comerciais não estão, por via de regra, calibrados, e utilizam diversas leis de queda de partículas, o que torna difícil a comparação de resultados; c) a construção pelos laboratórios interessados é difícil pois exige bastante tempo, e grande esforço de concepção.
CONCLUSÃO
Sabendo-se que os agregados são classificados de acordo com a origem, as dimensões e densidade, o ensaio de granulometria é necessário para dividir os agregados em graúdos e miúdos, pois cada um tem uma utilidade diferente e se não forem separados de forma correta, podem acarretar futuros problemas nas obras.
Este ensaio também é importante para o controle de qualidade do material que é enviado para as obras, evitando possíveis fraudes de fornecedores.
Portanto, a granulometria é de suma importância para a definição de grãos que mais tarde serão utilizados nas construções (como em concretos e argamassas), evitando problemas futuros, quando realizado corretamente seu ensaio.