relatório vii - granulometria - 2013.1 - turma 01 - grupo 02
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG
CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS - CTRN
UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA CIVIL – UAEC
ÁREA DE GEOTECNIA – LABORATÓRIO DE SOLOS - I
DISCIPLINA: MECÂNICA DOS SOLOS EXPERIMENTAL
Granulometria
Professor (a): Veruska Escarião D. Monteiro
Assistente: Netinho
Estagiário de docência: Rômulo Medeiros
Grupo 02: Alysson Kaio de Brito
Andrezza Mircelle Farias de Sá
Rafael Gomes Leite
Wlysses Wagner M. Lins Costa
Campina Grande, Agosto de 2013
ÍNDICE
1.INTRODUÇÃO________________________________________________________
1.1 Justificativa__________________________________________________________
1.2 Objetivos____________________________________________________________
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA____________________________________________
3. METODOLOGIA _____________________________________________________
3.1 Aparelhagem_________________________________________________________
3.2 Execuções do ensaio___________________________________________________
3.2.1 Preparação de amostras_______________________________________________
3.2.2 Operações preliminares_______________________________________________
3.2.3 Sedimentação_______________________________________________________
3.2.4 Peneiramento fino___________________________________________________
3.2.5 Peneiramento grosso_________________________________________________
4. RESULTADOS_______________________________________________________
5. CONCLUSÕES_______________________________________________________
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS______________________________________
GRANULOMETRIA
1. INTRODUÇÃO
1.1.Justificativa
Os solos são encontrados na superfície terrestre em variadas formas.
Composição granulométrica, textura e compactação são algumas de suas características.
O comportamento do solo depende da quantidade relativa de cada uma das três fases
(sólidos, água e ar). De maneira geral a parte sólida dos solos é composta por um grande
número de partículas que possuem diferentes dimensões.
A execução do ensaio tratado no presente relatório evidenciará o processo de
granulometria, em laboratório, usando amostras (deformadas e superficiais) de solo do
município de Boa Vista, na Paraíba.
O conjunto de características de forma, dimensão e arranjo dos elementos
mineralógicos constituintes do solo é denominado com textura. A medida de textura é
feita através da análise granulométrica.
Entende-se por análise granulométrica com sendo o processo que visa definir,
para determinadas faixas pré-estabelecidas de tamanho de grãos, a percentagem em peso
que cada fração possui em relação à massa total da amostra em análise. Este processo
pode ser realizado a partir dos seguintes métodos: por peneiramento, quando temos
solos granulares como as areias e os pedregulhos; por sedimentação, no caso dos solos
argilosos; pela combinação de ambos os processos.
1.2 Objetivos
O objetivo do ensaio é determinar o diâmetro das partículas dos solos e assim
obter as coordenadas que permitam traçar a curva granulométrica.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A diversidade do tamanho dos grãos é enorme. Não se percebe isto num
primeiro contato com o material, simplesmente porque todos são muito pequenos
perante os materiais com os quais se está acostumado a lidar. Mas alguns são
consideravelmente menores do que outros.
Com o objetivo de determinar a curva granulométrica, para o reconhecimento do
tamanho dos grãos de um solo, realiza-se a análise granulométrica, que consiste, em
geral, de duas fases: peneiramento e sedimentação. O peso do material que passa em
cada peneira, referido ao peso seco da amostra, é considerado como a “porcentagem
que passa”, e representado graficamente em função da abertura da peneira, esta em
escala logarítimica. A abertura nominal da peneira é considerada como o “diâmetro” das
partículas. Trata-se, evidentemente, de um diâmetro equivalente, pois as partículas não
são esféricas.
Deste modo a partir do processo em questão, separamos as partículas de um solo
em diversos “diâmetros” e utilizamos como um critério de classificação do mesmo. A
ABNT 6502/95 classifica os solos utilizando um escala granulométrica da seguinte
forma:
FIGURA 1: ESCALAS GRANULOMÉTRICAS
A curva granulométrica permite distinguir tipos de textura diferente, como
indicado nas figuras abaixo:
Curva 1: granulometria contínua
Curva 2: granulometria descontínua
Curva 3: granulometria uniforme
O processo de determinação da composição granulométrica de um solo envolve
três fases:
É necessário que a amostra seja bem representativa
Obter a dispersão das partículas da amostra de forma a conseguir a
individualização das suas partículas;
Determinar a porcentagem das partículas com dimensões entre limites
determinados.
Na prática da engenharia geotécnica, os resultados das análises granulométricas
dos solos são importantes na solução de várias situações como na seleção de material
para aterro visando que os solos empregados na construção de aterros e barragens de
terra devem estar dentro de determinados limites, definidos pela curva de distribuição
granulométrica. Tanto como na escolha de materiais para pavimentos rodoviários onde
cada camada de um pavimento rodoviário ou de aeroportos deve atender a uma
granulometria especificada para que se obtenha uma fundação mecanicamente estável.
Existem especificações bastante limitantes para o solo empregado como material
de construção em termos de propriedades índices (as propriedades físicas mais
imediatas – granulometria ou textura, plasticidade e atividade da fração argila),
propriedades de estado do solo na natureza (compacidade, consistência e estrutura) e
propriedades de engenharia (resistência, deformabilidade, erodibilidade, durabilidade,
permeabilidade, compressibilidade, etc). Quando uma ou mais dessas propriedades não
são satisfeitas, uma das soluções possíveis é a estabilização granulométrica, que
consiste na mistura de dois ou mais solos, de forma íntima e sua posterior compactação.
3. METODOLOGIA
3.1 Aparelhagem
Estufa capaz de manter a temperatura entre 60º C e 65º C e entre 105ºC e 110ºC;
Balanças que permitam pesar nominalmente 200 g, 1,5 kg, 5 kg e 10 kg, com
resoluções de 0,01g, 0,1g, 0,5g e 1g, respectivamente, e sensibilidades
compatíveis;
Recipientes adequados, tais como dessecadores, que permitam esfriar amostras
sem absorção de umidade;
Aparelho de dispersão, com hélices substituíveis e copo munido de chicanas (a
rotação da hélice do aparelho não deverá ser inferior a 9.000 rpm);
Proveta de vidro, com cerca de 450 mm de altura, com traço de referência
indicando 1.000 cm³ a 20º C; Proveta de vidro, c/ capacidade de 250 cm³ e
resolução de 2 cm³
Densímetro de bulbo simétrico, calibrado a 20ºC com resolução de 0,001,
graduado de 0,995 a 1,050;
Termômetro graduado de 0ºC a 50ºC, com resolução 0,1º C;
Relógio com indicação de segundos;
Béquer de vidro, com capacidade de 250 cm³;
Tanque para banho, com dimensões adequadas à imersão das provetas até o
traço de referência, capaz de manter a temperatura da suspensão
aproximadamente constante durante a fase de sedimentação. Este banho é
dispensável quando o ensaio for efetuado em ambiente com temperatura
aproximadamente constante;
Peneiras de 50, 38, 25, 19, 9.5, 4.8, 2.0, 1,2, 0.6, 0.42, 0.25.0.15 e 0,075 mm, de
acordo com a NBR 5734;
Escova com cerdas metálicas;
Estufa;
3.2 Execução dos ensaios
Para a realização do experimento em questão (determinação da análise
granulométrica) foi consultado NBR 7181/ DEZ 1984 que descreve o mesmo. Deste
modo se faz necessário a consulta das normas; NBR 5734 – Peneiras para ensaios –
Especificação; NBR 6457/ AGO 1986 – Amostras de solo – Preparação para ensaios de
compactação e ensaios de caracterização – Métodos de ensaio; NBR 6508 – Grãos de
solos que passam na peneira de 4,8 mm – determinação da massa específica - Método
de ensaio
3.2.1 Preparação da amostra
Tomando como base a NBR 6457 retirou-se 1000 g de amostra de solo
preparada com secagem prévia.
3.2.2. Operações preliminares
Anotou-se como Mt a massa da amostra seca ao ar, que neste caso Mt = 1000 g.
Em seguida passou-se este material na peneira de 2,0 mm, tomando-se precauções em
desmanchar no almofariz todos os torrões eventualmente ainda existente. O material
retido nesta peneira foi lavado a fim de eliminar o material fino e em seguida seco em
estufa a 105°/110° c, até constância de massa. Este material obtido será usado no
peneiramento grosso.
Do material que passou na peneira 2,0 mm, foi tomado 100 g para o
peneiramento fino (amostra parcial) e 100 g para o ensaio de sedimentação, e 100 g que
foram colocadas em duas cápsulas (especificadas na tabela 1) para a determinação da
umidade higroscópica.
Em seguida a amostra parcial foi lavada na peneira 0, 074 mm, o que ficou
retido nesta, foi levado a estufa onde ficou na mesma por 24 horas à uma temperatura de
105° à 110°c.
3.2.3. Sedimentação
Preparou-se uma solução concentrada, chamada defloculante, composto por:
45,7 g de hexametafosfato de sódio (NaPO3) + 10 g de carbonato de sódio (Na2Cl3).
Colocou-se em uma proveta aproximadamente 600 ml d’água destilada com 45,7 g de
hexametafosfato de sódio, deixando-os homogêneo, e completando com água destilada
até chegar a um volume de 1000 ml. Desta solução foi retirado 125 ml, e completado até
chegar 1000 ml (125 + 875). O objetivo desta mistura é determinar a variação de
temperatura em função da densidade do defloculante.
Para determinar a correção do menisco. Tomou-se certa quantidade d’água
destilada e colocou-se numa proveta, em seguida mergulhando o densímetro na mesma.
Colocou-se então 125 ml de solução (defloculante) com 100 g do material em um
béquer deixando o mesmo em repouso por no mínimo 12 horas (no caso do experimento
realizado no laboratório este tempo foi reduzido devido a restrição de tempo para a
realização do ensaio), antes que se iniciou o ensaio.
Calibração do densímetro
Faz-se a calibração do densímetro visando corrigi-lo quanto aos efeitos devido à:
variação da temperatura, defloculante e menisco. A correção devida ao menisco é feita
tendo em vista a impossibilidade de fazerem-se leituras no densímetro no nível de
repouso da dispersão em virtude de ser a mesma curva. Logo, o recurso é fazer a leitura
pelo nível superior do menisco e subtrair a altura do menisco previamente determinada
com água límpida. A correção devido ao defloculante é feita em consequência do
mesmo aumentar a altura do menisco.
Densímetro Nº 01 Unidade
Massa do densímetro Pd g 47,39
Leitura inferior da escala Li cm 1,050
Altura do bulbo h cm 13,6
Parte superior do bulbo d1 cm 2,5
Distância entre as leituras extremas H cm 9,4
Tabela 6.1: Calibração do densímetro
O volume do bulbo é calculado através da seguinte expressão:
Sendo assim:
Para o cálculo do diâmetro das partículas é necessário a altura de queda das
partículas.. Será mostrado o cálculo de Zs e Zi (distâncias do traço principal da
Li
PdVB
313,45050,1
30,47cmVV BB
graduação ao centro do volume do densímetro) que são os pontos necessários para a
construção do gráfico da altura de queda versus a leitura do densímetro:
Calibração da proveta
A área média da proveta é obtida pela seguinte expressão:
Cálculo da Correção de Imersão
A correção de imersão do densímetro será calculada através da seguinte fórmula:
Sendo assim:
Através dos cálculos realizados anteriormente construir-se uma curva de
variação da altura α e α’ de queda das partículas em relação à leitura do densímetro.
Provetas Nº 05
Volume de referência VR 1000 cm3
Leitura correspondente Lc 36,2cm
Área Média A 27,62 cm2
cmZh
dHZ SS 7,182
'
Lc
VrA
A
Vcorreção B
2
82,0~
6,272
13,45 oacorreç
xcorreção
Em seguida esta amostra foi colocada em um dispersor durante 15 minutos, para
que ocorresse a desagregação das partículas. Transferiu então, após os 15 minutos esta
amostra para uma proveta completando a mesma até 1000 ml. O mesmo foi agitado
durante 1 minuto.
Inicia-se o ensaio introduzindo o densímetro, fazendo-se leituras para cada
tempo determinado, anotou-se na tabela 1 os valores correspondentes.
Lembrando que as três primeiras leituras são realizadas sem retirar o densímetro da
proveta. As demais são feitas colocando e retirando o densímetro, tendo cuidado de
introduzi-lo de 15 a 20 segundos antes da realização da leitura.
3.2.4 Peneiramento fino
O peneiramento fino foi realizado utilizando-se cerca de 100g de solo que
consegue passar na #10 (2,00mm), no momento da preparação da amostra, seguindo-se
o seguinte procedimento experimental:
Colocou-se o material na #200 (0,075mm), lavando-o e em seguida colocando-o
na estufa, à uma temperatura de 105° a 110°C. Juntou-se e empilhou as peneiras de
aberturas compreendidas entre as peneiras#10 (2,00mm) e #200 (0,075mm), colocando
o material seco no conjunto de peneiras e agitando o conjunto manualmente, tomando-
se todos os cuidados descritos para o caso do peneiramento grosso. Pesa-se a fração de
solo retida em cada peneira.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0,99 1 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06
ESC
ALA
NO
DEN
IMET
RO
ALTURA DE QUEDA
Reta sem Correção
Reta com Calibração
Linear (Reta sem Correção)
Linear (Reta com Calibração)
3.2.5 Peneiramento grosso
O peneiramento grosso foi realizado utilizando-se 1000g de solo que ficou retida
na peneira #10 (2,00mm), no momento da preparação da amostra, seguindo-se o
seguinte procedimento experimental:
Lava-se o material que ficou retido na peneira #10 colocando-o em seguida na
estufa, à uma temperatura de 105° a 110°C. As peneiras de 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) foi colocado o prato que
recolheu os grãos que por ela passarão. Em cima da peneira de maior abertura colocou-
se 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. Pesou-se a fração de solo
retida em cada peneira, até chegar à #10 (2,00mm).
4. Resultados
Mi Massa do material retido acumulado em cada peneira (g)
L Leitura do densímetro na suspensão
Ld Leitura do densímetro no meio dispersor na temperatura do ensaio
Massa específica dos grãos de solo ( < 4,8 mm).(g/cm³)
Massa específica da água na temperatura de calibração do densímetro
(20ºC).(g/cm³)
Massa específica do meio dispersor à temperatura do ensaio (g/cm³)
Viscosidade do meio dispersor na temperatura do ensaio (g.s/cm²)
D Diâmetro máximo das partículas (mm)
T Tempo de sedimentação em segundos (s)
Z Altura de queda das partículas (resolução 0,1 cm) correspondente à leitura
do densímetro (cm)
V Volume da suspensão (cm³)
N Percentagem de material que passa na peneira n°10 (#2,0mm)
Tabela 1: Granulometria - Resultados UMIDADE HIGROSCÓPICA UMIDADE HIGROSCÓPICA RESUMO DA GRANULOMETRIA
CÁPSULA TARA PBU PBS PSS PA H% PEDREGULHO (ACIMA DE
4,8 MM) 0,57 %
08 17,64 38,38 38,12 30,48 0,26 1,27 AREIA GROSSA (0,84 – 4,8
MM) 24,72 %
17 18,10 41,95 41,77 33,67 0,18 0,76 AREIA MÉDIA (0,25 – 0,84
MM) 24,72 %
DADOS DA AMOSTRA MÉDIA h% 1,01 AREIA FINA (0,05 – 0,25 MM)
22,31 %
MASSA DA AMOSTRA SECA AO AR –
MT(G) 1000
SILTE + ARGILA (< 0,05 MM)
28,79%%
MASSA TOTAL DA AMOSTRA SECA –
MS(G) 991,90
RETIDO ENTRE 2,0 E 0,074
MM %
MASSA DO MATERIAL SECO, RETIDO
NA # 2,0 MM – MG(G) 190,28
ARGILA: MENOR QUE 0,005
MM %
MASSA ÚMIDA DO SOLO DO
PENEIRAMENTO FINO OU
SEDIMENTAÇÃO – MH
100 UMIDADE MENORES QUE
2,0 MM: 1,01%
PERCENTAGEM DE SOLO QUE PASSA
NA #2,0MM – N (%) 80,82
DENSIDADE REAL DO SOLO
- - 2.71 g/cm³
PENEIRAMENTO
PENEIRAMENTO DA AMOSTRA TOTAL PENEIRAMENTO DA AMOSTRA PARCIAL
ABERTUR
A MATERIAL RETIDO
% QUE
PASSA DA ABERTURA MATERIAL RETIDO
% QUE
PASSA DA
(MM) MASSA (G) 1,MI (G) AMOSTRA
TOTAL (QG) (MM) MASSA(G) MI (G)
AMOSTRA
TOTAL (QF)
50 1,2 3,55 3,55 77,92
38 0,84 3,93 7,48 74,71
25,4 0,42 17,52 25,0 60,41
19,1 0,25 11,41 36,41 51,10
9,5 0,15 18,04 54,45 36,37
4,8 5,66 99,43 0,074 9,28 63,73 28,79
2,0 184,62 80,82
SEDIMENTAÇÃO
DATA HORA TEMPO
(MIN) LEITURA
TEMPERA
TURA LD Z (CM)
DIÂMETR
O
%
AMOSTRA
TOTAL
(QS)
0,5 1,016 24 º 1,003 15,6 0,072 16,79
1,0 1,015 24 º 1,003 15,8 0,051 15,50
2,0 1,014 24 º 1,003 16,0 0,036 14,21
4,0 1,013 24 º 1,003 15,4 0,025 12,91
8,0 1,013 24 º 1,003 15,4 0,018 12,91
15,0 1,012 24 º 1,003 15,6 0,013 11,62
30,0 1,011 24 º 1,003 15,8 0,0093 10,33
5. CONCLUSÕES
Conclui-se que a amostra de solo coletada no município de Boa Vista – PB
possui uma granulometria bem distribuída, favorecendo para o processo de
compactação. A Tabela 02 representa o resumo da granulometria do solo em estudo.
Tabela 02: Resumo granulométrico do solo em estudo
Resumo da Granulometria
Pedregulho (acima de 4,8 mm) 0,57 %
Areia Grossa (0,84 – 4,8 mm) 24,72 %
Areia Média (0,25 – 0,84 mm) 24,61 %
Areia Fina (0,05 – 0,25 mm) 22,31 %
Silte + Argila (< 0,05 mm) 28,79%
Umidade menores que 2,0 mm - 1,01 %
Densidade Real do Solo - - 2,71 g/cm³
De acordo com a curva granulométrica obtida, representada pelo gráfico 02, o
solo é classificado como bem graduado, pois possui uma distribuição continua dos
diâmetros equivalentes em uma ampla faixa de tamanho de partícula.
Gráfico 02: Curva granulométrica
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0,01 0,1 1 10 100
6. Referências Bibliográficas
NBR 5734 – Peneiras para ensaios – Especificação.
NBR 6457/ AGO 1986 – Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e
ensaios.
NBR 7181/ DEZ 1984 – Solo – Análise granulométrica – Método de ensaio.
NBR 7581/ AGO 1986 – Determinação da massa específica “in situ” com utilização do
frasco de areia.
PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 Aulas/ 3ª Edição
– São Paulo: Oficina de textos, 2006.
Ortigão, J.R.A. Introdução a mecânica dos Solos dos Estados Críticos/ 3ª Edição –
2007
LUCENA, Adriano Elísio de F. Lucena. Aula Nº 07 da disciplina de Mecânica dos
Solos – UFCG – Campina Grande: Dezembro, 2012.