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Universidade Tecnológica Federal do Paraná Engenharia Civil ATIVIDADE PRÁTICA SUPERFISIONADA Relatório de Classificação da Massa Específica, Limites de Consistência, Granulometria e Compactação do Solo. Alunos: Gabriel Felipe Schone Carolina Vanessa Souza Artur Albert Vertuan Disciplina: Mecânica dos Solos I

Aps Mec Solos

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Aps de mecanica dos solos

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Universidade Tecnológica Federal do ParanáEngenharia Civil

ATIVIDADE PRÁTICA SUPERFISIONADA

Relatório de Classificação da Massa Específica, Limites de Consistência,

Granulometria e Compactação do Solo.

Alunos:

Gabriel Felipe SchoneCarolina Vanessa SouzaArtur Albert Vertuan

Disciplina:

Mecânica dos Solos I

Professor:

Sergio Antonio Brum Junior

Toledo, 31 de outubro de 2014

Page 2: Aps Mec Solos

1. MASSA ESPECÍFICA

1.1INTRODUÇÃO

Na composição de um solo, apenas parte de seu volume é composto por

partículas sólidas. O restante é composto por vazios, que são preenchidos por

uma mistura de ar e água, compondo um sistema trifásico. Independente da

quantidade de matéria orgânica e mineral existente, todos os solos apresentam

proporções variáveis de fração sólida, líquida e gasosa.

A massa específica de um solo é a relação ente sua massa total e seu

volume total, incluindo o peso da água existente em seus vazios e o volume de

vazios do solo. É um dado necessário para a determinação do índice de vazios

e outros índices físicos do solo necessários para o ensaio de sedimentação. O

método de ensaio para a determinação da massa específica descrita neste

relatório é padronizado pela norma NBR 6508/1984.

1.2OBJETIVOS

O objetivo deste ensaio é determinar a massa específica dos grãos de

solo que passam na peneira 4,8mm, com a utilização de picnômetro, com a

realização de 2 ensaios.

1.3 MATERIAIS

a- Balanças com precisão de 0,01g;

b- Estufa;

c- Aparelho de dispersão com hélices metálicas substituíveis e copo

metálico;

d- Picnômetro com a respectiva curva de calibração;

e- Bomba de vácuo;

f- Termômetro graduado em 0,1ºC, de 0 a 50ºC;

g- Funil de vidro;

Page 3: Aps Mec Solos

1.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Primeiramente prepara-se uma amostra com cerca de 250g,

homogeneizada e pesada na balança de precisão 0,01g. Em seguida, coloca-

se a amostra em um vidro com água destilada suficiente para imersão

completa do material, pelo período de, no mínimo, 12h. Com o restante do

material é realizada a determinação de umidade.

Após o período de descanso, a amostra é transferida para o copo de

dispersão, lavando o vidro com água destilada para que ocorra a remoção

completa do material, evitando ao máximo a perca de material e com a maior

economia de água possível, pois o material do vidro somado com a água

necessária para sua remoção não pode ultrapassar a metade do copo, se

necessário acrescentar água destilada para alcançar a metade, e dispersar por

15 segundos.

Com o auxílio de um funil de vidro, transfere-se a amostra para o

picnômetro, lavando o copo com água destilada, evitando ao máximo a perca

de material. É adicionada água até cerca da metade do picnômetro. Em

seguida, aplica-se vácuo, de no mínimo 88kpa, durante pelo menos 15

minutos, agitando o picnômetro em intervalor de tempo para que o ar suba.

Acrescenta-se água até cerca de 1 cm abaixo da base do gargalo e aplica-se

novamente a mesma prossão por 15 minutos.

A pesagem dessa massa contendo o picnômetro, solo e água conferem

a massa M 2=698,85g. Logo a seguir, foi determinada a temperatura de 24ºC.

Utilizando a tabela de massa específica da água, podemos encontrar o valor de

γ T=0,9974 g/cm³.

Figura1-Tabela de determinação da massa específica da água de acordo com sua temperatura

Page 4: Aps Mec Solos

Para a determinação da massa do picnômetro + água, utilizou-se a

curva de calibração do picnômetro, mostrada a seguir:

Figura 2-Curva de calibração do picnômetro

1.5CÁLCULO

O cálculo da massa específica dos grãos do solo é dado pela seguinte

fórmula:

G=W S

W 1−¿ W 2+W S¿*γ T

Onde:

W S: massa solo seco

W 1: massa picnômetro+água

W 2: massa picnômetro+água+solo

γ T: massa específica da água, na temperatura T de ensaio

Page 5: Aps Mec Solos

Temos que a massa de solo seco W S é igual a 50g, e que W 1 é igual a

667,50, obtido através de análise gráfica. A massa do picnômetro+água+solo

W 2 é igual a 698,85 e o γ T é igual a 0,9973 g/cm³.

Utilizando a fórmula acima, temos que:

G=50¿¿*0,9974

G=¿2,67 g/cm³

Através dos ensaios de determinação da massa específica realizados,

concluímos que o resultado foi satisfatório, pois foram obtidos os mesmos

valores de massa e temperatura em ambos os ensaios. O ensaio é relevante

para fins de análise da estrutura do solo, revelando importantes dados

relacionados à resistência e a estabilidade do mesmo.

2.0GRANULOMETRIA

2.1INTRODUÇÃO

A porcentagem em peso de cada faixa de peneiras especificadas de

acordo com as séries de Taylor representa a finalidade deste ensaio, sendo ele

dividido em duas partes distintas, a primeira consiste na elaboração da análise

granulométrica por peneiramento e a segunda consiste na análise

granulométrica por sedimentação. Os solos de graduação grossa, possuindo

baixa retenção em peneiras de graduação fina, podem ter sua curva

granulométrica inteiramente determinada utilizando-se apenas a primeira

etapa, já em solos com quantidades de finos significativos, torna-se necessário

prosseguir com a segunda etapa, englobando tanto a fase do peneiramento,

como a da sedimentação.

2.2OBJETIVOS

Page 6: Aps Mec Solos

Estimar a curva granulométrica do solo trabalhado, obtendo as

porcentagens de grãos de acordo com o peneiramento normatizado.

2.3MATERIAIS

h- Balança;

i- Peneiras;

j- Agitador de Peneiras;

k- Pincel para higienização de peneiras;

l- Bandeja;

m- Béquer;

n- Recipientes para armazenamento de material;

o- Cápsulas para determinação de umidade;

p- Proveta graduada de 1000mL;

q- Cronometro.

2.4SEPARAÇÃO DA AMOSTRA

A fim de obter-se um material homogeneizado do solo a ser estudado,

retira-se toda impureza visível, matéria orgânica, torrões de umidade e separa-

se 1 kg da amostro do solo.

O material deve-se passar pelo peneiramento evitando com que torrões

ainda estejam presentes, evitando com que fiquem retidos em peneiras de

graduação maior.

Ao material retido na peneira 10 (# 2,00mm), será utilizado para o

peneiramento do grosso do solo.

Ao material de menor dimensão, separa-se 100g para determinação

higroscópica (h) e 70 g para o ensaio de sedimentação.

2.5PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Page 7: Aps Mec Solos

1) Definição do peneiramento grosso

Enfileira-se as peneiras de forma a montar uma coluna cujo o cume

localiza-se a peneira #10, na base, precedido do fundo, localiza-se a peneira

#200.

Após inserção do material dentro das peneiras, leva-se o conjunto para o

agitador mecânico, permanecendo-se agitando por cerca de 10 a 15 minutos.

Segue abaixo os valores obtidos em formato de tabela:

PENEIRAMENTO GROSSO

# Peneira (mm) Massa retida(g)

25,000 0

19,000 0

9,500 0

4,750 8,25

2,360 9,87

2,000 10,12

Sendo que:

Massa total da amostra seca ao ar (g)

= Mt

1002,3

5

Massa de material seco ao ar que

passa na peneira # 2,00mm (g) = Mg974,11

Utilizou-se o material que passou na peneira #2,0 e anotou-se a massa

de material retida e anotou-se o material retido nas peneiras de abertura 25,

19, 9.5, 4.8, 2.4 e 1.2 mm.

2) Sedimentação

Page 8: Aps Mec Solos

Coletou-se 100 g do solo natural, a fim de buscar obter qual era seu teor

de umidade higroscópica.

Através de pequenas cápsulas previamente taradas, levaram-se as

porções de solo a estufa.

Após o período de 24 horas, as cápsulas foram novamente pesadas.

Permitindo-se a elaboração da seguinte tabela:

Umidade Higroscópica

Cápsula(g) 66 74 12

Massa Cápsula(g) 12,35 11,17 12,91

Massa solo úmido + cápsula(g) 45,62 43,21 42,89

Massa solo seco + cápsula(g) 44,25 41,91 41,65

Permitindo-se encontrar a massa úmida e a massa seca do

solo,encontrando-se o teor de umidade (W) aplicando na fórmula:

W =M h20

M seca

Onde:

W= Teor de umidade (%);

M h20= Massa de água(g);

M seca= Massa de solo seco(g).

Relações para Obtenção de Umidade

Massa solo seco(g) = (Massa Solo seco + cápsula) - (Massa da Cápsula) 31,9 30,74 28,74

Massa de água(g) = (Massa solo úmido+cápsula) - (Massa solo

seco+cápsula) 1,37 1,3 1,24

Umidade = Massa de água / Massa solo seco

4,29

%

4,23

%

4,31

%

Por utilizar-se de mais de uma amostra para procedimento, é elaborado

a média aritmética das umidades obtidas a fim de buscar-se encontrar a

umidade natural do solo. Portanto:

Page 9: Aps Mec Solos

W natural=ΣW n

n

Onde:

W natural: Média das umidades obtidas, em (%);

W n: Umidade obtida de cada amostra, em (%);

n: Quantidade de amostras utilizadas.

Desenvolvendo-se o cálculo, temos que a umidade natural será:

W natural=(4,29+4,23+4,31 )%

3

W natural= 4,28%

Após análise da umidade higroscópica, separou-se 70g do material

passado para o ensaio de sedimentação.

Transferiu-se o material para um béquer e adicionou-se 125 cm3 de

solução defloculante cujo béquer, ficou-se em repouso com a solução por no

mínimo 12 horas.

Verteu-se toda a mistura no copo de dispersão e adicionou-se água

destilada até que seu nível ficasse 5 cm abaixo das bordas do copo e

submeteu-se a ação do aparelho dispersor por 15 minutos.

Transferiu-se todo o conteúdo do copo de dispersão para a proveta e

completar com água destilada até 1000cm3.

Tapando-se a boca da proveta com uma das mãos, em movimento

semicircular, agitou-se a solução por um minuto.

Colocou-se a proveta sobre a mesa, mergulhou-se o densímetro e o

termômetro na dispersão e disparou-se o cronômetro.

Elaborou-se uma análise periódica do densímetro de acordo com uma

tabela pré-definida de tempo. Possibilitando-se confeccionar a tabela seguinte:

Page 10: Aps Mec Solos

Sedimentação

Tempo

(s)

Temperatura

( ºC)

Leitura do densímetro

(g/cm^3)

30 23,0 1,0200

60 23,0 1,0160

120 23,0 1,0140

240 23,0 1,0125

480 22,5 1,0110

900 22,5 1,0100

1800 22,5 1,0090

3600 22,5 1,0080

7200 22,0 1,0075

14400 22,0 1,0070

28800 22,0 1,0065

86400 22,0 1,0060

3) Peneiramento Fino

Utilizando-se o material resultante da sedimentação (baseando-se no

fato de que a massa do material seco ao ar que passa na peneira # 2,00 mm,

utilizado para os ensaios de sedimentação e peneiramento fino(g) foi de 70,0

g), secado na estufa, passou-se o material retido na peneira #0,075mm nas

peneiras de 1.2; 0.6; 0.3; 0.15 e 0.075mm.

Anotaram-se as massas retidas nas peneiras estudadas, possibilitando-

se a criação da tabela seguinte:

Page 11: Aps Mec Solos

PENEIRAMENTO FINO

# Peneira

(mm)

Massa

retida(g)

1,180 1,51

0,600 3,12

0,425 3,35

0,300 4,35

0,150 9,51

0,075 13,06

2.6CÁLCULO

A) Cálculo da massa total da amostra seca:

M s=M t−M g

100+h×100+M g

Onde:

M s: Massa total da amostra seca

M t : Massa da amostra seca ao ar

M g : Massa do material seco retido na peneira de 2,00mm

h: Umidade higroscópica da material passado na peneira de 2,0mm

Resultado:

M s=1002,35−974,11100+4,28

×100+974.11

M s=1001,19 g

B) Peneiramento Grosso - Cálculo da porcentagem da porcentagem de

material que passa em cada peneira.

Q g=M s−M i

M s

×100

Onde:

Q g: Porcentagem de material passado em cada peneira

Page 12: Aps Mec Solos

M s: Massa total da amostra seca

M i : Massa do material retido acumulado em cada peneira

Resultado:

PENEIRAMENTO GROSSO# Peneira (mm) Massa retida(g) Qg (%) Massa retida Acumulada(%)

25,000 0 100,00 019,000 0 100,00 09,500 0 100,00 04,750 8,25 99,18 0,822,360 9,87 98,19 1,812,000 10,12 97,18 2,82

C) Sedimentação: Cálculo da porcentagem de material em suspensão:

Qs=N ×P s

(Ps−Pdisp)×

V × Pw(L−Ldisp)M h

100+h×100

Onde:

Qs: Porcentagem do solo em suspensão no instante da leitura da densímetro.

N : Porcentagem do material que passa na peneira 2,00mm

Ps: Massa específica dos grãos do solo, em (g/cm3)

Pdisp : Massa específica do meio dispersor, em (g/cm3)

V : Volume de suspensão, em (cm3).

Pw: Massa específica da água, em (g/cm3) (considerado como 1,000 g/cm3)

L: Leitura do densímetro na suspensão

Ldisp : Leitura do densímetro no meio dispersor, na mesma temperatura da

suspensão.

M h: Massa do material úmido submetido a sedimentação.

h: Umidade higroscópica do material passado na peneira 2,00mm.

D) Sedimentação: Cálculo do diâmetro das partículas de solo em

suspensão:

d=√ 1800u(P s−Pdisp)

×√ at

Page 13: Aps Mec Solos

Onde:

d: Diâmetro máximo das partículas de solo em suspensão, em (mm).

u: Coeficiente de viscosidade do meio dispersor, à temperatura de ensaio, em

(g.s/cm2).

a: Altura de queda das partículas, correspondente à leitura do densímetro, em

(cm).

t : Tempo de sedimentação, em (s).

Complementação para os Cálculos de Sedimentação.

Temperatura

( ºC)

Massa específica da água

(g/cm^3)

23 0,9976

22,5 0,9977

22 0,9978

Viscosidade da água (valores em 10^-6 (g.s/cm^2)

Temperatura

(ºC) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 13,36 12,99 12,63 12,3 11,98 11,68 11,38 11,09 10,81 10,54

20 10,29 10,03 9,8 9,56 9,34 9,13 8,92 8,72 8,52 8,34

30 8,16 7,98 7,82 7,66 7,5 7,45 7,2 7,06 6,92 6,79

Cálculo da massa específica dos grãos utilizada para o cálculo do

diâmetro é obtida pela equação 4 a seguir.

ρ s=ρ ×Mseca

Mseca+ M 2−M 3

Onde:

ρ :massa especifica da água na temperatura do ensaio

Mseca = massa do solo seca (g)

Page 14: Aps Mec Solos

M2= Massa do picnômetro e água

M3= Massa do picnômetro,água e solo

Desse modo, aplicando-se os valores:

ρ s=0,9974×50

50+667,50−698,85=2,67 g /cm ³

Segue abaixo, a tabela com os valores aplicados nas fórmulas citadas

no ensaio de sedimentação:

A fim de exemplificação de como transcorreu os cálculos manualmente,

segue o exemplo de um cálculo para obtenção de ''d'' e outro para ''Qs''.

Para ''Qs1'' e ''d1'':

Qs=N × ρs ×V × ρw × ( L−Ld )

( ρs−ρd )×( m1+w )

=97,06×2,67×1000× (1,0200−0,9976 )

(2,67−1 )×( 701+0,0428 )

=51,39%

d=√ 1800×η× a

( ρs−ρd ) × t=√ 1800×9,56×10−6×13,96

(2,67−1 )×30=0,06923mm

Page 15: Aps Mec Solos

Valores do Ensaio de Sedimentação

Tempo (s) Temperatura

(°C)

Leitura do

densímetro

(g/cm³)

Viscosidade

(g.s/cm²)

Massa especifica do

meio dispersor

(g/cm³)

a (cm) d(mm) Qs (%)

30 23 1,02 9,56 X 10^6 0,9976 13,78 0,0692 51,39

60 23 1,016 9,56 X 10^6 0,9976 14,49 0,0498 42,54

120 23 1,014 9,56 X 10^6 0,9976 14,85 0,0358 37,91

240 23 1,0125 9,56 X 10^6 0,9976 14,03 0,0247 34,44

480 22,5 1,011 9,68 X 10^6 0,9977 14,28 0,0179 30,74

900 22,5 1,01 9,68 X 10^6 0,9977 14,45 0,0131 28,44

1800 22,5 1,009 9,68 X 10^6 0,9977 14,62

9,32 x 10-3

26,13

3600 22,5 1,008 9,68 X 10^6 0,9977 14,79  6,62 x 10-3 23,81

7200 22 1,0075 9,80 X 10^6 0,9978 14,87  4,71 x 10-3 22,43

14400 22 1,007 9,80 X 10^6 0,9978 14,96  3,53 x 10-3 21,27

28800 22 1,0065 9,80 X 10^6 0,9978 15,04  2,38 x 10-3 20,12

86400 22 1,006 9,80 X 10^6 0,9978 15,12  1,38 x 10-3 18,96

E) Peneiramento fino: Cálculo da porcentagem de material que passa

em cada peneira

Qf =(M ¿¿h×100)−M i(100+h)

(M ¿¿h×100)× N ¿¿

Onde:

Qf : Porcentagem de material passado em cada peneira

M h: Massa do material úmido submetido ao peneiramento fino.

M i: Massa do material retido acumulado em cada peneira.

h : Umidade higroscópica da material passado na peneira

N : Porcentagem de material que passa na peneira de 2,0mm.

Resultado:

Page 16: Aps Mec Solos

Peneiramento Fino

Peneira

(mm)

Massa

retida

(g)

Massa retida

acumulada (g)

Massa que

passa (%) –

Qf

1,18 1,51 1,51 94,9

0,6 3,12 4,63 90,37

0,425 3,35 7,98 85,52

0,3 4,35 12,33 79,23

0,15 9,51 21,84 65,48

0,075 13,06 34,9 52,36

Com os valores tabelados, possibilitou-se criar o seguinte gráfico,

tratando as abcissas com escala logarítmica para as peneiras milimétricas e as

ordenadas, a representação em porcentagem do solo em suspensão quando

lido pelo densímetro (Qs), segue o gráfico no anexo 3:

Após a confecção do gráfico, foi possível identificar o diâmetro da

peneira em que o solo ficou retido em 60% e 30%, o D30 e D60. O cálculo do D10

não possível por que o solo não se acumulou em 10% no ensaio de

sedimentação. Identificamos que o diâmetro para 60% é de 0.112 mm e 30% é

de 0.0146 mm.

Pode-se agora, calcular o Coeficiente de Não-Uniformidade e

Coeficiente de curvatura do solo estudado.

Cnu=D 60

D 10

Onde:

Cnu = Coeficiente de Não uniformidade;

D60 = Diâmetro abaixo do qual se situam 60% das partículas em peso

D10 = Diâmetro abaixo do qual se situam 10% das partículas em peso

Cc=D302

D 60D10

Page 17: Aps Mec Solos

Onde:

Cc = Coeficiente de Curvatura.

D30 = Diâmetro abaixo do qual se situam 30% das partículas em peso.

Por não haver o valor D10 não foi possível e nem necessário o cálculo

do Coeficiente de Não Uniformidade e o Coeficiente de Curvatura. De acordo

com o fluxograma de classificação do solos, o solo estudar se trata de um Solo

Siltoso (M), pois mais de 12% do solo é argila + silte. O gráfico encontra-se no

anexo 3.

3.0COMPACTAÇÃO

3.1INTRODUÇÃO

Nesse relatório serão apresentados os procedimentos de ensaio de

compactação – Proctor Normal. Em experimento, a adição de água ao solo

seco facilita a sua compactação por um leve aumento de sua densidade. Com

um aumento da quantidade da água presente no solo, consequentemente sua

umidade aumenta também e a finalidade deste ensaio é encontrar a umidade

ótima (wot) e também o peso específico máximo (γmá x).

O ensaio realizado se baseia na adição de água, mistura para

homogeneização do solo e posteriormente a compactação em um corpo-de-

prova.

Com o aumento da umidade, ou seja, da quantidade de água no solo,

sua massa aumenta também. Porém, a partir de um limite de umidade, a

umidade ótima, a sua massa começa a diminuir e então é possível saber que o

experimento está realizado corretamente e pode-se encerrar.

3.2OBJETIVOS

O objetivo deste ensaio é determinar a umidade ótima e o Peso

específico máximo.

Page 18: Aps Mec Solos

3.3MATERIAIS

r- Balanças com precisão de 0.1g;

s- Estufa

t- Cápsulas metálicas para determinação de umidade;

u- Bandejas metálicas;

v- Espátula de lâmina flexível;

w- Cilindro metálico pequeno (cilindro de proctor) (figura 1)

x- Soquete pequeno (Martelo) com massa de 2.50 kg dotado de controle de

queda de 305 mm (Figura 2).

Page 19: Aps Mec Solos

Figura 2 – Martelo

y- Extrator de corpo de prova;

z- Base rígida de concreto;

3.4PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Primeiramente separa-se uma amostra considerável de solo e seca o

material em estufa, após peneira-se a amostra na peneira 4.8 mm.

Posteriormente, adiciona-se água até se observar uma certa

consistência e então é feita uma homogeneização perfeita do material. Com o

cilindro já sobre a base rígida de concreto, procede a compactação, aplicando

uma camada que preencha um terço do molde e então 26 golpes com o

martelo sobre a superfície, repete esse procedimento para os outros dois

terços de material restante.

Para determinar a massa do solo que está no cilindro, é rasada a sua

superfície, retirada o colarinho e a base e pesa-se o conjunto de solo úmido

compactado com o cilindro.

Page 20: Aps Mec Solos

Após pesar, é retirado o material do molde com auxilio de um extrator e

coleta-se uma amostra para determinação umidade. O solo é desmanchado

para que passe na peneira 4.8mm novamente. Esta é a primeira parte do

experimento.

Repetem-se os procedimentos adicionando sempre água e

homogeneizando bem o solo até que se perceba que a massa de solo úmido

com o cilindro diminua em relação a anterior. Pode-se realizar mais uma vez

para que os resultados e a curva de compactação sejam mais precisos.

Após secar as amostras de solo já postas em estufa, afere-se a massa

de cada um e de cada molde como também a massa do molde cilíndrico limpo.

3.5CALCULOS

Após todos os procedimentos serem feitos, obtêm-se o dados contidos

na tabela 1 e tabela 2, que indicam respectivamente as massas dos cilindros

com o solo compactação e na tabela 2 as amostras secas em estufa para

determinação da umidade.

CilindroVolume

(m³)

Massa

Cilindro

(g)

Massa do

Cilindro +

Solo Úmido

(g)

1 0,001 4196,5 5885,18

1 0,001 4196,5 6075,44

1 0,001 4196,5 6207,84

1 0,001 4196,5 6310,9

1 0,001 4196,5 6310,39

1 0,001 4196,5 6281,65

1 0,001 4196,5 6263,18

Tabela 1 - Massas do cilindro

CápsulaMassa Massa Cápsula

Page 21: Aps Mec Solos

Cápsula (g) -

Massa úmida

(g)

(g) - Massa

seca (g)

1 67,64 61,35

15 69,27 62,85

26 71,51 64,12

31 67,35 60,39

67 69,9 62,17

94 70,53 62,72

52 70,08 61,94

46 70,14 62,02

19 72,01 63,37

25 69,95 61,54

4 69,16 60,23

47 69,98 60,96

28 71,08 61,47

73 72,54 62,76

Figura 2 - Massas das amostras

Primeiramente, precisa-se determinar a umidade de cada amostra,

como há duas amostras para cada cilindro, ou seja, a cada adição de água e

homogeneização e compactação do solo retirou-se 2 amostras, faz-se a média

das umidades para representar esse cilindro.

Para esse cálculo utilizamos a seguinte equação:

w=ma

mu

∗100 Equação 1, onde:

W = Umidade (%);

ma = Massa de Água no solo (g) (massa úmida – massa seca);

mu = Massa Úmida (g);

Para o cálculo da umidade, utiliza-se a massa de água que é a

diferença entre a massa úmida e a massa seca. Os resultados são

apresentados na tabela 3. Esta apresenta a tabela completa, com as massas

secas, úmidas e de água como também o resultado da umidade e sua média.

Cápsula Massa Massa Cápsula Massa de Umidade Média

Page 22: Aps Mec Solos

Cápsula (g) -

Massa úmida

(g)

(g) - Massa

seca (g) Água (g)

(%) Umidade

(%)

1 67,64 61,35 6,29 10,25%10,23%

15 69,27 62,85 6,42 10,21%

26 71,51 64,12 7,39 11,53%11,53%

31 67,35 60,39 6,96 11,53%

67 69,9 62,17 7,73 12,43%12,44%

94 70,53 62,72 7,81 12,45%

52 70,08 61,94 8,14 13,14%13,12%

46 70,14 62,02 8,12 13,09%

19 72,01 63,37 8,64 13,63%13,65%

25 69,95 61,54 8,41 13,67%

4 69,16 60,23 8,93 14,83%14,81%

47 69,98 60,96 9,02 14,80%

28 71,08 61,47 9,61 15,63%15,61%

73 72,54 62,76 9,78 15,58%

Tabela 3 – Resultado da Média das Umidades

Com a umidade calculada, pode-se então determinar a massa seca, o

peso seco e o peso específico seco do solo no cilindro de compactação, as

formas de cálculos seguem com as equações 2, 3 e 4:

Ms= Mu1+w

Equação 2, onde:

Ms = Massa Seca (g);

Mu = Massa (cilindro + solo úmido) – Massa cilindro;

W = Umidade, em números decimais;

Ps=Ms∗g Equação 3, onde:

Ps = Peso seco em N (newtons);

Ms = Massa seca (kg)

g = Aceleração da Gravidade (9.81 m/s²)

Page 23: Aps Mec Solos

γ d=

PsV

∗1

1000 Equação 4, onde:

γ d = Peso Específico Seco (kN/m³);

Ps = Peso Seco (N);

V = Volume do Cilindro (m³);

Feitos todos os cálculos, obtemos o valor do peso específico seco que

será utilizado para a confecção da curva de compactação, a tabela 4 a seguir

ilustra o resultado.

CilindroVolume

(m³)

Massa

Cilindro

(g)

Massa do

Cilindro +

Solo Úmido

(g)

Umidade

Massa

Seca

(g)

Peso

seco

(N)

Peso

Específic

o Seco

(KN/m³)

1 0,001 4196,5 5885,18 0,10231531,9

615,03 15,03

1 0,001 4196,5 6075,44 0,11531684,6

916,53 16,53

1 0,001 4196,5 6207,84 0,12441788,8

117,55 17,55

1 0,001 4196,5 6310,9 0,13121869,1

718,34 18,34

1 0,001 4196,5 6310,39 0,13651860,0

018,25 18,25

1 0,001 4196,5 6281,65 0,14811816,1

717,82 17,82

1 0,001 4196,5 6263,18 0,15611787,6

317,54 17,54

Tabela 4 – Peso Específico Seco

Para plotar a curva de compactação teórica para o grau de saturação

igual a 1.00, utilizamos a equação 5 a seguir:

Page 24: Aps Mec Solos

γ d=Gs

1+(w∗Gs )

S

∗γw Equação 5, onde:

γ d = Peso Específico Seco (kN/m³);

Gs = Densidade Relativa dos Grãos, adotaremos como sendo 2.67;

W = Umidade, em decimais;

S = Grau de Saturação;

γw = Peso específico da Água, utilizamos 9.79 kN/m³ a 17º C;

Feitos os devidos cálculos, obtemos então a tabela 5, que ilustra os

resultados.

Umidad

e

Densidade

Relativa dos

Grãos

Peso

Específico

da Água a

20 C

(KN/m³)

Grau de

Saturaçã

o (S)

Peso

Específico

das

Partículas

(KN/m³)

0,1023 2,67 9,79 1 20,53

0,1153 2,67 9,79 1 19,99

0,1244 2,67 9,79 1 19,62

0,1312 2,67 9,79 1 19,36

0,1365 2,67 9,79 1 19,16

0,1481 2,67 9,79 1 18,73

0,1561 2,67 9,79 1 18,45

Tabela 5 – Peso Específico para Grau de Saturação 1.00

Para plotar a curva de compactação para o grau de saturação igual a

1.00, utilizaram os três últimos valores obtidos (Tabela 6), para facilitar a

mesma.

Umidad

e

Densidade

Relativa

dos Grãos

Peso

Específico

da Água a

20 C

Grau de

Saturação

(S)

Peso

Específico

das

Partículas

Page 25: Aps Mec Solos

(KN/m³) (KN/m³)

0,1365 2,67 9,79 1 19,16

0,1481 2,67 9,79 1 18,73

0,1561 2,67 9,79 1 18,45

Tabela 6 – Valores utilizados para plotagem da curva de compactação

O gráfico encontra-se no anexo 2.

Após a plotagem da curva, locando a umidade das partículas no eixo

das abcissas e o peso específico seco no eixo das ordenadas, observamos o

valor de 18.40 KN/m³ para o peso específico máximo e de 13.17 % para a

umidade ótima.

4.0LIMITES DE CONSISTÊNCIA

4.1– INTRODUÇÃO

Serão apresentados neste relatório, os procedimentos pelos quais

foram realizados os ensaios para determinar os limites de liquidez (LL),

segundo a norma ABNT NBR-6459/84 e, de plasticidade (LP), segundo a

norma ABNTNBR-7180/84. Foram calculados parâmetros de limites de liquidez

para amostras fictícias, abordando um exemplo de ensaio com dados

determinados para uma amostra (que foi separada em cinco pequenas

amostras) de solo, para determinação dos limites.

A consistência do solo está entre as características mais importantes

nos estudos da engenharia. Ela determina o comportamento do solo ante as

determinadas tensões e deformações. O grau de consistência do solo exerce

considerável influência sobre o regime de água no mesmo, afetando a

condutividade hidráulica e permitindo fazerem-se inferências sobre a curva de

umidade. O fator de consistência também é determinante na resistência do solo

à penetração e na compactação e seu conhecimento possibilita a determinação

do momento adequado do uso de técnicas que favoreçam um bom manejo do

solo, propiciando melhor conservação do mesmo, além de diminuir a demanda

energética nas operações mecanizadas.

Page 26: Aps Mec Solos

4.2– OBJETIVOS

Obter o Limite de Liquidez (LL) e o Limite de Plasticidade (LP) da

amostra de solo para descobrir o Índice de Plasticidade (LP) e o Índice de

Consistência (IC).

4.3– MATERIAS UTILIZADOS E MÉTODOS

a) Para o Limite de Liquidez:

Utilizaram-se os seguintes materiais:

- Estufa

-Aparelho de Casagrande

-Espátula de metal flexível

-Cápsulas de Alumínio

-Cinzéis padronizados

-Balança

Limite de Liquidez (LL) marca o estado transitório de um solo o qual

está passando do seu ponto plástico para o seu ponto líquido. Para

determinação do ponto de intersecção entre os dois estados, utiliza-se o

aparelho de Casagrande, o qual, através da norma NBR-6459/84, regulamenta

que se deve distribuir 25 golpes ao solo preso a concha afim de que ele se

feche.

Page 27: Aps Mec Solos

Figura 01 - Aparelho de Casagrande

As amostras coletadas totalizam-se em cinco, todas com massa,

umidade e cápsulas diferenciadas. Com as amostras já previamente analisadas

com suas massas secas (levadas a estufa) e massas úmidas, assim como o

número de golpes necessários (estando todos eles de acordo com o intervalo

de 15 a 35 golpes ), possibilitou-se calcular o Limite de Liquidez (LL).

Segue a tabela dos valores previamente estabelecidos:

Limite de Liquidez

Cápsula 160 164 46 5 15

Massa da Cápsula(g) 5,92 6,69 6,05 6,45 6,17

Massa solo úmido + cápsula (g) 13,15 12,19 12,02 12,25 12,07

Massa solo seco + cápsula(g) 11,70 11,00 10,64 10,84 10,50

N de Golpes 33 28 24 21 16

A fim de obter a umidade (%), utilizou-se o seguinte equacionamento:

W =M água

M solo−seco

Sendo: W = Umidade (%)

Page 28: Aps Mec Solos

M água= Massa da água em gramas

M solo−seco= Massa de solo seco em gramas

Segue abaixo a planilha mostrando os cálculos feitos para obtenção

da umidade:

Relações para Obtenção de Umidade

Massa solo seco(g) = (Massa Solo seco + cápsula) - (Massa da

Cápsula) 5,78 4,31 4,59 4,39 4,33

Massa de água(g) = (Massa solo úmido+cápsula) - (Massa solo

seco+cápsula) 1,45 1,19 1,38 1,41 1,57

Umidade = Massa de água / Massa solo seco

25,09

%

27,61

%

30,07

%

32,12

%

36,26

%

Através do cálculo da umidade, torna-se possível plotar o gráfico

relacionando a umidade e o número de golpes, fixando-se assim a quantidade

de vinte e cinco golpes.

Número De

Golpes

Umidade

(%)

33 25,09%

28 27,61%

24 30,07%

21 32,12%

16 36,26%

Contas Realizadas:

log 100−log 1log 100−log x

=10cmy

Sendo ''X'' o número de golpes e "Y" a distância em centímetros

equivalente à escala Log. Abaixo, segue a tabela com os valores já aplicados

de acordo com a equação acima:

X Y

33 2,407

28 2,764

Page 29: Aps Mec Solos

24 3,099

21 3,389

16 3,979

25 3,01

Em relação a umidade, utilizou-se a escala no qual 1cm equivaleria a

5%, para tal escala, necessitou-se elaborar uma equação para adequar os

valores de umidade afim de buscar-se traçar o gráfico. Segue abaixo os valores

de umidade:

1cmY cm

= 5%X%

No qual, Y representaria os valores em centímetros dos teores de

umidade já listados.

X Y

25,09 5,018

27,61 5,52

30,07 6,01

32,12 6,42

36,26 7,25

Segue abaixo, como anexo manuscrito, a plotagem do gráfico, onde as

abscissas representa a umidade em escala linear, e as ordenadas representam

o número de golpes em escala logarítmica de base dez, tendo como destaque

os 25 golpes, o qual o teor de umidade descobre-se posteriormente através do

método de interpolação.

Page 30: Aps Mec Solos

Figura 2 - Imagem do Anexo 1

Para obter o Limite de Liquidez (LL) de 29%,mediu-se com escalímetro

a distância que o ponto recém encontrado tinha em relação ao ponto 25(0,8cm

de distância) e utilizou-se a seguinte lógica:

25−3025−x

= 1cm0,8cm

Sendo X=29, correspondente ao Limite de Liquidez (LL). O gráfico

encontra-se em anexo. Anexo 1.

b) Para o Limite de Plasticidade

Utilizaram-se os seguintes materiais:

-Cápsula de porcelana;

- Estufa;

- Espátula;

Page 31: Aps Mec Solos

-Placa de vidro fosco;

-Balança com resolução 0,01g;

- Gabarito (prego);

- Cápsulas.

O ensaio consiste em pegar pequenas quantidades da amostra a ser

estudado e, com uma pressão suave utilizando-se as próprias mãos e fazendo-

se movimentos oscilatórios, elaborar pequenos cilindros de solo. Ao aplicar

pressão e tracioná-lo contra a superfície, as partículas de água desprendem-se

do solo, auxiliando no deslocamento do estado de plástico, para sólido, sendo

o objetivo encontrar-se o ponto de intersecção que caracterizasse como Limite

de Plasticidade (LP).

As amostras coletadas totalizaram-se em cinco, todas com massa,

umidade e cápsulas diferenciadas. Com as amostras já previamente analisadas

com suas massas secas (levadas à estufa) e massas úmidas. Possibilitando-se

assim, encontrar o Limite de Plasticidade (LP).

Segue a tabela dos valores previamente estabelecidos:

Limite de Liquidez

Cápsula 100 27 103 107 88

Massa da Cápsula(g) 5,25 6,45 5,3 5,17 5,63

Massa solo úmido + cápsula (g) 7,21 8,25 7,2 7,34 7,78

Massa solo seco + cápsula(g) 6,89 7,96 6,89 6,98 7,43

Afim de obter a umidade(%), utilizou-se o seguinte equacionamento:

W =M água

M solo−seco

Sendo: W = Umidade(%)

Page 32: Aps Mec Solos

M água= Massa da água em gramas

M solo−seco= Massa de solo seco em gramas

Segue abaixo a planilha mostrando os cálculos feitos para obtenção

da umidade:

Relações para Obtenção de Umidade

Massa solo seco(g) = (Massa Solo seco + cápsula) - (Massa da

Cápsula) 1,64 1,51 1,59 1,81 1,80

Massa de água(g) = (Massa solo úmido+cápsula) - (Massa solo

seco+cápsula) 0,32 0,29 0,31 0,36 0,35

Umidade = Massa de água / Massa solo seco

19,51

%

19,21

%

19,50

%

19,89

%

19,44

%

A fim de obter-se o Limite de Plasticidade (LP), somaram-se os índices

de umidade e faz então uma média aritmética dos valores.

LP=∑ Wn

=(19,51+19,21+19,50+19,89+19,44 )%

5=19,51%

Sendo: W = Teores de Umidade;

n = Quantidade de teores de umidade utilizados.

Para confirmação de que o Limite de Plasticidade (LP) encontrado é

valido, é normatizado que os teores de umidade utilizados para a soma, não

diferenciar de 5% da média nem para mais, nem para menos.

.

Wmax=(19,51×1,05 )%=20,59%

Wmin=(19,51×0,95 )%=18,53%

De fato, conclui-se que o Limite de Plasticidade (LP) encontrado é

válido.

4.4RESULTADOS E DISCUSSÕES

Page 33: Aps Mec Solos

Com a obtenção do Limite de Plasticidade (LP) e o Limite de Liquidez

(LL) , torna-se possível caracterizar o solo estudado de acordo com o teor de

umidade de interesse. A equação utilizada para caracterizar o Índice de

Consistência (IC) é:

IC= ¿−W¿−LP

Sendo:

LL: Limite de Liquidez

LP: Limite de Plasticidade

W: Teor de umidade

Como exemplificação da aplicação da fórmula, segue abaixo o cálculo

do Índice de Consistência (IC) do solo estudado de acordo com alguns pontos

quaisquer de umidade:

Umidade(W) IC

5 0,025

10 0,02

15 0,015

50 -0,022

Como análise complementar, é possível relacionar de acordo com a

consistência do material, a sua resistência a compressão simples:

Consistênci

a IC

Resistência(kP

a)

Mole <0,50 25 a 50

Média 0,5 a 50 a 100

Page 34: Aps Mec Solos

0,75

Rija

0,75 a

1,0 100 a 200

Dura >1 >400

Com base no solo estudado, pode-se concluir que todos os teores de

umidade testados acima, remetem-se a um solo mole de resistência variando

entre 25 a 50 kPa.

5.0 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

http://www.dcc.ufpr.br/mediawiki/images/e/e1/Apostila1.pdf, acessado

em 29/10/2014;

Norma ABNT NBR 7182/1986 disponível em:

http://professor.ucg.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17403/materia

l/NBR%207182%20-%20Ensaio%20de%20Compacta

%C3%A7%C3%A3o.pdf, acesso em 29/10/2014;

http://professor.ucg.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17403/

material/NBR%207181%20-%20Analise%20Granulometrica%20-

%20Solo.pdf.Acessado em: 27/10/2014;

http://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=8308. Acessado em:

27/10/2014;

Norma ABNT NBR 6508;

Norma ABNT NBR 6457.

Page 35: Aps Mec Solos

ANEXOS

Page 36: Aps Mec Solos