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RELATÓRIO FINAL MÊCANICA DO SOLOS
Professsora Giovana Bizão Georgetti
Amostra de Solo 1
Alunos Nº Matrícula
Daniel Soares França 11421ECV017
Gabriel Henrique Arruda 11421ECV015
Leonardo Barreiro 11421ECV014
Pedro Henrique de Oliveira 11421ECV012
Vitor Arantes Oliveira 11421ECV019
Uberlândia
2015
Sumário1 Introdução................................................................................................................................3
2 Objetivo....................................................................................................................................3
3 Resultados................................................................................................................................3
3.1 Análise Tátil Visual..........................................................................................................3
3.2 Determinação Índices Físicos...........................................................................................3
3.2.1 Teor de Umidade........................................................................................................4
3.2.2 Massa Específica Natural...........................................................................................5
3.3 Limites de Consistência....................................................................................................7
3.3.1 Limite de Liquidez.....................................................................................................7
3.3.2 Limite de Plasticidade................................................................................................8
3.3.3 Índice de Plasticidade................................................................................................9
3.4 Ensaio de Granulometria...................................................................................................9
3.4.1 Peneiramento..............................................................................................................9
3.4.2 Sedimentação...........................................................................................................10
3.4.3 Classificação Unificada e Rodoviária......................................................................13
3.5 Ensaio Compactação.......................................................................................................13
1 Introdução
2 Objetivo
3 Resultados
3.1 Análise Tátil Visual
O experimento se baseia em saturar uma porção de solo na palma da mão e estimar a
quantidade e finos e grossos presentes na amostra. Também é colocado uma porção de solo
em suspensão em agua conforme a Figura 1.
Figura 1 – Solo em suspensão
Fonte: autor
Com a análise de todos os integrantes do grupo é estimado que o solo seja composto
principalmente de areias, com baixa presença de argilas.
3.2 Determinação Índices Físicos
Para a determinação dos índices físicos é utilizados as Equações 1, 2, 3, 4 e 5.
w=(M+T )−(M s+T )
(M s+T )−T×100%
(1)
ρ=MV (2)
V solo=V solo+parafina−V par (3)
V solo+par=M solo+par−M 'solo+par
ρw
(4)
V par=M solo+par−M solo
ρpar
(5)
Onde:
T: Massa da cápsula;
Vpar: Volume parafina;
M’: Massa submersa.
3.2.1 Teor de Umidade
O processo experimental consiste em retirar 3 amostras do solo 1 e coloca-las em cápsulas
diferentes, após a pesagem das cápsulas, deixar estas na estufa afim de determinar o teor de
umidade de cada amostra de solo. O valores de massas antes e após a estufa estão
representados da Tabela 1.
Tabela 1 – Valores de massas antes e após a estufa
Cápsula Massa (g)
(Antes da estufa)
Massa(g)
(Após a estufa)
Massa(g)
(Cápsula)
6 41,33 39,51 9,74
111 39,20 37,59 10,18
62 37,83 36,57 10,70
Fonte: autor
O teor de umidade é definido como a media aritmética dos teores de umidades encontrados de
cada capsula. Pela Equação 1 temos que:
w cap .6=41,33−39,5139,51−9,74
×100 %=6,11%
w cap .111=39,20−37,5937,59−10,18
×100 %=5,87 %
w cap .62=37,83−36,3736,37−10,70
×100 %=5,69 %
Assim o teor de umidade é dado pela média aritmética desses valores, tendo que w = 5,89 %.
3.2.2 Massa Específica Natural
A massa especifica natural é determinada por meio de uma amostra de solo coberta por uma
camada de parafina, é determinado a massa desse conjunto pela balança e o volume é
calculado de duas maneiras distintas, resultando em duas massas específicas.
Para obtenção do primeiro volume é utilizado um paquímetro, e assim medido duas vezes o
diâmetro e três vezes a altura do corpo de prova, como é mostrado na Tabela 2.
Tabela 2 – Dimensões do corpo de prova medidas com paquímetro
Diâmetro (cm) Altura (cm)
d1 = 4,99 h1 = 4,492
d2 = 5,00 h2 = 4,472
h3 = 4,502
d = 4,995 h = 4,489
Fonte: autor
Pelas medidas do paquímetro conforme a Tabela 2 é possível calcular o volume do corpo de
prova, considerando que o corpo de prova é um cilindro de base circular. O volume calculado
é 87,97 cm3, como tem-se a massa de 180,4 g, pela Equação 2 obtêm – se que:
ρ=MV
=180,4087,97
=2,05g /cm3
O segundo método para obter o volume, é mergulhando o corpo de prova em água a uma
temperatura fixada, assim como mostrado na Tabela 3
Tabela 3 – Massas do corpo de prova
Massa (Solo + Parafina) (g)
Ar Submerso
210,98 93,07
Fonte: autor
Após essas medições, é tirada a camada de parafina do corpo de prova, e medindo sua massa,
obtendo um valor de 180,40 g.
Conforme a Tabela 3 e pela Equação 4 é determinado o volume do conjunto solo com
parafina
V solo+par=M solo+par−M 'solo+par
ρw
=210,98−93,071
=117,91cm3
Assumindo ρpar = 0,912 g/cm3 e pela Equação 5, é determinado o volume da parafina:
V par=M solo+par−M solo
ρpar
=210,98−180,400,912
=33,53cm3
Pela Equação 3 é possível obter o volume apenas do solo, determinado por:
V solo=V solo+parafina−V par=117,91−33,53=84,38 cm3
Por fim, pela Equação 2 é determinado a massa especifica natural:
ρ=MV
=180,4084,38
=2,14 g/cm3
3.3 Limites de Consistência
3.3.1 Limite de Liquidez
Para a determinação do limite de liquidez é determinado o teor de umidade de amostras de
solos ensaiadas no aparelho de casagrande, juntamente com os números de golpes utilizado
em cada amostra, como mostrado na Tabela 4. O teor de umidade é calculado conforme a
Equação 1.
Tabela 4 – Determinação do teor de umidade
Capsula Peso
(g)
Peso com terra
(g)
Peso após estufa
(g)
Nº de
golpes
Teor de Umidade
(%)
284 16,08 29,60 27,00 32 23,81
205 14,51 26,87 24,43 25 24,60
131 14,56 20,27 19,10 14 25,77
Fonte: autor
Com os dados da Tabela 4 é feito na Figura 2.
Figura 2 – Gráfico Nº de golpes x Teor de Umidade
10 15 20 25 30 3522.5
23
23.5
24
24.5
25
25.5
26
Nº de golpes
Teor
de
Um
idad
e (%
)
Fonte: autor
Traçando a reta que melhor se ajusta pelos pontos, temos que para 25 golpes o teor de
umidade é de 24,58%.
Portanto o Limite de Liquidez é 25%
3.3.2 Limite de Plasticidade
Para determinação do limite de plasticidade, é determinado o teor de umidade de amostras
ensaiadas, pela Equação 1, como é mostrado na Tabela 5
Tabela 5 – Determinação do teor de umidade
Cápsula Peso (g) Peso com terra (g) Teor de umidade (%)
58 8,38 10,48 15,38
163 14,94 16,85 18,63
187 14,56 16,54 20,73
Fonte: autor
Fazendo a média dos teores de umidade temos:
15,38+18,63+20,733
=18,25 %
Como os valores 15,38 e 20,73 desviaram da média mais de 5%, a nova média será 18,65.
Portanto o Limite de Plasticidade será dado por 19% .
3.3.3 Índice de Plasticidade
Com os valores de obtidos nas seções 3.2.1 e 3.2.2 de Limite de Liquidez e Limite de
Plasticidade respectivamente, o Índice de Plasticidade é dado pela Equação 6.
IP=¿−LP (6)
Portanto têm – se:
IP=25−20=5%
3.4 Ensaio de Granulometria
3.4.1 Peneiramento
Para esse ensaio é feito o peneiramento fino, com peneiras de números 16, 30, 40, 60, 100 e
200. A massa de solo analisada é 69,5 g e os dados coletados são mostrados conforme a
Tabela 6 e a curva granulométrica conforme a Figura 3.
Tabela 6 – Dados Peneiramento fno
Nº Peneira Diâmetro
(mm)
Peso solo seco % que passa
Retido acumulado (g) Passado (g)
16 1,2 0,27 69,23 99,61
30 0,6 1,88 67,62 97,29
40 0,42 5,06 64,44 92,72
60 0,25 18,01 51,49 74,09
100 0,15 47,95 21,53 31,01
200 0,075 69,12 0,38 0,55
Fonte: autor
Figura 3 – Curva Granulométrica
0.001 0.01 0.1 1 100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porc
enta
gem
que
Pas
a (%
)
Fonte:autor
3.4.2 Sedimentação
Para esse experimento é calculado a porcentagem que passa, dado pela Equação 7, a leitura na
solução dado pela Equação 8, o diâmetro pela Equação 9 e a altura de queda pela Equação 10
e a massa especifica seca pela Equação 11
P (¿Di )=100 ρs(L−Ld)M s( ρs−1)
(7)
Ld=−0,0003T +1,0078 (8)
Di (mm )=√ 1800 μz(ρs−1) t
(9)
z=19,8−191(L−0,995) (10)
M s=M
(1+w)(11)
Onde:
ρ = Massa especifica seca (Determinada na seção 3.5)
Ld = Leitura na solução
z = Altura de queda (cm)
t = Tempo (s)
Ms = Massa seca (g)
µ = Viscosidade da água (10-6 g x s / cm2)
Primeiramente é determinada a umidade hidroscópica da amostra utilizada, calculada pela
Equação 1 e dada pela Tabela 7.
Tabela 7 – Determinação da umidade
Cápsula 163 131
Solo Úmido + T (g) 28,9
1
31,03
Solo Seco + T (g) 28,7
5
30,91
Tara (T) (g) 14,9
4
14,56
w (%) (g) 1,16 0,73
wmédia (%) 0,945
Fonte:autor
Os dados coletados juntamente com os cálculos são apresentados pela Tabela 8, a massa seca
adotada foi de 110g.
Tabela 8 – Dados Coletados
T (ºC)
Tempo (t)(s)
Hora Leitura (L)
Altura de queda(cm)
Leitura naSolução
(Ld)
Viscosidade(10E-6 g.s/cm)
Diâmetro(mm)
% que passa
29 30 13:52 1,0150 15,98 0,9991 8,34 0,0879 4,06
29 60 13:53 1,0110 16,744 0,9991 8,34 0,0636 3,04
29 120 13:54 1,0100 16,935 0,9991 8,34 0,0452 2,78
29 240 13:56 1,0090 17,126 0,9991 8,34 0,0322 2,53
29 480 14:00 1,0080 17,317 0,9991 8,34 0,0229 2,27
29 900 14:07 1,0075 17,4125 0,9991 8,34 0,0168 2,15
29 1800 14:22 1,0065 17,6035 0,9991 8,34 0,0119 1,89
29 3600 14:52 1,0060 17,699 0,9991 8,34 0,0084 1,76
29 7200 15:52 1,0052 17,8518 0,9991 8,25 0,0060 1,56
28,5 86400 13:52 1,0051 17,8709 0,99925 8,52 0,001404 0,96
Fonte: autor
A viscosidade da água é dada pela Tabela 9.
Tabela 9 – Viscosidade da Água (10-6 g x s / cm2)
ºC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
20 10,29 10,03 9,80 9,56 9,34 9,13 8,92 8,72 8,52 8,34
Fonte: -----
A curva granulométrica é dada pela Figura 4.
Figura 4 – Curva Granulométrica
0.0010 0.0100 0.10000.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
Diâmetro (mm)
Porc
enta
gem
que
Pas
sa (%
)
Fonte: autor
3.4.3 Classificação Unificada e Rodoviária
Pela análise da curva granulométrica (Figura 3), têm-se pela classificação unificada que a
Amostra de Solo 1 é classificado como SP (Areia mal graduada), e pela classificação
rodoviária que o solo é do tipo A3 (Areia fina).
3.5 Massa específica dos sólidos
A massa específica dos sólidos é determinada conforme a Equação 12. A determinação da
umidade hidroscópica é determinada conforme a Tabela 7.
ρ s=
M 1100
(100+w)M 1100
(100+w)+M 3−M 2
ρw
(12)
Onde:
M1 = 110g
M2 = Massa do picnômetro + solo + água na temperatura T do ensaio
M3 = Massa picnômetro cheio de água até a marca de referência , na temperatura T do ensaio
w = Umidade hidroscópica
ρw = Massa especifica da água na temperatura T do ensaio
Os dados dos picnômetros utilizados em ensaio são mostrados conforme a Tabela 10.
Tabela 10 – Massas picnômetros
Picnômetr
o
M2 (g) M3 (g) Temperatura (ºC)
7 1261,89 1200,30 30,3
5 1281,38 1233,20 30,2
Fonte: autor
Os valores de massas especificas da água são dados pela Tabela 11.
Tabela 10 – Massa específica da Água (g/cm3)
ºC 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
3
0
0,995
7
0,995
6
0,995
6
0,995
6
0,995
6
0,995
5
0,995
5
0,995
5
0,995
4
0,995
4
Fonte: -----
Pela Equação 12 obtêm-se os que para o Picnômetro 5, ρs = 2,29 g/cm3, e para o Picnômetro
7, ρs = 1,78 g/cm3. Pela média dos dois valores é determinado a massa específica dos sólidos,
ρs = 2,035 g/cm3.
3.6 Ensaio de Compactação
Para esse ensaio, a massa específica seca será dada conforme a Equação 13.
ρd=
M(1+w)V
(13)
A determinação da umidade da amostra compactada é mostrada na Tabela 12. Para o cálculo é
utilizado a Equação 1.
Tabela 12 – Determinação da umidade ótima
Cápsula 4 22 34
Solo Úmido + T
(g)
19,61 25,11 21,02
Solo Seco + T (g) 17,95 22,91 19,26
Tara (T) (g) 10,13 12,75 10,48
w (%) (g) 9,25 9,60 9,14
wmédia (%) 9,33
Fonte: autor
Pelos dados do experimento temos que a massa de solo compactado é de 4542,8 g, o volume
de 1000 cm3 e a umidade de 9,33%. Portanto pela Equação 13 temos que ρd = 4,16 g/cm3.
3.7 Ensaio CBR
Para determinação do CBR é utilizado a Equação 14.
ISC= pressãocalculadaou pressãocorrigidapressão padrão
×100 (14)
As leituras da expansão do corpo de prova são feitas por 4 dias conforme a Tabela 13.
Tabela 13 – Expansão corpo de prova
Tempo (h) Leitura (mm)
0 0
24 -
48 0,0175
96 0,02
Fonte: autor
A altura inicial do corpo de prova é 130mm, portanto sua expansão é de 0,015 %.
Os dados do ensaio são mostrados conforme a Tabela 14.
Tabela 14 – Ensaio CBR
Penetração (mm) Tempo (min)
Leitura anel dinamômetro Carga (N)Pressão
(Mpa)3,17 2,5 45 1019,745 0,5273,81 3 62 1404,988 0,7264,44 3,5 80 1812,88 0,9375,08 4 95 2152,795 1,1126,35 5 110 2492,71 1,2887,62 6 116 2628,676 1,3588,89 7 122 2764,642 1,429
10,16 8 130 2945,93 1,52211,43 9 139 3149,879 1,62812,7 10 146 3308,506 1,71
Fonte: autor
A curva de penetração x pressão juntamente com a correção de 1,4 é dada pela Figura 5.
Figura 5 – Gráfico de correção
2 4 6 8 10 12 140
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Penetração (mm)
Pres
são
(MPa
)
Fonte: autor
O ISC (Índice de Suporte Califórnia) é calculado segundo a Equação 14, conforme é dado na
Tabela 15.
Tabela 15 - ISC
Penetração
(mm)
Pressão (Mpa) ISC (%)
Calculada Corrigida Padrã
o
2,50 0,26 1,66 7,0 24,05
5,00 1,112 2,512 10,5 24,27
Fonte: autor
Portando o CBR será dado pelo maior valor entre CBR2,54mm e CBR5,08mm, sendo 24,27%
Os resultados obtidos por esse experimento não foram conclusivos devido a imprevistos
técnicos no dia do ensaio. Devido a falta de energia o ensaio foi realizado manualmente,
podendo ter comprometido os resultados.
3.8 Ensaio de Permeabilidade
Para esse ensaio é utilizado as Equações 15 para cálculo da condutividade hidráulica a carga
constante conforme a Tabela 16, e a Equação 16 para cálculo da condutividade hidráulica a
carga variável conforme a Tabela 17.
Os valores para correção da condutividade hidráulica a 20ºC, são dados pela Tabela 18.
k=VL
¿̂ ¿(15)
k= aHA ∆T
ln ( h1h2 ) (16)
Onde:
k é a condutividade hidráulica (cm/s)
V é volume de agua percolado (cm3)
H é a carga hidráulica (cm)
L é Altura do corpo de prova (cm)
A é a Área do corpo de prova (cm2)
T é a Temperatura ambiente no ensaio (ºC)
a é a área da bureta (cm2)
Hé a altura inicial do corpo de prova (cm)
h1 é a carga hidráulica no instante t1 (cm)
h2 é a carga hidráulica no instante t2 (cm)
ΔT é dado pela diferença entre os instantes t2 e t1 (s)
Tabela 16 – Ensaio de permeabilidade a carga constante
Solo: Areia MédiaÍndice de vazios: 0,85Determinação número: 1 2 3
Dia / Mês (inicial):27/10/201
527/10/201
527/10/201
5Hora / Minuto / Segundo (inicial): - - -Dia / Mês (final): - - -Hora / Minuto / Segundo (final): - - -Altura do corpo de prova (cm): 19 19 19Área do corpo de prova (cm²): 403,314 403,314 403,314Desnível da água (cm): 214,5 214,5 214,5Volume de água percolado (cm³): 500,00 500,00 500,00
Temperatura do ensaio (°C): 31 31 31Tempo do ensaio (s): 41,20 40,70 40,95Condutividade hidráulica a temperatura ambiente (cm/s):
2,665E-03 2,698E-03 2,682E-03
Condutividade hidráulica a 20°C (cm/s): 2,07E-03 2,09E-03 2,08E-03
Condutividade hidráulica média a 20°C (cm/s): 2,081E-03Fonte: autor
Tabela 17 – Ensaio de permeabilidade a carga variável
Solo: Argila arenosaÍndice de vazios: 0,48Determinação número: 1 2 3Dia / Mês (inicial): 14/12/2014 15/12/2014 15/12/2014Hora / Minuto / Segundo (inicial): 12:53:00 08:34:00 16:10:00Dia / Mês (final): 15/12/2014 15/12/2014 16/12/2014Hora / Minuto / Segundo (final): 08:34:00 16:10:00 14:00:00Diâmetro do tubo de carga (cm): 2,46 2,46 2,46Área do tubo de carga (cm²): 4,753 4,753 4,753Altura do corpo de prova (cm): 11,48 11,48 11,48Área do corpo de prova (cm²): 181,46 181,46 181,46Altura inicial da água (cm): 78,0 77,0 76,8Altura final da água (cm): 77,0 76,8 75,9Volume de água percolado: 500,00 500,00 500,00Temperatura do ensaio (°C): 16 18 17Tempo do ensaio (s): 70860 27360 78600Condutividade hidráulica a temperatura ambiente (cm/s):
5,47551E-08
2,85831E-08
4,50959E-08
Condutividade hidráulica a 20°C (cm/s): 6,056E-08 3,004E-08 4,861E-08
Condutividade hidráulica média a 20°C (cm/s): 4,640E-08Fonte: autor
Tabela 18 – Relação de viscosidade da água (Vt/V20ºC)
ºC Vt/V20ºC
3
1
0,776
1
6
1,106
1
7
1,078
1
8
1,051
Fonte:
3.9 Ensaio de Adensamento
