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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais Departamento de Engenharia CivilCurso de Engenharia de Produção Civil Laboratório de SolosMecânica dos SolosRelatório nº 04Análise GranulométricaRealizado por:João Paulo Cardoso Dutra Luiz Gustavo Marcus Paulo Alves S. Saúde Marina RochaMaio, 20...

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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais Departamento de Engenharia Civil Curso de Engenharia de Produção Civil Laboratório de Solos

Mecânica dos Solos

Relatório nº 04 Análise Granulométrica

Realizado por: João Paulo Cardoso Dutra Luiz Gustavo Marcus Paulo Alves S. Saúde Marina Rocha

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Maio, 2015 INTRODUÇÃO A granulometria ou análise granulométrica dos solos é um estudo da distribuição das dimensões dos grãos de um solo. Ou seja, É a determinação das dimensões das partículas do agregado e de suas respectivas percentagens de ocorrência, em massa. Tal análise pode ser feita através de dois processos: peneiramento ou sedimentação. Para a elaboração do presente relatório, foram realisados os dois prcessos em conjunto. 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 que contém quantidades significativas de finos, tornam-se necessário uma análise mais detalhada, conjunta, que engloba as fases de peneiramento e sedimentação. Já a técnica da sedimentação se baseia na Lei de Stokes: velocidade de queda de partículas esféricas num fluido atinge um valor limite que depende peso especifico do material da esfera, do peso especifico do fluido, da viscosidade do fluido, e do diâmetro da esfera. OBJETIVOS O principal objetivo é conhecer a distribuição granulométrica do agregado e representá-la através de uma curva, pssibilitando assim a determinação de suas características físicas. Todo o processo experimento foi realizado de acordo com o norma vigente NBR 7181/84 – Solo – Análise Granulométrica. MATERIAL UTILIZADO



Solo previamente selecionado;



Água destilada;



Estufa (capaz de manterá temperatura de 60 °C a 65 °C e de 100 °C a 105 °C);



Aparelho de dispersão;



Proveta de vidro, com traço de referência indicando 1000 cm³ a 20º;



Densímetro de bulbo simétrico;



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



Relógio com indicação de segundos;

2



Béquer de vidro, com capacidade de 250 cm³;



Tanque para banho;



Peneiras de 9,5; 4,8; 2,0; 1,2; 0,42; 0,3; 0,15; 0,075; de acordo com a NBR 5734;



Escova com cerdas metálicas;



Agitador mecânico de peneiras;



Bagueta de vidro;



Bisnaga;



Recipientes adequados que evitem perda de umidade da amostra, tais como pares de vidros de relógio com grampo ou cápsulas com tampa;



Balança que permita pesar nominalmente 500 g, com resolução 0,01 g e sensibilidade compatível.

PROCEDIMENTOS Os procedimentos adotados estão de acordo com aqueles presentes na norma NBR 7181/1984. Preparação da Amostra: 1. Tomar a quantidade de amostra preparada de acordo com a NBR 6457 (1000g); 2. Determinar a umidade inicial da amostra; 3. Passar este material na peneira de 2,0 mm, tomando o cuidado de desmanchar os torrões, de modo a assegurar na peneira apenas os grãos maiores que a abertura da malha; 4. Lavar a parte retida na peneira, a fim de eliminar o material fino aderente, e secar em estufa, até constância de massa. O material assim obtido é utilizado no peneiramento grosso; 5. Do material passado na peneira de 2,0 mm, separar 120g para o peneiramento fino e 120g para a sedimentação; 6. Lavar na peneira de 0,075 mm o material assim obtido, vertendo-se água potável à baixa pressão; 7. Proceder como descrito a seguir.

Peneiramento Fino: 1. Secar o material retido na peneira de 0,075 mmem estufa até constância de massa e utilizando o agitador mecânico, passar nas peneiras abaixo de 2,0 mm. Anotar com resolução as massas retidas acumuladas em cada peneira.

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Peneiramento Grosso: 1. Pesar o material retido na peneira de 2,0 mm; 2. Utilizando-se o agitador mecânico, passar este material nas peneiras acima de 2,0 mm. Anotar com resolução as massas retidas acumuladas em cada peneira. Sedimentação: 1. Transferir a amostra de 120g para um béquer de 250 cm³ e juntar, com auxílio da proveta, como defloculante, 125 cm³ de solução de hexametafosfato de sódio com a concentração de 45,7 g do sal por 1000cm³ de solução. Agitar o béquer até que todo o material fique imerso e deixar em repouso, no mínimo 12 horas. 2. Verter, então, a mistura no copo de dispersão, removendo-se com água destilada, com auxílio da bisnaga, o material aderido ao béquer. Adicionar água destilada até que seu nível fique 5 cm abaixo das bordas e submeter o copo à ação do aparelho dispersor durante 15 minutos; 3. Transferir a dispersão para a proveta e remover com água destilada todo material aderido ao copo. Juntar água destilada até atingir o traço de 1000 cm³. Em seguida, colocar a proveta no tanque para banho ou em local com temperatura aproximadamente constante. Agitar frequentemente com a bagueta de vidro para manter as partículas em suspensão. Logo que a dispersão atinja a temperatura de equilíbrio, tomar a proveta e, tapando-lhe a boca com uma das mãos, executar movimentos de rotação, durante um minuto; 4. Imediatamente após terminada a agitação, colocar a proveta sobre uma mesa, anotar a hora exata do início da sedimentação e mergulhar cuidadosamente o densímetro na dispersão. Efetuar as leituras do densímetro correspondente aos tempos de sedimentação de 0,5; 1 e 2 minutos. Retirar cuidadosamente o densímetro. Fazer as leituras subsequentes a 4, 8, 15 , 30 minutos, 1, 2, 4, 8 e 24 horas, a contar do início da sedimentação. 5. Cerca de 15 a 20 segundos antes de cada leitura, mergulhar cuidadosamente o densímetro na dispersão. Todas as leituras devem ser feitas na parte superior do menisco. Assim que uma dada leitura seja efetuada, retirar o densímetro da dispersão e colocá-lo numa proveta com água limpa; 6. Após cada leitura, exceto as duas primeiras, medir a temperatura da dispersão; 7. Realizada a última, verter o material da proveta na peneira de 0,075 mm, proceder à remoção com água de todo o material que tenha aderido às suas paredes e

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efetuar a lavagem do material na peneira mencionada com água potável à baixa pressão. RESULTADOS E DISCUSSÕES 1. Massa total da amostra seca: Com todos os procedimentos realizados, tornou-se possível calcular a massa total da amostra seca. Tal índice é encontrado a partir da seguinte equação:

Na qual: Ms = massa total da amostra seca; Mt = massa da amostra seca ao ar; Mg = massa do material seco retido na peneira de 2,0mm; w = umidade higroscópica do material passado na peneira de 2,0mm. Para o cálculo do teor de umidade, as cápsulas de solo úmido e de solo seco foram pesadas. Os resultados estão tabelados a seguir: Tabela 1 - Dados de massa dos solos úmido e seco: UMIDADE HIGROSCÓPICA (h) CÁPSULA Nº 48 S.ÚMIDO+TARA(g) 26,12 S.SECO+TARA (g) 25,52 TARA DA CÁPSULA 13,33 ÁGUA (g) 0,60 SOLO SECO (g) UMIDADE (%) UMID. MÉDIA(%)

107 27,93 27,30 14,19 0,63

12,19 13,11 4,92 4,81 4,86

w=

whig =

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Pela equação (1), o valor de Ms será: Ms = 948,86 g.

2. Porcentagens de materiais que passam nas peneiras do peneiramento grosso e fino: Realizados os peneiramentos grosso e fino, foram obtidos os seguintes resultados: Para equilibrar as medições e o resultado dos experimentos, adotou-se um fator de correção que foi multiplicado pelas porcentagens retida e que passa nas peneiras, no qual:

Tabela 2 - Dados do peneiramento grosso: PENEIRA nº

DIAMET.

P. MAT.

P. MAT.

(mm)

RET. (g)

RET. AC (g)

0,00 0,00 0,00 4,90 5,24 4,47

0,00 0,00 0,00 4,90 10,14 14,61

1 1/2" 1" 1/2" 3/8" 4 10

38,1 25,4 19 9,5 4,8 2

MATERIAL PASSADO PESO (g)

% TOTAL

954,30 954,30 954,30 949,40 939,26 924,65

100,0 100,0 100,0 99,5 98,42 96,89

Tabela 3 - Dados do peneiramento fino: PENEIRA Nº 10 16 30 40 50 100 200

DIAMETRO (mm) 2,0 1,20 0,60 0,42 0,25 0,15 0,075

P. MAT. RETIDO(g) 4,47 0,270 0,000 0,840 0,340 2,670 2,810

MATERIAL PASSADO PESO (g) %TOTAL 924,65 96,89 924,38 96,86 924,38 96,86 923,54 96,78 923,20 96,74 920,53 96,46 917,72 96,17

Para cálculo das porcentagens de materiais que passam nas peneiras do peneiramento grosso, utiliza-se a expressão:

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Qg =

* 100

No qual: Qg = Porcentagem de material passado em cada peneira; Mi = Massa do material retido acumulado em cada peneira. Para cálculo das porcentagens de materiais que passam nas peneiras do peneiramento fino, utiliza-se a expressão:

Qf =

*N

CONCLUSÕES:

Após o ensaio de sedimentação e peneiramento fino e grosso, com os padrões das normas NBR 7181/1984 e NBR 6457/1986 e analisando os resultados obtidos, foi feita a curva granulométrica completa do solo estudado. Iniciando pelo ensaio sedimentação, em que calculamos o tempo, temperatura e densidade do solo imerso na água até passarmos pelo ensaio de granulometria, em que este pode ser aplicado para classificá-lo o solo por ele possuir partículas de diferentes dimensões. O ensaio determina, para cada uma das faixas pré-estabelecidas de tamanho de grãos, a porcentagem em peso que cada fração possui em relação à massa total, e pode ser efetuado também através de peneiramento, assim como do de sedimentação Os resultados encontrados podem ter sido influenciados por alguns fatores como leitura imprecisa dos equipamentos ou insuficiência de tempo disponível para realização dos ensaios. Apesar das possíveis fontes de erro, a curva granulométrica encontrada está dentro do esperado, pois é bem graduada e representa um solo fino. A partir da análise da curva granulométrica, utilizando-se como base a escala granulométrica adotada pela ABNT 6502/95, identificamos o solo estudado como uma areia argilo-siltosa, o que se encontra dentro do resultado esperado pelo grupo. Podemos observar a grande importância deste experimento para a Engenharia em si, em que se faz de extrema importância encontrar qual tipo de solo nós estamos trabalhando a partir dos ensaios de sedimentação e granulometria.

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BIBLIOGRAFIA: NBR 7181/1984; NBR 6457; ALMEIDA, Gil Carvalho de. Caracterização Física e Classificação dos Solos. 2005. Universidade Federal de Juiz de Fora. Faculdade de Engenharia. Departamento de Transportes.

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