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Universidade Católica de Brasília Curso de Engenharia Civil

Relatório 01 Ensaios de Caracterização do Solo

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Brasília, 22 de novembro de 2016.

RELATÓRIO 01 – Ensaios de caracterização

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ____________________________________________________ 3

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Tema______________________________________________________________ 3 Delimitação do Tema ________________________________________________ 3 Objetivo Geral ______________________________________________________ 4 Objetivos Específicos ________________________________________________ 4 Justificativa ________________________________________________________ 4

2.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA _______________________________________ 4

3.

METODOLOGIA _________________________________________________ 6

2.1 2.2 3.1 3.2

4. 4.1

Massa Específica Real dos Grãos (NBR-6508) ____________________________ 4 Umidade Higroscópica (w/h)___________________________________________4

3.2.1

Coleta de material ___________________________________________________ 6 Execução de ensaios no laboratório _____________________________________ 6 Massa Especifica Real dos Grãos (NBR-6508) __________________________________ 6

APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS _______________________________ 8 Massa Especifica (NBR-6508) _________________________________________ 8

5.

Analise dos resultados ______________________________________________ 9

6.

Conclusão _______________________________________________________ 10

7.

Bibliografia _____________________________________________________ 10

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RELATÓRIO 01 – Ensaios de caracterização

1. INTRODUÇÃO O Solo é formado por diferentes tipos de compostos (grãos, água, matérias orgânicas, ar) os quais são responsáveis por dar volume ao mesmo. Volume esse que pode ser relacionado diretamente com a massa e densidade do solo. Na determinação da massa dos grãos do solo, ou seja, os sólidos; devemos levar em consideração que o volume dos grãos não é real quando vem da estufa (Umidade Higroscópica). O solo seco ainda é composto de ar e por partículas de água. Com isso, precisa-se passar por alguns procedimentos para determinar a massa específica real dos sólidos. A massa especifica dos grãos de um solo se faz necessária para o cálculo do ensaio de sedimentação e a determinação do índice de vazios e demais índices físicos do solo. Tem como fundamentação teórica o princípio de Arquimedes, segundo o qual um corpo submerso num liquido desloca um volume deste igual ao volume do próprio corpo. A norma que rege o ensaio é a NBR 6508/84, utiliza-se os grãos que passam na peneira de #4 (4,8mm). Resumidamente, todo o processo demora 30 horas, contando que 24 dessas horas é para saturação do solo, e as demais para procedimentos cronometrados. 1.1

Tema Prescreve o método de determinação do solo da: Massa específica do Solo.

1.2

Delimitação do Tema O Solo faz parte integrante de qualquer construção, afinal é ele que dá

sustentação ao peso e também determina características fundamentais do projeto em função de seu perfil e de características físicas. Ao finalizar o tempo de dispersão, cada amostra foi transferida para três balões volumétricos com ajuda de um funil, tomando o cuidado de não perder nenhuma parte do material. Por 30 minutos os balões volumétricos foram colocados em Banho-Maria, sendo em seguida, levado a bomba de vácuo por 15 minutos. Este processo repetiu-se por três vezes, sendo que a após antes de recolocar ao Banho-Maria, acrescentava-se água destilada até a altura dos Mecânica dos Solos I. Universidade Católica de Brasília.

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RELATÓRIO 01 – Ensaios de caracterização anéis. Ao término de todo o processo, os Balões Volumétricos foram resfriados até a estabilização a temperatura ambiente. Após o resfriamento foram pesadas e retiradas as temperaturas de cada amostra, sendo que para cada amostra três temperaturas, uma no fundo, uma no meio e outra próxima ao gargalo (Figura 3). As temperaturas foram obtidas com auxílio de um termômetro, sendo feita a média das três. Os resultados obtidos durante todo o decorrer do ensaio estão anotados na tabela que se encontra em anexo.

1.3

Objetivo Geral Determinar a massa especifica dos grãos de solo que passam pela peneira

4,8 mm, por meio de picnômetro, através da realização de pelo menos dois ensaios, seguindo a norma NBR6508. 1.4

Objetivos Específicos Através deste ensaio obter resultados de massa/peso específico real dos

sólidos, o quanto de material sólido, além de água e ar, estão presentes no solo, sendo que os resultados finais não divirjam mais que 0.02 g/cm³. 1.5

Justificativa Os ensaios de massa específica dos três resultados, um teve uma margem

de erro tolerável ao permitido no cálculo da média. O ensaio foi considerado satisfatório, atendendo todos os parâmetros e alcançando o resultado com os padrões de erros aceitáveis.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Massa Específica Real dos Grãos (NBR-6508)

A massa específica real dos grãos (γg) consiste na relação entre o peso e o volume de uma partícula individual de solo. Ou seja, no seu cálculo desconsidera-se completamente os vazios existentes no solo. Por esse motivo, γg recebe o adjetivo “real”. Pode-se definir o peso específico real dos grãos com a seguinte expressão: γg=Ps/Vs Sendo Ps o peso seco e Vs o volume dos grãos. Para a obtenção de peso específico real dos grãos, é necessário conhecer o volume ocupado pelos

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RELATÓRIO 01 – Ensaios de caracterização mesmos. No laboratório, isso torna-se possível com base no princípio de que um corpo imerso em água desloca um certo volume de líquido. Esse volume é obtido indiretamente, através de uma relação com o peso da água deslocada. A execução do ensaio exige o uso de recipientes com volume conhecido (psicrômetros).

Execução do ensaio: A norma NBR 6508/1984 - ABNT fixa o método para a obtenção do peso específico real dos grãos. Alternativamente, devido à maior simplicidade, recomenda-se também o procedimento do DNER - DPT M 93-64.

Dados: Para cada picnômetro utilizado, anotam-se os seguintes valores: • Peso do picnômetro ( P1 ); • Peso do picnômetro + solo ( P2 ); • Peso do picnômetro + solo + água ( P3 ); • Peso do picnômetro + água ( P4 ); • Temperatura da água destilada. 2.2

Umidade Higroscópica (w/h) É a umidade residual do solo quando este é deixado secando ao ar. O

solo não seca completamente, a umidade tende a reduzir até um limite. Mesmo por um longo período de secagem no ar, tal umidade residual permanecerá constante. A umidade higroscópica é obtida no laboratório deixando o solo secar em tabuleiros sob a luz de lâmpada por 72 horas, a fim de agilizar o processo. Para o ensaio de umidade higroscópica foi necessário o destorroamento das amostras do solo. Materiais utilizados  Balança;  Estufa;  Cápsulas metálicas;  Dessecador;  Pinças metálicas; Procedimentos

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RELATÓRIO 01 – Ensaios de caracterização 1. Anotou-se o número de identificação de 3 cápsulas metálicas distintas; 2. Cada cápsula foi pesada em uma balança precisa (conforme a norma); 3. Anotou-se a massa de cada cápsula; 4. Tarou-se a massa de cada cápsula; 5. 30 g da amostra de solo foi colocada em cada cápsula ainda na balança (determinado conforme a norma); 6. Anotou-se a massa de solo úmido de cada cápsula; 7. As cápsulas contendo as amostras de solo úmido foram levadas durante 24 horas para uma estufa (com temperatura de 105°C a 110°C), conforme a norma; 8. As cápsulas foram colocadas em um dessecador até atingirem a temperatura ambiente; 9. As cápsulas com solo seco foram pesadas.

3. METODOLOGIA 3.1

Material utilizado



Balança



Cápsulas metálicas



Picnômetro



Dispersor



Bomba de Vácuo



Banho Maria

3.1.0 Cápsulas Metálicas

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3.1.1 dispersor

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RELATÓRIO 01 – Ensaios de caracterização

3.1.2 Bomba de vácuo

3.2

3.1.3 Picnômetros

3.1.4 Banho Maria

Execução de ensaios no laboratório

1. Anotou-se o número de identificação de 3 cápsulas metálicas e 3 picnômetros distintos; 2. Cada cápsula e picnômetro foram pesados em uma balança precisa (conforme a norma); 3. Anotou-se a massa de cada cápsula e picnômetro; 4. Tarou-se a massa de cada cápsula e picnômetro; 5. 50 g da amostra de solo foram colocadas em cada cápsula ainda na balança (determinado conforme a norma); 6. Anotou-se a massa de solo úmido de cada cápsula; 7. As cápsulas contendo as amostras de solo úmido foram levadas durante 24 horas para uma estufa (com temperatura de 105°C a 110°C), conforme a norma; 8. As cápsulas foram colocadas em um dessecador até atingirem a temperatura ambiente; 9. As cápsulas com solo seco foram pesadas; obtendo a umidade da amostra; 10. Adicionou-se água destilada ao solo para saturar; 11. Após 24 horas, as cápsulas com solo foram submetidas ao Dispersor; 12. Adicionando água destilada ao solo e colocando nos picnômetros, estes foram colocados em bomba de vácuo durante 30 minutos.

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RELATÓRIO 01 – Ensaios de caracterização 13. Após a bomba, os picnômetros com solo e água eram colocados em banho maria, por 30 minutos. 14. Repetindo os passos anteriores (12 e 13) por mais 3 vezes (variando) para que todo o ar presente no solo fosse retirado. Deixando assim apenas os sólidos e a água. 15. Colocar os picnômetros num recipiente com água, para adquirir temperatura ambiente, essa tirada a média (sendo anotada temperatura no gargalo, meio e fundo). 16. Adicionar água destilada junto aos sólidos no picnômetro, até uma marca determinada. Pesar e anotar. 17. Pesar e picnômetro somente com água destilada até a marca anteriormente determinada.

Figura 1

Figura 2

Figura 4

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Figura 3

Figura 5

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RELATÓRIO 01 – Ensaios de caracterização

4. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS 1.1. Cálculos Os pesos dos conjuntos, das cápsulas e dos solos foram expressos segundo a tabela a seguir: Umidade Ambiente Cápsula n° 200 448 M3 (g) 17,76 14,23 M1 (g) 47,76 44,23 M2 (g) 45,83 42,28 Umidade (%) 6,87% 6,95% W (%)

146 18,41 48,41 46,45 6,99% 6,93%

Onde: M1 = Tara + SH M2 = Tara + SS M3 = Tara 𝑤 (%) =

𝑚𝑤 𝑥 100 𝑚𝑠

𝑜𝑢

ℎ(%) =

𝑀1 − 𝑀2 𝑥 100 𝑀2 − 𝑀3

Onde: Mw = massa de água = (M1– tara) – massa do solo seco Ms = massa de solo seco = M2 – tara 2.5.2.2.4 Memorial de Cálculo Cápsula 1: 𝑤1(%) =

47,76 − 45 ,83 45 ,83− 17 ,76

𝑥 100 = 6,87%

Cápsula 2: 𝑤2(%) =

44,23 − 42 ,28 42 ,28− 14 ,23

𝑥 100 = 6,95%

Cápsula 3: 𝑤3(%) =

𝑤 (%) =

48,41 − 46 ,45 46 ,45− 18 ,41

𝑤1+𝑤2+𝑤3 3

𝑥 100 = 6,99%

=

6,87+6,95+6,99 3

= 6,93%

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RELATÓRIO 01 – Ensaios de caracterização 1.2. Cálculos: Com os dados obtidos nos procedimentos, poderíamos agora determinar a massa específica real pela equação:

𝛿=

𝑀1∗100 (100+ℎ) 𝑀1∗100 +𝑀3−𝑀2 (100+ℎ)

* 𝛿 wT

• 𝛿 = massa especifica dos grãos de solo, em g/cm3. • M1 = massa do solo úmido. • M2 = massa do picnômetro + solo + água, na temperatura T de ensaio. • M3 = Massa do picnômetro cheio de agua até a marca de referência, na temperatura T de ensaio. • h = umidade inicial da amostra (umidade higroscópica= 0,0693). • 𝛿wT = massa especifica da agua, na temperatura T de ensaio, obtida na tabela. Foram feitas três análises simultâneas, para tirar uma média e ter um resultado mais preciso. Balão 15 07 16

Temperatura (°C) 28,67 29 28,5

ᵹ wT (g/cmᵌ) 0,9958 0,9960 0,9961

Figura6 – Massa Específica da água de acordo com a temperatura T de ensaio

Equações de calibração 15 y= 0,0012x²-0,0772x+690,93 07 y= 0,0022x²-0,1332x+652,20 16 y= 0,0008x²-0,0574x+662,58 Figura 7 – Equações de Calibração dos Balões Volumétricos (Picnômetros) para cálculo do M3

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RELATÓRIO 01 – Ensaios de caracterização

Massa Especifica dos Grãos Balão Massa de solo (g) M1= Temperatura média (°C) Balão + Água (g) M3= Balão + Água + Solo (g) M2= Massa especifica dos grãos (g/cm³)

15 07 50 50 28,66 29 690,85 653,06 716,31 676,27 2,52 2,45 Média

16 50 28,5 669,69 688,17 2,51 2,515

Figura 8 - Massa Específica dos Grãos *A massa específica destacada em vermelho foi desconsiderada na média, visto que obteve um valor discrepante.

5. CONCLUSÃO O ensaio de determinação da massa especifica dos grãos é relevante para fins de análise da estrutura do solo, revelando importantes informações sobre a resistência e a estabilidade do mesmo. O ensaio descrito foi realizado segundo a NBR 6508/1984 utilizando amostras deformadas do solo. Os dados obtidos encontram-se na tabela preenchida que está anexada a este relatório. O ensaio é considerado satisfatório se a discrepância dos valores for menor que 2%, no caso do solo analisado, o resultado e considerado satisfatório, pois os resultados das duas amostras foram iguais, assim não tendo a discrepância de mais de 2%.

6. BIBLIOGRAFIA NBR 6508/1984 – Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm – Determinação da massa específica. Vargas, Milton, 1914. Introdução à mecânica dos solos. São Paulo, McgrawHill do Brasil, Ed. da Universidade de São Paulo, 1977, pg 33-37

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