Aula 04 - Teor de Umidade

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    Controle de ObrasMecnica dos solos

    Prof. Ilo Ribeiro Jr

    Teor de Umidade

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    TEOR DE UMIDADE (smbolo h ou w)

    Definimos teor de umidade (w ou h) de uma amostra desolo como a razo entre o peso da gua (Pw) contida em um certovolume de solo e o peso da parte slida (Ps) existente nessemesmo volume, expressa em porcentagem.

    A nomenclatura internacional utiliza o smbolo w. Tambmpode ser expressa como razo entre massas.

    100Pw

    (%) Ps

    W 100w

    (%) Ms

    MW

    http://www.cefetmt.br/cefetmtnovo/page/base/
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    Teores de umidade devem ser expressos com

    aproximao de 0,1%, exceto quando definem limitesde consistncia.

    Observao:O teor de umidade de um solo, embora expresso comotal, no uma porcentagem. Imagine uma amostraseca, qual vo adicionadas pores de gua. Amassa da gua aumenta, mas a massa das partculas

    slidas constante. Portanto o limite inferior para aumidade de um solo zero (0 %), mas no h limitesuperior para este ndice.

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    PRINCIPAL MTODO PARA DETERMINAR OTEOR DE UMIDADE DE UMA AMOSTRA

    a) Determinar a massa total (Mt) da amostra;b) Secar completamente a amostra;c) Determinar a massa da amostra seca (Ms);d) Por diferena, obter a massa da gua na amostra original

    (Mw = MtMs);e) Calcular o teor de umidade

    w = (Mw / Ms) x 100. (%)

    A maneira de efetuar a secagem completa a principal distinoentre os processos para a determinao da umidade baseados nestemtodo.

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    Alguns teores de umidade tem importncia especial:

    Teor de umidade higroscpica de um solo o teor de umidade do solo, apssecagem prvia ao ar livre sob temperatura inferior 60C, por temposuficiente para no mais possuir gua livre ou capilar. Depende da naturezado solo e do teor de umidade do ar. Como a umidade do ar oscila, costuma-se considerar umidade higroscpica o valor mdio em torno do qual oscila oteor de umidade da amostra.

    A "umidade tima" o teor de umidade com o qual se consegue o maiorpeso especfico seco possvel ao efetuar a compactao de um solo. Nestacondio, este ter sua mxima resistncia tenses atuantes externas.

    constante para cada solo, e determinada no ensaio de compactao.

    Os limites de consistncia (LL, LP, LC) so teores de umidade em que osolo "muda de estado":

    Determinao da Umidade do solo

    Mtodo Expedito do lcool Etlico

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    REFERNCIA: ME 088/94 (DNIT-DNER)

    Este procedimento pode ser usado no campo, quando autorizadopela fiscalizao.

    Restries so devidas falta de controle da temperatura, quecausa queima de matria orgnica e pode provocar cracking empartculas de argila por perda de gua de constituio. Como a

    queima de lcool comum deixa gua como resduo, s deve serusado lcool etlico no hidratado.

    Mtodo Expedito do lcool Etlico:

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    Mtodo Expedito do lcool Etlico:

    APARELHAGEM

    a) Balana com capacidade 200 g e sensibilidade 0,01g;b) cpsulas metlicas com tampa, marcadas de forma permanente;

    c) esptula de ao de ponta arredondada (~ 8 cm de comprimento);d) pina com tamanho suficiente para manipular a cpsula utilizada

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    Mtodo Expedito do lcool Etlico:

    PROCEDIMENTO

    1) Pesar cada cpsula (seca e limpa) com tampa (M3);2) Colocar cada amostra (~1/3 da cpsula) na cpsula, sem tampa. Pesar eanotar (M1);3) Adicionar lcool etlico amostra, revolvendo-a com a esptula;4) Atear fogo amostra, estando a cpsula presa com as pinas e revolvendocontinuamente a amostra para evitar grumos de solo, at que toda a gua seevapore.5) Repetir os procedimentos (3) e (4) at observar constncia de massa.Geralmente isto ocorre a partir da terceira pesagem. Depois de cada queima,

    a cpsula imediatamente tampada, e a pesagem feita com a cpsula temperatura ambiente.6) Pesar a cpsula com o solo seco e anotar (M2).

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    Mtodo Expedito do lcool Etlico:

    CLCULOS

    1. Peso da gua Mw = M1M22. Peso do solo seco Ms = M2M3

    3. Teor de umidade 100w

    (%)

    Ms

    MW

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    Determinao da Umidade do solo

    Mtodo da Estufa

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    Mtodo da Estufa: REFERNCIA: NBR6457

    APARELHAGEM E MATERIAL

    1. Balanas que permitam pesar 200 g, 1,5 kg e 5 kg, com resoluesde 0,01g, 0,1g e 0,5g respectivamente, e sensibilidades compatveis;2. Estufa capaz de manter temperatura entre 60-65oC e entre 105-110C;

    3. Dessecador com agente de absoro de umidade (tipo slica gel ) ;4. Recipientes adequados, confeccionados com material nocorrosvel, como: cpsulas metlicas com tampa ou pares de vidro derelgio com grampo, de dimenses adequadas;5. Pinas metlicas com aproximadamente 30 cm. de comprimento e15 cm de abertura.

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    Mtodo da Estufa:

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    EXECUO DO ENSAIO:

    0) Separar recipientes ou cpsulas adequadas (geralmente identificadas pornmeros gravados no corpo e na tampa) e pes-las, anotando as respectivasmassas.

    1) Tomar uma quantidade do material, funo da dimenso dos gros

    maiores contidos na amostra, como indicado na TABELA 1, destorro-lo,coloc-lo no estado fofo, em cpsulas metlicas adequadas e fechar com atampa. Pesar o conjunto com a resoluo correspondente, e anotar a massado conjunto como M1.

    Mtodo da Estufa:

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    Mtodo da Estufa:

    3) Tampar e transferir a cpsula da estufa para o dessecador, onde deve

    permanecer at atingir a temperatura ambiente. Pesar o conjunto, com aresoluo correspondente, e anotar a massa doconjunto como M2.

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    Mtodo da Estufa:Algumas observaes

    4) Efetuar, no mnimo, trs determinaes do teor de umidade por amostra.

    Quando existe a necessidade de grande acurcia no resultado do ensaio dedeterminao da umidade pelo processo da estufa (p. exemplo, ao execut-lo como parte do ensaio de granulometria ou na determinao da densidadedos gros), exige-se que pelo menos duas das determinaes no difirammais que 0,2 %. A mdia dos resultados vlidos ser adotada como teor de

    umidade da amostra.(A probabilidade de que dois resultados falsos apresentem mesmo valor considerada pequena. Esta regra funciona como se fosse um controle paraa qualidade do ensaio).H casos em que tal preciso no pode ser exigida (por exemplo, quando aamostra no puder ser homogeneizada).

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    Em laboratrio, o processo da estufa dever ter preferncia sobre qualquer

    outro.

    A possibilidade de controle da temperatura permite seu uso com amostrasde solos orgnicos outros materiais sensveis altas temperaturas.Por exemplo, em algumas argilas, temperaturas na ordem de grandeza de90C podem iniciar um processo de quebra de sua estrutura cristalina(cracking), com perda de gua de constituio.

    Solos orgnicos podem comear a calcinar-se a partir de 70 C. Em ambos

    os exemplos, recomenda-se que a estufa seja regulada para que atemperatura oscile entre 60 e 65C, ainda que cause um tempo maior desecagem, a qual s terminar quando se observar a constncia de massa.

    Mtodo da Estufa:Algumas observaes

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    Mtodo da Estufa:Algumas observaes

    preciso cuidado para evitar erros grosseiros, como a troca detampas das cpsulas. Para evit-lo, recomenda-se que durante asecagem, a tampa da cpsula permanea sob ela, como se fosse umabandeja. As tampas devem ter mesma numerao que as cpsulas.

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    Determinao da Umidade do solo

    Mtodo do Speedy

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    Mtodo do Speedy: Speedy Moisture Test

    REFERNCIAS: DNER ME052/94

    REFERNCIAS: DNER ME 052/94

    A determinao do teor de umidade de solos e agregados midoscom utilizao do aparelho Speedy tem base na reao qumica da guaexistente em uma amostra com o carbureto de clcio, realizada emambiente confinado.

    CaC2 + 2 H2O C2 H2 + Ca (OH)2(carbureto de clcio + gua acetileno e hidrxido de clcio)

    O gs acetileno ao expandir-se gera presso proporcional quantidade de gua existente no ambiente. A leitura dessa presso em ummanmetro permite a avaliao do teor de umidade de amostras.

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    Mtodo do Speedy:

    APARELHAGEM:

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    Mtodo do Speedy:

    a) Conjunto Speedy completo composto por balana, garrafa + tampa +manmetro, tabela ou curva de calibrao do aparelho e eventualmente duasou trs esferas de ao.

    APARELHAGEM:

    A balana do conjunto conhecido como "Speedy Alemo" permite medirmassas de 0 a 20g. A massa padro de 5g. Tabelas do aparelho permitema avaliao do teor de umidade utilizando massas de 3g, 5g, 10g, 15g ou20g.

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    Mtodo do Speedy:

    Balanas de campo so geralmente menos precisas que as utilizadas emlaboratrio. Uma calibrao simples pode aumentar muito a acurcia dosresultados.

    APARELHAGEM:

    b) Ampolas com cerca de 6,5 g de carbureto de clcio, ou dosador +recipiente contendo carbureto de clcio.

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    Mtodo do Speedy:

    AMOSTRA:

    No modelo "alemo", a massa da amostra a ser utilizada escolhida pelaumidade que se admite a amostra possuir, de acordo com a tabela seguinte:

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    Mtodo do Speedy:

    ENSAIO: Procedimento Alemo

    1) Pesar a amostra e coloc-la na cmara do aparelho;

    2) Introduzir na cmara as esferas de ao, seguidas da ampola de carburetode clcio, deixando-a deslizar com cuidado pelas paredes da cmara, paraque ampola no se quebre antes de fechada a garrafa;

    3) Fechar o aparelho, agit-lo repetidas vezes para quebrar a ampola, o quese verifica pelo surgimento de presso assinalada no manmetro; continuaragitando, para que toda a gua entre em contato com o carbureto.

    26Prof. Ilo Ribeiro JrProf. Ilo Ribeiro Jr

    Mtodo do Speedy:4) Ler a presso manomtrica quando esta se apresentar constante, o queindica que toda a gua presente na amostra reagiu com o carbureto.

    Se a leitura manomtrica for menor que 20 kpa [0,2 kg/cm2], o ensaio deve ser repetido commassa de amostra imediatamente superior ao empregado, conforme a tabela. Se a leitura formaior que 150 kPa [1,5 kg/cm2], interromper o ensaio, afrouxando lentamente a tampa doaparelho, deixando o acetileno escapar lentamente pela fresta, e repetir o ensaio com ummassa imediatamente inferior.

    5) Consultar a tabela de aferio prpria do aparelho com a leituramanomtrica e o massa da amostra utilizada no ensaio, obtendo apercentagem de umidade em relao amostra total mida (h1).6) aconselhvel colher outra amostra em um recipiente vedvel, paraposterior verificao pelo processo da estufa, que ser utilizada naconferncia sistemtica da calibrao do aparelho.

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    Como a umidade definida por w = 100 Pa/Ps necessrio fazer a

    converso deste FALSO VALOR (w1=100. Pa/Pt) para o real valordo teor de umidade (w=100 Pa/Ps).

    1100

    110011001100

    11001100100

    1

    1

    ,

    100)(11001

    ,100,1001

    w

    w

    w

    www

    wwwww

    w

    w

    PspordividindoendoDesenvolve

    PwPsPwwPsPw

    Pww

    PsPwPtPs

    Pww

    Pt

    Pww

    Mtodo do Speedy:

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    Mtodo do Speedy:

    RESULTADO DO ENSAIO(quando realizado em torno de 20C):

    11001100(%)www

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    Mtodo do Speedy:

    CONFERENCIA DO APARELHO e CORREES:Erro de zeragem:Se o ponteiro no coincidir com o zero do manmetro (aberto),deduzir de todas as medidas o valor marcado.

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    Se o ponteiro no estiver apoiado no descanso, o ponto zero de pressopode ser falso. A conferncia feita acoplando ao Speedy um manmetrode mercrio e uma bomba pneumtica. Por injeo de ar, aumenta-se apresso, anotando presses lidas no manmetro de mercrio e no Speedy.Repetir fazendo novas leituras por decrscimo de presso. Construir grficode correo, como na figura abaixo, identificando o erro (negativo) de

    zeragem. Esse valor dever ser somado leitura (no confunda este grficocom o grfico de calibrao do Speedy).

    CONFERENCIA DO APARELHO e CORREES:

    Mtodo do Speedy:

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    Mtodo do Speedy:

    Correo do erro devido temperatura:Como o Speedy calibrado para 20oC, outra correo necessria, quando se opera em temperatura diferente desta:

    Onde:w20 C = leitura corrigida para a de 20 C;wT = leitura na temperatura T;T = temperatura no local do ensaio (em C)

    )2,273(

    2,293'(%)'20

    T

    Tww

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    Mtodo do Speedy:

    Calibrao por comparao com o mtodo da estufa:

    A calibrao pode corrigir todos os erros devidos ao aparelho, jmencionados, exceto o erro causado pelo uso do aparelho em temperaturadiferente de 20C. Quando se executa a calibrao, as leituras efetuadas como Speedy devem sofrer a correo devida temperatura antes que o grficoseja desenhado. Ao utilizar um aparelho calibrado, a leitura do manmetrodeve ser corrigida (temperatura) antes de consultar o grfico de calibrao.

    Toma-se uma poro de amostra de cerca de 1 kg., secando-a na estufa atconstncia de massa.Depois de dividi-la em pores de 80 g, submeter cada poro a umidadesdiferentes, acrescentando 1 cc , 2 cc, 3 cc, 4 cc, etc., de gua, e ensaiandocada uma dessas amostras pelo Speedy e pela estufa, construindo depois umgrfico de correo.

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    Mtodo do Speedy:

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    Mtodo do Speedy:Observaes

    preciso identificar a massa total padro para o Speedy queesteja sendo calibrado (provavelmente 5g ou 6g). A calibrao deve serfeita utilizando um material fino no coesivo, apenas para a massa

    padro (por exemplo, areia fina). Ao ser utilizado no acompanhamentode extensas obras, cujo material seja proveniente de uma s jazida,tambm comum refazer a calibrao do aparelho com o materialdaquela jazida. Na calibrao, deve ser utilizada a balana doconjunto.

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    Mtodo do Speedy:ObservaesAo utilizar o conjunto para medir teor de umidade de amostras que

    extrapolem os limites da escala do aparelho, podero ser utilizadasamostras com massa diferentes, porem mltiplos ou submltiplos damassa padro. Nesse caso, alm da correo feita por consulta aogrfico de calibrao, o teor de umidade real ser obtidomultiplicando-se o teor de umidade obtido pelo inverso do fator quemodificou a massa da amostra.

    Por exemplo:se a massa padro do aparelho for 6g, e foi utilizadauma amostra de massa 3g (fator 0,5), o teor de umidade obtido como Speedy dever ser duplicado. Se for utilizada uma amostra de 18g(fator 3), o resultado dever ser dividido por 3.a

    36Prof. Ilo Ribeiro JrProf. Ilo Ribeiro Jr

    Mtodo do Speedy:Observaes

    Unidades diferentes so utilizadas nas escalas dos manmetros de conjuntosSpeedy, conforme o fabricante. Quando feita a calibrao por comparaocom resultados obtidos com o processo da estufa, apenas a correo devida temperatura ser necessria.

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    Um aparelho Speedy que permita vazamento de gs no pode serusado. Nada pode corrigir o erro proveniente deste defeito. Por issorecomenda-se verificar sempre o estado das juntas de vedao entre atampa e a garrafa, e substitu-las quando necessrio. Um aparelho embom estado e com curva de calibrao, utilizado corretamente edentro dos limites aconselhados pelo fabricante, tem boa acurcia,com erros admissveis na ordem de grandeza de 0,2 a 0,5%.

    Mtodo do Speedy:Observaes

    Determinao da Umidade do solo

    Mtodo Banho de areia

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    41Prof. Ilo Ribeiro JrProf. Ilo Ribeiro Jr

    Mtodo do Banho de areia:

    Conceitualmente semelhante ao processo da estufa, utiliza a mesmaficha de ensaio. um processo usado no campo.

    A falta de controle da temperatura desaconselha seu uso com solosorgnicos, turfas ou gipsita.

    42Prof. Ilo Ribeiro JrProf. Ilo Ribeiro Jr

    Mtodo do Banho de areia:

    APARELHAGEM

    a) Frigideira (ou outro recipiente) com camada de areia de espessurade pelo menos 3 cm;

    b) Fonte de calor para aquecer o recipiente mencionado em (a).A fonte de calor pode ser um bico de gs ou um fogareiro. Da o nome

    do ensaio.c) Cpsulas metlicas com tampa;

    d) Pinas para manipular as cpsulas quente.

    e) Balana com capacidade 200g e resoluo 0,01 g.

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    43Prof. Ilo Ribeiro JrProf. Ilo Ribeiro Jr

    Mtodo do Banho de areia:

    PROCEDIMENTO:1) Pesar as cpsulas com tampa e anotar nmeros e massas (M3);

    2) Colocar cada amostra (~1/3 da cpsula) na cpsula, sem tampa. Pesar eanotar (M1);

    3) Apoiar a cpsula sobre a camada de areia quente at que parea estarcompletamente seca. Tampar a cpsula e esperar atingir a temperaturaambiente. Pesar e anotar;4) Repetir (3) at que se observe constncia de massa; anotar (M2).

    A secagem do solo dura de vinte minutos a uma hora. Quando se trabalha com ummesmo tipo de solo (obras longas usando uma mesma jazida), sem matriaorgnica, a longa prtica com aquele solo permite que, s vezes, a constncia demassa seja substituda por um perodo fixo de tempo de aquecimento.

    44Prof. Ilo Ribeiro JrProf. Ilo Ribeiro Jr

    Mtodo do Banho de areia:

    CLCULOS:

    1. Peso da gua na amostra: Mw= M1M22. Peso do solo seco: Ms= M2M33. Teor de umidade:

    100w

    (%) Ms

    MW

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    45Prof. Ilo Ribeiro JrProf. Ilo Ribeiro Jr

    Mtodo do Banho de areia:

    No so definidos critrios de aprovao para o ensaio. umprocesso expedito, usado para tomar decises imediatas. Apreciso cede lugar urgncia, e no incomum a perda de umtrabalho oneroso por no ser executada repetio de ensaios paracontrole.

    Mtodos para determinao daUmidade do solo

    lcool Etlico

    Estufa

    SpeedyMtodo Banho de areia

    Frigideira

    Microndas

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    Aula Prtica:

    Laboratrio:

    Ensaios para determinao do teor de umidadedos solos

    Estufa

    lcool Etlico

    Frigideira

    Speedy - Ensaio- Calibrao com a estufa

    47Prof. Ilo Ribeiro Jr