Relatorio - Ensaio de Índices Físicos

8/13/2019 Relatorio - Ensaio de ndices Fsicos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR - UFPA

INSTITUTO DE TECNOLOGIA - ITEC

FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL - FEC

RELATRIO DE ENSAIO DE DETERMINAO DOS NDICES

FSICOS DE SOLO

Carlo Yukio Nunes12019038601

Nilson Alves Martins Neto12019038701

Belm

2013


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Carlo Yukio Nunes12019038601

Nilson Alves Martins Neto12019038701

RELATRIO DE ENSAIO DE DETERMINAO DOS NDICES

FSICOS DE SOLO

Relatrio apresentado como requisito parcial paraobteno do conceito final da disciplina de Ensaiosde Estruturas e Materiais do curso de EngenhariaCivil da Universidade Federal do ParUFPA.

Prof.M. Sc.Paulo Antnio Siso de Oliveira.

Belm2013


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SUMRIO

Resumo .................................................................................................................................... iv

1INTRODUO .................................................................................................................. 1

2OBJETIVOS ....................................................................................................................... 3

3MATERIAIS E MTODOS .............................................................................................. 3

3.1MATERIAIS ......................................................................................................... 3

3.2MTODOS ............................................................................................................ 3

4RESULTADOS OBTIDOS ............................................................................................... 5

4.1DETERMINAO DA MASSA ESPECFICA - PICNMETRO ..................... 5

4.2DETERMINAO DOS NDICES FSICOS ..................................................... 5

5CONCLUSO .................................................................................................................... 7

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................... 7

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Resumo

Apresenta-se neste relatrio os resultados de ensaios para determinao dos ndices

fsico de solo, a partir dos procedimentos e mtodos determinados pela NBR 6508 e NBR 6457.Utilizando-se informaes das massas de amostra secas e mida e suas relaes para

determinao dos seus pesos especficos de uma determinada amostra de solo. Obteve-se as

relaes de volume, como ndices de vazios porosidade e grau de saturao, que caracterizam

informaes prvias do comportamento de um solo na presena de gua ou sob ao de

carga/presso. Fez-se uma breve comparao em relao as propriedades de alguns tipos

comuns de solos e seus componentes, a partir da bibliografia consultada.

Palavra-chave: ndices fsicos, pesos especficos, solo.


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1INTRODUO.

Em geral, solos so formados a partir do intemperismo das rochas. As propriedadesfsicas do solo so determinadas, em princpio, pelos minerais que constituem suas partculas

e, portanto, pelas rochas das quais derivam, dependendo essencialmente do tamanho, formatoe composio qumica desses gros [1].

Os ndices fsicos so definidos como grandezas que expressam as propores entrepesos e volumes em que ocorrem as trs fases presentes numa estrutura de solo. Estes ndicespossibilitam determinar as propriedades fsicas do solo para controle de amostras a seremensaiadas e nos clculos de esforos atuantes. Os ndices fsicos dos solos so utilizados nacaracterizao de suas condies, em um dado momento e por isto, podendo ser alterados aolongo do tempo.

A figura 1.1a mostra um elemento de solo com volume Ve peso Wem seu estado natural.

Para desenvolver as relaes peso-volume, preciso separar as trs fases, ou seja, slido, guae ar, como mostra a figura 1.1b. Assim, o volume total (V) e o peso total (W) de uma dadaamostra de solo pode ser expresso como [1]:

= (m3) Equao (1.1)= ( ) = (N) Equao (1.2)

Onde:

Vs= Volume de slidos no solo; Vv= Volume de vazios; Vw= Volume de gua nos vazios; Va= Volume de ar nos vazios; Ws= Peso do slido;

Ww= Peso da gua nos vazios; g = acelerao da gravidade, 9,81 m/s2; Ms= Massa de slidos; Mw= Massa de gua.

Figura 1.1(a) Solo em estado natural e; (b) as trs fases do solo[1].

O peso especfico relativo (Gs) definido como a razo do peso especfico (s) dedeterminado material para o peso especfico da gua (H2O = 9,81x103N/m3). O peso especficodos slidos geralmente necessrio para executar diversos clculos na mecnica dos solos, e

pode ser determinado mais precisamente em laboratrio [1], pela equao 1.3, e comoreferncia a tabela 1.1 mostra os valores de Gsdos minerais mais comuns encontrados em solo.


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= 2 Equao (1.3)

Tabela 1.1Peso especfico de minerais comuns em solo.Mineral Peso especfico, Gs

Quartzo 2.65Caulinita 2.60Ilita 2.80Montmorilonita 2.65-2.80

Fonte: BRAJA, 2011.

Os termos mais comuns usados para as relaes de peso so teor de umidade (w) e pesoespecfico. O teor de umidade (w) definido pela relao entre o peso da gua e o peso deslidos, em um determinado volume de solo, equao 1.4. O peso especfico () o peso do

solo (W) por unidade de volume (V), equao 1.5. Os engenheiros de solo algumas vezes

referem-se ao peso especfico, equao 1.5, como peso especfico natural. No entanto, emmuitas situaes, para resolver problemas de obras de terra, preciso saber o peso por unidadede volume de solo, excluindo toda a gua. Esse peso chamado de peso especfico seco ( d),equao 1.6 ou 1.7 [1]:

= Equao (1.4)

= 3 Equao (1.5)

= 3 Equao (1.6)

= + 3 Equao (1.7)

As relaes de volume comumente utilizadas para as trs fases em um elemento de soloso ndice de vazios, porosidade e grau de saturao. O ndice de vazios (e) definido como a

relao entre volume de vazios (Vv) e o volume de slidos, equao 1.8 ou 1.9. A porosidade(n) definida pela relao entre o volume de vazios (Vv) e o volume total (V), equao 1.10 ou1.11. O grau de saturao (S) definido pela relao entre o volume de gua (Vw) e o volumede vazios, equao 1.6 ou 1.12[1]:

= Equao (1.8)

= 1 Equao (1.9)

= Equao (1.10)

= + Equao (1.11)

= Equao (1.12)

= Equao (1.13)

Algumas das caractersticas dos solos mais comuns esto listadas na tabela 1.2,relacionados principalmente aos valores de e, wsat(teor de umidade natural no estado saturado)e d.

Tabela 1.2Caractersticas de alguns solos em estado natural.Tipo de solo e wsat(%) d(KN/m3)

Areia uniforme compacta 0.45 16.00 18.0Areia siltosa com granulao angular fofa 0.65 25.00 16.0Areia siltosa com granulao angular compacta 0.40 15.00 19.0Argila rija 0.60 21.00 17.0

Argila mole 0.9-1.4 30-50 11.5- 14.5Argila orgnica mole 2.5-3.2 90-120 6.0-8.0Fonte: BRAJA, 2011.


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2OBJETIVOS.

Obter a partir dos ensaios para determinao dos ndices fsicos os valores:

Teor de Umidade (w); Peso Especfico Total ou Natural (); Peso Especfico Seco (d); Peso Especfico dos Gros (s);

Peso Especfico Relativo (Gs); ndice de Vazios (e); Porosidade (n); Grau de Saturao (S);

3MATERIAIS E MTODOS.

3.1MATERIAIS.

Utilizou-se uma pequena amostra de solo, frma cilndrica (figura 3.1.1a), parafina,uma balana de preciso para a determinao das massas, paqumetro, um picnmetro de 500cm3 (figura 3.1.1b) para determinao da massa especfica de acordo com a NBR 6508:84,

bomba de vcuo para retirada do ar aprisionado no solo dentro do picnmetro, termmetro paramedir a temperatura da gua, funil, conta-gotas, estufa (figura 3.1.1c) para proceder com adevida secagem do material quando necessrio e equipamento (figura 3.1.1d) para retiraramostra cilndrica da frma.

Figura 3.1.1Materiais e equipamentos utilizados.

3.2MTODOS.

Para a determinao da umidade da amostra, utilizou-se uma amostra retirada que deveser retirada em campo, com o devido cuidado para manter a estrutura e a umidade das condies

reais do solo o qual se pretende caracterizar, armazenando-se em um recipiente cilndricovedado na parte superior e inferior com parafina para evitar a perda de umidade, como mostraa figura 3.2.1a. Deste material, retirou-se uma amostra cilndrica, mostrada nas figuras 3.2.1be 3.2.1c, e com auxlio de um paqumetro mediu-se as dimenses do material 3 vezes. Emseguida, efetuou-se a determinao da massa da amostra ainda mida e procedeu-se comsecagem da amostra levando-a em uma cpsula, figura 3.2.1d, uma estufa, devendo-se mantera uma temperatura de 105 C a 110 C em um intervalo de 16 a 24 horas, at apresentar aconstncia de massa como especificado na NBR 6457.


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Figura 3.2.1Procedimentos de obteno da amostra de solo para determinao da umidade.

Para a determinao do peso especfico dos gros pelo picnmetro, utilizou-se umaamostra de solo previamente seca, aproximadamente 250g, figura 3.2.2.

Figura 3.2.2Amostra de solo para determinao da massa especfica.

Proseguindo o ensaio com o picnmetro, com base na NBR 6508. Efetou-se adeterminao da massa somente do picnmetro e do picnmetro com gua at o menisco. Emseguida, adicionou-se gua destilada at cerca de metade do volume picnmetro, figura 3.2.3a.Adicionou-se 50,11g ao picnmetro efetuando a mistura a partir de movimentos circulares do

bulbo, figura 3.2.3b, e colocou-se em uma bomba de vcuo retirando o ar aprisionado entre osgros, figura 3.2.3c. Proseguiu-se com a adio do restante da gua at 1 cmabaixo do menisco,completando-se com um conta gotas at a aferio correta e determinando a massa total.

Figura 3.2.3Determinao da massa especfica.


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Com os valores das massas obtidas, efetuou-se a determinao massa especfica do soloem questo com auxlio da equao 3.2.1 adaptada da NBR 6508, utilizando-se a curva decalibrao, mostrada na figura 3.2.4, do picnmetro para corrigir o valor da masa do picnmetrocom 500 cm3 de gua destilada considerando a temperatura. No momento, aferiu-se atemperatura de 20 C.

= (23)

3 Equao (3.2.1)

Onde:

M1= Massa do solo. M2= Massa do picnmetro, solo e

gua.

M3= Massa do picnmetro corrigidapela sua curva de calibrao.

Figura 3.2.4Curva de calibrao do picnmetro.

4RESULTADOS OBTIDOS.

4.1DETERMINAO DA MASSA ESPECFICAPICNMETRO.

Com a amostra seca, obteve-se os valores apresentados na tabela 1.1 da massa especficados gros se peso especfico dos gro sparag= 9,81 m/s2. Para o clculo do peso especficomutilizou-se a equao 3.2.1.

Tabela 4.1.1Dados do Ensaio com Picnmetro.

Massa do Picnmetro [Mp] 174.53gMp+Ms 224.64gMassa do Solo [Ms] 50.11gMassa de gua [Mw] 500.00gMp+Mw 674.53gMp+Ms+Mw 704.32gMpCorrigida 673.32gs 2.623g/cm3s 25.731 KN/m3

4.2DETERMINAO DOS NDICES FSICOS.

Para as trs determinaes das dimenses do cilindro, utilizou-se a mdia de altura edimetro, tabela 4.2.1, para o clculo do volume.


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Tabela 4.2.1Dados de Dimenses da amostra.

DimensesMedidas (mm)

1 2 3 Mdiah 70.25 69.20 69.40 69.62

D 30.34 30.34 30.33 30.34

Obteve-se os valores de massa e volume, tabela 4.2.2, da amostra cilndrica paraobteno das umidade wdo solo e suas relaes de volume das trs fases em um elemento desolo.

Tabela 4.2.2Dados da Amostra.Massa do Cilndro

Inicial [Mo] (g)Volume do

Cilindro (cm3)121.51 50.31

Na determinao da umidade a partir da equao 1.4, obteve-se o valor na tabela 4.2.3para apenas uma frao da massa do cilindro.

Tabela 4.2.3Determinao do Teor de Umidade.Massa da Cpsula [Mc] 15.47gMassa Total mida [Mc+M] 89.17gMassa da Amostra mida [M] 73.70gMassa Total Seca [Mc+Ms] 75.54gMassa da Amostra Seca [Ms] 60.07gMassa de gua na amostra [Mw] 13.63gUmidade [w] 22,7 %

A partir da equao 1.5 e dos valores de massa e volume da tabela 4.2.2, obteve-se amassa especfica do solo mido ou natural . Com a umidade we a equao 1.7, obteve-se amassa especfica seca d. Considerando o valor dag = 9,81 m/s2, obteve-se o peso especficomido ou natural e peso especfico seco. Para o peso especfico da gua H2O= 9,81x103N/m3,obteve-se o peso especfico relativo a partir da equao 1.3. Todos os valores apresentados natabela 4.2.4.

Tabela 4.2.4Caractersticas Fsicas do Solo.(g/cm3) d(g/cm3) (KN/m3) d(KN/m3) Gs

2.42 1.97 23.69 19.31 2.62

A partir da umidade obtida na tabela 4.2.3, calculou-se as principais relaes de volumecom as equaes 1.9, 1.11 e 1.13 e seus valores so apresentados na tabela 4.2.5.

Tabela 4.2.5Relaes de volume do solo.e n S

0.33 0.25 79 %


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5CONCLUSO.

Os objetivos foram alcanados, porm deve-se fazer algumas anlises e consideraesem comparao aos solos de referncia na bibliografia consultada.

Nota-se que o peso especfico relativo Gsdo solo est no intervalo dos Gsdos mineraisda tabela 1.1, o que se torna um indcio da possibilidade deste solo ser composto por essesminerais. Comparando-se o solo caracterizado com os tipos da tabela 1.2, este apresentouvalores prximos da areia siltosa com granulao angular compacta.

Percebe-se que o grau de saturao do solo apresentou-se aproximadamente 80%, estefator depende principalmente da relao entre umidade w pelo ndice de vazios e. Aconsiderao deste fator torna-se de extrema importncia para ensaios de compactao, poisquando o solo encontra-se prximo desse valor, a curva de compactao ser afetada com umdecrescimento estabelecendo uma curva limite para o teor de umidade tima wopt.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

Associao Brasileira de Normas TcnicasABNT. Gros de solos que passam na peneirade 4,8 mm - Determinao da massa especfica: NBR 6508. Rio de Janeiro, 1984.

Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT. Amostras de solo: Preparao para

ensaios de compactao e ensaios de caracterizao.NBR 6457. Rio de Janeiro, 1986.

[1] BRAJA, M. Das;Fundamentos de Engenharia Geotcnica. Traduo por EZ2 Translate. 7edio. So Paulo: Cengage Learning, 2011, p. 11-61.

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