UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG

CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS - CTRN

UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA CIVIL – UAEC

ÁREA DE GEOTECNIA – LABORATÓRIO DE SOLOS

DISCIPLINA: MECÂNICA DOS SOLOS EXPERIMENTAL

DENSIDADE “IN SITU”

Professor (a):Veruska Escarião D. Monteiro

Assistente: Edvaldo

Estagiário de docência: Raliny Mota

Grupo 04: Fabiana Karine silva de Oliveira

Thays Nogueira Rodrigues

Campina Grande, março de 2013.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 01 - Colocação da bandeja no solo

Figura 02 – Pesagem solo da cavidade

Figura 03 – Determinação teor de umidade

Figura 04 – Pesagem frasco + funil + areia

Figura 05 – Instalação frasco + funil

Figura 06 – Pesagem frasco + funil + areia restante

Figura 07 - Areia reutilizada

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ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 41.1 Justificativa .................................................................................................... 41.2 Objetivos ......................................................................................................... 4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 5 3. METODOLOGIA ..................................................................................................... 6

3.1 Aparelhagem .................................................................................................. 63.2 Execução do ensaio ...................................................................................... 6

3.2.1 Determinação da massa de areia que preenche o funil e o orifício no rebaixo da bandeja ............................................ 6

3.2.2 Determinação da massa específica aparente da areia ........... 73.2.3 Determinação da massa específica da areia que preenche a cavidade no terreno ................................................................................. 7

3.3 Acompanhamento fotográfico ............................................................... 84. RESULTADOS ........................................................................................................ 10

4.1 Cálculos .......................................................................................................... 114.2 Análise dos resultados .............................................................................. 12

5. CONCLUSÕES ....................................................................................................... 136. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 14

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DENSIDADE “IN SITU”

1. Introdução

1.1 Justificativa

Os solos são constituídos de três fases: sólida (minerais e matéria orgânica), líquida (solução do solo) e gasosa (ar).

O peso específico seco é um parâmetro que será utilizado na determinação do grau de compactação do solo.

Os fundamentos da compactação de solos foram desenvolvidos por Ralph Proctor que na década de 20, postulou ser a compactação uma função de quatro variáveis: peso específico seco, umidade, energia de compactação e tipo de solo (solo grosso, solo fino, etc.).

A compactação do solo é um processo manual ou mecânico que tem por objetivo a redução do volume de vazios pela expulsão do ar, aumentando assim a sua resistência e tornando-o mais estável. Visando assim melhorar também características de permeabilidade, compressibilidade dentro outros.

Após a realização da compactação do solo, um controle de qualidade da compactação deve ser realizado, onde critérios como, espessura da camada, entrosamento entre camadas, números de passadas, tipo de equipamento e grau de compactação atingido, devem atender a especificações. Caso estas não sejam atendidas, a camada deverá ser revolvida e nova compactação efetuada.

1.2 Objetivos

O objetivo do ensaio é determinar a massa específica aparente do solo “in situ”, com emprego do frasco de areia.

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2. Revisão Bibliográfica

Denomina-se peso específico aparente de uma amostra (γ) ao resultado da divisão do peso da amostra pelo volume total desta amostra.

γ=P tV t

O grau de compactação do solo é a relação entre a massa específica seca de campo e a massa específica seca máxima de laboratório.

Os principais processos de identificação da massa específica aparente por métodos diretos consistem na coleta de uma amostra indeformada. Com a massa e o volume dessa amostra calcula-se a massa específica aparente, e com o teor de umidade dela obtido, a massa específica aparente seca. Os mais comuns são os métodos do cilindro de cravação e o do "cubo" esculpido.

Nos métodos indiretos, escava-se a amostra, que é totalmente recolhida e pesada. O volume da amostra é obtido medindo o volume da escavação. O teor de umidade da amostra deve ser determinado logo após sua pesagem. Os principais utilizam o frasco de areia, o óleo grosso ou o balão de borracha. Nestes os processos do frasco de areia e do balão de borracha podem ser empregados praticamente com qualquer tipo de solos. O do óleo grosso deve ser evitado em solos em que exista a possibilidade de absorção, como solos grossos com poucos finos.

Ainda são conhecidos métodos especiais, onde utilizam sonares, resistividade elétrica ou radiação. Destes, o mais difundido no Brasil utiliza o densímetro nuclear.

No caso, deste experimento, a massa específica aparente seca foi determinada fazendo uso do método com o emprego do frasco de areia.

Método Frasco de areia -

O método do frasco de areia aplica-se a solos com qualquer tipo de granulação, contendo ou não pedregulhos, que possam ser escavados com ferramentas manuais, e cujos vazios naturais sejam suficientemente pequenos para que a areia usada no ensaio neles não penetre. O material em estudo deve ser suficientemente coeso e firme para que as paredes da cavidade a ser aberta permaneçam estáveis e as operações realizadas não provoquem deformações na cavidade.

Método da cravação do cilindro –

È aplicável a solos de granulação fina, coesivos, úmidos e isentos de pedregulhos. Permite conhecer o grau de compactação e o desvio da umidade de compactação em relação à umidade ótima sem necessidade de se traçar a curva de compactação do solo.

GC=γdCγdLx100

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3. Metodologia

O solo que foi usado para a realização do ensaio foi retirado da região de Boa Vista, localizado na região metropolitana de Campina Grande, estado da Paraíba. Na data de 25/09/2012.

3.1 Aparelhagem

Frasco de vidro ou de plástico translúcido com cerca de 3500 cm³ de capacidade, dotado de gargalo rosqueado, com funil metálico provido de registro e de rosca para se atarraxar ao frasco;

Bandeja quadrada rígida, metálica, com cerca de 30 cm de lado e bordas de 2,5 cm de altura, com orifício circular no centro, dotado de rebaixo para apoio do funil anteriormente citado;

Nível de bolha; Pá de mão (concha); Talhadeira de aço, com cerca de 30 cm de comprimento; Martelo com cerca de 1 kg; Balanças que permitam determinar nominalmente 1,5 kg e 10 kg, com resolução de 0,1 g e 1 g,

respectivamente, e sensibilidades compatíveis; Recipiente que permita acondicionar a amostra, sem perda de umidade; Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 °C e 110 °C;

- nos casos em que seja impraticável a utilização da estufa, o teor de umidade pode ser determinado por outro método, devendo o mesmo ser explicitamente indicado na apresentação dos resultados.

Cilindro metálico de volume conhecido (cerca de 2000 cm³); cujo diâmetro interno seja igual ao diâmetro interno do funil do frasco de areia, para determinação da massa especifica aparente da areia;

Areia lavada e seca, de massa especifica aparente conhecida e obtida como especificado nesta norma, e constituída da fração com diâmetro dos grãos compreendido entre 1,2 mm e 0,59 mm, sendo que a soma das porcentagens, em massa, retido na peneira de 1,2 mm e passado na peneira de 0,59 mm deve ser igual ou menor que 5%. O armazenamento da areia, após a secagem, deve ser feito de modo a evitar ganho de umidade;

Peneiras de I,2 mm a 0,59 mm, de acordo com a NBR 5734.

3.2 Execução dos ensaiosO procedimento utilizado para determinação da densidade “in situ” está descrito na NBR 7581/ AGO 1986.

Na aplicação desta norma é necessária a consulta:

NBR 5734/ AGO 1986 – Peneiras para ensaios - Especificação NBR 6457/ AGO 1986 – Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e ensaios

de caracterização – Métodos de ensaio NBR 7181/ DEZ 1984 – Solo – Análise granulométrica – Método de ensaio

3.2.1 Determinação da massa de areia que preenche o funil e o orifício no rebaixo da bandeja

Inicialmente pesou-se o conjunto frasco + funil a anotando como M1, estando o frasco cheio de areia.

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Colocou-se sobre a superfície plana a placa de vidro. Sobre a mesma a bandeja de metal onde se encaixa o furo maior do funil. Instalando o conjunto frasco + funil + areia encaixado na bandeja e em seguida abrir o registro do funil, deixando a areia escoar livremente até cessar seu movimento.

Fechou-se então o registro do funil. Retirando o conjunto frasco + funil + areia restante, pesando novamente e anotando o mesmo como M2. A diferença Diferença = M1-M2. Onde M3 é a massa de areia que preencheu funil e orifício.

Este procedimento deve ser repetido várias vezes, até obter pelo menos três valores M3 que não difiram da respectiva média mais que 1% do valor da média. A média dos valores de M 3 será considerada como o peso de areia no cone.

3.2.2. Determinação da massa específica aparente da areia

Pesou-se o conjunto frasco + funil contendo a sua máxima capacidade de areia, preparada e anotou-se com M4. Em seguida colocou-se o conjunto frasco + funil + areia sobre a bandeja, e esta sobre o cilindro; em seguida abrindo o registro do funil deixando a areia escoar livremente até que cesse seu movimento; fechou-se então o registro do funil retirando o conjunto frasco + funil +areia e pesando como M5.

A massa de areia que enche o cilindro será M6. Onde MAF = M1 – M2 – M3.

A massa específica aparente de areia foi encontrada fazendo uso da seguinte fórmula:

γ d(gc m3 )=

M AF

V

Onde:

MAF = massa da areia no furo (g);

V = volume do cilindro (cm³)

3.2.3. Determinação da massa específica da areia que preenche a cavidade no terreno

Inicialmente limpou-se a superfície do terreno, podendo assim torná-la, tanto quanto possível, plana e horizontal. Colocou-se então a bandeja, certificando-se ainda se há um bom contacto entre esta e a superfície do terreno, e escavou-se então com o uso do martelo e talhadeira uma cavidade cilíndrica no terreno, limitada pelo orifício central da bandeja e com profundidade até 15 cm.

Em seguida todo o solo extraído da cavidade foi recolhido e pesado, o valor foi anotado como Mh. O teor de umidade deste solo foi então determinado fazendo uso do método do Speedy, seu valor foi anotado na tabela abaixo.

Pesou-se o conjunto frasco + funil + areia sobre o rebaixado da bandeja. Abrindo em seguida o funil deixando areia escoar livremente até cessar o seu movimento no interior do frasco. Fechou-se o registro.

O peso de areia que preencheu a cavidade do terreno foi determinado como sendo: Ms = Mh x Fc.

A massa específica (aparente) seca do solo “in situ” pode ser obtida por:

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γ s=M s

V

Onde:

Ms = massa do solo seco (g)

V = volume do furo (cm³)

A massa específica aparente seca pode também ser calculada da seguinte maneira:

ρ s=M h . f c .areiaM s

ou ρ s=

[ 100100+h ] .areia. M h

M s

Onde:

s = massa específica aparente seca do solo “in situ”, em g/cm³;areia = peso específico aparente da areia, em g/cm³;Mh = massa do solo extraído da cavidade do terreno, em g;M10= massa da areia que preencheu a cavidade no terreno, em g;H = teor de umidade do solo extraído da cavidade do terreno, em %;fc= fator de correção da umidade = 100/(100+h)

3.3 Acompanhamento Fotográfico

Figura 1 – Fixação da bandeja no solo Figura 2 - Pesagem solo da cavidade

Figura 3– Determinação teor de umidade Figura 4 – Pesagem frasco + funil + areia

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Figura 5 - Instalação frasco + funil Figura 6 - Pesagem frasco + funil + areia restante

Figura 7 – Areia reutilizada

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4. Resultados

4.1 Cálculos

Calculando inicialmente a massa específica da areia(MAF), temos :

γ d( gcm3 )=M AF

V= 2170

1607,4=1,35

Temos que o fator de correção da umidade é dado por:

F c=100hf+100

= 1000,069+100

=0,999

Calculando agora, a massa específica (aparente) seca “in situ”, temos:

γ s( gc m3 )=M s

V×Fc=

2328,21607,4

×0.999=1,447

Tabela 1: Dados frasco de areia

Massa doFrasco

Com areia

Antes M1 (g) 5950Depois M2 (g) 3300

Diferença M1 – M2 (g) 2650Massa da areia do funil M3 (g) 480Massa da areia no furo (MAF) M1 – M2 - M3 2170Massa específica da areia d (g/cm³) 1,35Volume do furo V = MAF /d 1607,4Umidade do solo no furo hf (%) 6,90Fator de conversão (Fc) 100/ hf +100 0,999Massa do solo úmido Mh 2490Massa do solo seco (Ms) Mh x Fc 2328,2Massa específica seca s = Ms/V 1,447

Para calcular a densidade máxima do solo “in situ”, utilizamos a expressão abaixo:

❑smáx=s .M h

M AF

.100

100+h

Onde:

❑smáx= massa específica aparente seca, do solo “in situ”, em g/cm³

s = massa específica aparente da areia, em g/cm³

Mh = massa do solo extraído da cavidade no terreno, em g

MAF = massa da areia que preencheu a cavidade no terreno, em g

H = teor de umidade do solo extraído da cavidade no terreno, em %

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Calculando então a massa específica aparente seca:

❑smáx=1,447 .24902170

.100

100+0,069

❑smáx=1,658g /cm ³

Considerando o valor encontrado acima e calculando o grau de compactação temos:

GC=γ s(campo)

γsmax (laboratório)x100

Levando em consideração do valor de densidade específica seca encontrada em laboratório e relacionando com a densidade específica encontrada em campo, podemos encontrar o grau de compactação:

GC=1,6581,896

x100

GC=87,45 %

Tabela 2: Dados Ensaios de laboratório

Ensaiosde

Laboratório

Registro NºDensidade Máxima smáx 1, 658

Umidade Ótima h0 10,60 %Grau de compactação % 87,45 %Teor de Umidade pelo Álcool % -Massa da água Ma (g) -Teor de Umidade h (%) 6,9

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4.2 Análise dos Resultados

O método utilizado para a determinação do teor de umidade foi o do speedy, tendo em vista que estávamos trabalhando em campo, e também pelo fato de que precisávamos que o resultado da umidade fosse rápido.

Deve- se lembrar que o ensaio só pode ser feito com ausência de vibrações oriundas de tráfego ou equipamento, devendo o tráfego ser interrompido durante sua execução.

Através do experimento realizado podemos encontrar um valor GC igual a 87,45%, um valor que é inferior a especificação mínima para o trabalho, que é superior a 95%.

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5. Conclusões

O objetivo do ensaio foi satisfeito, pois a partir do mesmo podemos obter um valor pra um valor para a massa específica (aparente) seca igual a 1,447 g/cm³.

Encontramos um valor para o grau de compactação que é inferior ao recomendado. Se estivéssemos realizando o experimento para encontrar o grau de compactação para a realização de uma determinada obra de engenharia, neste caso, teríamos que remover todo o material e a camada deverá ser refeita.

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6. Referências Bibliográficas

1. NBR 5734 – Peneiras para ensaios – Especificação.2. NBR 6457/ AGO 1986 – Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e

ensaios. 3. NBR 7181/ DEZ 1984 – Solo – Análise granulométrica – Método de ensaio.4. NBR 7581/ AGO 1986 – Determinação da massa específica “in situ” com utilização do frasco de

areia.5. PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 Aulas/ 3ª Edição –

São Paulo: Oficina de textos, 2006.6. Ortigão, J.R.A. Introdução a mecânica dos Solos dos Estados Críticos/ 3ª Edição – 20077. LUCENA, Adriano Elísio de F. Lucena. Aula Nº 07 da disciplina de Mecânica dos Solos – UFCG –

Campina Grande: Dezembro, 2012.