Relatório Mecância Dos Solos- Final

CENTRO UNIVERSITÁRIO DO SUL DE MINAS

ENGENHARIA CIVIL

LEANDRO CAMILO ARANTES, MAYARA ALYNE KAWAGUCHI, LUCAS ALVES

GENEROSO, NAYME REIS ALVES, ROBERTA FARIA DE MELO, RODRIGO

VINÍCIUS SOUZA DE DEUS, THADEU BASTOS DOS SANTOS, VANESSA

GRACIEL

RELATÓRIO MECÂNICA DOS SOLOS

DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE LIQUIDEZ DE SOLOS

Varginha – MG

2015

1

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................2

2. OBJETIVO ...........................................................................................................................................2

3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ...........................................................................................................2

3.1 Peso Específico.............................................................................................................................3

3.2 Teor de Umidade.........................................................................................................................3

3.3 Método da Estufa...................................................................................................,.....................3

3.4 Analise Granulométrica................................................................................................................3

3.5 Limite de liquidez..........................................................................................................................3

3.6 Limite de plasticidade...................................................................................................................3

3.7 Índice de Plasticidade...................................................................................................................3

4. IDENTIFICAÇÃO DO ENSAIO .........................................................................................................4

5. METODOLOGIA ................................................................................................................................4

5.1 Normas Consultadas .......................................................................................................................4

5.2 Aparelhagem ..................................................................................................................................4

5.3 Ensaios de determinação da composição granulométrica, determinação do limite de

liquidez e determinação do limite de plasticidade. .......................................................................5

6. RESULTADOS ....................................................................................................................................8

6.1 Descrição dos Cálculos .................................................................. Erro! Indicador não definido.8

6.2 Análise dos Resultados................................................................................................................ 14

7. CONCLUSÃO .................................................................................................................................. 16

2

1. INTRODUÇÃO

O solo tem grande importância para a engenharia tendo em vista que toda obra é

sustentada por solo ou rocha, as propriedades dos solos dependem do tipo de solo, que por sua

vez são afetadas por diversos fatores, tais como a presença de umidade, proximidade com

águas subterrâneas, umidade do ar, o que pode ocasionar diferenças nas propriedades físicas

em distancias relativamente pequenas, o que se torna uma das dificuldades em se tratar com o

solo.

Todas as obras de engenharia civil se assentam sobre o solo, como fundações,

construção de estradas, aterros, taludes, entre outros, e requerem que o comportamento do

solo seja devidamente considerado.

Dentre os fatores a serem analisados em relação às características do solo estão o

limite de liquidez dos solos, que influenciam diretamente na sua resistência e compactação,

sua analise é uma das operações mais utilizadas em laboratórios de solos.

2.OBJETIVO

O presente trabalho tem por objetivo relatar as atividades realizadas no laboratório de

materiais, do Centro Universitário do Sul de Minas - Unis, utilizando o método de

Casagrande, para determinação do teor de umidade e do limite de liquidez das amostras de

solo coletadas, e apresentar os resultados encontrados a partir deste procedimento, com base

na NBR 6459/1984.

3.FUNDAMENTOS TEÓRICOS

3.1 Peso Específico

O peso específico de uma partícula sólida se da pelo peso seco dividido pelo seu

volume.

3.2 Teor de Umidade

3

A umidade do solo ou teor de água é definida pelo peso da água contida em

determinada amostra de solo dividida pelo peso das partículas sólidas do solo, representada

em porcentagem, sendo normalizadas pela NBR 6457/1986. O teor de umidade pode assumir

desde o valor de 0% para solos secos ate 100% para solos orgânicos.

3.3 Método da Estufa

Dentre todos os métodos para analise do teor de umidade do solo, o método da estufa é

o mais preciso, motivo pelo qual a estufa não faz a queima das impurezas, o que poderia

afetar a determinação do teor de umidade das amostras. Seu principal inconveniente é o tempo

de resposta, em media 24horas.

3.4 Análise Granulométrica

Segundo Pinto (2006) a análise granulométrica tem por escopo, determinar a

percentagem em peso de determinadas faixas de tamanhos de grãos em relação à massa total

da amostra ensaiada, assim, por meio dos resultados obtidos é possível a construção de uma

curva de distribuição granulométrica.

3.5 Limite de Liquidez

Segundo Pinto (2006), Limite de Liquidez é o teor de umidade determinado pelo

aparelho de Casagrande. Sendo constituído por uma concha metálica unida a uma manivela

que a move, fazendo-a cair sobre uma base sólida um certo número de vezes, até o

fechamento de 1 cm da ranhura padrão, feita previamente no solo colocado na concha. O

limite de liquidez corresponde ao teor de umidade em que a ranhura se fecha com 25 golpes.

3.6 Limite de Plasticidade

Segundo Pinto (2006), Limite de Plasticidade é o teor de umidade necessário e

suficiente para rolar uma porção do solo umedecido sobre uma placa de vidro até formar um

pequeno cordão com 3 mm de diâmetro e 12 cm a 15 cm de comprimento.

3.7 Índice de Plasticidade

4

Índice de Plasticidade é a diferença entre o limite de liquidez e o índice de

plasticidade.

4. IDENTIFICAÇÃO DO ENSAIO

Ensaio: Ensaio de Granulometria, Limite de Plasticidade, Limite de Liquidez

Material ensaiado: Amostras de solo.

Local do ensaio: Laboratório de Solos do Centro Universitário do Sul de Minas –

Grupo Unis – MG.

Data do Ensaio: 12/05/2015.

5. METODOLOGIA

5.1 Normas Consultadas

O ensaio em questão foi realizado seguindo as orientações descritas nas NM 248:2001

– Determinação da Composição Granulométrica, NBR 6459:1984 – Determinação do Limite

de Liquidez, NBR 7180:1984– Determinação do Limite de Plasticidade, ambas da ABNT.

5.2 Aparelhagem

Conforme disposto nas normas supracitadas, para a realização dos ensaios de

composição granulométrica, determinação do limite de liquidez e de plasticidade são

necessários os seguintes itens:

Peneiras de séries normal e intermediária com tampa e fundo;

Agitador mecânico de peneiras;

Bandejas, escova e pincel de cerdas macias;

Estufa que mantenha a temperatura entre 105 a 110 ºC;

Cápsula de porcelana com diâmetro aproximado de 120 mm;

Espátula de lâmina flexível com 20 mm de largura;

Aparelho de Casagrande;

Cinzel;

Recipientes que evitam a perda de umidade da amostra de solo;

5

Balança de precisão;

Placa de vidro com superfície esmerilhada com aproximadamente 30 cm de lado;

5.3 Ensaios de determinação da composição granulométrica, determinação do limite de

liquidez e determinação do limite de plasticidade.

Para a determinação da composição granulométrica, foi utilizada uma amostra de solo

com o peso de 500 gramas (Figura 1).

Figura 1: amostra do solo com 500 gramas.

Fonte: os autores.

Para a determinação do limite de liquidez, utilizou-se uma amostra de solo passante da

peneira #40 (Figura 2), na qual foi colocada em uma cápsula de porcelana onde foi adicionada

água em pequenas quantidades e, amassada com o auxilio de uma espátula flexível até tornar

uma pasta homogênea (Figura 3). Sendo que o tempo de homogeneização esteve

compreendido entre 15 e 30 minutos.

6

Figura 2: solo passante da peneira #40. Figura 3: pasta homogênea.

Fonte: os autores. Fonte: os autores

A amostra de solo já homogeneizada foi colocada na concha do aparelho de

Casagrande, moldada de forma que a parte central da amostra no dispositivo obtivesse uma

espessura de 8 a 10 mm. (Figura 4).

Figura 4: aparelho de Casagrande. Figura 5: ranhura na amostra.


Após este procedimento, com o auxilio do cinzel foi feita uma ranhura na amostra,

separando-a em duas partes na concha (Figura 5). Deste modo com o dispositivo de

Casagrande a amostra foi golpeada (Figura 6) e, os números de golpes foram anotados até que

7

as duas partes separadas da amostra na concha se uniram ao longo de um comprimento

aproximado de 13 mm (Figura 7). Obtendo desta forma os dados necessários para os cálculos.

Figura 6: Golpe no dispositivo de Casagrande. Figura 7: união ao longo do comprimento.


Já para determinar o limite de plasticidade, utilizou-se aproximadamente 10 gramas da

amostra de solo passante da peneira #40 que havia sido homogeneizada. Formou-se uma bola

com esta amostra que posteriormente foi rolada sob a placa de vidro, obtendo um formato

cilíndrico (Figura 8).

Com este processo, a amostra fragmentou-se obtendo um comprimento de

aproximadamente 10 cm e 1 cm de diâmetro e, imediatamente foi transferida para um

recipiente adequado, pesada e colocada na estufa, com o intuito de determinar a sua umidade

(Figura 9).

Após a obtenção dos valores de umidade das amostras, foi possível calcular o limite de

plasticidade do solo em questão.

8

Figura 8 :amostra enrolada na placa de vidro. Figura 9: recipiente cilíndrico.


6. RESULTADOS

6.1 Descrição dos cálculos

Para memória de cálculo descrita a seguir, teve-se como base os valores obtidos no

ensaio, ou seja, na Amostra 1.

6.1.1 Definição das massas retidas e passantes

A análise granulométrica da amostra 1 foi feita com base nos dados apresentados na

tabela 01, sendo que os cálculos executados estão descritos a seguir. Todos os cálculos foram

executados por peneira, conforme a tabela abaixo.

Tabela 01 – Análise Granulométrica

# Abertura

(mm)

Massa

Retida (g)

%

Retida

% Retida

Acumulada

Massa

Passante (g)

%

Passante

4 4,75 44,86 8,97 8,97 455,10 91,03

8 2,36 71,16 14,23 23,21 383,94 76,79

16 1,18 117,59 23,52 46,73 266,35 53,27

30 0,6 177,36 35,47 82,20 88,99 17,80

40 0,425 73,57 14,72 96,92 15,42 3,08

9

60 0,3 7,40 1,48 98,40 8,02 1,60

100 0,15 4,37 0,87 99,27 3,65 0,73

200 0,075 2,87 0,57 99,84 0,78 0,16

Fundo - 0,78 0,16 100,00 0,00 0,00

Total: 499,96 100,00

Fonte: os autores

6.1.1.1 Cálculo da porcentagem de massa retida em cada peneira

Para determinação da porcentagem de massa retida em cada peneira, foi necessário a

utilização da seguinte expressão:

𝑀%𝑟 = 𝑀𝑟

𝑀𝑡. 100 , sendo:

𝑀%𝑟: porcentagem de massa retida por peneira;

𝑀𝑟: massa retida na peneira (g);

𝑀𝑡: massa total analisada (g).

6.1.1.2 Cálculo da porcentagem de massa retida acumulada

Para determinação da porcentagem de massa retida acumulada, foi utilizada a

seguinte expressão:

𝑀%𝑟𝐴 = ∑ 𝑀%𝑟𝑛𝑛1 , sendo:

𝑀%𝑟𝐴: porcentagem acumulada de massa retida;

𝑀%𝑟: porcentagem de massa retida por peneira;

n: número de peneiras

6.1.1.3 Cálculo da Massa Passante

Já a massa passante por peneira é definida através da seguinte expressão:

𝑀𝑝 = 𝑀𝑡 − ∑ 𝑀𝑟𝑛𝑛1 , sendo:

Mp: massa passante por peneira (g);

Mt: massa total (g);

Mr: massa retida na peneira (g);

10

n: número de peneiras

6.1.1.4 Cálculo da porcentagem de Massa Passante

Para determinação da porcentagem de massa passante, foi utilizada a seguinte

expressão:

𝑀%𝑝 = 𝑀𝑝

𝑀𝑡. 100 , sendo:

𝑀%𝑝: porcentagem de massa passante por peneira;

𝑀𝑝: massa passante na peneira (g);

𝑀𝑡: massa total analisada (g).

6.1.2Definição Granulométrica do Solo

Com os dados obtidos nos cálculos das massas, foi feito o seguinte gráfico (figura 10),

onde, no eixo vertical, está indicado a porcentagem de massa passante por peneira, e o eixo

horizontal indica as peneiras usadas.

Figura 10 – Curva de distribuição granulométrica do solo

Fonte: os autores

11

A partir da curva desenhada, foi possível calcular o coeficiente de não-uniformidade

(Cu) e o coeficiente de curvatura (Cc), quesegundo a NBR 6502, o primeiro fornece uma ideia

decomo se dá a distribuição do tamanho das partículas do solo, e o segundo, quantifica a

forma e simetria da curva granulométrica, e a partir desses dois coeficientes, definir o tipo de

solo em estudo.

6.1.2.1 Determinação de D10, D30 e D60

O D10, D30 e o D60, segundo Pinto (2006), são pontos característicos da curva

granulométrica que correspondem aos pontos de 10%, 30% e 60% (respectivamente) mais

finos do solo.

Da amostra em estudo, D10 foi 0,5, D30 foi 0,75 e D60 foi 1,55.

6.1.2.2 Coeficiente de Não-Uniformidade e Coeficiente de Curvatura

Para determinação do Coeficiente de não-uniformidade (Cu) foi utilizada a seguinte

expressão:

𝐶𝑢 =𝐷60

𝐷10

Os solos, são classificados em solo uniforme (Cu<5), solo não uniforme (Cu>15) e solo

medianamente uniforme (5<Cu<15). Sendo que, para a amostra em questão, Cu foi igual a

3,10, sendo um solo uniforme.

Para determinação do Coeficiente de curvatura (Cc) foi utilizada a seguinte expressão:

𝐶𝐶 =(𝐷30)2

𝐷10. 𝐷60

Os solos podem ser bem graduados (1<Cc<3) ou mal graduado (Cc<1). Sendo que o

solo em questão teve Cc foi igual a 0,726, sendo um solo mal graduado.

6.1.2.3 Porcentagem dos tipos de solo da amostra

Para determinar asporcentagens de cada solo presentes nas amostras, através daescala

granulométrica ABNT, foram realizados os seguintes cálculos:

𝑃𝑒𝑑𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙ℎ𝑜 = 91,03% − 72% = 19,03%

𝐴𝑟𝑒𝑖𝑎 = 72% − 0,16% = 71,84%

12

𝑆𝑖𝑙𝑡𝑒 = 9,13% − 0% = 9,13%

Assim, foi possível definir, que o solo em questão é um solo tipicamente arenoso, mal

graduado.

6.1.3 Limite de Liquidez

Para calcular o limite de liquidez (LL) da amostra em questão, primeiramente foi

montada a tabela 02, que indica a massa de cada cápsula da amostra, e então, foram

selecionadas as cápsulas que poderiam ser utilizadas no cálculo.

Tabela 02 – Nº de golpes por cápsula

Cápsula nº 1 2 3 4

Cáp. + Solo + Água (g) 19,69 30,26 35,60 21,51

Cáp. + Solo Seco (g) 15,88 22,53 26,49 16,99

Solo Seco (g) 9,06 15,71 19,67 10,17

Cápsula (g) 6,82 6,82 6,82 6,82

Nº de Golpes 19 20 27 21

Fonte: os autores

Amostras que precisam mais de 35 golpes e menos que 15 golpes devem ser

desconsideradas. No caso dessas capsulas todas foram consideradas.

Com esses dados foi possível calcular o teor de umidade de cada capsula, seguindo a

seguinte equação:

𝑊 = 𝑀𝑤

𝑀𝑠 . 100%, sendo que:

𝑊: teor de umidade (%);

𝑀𝑤: massa de água da amostra (g);

𝑀𝑠: massa do solo seco (g).

Com isso, a capsula 1 teve 42,05% de teor de umidade, capsula 2 teve 49,20%, capsula

3 teve 46,31% e a capsula 4 teve 44,44% de teor de umidade.

Com o teor de umidade e o número de golpes é construído um gráfico, sendo o

primeiro dado no eixo vertical, e o segundo no eixo horizontal. Nessa tabela, foi desenhada

um linha, conforme uma equação de 1º grau, passando o mais próximo dos valore obtidos,

conforme figura 11. E o teor de umidade que seria correspondente a 25 golpes é o Limite de

Liquidez da amostra em questão, no caso foi de 46%.

13

Figura 11 – Gráfico do teor de umidade pelo número de golpes (%)

Fonte: os autores

6.1.4 Limite de Plasticidade

Para determinar o limite de plasticidade, segundo a NBR 7180 (1984), primeiro foi

determinado o teor de umidade médio das cápsulas, e para efeito de cálculo, foram utilizadas

apenas as amostras que estavam em uma margem de 5% do valor médio (a mais ou a menos).

Assim, primeiramente, foi realizado o cálculo com todas as capsulas, conforme tabela

03 abaixo:

Tabela 03: Primeira tentativa LP

𝑊𝑚 =42,05 + 49,20 + 46,31 + 44,44

4= 45,50%

Fonte: os autores

Como o teor de umidade da primeira cápsula está fora da margem de erro aceitável

com relação ao teor médio, essa cápsula foi desconsiderada. Então, foi realizado novamente o

cálculo (tabela 04).

Teor de Umidade Médio

w1 42,05

45,50 w2 49,20

w3 46,31

w4 44,44

14

Tabela 04: Segunda tentativa LP

𝑊𝑚 =49,20 + 46,31 + 44,44

4= 46,65%

Fonte: os autores

Novamente um valor ficou fora da margem aceitável, no caso foi a cápsula 2, então

realizou-se novamente o cálculo (tabela 05).

Tabela 05: Terceira tentativa LP

𝑊𝑚 =46,31 + 44,44

4= 45,38%

Fonte: os autores

Na terceira tentativa, as duas amostras restantes ficaram na margem aceitável. Assim,

o limite de plasticidade, que é o teor de umidade médio das amostras, foi igual a 45,38%.

6.1.4 Índice de Plasticidade

O índice de plasticidade dos solos pode ser obtido utilizando-se a expressão:

𝐼𝑃 = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃, sendo:

IP: Indice de Plasticidade

LL: Limtie de Liquidez

LP: Limite de Plasticidade

Na amostra em questão, o índice de plasticidade foi de 0,62%, sendo um solo não

plástico.

6.2Análise dos Resultados

Após a determinação dos parâmetros granulométricos e de plasticidade é possível

fazer a classificação do solo. Para esse ensaio serão utilizados o sistema de classificação da

AASHTO que divide os solos em 7 grupos: A-1 a A7.


w2 49,20

46,65 w3 46,31

w4 44,44


w3 46,31 45,38

w4 44,44

15

O primeiro passo é definir se o solo é granular ou fino, já que o granular abrange as

classes A1, A2 e A3 e, os solos finos estão nas classes A4, A5, A6 e A7.

Pelo resultado do ensaio de granulometria apenas 0,78 g passaram pela peneira #200,

o que corresponde a 0,16% do total da amostra. Dessa forma, como a porcentagem passante é

≤ 35%, o solo em estudo é considerado granular. Então, ele estará entre as classes A1 e A3.

Também é preciso que estejam definidos o Limite de Plasticidade (LL) e Índice de

Grupo (IG). Os resultados dos ensaios determinam o LL = 46% e o Índice de plasticidade IP =

0,62%. O IG é calculado pela fórmula abaixo:

𝐼𝐺 = (𝑃#200 − 35). [ 0,2 + 0,005. (𝐿𝐿 − 40)] + 0,01 . (𝑃#200 − 15) . (𝐼𝑃 − 10)

𝐼𝐺 = (0,16 − 35). [ 0,2 + 0,005. (46 − 40)] + 0,01 . (0,16 − 15) . (0,62 − 10)

𝐼𝐺 = −6,62

Esse índice possui como regra: se o IG resultar em um valor negativo, é considerado

IG = 0.

Fazendo a Classificação pela tabela abaixo (tabela 06), o solo em análise é definido

como A-2-5.

Tabela 06 – Classificação de materiais de subleito de rodovias

Fonte: (Classificação TRB – AASHTO (DNER, 1996).)

16

O Sistema unificado de classificação dos solos (ASTM) faz a classificação dos solos

pelo conjunto de 2 letras, conforme tabela abaixo (tabela 07).

Tabela 07 – Sistema unificado de classificação do solo

Fonte: (Milton Vargas, "Introdução à Mecânica dos Solo” )

Analisando a tabela é possível se verificar que se trata de um solo grosso, pois 99,84%

a amostra fica retida na peneira #200. É classificado como areia, já que apenas 8,97% fica

retida na peneira #4, ou seja, mais de 50% da fração grossa passa por essa peneira. O 𝐶𝑢 =

3,10 < 6e possui menos de 5% de finos. Dessa forma, o solo recebe a classificação SP, com

as seguintes características:

Permeabilidade quando compactado: Permeável

Resistência ao corte quando compactado e saturado: boa

Compressibilidade quando compactado e saturado: Muito baixa

Trabalhabilidade como material de construção: Razoável

7. CONCLUSÃO

17

Conclui-se que o ensaio foi realizado com sucesso, seguindo toda normatização e

obtendo seu resultado dentro do esperado, após experimento feito seguindo a NBR

6459/1984, foi possível calcular o teor de umidade de cada amostra já que nenhuma precisou

ser desconsiderada, uma vez que todas tiveram golpes acima de 15 e abaixo de 35, assim foi

obtido um Limite de Liquidez de 46% correspondentes a 25 golpes como determina a norma.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459 – Determinação do

Limite de Liquidez dos Solos. 1984

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7180 – Determinação do

Limite de Plasticidade dos Solos. 1984

PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos. São Paulo: Oficina de

Textos, 2006.

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