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 - I

DISCIPLINA: MECÂNICA DOS SOLOS EXPERIMENTAL

Granulometria

Professor (a): Veruska Escarião D. Monteiro

Assistente: Netinho

Estagiário de docência: Rômulo Medeiros

Grupo 02: Alysson Kaio de Brito

Andrezza Mircelle Farias de Sá

Rafael Gomes Leite

Wlysses Wagner M. Lins Costa

Campina Grande, Agosto de 2013

ÍNDICE

1.INTRODUÇÃO________________________________________________________

1.1 Justificativa__________________________________________________________

1.2 Objetivos____________________________________________________________

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA____________________________________________

3. METODOLOGIA _____________________________________________________

3.1 Aparelhagem_________________________________________________________

3.2 Execuções do ensaio___________________________________________________

3.2.1 Preparação de amostras_______________________________________________

3.2.2 Operações preliminares_______________________________________________

3.2.3 Sedimentação_______________________________________________________

3.2.4 Peneiramento fino___________________________________________________

3.2.5 Peneiramento grosso_________________________________________________

4. RESULTADOS_______________________________________________________

5. CONCLUSÕES_______________________________________________________

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS______________________________________

GRANULOMETRIA

1. INTRODUÇÃO

1.1.Justificativa

Os solos são encontrados na superfície terrestre em variadas formas.

Composição granulométrica, textura e compactação são algumas de suas características.

O comportamento do solo depende da quantidade relativa de cada uma das três fases

(sólidos, água e ar). De maneira geral a parte sólida dos solos é composta por um grande

número de partículas que possuem diferentes dimensões.

A execução do ensaio tratado no presente relatório evidenciará o processo de

granulometria, em laboratório, usando amostras (deformadas e superficiais) de solo do

município de Boa Vista, na Paraíba.

O conjunto de características de forma, dimensão e arranjo dos elementos

mineralógicos constituintes do solo é denominado com textura. A medida de textura é

feita através da análise granulométrica.

Entende-se por análise granulométrica com sendo o processo que visa definir,

para determinadas faixas pré-estabelecidas de tamanho de grãos, a percentagem em peso

que cada fração possui em relação à massa total da amostra em análise. Este processo

pode ser realizado a partir dos seguintes métodos: por peneiramento, quando temos

solos granulares como as areias e os pedregulhos; por sedimentação, no caso dos solos

argilosos; pela combinação de ambos os processos.

1.2 Objetivos

O objetivo do ensaio é determinar o diâmetro das partículas dos solos e assim

obter as coordenadas que permitam traçar a curva granulométrica.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A diversidade do tamanho dos grãos é enorme. Não se percebe isto num

primeiro contato com o material, simplesmente porque todos são muito pequenos

perante os materiais com os quais se está acostumado a lidar. Mas alguns são

consideravelmente menores do que outros.

Com o objetivo de determinar a curva granulométrica, para o reconhecimento do

tamanho dos grãos de um solo, realiza-se a análise granulométrica, que consiste, em

geral, de duas fases: peneiramento e sedimentação. O peso do material que passa em

cada peneira, referido ao peso seco da amostra, é considerado como a “porcentagem

que passa”, e representado graficamente em função da abertura da peneira, esta em

escala logarítimica. A abertura nominal da peneira é considerada como o “diâmetro” das

partículas. Trata-se, evidentemente, de um diâmetro equivalente, pois as partículas não

são esféricas.

Deste modo a partir do processo em questão, separamos as partículas de um solo

em diversos “diâmetros” e utilizamos como um critério de classificação do mesmo. A

ABNT 6502/95 classifica os solos utilizando um escala granulométrica da seguinte

forma:

FIGURA 1: ESCALAS GRANULOMÉTRICAS

A curva granulométrica permite distinguir tipos de textura diferente, como

indicado nas figuras abaixo:

Curva 1: granulometria contínua

Curva 2: granulometria descontínua

Curva 3: granulometria uniforme

O processo de determinação da composição granulométrica de um solo envolve

três fases:

É necessário que a amostra seja bem representativa

Obter a dispersão das partículas da amostra de forma a conseguir a

individualização das suas partículas;

Determinar a porcentagem das partículas com dimensões entre limites

determinados.

Na prática da engenharia geotécnica, os resultados das análises granulométricas

dos solos são importantes na solução de várias situações como na seleção de material

para aterro visando que os solos empregados na construção de aterros e barragens de

terra devem estar dentro de determinados limites, definidos pela curva de distribuição

granulométrica. Tanto como na escolha de materiais para pavimentos rodoviários onde

cada camada de um pavimento rodoviário ou de aeroportos deve atender a uma

granulometria especificada para que se obtenha uma fundação mecanicamente estável.

Existem especificações bastante limitantes para o solo empregado como material

de construção em termos de propriedades índices (as propriedades físicas mais

imediatas – granulometria ou textura, plasticidade e atividade da fração argila),

propriedades de estado do solo na natureza (compacidade, consistência e estrutura) e

propriedades de engenharia (resistência, deformabilidade, erodibilidade, durabilidade,

permeabilidade, compressibilidade, etc). Quando uma ou mais dessas propriedades não

são satisfeitas, uma das soluções possíveis é a estabilização granulométrica, que

consiste na mistura de dois ou mais solos, de forma íntima e sua posterior compactação.

3. METODOLOGIA

3.1 Aparelhagem

Estufa capaz de manter a temperatura entre 60º C e 65º C e entre 105ºC e 110ºC;

Balanças que permitam pesar nominalmente 200 g, 1,5 kg, 5 kg e 10 kg, com

resoluções de 0,01g, 0,1g, 0,5g e 1g, respectivamente, e sensibilidades

compatíveis;

Recipientes adequados, tais como dessecadores, que permitam esfriar amostras

sem absorção de umidade;

Aparelho de dispersão, com hélices substituíveis e copo munido de chicanas (a

rotação da hélice do aparelho não deverá ser inferior a 9.000 rpm);

Proveta de vidro, com cerca de 450 mm de altura, com traço de referência

indicando 1.000 cm³ a 20º C; Proveta de vidro, c/ capacidade de 250 cm³ e

resolução de 2 cm³

Densímetro de bulbo simétrico, calibrado a 20ºC com resolução de 0,001,

graduado de 0,995 a 1,050;

Termômetro graduado de 0ºC a 50ºC, com resolução 0,1º C;

Relógio com indicação de segundos;

Béquer de vidro, com capacidade de 250 cm³;

Tanque para banho, com dimensões adequadas à imersão das provetas até o

traço de referência, capaz de manter a temperatura da suspensão

aproximadamente constante durante a fase de sedimentação. Este banho é

dispensável quando o ensaio for efetuado em ambiente com temperatura

aproximadamente constante;

Peneiras de 50, 38, 25, 19, 9.5, 4.8, 2.0, 1,2, 0.6, 0.42, 0.25.0.15 e 0,075 mm, de

acordo com a NBR 5734;

Escova com cerdas metálicas;

Estufa;

3.2 Execução dos ensaios

Para a realização do experimento em questão (determinação da análise

granulométrica) foi consultado NBR 7181/ DEZ 1984 que descreve o mesmo. Deste

modo se faz necessário a consulta das normas; NBR 5734 – Peneiras para ensaios –

Especificação; NBR 6457/ AGO 1986 – Amostras de solo – Preparação para ensaios de

compactação e ensaios de caracterização – Métodos de ensaio; NBR 6508 – Grãos de

solos que passam na peneira de 4,8 mm – determinação da massa específica - Método

de ensaio

3.2.1 Preparação da amostra

Tomando como base a NBR 6457 retirou-se 1000 g de amostra de solo

preparada com secagem prévia.

3.2.2. Operações preliminares

Anotou-se como Mt a massa da amostra seca ao ar, que neste caso Mt = 1000 g.

Em seguida passou-se este material na peneira de 2,0 mm, tomando-se precauções em

desmanchar no almofariz todos os torrões eventualmente ainda existente. O material

retido nesta peneira foi lavado a fim de eliminar o material fino e em seguida seco em

estufa a 105°/110° c, até constância de massa. Este material obtido será usado no

peneiramento grosso.

Do material que passou na peneira 2,0 mm, foi tomado 100 g para o

peneiramento fino (amostra parcial) e 100 g para o ensaio de sedimentação, e 100 g que

foram colocadas em duas cápsulas (especificadas na tabela 1) para a determinação da

umidade higroscópica.

Em seguida a amostra parcial foi lavada na peneira 0, 074 mm, o que ficou

retido nesta, foi levado a estufa onde ficou na mesma por 24 horas à uma temperatura de

105° à 110°c.

3.2.3. Sedimentação

Preparou-se uma solução concentrada, chamada defloculante, composto por:

45,7 g de hexametafosfato de sódio (NaPO3) + 10 g de carbonato de sódio (Na2Cl3).

Colocou-se em uma proveta aproximadamente 600 ml d’água destilada com 45,7 g de

hexametafosfato de sódio, deixando-os homogêneo, e completando com água destilada

até chegar a um volume de 1000 ml. Desta solução foi retirado 125 ml, e completado até

chegar 1000 ml (125 + 875). O objetivo desta mistura é determinar a variação de

temperatura em função da densidade do defloculante.

Para determinar a correção do menisco. Tomou-se certa quantidade d’água

destilada e colocou-se numa proveta, em seguida mergulhando o densímetro na mesma.

Colocou-se então 125 ml de solução (defloculante) com 100 g do material em um

béquer deixando o mesmo em repouso por no mínimo 12 horas (no caso do experimento

realizado no laboratório este tempo foi reduzido devido a restrição de tempo para a

realização do ensaio), antes que se iniciou o ensaio.

Calibração do densímetro

Faz-se a calibração do densímetro visando corrigi-lo quanto aos efeitos devido à:

variação da temperatura, defloculante e menisco. A correção devida ao menisco é feita

tendo em vista a impossibilidade de fazerem-se leituras no densímetro no nível de

repouso da dispersão em virtude de ser a mesma curva. Logo, o recurso é fazer a leitura

pelo nível superior do menisco e subtrair a altura do menisco previamente determinada

com água límpida. A correção devido ao defloculante é feita em consequência do

mesmo aumentar a altura do menisco.

Densímetro Nº 01 Unidade

Massa do densímetro Pd g 47,39

Leitura inferior da escala Li cm 1,050

Altura do bulbo h cm 13,6

Parte superior do bulbo d1 cm 2,5

Distância entre as leituras extremas H cm 9,4

Tabela 6.1: Calibração do densímetro

O volume do bulbo é calculado através da seguinte expressão:

Sendo assim:

Para o cálculo do diâmetro das partículas é necessário a altura de queda das

partículas.. Será mostrado o cálculo de Zs e Zi (distâncias do traço principal da

Li

PdVB

313,45050,1

30,47cmVV BB

graduação ao centro do volume do densímetro) que são os pontos necessários para a

construção do gráfico da altura de queda versus a leitura do densímetro:

Calibração da proveta

A área média da proveta é obtida pela seguinte expressão:

Cálculo da Correção de Imersão

A correção de imersão do densímetro será calculada através da seguinte fórmula:

Sendo assim:

Através dos cálculos realizados anteriormente construir-se uma curva de

variação da altura α e α’ de queda das partículas em relação à leitura do densímetro.

Provetas Nº 05

Volume de referência VR 1000 cm3

Leitura correspondente Lc 36,2cm

Área Média A 27,62 cm2

cmZh

dHZ SS 7,182

'

Lc

VrA

A

Vcorreção B

2

82,0~

6,272

13,45 oacorreç

xcorreção

Em seguida esta amostra foi colocada em um dispersor durante 15 minutos, para

que ocorresse a desagregação das partículas. Transferiu então, após os 15 minutos esta

amostra para uma proveta completando a mesma até 1000 ml. O mesmo foi agitado

durante 1 minuto.

Inicia-se o ensaio introduzindo o densímetro, fazendo-se leituras para cada

tempo determinado, anotou-se na tabela 1 os valores correspondentes.

Lembrando que as três primeiras leituras são realizadas sem retirar o densímetro da

proveta. As demais são feitas colocando e retirando o densímetro, tendo cuidado de

introduzi-lo de 15 a 20 segundos antes da realização da leitura.

3.2.4 Peneiramento fino

O peneiramento fino foi realizado utilizando-se cerca de 100g de solo que

consegue passar na #10 (2,00mm), no momento da preparação da amostra, seguindo-se

o seguinte procedimento experimental:

Colocou-se o material na #200 (0,075mm), lavando-o e em seguida colocando-o

na estufa, à uma temperatura de 105° a 110°C. Juntou-se e empilhou as peneiras de

aberturas compreendidas entre as peneiras#10 (2,00mm) e #200 (0,075mm), colocando

o material seco no conjunto de peneiras e agitando o conjunto manualmente, tomando-

se todos os cuidados descritos para o caso do peneiramento grosso. Pesa-se a fração de

solo retida em cada peneira.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0,99 1 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06

ESC

ALA

NO

DEN

IMET

RO

ALTURA DE QUEDA

Reta sem Correção

Reta com Calibração

Linear (Reta sem Correção)

Linear (Reta com Calibração)

3.2.5 Peneiramento grosso

O peneiramento grosso foi realizado utilizando-se 1000g de solo que ficou retida

na peneira #10 (2,00mm), no momento da preparação da amostra, seguindo-se o

seguinte procedimento experimental:

Lava-se o material que ficou retido na peneira #10 colocando-o em seguida na

estufa, à uma temperatura de 105° a 110°C. As peneiras de aberturas maiores e igual a

#10 são colocadas uma sobre as outra com as aberturas das malhas crescendo de baixo

para cima. Embaixo da peneira de menor abertura (#10) foi colocado o prato que

recolheu os grãos que por ela passarão. Em cima da peneira de maior abertura colocou-

se a tampa para que se evite a perda de partículas no início do processo de vibração. O

conjunto de peneiras assim montado foi agitado manualmente. Pesou-se a fração de solo

retida em cada peneira, até chegar à #10 (2,00mm).

4. Resultados

Mi Massa do material retido acumulado em cada peneira (g)

L Leitura do densímetro na suspensão

Ld Leitura do densímetro no meio dispersor na temperatura do ensaio

Massa específica dos grãos de solo ( < 4,8 mm).(g/cm³)

Massa específica da água na temperatura de calibração do densímetro

(20ºC).(g/cm³)

Massa específica do meio dispersor à temperatura do ensaio (g/cm³)

Viscosidade do meio dispersor na temperatura do ensaio (g.s/cm²)

D Diâmetro máximo das partículas (mm)

T Tempo de sedimentação em segundos (s)

Z Altura de queda das partículas (resolução 0,1 cm) correspondente à leitura

do densímetro (cm)

V Volume da suspensão (cm³)

N Percentagem de material que passa na peneira n°10 (#2,0mm)

Tabela 1: Granulometria - Resultados UMIDADE HIGROSCÓPICA UMIDADE HIGROSCÓPICA RESUMO DA GRANULOMETRIA

CÁPSULA TARA PBU PBS PSS PA H% PEDREGULHO (ACIMA DE

4,8 MM) 0,57 %

08 17,64 38,38 38,12 30,48 0,26 1,27 AREIA GROSSA (0,84 – 4,8

MM) 24,72 %

17 18,10 41,95 41,77 33,67 0,18 0,76 AREIA MÉDIA (0,25 – 0,84

MM) 24,72 %

DADOS DA AMOSTRA MÉDIA h% 1,01 AREIA FINA (0,05 – 0,25 MM)

22,31 %

MASSA DA AMOSTRA SECA AO AR –

MT(G) 1000

SILTE + ARGILA (< 0,05 MM)

28,79%%

MASSA TOTAL DA AMOSTRA SECA –

MS(G) 991,90

RETIDO ENTRE 2,0 E 0,074

MM %

MASSA DO MATERIAL SECO, RETIDO

NA # 2,0 MM – MG(G) 190,28

ARGILA: MENOR QUE 0,005

MM %

MASSA ÚMIDA DO SOLO DO

PENEIRAMENTO FINO OU

SEDIMENTAÇÃO – MH

100 UMIDADE MENORES QUE

2,0 MM: 1,01%

PERCENTAGEM DE SOLO QUE PASSA

NA #2,0MM – N (%) 80,82

DENSIDADE REAL DO SOLO

- - 2.71 g/cm³

PENEIRAMENTO

PENEIRAMENTO DA AMOSTRA TOTAL PENEIRAMENTO DA AMOSTRA PARCIAL

ABERTUR

A MATERIAL RETIDO

% QUE

PASSA DA ABERTURA MATERIAL RETIDO

% QUE

PASSA DA

(MM) MASSA (G) 1,MI (G) AMOSTRA

TOTAL (QG) (MM) MASSA(G) MI (G)

AMOSTRA

TOTAL (QF)

50 1,2 3,55 3,55 77,92

38 0,84 3,93 7,48 74,71

25,4 0,42 17,52 25,0 60,41

19,1 0,25 11,41 36,41 51,10

9,5 0,15 18,04 54,45 36,37

4,8 5,66 99,43 0,074 9,28 63,73 28,79

2,0 184,62 80,82

SEDIMENTAÇÃO

DATA HORA TEMPO

(MIN) LEITURA

TEMPERA

TURA LD Z (CM)

DIÂMETR

O

%

AMOSTRA

TOTAL

(QS)

0,5 1,016 24 º 1,003 15,6 0,072 16,79

1,0 1,015 24 º 1,003 15,8 0,051 15,50

2,0 1,014 24 º 1,003 16,0 0,036 14,21

4,0 1,013 24 º 1,003 15,4 0,025 12,91

8,0 1,013 24 º 1,003 15,4 0,018 12,91

15,0 1,012 24 º 1,003 15,6 0,013 11,62

30,0 1,011 24 º 1,003 15,8 0,0093 10,33

5. CONCLUSÕES

Conclui-se que a amostra de solo coletada no município de Boa Vista – PB

possui uma granulometria bem distribuída, favorecendo para o processo de

compactação. A Tabela 02 representa o resumo da granulometria do solo em estudo.

Tabela 02: Resumo granulométrico do solo em estudo

Resumo da Granulometria

Pedregulho (acima de 4,8 mm) 0,57 %

Areia Grossa (0,84 – 4,8 mm) 24,72 %

Areia Média (0,25 – 0,84 mm) 24,61 %

Areia Fina (0,05 – 0,25 mm) 22,31 %

Silte + Argila (< 0,05 mm) 28,79%

Umidade menores que 2,0 mm - 1,01 %

Densidade Real do Solo - - 2,71 g/cm³

De acordo com a curva granulométrica obtida, representada pelo gráfico 02, o

solo é classificado como bem graduado, pois possui uma distribuição continua dos

diâmetros equivalentes em uma ampla faixa de tamanho de partícula.

Gráfico 02: Curva granulométrica

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,01 0,1 1 10 100

6. Referências Bibliográficas

NBR 5734 – Peneiras para ensaios – Especificação.

NBR 6457/ AGO 1986 – Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e

ensaios.

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

NBR 7581/ AGO 1986 – Determinação da massa específica “in situ” com utilização do

frasco de areia.

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

– São Paulo: Oficina de textos, 2006.

Ortigão, J.R.A. Introdução a mecânica dos Solos dos Estados Críticos/ 3ª Edição –

2007

LUCENA, Adriano Elísio de F. Lucena. Aula Nº 07 da disciplina de Mecânica dos

Solos – UFCG – Campina Grande: Dezembro, 2012.