Universidade Federal de Alagoas – UFAL

Centro de Tecnologia – CTEC

José Roberto Tenório FilhoNathália Pontes Amorim

Relatório de Ensaios em Solos no. 1(infiltração e permeabilidade)

Este relatório de ensaios é parte do sistema de avaliação da disciplina Laboratório de Solos 2

Semestre Letivo: 2014.1Professora Viviane Carrilho

Maceió, 07 de abril de 2014

Conteúdo

1 RESUMO.............................................................................................................................3

2 INTRODUÇÃO...................................................................................................................3

3 IDENTIFICAÇÃO TÁTIL VISUAL...................................................................................5

3.1 OBJETIVO...................................................................................................................5

3.2 MATERIAIS................................................................................................................5

3.3 METODOLOGIA........................................................................................................6

3.4 RESULTADOS............................................................................................................7

4 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA......................................................................................7

4.1 EQUIPAMENTOS E PROCEDIMENTOS.................................................................7

4.2 RESULTADOS EXPERIMENTAIS...........................................................................9

4.2.1 UMIDADE HIGROSCÓPICA.............................................................................9

4.2.2 PENEIRAMENTO GROSSO...............................................................................9

4.2.3 PENEIRAMENTO FINO...................................................................................10

4.3 INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS..................................................................13

5 DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA DOS GRÃOS.......................................14

5.1 EQUIPAMENTOS E PROCEDIMENTOS...............................................................14

5.1.1 APARELHAGEM..............................................................................................14

5.1.2 PROCEDIMENTOS...........................................................................................14

5.2 RESULTADOS EXPERIMENTAIS.........................................................................16

5.3 INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS..................................................................17

1 RESUMO

O solo é um dos materiais mais utilizados em engenharia, uma vez que tem a finalidade de suportar as cargas que são transmitidas por diversas obras. O seu emprego também abrange a utilização em materiais de construção.

Existem diversos tipos de solos com características distintas o que requer a realização de ensaios que promovam uma melhor caracterização dos mesmos, definindo assim o emprego mais adequado para cada finalidade.

Dentro deste contexto, o presente relatório pretende analisar uma série de quatro ensaios para a caracterização de um determinado tipo de solo, a saber: análise tátil visual, separação de amostras, determinação da massa específica dos grãos de solo seco e análise granulométrica (peneiramento fino e peneiramento grosso e sedimentação).

Os ensaios foram realizados nas dependências do Laboratório de Geotecnia com o auxílio do técnico Marcos Wanderley e do professor Amaro Monteiro. Os resultados então obtidos serão apresentados no decorrer deste relatório.

2 INTRODUÇÃO

3 INFILTRAÇÃO – ESTIMATIVA DA CAPACIDADE DE PERCOLAÇÃO DO SOLO (k)

O ensaio foi realizado de acordo com os prescritos da NBR 13969 (ABNT, 1997) com objetivo de determinar o coeficiente de percolação/infiltração do solo (k) para dimensionamento de sumidouros ou valas de infiltração de resíduos/esgotos.

3.1 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

Cronômetro; Trado para abertura de vala com diâmetro de 150 mm; Régua para medição da variação do nível de água; Água em abundância.

3.2 PROCEDIMENTOS

Em momento anterior à aula, executou-se a abertura de uma vala de seção cilíndrica com diâmetro de 150 mm e altura de 205 mm, conforme figuras 1 e 2. Após abertura da vala e retirada do solo realizou-se o preenchimento do espaço com água em abundância até que houvesse a saturação do solo.

Após a saturação, estabeleceu-se o nível da lâmina d’água com altura de 15 cm e observou-se o rebaixamento ocorrido num intervalo de tempo de 30 min. Repetiu-se o

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procedimento três vezes consecutivas para assegurar a real saturação do solo nas paredes e inferior da vala de modo a garantir que os resultados do ensaio não fossem prejudicados.

De posse da médias dos valores de rebaixamento do nível da lâmina d’água obteve-se, através da equação 1, o valor da taxa de percolação média (em min/m) a partir do qual foi possível obter o valor da taxa máxima de aplicação diária para o solo em questão, através de uma interpolação linear de valores indicados na tabela 1.

Tp ¿ΔtΔh

(Equação 1)

Onde, Tp é a taxa de percolação média (dada em min/m; Δt é o intervalo de tempo (dado em minutos); Δh é o rebaixamento do nível da lâmina d’água (em metros).

Tabela 1 - Taxa máxima de aplicação diária em função da taxa de percolação obtida em campo

Taxa de percolaçãomin/m

Taxa máxima de aplicação diária

m3/m2.dia

Taxa de percolação min/m

Taxa máxima de aplicação diária

m3/m2.dia40 ou menos 0,20 400 0,065

80 0,14 600 0,053120 0,12 1200 0,037160 1,10 1400 0,032200 0,09 2400 0,024

Fonte: NBR 13969 (ABNT, 1997)

3.3 RESULTADOS

Na tabela 2 estão dispostos os valores aferidos para o rebaixamento do nível da lâmina d’agua nos referidos intervalos de tempo assim como a taxa de percolação média.

Tabela 2 - Aferições do ensaio e valores calculados para taxa de percolação

IntervaloLeitura inicial

(cm)Leitura final

(cm)Rebaixamento

(cm)Taxa de percolação

(min/m)1 15 8 7 428,572 15 7 8 3753 15 7 8 3754 15 7 8 375

Taxa média* 375

*Calculou-se o valor da taxa média desprezando-se a leitura do primeiro intervalo de tempo, já que nos três intervalos posteriores a leitura permaneceu constante.

A partir do valor de taxa de percolação encontrada, realizou-se uma interpolação linear com os valores de taxa máxima de aplicação diária da tabela 1 para os valores de taxa

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de percolação de 200 e 400 min/m, obtendo-se uma taxa máxima de aplicação diária de 0,068 m³/(m².dia).

4 DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE DE SOLOS ARGILOSOS À CARGA VARIÁVEL –MÉTODO B

O ensaio foi realizado de acordo com os prescritos da NBR 14545 (ABNT, 2000) com objetivo de determinar Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos a carga variável, com água percolando através do solo em regime de escoamento laminar.

4.1 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

Cronômetro; Termômetro; Permeâmetro composto com sistema auxiliar de buretas graduadas com

diâmetros variados; Régua para acompanhamento da variação do nível de água; Molde cilíndrico com dimensões 10 cm x 14 cm (diâmetro x altura) e 78,54 cm²

de área de base (aproximadamente) para alocação da amostra .

4.2 PROCEDIMENTOS

Como a amostra já havia sido preparada em um momento anterior à realização da aula, coube à turma apenas observação da execução do ensaio e aferição das grandezas de interesse. Com o sistema montado (figuras 3 e 4) deu-se início ao ensaio utilizando-se a bureta com diâmetro de 3 mm (seção transversal com 7,06 x 10-2 cm² de área) e uma carga hidráulica inicial de 6,0 cm.

Durante um período de 20 minutos observou-se a variação da carga hidráulica na bureta num intervalo de tempo de 5 min entre cada medição, totalizando quatro aferições. Além disso também foi aferida a temperatura da água no reservatório para posterior correção do coeficiente de permeabilidade.

O coeficiente de permeabilidade foi determinado através da equação 2, e posteriormente corrigido para o valor correspondente à uma temperatura de 20º C através da equação 3 e do gráfico 1.

k= a.HA×Δt

×lnh1

h2

(Equação 2)

Onde,

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k é o coeficiente de permeabilidade, expresso de forma exponencial (base 10), com dois algarismos significativos, em centímetros por segundo (por exemplo: 1,2 x 10-6cm/s);

t – é dado pela diferença entre os instantes t2 e t1, em segundos; h1 – é a carga hidráulica no instante t1, em centímetros; h2 – é a carga hidráulica no instante t2, em centímetros; a – área interna do tubo de carga ou bureta graduada, em cm2; H – altura inicial do corpo de prova, em cm; A – área inicial do corpo de prova, em cm2.

k 20=RT×k (Equação 3)

Onde: k20 – coeficiente de permeabilidade referido à temperatura de 20ºC; RT – relação entre a viscosidade da água na temperatura de ensaio e a

viscosidade da água a 20ºC, obtida da curva seguinte.

Gráfico 1- A relação (RT) entre a viscosidade da água na temperatura de ensaio (µT ) e a viscosidade da água a 20°C (µ20 )

4.3 RESULTADOS

Na tabela 3 estão dispostos os valores aferidos para o rebaixamento do nível da lâmina d’agua nos referidos intervalos de tempo assim como a taxa de percolação média.

Tabela 3 - Aferições do ensaio e valores calculados para taxa de percolação

IntervaloIntervalo de tempo (s)

Altura inicial (cm)

Altura final (cm)

k (cm/s) k20 (cm/s)

6

1 300 6 6,4 2,69 x 10-6 2,34 x 10-6

2 300 6,4 6,8 2,53 x 10-6 2,20 x 10-6

3 300 6,8 7,3 2,96 x 10-6 2,57 x 10-6

4 300 7,3 7,7 2,23 x 10-6 1,94 x 10-6

k20 médio (cm/s)

2,26 x 10-6

5 DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA DOS GRÃOS

5.1 Equipamentos e procedimentos

5.1.1 Aparelhagem

Picnômetro com capacidade de 500cm3; Termômetro graduado em 0,5ºC de 0º a 50ºC; Balança com capacidade máxima superior a 1000g e precisão de 0,1g; Bomba de vácuo para remoção do ar aderente às partículas; Estufa capaz de manter a temperatura entre 105º e 110ºC; Aparelho de dispersão com hélices substituíveis e copo munido de chicanas; Cápsulas e espátulas.

5.1.2 Procedimentos

Inicialmente, aferiu-se a massa do conjunto picnômetro + água e tomou-se o referido valor como Pa;

Colocou-se a amostra em cápsula (60 g de solo passante na peneira nº 10, solo com características de solo siltoso ou argiloso) com água destilada em quantidade suficiente para se obter uma pasta fluida;

Em seguida, dispersou-se a pasta em uma chicana por aproximadamente 15 minutos;

Transferiu-se a amostra para o picnômetro e acrescentou-se água destilada até aproximadamente metade de seu volume, conforme ilustram as Figuras 8 e 9;

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Figura 1 – Dispersor (detalhe da hélice) Figura 2 - Dispersor (detalhe do copo)

Fez-se vácuo no picnômetro durante 15 minutos, no mínimo, para extrair o ar contido na amostra, Figura 10;

Figura 3 - Extração do ar contido no picnômetro

Com o objetivo de verificar se o ar aderente às partículas fora satisfatoriamente removido na operação anterior adicionou-se água destilada até que a base do gargalo fosse atingida e fez-se vácuo novamente para que o ar fosse realmente removido;

Deixou-se em seguida o picnômetro em repouso, até que a temperatura do conteúdo se equilibrasse com a do ambiente;

Enxugou-se a parte externa do picnômetro e a parte interna do gargalo acima do menisco; pesou-se o conjunto picnômetro + solo + solo e tomou-se o referido valor como Pas;

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Figura 4 - Aferição da massa do conjunto picnômetro + solo + água

Determinou-se a temperatura do conteúdo do picnômetro;

Transferiu-se, logo após, o conteúdo do picnômetro para uma cápsula de peso conhecido (395,34 g) que foi levada para a estufa;

5.2 Resultados experimentais

Através dos procedimentos experimentais acima citados foi possível obter os dados dispostos na Tabela 5.

Tabela 4 - Dados para a determinação da massa específica dos grãos do solo

DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA DOS GRÃOS DO SOLOPeso do Picnômetro + água Pa (g)   641,40

Peso do Picnômetro + Solo + Água Pas (g)   672,10

Peso da cápsula + Solo seco (g)   444,73

Peso da cápsula (g)   395,34

Peso do Solo Seco Ps (g)   49,39

Volume de água deslocada = Ps+Pa-Pas Vs (cm3)   18,69

Temperatura de Ensaio: T(oC)   26Massa Específica à temperatura de ensaio

(g/cm3)   2,643

Massa Específica Média (g/cm3)   2,643

A massa específica dos grãos de solo a temperatura ambiente e o volume de água deslocada foram calculados através das equação abaixo.

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δ=Ps

Ps+Pa−Pas×γ a V s=

ΔPaγ a

=P s+Pa−Pas

γa

em que: = massa específica dos grãos de solo, em g/cm³; Vs= volume de sólidos, em cm³;Ps = peso em g do solo seco em estufa a 105ºC-110ºC;Pa = peso em g do picnômetro cheio d'água à temperatura do ensaio;Pas = peso em g do picnômetro mais solo, mais água;a = massa específica da água (g/cm³) à temperatura do ensaio.

5.3 Interpretação de resultados

A análise dos resultados apresentados mostra que o solo ensaiado apresenta uma massa específica próxima à da areia que é aproximadamente igual a 2,6 g/cm³, fato provavelmente justificado pela presença de areia mais material fino no solo ensaiado. Neste caso, os materiais finos atuam no preenchimento dos vazios existentes entre os grãos de areia, aumentado assim a massa seca da amostra.

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