Mecânica dos Solo - Apostilas - Engenharia Civil, Notas de estudo de Engenharia Civil. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Luiz_Felipe
Luiz_Felipe4 de Março de 2013

Mecânica dos Solo - Apostilas - Engenharia Civil, Notas de estudo de Engenharia Civil. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia civil sobre o estudo da determinação do teor de umidade que está entre os limites dos estados líquidos e plásticos do solo.
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Laboratório 2

- Limite de Liquidez;

- Limite de Plasticidade;

- Permeâmetro de Carga Constante;

- Permeâmetro de Carga Variável;

Limite de Liquidez (LL)

Objetivo: Determinar o teor de umidade que está entre os limites dos estados líquidos e plásticos do solo.

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Norma Técnica: NBR –30 NBR 6459

Equipamentos: Aparelho de Casagrande

Cinzel chato ou curvo padronizado

Espátula alumínio

Recipiente de porcelana

Bisnaga de borracha

Balança

Peneira n° 40

Pinça tipo tesoura

Cápsula pequena de alumínio

Estufa convencional

Procedimento:

• Secar ao ar livre cerca de 1,5 Kg de solo.

• Abandonar a fração retida na peneira n° 10 (2,0 mm ), que corresponde a areia grossa e pedregulho.

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• Destorroar o restante, utilizando o almofariz e a mão de gral, numa determinada quantidade que, após passar na peneira n° 40 (0,42 mm), resulte numa massa de cerca de 200g. Ou seja, a parte da amostra de solo efetivamente utilizada no ensaio corresponde às frações argila, silte e areia fina.

• Separar então cerca de 150g para o ensaio (o restante, 50g, será utilizado na determinação do limite de plasticidade).

• Para a determinação do limite de liquidez, tem-se a seguinte seqüência:

• Colocar a 150g da amostra na cápsula de porcelana.

• Adicionar pequena quantidade de água vagarosamente, com a bisnaga de borracha, procurando-se homogeneíza pasta com a espátula.

• Transferir uma porção dessa pasta para a concha do aparelho de Casagrande, utilizando-se a espátula.

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• Arrasar a superfície da pasta dentro da concha, de forma que na parte central sua espessura seja de aproximadamente 1 cm.

• Dividir a pasta ao meio, com cinzel apropriado e padronizado (chato para solos muito plástico e curvo para solos pouco plásticos), de forma que seja aberto um sulco trapezoidal (2,0 mm na parte inferior) e normal à articulação da concha.

• Golpear a concha contra a base do aparelho (normalmente de ebonite), girando a manivela na freqüência de 2 volta por minuto.

• Cessar o movimento da manivela quando as bordas inferiores do sulco se unirem em cerca de 1 cm de comprimento.

• Anotar o número de golpes ( N ) ocorridos.

• Retirar uma porção do solo (pasta) em local próximo à união do sulco, para secagem em estufa e posterior determinação do teor de umidade (W).

• Repor o restante da pasta da concha na cápsula de porcelana e limpar cuidadosamente a concha do aparelho de Casagrande.

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• Adicionar um pouco mais de água na pasta contida na cápsula, homogeneizando-a com espátula.

• Repetir todo o procedimento descrito por mais 4 vezes, de modo que sejam obtidos 5 pares de valores (W,N). De vê-se observar que o número de golpes obtidos deve estar entre 50 (1° par) e 15 (5° par).

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[pic]

[pic]

|Limite de Liquidez |

|Número de Golpes |41 |26 |19 |11 |

|Recipiente número |P-2 |P-4 |P-6 |P-8 |

|Peso Bruto Úmido (g) |14,97 |16,42 |15,47 |16,12 |

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|Peso Bruto Seco (g) |12,88 |13,88 |12,97 |12,82 |

|Tara (g) |10,16 |10,77 |10,13 |9,32 |

|Peso D´água (g) |2,09 |2,54 |2,50 |3,30 |

|Peso Solo Seco (g) |2,72 |3,11 |2,84 |3,50 |

|Teor de Umidade (%) |76,84 |81,67 |88,03 |94,29 |

| | | | | |

| |Resultados |

| | |L.L. = 84,00 % |

| | |L.P. = 35,27 % |

| | |I.P = 48,73 % |

| | | |

| | | |

| | | |

[pic]

Limite de Plasticidade (LP)

Objetivo: Determinar o Teor de umidade que se situa no limite entre os estado plásticos e semi-sólido.

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Norma Técnica: NBR 7180

Equipamentos: Placa de vidro esmerilhado

Gabarito cilíndrico com diâmetro se 3,0 mm

Bisnaga de Borracha

Cápsula de porcelana de 500 ml

Estufa convencional

Cápsula pequena de alumínio

Balança

Espátula de alumínio

Peneira n°40

Pinça tipo tesoura

Procedimento:

• Colocar a amostra ( 50 g ) na cápsula de porcelana.(figura 1)

• Adicionar pequena quantidade de água vagarosamente, com a seringa de borracha, procurando-se homogeneizar a pasta com a espátula. (figura 2)

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• Observa-se que a pasta deve conter uma quantidade de água semelhante aquela do inicio do ensaio de determinação do limite de liquidez (umidade correspondente a cerca de 50 golpes).

• Retirar a pasta da cápsula e espalhá-la, com o auxilio da espátula, sobre um dos cantos da placa de vidro esmerilhado. (figura 3)

• Golpear a pasta com lâmina da espátula deitada várias vezes, até que a pasta do solo tenha cerca de 5,0 mm de espessura. (figura 4)

• Aparar as arestas da parta achatada, de forma que tenham 6 x 8 de dimensões horizontais.(figura 5)

• Cortar uma fatia de 5,0 mm de largura ao longo da menor dimensão.

• Rolar essa fatia, com as pontas dos dedos, sobre a placa de vidro. No início, rolar lentamente até adquirir uma formação cilíndrica (bastonete) e a seguir mais rapidamente.

• Prosseguir com essa operação até que o bastonete atinja um diâmetro de 3,00mm (utilizar o gabarito cilíndrico).

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• Se nessa etapa o bastonete apresentar pequenas trincas ou rachaduras, retirar uma porção dele para determinação do teor de umidade, através de secagem em estufa.

• Se o bastonete atingir 3,0mm de diâmetro sem apresentar trincas, misturá-lo com a pasta restante, homogeneizá-la e repetir as operações anteriores até que o bastonete trinque ao atingir 3,0mm de diâmetro. Ou seja, o teor de umidade estava elevado e com a repetição das operações a umidade do solo vai diminuindo.

• Se o bastonete apresentar trincas com diâmetro maior que 3,0mm. O teor de umidade está muito baixo: acrescentar água à pasta e reiniciar a seqüência do ensaio.

• O teor de umidade correspondente ao aparecimento de trincas quando o bastonete atinge 3,0mm de diâmetro é o limite de plasticidade do solo (LP). Devem ser realizadas 3 determinações e o LP corresponderá ao valor médio entre elas.

[pic]

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|Ensaio de Limite de Plasticidade |

|Cápsulas números |P-3 |P-5 |P-9 |

|Peso bruto úmido (g) |13,48 |12,87 |13,53 |

|Peso bruto seco (g) |13,30 |12,66 |13,30 |

|Tara da cápsula (g) |12,80 |12,05 |12,65 |

|Peso da água (g) |0,18 |0,21 |0,23 |

|Peso do solo seco (g) |0,50 |0,61 |0,65 |

|Teor de umidade (%) |36,00 |34,43 |35,38 |

|Média (%) |35,27 |

|Limite de Plasticidade (%) | |

| |35,27 |

| | |

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IP = LL - LP

IP = 84,00 - 35,27

IP = 48,73 %

Permeâmetro de Carga Constante

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Objetivo: Determinar o coeficiente de permeabilidade (K) do solo ensaiado no permeâmetro de carga constante.

Equipamentos:

- Cronômetro;

- Permeâmetro de carga constante;

- Proveta graduada;

Procedimento:

Acionar o cronômetro para a medição da vazão de água a cada 100ml totalizando três medições e obter a média de tempo medida.

Tendo o tempo médio e as alturas anotadas, basta calcular o K com auxílio das fórmulas.

Os permeâmetros de carga constante são aparelhos no qual as amostras são submetidas a uma carga hidráulica constante conforme esquema abaixo:

[pic]

O permeâmetro de carga constante é empregado geralmente para solos granulares (arenosos) e o coeficiente k é determinado medindo-se a quantidade de água, mantida a nível constante, que atravessam em um determinado tempo t uma amostra de solo de seção A e altura L conhecidas.

A quantidade de água que atravessa a amostra é recolhida em um recipiente graduado, onde é medida: seja Q essa quantidade.

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Conhecidas a vazão e as características geométricas, o coeficiente de permeabilidade é calculado diretamente pela lei de Darcy:

K = Q/ i.A

- Dados coletados em laboratório:

DR = 106 cm;

Diâmetro = 15 cm;

Altura = 12 cm;

Medição para cada 100ml:

| |Tempo (s) |

|Medições |1ª |2ª |3ª |

| |11,46 |10,48 |10,98 |

| | | | |

|Média (s) |10,97 |

Portanto, t =10,97s;

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- Determinação do “K”:

100 ml = 100 cm³

Q = 100 / 10,97 = 9,12 cm³/s

i= H/L;

i= 106 / 12 = 8,83;

A= (πx15²) / 4 = 176,71 cm²;

Portanto, K = 9,12 / (8,83 x 176,71);

K = 5,86x10¯³ cm/s;

Permeâmetro de Carga Variável

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Objetivo: Determinar o coeficiente de permeabilidade (K) do solo ensaiado no permeâmetro de carga variável.

Quando o coeficiente de permeabilidade é muito baixo, a determinação pelo

permeâmetro de carga constante não é tão precisa. Então usa-se o permeâmetro de carga variável.

Um arranjo típico para o ensaio de permeabilidade com carga variável é mostrado na figura a seguir:

[pic]

A água de um piezômetro flui através do solo. A diferença de carga inicial h1

no tempo t = 0 é registrada e deixa-se a água fluir através da amostra de solo de

modo que a diferença de carga final no tempo t = t2 é h2.

A fórmula para se determinar o K é a seguinte:

[pic]

Os permeâmetros de carga variável são usados principalmente para a

determinação do coeficiente de permeabilidade de amostras de solo argiloso, as

quais, sendo praticamente impermeáveis, são atravessadas por quantidades de

água muito pequenas, durante o ensaio.

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Ambos os ensaios (permeâmetros de carga constante ou variável), podem ser realizadas com amostras moldadas no laboratório (amolgadas ou compactadas) nas condições em que se deseja, ou com amostras indeformadas cuidadosamente do terreno natural, de forma a conservar não só seu índice de vazios e umidade natural, como também sua estrutura.

No caso das areias sua estrutura granular é simples e depende somente da

densidade dos grãos, o caminho mais adequado para se determinar a permeabilidade é de se ensaiar amostras moldadas em laboratório, sob diversos índices de vazios.

- Dados coletados em laboratório:

H inicial = 16 cm;

H 2 min = 49,4 cm (2 min = 120 s);

H amostra = 15 cm;

Diâmetro amostra = 10 cm;

Diâmetro piezômetro = 3 cm;

- Determinação do “K”:

a= (πx3²) / 4 = 7,07 cm²;

A = (πx10²) / 4 = 78,54 cm²;

K = 2,3 x ( (a x L)/ (A x t) ) x log (hi/hf)

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K = 2,3 x ( (7,07 x 15) / (78,54 x 120) ) x log (49,4 / 16)

K = 12,67 x 10¯³ cm/s;

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