Notas de aula prática de Mecânica dos Solos I (parte 1)

Transcrição

1 1 Notas de aula prática de Mecânica dos Solos I (parte 1) Hélio Marcos Fernandes Viana Tema: Visita ao laboratório de Mecânica dos Solos (ou Geotecnia) - Apresentação das normas e equipamentos utilizados nos ensaios das aulas práticas da disciplina Mecânica dos Solos I Conteúdo da aula prática 1 Norma e equipamentos para preparação de amostras de solo para ensaios de caracterização e compactação 2 Ensaio limite de plasticidade do solo (LP), norma e equipamentos 3 Ensaio limite de liquidez (LL), norma e equipamentos 4 Ensaio massa (peso) específica dos sólidos, norma e equipamentos 5 Ensaio de análise granulométrica, norma e equipamentos 6 Ensaio de peso específico natural do solo, normas e equipamentos 7 Ensaio de compactação, norma e equipamentos 8 Ensaio CBR (California Bearing Ratio) ou Índice de Suporte Califórnia (ISC) com mediada de expansão, normas e equipamentos 9 Ensaios para determinação do coeficiente de permeabilidade dos solos, normas e equipamentos

2 2 Nesta aula é apresentado o laboratório de Mecânica dos Solos, as normas e os equipamentos e necessários para realização dos ensaios das aulas práticas da matéria Mecânica dos Solos I. 1 Norma e equipamentos para preparação de amostras de solo para ensaios de caracterização e compactação Os ensaios que visam à classificação do solo como material de construção são designados de ensaios de caracterização, os quais são: Limite de liquidez (LL), limite de plasticidade (LP), massa (peso) específica dos sólidos e análise granulométrica. Para realização dos ensaios de caracterização do solo, previamente, é necessário à norma NBR 6457 (1986) da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), intitulada: Amostras de solo - preparação para ensaios de compactação e caracterização. Ainda, para preparação dos materiais para os ensaios laboratoriais de caracterização é necessária a seguinte aparelhagem: a) Almofariz e mão de gral recoberta de borracha; b) Repartidor de amostras; c) Balanças que permitam pesar nominalmente 1,5 kg, 10 kg e 20 kg, com resoluções de 0,1 g, 1 g e 5 g, respectivamente; d) Peneiras de 76,2; 50,8; 19,1; 4,8; 2,0 e 0,42 mm; e e) Bandejas metálicas. 2 Ensaio limite de plasticidade do solo (LP), norma e equipamentos A norma utilizada para o ensaio é a NBR 7180 (1984) da ABNT, intitulada: Solo - determinação do limite de plasticidade. Os principais equipamentos utilizados no ensaio de limite de plasticidade são: a) Estufa com termostato regulador (temperatura entre 105 e C); b) Cápsula de porcelana com aproximadamente 120 mm de diâmetro; c) Espátula de lâmina flexível, com aproximadamente 80 mm de comprimento e 20 mm de largura; d) Recipiente, tais como pares de vidros de relógio com grampo, que evitem perda de umidade da amostra; e) Balança que permita pesar 200 g, com resolução de 0,01 g; f) Placa de vidro com face esmerilhada, com cerca de 30 cm de lado; g) Gabarito cilíndrico de comparação, com 3 mm de diâmetro com cerca de 100 mm de comprimento; e h) 5 cápsulas de alumínio pequena, aproximadamente 3 cm de diâmetro, para determinação de umidade. 3 Ensaio limite de liquidez (LL), norma e equipamentos A norma utilizada para o ensaio é a NBR 6459 (1984) da ABNT, intitulada: Solo - determinação do limite de liquidez. Os principais equipamentos utilizados no ensaio de limite de plasticidade são: a) Estufa com termostato regulador (temperatura entre 105 e C); b) Cápsula de porcelana com aproximadamente 120 mm de diâmetro; c) Espátula de lâmina flexível com aproximadamente 80 mm de comprimento e 20 mm de largura; d) Aparelho de Casagrande para realização de ensaio LL completo, com cinzel de ranhura, e gabarito para verificação da altura de queda da concha; e) Recipiente, tais como pares de vidros de relógio com grampo, que evitem perda de umidade da amostra; g) Balança que permita pesar nominalmente 200 g, com resolução de 0,01 g; h) Esfera de aço de 8 mm; e i) 7 cápsulas de alumínio pequena, aproximadamente 3 cm de diâmetro, para determinação de umidade.

3 3 4 Ensaio peso específico dos sólidos, norma e equipamentos A norma utilizada para o ensaio é a NBR 6508 (1984) da ABNT, intitulada: Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm - determinação da massa específica. Os principais equipamentos utilizados no ensaio de peso específica dos sólidos são: a) Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 e C; b) Aparelho dispersor, com hélices metálicas substituíveis e copo munido de chicanas metálicas. c) Picnômetro 500 cm 3, devidamente calibrado a 20 0 C; d) Bomba de vácuo com registros, vacuômetro e conexões, capaz de aplicar um vácuo de 88 kpa (66 cm de Hg a 0 0 C), para remoção do ar aderente as partículas de solo; e) Termômetro, graduado em 0,1 0 C, de 0 a 50 0 C; f) Balança que permita pesar nominalmente até 1,5 kg, com resolução de 0,01 g; g) Funil de vidro; h) Bureta com diâmetro que passe pelo gargalo do picnômetro; i) Conta-gotas; j) Cronômetro; l) 2 béqueres com capacidade de 250 cm 3 ; e m) Toalha de mão para secar eventuais partículas de água na superfície externa do picnômetro. 5 Ensaio de análise granulométrica, norma e equipamentos A norma utilizada para o ensaio é a NBR 7181 (1984) da ABNT, intitulada: Solo - análise granulométrica. Os principais equipamentos utilizados no ensaio de análise granulométrica são: a) Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 e 110 o C; b) Balanças que permitam pesar nominalmente 200 g, 1,5 g, 5 kg e 10 kg, com resoluções de 0,01 g, 0,1 g, 0,5 g e 1 g respectivamente; c) Recipientes adequados, tais como dessecadores, que permitam guardar amostras sem variação de umidade. A pratica tem demonstrado que sacos plásticos podem desempenhar esta função; d) Aparelho dispersor, com hélices substituíveis e copo munido de chicanas; a rotação da hélice do aparelho não deve ser inferior a 9000 rpm; e) Proveta de vidro, com cerca de 450 mm (45 cm) de altura e 65 mm (6,5 cm) de diâmetro, com traço de referência indicando 1000 cm 3 ou 1000 ml a 20 0 C; f) Densímetro de bulbo simétrico, calibrado a 20 0 C e com resolução de 0,001, graduado de 0,995 a 1,050; g) Termômetro graduado em 0,1 0 C, de 0 0 a 50 0 C; h) Cronômetro com indicação de segundos; i) Beque de vidro, com capacidade de 250 cm 3 ; j) Proveta de vidro, com capacidade de 250 cm 3 e resolução de 2 cm 3 ; k) Tanque de 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; l) 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; e ainda o fundo final para peneiras; m) Agitador mecânico de peneiras, com dispositivo para fixação de até seis peneiras, inclusive tampa e fundo; o) Baqueta (ou vareta) de vidro; p) Bisnaga (para esguichar água destilada nas partículas presas ao copo do dispersor); q) Funil de vidro; e r) Destilador de água.

4 4 6 Ensaio de peso específico natural do solo, normas e equipamentos A determinação do peso específico natural do solo pode ser feita com base nos seguintes métodos: i) NOGUEIRA 2001 Mecânica dos solos - Ensaios de laboratório. Equipamento utilizado no ensaio: Paquímetro; Espátula; Estilete; e Balança que permita pesar nominalmente até 1,5 kg, com resolução de 0,01 g. OBS. NOGUEIRA, J. B. Mecânica dos solos - Ensaios de laboratório. São Carlos-SP: Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo. 2001, 248p. ii) NBR 9813 (1987) Determinação da massa específica aparente in situ, com emprego do cilindro de cravação. Equipamento utilizado no ensaio: a) Equipamento de cravação: cilindro de cravação, haste guia e soquete de cravação; b) Balanças que permitam pesar nominalmente 1,5 kg e 10 kg, com resolução de 0,1 g e 1 g respectivamente; c) Recipiente para acondicionar o cilindro de cravação e a amostra sem perda de umidade (Por exemplo: Plástico filme e saco plásticos); d) Pá e picareta; e) Régua de aço biselada de 30 cm; f) Espátulas de aço de 2 cm (largura) x 10 cm (comprimento), e de 10 cm (largura) x 12 cm (comprimento); e g) Extrator do corpo de prova. iii) DNER 092 (1984) Solo - Determinação da massa específica aparente in situ, com o emprego do frasco de areia. Equipamento utilizado no ensaio: a) Frasco de plástico, com 3,5 litros, dotado de gargalo rosqueado e funil provido de registro e de rosca; b) Bandeja de alumínio com cerca de 30 cm de lado, com orifício circular no centro, destinado a apoiar o funil do frasco que contem areia; c) Pá; d) Balança com capacidade de 10 kg, com resolução1 g; e) Talhadeira de aço com 30 cm de comprimento; f) Martelo de 1 kg; g) Recipiente que permita guardar a amostra sem perda de umidade, antes da sua pesagem; h) Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 e 110 o C; e i) Balança com capacidade de 1 kg, com resolução de 0,1 g. 7 Ensaio de compactação, norma e equipamentos A norma utilizada para o ensaio é a NBR 7182 (1984) da ABNT, intitulada: Solo - ensaio de compactação. Os principais equipamentos utilizados no ensaio de compactação são os que se seguem: a) Balanças que permitam pesar nominalmente 10 kg e 200 g, com resoluções de 1 g, e 0,01 g respectivamente; b) Peneiras de 19 e 4,8 mm; c) Estufa capaz de manter a temperatura entre e C; d) Cápsulas metálicas (de alumínio), com tampa e com diâmetro de cerca de 5 cm, para determinação da umidade; e) Bandejas metálicas de 75 cm x 50 cm x 5 cm; f) Régua de aço biselada com comprimento de 30 cm;

5 5 g) Espátulas de lamina flexível com aproximadamente 2 cm de largura e 12 cm de comprimento, respectivamente; h) Cilindro metálico pequeno (cilindro de Proctor); o cilindro possui o molde de 100 mm, uma base e um colarinho; i) Cilindro metálico grande (cilindro de CBR); o cilindro possui o molde de 152 mm, uma base, um colarinho e disco espaçador; j) Soquete pequeno; com massa de 2,5 kg, e altura de queda 30,5 cm; k) Soquete grande; com massa de 4,5 kg, e altura de queda de 45,7 cm; l) Provetas de vidro com capacidade de 1000 cm 3, 200 cm 3 e 100 cm 3, e com graduações de 10 cm 3, 2 cm 3 e 1 cm 3 respectivamente; m) Desempenadeira de madeira com 13 cm x 25 cm; n) Extrator de corpo-de-prova; o) Conchas metálicas com capacidade de 1000 cm 3 e 500 cm 3 ; p) Base rígida, preferencialmente de concreto, com massa superior a 100 kg; e q) Facão. 8 Ensaio CBR (California Bearing Ratio) ou Índice de Suporte Califórnia (ISC) com mediada de expansão, normas e equipamentos A norma utilizada para o ensaio é a DNER-ME 049/94 (1994), intitulada: Solos-determinação do Índice de Suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas. Os principais equipamentos utilizados no ensaio CBR são os que se seguem: a) Conjunto de bronze ou latão, constituído de molde cilíndrico com 15,20 cm de diâmetro interno e 17,80 cm de altura, com entalhe superior externo em meia espessura; cilindro complementar com 5,00 cm de altura, com entalhe inferior interno em meia espessura, e prato perfurado com 24,00 cm de diâmetro, com dispositivo para fixação do molde cilíndrico antes referido; b) Disco espaçador maciço, de aço, com 15,00 cm de diâmetro e 6,40 cm de altura; c) Soquete cilíndrico de bronze ou latão, para compactação, face inferior plana, de altura de queda de 45,70 cm, cm 4,50 kg de peso e 5,00 cm de diâmetro de face inferior; d) Prato perfurado de bronze ou latão, com 14,90 cm de diâmetro e 0,50 cm de espessura, com haste central de bronze ou latão, ajustável, constituída de uma parte fix a rosqueada e de uma camisa rosqueada internamente e recartilhada externamente, com a face superior plana para contato com o extensômetro; e) Tripé porta-extensômetro, de bronze ou latão, com dispositivo para fixação do extensômetro; f) Disco anelar de aço para sobrecarga, dividido diametralmente em duas partes, com 2,27 kg de peso total, com diâmetro externo de 14,90 cm e diâmetro interno de 5,40 cm; g) Extensômetro com curso mínimo de 10 mm, graduado em 0,01 mm; h) Prensa para determinação do CBR ou do Índice de Suporte Califórnia (ICS) composta de: - Quadro formado por base e travessa de ferro fundido e 4 tirantes de aço, apresentando a travessa um entalhe inferior para suspensão de um conjunto dinamométrico; - Macaco de engrenagem, de operação manual por movimento giratório de uma manivela, com duas velocidades, acompanhado de um prato reforçado ajustável ao macaco, com 24 cm de diâmetro, para suportar o molde; e - Conjunto dinamométrico com capacidade para kg, sensível 2,5 kg, constituído por anel de aço com dimensões compatíveis com a carga acima apresentada, com dispositivo para se fixar ao entalhe das travessas; extensômetro graduado em 0,001 mm, fixa ao centro do anel para medir encurtamento diametrais; pistão de penetração, de aço, com 4,96 cm de diâmetro e com uma altura de cerca de 19 cm, variável conforma as condições de ensaio, fixo à parte inferior do anel; e extensômetro graduado em 0,01 mm, com curso maior que 12,70 mm, fixo lateralmente ao pistão, de maneira que seu pino se apóie na borda superior do molde. i) Extrator de amostras do molde cilíndrico, para funcionamento por meio de macaco hidráulico, com movimento alternativo de uma alavanca; j) Balde de chapa de ferro galvanizado com capacidade de cerca de 20 litros, com fundo de diâmetro de 25 cm; l) Balança com capacidade para 50 kg, sensível 5 g; e m) Balança com capacidade de pesar nominalmente até 1,5 kg, com resolução de 0,01 g.

6 6 9 Ensaios para determinação do coeficiente de permeabilidade dos solos, normas e equipamentos As normas utilizadas para determinação do coeficiente de permeabilidade dos solos são: i) NBR (1995) Solo - Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares a carga constante. ii) NBR Solo - Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos a carga variável. iii) DNER-ME Determinação do coeficiente de permeabilidade no campo. OBS. A faculdade está em processo de aquisição destas normas, por isso, no momento, não se lista os equipamentos necessários para realização dos ensaios para determinação do coeficiente de permeabilidade.