UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBAUNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVILDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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LABORATÓRIO DE SOLOSLABORATÓRIO DE SOLOS

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DE SOLOS POR SEDIMENTAÇÃO

DNER-ME 51-64

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DE SOLOS POR SEDIMENTAÇÃO

DNER-ME 51-64

1. OBJETIVO1. OBJETIVO

Este Método fixa pelo qual se procede à análise granulométrica de solos. A análise granulométrica descrita neste Método é a combinação de análise por sedimentação e por peneiramento.

Este Método fixa pelo qual se procede à análise granulométrica de solos. A análise granulométrica descrita neste Método é a combinação de análise por sedimentação e por peneiramento.

2. APARELHAGEM2. APARELHAGEM

A aparelhagem necessária é a seguinte:

a) aparelho de dispersão com hélices substituíveis e copo munido de chicanas;

A aparelhagem necessária é a seguinte:

a) aparelho de dispersão com hélices substituíveis e copo munido de chicanas;

b) peneiras de 50-38-25-19-9,5-4,8-2,0-1,2-0,6-0,42-0,30-0,15 e 0,075mm, inclusive tampa e fundo, de acordo com a especificação “Peneiras de malhas quadradas para análise granulométrica de solos”ABNT EB-22R;

b) peneiras de 50-38-25-19-9,5-4,8-2,0-1,2-0,6-0,42-0,30-0,15 e 0,075mm, inclusive tampa e fundo, de acordo com a especificação “Peneiras de malhas quadradas para análise granulométrica de solos”ABNT EB-22R;

c) agitador para peneiras, com dispositivo para fixação desde uma peneira até seis;c) agitador para peneiras, com dispositivo para fixação desde uma peneira até seis;

d) proveta de vidro, de cerca de 45 cm de altura e 6,5 cm de diâmetro, com traço indicando 1000 ml a 200 C;d) proveta de vidro, de cerca de 45 cm de altura e 6,5 cm de diâmetro, com traço indicando 1000 ml a 200 C;

e) estufa capaz de manter a temperatura entre 1050 e 1100 C;e) estufa capaz de manter a temperatura entre 1050 e 1100 C;

f) balança com capacidade de 1 kg, sensível a 0,1g;f) balança com capacidade de 1 kg, sensível a 0,1g;

g) balança com capacidade de 200g, sensível a 00,1 g;g) balança com capacidade de 200g, sensível a 00,1 g;

h) cápsula de porcelana com capacidade de 500ml;h) cápsula de porcelana com capacidade de 500ml;

i) densímetro de bulbo simétrico a 200 C e graduado em 0,001, de 0,995 a 1,050;i) densímetro de bulbo simétrico a 200 C e graduado em 0,001, de 0,995 a 1,050;

j) termômetro graduado em 0,50 C, de 00 a 500 C;j) termômetro graduado em 0,50 C, de 00 a 500 C;

k) cronômetro para intervalo de tempo até 30 minutos com precisão de 1 segundo;k) cronômetro para intervalo de tempo até 30 minutos com precisão de 1 segundo;

l) relógio de alarme para intervalo de tempo até 120 minutos, com precisão de 1 minuto;l) relógio de alarme para intervalo de tempo até 120 minutos, com precisão de 1 minuto;

m) banho no qual se possam colocar as provetas de modo a conservar as dispersões em temperatura aproximadamente constante durante o período de sedimentação;

m) banho no qual se possam colocar as provetas de modo a conservar as dispersões em temperatura aproximadamente constante durante o período de sedimentação;

n) bécher de vidro com capacidade de 250 ml.n) bécher de vidro com capacidade de 250 ml.

3. AMOSTRA3. AMOSTRA

A amostra para ensaio será obtida de acordo com o item 4 do método de “Preparação de amostras de solos para ensaios de caracterização”, DPT M-41.

A amostra para ensaio será obtida de acordo com o item 4 do método de “Preparação de amostras de solos para ensaios de caracterização”, DPT M-41.

4. ENSAIO4. ENSAIO

a) Determina-se a umidade higroscópica do material, pela fórmula:a) Determina-se a umidade higroscópica do material, pela fórmula:

100xPs

PsPhh

100x

Ps

PsPhh

onde:

h - teor de umidade, em percentagem;

ph- peso do material úmido;

Ps- peso do material seco em estufa a 1050 C - 1100 C, até constância de peso.

Fazem-se as pesagens com a aproximação de 0,01 g.

onde:

h - teor de umidade, em percentagem;

ph- peso do material úmido;

Ps- peso do material seco em estufa a 1050 C - 1100 C, até constância de peso.

Fazem-se as pesagens com a aproximação de 0,01 g.

SedimentaçãoSedimentação

b) pesa-se em um bécher, com aproximação de 0,1g, o material. A seguir, juntam-se, como defloculante, 125ml de solução de hexametafosfato de sódio com a concentração de 45,7g de sal por litro de solução, agitando-se até que todo o material fique perfeitamente molhado, e deixa-se em repouso pelo tempo mínimo de 12 horas;

b) pesa-se em um bécher, com aproximação de 0,1g, o material. A seguir, juntam-se, como defloculante, 125ml de solução de hexametafosfato de sódio com a concentração de 45,7g de sal por litro de solução, agitando-se até que todo o material fique perfeitamente molhado, e deixa-se em repouso pelo tempo mínimo de 12 horas;

c) verte-se então a mistura no copo de dispersão, removendo-se com água destilada todo o material que tenha aderido ao bécher. Adiciona-se mais água destilada até que o nível fique 5cm abaixo da borda do copo, e submete-se a mistura à ação do aparelho de dispersão. O tempo de dispersão poderá ser de 5,10 ou 15 minutos, dependendo do índice de plasticidade do solo. Os solos com índice de plasticidade com menor ou igual a 5 poderão ser dispersados em 5 minutos; os de índice de plasticidade entre 5 e 20, em 10 minutos, e os de índice de plasticidade maior que 20, em 15 minutos. Solos contendo grande percentagem de mica podem ser dispersados em 1 minuto;

c) verte-se então a mistura no copo de dispersão, removendo-se com água destilada todo o material que tenha aderido ao bécher. Adiciona-se mais água destilada até que o nível fique 5cm abaixo da borda do copo, e submete-se a mistura à ação do aparelho de dispersão. O tempo de dispersão poderá ser de 5,10 ou 15 minutos, dependendo do índice de plasticidade do solo. Os solos com índice de plasticidade com menor ou igual a 5 poderão ser dispersados em 5 minutos; os de índice de plasticidade entre 5 e 20, em 10 minutos, e os de índice de plasticidade maior que 20, em 15 minutos. Solos contendo grande percentagem de mica podem ser dispersados em 1 minuto;

d) transfere-se a dispersão para a proveta, removendo-se com água destilada todo material que tenha aderido ao corpo do dispersor. Junta-se água destilada até atingir o traço correspondente a 1000ml; em seguida, coloca-se a proveta no banho. Agita-se com uma baqueta para manter, tanto quanto possível, as partículas em suspensão. Logo que a suspensão atinja a temperatura de equilíbrio, retira-se a proveta do banho e tampando-lhe a boca com uma das mãos, executam-se, com o auxílio da outra, durante 1 minuto, movimentos enérgicos de rotação, pelos quais a boca da proveta passe de cima para baixo e vice-versa;

d) transfere-se a dispersão para a proveta, removendo-se com água destilada todo material que tenha aderido ao corpo do dispersor. Junta-se água destilada até atingir o traço correspondente a 1000ml; em seguida, coloca-se a proveta no banho. Agita-se com uma baqueta para manter, tanto quanto possível, as partículas em suspensão. Logo que a suspensão atinja a temperatura de equilíbrio, retira-se a proveta do banho e tampando-lhe a boca com uma das mãos, executam-se, com o auxílio da outra, durante 1 minuto, movimentos enérgicos de rotação, pelos quais a boca da proveta passe de cima para baixo e vice-versa;

e) imediatamente depois de terminada a agitação, coloca-se a proveta no banho, anota-se a hora exata do início da sedimentação e mergulha-se cuidadosamente o densímetro na suspensão. Fazem-se as leituras do densímetro correspondente aos tempos de sedimentação, t, de 30 seg,1 e 2 min, conservando o densímetro na suspensão; terminadas as leituras retira-se lenta e cuidadosamente o densímetro da suspensão. Fazem-se leituras subseqüentes a 4,8,15 e 30min, 1,4 e 25 horas a contar do início da sedimentação. São facultativas as leituras correspondentes a 2,8 e 50 horas. Por ocasião de cada leitura do densímetro, anota-se a temperatura da suspensão com aproximação de 0,50 C;

e) imediatamente depois de terminada a agitação, coloca-se a proveta no banho, anota-se a hora exata do início da sedimentação e mergulha-se cuidadosamente o densímetro na suspensão. Fazem-se as leituras do densímetro correspondente aos tempos de sedimentação, t, de 30 seg,1 e 2 min, conservando o densímetro na suspensão; terminadas as leituras retira-se lenta e cuidadosamente o densímetro da suspensão. Fazem-se leituras subseqüentes a 4,8,15 e 30min, 1,4 e 25 horas a contar do início da sedimentação. São facultativas as leituras correspondentes a 2,8 e 50 horas. Por ocasião de cada leitura do densímetro, anota-se a temperatura da suspensão com aproximação de 0,50 C;

f) após cada leitura, excetuadas as duas primeiras, retira-se lentamente o densímetro e mergulha-se em água à temperatura do banho. Cerca de 15 a 20 seg antes de cada leitura, mergulha-se lenta e cuidadosamente o densímetro na suspensão, fazendo-se as leituras na parte superior do menisco, com aproximação de 0,0002, após o densímetro ter ficado em em equilíbrio.

f) após cada leitura, excetuadas as duas primeiras, retira-se lentamente o densímetro e mergulha-se em água à temperatura do banho. Cerca de 15 a 20 seg antes de cada leitura, mergulha-se lenta e cuidadosamente o densímetro na suspensão, fazendo-se as leituras na parte superior do menisco, com aproximação de 0,0002, após o densímetro ter ficado em em equilíbrio.

Sedimentação

a) material proveniente do ensaio de sedimentação - terminadas as leituras feitas por ocasião do ensaio de sedimentação, verte-se e lava-se a suspensão, com água potável, na peneira de 0,075 mm; remove-se, com excesso de água, todo o material que tenha aderido à proveta. Seca-se a parte retida na peneira, em estufa a 1050 - 1100 C, até constância de peso e passa-se nas peneiras de 1,2 - 0,6 - 0,42 - 0,30 - 0,15 e 0,075 mm, anotando-se, com aproximação de 0,1g, os pesos acumulados em cada peneira;

a) material proveniente do ensaio de sedimentação - terminadas as leituras feitas por ocasião do ensaio de sedimentação, verte-se e lava-se a suspensão, com água potável, na peneira de 0,075 mm; remove-se, com excesso de água, todo o material que tenha aderido à proveta. Seca-se a parte retida na peneira, em estufa a 1050 - 1100 C, até constância de peso e passa-se nas peneiras de 1,2 - 0,6 - 0,42 - 0,30 - 0,15 e 0,075 mm, anotando-se, com aproximação de 0,1g, os pesos acumulados em cada peneira;

b) material retido na peneira de 2,0mm - pesa-se o material na peneira de 2,0mm. Passa-se este material nas peneiras de 50 - 38 - 25 - 19 - 9,5- 4,8 - 2,0mm, anotando-se, com aproximação de 0,1g, os pesos retidos em cada peneira.

b) material retido na peneira de 2,0mm - pesa-se o material na peneira de 2,0mm. Passa-se este material nas peneiras de 50 - 38 - 25 - 19 - 9,5- 4,8 - 2,0mm, anotando-se, com aproximação de 0,1g, os pesos retidos em cada peneira.

5. CÁLCULOS5. CÁLCULOS

• Peso total da amostra seca - subtrai-se o peso do material seco retido até a peneira até a peneira de 2,0mm, do peso total da amostra seca ao ar; multiplica-se a diferença assim obtida pelo fator de correção 100/100+h em que h é a unidade higroscópica determinada como 4a. Somando-se este resultado ao peso do material retido na peneira de 2,0mm, obtém-se o peso total da amostra seca.

• Peso total da amostra seca - subtrai-se o peso do material seco retido até a peneira até a peneira de 2,0mm, do peso total da amostra seca ao ar; multiplica-se a diferença assim obtida pelo fator de correção 100/100+h em que h é a unidade higroscópica determinada como 4a. Somando-se este resultado ao peso do material retido na peneira de 2,0mm, obtém-se o peso total da amostra seca.

• Peso do material seco usado na suspensão - é obtido multiplicando o peso do material seco ao ar pelo fator de correção 100/100+h em que h é a umidade higroscópica.

• Peso do material seco usado na suspensão - é obtido multiplicando o peso do material seco ao ar pelo fator de correção 100/100+h em que h é a umidade higroscópica.

• Porcentagem de material que passa nas peneiras de 50-38-25-19-9,5-4,8 e 2,0mm - com o peso do material retido em cada uma das peneiras acima consideradas, calcula-se a porcentagem retida em relação ao peso da amostra total seca; com esta, a percentagem acumulada em cada peneira,e, por subtração de 100, a porcentagem passando em cada peneira considerada.

• Porcentagem de material que passa nas peneiras de 50-38-25-19-9,5-4,8 e 2,0mm - com o peso do material retido em cada uma das peneiras acima consideradas, calcula-se a porcentagem retida em relação ao peso da amostra total seca; com esta, a percentagem acumulada em cada peneira,e, por subtração de 100, a porcentagem passando em cada peneira considerada.

• Percentagem do material em suspensão -acha-se a percentagem correspondente a cada leitura do densímetro, referida ao peso total da amostra, pela fórmula:

• Percentagem do material em suspensão -acha-se a percentagem correspondente a cada leitura do densímetro, referida ao peso total da amostra, pela fórmula:

s

c

P

LNQ

)1(1000

1

s

c

P

LNQ

)1(1000

1

em que:

Q - porcentagem do material em suspensão no instante da leitura do densímetro;N - porcentagem da amostra total que passa na peneira de 2,0mm;Ps - peso do material seco usado na suspensão, em g; - massa específica real do solo, em g/cm3;Lc - leitura corrigida do densímetro (Lc=L+R), em que L é a leitura na parte superior do menisco e R a correção devida ao menisco e à variação de densidade do meio dispersor, proveniente da adição do defloculante e da variação de temperatura, obtida da calibração do densímetro utilizado no

ensaio.

em que:

Q - porcentagem do material em suspensão no instante da leitura do densímetro;N - porcentagem da amostra total que passa na peneira de 2,0mm;Ps - peso do material seco usado na suspensão, em g; - massa específica real do solo, em g/cm3;Lc - leitura corrigida do densímetro (Lc=L+R), em que L é a leitura na parte superior do menisco e R a correção devida ao menisco e à variação de densidade do meio dispersor, proveniente da adição do defloculante e da variação de temperatura, obtida da calibração do densímetro utilizado no

ensaio.

• Diâmetro das partículas de solo em suspensão a) calcula-se o diâmetro máximo das partículas em suspensão, no momento de cada leitura do densímetro, pela fórmula (expressão da lei de Stokes):

• Diâmetro das partículas de solo em suspensão a) calcula-se o diâmetro máximo das partículas em suspensão, no momento de cada leitura do densímetro, pela fórmula (expressão da lei de Stokes):

t

ad

a

1800

t

ad

a

1800

em que:

d - diâmetro máximo das partículas, em mm; - coeficiente de viscosidade do meio dispersor (água), em g seg./cm2;a - altura de queda das partículas, correspondentes à leitura do densímetro, em cm, obtida na curva de calibração do densímetro;t - tempo sedimentação, em seg.; - massa específica real do solo, em g/cm3;a-densidade absoluta do meio dispersor, em g/cm3.

em que:

d - diâmetro máximo das partículas, em mm; - coeficiente de viscosidade do meio dispersor (água), em g seg./cm2;a - altura de queda das partículas, correspondentes à leitura do densímetro, em cm, obtida na curva de calibração do densímetro;t - tempo sedimentação, em seg.; - massa específica real do solo, em g/cm3;a-densidade absoluta do meio dispersor, em g/cm3.

b) a tabela abaixo dá os diâmetros d correspondentes aos tempos t prescritos neste Método, admitidos os seguintes valores na fórmula de Stokes:

a = 20 cm; = 1,03x10-5 g.seg./cm2 (água a 200C); = 2,65 g/cm3;a= 1 g/cm3 (água a 200 C).

b) a tabela abaixo dá os diâmetros d correspondentes aos tempos t prescritos neste Método, admitidos os seguintes valores na fórmula de Stokes:

a = 20 cm; = 1,03x10-5 g.seg./cm2 (água a 200C); = 2,65 g/cm3;a= 1 g/cm3 (água a 200 C).

t - min d - mm t - horas d - mm0,5 0,087 1 0,00791 0,061 2 0,00562 0,043 4 0,00394 0,031 8 0,00288 0,022 25 0,001615 0,016 50 0,001130 0,011

c) para alturas de queda diferentes de 20 cm, multiplicam-se os diâmetros obtidos na Tabela pelo coeficiente:c) para alturas de queda diferentes de 20 cm, multiplicam-se os diâmetros obtidos na Tabela pelo coeficiente:

20

aKa

20

aKa

d) para massas específicas reais de solos diferentes de 2,65 g/cm3,multiplicam-se os diâmetros obtidos na Tabela pelo coeficiente:

d) para massas específicas reais de solos diferentes de 2,65 g/cm3,multiplicam-se os diâmetros obtidos na Tabela pelo coeficiente:

1

65,1

K 1

65,1

K

e) para viscosidade da água diferentes de 1,03x10-5 g seg./cm2, multiplicam-se os diâmetros obtidos na Tabela pelo coeficiente:e) para viscosidade da água diferentes de 1,03x10-5 g seg./cm2, multiplicam-se os diâmetros obtidos na Tabela pelo coeficiente:

03,1

105

K 03,1

105

K

f) a correção Ka pode ser obtida diretamente da figura 6, desenhada para cada densímetro e que relaciona as leituras do densímetro a esta correção. As correções K e K podem ser obtidas com auxilio das figuras 7 e 8.

f) a correção Ka pode ser obtida diretamente da figura 6, desenhada para cada densímetro e que relaciona as leituras do densímetro a esta correção. As correções K e K podem ser obtidas com auxilio das figuras 7 e 8.

• Percentagem de material que passa nas peneiras de 1,2-0,6-0,42-0,30-0,15 e 0,075mm -com o peso do material seco retido em cada uma das peneiras acima consideradas, calcula-se a percentagem retida em relação ao peso da amostra parcial seca usada na sedimentação; com esta, a percentagem acumulada em cada peneira; por subtração de 100, a percentagem que passa da amostra parcial em cada peneira considerada. Exprimindo esta percentagem em relação à percentagem que passa da amostra total na peneira de 2,0mm, ter-se-á a percentagem que passa da amostra total seca.

• Percentagem de material que passa nas peneiras de 1,2-0,6-0,42-0,30-0,15 e 0,075mm -com o peso do material seco retido em cada uma das peneiras acima consideradas, calcula-se a percentagem retida em relação ao peso da amostra parcial seca usada na sedimentação; com esta, a percentagem acumulada em cada peneira; por subtração de 100, a percentagem que passa da amostra parcial em cada peneira considerada. Exprimindo esta percentagem em relação à percentagem que passa da amostra total na peneira de 2,0mm, ter-se-á a percentagem que passa da amostra total seca.

6. RESULTADOS6. RESULTADOS

Curva de distribuição granulométrica - desenha-se a curva de distribuição granulométrica,marcando-se em abscissas(escala logarítmica) os diâmetros das partículas e em ordenadas(escala aritmética) as percentagens das partículas menores do que os diâmetros considerados;

Curva de distribuição granulométrica - desenha-se a curva de distribuição granulométrica,marcando-se em abscissas(escala logarítmica) os diâmetros das partículas e em ordenadas(escala aritmética) as percentagens das partículas menores do que os diâmetros considerados;

Gráfico de distribuição da curva granulométrica

Gráfico de distribuição da curva granulométrica

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS

% Q

UE

PA

SS

A D

A A

MO

ST

RA

TO

TA

L

“Sedimentação”