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1. INTRODUÇÃO A Mecânica dos Solos é uma das disciplinas abordadas no Curso de Engenharia Civil, onde se investiga o comportamento de maciços terrosos (o solo) quando submetido a variáveis forças, por exemplo, uma obra de engenharia. Conforme a NBR 7219 Materiais pulverulentos são Partículas minerais com dimensão inferior a 0,075 mm, inclusive os materiais solúveis em água, presentes nos agregados. No geral a presença desses materiais é indesejável na constituição do concreto; um agregado com alto teor de materiais pulverulentos diminui aderência do agregado a pasta ou argamassa, prejudicando de forma direta a resistência e instabilidade dimensional do concreto produzido com alto índice de material pulverulento. Segunda a NBR 7251/1982 - Agregado em estado solto - Determinação da massa unitária, neste ensaio iremos obter massa unitária do agregado em um recipiente de material metálica sendo a amostra ali colocada sem qualquer adensamento; procurando assim reproduzir a situação da obra, onde o operário transporta o agregado em padiolas nas quais foi ele depositado sem adensamento. Tem-se com objetivo geral Identificar e qualificar os tipos de solos, assim como, exporem de forma clara e objetiva, as mais usadas aplicações do solo e na engenharia civil, mostrando suas definições e classificações segundo a NBR 7181 /1978.
2. OBJETIVOS
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2.1 Objetivo Geral
Determinar o teor de materiais pulverulentos e
Massa específica do agregado miúdo;
Massa unitária dos agregados em estado solto.
2.2 Objetivos Específicos
Calcular a quantidade de materiais pulverulentos na amostra e
Calcular a massa específica do agregado miúdo;
Calcular a massa específica do agregado miúdo.
3. REVISÃO DE LITERATURA 3.1 Definição de Solo Segundo a NBR 6502, 1995, “Solo e todo material proveniente da
decomposição das rochas pela ação de agentes físicos ou químicos, podendo ou
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não conter matéria orgânica.”
3.1.1Granulometria do Solo Solos arenosos São aqueles que têm grande parte de suas partículas classificadas na fração areia, de tamanho entre 2 mm e 0,05mm, formado principalmente por cristais de quartzo e minerais primários. Os solos arenosos têm boa aeração e capacidade de infiltração de água. Certas plantas e microorganismos podem viver com mais dificuldades, devido à pouca capacidade de retenção de água.
3.2 Análise Granulométrica Para a realização da análise granulométrica, são utilizados dois processos: o peneiramento e a sedimentação, que podem ser utilizados juntos, ou somente o primeiro, mas nesta primeira etapa se fará necessário somente o processo de peneiramento. 3.2.1 Peneiramento Peneiramento é o processo no qual o material é colocado em um jogo de peneiras com aberturas de até 0,15 mm. O peneiramento utiliza o diâmetro das partículas para separar os diversos tipos de solo, neste caso somente a areia fina. Contudo, nem sempre é possível utilizá-lo para distinguir o solo, pois permite passagem de argila e silte, que são menores do que 0,075 mm.
3.2.2 Peneiras As peneiras são definidas em séries isoladas, que são utilizadas conforme a sua necessidade. A identificação dessas séries é dada pela razão entre a abertura de duas peneiras consecutivas. Por exemplo: Uma peneira com abertura de 4,75
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milímetros, e a consecutiva possui 2,4 milímetros. A razão entre elas é de aproximadamente dois. Quanto maior for esse número, menor é o número de peneiras utilizadas e vice-versa. A série com razão dois é muito utilizada, mas não se enquadra em uma das três divisões definidas pela NBR 5734/1988:
Série Principal – Razão entre duas aberturas consecutivas de aproximadamente 1,41mm.
Série Normal – Razão entre duas aberturas consecutivas de aproximadamente 1,19.
Série Complementada – Razão entre duas aberturas com de aproximadamente 1,12.
3.2.3 Mesh ou Milímetros Essa nomenclatura pode confundir, pois às vezes é utilizado o Mesh (símbolo - #) como valor para as peneiras, e às vezes o Milímetro. Basicamente, o Mesh conta o número de aberturas por polegada linear e é à medida que acompanha as peneiras, enquanto o milímetro é o tamanho máximo que o grão deverá ter para ultrapassar a peneira. Uma peneira com um mesh maior terá uma maior aberturas e a partícula deverá ser mais fina para ultrapassá-la. Já uma peneira que permita a passagem de um maior número de partículas, terá menos aberturas e consecutivamente, um mesh menor. 3.2.4 Curva Granulométrica A curva granulométrica é o resultado das observações realizadas nos grãos resultantes nas pereiras. Na análise são coletadas amostras de um determinado solo, com o objetivo de obter a porcentagem de cada tipo de grão ali presente. O resultado é representado através de um gráfico que possui no eixo das abscissas (eixo horizontal, x) um semilogarítmo indicando o tamanho das partículas e no eixo das ordenadas (eixo vertical, y) a porcentagem de material que possui dimensões menores do que o representado no eixo das abscissas. Opcionalmente, são adicionados na parte superior do gráfico, os limites de cada tipo de solo para facilitar a leitura e identificação do gráfico. Exemplo:
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Imagem 1: Diagrama – Curva Granulométrica Fonte:
Como se pode observar, a curva é crescente, nas abscissas, da esquerda para a direita, e nas ordenadas, de baixo para cima. Além de a curva identificar e quantificar os materiais que existem na amostra testada, ela também indica, com uma análise superficial do gráfico, o nível de graduação do solo.
3.3 Materiais Pulverulentos Definição Segundo a NBR 7219, “Materiais pulverulentos são partículas minerais com
dimensão inferior a 0,075 mm, inclusive os materiais solúveis em água, presentes nos agregados”.
3.3.1 Agregados- Determinação da massa específica de agregados miúdos por meio do frasco Chapman Definição: Segundo a NBR 9776 , “Massa específica é a relação entre a massa do agregado seco
em estufa (100°C a 110°C) até constância de massa e o volume igual do sólido, incluídos os poros impermeáveis”, por seguinte a norma 7211 consta que o “agregado miúdo, cujos grãos
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passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150µm, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR NM 248,com peneiras definidas pela ABNT NBR NM ISO 3310- 1”. 3.3.2 Fórmula para determinar a massa específica do agregado Devido à importância do agregado no concreto, há a necessidade de se conhecer o material que irá ser trabalhado. Então para efeitos de dosagem, massa unitária nos dá o conhecimento a respeito da razão da massa do material sobre o seu volume, sendo incluídos no cálculo os poros do agregado (pois são preenchidos pela água). A NM 248 classifica a granulometria dos agregados, através dela classificamos este material como areia grossa. Com a NBR 9776 identificamos a massa específica do agregado miúdo. E a DNER – ME 194/98, Agregados – determinação da massa específica de agregados miúdos por meio do frasco de Chapman. De acordo com estas normas a fórmula da massa específica do agregado é: Onde:
γ = massa específica real do agregado miúdo.
L = leitura do frasco após a colocação do agregado miúdo.
3.5 Agregados em estado solto - Determinação da massa unitária Segundo a NBR 7251, 1982, “O quociente da massa do agregado lançado no recipiente de acordo com a norma e o volume desse recipiente”.
3.5.1 Classificação dos agregados Classificação dos agregados conforme a dimensão das partículas, massa específica, ou origem têm gerado uma terminologia especial que deve ser claramente entendida.
Por exemplo, o termo agregado graúdo é usado para descrever
partículas maiores do que 4,8mm (retidas na peneira nº 4), e o termo agregado miúdo é usado para partículas menores do que 4,8mm; tipicamente os agregados miúdos contêm partículas que variam, em dimensão, de 75 µm (peneira
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nº 200) a 4,8mm, e os agregados graúdos de 4,8mm até cerca de 50mm, exceto para concreto massa, que pode conter agregado graúdo de até 150mm. A maioria dos agregados naturais, tais como areia e pedregulho têm massa unitária entre 15203 e 1680kg/m
e produzem concretos normais com
aproximadamente 2400kg/m de massa específica. Para fins especiais, agregados mais leves ou mais pesados podem ser usados para produzirem, respectivamente, concretos leves e pesados. Geralmente, os agregados com massa unitária menor dos 3 3 que 1120kg/m são chamados leves, e aqueles com mais de 2080kg/m são designados pesados. 3.5.2 Aplicações do Solo na Engenharia Civil O terreno faz parte integrante de qualquer construção, afinal é ele que dá sustentação ao peso e também determina características fundamentais do projeto em função de seu perfil e de características físicas como elevação, drenagem e localização. No que tange à mecânica dos solos, é importante conhecer os três tipos básicos de solos: arenoso, siltoso e argiloso. Para efeito prático de uma construção, é preciso conhecer o comportamento que se espera de um solo quando este receber os esforços. Para tanto, a Mecânica dos Solos divide os materiais que cobrem a terra em alguns grandes grupos: • Rochas (terreno rochoso); • Solos arenosos, • Solos siltosos, e • Solos argilosos.
Esta divisão não é muito rígida, ou seja, nem sempre se encontra solos que se enquadram em apenas um dos tipos. Por exemplo, quando dizemos que um solo é arenoso estamos na verdade dizendo que a sua maior parte é areia e não que tudo é areia. Da mesma forma, um solo argiloso é aquele cuja maior proporção é composta por argila. O principal critério para fazer a classificação acima é o tamanho dos grãos que compõem o solo. O quadro a seguir mostra os diâmetros dos grãos (em mm) para cada tipo básico de solo:
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Argila
Silte
Areia fina
Areia média Areia Grossa Pedregulho
Tipo de solo: Diâm. Grãos (mm): Até 0,005 0,005 a 0,05 0,05 a 0,15 0,15 a 0,84 Tabela 1: Relação entre os tipos de solo e diâmetros dos grãos. Fonte: Aula expositiva- slide.
0,84 a 4,8
4,8 a 16
Com se pode deduzir da tabela acima, uma argila é formada por grãos extremamente pequenos, invisíveis a olho nu. As areias, por sua vez, têm grãos facilmente visíveis, separáveis e individualizáveis, o mesmo acontecendo com o pedregulho.
4. MATERIAL, EQUIPAMENTOS E MÉTODOS 4.1 Materiais para calcular a granulometria da areia
Areia (500 kg);
4.2 Equipamentos
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Balança analítica;
Balança de Precisão;
Estufa Laboratorial;
Peneiras (4,75 mm; 2,36 mm; 1,18mm; 0,6mm; 0,3mm; 0,15mm);
Peneirador elétrico;
Bandeja de ferro galvanizada (50x40 cm);
Escova (5x2cm);
Pincel;
4.3 Métodos
Passo 1: Organizamos as peneiras em seus respectivos lugares com o auxilio do instrutor;
Passo 2: Despejamos a areia no conjunto de peneiras, e com a ajuda do peneirador elétrico realizamos o experimento;
Passo 3: Verificou- se em cada peneira a granulometria da areia restante, se tivesse, teria que ser pesados na balança analítica, e assim analisar os resultados para determinar o gráfico da curva granulométrica e então achar o coeficiente de uniformidade e o coeficiente de curvatura.
5. RESULTADOS Peneira (mm) nº 4,75 4
Retido
Passante
retido %
retido acumuado
0
500
100
100
Passante % 100
10
2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 Fundo
10 16 30 50 100
7 16,3 63,4 147,4 242 23,9
493 476,7 413,3 265,9 23,9 0
1,4 3,26 12,68 29,48 48,4 4,78
98,6 95,34 82,66 53,18 4,78 0
49,3 47,67 41,33 26,59 2,39 0
Tabela 02: Analise da areia Fonte: Marcelo Bessa
Areia
Muito uniforme
Coeficiente de curvatura da areia
Mal graduado
Gráfico 1: Curva Granulométrica da Areia. Fonte: Grupo 1
6. EQUIPAMENTOS PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE MATERIAIS PULVERULENTOS
Balança com resolução 0,1%, Estufa (105º à 110º), pincel / escova de cerdas macias ou de aço, Bandeja e a peneira nº 200 com abertura de 75µm;
Dois recipientes de vidro transparente param se proceder a lavagem do material, sem o material. Deve ser resistente para permitir a agitação vigorosa sem perda de água ou da amostra.
6.1 Procedimento Experimental Conforme a NBR9441 estabelece a massa mínima por amostra para o agregado miúdo toma-se 500g de material;
Pesar 500g de agregado miúdo; Colocar a amostra (Mi1) na peneira nº 200 e levar para água corrente para efetuar a lavagem do material;
Depois de lavado colocar no recipientepara seca na estufa durante 24 horas a uma temperatura que varia de 105º à 110º Celsius;
Pesar o material (agregado) que saio da estufa de acordo com sua
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classificação.
6.2 Cálculos O teor de materiais pulverulentos de cada amostra é obtido pela diferença entre as massas da amostra antes (Mi) e depois da lavagem (Mf) é expresso em porcentagem da massa da amostra ensaiada. Teor de materiais pulverulentos = ((Mi – Mf) / Mi) x 100 Onde:
( )
Mi= Massa inicial da amostra; Mf= Massa final da amostra;
OBSERVAÇÕES A presença de material pulverulento afeta a resistência mecânica e trabalhabilidade do traço. As partículas inferiores à (0,075mm) são constituídas de silte e argila;O resultado é obtido pela média aritmética das duas determinações; A NBR 7241 estabelece os limites máximos para material pulverulento passando na peneira nº 200 (75µm); Agregado miúdo em concreto sujeito a desgaste superficial: Máximo de 3,0%; Agregado miúdo em outros concretos: Máximo de 5,0%; Agregado graúdo: Máximo de 10%.
7. EQUIPAMENTOS PAPA DETERMINAÇÃO ESPECÍFICA DE MATERIAIS NOS AGREGADOS
DA
MASSA
7.1 Materiais utilizados a) Balança com capacidade mínima de 1 kg e sensibilidade de1 g ou menos; b) Frasco de Chapman graduado segundo a NBR 9776; c) Funil; d) Colher;
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e) Recipiente;
7.2 Metodologia Utilizada O material coletado foi retirado de uma amostra de agregado miúdo
previamente coletado. Pesou-se 500g do agregado miúdo a ser ensaiada (esta areia já devidamente
seca), na balança com resolução de 0,01g. Colocou-se água no frasco de Chapman até a marca de 200ml (ou 200cm³).
Em seguida, com o auxílio do funil vértice cuidadosamente a areia seca pesada no frasco de Chapman, paulatinamente, intercalando movimentos giratórios buscando a total retirada de ar que possa existir devido ao lançamento do material no frasco (procedimento de vital importância no ensaio). Após esta operação foi feita a leitura final do frasco graduado de Chapman,
ou seja, o quanto à massa do agregado deslocou o volume de água, no caso 395ml, sendo esta medida abaixo da fase dos pulverulentos. O mesmo procedimento descrito acima foi feito outra vez para obter duas amostras.
7.3. Resultados E Discussões Após a execução dos procedimentos descritos no item 7.2, a água se encontrava-se a 395ml.Os mesmos procedimentos citados foram repetidos na segunda amostra, que foi obtido o mesmo resultado. ⁄ ⁄
Seguindo as orientações da NBR 9776 de 1987 e da DNER – ME 194/98. Foram feitas duas amostras que possuíram resultados iguais de 395 ml de volume. A massa específica real do agregado miúdo foi dada pela fórmula: Onde: γ = massa específica real do agregado miúdo.
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L = leitura do frasco após a colocação do agregado miúdo. Logo, leitura feita após a colocação do agregado miúdo: 395ml.
8. EQUIPAMENTOS PARA DE TERMINAR A MASSA UNITÁRIA
Balança com limite de erro de aproximadamente 0,5% das massas a determinar;
Recipiente cilíndrico de material metálico com 15m³ de volume e 25cm de diâmetro e de base com 10cm de altura;
Concha para lançar o material;
Haste para regularizar o agregado;
8.1 Metodologia Utilizada
Lançar o agregado através de concha ou pá a uma altura aproximadamente de 10 a 12cm do topo do recipiente, evitando a segregação das amostras;
Realizar a regularização da superfície do material com uma régua;
Pesar o material e anotar os dados.
8.2 Resultados E Discussões Amostra 01
Amostra 02
Amostra 03
Peso do recipiente
395,7
395,7
395,7
P. do recip. + amostra
2776,0
2880,2
2917,3
Peso da amostra
2380,3
2484,5
2521,6
Vol. Do recipiente
4908,7
4908,7
4908,7
0,506
0,5137
Massa Unitária Kg/dm³ 0,4849
Média
0,5
Tabela 03: Tabela da analise do material miúdo. Fonte: Marcelo Bessa
Amostra 01
Amostra 02
Amostra 03
Peso do recipiente
395,7
395,7
395,7
P. do recip. + amostra
3279,8
3344,6
3361,8
Média
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Peso da amostra
2884,8
2949,6
2966,8
Vol. Do recipiente
4908,7
4908,7
4908,7
0,5061
0,5137
Massa Unitária Kg/dm³ 0,4849
0,50
Tabela 7: Tabela da analise do material graúdo. Fonte: Marcelo Bessa
Observações:
Deve-se realizar pelo menos 03 determinações da massa unitária, adotandose como valor final a sua media;
Os resultados individuais não devem apresentar desvios maiores que 1% em relação a media;
A massa unitária do agregado solto é a média das três determinações, dada em kg/dm³, com aproximação de 0,01 kg/dm³;
O material utilizado foi a areia natural media.
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7. CONSIDERAÇÕES FINAIS A pesquisa de forma geral mostrou-se altamente instrutiva, onde basicamente a leitura e a análise das amostras laboratoriais fundamentaram a prática e ambas se completam. Com dito anteriormente o objetivo era Identificar os tipos de solos quanto à sua curva granulométrica, onde o solo pode ser definido como um material escavável, que perde sua resistência quando em contato com a água. Por ser o solo um material natural, cujo processo de formação não depende de forma direta da intervenção humana, o seu estudo e o entendimento de seu comportamento dependem de uma série de conceitos desenvolvidos em ramos afins de conhecimento. A mecânica dos solos é o estudo do comportamento de engenharia do solo quando este é usado ou como material de construção ou como material de fundação. Dentre os principais resultados obtidos, pode-se citar que na amostra 1, a areia, quando submetida ao teste das peneiras ficou retida nas peneiras mais
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internas, ou seja, a amostra tem maior concentração de grãos de baixa espessura podendo ser classificada com areia fina onde a peneira 0,15mm teve a maior parte da amostra retida, cerca de 480 gramas. Sendo que após a análise da curva granulométrica, coeficiente de uniformidade e coeficiente de curvatura a amostra pode ser classificada como um solo muito uniforme e bem graduado. Logo um solo ideal para fazer recomposição de solos não uniformes. É importante ressaltar também que a amostra 2, o solo que possui material de grande espessura, após a sua lavagem na peneira 2mm sob a água, pôde-se observar que grande parte da argila impregnada se desprendeu das pequenas partículas, assim, diminuindo grande parte de sua massa. Sendo que após a análise da curva granulométrica, coeficiente de uniformidade e coeficiente de curvatura a amostra pôde ser classificada como um solo muito uniforme e mal graduado, pois em parte de sua escala granulométrica a falta de partículas, grãos, é notável. Logo, para uso deste solo, seria necessário misturá-lo a outro que tivesse grande concentração de grãos médios. Já a amostra 3, solo com espessura baixa, por possuir uma granulometria de graus pequenos, foi classificado com uma solo de uniformidade média e mal graduado pois após a análise da curva granulométrica, coeficiente de uniformidade e coeficiente de curvatura. Logo o solo mais ideal após a análise dos solos: 1, 2 e areia fina, será o solo 3, mesmo sendo um solo de baixa espessura dos grãos. Quanto às aplicações do solo, pode-se identificar que o solo tem diversas aplicações na engenharia civil como em fundações diretas, fundações em estacas, corets e taludes sem proteção, pavimentação de estradas, aterros e outros, sendo o solo argila silto arenoso mais indicado por suas propriedades e características. Pode-se citar a Plasticidade e a resistência do solo seco. Pode-se dizer que o estudo de Mecânica dos Solos na academia é de fundamental importância para o aluno, pois é a partir deste conhecimento que o engenheiro passa a entender melhor a relação do comportamento do solo com os diversos materiais. Com a manipulação e uso correto, o solo passa a fazer parte integrante das mais variadas aplicações da engenharia no âmbito da construção civil.
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Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 9776: Agregados – Determinação da massa específica por meio do frasco de Chapman. Rio de Janeiro, 1987.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 7217: Agregados – Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 1987.
BAUER, L. A. Falcão. Materiais de construção Vol.1. 5.ed.. 0. Rio de Janeiro. LTC. 2000 LEMOS. S. Machado e FÁTIMA. Miriam de C. M. Apostila de Mecânica dos Solos I, Conceito introdutório. Ano 2007.
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ORTIGÃO, J. A. R. Introdução à mecânica dos solos dos estados críticos. Ed. Livros técnicos e científicos S.A, Rio de Janeiro, 1993.
ABNT NBR 7181 - Solo - Análise granulométrica.
Site: Wikipédia Disponível em: Acessado em: 27 de agosto de 2011 Horas: 16:30
Site: IBDA – Fórum da construção civil Disponível em: Acessado em: 27 de agosto de 2011 Hora: 17:07
