Relatório - DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DOS GRÃOS DO SOLO - Mecânica dos Solos Experimental

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Mecânica dos Solos Experimental 
 
Relatório – V: 
 
DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE 
DOS GRÃOS DO SOLO 
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Sumário 
1.0 – Introdução ..................................................................................................................... 04 
2.0 – Revisão Teórica ............................................................................................................. 06 
3.0 – Objetivos ........................................................................................................................ 08 
 3.1 – Objetivo Geral ........................................................................................................... 08 
 3.2 – Objetivos Específicos ................................................................................................ 08 
4.0 – Procedimentos Metodológicos Adotados Para Realização do Ensaio ...................... 09 
 4.1 – Materiais Utilizados no Ensaio ................................................................................. 09 
 4.2 – Execução do Ensaio .................................................................................................. 09 
5.0 Resultados Obtidos .......................................................................................................... 12 
6.0 Conclusão .......................................................................................................................... 15 
7.0 – Referências Bibliográficas Consultadas ...................................................................... 16 
 
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1.0 – Introdução 
 Para o engenheiro civil, solo é uma reunião de partículas minerais soltas, ou cimentadas, 
formada pela decomposição de rochas por ação do intemperismo, com o espaço vazio entre as 
partículas ocupado por água e/ou água (CRAIG, 2007). 
 Além disso, os solos são muito diferentes entre si e respondem diversificadamente quando 
expostos solicitações iguais. Sendo assim, todas as experiências acumuladas pelos construtores ao 
longo dos anos são de grande importância na geotecnia, pelo fato de incorporarem muitas 
informações sobre solos existentes (PINTO, 2006). 
 Nas obras de engenharia, é necessário classificar o solo e para isso é preciso determinar suas 
propriedades. O ensaio de determinação da densidade dos grãos apresenta então, grande 
importância nesse aspecto já que por meio dele é realizado o cálculo vários ouros índices físicos. 
 De acordo com CAPUTO (1989), o peso específico dos grãos é uma característica dos 
sólidos, sendo expresso pela relação entre o peso das partículas sólidas e o seu volume. Já a 
densidade relativa, é a relação entre o peso da parte sólida e o peso de igual volume da água. Assim, 
o peso específico e a densidade relativa são expressos pelo mesmo número, sendo que a densidade 
relativa é adimensional. 
 Em um solo podem ocorrer partículas de natureza variada. A fração mais fina dos solos 
costuma ter natureza diversa da de maior tamanho, já que é gerada mais por desintegração química 
(oxidação, hidratação, carbonatação) que mecânica (ruptura e desgaste, causados por temperatura, 
atrito etc.). Com isso, as normas descrevem a determinação da densidade média das partículas 
menores que um tamanho especificado, ou maiores que um tamanho fixado (ALMEIDA, 2005). 
 A ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) adota a picnometria, que é uma 
técnica laboratorial para determinação da densidade dos grãos utilizando o picnômetro, para 
partículas menores que 4,8 mm, enquanto o DNIT (Departamento Nacional de Infraestruturas de 
Transportes) o faz a determinação para partículas menores que 2,0 mm. Quando o objeto de estudo 
são os agregados miúdos, é mais adequado empregar a norma NBR6508 (ABNT), já que estes têm 
tamanho menor que 4,8 mm. Por outro lado, será mais preciso o método de ensaio ME 093/94 
(DNIT) quando o objetivo é utilizar o valor da densidade nos cálculos da fase de sedimentação do 
ensaio de granulometria, pois a amostra utilizada neste ensaio é obtida do material que passa na 
peneira de 2,0 mm (fração fina do solo) (ALMEIDA, 2005). 
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 Esse ensaio é bastante significativo para a construção civil, em razão de define uma das 
propriedades do solo, abrange várias áreas da engenharia civil, que tem como principal objeto o 
solo, que é utilizado também como material de construção, no qual adequa-se principalmente ao uso 
de agregados na confecção de concreto ou argamassa que afeta diretamente a consistência do 
produto. 
 
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2.0 – Revisão Teórica 
 De acordo com Sousa Pinto (2006), o comportamento de um solo está relacionado com as 
três fases (sólida, líquida e ar). Em um volume de solo é ocupado pelas partículas sólidas, formando 
uma estrutura, no qual, além de possui os grãos, dispõem de volumes restantes que são 
denominados de vazios e sendo esse envolvido por água ou ar. 
 
Figura 01 – Diagrama das fases. 
Fonte: Craig, 2007. 
Conforme Das (2014), é importante, que seja discutido em todos os trabalhos de engenharia 
geotécnica, as relações entre peso e volume, logo, todas propriedades necessários que seja 
envolvidos. Dentre esses índices está a massa específica dos grãos ou densidade real. 
Densidade ou densidade relativa de uma partícula é a razão entre seu peso específico e o 
peso específico da água destilada e isenta de ar à 4º C (ou entre a massa específica da partícula e a 
massa específica da água a 4ºC) (CAPUTO, 1989). 
De acordo com Sousa Pinto (2006), é uma característica no qual relaciona o peso das 
partículas sólidas e o de outra substância como a água, determinada em laboratório, utilizando o 
método do picnômetro, devido existe pouca variação de um solo para outro esse ensaio determina a 
real densidade dos grãos. 
Massad (2016) explica que esse ensaio é bastante simples, utiliza-se apenas uma amostra de 
solo que passa na peneira 4, o picnômetro e água, no qual ao final é possível se calcular a densidade 
pelas diferenças de peso, entre o peso da água com o solo e peso da água e a relação de volume. 
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O principal intuito da aplicação da água no ensaio é a expulsão do ar, por meio do processo 
de aquecimento da amostra, pois quando o solo não está saturado, o ar pode apresentar bolhas 
oclusas, que ocupam volume na amostra de solo (SOUSA PINTO, 2006). 
O instrumento utilizado no ensaio tem como característica baixo coeficiente de dilatação 
térmica, fator que auxilia no aquecimento da amostra, com a finalidade da expulsão dos vazios que 
estão ocupados pelo ar. Entretanto, todo esse procedimento não pode ser realizado com solo que 
possua presença de matéria orgânica, visto que, quando a amostra for levada a fervura transbordará 
do picnômetro. 
A densidade relativa como é comum observar sempre utiliza como padrão a substância água 
como segunda substância, Considerando ρa = 1g/cm³ (densidade da água), logo a densidade real (ρ) 
e o peso específico das partículas do solo (γ) são numericamente iguais, considerando que ρ é 
adimensional e γ com dimensão. Alguns valores estão em tabelas, para facilitar a busca, entretanto, 
seu resultado com exatidão pode ser obtido em laboratório (DAS, 2014). 
Consoante Caputo (1989), o valor da densidade depende do constituinte mineralógico da 
partícula de solo, variando entre 2,65 e 2,85. Para os solos que contêm elevado teor de matéria 
orgânica, o valor da densidade diminui, e cresce para solos ricos em óxidos de ferro. 
 
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3.0 – Objetivos 
3.1 – Objetivo Geral 
Determinar a densidade das partículas que constituem uma amostra de solo deformada 
coletada, através do Método do Picnômetro. 
3.2 – Objetivos Específicos 
a) Descrever o procedimento de execução do ensaio de densidade dos grãos do solo; 
b) Calcular a densidade real dos grãos do solo e realizar sua correção para a temperatura de 20ºC; 
c) Analisar os resultados obtidos. 
d) Obter conhecimento prático dos experimentos de mecânica dos solos.9 
 
4.0 – Procedimentos Metodológicos Adotados Para Realização do Ensaio 
4.1 – Materiais Utilizados no Ensaio 
 Para esse experimento, foram utilizados os seguintes materiais: 
 Peneira de 2mm; 
 Balança; 
 Estufa; 
 Dois picnômetros; 
 Termômetro; 
 Dessecador; 
 Aquecedor; 
 Pegador de madeira; 
 Funil 
4.2 – Execução do Ensaio 
Foram utilizados 20g de solo, passante na peneira de 2mm, como amostra. Colocou-se a 
amostra de solo na estufa por cerca de 20h e em seguida, colocou-a no dessecador para esfriar. 
 
Figura 02 – Amostra de solo seca na estufa. 
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Enquanto a amostra esfriava, os picnômetros foram limpos e pesados, individualmente. Com 
a amostra já fria, foi adicionada 10g a cada picnômetro. 
 
Figura 03 – Pesagem do picômetro. 
 
Figura 04 – Picnômetro com amostra de solo. 
 Em seguida, adicionou-se água ao picnômetro até que cobrisse em excesso a amostra de 
solo. Aqueceu-se o picnômetro, deixando ferver por quinze minutos, agitando continuamente para 
evitar o superaquecimento. 
 
Figura 05 – Aquecedor utilizado. 
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 Após fervura, deixou-se o picnômetro esfriar ao ambiente. Daí, encheu-o com água até o 
traço de referência e enxugou-o com um pano limpo e seco. Pesou-se o conteúdo e mediu-se a 
temperatura. Por fim, retirou-se todo o material de dentro do picnômetro e lavou-se o mesmo. 
Encheu-o, novamente, de água e pesou-se o conjunto. 
 
Figura 06 – Picnômetro com solo e cheio de água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5.0 – Resultados Obtidos 
 Ao realizar o ensaio de densidade dos grãos foram obtidos vários dados que permitiram 
calcular a densidade real dos grãos do solo a temperatura T1 (temperatura ambiente onde o ensaio 
foi realizado. Para isso foi utilida a seguinte fórmula: 
 
Na qual: = densidade real do solo à temperatura (T1) ; 
 P1 = peso do picnômetro vazio e seco, em g; 
 P2 = peso do picnômetro mais amostra, em g; 
 P3 = peso do picnômetro mais amostra, mais água, em g; 
 P4 = peso do picnômetro mais água, em g. 
 No entando o valor da densidade real deverá ser referido à água à temperatura d e 
20°C, logo é necessário fazer a correção da densidade, usa-se para isso a equação seguinte: 
 
Na qual: =densidade real do solo a 20°C; 
 nt = razão entre a densidade relativa da água a temperatura (T1) e a densidade 
relativa da água a 20°C, tabelado. 
 = densidade real do solo à temperatura (T1). 
Para a determinação do fator de correção foi utilizada a Tabela de razão entre a densidade 
relativa da água à temperatura T1 e a densidade relativa da água a 20ºC. A tabela pode ser 
visualizada logo abaixo. 
 
 
 
 
 
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Tabela 01 – Razão entre a densidade relativa da água à temperatura T1 e a densidade relativa da 
água a 20ºC. 
 
Fonte: DNER (1994). 
 Foi considerada uma temperatura de 33ºC na realização ensaio, então foi utilizado como 
fator de correção 0,9965. 
 No Quadro 01 apresentam-se todos os dados do ensaio e a densidade dos grãos. 
Quadro 01 – Dados do ensaio de densidade dos grãos. 
Picnômetros 1 2 
P1 28,306 28,686 
P2 38,294 38,693 
P3 84,580 84,767 
P4 78,343 78,486 
Densidade 2,662 2,685 
Densidade Corrigida 2,653 2,676 
Média 2,665 
Discrepância 0,023 
Fonte: Autores (2019). 
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 Através do Quadro 01, observa-se que os resultados da densidade dos grãos do solo com 
duas repetições foram satisfatórios, pois a discrepância foi muito baixa, de apenas 0,023. Além 
disso, o solo estudado neste ensaio está dentro da faixa de variação de 2,3 a 2,9, faixa esta, que 
segundo Sobreira (2014) refere-se a solos com características arenosas e siltosas, estando, portanto, 
de acordo com os resultados obtidos nos ensaios de granulometria e limites de Atterberg, onde 
determinou-se que o solo em estudo trata-se de uma areia com finos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6.0 – Conclusão 
 O estudo do solo é de extrema importância para a engenharia civil, uma vez que este possui 
comportamento variável, logo são necessários estudos que possibilitem fornecer dados para 
realização de grandes obras. A densidade dos grãos do solo é uma dessas características que se deve 
ter conhecimento. 
Para a determinação da densidade dos grãos, foi realizado o ensaio pelo método do 
Picnômetro, na qual consiste na determinação do peso do picnômetro com água e amostra de solo, 
ao final, o resultado obtido é fruto da relação entre os pesos da amostra do solo pelo peso da água a 
temperatura ambiente. 
Após a execução do ensaio, determinou-se a densidade dos grãos do solo em estudo, 
obtendo-se para o ensaio com a mesa aquecedora. A discrepância foi de 0,023 ficando dentro do 
aceitável, dessa forma, conclui-se que os resultados obtidos são confiáveis e apresentam precisão. 
 
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7.0 – Referências Bibliográficas Consultadas 
ALMEIDA, Gil Carvalho Paulo de. Caracterização Física e Classificação dos Solos. Universidade 
Federal de Juiz de Fora, 2005. 
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações. São Paulo: Livros Técnicos e 
Científicos Editora Ltda, 6ª edição, v. 1, 1989. 
CRAIG, Robert F. Mecânica dos solos. 7ª edição. Tradução Amir Kurban; Rio de Janeiro: LTC, 
2007. 
DAS, B. M; SOBHAN, K. Fundamentos da Engenharia Geotécnica. 8ª edição. Tradução norte-
americana. São Paulo: Cengage Learning, 2014. 
DNER (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem). Solos – determinação da densidade 
real. 1994. Disponível em: <http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/meetodo-de-
ensaio-me/dner-me093-94.pdf>. Acesso em: Nov. 2019. 
MASSAD, F. Mecânica dos solos experimental. São Paulo: Oficina de Textos, 2016. 
SOBREIRA, D. S. V. Comparação entre os métodos de compactação de solos por impactos e por 
amassamento. 2014. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil e Ambiental) – 
Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, 2014. 
SOUSA PINTO, Carlos de. Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas. 3ª edição. São Paulo: 
Editora Oficina de Textos, 2006.