RELATÓRIO 03 - DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA APARENTE DOS SOLOS docx

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
DISCIPLINA:
LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS SOLOS – 2570
TURMA: 002
RELATÓRIO NO 3
Determinação da Massa Específica Aparente dos Solos
Acadêmico(a): Ana Beatriz Chorro Camargo RA: 130158
Ana Luiza Rios Plaza RA: 131066
Heloisa Oliveira da Costa RA: 130129
Maringá, 24 de maio de 2024.
1
Determinação da Massa Específica Aparente dos Solos
1. OBJETIVO
Determinação da massa específica aparente dos solos (ρ, ρd), baseando-se nos
métodos e explicações vistos em aula.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A massa específica pode ser expressa como Massa Específica Aparente (p) e Massa
Específica Aparente Seca (ρd).
A massa específica aparente (ρ) de um solo é dado pela relação entre a massa de um
solo (M) e seu respectivo volume (V).
(01)ρ = 𝑀
𝑉 
Já a massa específica aparente seca de um solo é obtida pela razão entre a massa de um
solo seco (Ms) e o respectivo volume total (V). Neste caso o teor de umidade do solo é zero
(w=0), como demonstrado na equação 02.
(02)ρ
𝑑
= 𝑀𝑠
𝑉
Na prática se utiliza a massa específica para a determinação de outros índices que
implicam em cálculos de volumes, como porosidade (n), índice de vazios (e), grau de
saturação (Sr), e teor de umidade (w), assim a massa específica pode ser expressa em função
desses parâmetros.
Igualmente, a Massa Específica Aparente é uma característica geralmente usada para
cálculo do volume e dos vazios do solo, caracterizando também se ele está molhado, isto é, se
sua absorção está completa ou, quando num sistema seco em estufa, ser usado para cálculo
quando o agregado está ou estará seco quando utilizado.
2
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Nos tópicos abaixo são apresentados os materiais, como solo e os equipamentos, que
foram utilizados para a realização do experimento em pauta, assim como a metodologia
seguida para a realização do ensaio, citando as normas da ABNT referenciadas.
3.1. MATERIAL – O solo
O solo utilizado no experimento em questão foi retirado da cidade de Nobres, em Mato
Grosso, que pode ser caracterizado como um latossolo vermelho.
Além disso, a prática de determinação da massa específica aparentes dos solos foi
realizada com uma amostra indeformada, visto que suas características estruturais naturais
existentes no local da extração foram mantidas, assim como a sua constituição mineralógica
do solo.
Portanto, para a iniciação do experimento, foi realizada a abertura da amostra
indeformada que estava envolta à parafina, para a retirada do corpo de prova de solo com
auxílio do torno, para que assim se desse continuidade a prática.
3.2. EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
● Os materiais utilizados para o método da cubagem pela medida direta das dimensões
geométricas (paquímetro) com o torno e o anel metálico:
○ Faca, régua metálica, espátula, pincel;
○ Torno para talhagem;
○ Aparador (berço);
○ Anel metálico;
○ Cápsulas;
○ Paquímetro;
○ Balança com capacidade de 1.500g com precisão de 0,1g,
○ Estufa;
○ Dessecador.
3
● Materiais utilizados para método de cubagem através de empuxo de água (balança
hidrostática):
○ Estufa capaz de manter a temperatura de 60ºC a 65°C e de 105°C a 110°C;
○ Balança com capacidade de 1.500g com precisão de 0,1g e sensibilidade
compatível;
○ Moldura e recipiente contendo água;
○ Fogareiro ou aquecedor;
○ Linha comum ou de náilon;
○ Parafina com massa específica aparente conhecida.
3.3. MÉTODOS DE ENSAIO
● Cubagem pela Medida Direta das Dimensões Geométricas (Paquímetro):
○ Torno: Com a utilização da amostra indeformada a mesma é aberta e a
quantidade necessária é retirada para a talhagem que é realizada com o auxílio
do torno até chegar na medida de diâmetro esperada em seguida o topo e base
são ajudados com o auxílio do berço de corpo de prova. Por fim as medidas
são do corpo de prova foram coletadas com o uso do paquímetro e o mesmo
foi pesado. Por fim com o solo que restou da talhagem foi colocado em
cápsulas é pesado para ser utilizado a fim de calcular o teor de umidade da
amostra.
○ Anel Metálico: Para esse mesmo processo de talhagem com corpo de prova do
solo com auxílio do anel metálico, em primeiro lugar é preciso realizar a
pesagem e medição das dimensões internas do anel metálico. Em seguida
retirar uma parte da amostra indeformada e talhá-la com o auxílio do anel
metálico realizando faceamento no topo e na base do corpo de prova formado.
○ Por fim a pesagem do corpo de prova junto do anel é realizada tendo todos os
dados coletados para a realização das contas. Assim como na outra
metodologia, os restos da amostra são utilizados para a determinação do teor
de umidade.
4
● Cubagem Através do Empuxo da Água (Balança Hidrostática):
○ Utilizando a mesma amostra indeformada um corpo de prova esférico com o
diâmetro de 5 centímetros foi talhado, as medidas foram conferidas e o mesmo
foi pesado. Em seguida a parafina de selagem foi derretida evitando o
superaquecimento. Com o auxílio de uma linha, o corpo de prova foi amarrado
e emergido sucessivamente no material derretido e quando já seco, o mesmo
foi pesado na balança normal e na balança hidrostática. Por fim, a parafina é
removida e assim como nas outras metodologias a amostra restante é utilizada
para definir o teor de umidade do solo.
4. RESULTADOS
Contudo, baseando-se nos dados apresentados, é realizado os desvios dos cálculos
referentes à prática feita pelos métodos. Abaixo estão demonstradas as fórmulas e os
resultados obtidos que encontram-se na tabela 01 a 06.
4.1. CÁLCULO PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADE DO SOLO
(03)𝑤 =
𝑀𝑤
𝑀𝑠 𝑋 100
(04)𝑀 = 𝑀𝑠 + 𝑀𝑤
(05)𝑀𝑤 = 𝑀1 − 𝑀2
(06)𝑀𝑠 = 𝑀2 − 𝑀3
Sendo:
w = Teor de umidade [%]
Mw = Massa da água [g]
Ms = Massa dos sólidos [g]
M1 = Massa do solo úmido + massa da cápsula [g]
M2 = Massa do solo seco + massa da cápsula [g]
M3 = Massa da cápsula [g]
5
Tabela 01: Determinação do Teor de Umidade de Método do Paquímetro com Torno.
TEOR DE UMIDADE PAQUÍMETRO (TORNO)
CÁPSULA N° 52 56 59
AMOSTRA ÚMIDA + CÁPSULA (g) 170,89 172,88 169,27
AMOSTRA SECA + CÁPSULA (g) 145,13 146,75 143,84
MASSA DA CÁPSULA (g) 24,36 25,02 24,98
TEOR DE UMIDADE (%) 21,329 21,466 21,395
TEOR DE UMIDADE MÉDIO (%) 21,397
Fonte: Nelci Helena Maia Gutierrez
Tabela 02: Determinação do Teor de Umidade pelo Método do Paquímetro com Anel
Metálico
TEOR DE UMIDADE PAQUÍMETRO (ANEL METÁLICO)
CÁPSULA N° 7 9 10
AMOSTRA ÚMIDA + CÁPSULA (g) 150,02 165,43 160,06
AMOSTRA SECA + CÁPSULA (g) 128,03 140,67 136,56
MASSA DA CÁPSULA (g) 25,02 24,92 26,10
TEOR DE UMIDADE (%) 21,347 21,391 21,275
TEOR DE UMIDADE MÉDIO (%) 21,338
Fonte: Nelci Helena Maia Gutierrez
Tabela 03: Determinação do Teor de Umidade pelo Método da Balança Hidrostática
TEOR DE UMIDADE BALANÇA HIDROSTÁTICA
CÁPSULA N° 14 11 21
AMOSTRA ÚMIDA + CÁPSULA (g) 142,30 171,47 157,30
AMOSTRA SECA + CÁPSULA (g) 121,05 145,96 134,31
MASSA DA CÁPSULA (g) 24,78 25,68 26,80
TEOR DE UMIDADE (%) 22,073 21,209 21,384
TEOR DE UMIDADE MÉDIO (%) 21,555
Fonte: Nelci Helena Maia Gutierrez
6
4.2. CÁLCULO PARA DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA APARENTE DO
SOLO
(07)ρ = 𝑀𝑐𝑝
𝑉𝑐𝑝
(08)ρ
𝑑
= ρ
1+𝑤
(09)𝑉𝑐𝑝
𝑝𝑎𝑞𝑢í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
= ( π
4 𝑥 𝑑
𝑚
2 ) 𝑥 ℎ
𝑚
(10)𝑉𝑐𝑝
𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛ç𝑎 ℎ𝑖𝑑.
= 𝑀𝑐𝑝𝑝 − 𝑀𝑐𝑝𝑝𝑖
ρ𝑤 − 𝑀𝑐𝑝𝑝 − 𝑀𝑐𝑝
ρ𝑝
Sendo:
= Massa específica aparente natural do solo [g/cm³]ρ
= Massa específica aparente seca do solo [g/cm³]ρ
w = Massa específica da água [≅ 1g/cm³]ρ
p = Massa específica da parafina [≅ 0,91g/cm³]ρ
w = Teor de umidade [%]
dm = Diâmetro médio [cm]
hm = Altura média [cm]
Mcp = Massa do corpo de prova [g]
Mcpp = Massa do corpo de prova com parafina [g]
Mcppi = Massa do corpo de prova com parafina imerso em água [g]
Vcp = Volume do corpo de prova [cm³]
7
Tabela 04: Massa Específica Aparente pelo Método do Paquímetro (torno)
MASSA ESPECÍFICA AP. DO SOLO PAQUÍMETRO (TORNO)
ENSAIO N° 1 2 3
CORPO DE PROVA N° 1 2 3
DIÂMETRO MÉDIO DOCORPO DE PROVA
(cm) 4,99 5,01 5,00
ALTURA MÉDIA DO CORPO DE PROVA (cm) 10,03 10,00 10,01
VOLUME DO CORPO DE PROVA (cm³) 196,15 197,14 196,55
MASSA DO CORPO DE PROVA (g) 393,86 428,67 392,86
MASSA ESPECÍFICA (g/cm³) 2,01 2,17 2,00
MASSA ESPECÍFICA APARENTE SECA (g/cm³) 0,09 0,10 0,09
MASSA ESPECÍFICA APARENTE SECA MÉDIA
(g/cm³) 0,09
Fonte: Nelci Helena Maia Gutierrez
Tabela 05: Massa Específica Aparente pelo Método do Paquímetro (anel metálico)
MASSA ESPECÍFICA AP. DO SOLO PAQUÍMETRO (ANEL METÁLICO)
ENSAIO N° 1 2 3
ANEL N° 61 62 63
MASSA DO ANEL (g) 44,74 45,92 45,4
DIÂMETRO MÉDIO DO ANEL (cm) 7,15 7,15 7,15
ALTURA MÉDIA DO ANEL (cm) 2 2,00 2
VOLUME DO ANEL (cm³) 78,07 78,07 78,07
MASSA DO CORPO DE PROVA + ANEL (g) 205,63 207,32 207,45
MASSA DO CORPO DE PROVA (g) 160,89 161,4 162,05
MASSA ESPECÍFICA (g/cm³) 2,06 2,07 2,08
MASSA ESPECÍFICA APARENTE SECA
(g/cm³) 0,09 0,09 0,09
MASSA ESPECÍFICA APARENTE SECA
MÉDIA (g/cm³) 0,09
Fonte: Nelci Helena Maia Gutierrez
8
Tabela 06: Massa Específica Aparente pelo Método da Balança Hidrostática
MASSA ESPECÍFICA AP. DO SOLO BALANÇA HIDROSTÁTICA
ENSAIO N° 1 2 3
MASSA DO CORPO DE PROVA (g) 133,08 177,51 144,32
MASSA DO C.P. COM PARAFINA (g) 141,12 187,73 153,21
MASSA DO C.P. COM PARAFINA IMERSO (g) 66,18 89,15 71,45
VOLUME DO CORPO DE PROVA (cm³) 65,48 86,56 71,3
MASSA ESPECÍFICA DA PARAFINA (g/cm³) 0,91 0,91 0,91
MASSA ESPECÍFICA APARENTE DO SOLO
(g/cm³) 2,03 2,05 2,02
MASSA ESPECÍFICA APARENTE SECA (g/cm³) 0,09 0,09 0,09
MASSA ESPECÍFICA APARENTE SECA MÉDIA
(g/cm³) 0,09
Fonte: Nelci Helena Maia Gutierrez
Para serem usadas nas fórmulas acima, os valores das massas específicas da água e da
parafina foram adotados conforme dados usuais. Também, vale ressaltar que todas as tabelas
estão preenchidas por dados fornecidos pelo experimento e pelos cálculos feitos com as
equações citadas.
5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
No entanto, a análise dos dados revelou que os métodos produziram valores médios
semelhantes para a densidade aparente do solo em questão. Além disso, o teste foi
considerado satisfatório, pois as diferenças não excederam 0,02 g/cm³ para a densidade
aparente natural ou seca do solo, expressa com três dígitos significativos em g/cm³, e o teor de
umidade foi determinado com uma precisão de 0,1%.
Entretanto, é importante notar que os métodos do paquímetro e da balança hidrostática
são os mais comumente utilizados, ao contrário do método da água deslocada, que não foi
demonstrado nem forneceu dados, sendo menos empregado e substancialmente diferente dos
outros métodos conforme discutido em aula. Além disso, é válido considerar que os
resultados poderiam ter sido afetados por algumas condições, como possível perda de
partículas durante a lavagem dos equipamentos e instabilidade no manuseio dos utensílios. No
entanto, de acordo com as normas vigentes, o ensaio não apresentou divergências
significativas.
9
REFERÊNCIAS
[1] Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 16867: 2020: Determinação da massa
específica aparente de amostras indeformadas - Método da balança hidrostática. Rio de
Janeiro, 2020.
[2] SANTOS, Humberto. Latossolos Vermelhos, 2021. Disponível em:
https://www.embrapa.br/agencia-de-informacao-tecnologica/tematicas/solos-tropicais/sibcs/ch
ave-do-sibcs/latossolos/latossolos-vermelhos
[3] Slides em PDF sobre a aula. Prática 3 - Determinação da massa específica aparente dos
solos. Disponível em:
https://classroom.google.com/u/1/c/NjgyOTc1MTAxNjIz/m/Njk2NDc1ODg0NDMx/detailsD
https://classroom.google.com/u/1/c/NjgyOTc1MTAxNjIz/m/Njk2NDc1ODg0NDMx/details