Relatório 2 Determinação de massa específica com emprego da balança hidrostática

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS SOCIAIS 
APLICADAS – FATECS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL 
RELATÓRIO 2
MECÂNICA DOS SOLOS I
BRASÍLIA-DF, 05 DE ABRIL DE 2018.
 Pró-Reitoria Acadêmica
 Diretoria Acadêmica
 Assessoria Pedagógica da Diretoria Acadêmica
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS SOCIAIS 
APLICADAS – FATECS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL 
PROF.: RENATA CONCIANI NUNES
	
RELATÓRIO DO ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DE MASSA ESPECÍFICA COM EMPREGO DA BALANÇA HIDROSTÁTICA
Notas de aula para os alunos de Engenharia Civil como complementação para entendimento da disciplina de Mecânica dos Solos I no que tange o relatório do ensaio realizado.
BRASÍLIA-DF, 05 DE ABRIL DE 2018.
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS SOCIAIS 
APLICADAS – FATECS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
PROF.: RENATA CONCIANI NUNES
RELATÓRIO DO ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DE MASSA ESPECÍFICA COM EMPREGO DA BALANÇA HIDROSTÁTICA
NOME DOS INTEGRANTES
Diego Maurício - RA: 21500621
Jessé Carlos - RA: 21483494
Hélio Junior - RA: 21506574
Pedro Azevedo - RA: 21504821
Wallace Leonel - RA: 21507611
BRASÍLIA-DF, 5 DE ABRIL DE 2018.
INTRODUÇÃO
O princípio de Arquimedes afirma que a força de empuxo equivale a força peso do liquido deslocado pelo objeto, ou seja, o volume do objeto e o tipo de liquido o qual está imerso define a força de empuxo a qual o objeto está submetido, fundamento essencial para a execução deste ensaio.	
As propriedades físicas e químicas, bem como a composição e o arranjo das partículas do solo são de considerável importância para projetos de engenharia civil. Para tanto, são realizados experimentos que definem a distribuição do tamanho dos grãos, teor de umidade, permeabilidade, compressibilidade, entre outros. A coleta de uma amostra de solo indeformada permite examiná-lo de forma macroscópica, seu comportamento define a sua devida utilização em determinados projetos, quanto à sua resistência e capacidade de carga.
OBJETIVOS
O procedimento, regulamentado pela NBR -10838, tem por objetivo calcular a massa específica aparente natural e a massa específica aparente seca de uma amostra de solo indeformada, por meio da utilização da balança hidrostática, ou seja, determinando o volume da amostra através do empuxo gerado pelo volume de água deslocado e detectado na balança hidrostática com a variação dos valores com a amostra em uma balança comum.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O solo e constituído de matéria, ar e água, por isso o solo e heterogêneo. Ele e formado por resultados de intemperismo químicos e físicos de suas rochas formadoras. ‘’todos os solos se originam da decomposição das rochas que constituem inicialmente a crosta terrestre’’. (REFERÊNCIA 2)
Por ser formado por uma ou diversas rochas o solo tem uma grande variação de minerais e diversas granulometrias de suas partículas. ’A primeira característica que diferencia o solo e o tamanho das partículas que os compõem’’. (REFERÊNCIA 2). Além dos acréscimos orgânicos que foram absorvidos por ele no decorrer da sua formação. Por tanto ocorre a necessidade de determinar a massa especifica aparente do solo.
Este ensaio tem a sua regulamentação na NBR -10838 que determina a massa específica com o uso da balança hidrostática, é expõem a necessidade de consultar a MB-27 que determina a preparação para ensaios de compactação. E necessário saber sobre a NBR- 9820 para coletas de amostra indeformadas pois o solo utilizado no ensaio da NBR-10838 e um solo de amostra indeformada que precisa ter certos cuidados de armazenamento para que o solo não perca ou ganhe umidade, ou o volume deste solo seja alterado por meio de perturbações mecânicas que venham por meio do transporte. O ensaio usa amostra indeformada pois ela consegue armazenar condições que o solo possui tais como textura, constituição mineralógica, estrutura do solo e umidade. 
Os procedimentos no ensaio para a determinação da massa específica aparente e dada pela seção 4 e 5 da NBR-10838. Seção 4. determinação da massa específica, 4.1 talhar o corpo de parafina, 4.2 amarrar o corpo de prova com linha, 4.3 imergir a parafina em água e observar se a formação de bolhas, 4.4 calcular a massa específica da parafina, 4.5 a massa específica da parafina será a média de três corpos de parafina. Seção 5. execução do ensaio, 5.1 talha o corpo de prova, 5.2 analisar os possíveis vazios pelo não preenchimento da parafina no solo, 5.3 amarrar o corpo de prova com linha, 5.4 fixa o corpo de prova na balança, 5.5 retirar a parafina após o seu devido secamento.
Os cálculos são de fundamental importância para os resultados do nosso ensaio por isso a importância de sabermos como funciona de maneira bem clara, e como surge as formulas.  Lembrando sempre de fazermos revisões para podermos ter uma maior certeza da massa específica aparente do solo. Constatamos que o livro (REFERÊNCIA 2) expõem as formulas de maneira clara com desenvolvimento teórico e as origens das formulas de uma maneira melhor que a NBR-10838. 
MATERIAIS
Para realização do ensaio foram utilizados os seguintes materiais:
Estufa capaz de manter a temperatura de 60ºC a 65ºC e de 105ºC a 110ºC;
Balança que permita pesar nominalmente 1,5 kg, com resolução de 0,1g e sensibilidade compatível;
Moldura que possa ser acoplada ao prato da balança, sendo que balanças que disponham de dispositivo adequado para a realização deste ensaio prescindem de tal moldura;
Recipiente contendo água, de dimensões adequadas, para imersão do corpo-de-prova;
Fogareiro ou aquecedor para derreter a parafina;
Linha comum, ou preferencialmente nylon, e utensílios como panela, faca, espátula, pincel, etc.;
Parafina isenta de impurezas e com massa específica aparente, no estado sólido, conhecida e periodicamente verificada.
Amostra de solo indeformada.
EQUAÇÕES
Determinação da umidade presente no solo escavado:
Determinação da massa específica da parafina:
Determinação do volume do corpo de prova:
Determinação da massa específica aparente natural da amostra:
Determinação da massa específica aparente seca da amostra:
METODOLOGIA
Pesou-se os corpos de parafina na balança com precisão de 0,1g e obteve-se o resultado (1).
Pesou-se o contrapeso imerso, ou seja, na balança hidrostática e obteve-se o resultado (2).
Amarrou-se o contrapeso ao corpo de parafina 1 e pesou-se o conjunto na balança hidrostática. Repetiu-se o procedimento para o corpo de parafina 2 e 3. Obteve-se o resultado (3).
Talhou-se dois corpos de prova, provindos de uma amostra de solo indeformada maior, cujos diâmetros eram próximos a 5 cm. Pesou-se os corpos de prova 1, 2 e 3, e obteve-se respectivamente os resultados (4).
Derreteu-se a parafina em uma panela, recobriu-se os corpos de solo talhados 1 e 2 e pesou-se. Obteve-se respectivamente os resultados (5).
Mergulhou-se os corpos parafinados e pesou-se na balança hidrostática. Obteve-se o resultado (6).
Pesou-se 6 capsulas vazias, 3 para amostra 1 e 3 para amostra 2. Obteve-se o resultado (7).
Colocou-se amostras de solo nas cápsulas provenientes dos corpos parafinados e pesou-se. Obteve-se o resultado (8).
Colocou-se as 6 cápsulas em uma estufa com temperatura de 105ºC a 110ºC por um período mínimo de 12 horas. Após esse período, retirou-se as 6 cápsulas da estufa e pesou-se uma por vez. Obteve-se o resultado (9).
Com os resultados 1, 2 e 3 calculou-se a massa específica da parafina e obteve-se o resultado (10).
 
RESULTADOS
Resultado (1):
Corpo de parafina 1: Mpar = 94,94g
Corpo de parafina 2: Mpar = 96,46g
Corpode parafina 3: Mpar = 97,10g 
Resultado (2): 
Massa do contrapeso imerso: Mcpi = 58,88g
Resultado (3):
Massa do conjunto contrapeso e corpo de parafina 1: Mci = 48,38g.
Massa do conjunto contrapeso e corpo de parafina 2: Mci = 49,33g
Massa do conjunto contrapeso e corpo de parafina 3: Mci = 49,66g.
Resultado (4):
Massa do corpo de prova 1: Ms = 197,24g
Massa do corpo de prova 2: Ms = 210,37g
Massa do corpo de prova 3: Ms = 269,07g
Resultado (5):
Massa do corpo parafinado 1: Mp = 214,78g
Massa do corpo parafinado 1: Mp = 230,60g
Massa do corpo parafinado 1: Mp = 301,00g
Resultado (6):
Massa do corpo parafinado 1 imerso: Mpi = 66,06g
Massa do corpo parafinado 2 imerso: Mpi = 73,81g
Massa do corpo parafinado 3 imerso: Mpi = 88,27g
Resultado (7):
Cápsulas Nº 5: Tara = 14,05 g.
Cápsulas Nº 9: Tara = 14,34 g.
Cápsulas Nº 34: Tara = 13,28 g.
Cápsulas Nº 01: Tara = 13,46 g.
Cápsulas Nº 13: Tara = 13,58 g.
Cápsulas Nº H100: Tara = 15,98 g.
Resultado (8):
Cápsulas Nº 5: Tara + Solo Úmido = 50,75 g
Cápsulas Nº 9: Tara + Solo Úmido = 46,16 g
Cápsulas Nº 34: Tara + Solo Úmido = 52,17 g
Cápsulas Nº 01: Tara + Solo Úmido = 53,31 g
Cápsulas Nº 13: Tara + Solo Úmido = 57,73 g
Cápsulas Nº H100: Tara + Solo Úmido = 59,72 g
Resultado (9):
Cápsulas Nº 5: Tara + Solo Seco = 44,34 g
Cápsulas Nº 9: Tara + Solo Seco = 40,69 g
Cápsulas Nº 34: Tara + Solo Seco = 45,35 g
Cápsulas Nº 01: Tara + Solo Seco = 46,26 g
Cápsulas Nº 13: Tara + Solo Seco = 50,28 g
Cápsulas Nº H100: Tara + Solo Seco = 52,10 g
Resultado (10): 
Corpo de parafina 1:
 = 0,9004 g/cm3
Corpo de parafina 2:
 = 0,9099 g/cm3
Corpo de parafina 3:
 = 0,9132 g/cm3
Resultado (15):
Cápsulas Nº 5:
 = 17,46%
Cápsulas Nº 9:
 = 17,19%
Cápsulas Nº 34:
 = 17,61%
Cápsulas Nº 01:
 = 19,13%
Cápsulas Nº 13:
 = 16,87%
Cápsulas Nº H100:
 = 17,42%
Umidade Média Geral = 17,61%
Resultado (16):
Corpo de prova 1:
 = 1,524 g/cm3
Corpo de prova 2:
 = 1,555 g/cm3 
Corpo de prova 3:
 = 1,515 g/cm3 
Média = = 1,531 g/cm3
Resultado (17):
Corpo de prova 1:
Corpo de prova 2:
Corpo de prova 3:
Média
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS
Tabela referente aos resultados encontrados em laboratório para massa específica da parafina:
	Tabela 1 - Massa específica da parafina
	Determinação
	N°
	1°
	2°
	3°
	Massa do corpo de parafina (g)
	Mpar
	P1
	94,94
	96,46
	97,10
	Massa do contrapeso imerso (g)
	Mcpi
	P2
	58,88
	58,88
	58,88
	Massa do CP + contrapeso imersos (g)
	Mci
	P3
	48,38
	49,33
	49,66
	ρpar (g/cm3)
	Mpar/(Mpar+ Mcpi – Mci)
	P4
	0,9047
	0,9099
	0,9132
	ρpar(Médio) (g/cm3)
	P5
	0,9092
Tabela referente aos resultados encontrados em laboratório para volume do corpo de prova:
	Tabela 2 - Volume do Corpo de Prova
	Determinação
	N°
	1°
	2°
	3°
	Massa do Solo ao ar (g)
	Ms
	P6
	197,24
	210,37
	269,07
	Massa (solo + parafina) ar (g)
	Mp
	P7
	214,78
	230,60
	301,00
	Massa (solo + parafina) imerso (g)
	Mpi
	P8
	66,06
	73,81
	88,27
	Volume do corpo de prova (cm3)
	Vs = (Mp-Mpi)·((Mp-M)/ρpar)
	P9
	129,42
	135,20
	177,60
Tabela referente aos resultados encontrados em laboratório massa específica da amostra:
	Tabela 3 - Massa específica da amostra
	Determinação
	N°
	1°
	2°
	3°
	Massa especifica aparente natural (g/cm³)
	 = /
	P10
	1,524
	1,555
	1,515
	Massa especifica aparente seca (g/cm³)
	(100/(100+w))
	P11
	1,295
	1,322
	1,288
Tabela referente aos resultados encontrados em laboratório para primeira e segunda amostra:
	Tabela 4 - Primeira e segunda amostra
	Cápsula n°
	5
	9
	34
	01
	13
	H100
	Tara(g)
	n
	14,05
	14,34
	13,28
	13,46
	13,58
	15,98
	Tara + Solo Úmido(g)
	l
	50,75
	46,16
	52,17
	53,31
	57,73
	59,72
	Tara + Solo Seco(g)
	m
	44,34
	40,69
	45,35
	46,26
	50,28
	52,10
	Massa da água
	o = l-m
	6,41
	5,47
	6,82
	7,05
	7,45
	7,62
	Massa do solo seco
	p = m-n
	30,29
	26,35
	32,07
	32,80
	36,70
	36,12
	Umidade (%)
	q = o/p
	21,16
	20,75
	21,26
	21,49
	20,29
	21,09
	Média (%)
	r
	21,00
SPEED-TEST
	
Os equipamentos necessários para a execução deste método foram: 
Garrafa metálica; 
Manômetro; 
Ampolas de carbureto; 
Esferas metálicas; 
Tabela que relaciona a pressão medida no manômetro e a massa de material colocada na garrafa. 
Metodologia
Pesou-se 10 g de solo (previamente umedecido); 
Colocou-se na garrafa metálica as 10 g de amostra, a ampola de carbureto, 02 esferas metálicas. 
Fechou-se a garrafa com o manômetro e executou movimentos horizontais para quebrar a ampola. 
Por fim, leu-se a pressão no manômetro:
Usou-se a tabela para relacionar a pressão medida com a massa da matéria. 
Resultado
Após os passos 1 e 2, foi possível obter uma pressão P com a leitura do manômetro. Portanto, P = 0,5 Kgf/cm2 para cada 0g.
Com esta leitura da pressão simultânea à utilização da massa da amostra previamente pesada M = 10 g na tabela do equipamento, foi obtido um teor de umidade h, portanto: h = 7,26 %.
Após os passos 1 e 2, d escritos na metodologia, foi possível obter uma p pressão 
 
 
CONCLUSÃO
A prática demonstrou que o experimento deve ser executado cuidadosamente, principalmente durante a lapidação e recobrimento com parafina da amostra de solo, para que ela não se deforme ou rache, gerando valores errados de massa específica. Devido a esse fato, se vê a necessidade de execução repetida do experimento, como foi executado e como exige a norma, para garantir a prova dos valores. 
O objetivo do experimento foi alcançado, sendo realizado como exige a norma (NBR 10838) e todos os procedimentos cuidadosamente executados. Os valores resultantes auxiliam no processo de caracterização do solo como se estivesse no local original, de forma mais fielmente possível, já que foi executado com amostra de solo indeformada. 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10838: Solo- Determinação da massa específica aparente de amostras indeformadas, com o emprego da balança hidrostática. Rio de Janeiro: Moderna, 1988. 4 p.
NOGUEIRA, J.B., Mecânica dos Solos - Ensaios de Laboratório, EESC/USP, 1995 
PINTO, Carlos de Sousa, Curso básico de mecânica dos solos, Oficina de Textos, 2006. 
STANCATI, G. NOGUEIRA, J.B. e VILAR, O.M., Ensaios de Laboratório em mecânica dos Solos, EESC/USP. 1981. 
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações, LTC, 1979. 
CAROL, R.C., Relatório de ensaio de frasco de areia, 21/03/2015 disponível em: <www.passeidireto.com/arquivo/37860801/relatorio-de-ensaio-frasco-de-areia> acesso em: 05. abril .2018
AGDA, M.S ., Densidade ‘’in situ’’ 15/05/2011 portado no ebah.com disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAejqQAK/densidade-in-situ-cone-areia> acesso em: 05. abril .2018 
ANEXOS