Densidade dos grãos

Prévia do material em texto

1 
 
Universidade Federal de Campina Grande – UFCG 
Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar – CCTA 
Unidade Acadêmica de Ciências e Tecnologia Ambiental – UACTA 
Curso: Engenharia Civil 
Área: Geotecnia 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório – IV: Determinação da densidade dos grãos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Professor: Pós-D.Sc Saul Barbosa Guedes; 
Aluno: Emanuel Remígio Evangelista Amaro; Matricula: 915110250 
Flávia Silva Vieira; Matrícula: 916110205 
José Wesley Alves de Medeiros; Matricula: 916110213 
Natalia Verônica Gomes da Silva; Matrícula: 916110081 
Disciplina: Mecânica dos Solos Experimental 
 
Pombal / Paraiba 
29 de novembro de 2018 
2 
 
Apresentação 
 
 Este relatório é apresentado como parte da avaliação da disciplina de Mecânica dos solos 
experimental. Aborda as atividades realizadas no Laboratório de Resíduos Sólidos no dia 22 de 
novembro de 2018. 
 Foi realizado o experimento referente ao Ensaio de densidade dos grãos. 
 
 
3 
 
Sumário 
 
1. INTRODUÇÃO ..........................................................................................................................4 
2. REVISÃO TEÓRICA ................................................................................................................. 5 
3. OBJETIVOS ................................................................................................................................ 8 
 3.1. OBJETIVO GERAL .................................................................................................................. 8 
 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................................... 8 
4. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ADOTADOS PARA REALIZAÇÃO DO 
ENSAIO .............................................................................................................................................. 9 
4.1. MATERIAIS UTILIZADOS NO ENSAIO .............................................................................................. 9 
4.2. EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO ......................................................................................................... 9 
5. RESULTADOS OBTIDOS ....................................................................................................... 13 
6. CONCLUSÃO ........................................................................................................................... 14 
7. REFERÊNCIAS CONSULTADAS ......................................................................................... 15 
 
4 
 
1.0 – Introdução 
 O solo é de grande importância nas obras de engenharia civil, onde de uma forma ou outra, 
apoiam-se sobre o solo, por isso, a estabilidade e o comportamento funcional da obra será 
determinada, em grande parte, pelo desempenho dos materiais usados nos maciços terrosos. A 
densidade real de solos é a relação entre o peso específico das partículas sólidas e o peso de igual 
volume de água pura a 4° C. Conhecendo-se a densidade do solo, é possível, além de otimizar 
custos, definir diversas características do mesmo (ALMEIDA et al, 2014). 
 A densidade dos grãos consiste na relação entre o peso das partículas sólidas e o seu volume, 
desconsiderando completamente os vazios existentes. Para a determinação da densidade dos grãos 
precisa-se conhecer o volume que as mesmas ocupam levando em consideração o princípio de 
Arquimedes, onde um corpo imerso em água desloca um certo volume de líquido e utilizando 
recipientes de volume conhecido, obtém-se por meio de uma relação com peso da água deslocada 
(OLIVEIRA, 2016). 
 A densidade dos sólidos varia pouco de solos para solo, é função dos minerais constituintes 
e da porcentagem de cada um deles no solo. Por si, não permite identificar o solo em questão, mas é 
necessário para caracterizá-lo quanto aos seus valores de índices físicos. Tal ensaio é realizado 
fazendo uso de um picnômetro, que é ideal para a determinação da densidade dos líquidos ou 
sólidos, consiste em um frasco de vidro, calibrado e com tampa. 
5 
 
2.0 – Revisão Teórica 
A densidade do solo, densidade aparente ou densidade global, é uma propriedade física 
muito utilizada para avaliar a estrutura do solo e corresponde à massa de solo seco por unidade de 
volume de solo, expressa em g/cm³. Reflete diretamente como as partículas estão dispostas no solo 
e a porosidade, ou seja, a estrutura em todos os seus aspectos. Portanto qualquer intervenção nestas 
partículas irá afetar a densidade diretamente (FERREIRA, 2010). 
 O solo é exposto a compressões exercidas sobre a sua superfície aumentando a densidade do 
solo, esse fenômeno é definido como compactação do solo. Este fenômeno ocorre quando uma 
pressão exercida na superfície do solo excede sua capacidade de suportar a carga e sua resistência 
ao cisalhamento (OLIVEIRA et al., 2015). 
A compactação, ocasionada pelo uso intensivo e inadequado do solo, altera a consistência e 
a estrutura do solo, aumentando a densidade (FERREIRA, 2010) e dessa maneira reduzindo a 
proporção de poros, e dificultando a infiltração de água e trocas gasosas, podendo ser causada pelo 
tráfego intenso de máquinas, pessoas e animais. 
 Segundo Ferreira (2010), ao comparar diferentes solos se obtém valores de densidade 
distintos, reflexo da estrutura e porosidade que cada solo possui. Valores mais baixos de densidade 
estão associados a solos com estrutura granular, enquanto solos em blocos apresentam valores mais 
altos de densidade. É natural um solo mineral ter densidade maior que um orgânico, porque um 
determinado volume de matéria orgânica pesa menos que o mesmo volume de material mineral 
(LEPSCH, 2011). As diferenças existentes entre densidade nos solos são reflexo, de maneira geral, 
da diferença de porosidade, variando com a textura e a estrutura (COSTA, 2004). 
 Podem-se associar os conceitos de densidade e porosidade por serem relações entre massa e 
volume dos constituintes do solo. A porosidade refere-se ao espaço, entre e dentro dos agregados, 
ocupado pelo ar ou pela água, sendo calculada a partir de medidas de densidade. O espaço poroso 
ocupado varia na razão inversa da densidade do solo (LEPSCH, 2011), pois quanto maior a 
densidade menor a porosidade, sendo o contrário também verdadeiro. 
 É uma característica muito utilizada como indicativo da capacidade de armazenamento, da 
qualidade do solo e da disponibilidade de água e nutrientes para as plantas. A densidade reflete o 
comportamento dos solos no tocante à porosidade, permeabilidade, compacidade, taxa de 
infiltração, desenvolvimento de raízes, indica presença de material vulcânico no solo e grau de 
intemperização (IBGE, 2007, p. 255). 
6 
 
 A escolha do método para a determinação da densidade de partículas do solo leva em 
consideração aspectos como quantidade do material a ser analisado, disponibilidade de 
equipamentos e exatidão requerida na determinação, bem como praticidade e tempo de 
processamento. Os métodos mais usuais para determinação da densidade de partículas do solo 
baseiam-se no deslocamento de um volume de líquido ou ar por uma amostra de solo de massa 
conhecida (FLINT & FLINT, 2002). 
 Para determinar a densidade do solo em laboratório o método mais usual é o do cilindro 
volumétrico, no qual um cilindro de volume conhecido é cravado na camada que se deseja analisar, 
e retirado do solo. Posteriormente seca-se a amostra de solo em uma estufa de 105 ºC e, através da 
relação entre a massa do solo seco e o volume do cilindro, se obtém a densidade (FERREIRA, 
2010). 
 Neste referido trabalho, utilizou o método do picnômetro que de acordo com “BLAKE, 
1965”o método consiste em submeter a amostra de solo à fervura para que todo o ar presente no 
interior da suspensão pudesse ser retirado. 
 A densidade real do solo é encontrado a partir da seguinte equação: 
 
 
 
Onde: 
 = Densidade real do solo á temperatura (T); 
P1 = Peso do picnômetro vazio, 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. 
 
 O valor da densidade real deverá ser referido à água em relação à temperatura ambiente, 
logo a equação para correção é dada como sendo: 
 
 
 
Onde: 
7 
 
 Densidade real do solo a temperatura ambiente; 
nt = Razão entre a densidade relativa da água a temperatura T e a densidade relativa da água a 
temperatura ambiente, obtida a partir da tabela seguinte; 
 = Densidade real do solo a temperatura (T). 
 
Tabela 01 – Fator de correção da densidade dos grãos 
 
Fonte: DNER 093/94 
 
 
8 
 
3.0 – Objetivos 
3.1 – Objetivo Geral 
 Executar o ensaio de determinação da densidade dos grãos através do método do picnômetro 
com mesa aquecedora. 
3.2 – Objetivos Específicos 
a) Preparar o solo para o ensaio; 
b) Realizar todos os procedimentos conforme as normativas; 
c) Determinar a densidade real dos grãos do solo. 
9 
 
4.0 – Procedimentos Metodológicos Adotados Para Realização do Ensaio 
A execução do Ensaio de compactação foi realizado na Universidade Federal de Campina 
Grande – Campus Pombal, no Laboratório de Resíduos Sólidos. 
O ensaio foi realizado no dia 23 de novembro de 2018, por volta das 15:00, com o auxílio do 
monitor e do professor que leciona a disciplina de Mecânica dos Solos Experimental no período 
vigente. 
4.1 – Materiais Utilizados no Ensaio 
 Peneira de 2,0 mm; 
 Balança com capacidade de 200 g, sensível a 0,01 g; 
 Estufa capaz de manter a temperatura entre 105°C e 110°C; 
 Picnômetro com capacidade de 50 ml e 100 ml; 
 Mesa aquecedora; 
 Dessecador; 
 Funil com 5 cm de diâmetro; 
 Cápsulas metálicas. 
4.2 – Execução do Ensaio 
 O solo utilizado para o ensaio de determinação da densidade dos grãos estava disponível no 
laboratório de resíduos sólidos, havia sido coletado pelo discente de Engenharia Civil, Kaio Sales, 
na UFCG - Campus Sousa. O solo encontrava-se devidamente destorroado, quarteado, passado na 
peneira 2,0 mm, seco em estufa e posteriormente colocado no dessecador para a umidade do 
ambiente não interferir nos resultados do ensaio. Primeiramente, pesou-se 3 picnômetros de 50 ml 
vazios, secos, limpos e com o funil, obtendo P1 para cada um. Colocou-se 10 g da amostra de solo 
em cada picnômetro e pesou-se, obtendo P2 para cada um. Colocou-se água nos picnômetros 
cobrindo com excesso as amostras de solo. Em seguida, colocou-se os picnômetros sob a mesa 
aquecedora e esperou que a água fervesse, a partir daí marcou-se mais 10 minutos com os 
picnômetros sobre a mesa. Durante esse experimento, a mistura de água e solo, derramou no 
picnômetro e por isso esse experimento, foi invalidado. Para continuar o ensaio, usou-se 
picnômetros de 100 ml. 
 Pesou-se 2 picnômetros de 100 ml vazios, secos e limpos, obtendo P1 para cada um. 
Colocou-se 20 g da amostra de solo em cada picnômetro e pesou-se, obtendo P2 para cada um. 
10 
 
Colocou-se água nos picnômetros cobrindo com excesso as amostras de solo. Em seguida, colocou-
se os picnômetros sobre a mesa aquecedora para que o ar entre as partículas fosse removido ao 
máximo e esperou-se que a água fervesse, a partir daí marcou-se mais 10 minutos com os 
picnômetros sob a mesa. Colocou-se os picnômetros com as amostras no dessecador para o material 
esfriar e decantar. Em seguida, os picnômetros foram cheios com água, tampou-se e limpou-se com 
papel. Pesou-se o conteúdo e obteve-se P3. Todo o material foi retirado dos picnômetros, lavou-se e 
enxugou-se com um papel. Os picnômetros foram novamente cheios com água, como a água usada 
não era destilada, foi preciso um pouco mais de cuidado para que não houvesse formação de bolhas. 
Pesou-se os picnômetros e obteve-se P4. A temperatura ambiente considerada foi de 33º. 
 
 
Imagens: Na primeira foto está o picnômetro e o funil (P1) e na segunda sendo acrescentado o solo 
(P2). 
 
11 
 
 
Imagens: Na primeira foto está o picnômetro com o solo sendo adicionada água acima da amostra e 
na segunda sendo completamente cheio com água(P3). 
 
 
Imagens: Na primeira foto os picnômetros com o solo sobre a mesa aquecedora e na segunda, os 
picnômetros com o solo no dessecador. 
 
 
12 
 
 
Imagem: Picnômetro completamente cheio com água (P4). 
 
 
 
 
13 
 
5.0 – Resultados Obtidos 
A tabela a seguir foi construida com os dados coletados no ensaio para determinação da 
densidade dos grãos e posteriormente usada para o calculo da densidade. 
Tabela 02 - Resultados obtidos no ensaio de densidade dos grãos. 
DENSIDADE DOS GRÃOS 
AMOSTRA PESO 01 PESO 02 PESO 03 PESO 04 DENSIDADE CORREÇÃO MÉDIA 
1,000 36,787 56,832 149,234 136,008 2,940 2,929 
2,820 
2,000 36,134 56,298 148,664 136,564 2,721 2,711 
Fonte: Autor 
 Após os calculos da densidade notou-se o grande desvio apresentado entre os resultados das 2 
amostras ultilizadas, de acordo com o DNER-ME 093/94 o ensaio será válido quando não diferir + ou – 2 da 
média, assim, o ensaio realizado está invalidado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
 
6.0 – Conclusão 
 O ensaio realizado está invalidado de acordo com o DNER-ME 093/94 e esse erro superior 
ao admisível pode ter sido causado por perda de solo durante a realização do ensaio, pesagem não 
ter sido realizada com a precisão devida, tempo de fervura diferente entre as amostras, entre outras. 
 Para a determinação da densidade dos grãos do solo estudado, aconselha-se que o ensaio 
seja refeito e com o mesmo operador em todas as etapas do ensaio, com propósito de garantir que 
ocorra o mínino de erros possíveis. 
 
15 
 
7.0 – Referências Bibliográficas Consultadas 
 
 FERREIRA, M.M. Caracterização física do solo. In: LIER, Q.J. van. (Ed). Física do solo. 
Viçosa: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2010.p. 12-24. 
 COSTA, J.V.B. Caracterização e constituição do solo. 7. ed. Lisboa: Fundação Calouste 
Gulbenkian, 2004. 527 p. 
 BGE. Coordenação de Recursos Naturais e Estudos Ambientais. Manual técnico de 
pedologia. 2. ed. Rio de Janeiro: IBGE, 2007. 323 p. (IBGE. Manuais Técnicos em 
Geociências, 04). 
 LEPSCH, I.F. Dezenove lições de pedologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2011. 456 p. 
 OLIVEIRA, Claudia Ribas. Fundamentação teórica: Peso específico dos grãos do solo. 
Disponível em: <https://www.trabalhosgratuitos.com/Exatas/Engenharia/Fundamenta%C3% 
A7%C3%A3o-Teorica-Peso-Especifico-dos-Gr%C3%A3os-de-Solo-1108698.html>. 
Acesso em: 28/11/2018. 
 ALMEIDA, Alexandre V. O. et al. Determinação da densidade real dos solos. Disponível 
em:<https://www.passeidireto.com/arquivo/11152080/relatorio-determinacao-da-densidade-
real-dos-solos>. Acesso em: 28/11/2018.