Relatório 3-1 Massa específica dos grãos

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS – UEG 
UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS SOLOS 1 
 
 
 
 
 
 
FERNANDO DE PAULA ROCHA 
JHESSICA SPENCER LUZ SANTANA 
MARCOS PAULO GUIMARÃES RODRIGUES DA MATA 
RENAN GUIMARÃES BARBOSA TRIVELLI 
 
 
 
PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS 
RELATÓRIO 03 
 
 
 
 
ANÁPOLIS / GO 
 
Setembro, 2017 
2 
 
SUMÁRIO 
 
Capítulo Página 
1 INTRODUÇÃO..................................................................................................................... 3 
2 MATERIAIS E MÉTODOS................................................................................................ 3 
2.1 MATERIAIS UTILIZADOS................................................................................... 3 
2.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL................................................................... 5 
3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS.......................................................................... 6 
3.1 TEOR DE UMIDADE – MÉTODO DA ESTUFA................................................. 6 
3.2 PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS......................................................................... 7 
4 DISCUSSÃO......................................................................................................................... 8 
5 CONCLUSÕES.................................................................................................................... 9 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................................. 9 
 
 
3 
 
1 INTRODUÇÃO 
Devido a diversidade dos solos, como material da natureza que é, este apresenta enorme 
diferença no comportamento perante solicitações de interesse da engenharia, portanto todo 
problema de solo deve-se iniciar com sua identificação e classificação. 
A determinação do peso específico dos grãos é importante para a determinação de outros 
índices físicos e no cálculo do diâmetro dos grãos do ensaio de sedimentação. Seu valor está 
relacionado com os minerais que formam o solo, sendo que o mesmo pode dar uma ideia dos 
principais minerais que formam o solo ou com o tipo de solo. 
As determinações são realizadas segundo dois procedimentos, em função da dimensão 
dos grãos. A fração menor que 4,8 mm deve ser realizado seguindo as recomendações descritas 
na ABNT (1984 a). A fração maior que 4,8amm deve ser realizado seguindo as recomendações 
descritas na ABNT (1984 b). 
O objetivo da ABNT (1984 a) é prescrever a metodologia de determinação do peso 
(massa) específico dos grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm, por meio de balão 
volumétrico e ebulição, a partir da realização de pelo menos dois ensaios. 
O peso específico dos grãos dos solos varia pouco de solo para solo e, por si, não permite 
identificar o solo em questão, mas é necessário para cálculos de outros índices. Os valores 
situam-se em torno de 27 kN/m³, sendo este valor adotado quando não se dispõe do valor 
específico para o solo em estudo. 
Sabe-se então que o peso específico das partículas sólidas é obtido dividindo−se o peso 
das partículas sólidas (não considerando−se o peso da água) pelo volume ocupado pelas 
partículas sólidas (sem a consideração do volume ocupado pelos vazios do solo). É o maior 
valor de peso específico que um solo pode ter. 
Assim, o objetivo do ensaio realizado no laboratório da UEG, campus Henrique Santillo, 
sob a supervisão do professor Renato Cabral Guimarães, foi a determinação do Peso Específico 
dos Grãos. 
 
 
2 MATERIAIS E MÉTODOS 
2.1 MATERIAIS UTILIZADOS 
 Balão volumétrico, com capacidade de 500 ml ou 1000 ml, calibrado a 20°C; 
 Aparelho de dispersão; 
4 
 
 Estufa capaz de manter a temperatura entre 60 e 65ºC e entre 105 e 110ºC; 
 
 
Figura 3.1 Estufa. 
 
 Placa Aquecedora ou bomba de vácuo; 
 Termômetro graduado em 0,1ºC, de 0 a 50ºC; 
 Balança eletrônica; 
 Funil de vidro ou de plástico; 
 Pipeta de vidro ou conta-gotas; 
 Cápsula de porcelana, vidro pirex ou alumínio 
 
 
Figura 3.2 Cápsula de porcelana. 
 
2.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
- Pegou-se cerca de 250 g de amostra preparada de acordo com a norma NBR 6457/86. Utilizou-
se para cada ensaio, 50 g para solos argilosos e siltosos, e 60 g para solos arenosos. 
5 
 
- Imergiu a amostra em água destilada, durante 12 horas, no mínimo. Transferiu a amostra para 
o copo de dispersão, e dispersou o material durante 15 minutos. 
- Transferiu-se toda a amostra para o balão volumétrico, adicionando água destilada até cerca 
de metade do volume do balão volumétrico. A seguir transferiu-se o balão volumétrico para a 
placa aquecedora. 
- Deixou-se o balão em ebulição, por 20 minutos, até completa remoção do ar aderente às 
partículas, agitando o balão volumétrico em intervalos regulares de tempo. 
- Acrescentou-se água destilada até cerca de 1 a 2 cm abaixo da marca de calibração e deixou 
o balão volumétrico em repouso parcialmente imerso em água corrente até que a temperatura 
do mesmo se equilibre com a do ambiente (cerca de 20 a 30 minutos). 
- Adicionou-se água destilada no balão volumétrico até que a face inferior do menisco coincidiu 
com a marca de referência. 
- Enxugou-se a parte externa do balão volumétrico e a parte interna do gargalo acima do 
menisco e pesou o conjunto (balão + solo + água), com resolução de 0,01 g. 
- Determinou-se, logo a seguir, com resolução à 0,1 ºC, a temperatura T do conteúdo do balão 
volumétrico. Com esse valor, obteve na tabela de calibração correspondente, com resolução de 
0,01 g, a massa do balão cheio de água até a marca de referência. 
- Calculou-se a massa específica dos grãos do solo utilizando-se as equações: 
 
 (Equação 2.1) 
 
 (Equação 2.2) 
Onde: 
rs = massa específica dos grãos do solo, em g/cm³; 
Mh = massa do solo úmido, em g; 
Ms = massa do solo seco, em g; 
6 
 
w = umidade do solo, em %; 
M1 = massa do balão volumétrico cheio de água até a marca de referência, na temperatura T do 
ensaio, em g; 
M2 = massa do balão volumétrico + solo + água, na temperatura T de ensaio, em g; 
rw = massa específica da água, na temperatura T de ensaio. 
Considerou-se os ensaios satisfatórios quando seus resultados não diferiram de mais de 
0,02 g/cm³. O resultado final, média obtida de pelo menos dois ensaios considerados 
satisfatórios foi expresso com três algarismos significativos, em kN/m³. 
 
 
3 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS 
Os resultados da determinação do Peso Específico dos Grãos da amostra 2017-2, bem 
como do teor de umidade da amostra, são apresentados a seguir juntamente com os respectivos 
modelos matemáticos. 
 
3.1 TEOR DE UMIDADE – MÉTODO DA ESTUFA 
 
Tabela 3. 1 Dados para determinação do teor de umidade do solo - Método da Estufa 
Amostra: 2017-2 Furo: ST 
01 
Profundidade: 2,0 a 3,0 m 
Local: Anápolis - GO Operador: Alunos Data: 
24/08/2017 
Teor de umidade 
Cápsula Nº 72 23 75 
Massa solo úmido + cápsula 
(g) M1 
48,32 42,86 50,91 
Massa solo seco + cápsula (g) 
M2 
44,05 39,16 46,35 
Massa da cápsula (g) M3 11,84 11,39 12,03 
Umidade (%) 
 
13,2 13,3 13,3 
 W (%): 13,3 
 Fonte: Autor. 
 
Para obtenção do percentual do teor de umidade da massa de solo contida em cada 
recipiente pelo método da estufa utilizou-se a equação a seguir: 
 
7 
 
w=
M1-M2
M2-M3
×100(Equação 3.1) 
 
Onde: 
W= teor de umidade, expresso em porcentagem; 
M1 = massa do solo úmido + massa da cápsula, expresso em gramas; 
M2 = massa do solo seco + massa da cápsula, expresso em gramas; 
M3 = massa da cápsula, expresso em gramas. 
 
Considerando que o teor de umidade da amostra de solo é dado pela média aritmética 
dos percentuais de umidade verificados para cada recipiente ensaiado, com aproximação de 
0,1%, vem: 
 
w =
w72+w23+w75
3
 (Equação 3.2) 
𝑤 = 13,3% 
 
3.2 PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS 
 
Tabela 3. 2 Dados necessários ao cálculo do peso específico dos grãos de solo 
Determinação Nº 1 2 
Balão volumétrico N° 23 24 
Temperatura (T) °C 22,4 22,4 
Massa específica da água à temperatura(T) RT 0,9977 0,9977 
Massa do balão cheio de água à 
temperatura (T) 
M1(g) 678,33 693,67 
Massa do solo úmido Mh (g) 50,00 50,00 
Massa do solo seco Ms (g) 44,13 44,13 
Massa do solo seco + balão cheio de água à 
temperatura (T) 
(Ms + M1) 
M3 (g) 
722,46 737,80 
Massa do balão + solo + água (após 
ebulição) 
M2 (g) 705,91 721,31 
Volume dos sólidos (M3 – M2) 
(M3 – M2) 
Vs (cm
3) 
16,22 16,49 
Massa específica real dos grãos ρs (T) (g/cm3) 2,67 2,68 
Massa específica real dos grãos x RT ρs (20°C) (g/cm3) 2,66 2,67 
8 
 
Peso específico dos grãos γs (20°C) (kN/m3) 26,64 26,74 
 γs (20°C) (kN/m3) 26,69 
Fonte: Autor. 
 
O modelo matemático utilizado para o cálculo da massa de solo seco de cada amostra 
ensaiada é apresentado a seguir: 
 
𝑀𝑠 =
𝑀ℎ
1+𝑊
 (Equação 3.3) 
 
O modelo matemático utilizado para o cálculo da massa específica dos grãos de cada 
amostra ensaiada é apresentado a seguir: 
 
 ρs =
Ms 
Ms+M1−M2 
 (Equação 3.4) 
 
O modelo matemático utilizado para o cálculo do peso específico dos grãos de cada 
amostra ensaiada é apresentado a seguir: 
 
𝛾𝑠 = 𝜌𝑠 × 𝑔 (Equação 3.5) 
 
Considerando que o peso específico do solo ensaiado é dado pela média aritmética dos 
pesos específicos quantificados para cada amostra, com aproximação de 0,1 kN/m³. 
 
𝛾𝑠 =
𝛾𝑠1+𝛾𝑠2
2
 (Equação 3.6) 
 𝛾𝑠 = 26,69 (kN/𝑚
3) 
 
 
4 DISCUSSÃO 
Ao analisar os resultados é importante verificar a variação entre a determinação de am-
bos os casos. Caso esta variação seja superior a 0,02g/cm³ o ensaio deve ser repetido. 
9 
 
Ao comparar o resultado à dados obtidos por outros autores confirma-se a coerência e a 
veracidade do ensaio. Foi encontrado, aproximadamente o valor de 26,69 kN/m³. Portanto nota-
se quão próximo está do valor obtido de 27 kN/m³. 
O solo tem caráter inorgânico, pois apresenta um valor de peso específico dos grãos con-
tido no intervalo que se inicia em 26 e finaliza-se em 28 kN/m³. 
 
 
5 CONCLUSÕES 
O peso específico dos grãos é matematicamente definido como sendo o peso dos sólidos 
sobre o volume dos sólidos, e sua matriz de origem, é que irá determinar suas características 
minerais e consequentemente materiais. 
Para a caracterização e realização do ensaio, a NBR utilizada para normatização é a NBR 
6508, que tem como objetivo determinar a massa especificas dos grãos de solos que passam 
pela peneira de 4,8mm. 
Este ensaio foi realizado em FURNAS (Eletrobrás – Goiânia-GO), e pode se observar a 
fundamental importância dos responsáveis pela realização do ensaio, para que os resultados 
encontrados sejam os mais próximos possíveis aos preconizados pela norma, para tal tipo de 
solo. 
Tendo em vista estes fundamentos, e analisando-se os resultados obtidos no experimento, 
foi observado que os resultados encontrados em furnas estão coesos com a literatura, e dentro 
do limite tolerado, que segundo a literatura não diferirem de mais de 0,02 g/cm3 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6458: Grãos de 
pedregulho retidos na peneira de 4,8 mm - Determinação da massa específica, da massa 
específica aparente e da absorção de água, Rio de Janeiro, 1984 a, 6 p. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6508: Grãos de solos 
que passam na peneira de 4,8 mm - Determinação da massa específica, Rio de Janeiro, 1984 b, 
8 p.