Relatório Final - GS - Relatorio sobre densidade especifica dos grçaos PDF

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Relatorio sobre densidade especifica dos grçaos...

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ENGENHARIA CIVIL – COORD. LUCAS HENRIQUE PEDROZO ABREU

DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE REAL DOS GRÃOS

ISABELA DE CÁSSIA COSTA JEAN MICHEL ANDRADE NABACK RODRIGO OGANDO LARA TAVARES

GNE282 – MECÂNICA DOS SOLOS I PROF. RAQUEL MARIANO LINHARES

LAVRAS 2019

1. Introdução O ensaio foi realizado na Universidade Federal de Lavras, no dia 24 de abril de 2019, no laboratório de ciências do solo do prédio da Engenharia Ambiental. Este ensaio teve como principal objetivo obter a Densidade Real dos Grão (GS), que é a relação entre o peso específico das partículas sólidas e o peso de igual volume de água destilada.

2. Revisão Bibliográfica Para a realização do ensaio de determinação da densidade real dos grãos adotou-se o método do picnômetro e utilizou-se aproximadamente 70g de solo seco preparado de acordo com o método de preparação de amostra de solo para ensaios de caracterização (norma DNER-ME 041/1994), ou seja, 24 horas na estufa aproximadamente a 105ºC e passando na peneira de 2,0mm. Após a preparação do solo, pesou-se o picnômetro vazio, seco e limpo, obtendo o valor de sua massa (Mpic). Posteriormente, colocou-se a amostra (de aproximadamente 70g) no picnômetro e aferiu sua massa juntamente com o solo seco (Mpic + solo seco). Adicionou-se, então, água destilada no picnômetro até enchê-lo completamente.

Figura 1: Picnômetro com solo e água.

Para retirar o ar existente no solo, pode ser utilizado dois métodos: no primeiro, aquecese o picnômetro com o solo e a água, por 15 minutos, e agita-o para que não ocorra superaquecimento e, por fim, reserva o picnômetro para esfriar em temperatura ambiente; no segundo, é realizado por meio de uma bomba de vácuo. Vale ressaltar que para a extração do ar no solo deste experimento, utilizou-se o primeiro método. Por conseguinte, enche-se completamente o picnômetro com água destilada, coloca-se em um banho de água à temperatura ambiente, durante 15 minutos, posiciona-se a rolha perfurada de modo que apareça à sua parte superior e anota-se as temperaturas do banho (t) e, por fim, retira-se do banho e enxuga-o com um pano limpo e seco. Após este procedimento, aferiu-se a massa de todo o conjunto (Mpic+solo+água1) em cada uma das cinco temperaturas definidas (10°C, 17°C, 23.5°C, 28.5°C, 33°C). Em seguida ao procedimento de desaeração e a pesagem do conjunto, retirou-se todo o conteúdo de dentro do picnômetro, lavando-o e enchendo-o completamente com água destilada. Por fim, pesou-se o conjunto picnômetro mais água (Mpic+água2). A densidade real dos grãos é a relação entre a massa específica das partículas sólidas (s), e a massa específica de água (w). Dessa forma, por definição: 𝑠

GS = 𝑤

(Equação 1)

Sabe-se que para calcular a massa específica das partículas sólidas (s) basta realizar a relação entre a massa de sólidos (Ms) e o volume de sólido (Vs). O mesmo raciocínio é realizado para calcular a massa específica da água (W), portanto faz-se a relação entre a massa de água deslocada e o volume de água deslocada. Matematicamente: 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

(Equação 2)

𝑀𝑤 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑎

(Equação 3)

S= 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

w= 𝑉𝑤 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑎

Dessa forma, substituindo a massa específica dos sólidos (equação 2) e a massa específica da água deslocada (equação 3) na fórmula da densidade real dos grãos (equação 1), é obtido a seguinte relação: 𝐺𝑠 =

𝑀𝑠⁄ 𝑉𝑠 𝑀𝑤 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑎 ⁄ 𝑉𝑤 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑎

(Equação 4)

De acordo com o ensaio realizado, pode-se afirmar que a massa de solo seco será igual a massa do conjunto picnômetro mais solo, subtraindo-se a massa do picnômetro. Ou seja: 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 = (𝑀 𝑝𝑖𝑐 + 𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 ) − (𝑀𝑝𝑖𝑐)

(Equação 5)

A massa de água desloca (Mw deslocada) é calculada da seguinte forma: 𝑀𝑤 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑎 = [(𝑀𝑝𝑖𝑐 + á𝑔𝑢𝑎2) + 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜] − (𝑀𝑝𝑖𝑐 + 𝑠𝑜𝑙𝑜 + á𝑔𝑢𝑎1)

(Equação 6)

Dessa forma, sabendo que o volume de água deslocada (Vw deslocada) corresponderá ao volume de sólidos seco da amostra (Vs), pois ela irá preenche o espaço que era ocupado pelos sólidos dentro do picnômetro, obtemos a seguinte relação: 𝑉𝑠 = 𝑉𝑤 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑎 =

𝑀𝑤 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑎

𝑤

(Equação 7)

Assim, substituindo as equações 5 e 7 na equação 2 tem-se:

𝑠 =

(𝑀 𝑝𝑖𝑐+𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 )−(𝑀𝑝𝑖𝑐) 𝑀𝑤 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑑𝑎 ⁄ 𝑤

(Equação 8)

Por fim, obtendo a equação 8, basta substituir os valores da massa específica das partículas sólidas (s) e a massa específica da água (w) na fórmula da densidade real dos grãos (Equação 1): GS =

𝑠 𝑤

O valor da densidade real dos grãos é referido à temperatura de 20°C, calculado de acordo com o valor referido à água à temperatura (t) que é obtido por meio da tabela 1, onde o fator de correção (K20) é a razão entre a densidade relativa da água à temperatura (t) e a densidade relativa da água a 20°C.

Tabela 1: Valores de K20 (fator de correção) em função da temperatura.

3. Resultados e Discussões Após a realização dos procedimentos decorridos na metodologia, obteve-se, então, o resultado da densidade dos sólidos, da densidade da água por meio da tabela 1, e, por fim, calculou-se a densidade real dos grãos (Gs). Os resultados do ensaio estão apresentados na tabela a seguir. Tabela 2: Resultado de ρs, ρw e Gs.

Determinação Massa do picnômetro + massa do solo + massa de água Temperatura Massa do picnômetro + massa da água Massa do solo seco ρw ρs Gs

1 g °C g

2

3

4

5

754.91 754.51 753.77 753.22 752.46 10

17

23.5

28.5

708.52 708.02 707.35 706.69

g 73.63 g/cm³ 1.000 g/cm³ 2.702 N/A 2.703 Gs médio

73.63 1.000 2.712 2.713

73.63 0.997 2.699 2.706

73.63 0.996 2.706 2.717

33 706 73.63 0.995 2.696 2.710 2.710

Conforme resultado obtido no ensaio, a densidade real dos grãos média (Gs) foi de 2.710, o que é bastante coerente com a literatura, de acordo com a Prof. Dr. Kalinny Lafayette da Escola Politécnica de Pernambuc (Poli). Para solos passados pela peneira 2mm, ou seja, solos que em sua maioria possui argila e silte, a densidade real dos grãos está entre o intervalo de 2.66-2.70 para silte e 2.68-2.80 para argila, como segue a tabele abaixo. Tabela 3: Densidade Real dos Grãos de acordo com a Prof. Dr. Kalinny Lafayette

Tipo de solo Pedregulho Areia Silte Argila Solo Orgânico

Gs 2.65 – 2.68 2.65 – 2.68 2.66 – 2.70 2.68 – 2.80 < 2.0

4. Conclusões Sendo assim, com base nos resultados obtidos e valores já aferidos na base teórica, conclui-se que o método do picnômetro para a obtenção da densidade específica real dos grãos se mostrou preciso, já que o erro foi mínimo quando comparado a valores de referenciais para a argila. Contudo vale atentar-se aos procedimentos para evitar erros que influenciem no resultado final, como a temperatura, umidade, erros de manuseio de equipamento ou de métodos empregados. Além disso, os resultados obtidos expressa que o solo estudado possui em sua composição grão com uma relação massa específica quase três vezes maior que a massa específica da água, sendo assim, é possível calcular a densidade dos sólidos, que é uma propriedade de grande importância para cálculos e dimensionamentos dentro da engenharia geotécnica.

5. Referência Bibliográficas DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE ROLAGEM. (1994). DNERME 041/94:eparação de amostras para ensaios de caracterização. DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE ROLAGEM. (1994). DNERME 93/94:Determinação da densidade Ensaios de Laboratório, Prof. Dr. Kalinny Lafayette - Escola Politécnica de Pernambuco: Poli....