Laboratório de Mecânica dos SolosPeso Específico Natural

ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO NATURAL

DISCUSSÃO GERAL

O peso específico in situ de um solo é uma das propriedades mais importantes e necessárias na investigação de solos. É definido como o peso total do solo (solo mais água) por unidade de volume. Seu valor depende do peso específico dos sólidos, da porosidade e do grau de saturação.

O peso específico é largamente utilizado no controle da compactação de aterros e das camadas de base para pavimento, é também utilizado no cálculo de tensões devido ao peso próprio dos solos, capacidade de carga, estabilidade e compressibilidade.

MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO TOTAL

Os métodos de determinação do peso específico total dos solos compreendem ensaios de laboratório e de campo.

No campo tem-se os seguintes:● Método do frasco de areia;● Método do balão de borracha;●Método do óleo;● Método do cilindro de penetração.

No laboratório podem ser utilizados um dos métodos, mas para que o valor do peso específico total determinado a partir deles seja o valor de campo, a amostra deverá ser indeformada, ou seja, as condições de umidade, saturação, micro-estrutura do solo, dentre outras propriedades, deverão ser preservadas na amostragem:

● Através da pesagem e medição das dimensões de corpos de prova indeformados moldados para os ensaios de compressibilidade e resistência ao cisalhamento;

● Método do torrão coberto com parafina●Método da imersão em mercúrio●Método do tubo Shelby.

Dentre os métodos de campo mais utilizados destaca-se o método do frasco de areia que será detalhado a seguir. Quanto aos métodos de laboratório pode-se destacar o da parafina, recurso bastante útil para solos rígidos, e as determinações através de medições em corpos de prova para os ensaios de adensamento, cisalhamento direto e triaxial.

MÉTODO DO FRASCO DE AREIA (NBR 7185/86)

A NBR 7185/86 prescreve o método de determinação do peso específico aparente do solo in situ, com o emprego do frasco de areia.

Esse método consiste em instalar na superfície do terreno uma bandeja com abertura circular de 15cm de diâmetro. Através dessa abertura escava-se um buraco de aproximadamente 15cm de profundidade. O solo escavado é pesado e tem-se o valor de Wt (peso total do solo). O volume do solo, Vt, é o volume do furo aberto no solo. Enche-se esse furo com areia de densidade conhecida e, sabendo-se o peso da areia necessária para enchê-lo e a densidade da areia, calcula-se o volume ocupado pela areia que é o volume do furo. Com o peso do solo e o volume ocupado por ele, tem-se seu peso específico:

O método do frasco de areia aplica-se a solos de qualquer granulação, contendo ou não pedregulhos, que possam ser escavados com ferramentas de mão e cujos vazios naturais sejam suficientemente pequenos de forma a evitar que a areia usada no ensaio penetre nos mesmos. O solo que está sendo ensaiado deve ser suficientemente coesivo e firme, de modo que as paredes da cavidade a ser aberta permaneçam estáveis e as operações a serem realizadas não provoquem deformações na mesma. A norma não é aplicável quando as condições locais ensejarem a percolação de água para o interior da cavidade.

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No caso de solos pedregulhosos ou de baixa coesão recomenda-se que o formato da cavidade seja o de tronco-cônico invertido. Isto minimizará a possibilidade de desmoronamento das paredes e maior estabilidade para a realização do ensaio.

Equipamentos

Frasco de vidro ou de plástico translúcido com capacidade de 3.5 litros, dotado de gargalo rosqueado e funil provido de registro e de rosca para se atarrachar ao frasco;Bandeja quadrada rígida, metálica, com cerca de 30cm de lado e bordas de 2,5 cm de altura, com orifício circular no centro, dotado de rebaixo para apoio do funil anteriormente citado;Pá de mão;Talhadeira de aço com 30cm de comprimento;Martelo de 3kg;Recipiente para guardar a amostra sem perda de umidade;Conjunto Speedy para determinar a umidade;Areia lavada, seca e de peso específico conhecido;Balança que permita determinar nominalmente 1,5 kg e 10 kg, com resolução de 0,1 g e 1 g, respectivamente, e sensibilidade compatíveis;Nível de bolha;Cilindro metálico de volume conhecido (cerca de 2000 cm3), para determinação da massa específica aparente da areia.

Procedimento

a) Determinação do massa de areia que preenche o funil e o orifício no rebaixo da bandeja:1. Montar o conjunto frasco funil, estando o frasco cheio de areia, determinar sua massa e anotar

M1.2. Instalar o conjunto frasco + funil, de modo que o funil fique apoiado no rebaixo da bandeja, e

colocar esta sobre uma superfície plana. Abrir o registro e deixar a areia escoar até cessar o seu movimento no interior do frasco. Retirar o conjunto frasco + funil, determinar sua massa e anotar M2.

3. A massa da areia que preenche o funil e o orifício no rebaixo da bandeja, será:M3 = M1- M2

4. Repetir o procedimento de 1 a 3 mais duas vezes. A massa da areia M3 deverá ser a média de três determinações. Não são aceitos na composição da média resultados que diferenciem mais de 1 da média.

b) Determinação da massa específica da areia:1. Montar o conjunto frasco + funil, estando o frasco cheio de areia, determinar sua massa e anotar

M4.2. Instalar o conjunto frasco + funil, de modo que o funil fique apoiado no rebaixo da bandeja, e

colocar esta sobre a borda de um cilindro metálico de volume V conhecido. Abrir o registro e deixar a areia escoar até cessar o seu movimento. Fechar o registro e retirar o conjunto frasco + funil, determinar sua massa M5.

A massa de areia que preenche o cilindro de volume conhecido será:M6 = M4 - M5 - M3

Sendo que M3 é o valor determinado anteriormente.3. Repedir o procedimento de 1 a 3 mais duas vezes. A massa da areia que enche o cilindro, a ser

usada nos cálculos, deverá ser a média de três determinações. Não são aceitos na composição da média resultados que diferenciem mais de 1 da média

Calcular a massa específica da areia utilizando-se a expressão:

onde:areia = massa específica da areia, em gf/cm3;

M6= massa da areia que preencheu o cilindro, em g;V= volume do cilindro, em cm3;

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c) Determinação da massa de areia que preenche a cavidade do terreno

1. Limpar a superfície do terreno, tornando-a plana e horizontal, o que é verificado com o nível de bolha.

2. Colocar a bandeja, certificando se há um bom contato entre a superfície do terreno e a bandeja, em torno do orifício central, e escavar, com o auxílio da talhadeira, uma cavidade cilíndrica no terreno, com profundidade de cerca de 15cm.

3. Recolher cuidadosamente na bandeja o solo extraído da cavidade, determinar a massa do material e anotar Mh. Tomar o cuidado de evitar perdas de umidade do material recolhido.

4. Determinar o teor de umidade, wnat, do solo extraído da cavidade através do Speedy.5. Montar o conjunto frasco + funil, estando o frasco cheio de areia, determinar sua massa e anotar

M7.6. Instalar o conjunto frasco + funil, de modo que o funil fique apoiado no rebaixo da bandeja. Abrir

o registro e deixar a areia escoar até cessar o seu movimento no interior do frasco. Fechar o registro, retirar o conjunto frasco mais funil, determinar sua massa e anotar M8.

7. A massa de areia deslocada que preencheu o funil, o orifício no rebaixo da bandeja e a cavidade do terreno será:

M9 = M7 - M88. A massa de areia deslocada que preencheu a cavidade no terreno será:

M10 = M9 - M3

Cálculos

Calcular a massa específica aparente seca do solo in situ, utilizando-se a expressão:

s = ar (Mh/ M10) (100/ 100 + h)onde:

d = massa específica seca do solo in situ, em g/cm3;areia = massa específica da areia, em g/cm3;

Mh= massa do solo extraído da cavidade no terreno, em g;M10= massa da areia que preencheu a cavidade no terreno, em gwnat = teor de umidade do solo extraído da cavidade no terreno, em %.

OBSERVAÇÕES FINAIS

O tipo de areia a ser utilizada poderá ser uma das duas especificações abaixo:

1) Retida entre as peneiras N 200 (0.074mm) e N 10 (2mm)- especificação da AASHO ou2) Retida entre as peneiras N 30 (0.59mm) e N 20 (0.84mm) – especificação do DNER.

O cumprimento desta norma evita erros devido a variação do peso específico da areia com uma possível reorganização dos grãos. Quanto mais uniforme for a areia, menor será essa variação.

Deve-se ter cuidado durante a escavação para que o solo escavado e retirado do furo não seja perdido.

A escavação deve ser feita o mais rápida possível para que não haja perda de umidade. Findada a escavação o recipiente onde deverá ser acondicionado o solo deve ser hermeticamente fechado. Em climas quentes deve-se usar um pano molhado sobre o recipiente.

Durante o ensaio deve ser evitado ao máximo a vibração do frasco ou da superfície onde está sendo feito. Isto porque sabe-se que a areia seca sofre rápida e alta densificação através da aplicação de um esforço de vibração. Portanto, nos casos de controle de compactação pelo uso deste método, deve-se esperar cessar o movimento dos equipamentos de terraplanagem para então ser feito os ensaios.

Para solos com pedregulhos deverá ser usada areia mais grossa.

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