aula 2 - Índices físicos do solo
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Aula 02 – Índices Físicos do Solo
Prof. Paula Sant'Anna Moreira Pais
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1. Introdução
O solo como um sistema trifásico.
Sólidos
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Água
Ar
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1. Introdução
Num solo, só parte do volume total é ocupado pelas
partículas sólidas, que se acomodam formando uma estrutura.
O volume restante costuma ser chamado de vazios, embora
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.
Deve-se reconhecer, portanto, que o solo é constituído de
três fases: partículas sólidas, água e ar.
O comportamento de um solo depende da quantidade
relativa de cada uma das três fases (sólido, água e ar).
Mecânica dos Solos - Aula 2
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1. Introdução
Fase sólida: constituída por
partículas minerais e orgânicas.
Fase líquida: composta pela
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água de constituição, água
adsorvida, água livre, água
higroscópica e água capilar.
Fase gasosa: ar e vapor de
água.
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1.1 Partículas Sólidas
Responsáveis pelas características e propriedades ao solo.
As principais formas das partículas são:
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o gona s angu ares are as, s es e pe regu os
Poligonais arredondadas seixos rolados
Lamelares argilas (compressibilidade e plasticidade) Fibrilares típicas de solos orgânicos
Mecânica dos Solos - Aula 1
As partículas poligonais (areia) apresentam menor superfícieespecífica que as lamelares (argila), proporcionando às areias atritointerno.
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1.2 Água
São duas as principais forças responsáveis pela adsorção daágua pelas partículas de solo:
1. Introdução
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exercem sobre as moléculas de água.
Força de coesão: atração que as moléculas de águaexercem entre si.
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1.2 Água
Água higroscópica presente em solo seco ao ar livre
Água adsorvida adesiva; película que está eletricamente
ligada à partícula
1. Introdução
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Água de constituição faz parte da estrutura molecular
Água capilar sobe pelos vazios (capilares do solo)
Água livre preenche os vazios do solo
Mecânica dos Solos - Aula 1
As águas higroscópica, livre e capilar podem ser totalmenteeliminadas em temperaturas acima de 100º C (evaporam naestufa)
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1.2 Água
1. Introdução
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1.3 Ar
Dependendo do tipo de solo e das suas propriedades(principalmente porosidade), podemos ter os vazios
preenchidos com ar. Em algumas regiões pantanosas (EUA),odemos ter ases al uns tóxicos reenchendo estes
1. Introdução
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vazios.
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1. Introdução
Os Índices Físicos são relações entre as fases
constituintes do solo, os quais procuram
caracterizar as condições físicas em que um
solo se encontra.
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São de fácil determinação em laboratórios de
geotecnia e podem servir como dados valiosos
para identificação e previsão do comportamento
mecânico do solo. Uso Prático: (a) caracterização das amostras de solo para ensaios
de laboratório; (b) verificação do grau de compactação de aterros; (c)
cálculo de tensões no solo.
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1. Introdução
Os Índices Físicos são relações entre volumes, massas e pesos
das fases constituintes do solo.
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1. Introdução
Volume: Medida que quantifica o espaço ocupado por um objeto.
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1. Introdução
Massa: quantidade de matéria num objeto.
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1. Introdução
Peso: Força com que a Terra atrai um objeto.
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g x M P
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2. Grandezas de um solo
As principais grandezasde um solo são:
Ps= Peso dos sólidos;
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Pw= Peso da água;
Vs= Volume dos sólidos;
Vw= Volume da água; Var = Volume do ar.
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2. Grandezas de um solo
Alguns índices físicos são obtidos com a massa e não com
o peso do material. Neste caso, pode-se pensar na figura a
seguir com a coluna da direita sendo uma coluna de masssa,
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onde Mt seria a massa total da amostra, Mw a massa da fase
líquida da amostra e Ms a massa da fase sólida.
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2. Grandezas de um solo
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As unidades mais usadas são: Para massa: g; kg; t
Para peso: N; kN
Para volume: cm3; dm3; m3
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3. Amostra deformada x indeformada
As amostras deformadas são retiradas com a destruição ou
modificação apreciável de suas características do solo “in situ”.
Também chamada de amostra amolgada quando ocorre a
fragmentação do material amostrado.
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As amostras indeformadas são retiradas sem ou com pequena
modificação das características do solo “in situ” com o uso de
equipamentos e técnicas apropriadas. O solo apresenta-se o maispróximo possível de sua estrutura original. Geralmente de forma
cúbica ou cilíndrica.
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3. Amostra deformada x indeformada
Amostrasindeformadas
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Amostrasdeformadas
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4. Teor de Umidade (w)
É a relação entre o peso da água e o peso dos sólidos, em
percentual. É representado pela letra w ou h. É a operação
mais frequentemente utilizada em um laboratório de solos.
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%100 x P
w s
w
Os teores de umidade dependem do tipo de solo esituam-se geralmente entre 10 e 40%, podendo ocorrer
valores muito baixos (solos secos) ou muito altos (150%
ou mais).
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4. Teor de Umidade (w)
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32:secosolodoPeso P P
100:32
21 x P P P P w
umidadedeTeor
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5. Peso Específico Aparente Natural (γ ,γn)
Relação entre o peso total do solo e o volume total do solo
correspondente.
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/mkN V
Varia normalmente entre 19kN/m³ e 20 kN/m³, podendoser um pouco maior ou um pouco menor. Em argilasmoles pode chegar a valores tão baixos como 14kN/m³.
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6. Peso Específico Aparente Seco (γd)
Relação entre o peso das partículas sólidas e o volume total
do solo.
3
/mkN
P sd
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Não é determinado diretamente emlaboratório, mas calculado a partir dopeso especifico natural e da umidade.
3/
1mkN
wd
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6. Peso Específico Aparente Seco (γd)
Relação entre o peso das partículas sólidas e o volume total
do solo.
3 P
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mV
d
Situa-se entre 13 a 19 kN/m³ e 5 a 7 kN/m³ (para argilasorgânicas moles).
Empregado para verificar o grau de compactaçãode bases e sub-bases de pavimentos, aterros ebarragens de terra.
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7. Peso Específico Real dos Sólidos (γs)
Relação entre o peso das partículas sólidas e o seu volume.
3 P
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mV s
s
Os valores oscilam entre 25 e 29kN/m³, tendo valor menor para um solo com elevado teor de matériaorgânica, e valor maior para solo rico em óxido de ferro.
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7. Peso Específico Real dos Sólidos (γs)
Relação entre o peso das partículas sólidas e o seu volume.
3/mkN V
P
s
s s
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Não permitem identificar o solo, mas é necessáriopara o cálculo de outros índices.
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8. Peso Específico da Água (γw)
É a razão entre o peso de água e seu respectivo volume.
3/mkN V
P
w
ww
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Embora varie com a temperatura,
nos casos práticos adota-se o pesoespecífico d’água como:
1 g/cm³ =10 kN/m³ = 1000 kg/m³
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Peso específico do solo se ficasse saturado (S = 100%).
De pouca aplicação prática, serve para a programação de
ensaios ou a análise de depósitos de areia que possam
9. Peso Específico Aparente Saturado (γsat)
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.
3/mkN V
P sat sat
É da ordem de 20 kN/m³.
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10. Peso Específico Submerso (γsub)
É o peso específico efetivo do solo quando submerso.
Serve para cálculos de tensões efetivas.
3/mkN w sat sub
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É da ordem de 10 kN/m³.
Um solo submerso é
saturado, sem que a
recíproca seja verdadeira
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11. Densidade Relativa das Partículas (Gs)
É a razão entre o peso específico dos grãos (γs) e o peso
específico da água (γw).
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w
s sG
É adimensional, e varia entre 2,5 e 3,0.
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12. Índice de Vazios (e)
Relação entre o volume de vazios e o volume de sólidos.
s
v
V
V e
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Varia normalmente entre 0,5 e 1,5.
Em solos moles ou orgânicos, podem assumir valores superiores a 3.
Indica a variação volumétrica ao longo do tempo (histórico detensões e deformaçõe ocorridas no solo).
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13. Compacidade Relativa ou Grau de Compacidade(CR)
Define o estado natural de um solo não coesivo (areia epedregulho.
mínmáx
nat máx
ee
eeCR
d
máxd
mínd máxd
mínd d CR
.
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γd ; enat →peso específico seco e índice de vazios no estado natural.
γdmín ; emáx→ peso específico seco e índice de vazios no estado mais solto possível.
γdmáx
; emín
→ peso específico seco e índice de vazios no estado mais compactopossível.
Areias fofas ou soltas 0 < CR< 1/3
Areias medianamente compactas 1/3 < CR < 2/3
Areias compactas 2/3 < CR < 1
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14. Porosidade (n)
Relação, expressa em porcentagem, entre o volume de
vazios e o volume total.
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(%)100 xV
n v
Varia normalmente entre 30 e 70%.
Indica a mesma coisa que o índice de vazios.
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14. Porosidade (n)
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15. Grau de Saturação (S)
Relação, expressa em porcentagem, entre o volume de
água e o volume de vazios.
V w
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V v
Grau de saturação: Solo seco – S= 0%
Solo saturado – S=100%
Solo parcialmente saturado – 1% ≤ S ≤ 99%.
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15. Grau de Saturação (S)
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Os índices físicos são determinados em laboratório ou
mediante fórmulas de correlação.
Em laboratório, são determinados o eso es ecífico natural
16. Determinação Experimental dos ÍndicesFísicos
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(através do peso e volume total), o teor de umidade (w) e o peso
específico real dos sólidos (γs).
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16. Determinação Experimental dos ÍndicesFísicos
Teor de umidade (w)
Método da Estufa – laboratório(NBR 6457)
Método da Frigideira
Método de Speedy
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Peso específico natural
(γ, γn )
Peso específico dossólidos(γ)
Medidas do peso e dimensõesdo corpo de prova
Método do frasco de areia(NBR 7185)
Método do picnômetro(NBR 6508)
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17. Relações entre os Índices
)1( e
en
1
d
se
sG
e xS w
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)1( e
sd
)1( wd
e
w s
1
)1(
w
s
e
wS
e
e w s sat
1
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18. Resumo das Fórmulas
Umidade:
s
w
P
P w
Índice de Vazios:
s
v
V
V e 1
d
se
)1( n
ne
sG
e xS w
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rau e a uraç o:
v
w
V
V S
w
s
e
wS
Peso Específico Natural:
V
P
Porosidade:
V
V n v
)1( e
en
e
w s
1
)1(
Peso Específico Aparente Seco:
V
P sd wd
1
e s
d
1
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18. Resumo das Fórmulas
Peso Específico da Água:
w
ww
V
P
Peso Específico dos Sólidos:
s
s s
V
P
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V
P sat sat
e
e w s sat
1
w sat sub
Densidade Relativa dasPartículas:
w
s sG
Compacidade Relativa:
mínmáx
nat máx
ee
eeCR
d
máxd
mínd máxd
mínd d CR
.