Aula 2 - Índices Físicos Do Solo

8/18/2019 Aula 2 - Índices Físicos Do Solo

1/42

Aula 02 – Índices Físicos do Solo

Prof. Paula Sant'Anna Moreira Pais

[email protected]


2/42

1. Introdução

O solo como um sistema trifásico.

Sólidos

29/02/2016Mecânica dos Solos - Aula 2

Água

Ar


3/42

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

29/02/2016

.

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


4/42

1. Introdução

Fase sólida: constituída por

partículas minerais e orgânicas.

Fase líquida: composta pela


água de constituição, água

adsorvida, água livre, água

higroscópica e água capilar.

Fase gasosa: ar e vapor de

água.


5/42

1.1 Partículas Sólidas

Responsáveis pelas características e propriedades ao solo.

As principais formas das partículas são:

1. Introdução

29/02/2016

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


As partículas poligonais (areia) apresentam menor superfícieespecífica que as lamelares (argila), proporcionando às areias atritointerno.


6/42

1.2 Água

São duas as principais forças responsáveis pela adsorção daágua pelas partículas de solo:

1. Introdução

29/02/2016

exercem sobre as moléculas de água.

Força de coesão: atração que as moléculas de águaexercem entre si.



7/42

1.2 Água

Água higroscópica presente em solo seco ao ar livre

Água adsorvida adesiva; película que está eletricamente

ligada à partícula

1. Introdução

29/02/2016

Água de constituição faz parte da estrutura molecular

Água capilar sobe pelos vazios (capilares do solo)

Água livre preenche os vazios do solo


As águas higroscópica, livre e capilar podem ser totalmenteeliminadas em temperaturas acima de 100º C (evaporam naestufa)


8/42

1.2 Água

1. Introdução



9/42

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

29/02/2016

vazios.



10/42

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.


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.


11/42

1. Introdução

Os Índices Físicos são relações entre volumes, massas e pesos

das fases constituintes do solo.



12/42

1. Introdução

Volume: Medida que quantifica o espaço ocupado por um objeto.



13/42

1. Introdução

Massa: quantidade de matéria num objeto.



14/42

1. Introdução

Peso: Força com que a Terra atrai um objeto.


g x M P


15/42

2. Grandezas de um solo

As principais grandezasde um solo são:

Ps= Peso dos sólidos;


Pw= Peso da água;

Vs= Volume dos sólidos;

Vw= Volume da água; Var = Volume do ar.


16/42


17/42


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,


onde Mt seria a massa total da amostra, Mw a massa da fase

líquida da amostra e Ms a massa da fase sólida.


18/42



As unidades mais usadas são: Para massa: g; kg; t

Para peso: N; kN

Para volume: cm3; dm3; m3


19/42

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.


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.


20/42

3. Amostra deformada x indeformada

Amostrasindeformadas


Amostrasdeformadas


21/42

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.


%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).


22/42

4. Teor de Umidade (w)


32:secosolodoPeso P P

100:32

21 x P P P P w

umidadedeTeor


23/42

5. Peso Específico Aparente Natural (γ ,γn)

Relação entre o peso total do solo e o volume total do solo

correspondente.


/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.


24/42

6. Peso Específico Aparente Seco (γd)

Relação entre o peso das partículas sólidas e o volume total

do solo.

3

/mkN

P sd


Não é determinado diretamente emlaboratório, mas calculado a partir dopeso especifico natural e da umidade.

3/

1mkN

wd


25/42

6. Peso Específico Aparente Seco (γd)

Relação entre o peso das partículas sólidas e o volume total

do solo.

3 P


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.


26/42

7. Peso Específico Real dos Sólidos (γs)

Relação entre o peso das partículas sólidas e o seu volume.

3 P


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.


27/42

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


Não permitem identificar o solo, mas é necessáriopara o cálculo de outros índices.


28/42

8. Peso Específico da Água (γw)

É a razão entre o peso de água e seu respectivo volume.

3/mkN V

P

w

ww


Embora varie com a temperatura,

nos casos práticos adota-se o pesoespecífico d’água como:

1 g/cm³ =10 kN/m³ = 1000 kg/m³


29/42

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)


.

3/mkN V

P sat sat

É da ordem de 20 kN/m³.


30/42

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


É da ordem de 10 kN/m³.

Um solo submerso é

saturado, sem que a

recíproca seja verdadeira


31/42

11. Densidade Relativa das Partículas (Gs)

É a razão entre o peso específico dos grãos (γs) e o peso

específico da água (γw).


w

s sG

É adimensional, e varia entre 2,5 e 3,0.


32/42

12. Índice de Vazios (e)

Relação entre o volume de vazios e o volume de sólidos.

s

v

V

V e


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).


33/42

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

.


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


34/42

14. Porosidade (n)

Relação, expressa em porcentagem, entre o volume de

vazios e o volume total.


(%)100 xV

n v

Varia normalmente entre 30 e 70%.

Indica a mesma coisa que o índice de vazios.


35/42

14. Porosidade (n)



36/42

15. Grau de Saturação (S)

Relação, expressa em porcentagem, entre o volume de

água e o volume de vazios.

V w


V v

Grau de saturação: Solo seco – S= 0%

Solo saturado – S=100%

Solo parcialmente saturado – 1% ≤ S ≤ 99%.


37/42

15. Grau de Saturação (S)



38/42

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


(através do peso e volume total), o teor de umidade (w) e o peso

específico real dos sólidos (γs).


39/42

16. Determinação Experimental dos ÍndicesFísicos

Teor de umidade (w)

Método da Estufa – laboratório(NBR 6457)

Método da Frigideira

Método de Speedy


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)


40/42

17. Relações entre os Índices

)1( e

en

1

d

se

sG

e xS w


)1( e

sd

)1( wd

e

w s

1

)1(

w

s

e

wS

e

e w s sat

1


41/42

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


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


42/42

18. Resumo das Fórmulas

Peso Específico da Água:

w

ww

V

P

Peso Específico dos Sólidos:

s

s s

V

P


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

.

Documents

Aula 2 - Índices Físicos Do Solo