Resumo | Mecânica dos Solos I Fases do solo, estrutura do solo e propriedades índices do solo - índices físicos

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FASE SÓLIDA: partículas sólidas resultante do intemperismo das rochas;
FASE LÍQUIDA
FASE GASOSA
Fases do solo, estrutura do solo e
propriedades índices do solo - índices físicos.
RESUMO | MECÂNICA DOS SOLOS I
PROPRIEDADES
ÍNDICES DO SOLO
AS FASES DO SOLO
O solo é constituído por um conjunto de partículas sólidas e espaços entre essas
partículas (já que elas não se encaixam perfeitamente). Esses espaços poderão
estar preenchidos por água parcialmente ou totalmente. Desse modo consideramos
o solo constituídos por três fases:
preenchem os espaços vazios entre as partículas
ÁGUA
AR
SÓLIDOS
A forma com que essas partículas que constituem os solos se arranjam/organizam
espacialmente formam o que chamamos de estrutura do solo ou esqueleto sólido.
ESTRUTURA DO SOLO
IMPORTANTE: Estruturas diferentes de um mesmo solo apresentam
comportamentos diferentes! Portanto, por exemplo, uma amostra de solo natural
se comporta diferentemente de uma amostra do mesmo solo compactado!
w = M
 M
 w
w = P
 P
 w
s
w
s
PROPRIEDADES ÍNDICES DOS SOLOS
O que são? 
Quais são?
São determinadas características, tanto da fase sólida como das três fases em
conjunto, que podem ser mensuradas e expressas por meio de relações entre as
três fases ou por meio da avaliação do comportamento do solo (feito através de
ensaios).
São três: os índices físicos, a granulometria e os estados de consistência.
ÍNDICES FÍSICOS
São relações entre as diversas fases do solo que procuram caracterizar as
condições físicas em que ele se encontra. As principais relações que utilizamos
para definir os índices físicos são as relações entre massas (ou entre pesos),
relações entre volumes e as relações entre massas e volumes (ou pesos e
volumes).
Todas essas relações precisam ser entendidas, jamais decoradas! É necessário
entender o que quer dizer cada uma das relações e o que os resultados
encontrados te dizem a respeito daquela amostra de solo! Fique tranquilo pois,
entendendo cada uma das relações você conseguirá chegar em qualquer fórmula
que você precise dos índices físicos.
RELAÇÕES ENTRE MASSAS (OU PESOS)
A relação entre massas é o Teor de Umidade (w). Ele é expresso, na maioria das
vezes, em porcentagem (%).
s
P = . g = peso de águaw
P = . g = peso de sólidoss
w
onde g = aceleração da gravidade = 9,81 m/s²
PENSE: É possível ter maior quantidade de água do que de sólidos? SIM! Então, é
possível ter maior massa de água ( ) do que de massa dos sólidos ( )? SIM! 
Quando isso ocorre o teor de umidade é maior do que 100%!
s
T
E
O
R
 D
E
 U
M
I
D
A
D
E
O teor de umidade ser maior do que 100% significa que o solo está muito saturado,
com muita água ocupando os espaços vazios! Do contrário, quando a massa de
sólidos é muito maior que a de água, temos um solo seco!
"Os teores de umidade dependem do tipo de solo, e situam-se geralmente entre 10
e 40%, podendo ocorrer valores muito baixos (solos secos) ou muito altos (150% ou
mais)."
RELAÇÕES ENTRE VOLUMES
As relações entre volumes são: Teor de Umidade Volumétrico (θw) expresso em
porcentagem (%), Porosidade (n) expresso em porcentagem (%), Índices de Vazios
(e) expressos em número decimal e Grau de Saturação (Sr) expresso em
porcentagem (%).
θw = V
 V
 w
V = volume de águaw
V = volume total do elemento de solo
T
E
O
R
 D
E
 U
M
I
D
A
D
E
V
O
L
U
M
É
T
R
I
C
O
PENSE: É possível o volume de água ser maior do que volume total
da amostra de solo? NÃO! O limite de volume da amostra é
justamente o volume que foi retirado para amostragem. Observe
que é diferente o volume total do elemento de solo para volume
de sólidos - caso faça analogia com o teor de umidade (w). 
 n = V
 V
 v
V = volume de vaziosv
V = volume total do elemento de solo
P
O
R
O
S
I
D
A
D
E
PENSE: É possível o volume de vazios ser maior do que volume
total da amostra de solo? Novamente, NÃO! 
Valores geralmente entre 30% e 70%
 e = V v V = volume de vaziosv
Í
N
D
I
C
E
 D
E
 V
A
Z
I
O
S
PENSE: É possível o volume de vazios ser maior do que volume de
sólidos? SIM! Agora como não estamos tratando de volume total
da amostra, o volume de vazios pode superar o de sólidos, sendo
o índice, nesses casos, maior que 1.
Valores geralmente entre 0,5 e 1,5. Em argilas orgânicas podem
ser maior que 3 (3x mais ar do que partículas sólidas).
 V s V = volume de sólidoss
Sr = V w V = volume de águaw
G
R
A
U
 D
E
 S
A
T
U
R
A
Ç
Ã
O
PENSE: É possível o volume de água ser maior do que volume de
vazios? NÃO! A medida que a amostra vai ficando saturada, a
água vai ocupando os espaços vazios, logo não tem como o
volume de água ser maior do que o de vazios, ele é no máximo
igual que é quando a amostra está saturada!
Varia de 0% (solo seco) a 100% (solo saturado). Não pode ser
maior que 100%.
 V v V = volume de vaziosv
RELAÇÕES ENTRE MASSAS E VOLUMES
As relações entre massas e volumes são: Massa específica natural (ρ), Massa
específica seca (ρd), Massa específica dos sólidos (ρs) e Massa específica da
água (ρw) todos expressos em números decimais e , geralmente, em g/cm³ ou
kg/m³.
ρ = M
 V
M = massa total do elemento sólido
V = volume total do elemento de solo
M
A
S
S
A
 E
S
P
E
C
ÍF
IC
A
N
A
T
U
R
A
L
PENSE: Quanto maior a massa total da amostra para um mesmo
volume, maior é a massa específica natural. Logo mais densa é a
amostra natural de solo!
Valores entre 1,7 e 2,1 g/cm³. Argilas orgânicas podem atingir 1,4
g/cm³
ρd = Ms M = massa de sólidos s
M
A
S
S
A
 E
S
P
E
C
ÍF
IC
A
S
E
C
A
PENSE: Aqui a relação de densidade é com a massa seca,
desconsiderando a massa de água!
Valores entre 1,3 e 1,9 g/cm³. Argilas orgânicas podem atingir de
0,5 a 0,7 g/cm³
 V V = volume total do elemento de solo
ρs = M s M = massa de sólidos s
M
A
S
S
A
 E
S
P
E
C
ÍF
IC
A
D
O
S
 S
Ó
L
ID
O
S
PENSE: Aqui a relação além de ser com a massa seca de sólidos, é
também com o volume seco!
Valores em torno de 2,7 g/cm³. Depende dos minerais presentes
no solo.
 V V = volume de sólidoss s
ρw = Mw M = massa de água w
M
A
S
S
A
 E
S
P
E
C
ÍF
IC
A
D
A
 Á
G
U
A
IMPORTANTE: A massa específica da água varia de acordo com a
temperatura, logo observe sempre se a temperatura é uma
variável da sua análise para considerar o valor correto. 
Os dados de massa específica da água são tabelados*
Em aplicações práticas, onde a influência da temperatura não é
considerada, adota-se rw = 1 g/cm³ou rw = 1000 kg/m³
 V V = volume de águaw w
Tabela de massa específica da água, em g/cm³ entre 0ºC e 40°C conforme
ABNT NBR 6418:2016
A leitura dos dados na tabela é feita de forma simples, você olha o número inteiro
da temperatura pela 1° coluna na vertical, encontra qual a linha que ela corresponde
e em seguida procura a coluna da casa decimal da temperatura para encontrar a
massa específica.
Ex.: Qual a massa específica da água em 35,7°C?
R: ρw (35,7°C) = 0,9938 g/cm³
RELAÇÕES ENTRE PESOS E VOLUMES
As relações entre pesos e volumes são análogas às de massas e volumes: Peso
específico natural (γ), Peso específico seco (γd), Peso específica dos sólidos (γs) e
Peso específico da água (γw) todos expressos também em números decimais e ,
geralmente, em kN/m³, kgf/m³ ou tf/m³.
γ = P
 V
P = peso total do elemento sólido
V = volume total do elemento de solo
P
E
S
O
 E
S
P
E
C
ÍF
IC
O
N
A
T
U
R
A
L
PENSE: Novamente, quanto maior o peso total da amostra para um
mesmo volume, maior é o peso específico natural. Logo mais densa
é a amostra natural de solo!
Valores entre 17 e 21 kN/m³. Argilas orgânicas podem atingir 14
kN/m³.
γd = P s P = peso de sólidos s
P
E
S
O
 E
S
P
E
C
ÍF
IC
O
S
E
C
A
PENSE: Aqui, novamente, a relação de densidade é com o peso
seco, desconsiderando o peso de água!
Valores entre 13 e 19 kN/m³. Argilas orgânicas podem atingir de 5
a 7 kN/m³.
 V V = volume total do elemento de solo
γs = P s P = peso de sólidoss
P
E
S
O
 E
S
P
E
C
ÍF
IC
O
D
O
S
 S
Ó
L
ID
O
S
PENSE: Aqui a relação além de ser com o peso seco de sólidos, é
também com o volume seco!
Valores em torno de 27 kN/m³. Depende dos minerais presentes
no solo
 V V = volume de sólidoss s
Anotações das aula do professor Bruno do Departamento de Engenharia Civil - UFV
Com isso, podemos relacionar os resultados de massas específicas (ρ) e pesos
específicos (γ) da seguinte maneira:
γw = P w P = peso de água w
P
E
S
O
 E
S
P
E
C
ÍF
IC
O
D
A
 Á
G
U
A
IMPORTANTE: Assim como a massa específica da água varia de
acordo com a temperatura, o peso específico também sofre
variação!
 V V = volume de águaw w
*Observe que a ordem de grandeza aumenta em ~10x em relação às massas
específicas, isso acontece exatamente porque estamos lidando com o peso
específico, logo tem a ação da gravidade atuando.
γ = P = M . g = M . g = ρ. g
 V V V
g = aceleração da gravidade = 9,81 m/s²
γ = ρ. g
γd = ρd. g
γs = ρs. g
γw = ρw. g
PORTANTO: