Cap01 Introducao EstadoFisico MSI 2008 09[1]

Prévia do material em texto

1
Definição e formação dos solos.
Estado Físico de um solo.
Mecânica dos Solos I 2008/09 – DEC - FCTUC
Definição de solo 
„ “Os maciços terrosos são formados por 
partículas minerais, que resultaram da 
desintegração física e química das rochas, 
podendo também conter matéria orgânica. Os 
espaços não ocupados pelas partículas são 
designados por poros ou vazios, os quais 
podem conter água e ar, isolada ou 
conjuntamente.” M. Matos Fernandes
2
Classificação dos solos quanto à origem 
„ Formações naturais:
- Solos sedimentares (solos formados por 
transporte e deposição dos minerais resultantes 
da decomposição da(s) rocha(s)-mãe)
- Solos residuais (solos que ocupam o 
espaço antes ocupado pela rocha-mãe);
„ Formações artificiais: aterros, etc
Ex.: solos sedimentares/ residuais
Solo Sedimentar Solo residual
3
Definição do estado físico – grandezas básicas 
„ Vs → Volume de sólidos
„ Vw → Volume de água
„ Va → Volume de ar
„ Vv → Volume de vazios
„ V → Volume total
Ws → Peso das partículas sólidas
ou Peso seco
Ww → Peso de água
Wa → Peso de ar (≈0)
W → Peso total
Índices Físicos dos Solos (V/V e W/W)
„ Índice de vazios, e [1]
(pode exceder 1 nalguns solos)
s
v
V
Ve =
%100×=
V
Vn v
%100×=
v
w
V
VS
%100×=
s
w
W
Ww
„ Porosidade, n [1] (se em %: 0≤ n ≤100%)
„ Grau de Saturação, S [1] (se em %: 0 ≤ S ≤ 100%)
„ Teor em água (teor de humidade), w [1]
(pode exceder 1… ou 100%!)
4
Estados possíveis (humidade) na natureza:
„ Solo seco;
„ Solo húmido;
„ Solo saturado;
„ Solo submerso.
N.F.
N.T.
Solo Seco
Solo húmido
Solo Saturado
Solo Submerso
Ascenção
Capilar
Índices Físicos dos Solos
Índices Físicos dos Solos (W/V)
„ Densidade das partículas sólidas, G [1]
w
s
w
w
s
s
V
W
V
W
G γ
γ==
s
s
s V
W=γ
w
w
w V
W=γ
Em geral: 2,6< G< 2,8
Em geral: 25,5< γs< 27,5 kN/m3
„ Peso volúmico das partículas sólidas, γs (kN/m3)
„ Peso volúmico da água, γw (9,81 kN/m3≈ 10 kN/m3)
5
„ Peso volúmico do solo ou peso volúmico 
aparente ou total, γ (kN/m3)
V
WW
V
W ws +==γ
V
W
V
WW
V
W sws
d =+==γ
sw
ws
swa
ws
sat VV
WW
VVV
WW
V
W
+
+=++
+==γ
„ Peso volúmico seco, γd (kN/m3)
„ Peso volúmico saturado, γsat (kN/m3)
Índices Físicos dos Solos (W/V)
Índices Físicos dos Solos
„ Peso volúmico submerso, γsub ou γ´ (kN/m3)
Psat
Iw wsatsub
wsatwsat
sub
ww
V
VW
V
IW
VI
γγγ
γγ
γ
−=
×−=−=
×=
)(
wsatsub γγγγ −== ´
Wsat
6
Determinação experimental dos 
Índices Físicos
Tal pode ser feito nos seguintes casos:
„ Teor em água, w
„ Peso volúmico do solo, γ
„ Densidade das partículas sólidas, G
Todos os restantes índices físicos podem 
ser obtidos com base nestes 3 (básicos)
Determinação do teor de humidade – método da estufa
1) Secam-se o recipiente e a 
tampa e pesam-se (m1).
2) Coloca-se o solo húmido no recipiente e pesa-se o 
conjunto (m2).
3) Coloca-se o recipiente com a amostra na estufa e 
seca-se.
7
4) Pesa-se o recipiente com a amostra seca (m3).
%100
13
32 ×−
−=
mm
mmw
5) Calcula-se o teor de humidade, w, da amostra.
Nota- método lento (pelo menos 24 h)… mas rigoroso!
Determinação do teor de humidade – método baseado na 
radioactividade (TROXLER)
1) A fonte emite neutrões, quer 
a partir da superfície do terreno, 
quer do interior do mesmo.
2) A intensidade da resposta 
detectada no receptor é
proporcional ao teor em água do 
solo.
“transmissão 
indirecta” “transmissão 
directa”
Nota- método expedito, ideal para ensaios repetidos in situ, 
tendo substituído o ensaio mais utilizado até então (Speedy)
8
Determinação do peso volúmico – extracção de amostras 
indeformadas
Determinação do peso volúmico – mét. da garrafa de areia
1) Regularização da 
superfície e colocação 
do tabuleiro.
9
2) Abre-se no solo um 
furo cilíndrico de fundo 
arredondado e pesa-se 
o material recolhido.
3) Preenche-se a 
cavidade por meio de 
uma areia seca, 
previamente calibrada 
em laboratório, e 
contabiliza-se o peso 
de areia utilizada.
4) Calcula-se o peso volúmico do solo.
10
1) A fonte emite raios gama, 
quer a partir da superfície do 
terreno, quer do interior do 
mesmo.
2) A quantidade de raios gama 
por unidade de tempo no 
receptor (contador Geiger-
Muller) é inversamente 
proporcional ao peso volúmico 
do solo.
“transmissão 
indirecta” “transmissão 
directa”
Determinação do peso volúmico – método baseado na 
radioactividade (TROXLER)
Determinação da densidade das partículas sólidas
1) Lava-se o picnómetro com água, seca-se e pesa-se (m1).
m1
11
m2
2) Enche-se de água destilada e, depois de levar o nível 
da água até ao traço de referência, pesa-se (m2). 
3) Coloca-se a amostra de solo, previamente seca em 
estufa no interior do picnómetro e pesa-se (m3). 
4) Descontando ao peso determinado no ponto anterior o 
peso do picnómetro, obtém-se o peso da amostra de solo 
(m4). 
5) Enche-se o picnómetro com água destilada até ao traço 
de referência e pesa-se (m5). 
m5Traço de referência
6) Calcula-se a densidade das partículas sólidas. 
452
4
mmm
mG +−=
m2 - massa do picnómetro cheio de água;
m4 - massa do provete seco;
m5 - massa do picnómetro com o provete e a água.
12
Exercício 1 
Relacione:
a) o índice de vazios (e) com a porosidade (n); 
V
Vn
V
Ve v
s
v == ;
v
v
s
v
VV
V
V
Ve −==
v
v
v
v
v
V
V
V
V
V
V
−
=
n
n
n −
=−= 111
1
1+=+
=+== e
e
V
V
V
V
V
V
VV
V
V
Vn
s
s
s
v
s
v
sv
vv
b) o índice de vazios (e) com o peso volúmico das partículas 
sólidas (γs), o peso volúmico (γ) e o teor em água (w); 
s
w
s
s
s
s
v
W
W
w
V
W
V
W
V
V
e ==== ;;; γγ
s
s
s
v
V
VV
V
Ve −== 1−=
sV
V 1−=
s
sW
W
γ
γ ( ) 1−⋅
⋅+= γ
γ
s
sws
W
WW
( ) 11 −⋅+= γ
γ swe
13
c) o grau de saturação (S) com o teor em água (w), o índice 
de vazios (e) e a densidade das partículas sólidas (G); 
w
s
s
v
s
w
v
w G
V
Ve
W
Ww
V
VS γ
γ==== ;;;
s
w
w
v
w
Ve
W
V
VS ⋅==
γ
ws
s
Ve
Ww
γ⋅⋅
⋅=
w
s
e
w
γ
γ
⋅
⋅=
e
GwS ⋅=
d) o peso volúmico seco (γd) com o peso volúmico das 
partículas sólidas (γs) e o índice de vazios (e); 
s
v
s
s
s
s
d V
V
e
V
W
V
W === ;; γγ
vs
ss
d VV
W
V
W
+==γ
s
v
s
s
s
s
V
V
V
V
V
W
+
=
e
s
d += 1
γγ
14
e) o peso volúmico saturado (γsat) com o peso volúmico seco 
(γd), o peso volúmico da água (γw) e a porosidade (n); 
V
Vn
V
W
V
W
V
W v
w
w
w
s
d
sat
sat ==== ;;; γγγ
V
WW
V
W wssat
sat
+==γ
Solo saturado ⇒ wvwvw VWVV γ⋅=⇒=
V
VW wvs γ⋅+= wvs V
V
V
W γ⋅+=
wdsat n γγγ ⋅+=
f) o peso volúmico submerso (γ’) com o peso volúmico 
saturado (γsat) e o peso volúmico da água (γw). 
V
VW
V
W
V
VW
V
W wsssubwvssat
sat
γγγγ ⋅−==⋅+== ';
( )
V
VVW
V
VW wvswss γγγ ⋅−−=⋅−='
V
VVW wvws γγ ⋅+⋅−=
w
wvs
V
V
V
VW γγγ ⋅−⋅+='
wsat γγγ −='
15
Exercício 2 
Prove que:
a)
e
VVs += 1
s
v
V
Ve =
s
s
V
VV −= ⇔−= 1
sV
V
sV
Ve =+⇔ 1
e
VVs +=⇔ 1
b)
e
w
s +
+⋅=
1
1γγ
V
W=γ
sv
ws
VV
WW
+
+=
s
sv
s
ws
V
VV
V
WW
+
+
=
1+
+
=
e
V
WW
s
ws
1+
⋅+
=
e
W
W
V
WW
s
s
s
ws
e
WV
WW
WV
WW
ss
sw
ss
ss
+
⋅
⋅+⋅
⋅
=⇔
1
γ
e
W
W
W
W
V
W
sw
s
s
s
s
+
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +⋅
=
1
( )
e
w
s +
+⋅=⇔
1
1γγ
16
c)
e
eS ws
+
⋅⋅+=
1
γγγ
V
W=γ
sv
ws
VV
WW
+
+=
s
sv
s
ws
V
VV
V
WW
+
+
=
s
s
s
v
s
w
s
s
V
V
V
V
V
W
V
W
+
+
=
1+
⋅+
=
e
V
V
s
ww
s
γγ
e
V
VS
s
wv
s
+
⋅⋅+
=⇔
1
γγ
γ
e
eS ws
+
⋅⋅+=⇔
1
γγγ