Índices Físicos

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2014.1
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
NOTA DE AULA DE MECÂNICA DOS 
SOLOS – PROPRIEDADE FÍSICA DOS 
SOLOS
ISABELLY CÍCERA DIAS VASCONCELOS
isabelly.vasconcelos@unipe.br
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ÍNDICES FÍSICOS ..................................................... 3
O ESTADO DO SOLO ..................................................... 4
RELAÇÃO ENTRE AS FASES ..................................................... 9
TEOR DE UMIDADE ..................................................... 10
ÍNDICE DE VAZIOS ..................................................... 15
POROSIDADE ..................................................... 16
GRAU DE SATURAÇÃO ..................................................... 17
RELAÇÃO ENTRE VOLUMES ..................................................... 18
RELAÇÃO ENTRE MASSAS E VOLUMES ..................................................... 19
RELAÇÕES DIRETAS ENTRE OS ÍNDICES FÍSICOS ..................................................... 22
NOVAS RELAÇÕES ..................................................... 25
MASSA ESPECÍFICA SATURADA (ρsat) E SECA (ρd) ..................................................... 26
RELAÇÃO ENTRE MASSA ESP. DO SOLO (ρ) e MASSA 
ESP. DO SOLO SECO (ρd)
..................................................... 27
ÍNDICES FÍSICOS X POROSIDADE ..................................................... 28
GRAU DE COMPACIDADE ..................................................... 32
LIMITES DE VARIAÇÃO DOS ÍNDICES FÍSICOS ..................................................... 34
BIBLIOGRAFIA ..................................................... 35
SUMÁRIO
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ÍNDICES FÍSICOS
Índices físicos são valores que tentam representar as
condições físicas de um solo no estado em que ele 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.
4
O ESTADO DO SOLO
O solo é constituído de três fases: Partículas sólidas,
partículas líquidas (água) e partículas gasosas (ar).
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 esteja ocupado por água ou ar.
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O ESTADO DO SOLO
O comportamento de um solo depende da quantidade
relativa de cada uma das três fases (sólidos, água e
ar).
Sólidos
Água
Ar
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O ESTADO DO SOLO
Relações entre fases: MASSAS e VOLUMES
Ar
Água
Sólidos
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O ESTADO DO SOLO
V = volume total
Vs = volume das 
partículas sólidas
Vw = volume de água 
contida nos poros
Var = volume de ar 
contido nos poros
Vv = volume de “vazios” 
(poros) VS VVV  ARWV VVV
Onde

:
ARWS VVVV 
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O ESTADO DO SOLO
M = massa total
Ms = massa das partículas 
sólidas
Mw = massa de água contida 
nos poros
Mar = massa de ar contida nos 
poros
ARWS MMMM  0:  ldespresíveMOnde AR
WS MMM 
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RELAÇÃO ENTRE AS FASES
10
TEOR DE UMIDADE
Define-se a umidade (w) de um solo como sendo a
razão entre a massa da água contida num certo
volume de solo e a massa da parte sólida existente
neste mesmo volume, expressa em porcentagem.
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, para solos muito úmidos).
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TEOR DE UMIDADE
12
TEOR DE UMIDADE
A obtenção do teor de umidade de um solo é a
operação mais frequente em um laboratório de solos.
Métodos utilizados na determinação da umidade do
solo em campo e em laboratório:
• Estufa a 105 - 110°C (laboratório)
• Speedy (campo)
• Fogareiro à Álcool (campo)
• Estufa a 60°C. (laboratório, no caso da suspeita de
existência de matéria orgânica)
• Sonda de nêutrons (campo)
• TDR (campo)
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TEOR DE UMIDADE
ENSAIO EM LABORATÓRIO - ESTUFA
14
TEOR DE UMIDADE
ENSAIO EM CAMPO - SPEEDY
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ÍNDICE DE VAZIOS
O índice de vazios (e) é definido como a relação entre
o volume de vazios e o volume das partículas solidas,
expresso em termos absolutos.
Esse índice foi estudado por Terzaghi ao estudar o
“fenômeno do adensamento do solo”, pois a variação
do e, indicando uma variação de volume, só depende
de uma variável Vv, uma vez que Vs não varia, ou
varia pouco, durante um fenômeno.
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POROSIDADE
A porosidade (n) é definida como a relação entre o
volume de vazios e o volume total, expresso em
porcentagem.
Intervalo de variação da porosidade está
compreendido entre 0 a 100%. Na prática de 20 a
90%.
17
GRAU DE SATURAÇÃO
Os vazios do solo podem estar apenas parcialmente
ocupados por água. A relação entre o volume de água
e o volume dos vazios é definida como o grau de
saturação (Sr), expresso em percentagem e com
variação de 0 (solo seco) a 100% (solo saturado).
18
RELAÇÃO ENTRE VOLUMES
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RELAÇÃO ENTRE MASSAS E VOLUMES
A relação entre quantidade de matéria (massa) e
volume são denominadas massas específicas, e
expressas geralmente em ton/m³, kg/dm³ ou g/cm³. V
M

MASSA ESPECÍFICA DO SOLO (r)
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RELAÇÃO ENTRE MASSAS E VOLUMES
É obtido dividindo-se a massa das partículas sólidas
(não considerando-se o peso da água) pelo volume
ocupado pelas partículas sólidas (sem a consideração
do volume ocupado pelos vazios do solo).
MASSA ESPECÍFICA DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS (rs)
s
s
s
V
M

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RELAÇÃO ENTRE MASSAS E VOLUMES
É obtido dividindo-se a massa da água pelo volume de
água ocupado no solo.
MASSA ESPECÍFICA DA ÁGUA (rw)
w
w
w
V
M

rw = 1 g/cm³
* Pressão normal e água a 25˚ C
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RELAÇÕES DIRETAS ENTRE OS ÍNDICES 
FÍSICOS
Então, considerando o volume de sólidos igual a 1 (Vs
= 1) é possível relacionar os diversos índices físicos
com o índice de vazios.
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RELAÇÕES DIRETAS ENTRE OS ÍNDICES 
FÍSICOS
24
RELAÇÕES DIRETAS ENTRE OS ÍNDICES 
FÍSICOS
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NOVAS RELAÇÕES
26
MASSA ESPECÍFICA SATURADA (ρsat) E SECA 
(ρd)
Ocorre quando todos os vazios estão
preenchidos por água (Sr=100%).
Ocorre quando o solo encontra-se
completamente seco, sem nenhum
volume de água em seus vazios. (Sr=0).
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RELAÇÃO ENTRE MASSA ESP. DO SOLO (ρ) e 
MASSA ESP. DO SOLO SECO (ρd)
28
ÍNDICES FÍSICOS X POROSIDADE
29
ÍNDICES FÍSICOS X POROSIDADE
30
ÍNDICES FÍSICOS X POROSIDADE
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ÍNDICES FÍSICOS X POROSIDADE
M = Mw + Ms
V = 1
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GRAU DE COMPACIDADE
Grau de compacidade é o estado de um solo não coesivo.
Como solos não coesivos compreendem-se os solos
compostos de pedras, pedregulhos, cascalhos e areias,
ou seja, de partículas grandes (grossas).
mínmáx
natmáx
cG 




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GRAU DE COMPACIDADE
mínmáx
natmáx
cG 




Se uma areia pura, no estado seco, for colocada
cuidadosamente em um recipiente, vertida através de um
funil com pequena altura de queda, ela ficará em seu estado
mais fofo possível. Pode-se, então, determinar sua massa
específica e dela calcular o índice de vazios máximo.
Vibrando-se uma areia dentro de um molde, ela ficará no seu
estado mais compacto possível. A ele corresponde o índice
de vazios mínimo.
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LIMITES DE VARIAÇÃO DOS ÍNDICES FÍSICOS 
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BIBLIOGRAFIA
Pinto, C.S. (2006) – Curso Básico de Mecânica dos Solos. 
Editora Oficina.
Caputo, H. P. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações, Vol. 
1, 2 e 3. Livros Técnicos Científicos. Editora S. A.
Das, B.M. (2011) – Fundamentos de Engenharia 
Geotécnica. Editora Thompson
Craig, R.F. (1974) – Mecânica dos Solos, Editora LTC.