Aula 03 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.
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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
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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
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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
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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%.
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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).
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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 (ρ)
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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 (ρs)
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 (ρw)
w
w
w
V
M

ρw = 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
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RELAÇÕES DIRETAS ENTRE OS ÍNDICES 
FÍSICOS
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NOVAS RELAÇÕES
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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)
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ÍNDICES FÍSICOS X POROSIDADE
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ÍNDICES FÍSICOS X POROSIDADE
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ÍNDICES FÍSICOS X POROSIDADE
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ÍNDICES FÍSICOS X POROSIDADE
M = Mw + Ms
V = 1
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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.
Vargas, M.(1977) – Introdução à Mecânica dos Solos. MacGraw
Hill.
Lambe, T.W. & Whitman, R.V. (1969) Soil. Mechanics. John Wiley
& Sons, Inc.