Índices Físicos - geotecnia

Prévia do material em texto

*
UNIVERSIDADE DE BRASILIA 
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL E AMBIENTAL
Capítulo 3
Índices Físicos. Relações volumétricas e gravimétricas.
*
Referências Bibliográficas:
Fundamentos de ENGENHARIA GEOTÉCNICA - Braja M. Das; Tradução da 6a Edição norte-americana – 2007;
Curso Básico de Mecânica dos Solos – Carlos de Souza Pinto – 2o Edição, São Paulo : Oficina de Textos, 2002;
*
 ÍNDICES FÍSICOS
Elementos constituintes de um solo
	O solo é um material constituído por um conjunto de partículas sólidas, deixando entre si vazios que podem estar preenchidos por água ou ar e água. É, pois, no caso mais geral, um sistema formado por três fases: sólida (minerais, oxi-hidróxidos, matéria orgânica), liquida (água) e gasosa (ar). No caso dos solos não saturados inclui-se ficticiamente uma quarta fase correspondente à membrana contráctil que se forma com a orientação das moléculas de água no contato ar-água.
*
Fase Sólida: caracterizada pelo seu tamanho, forma, distribuição e composição químico-mineralógica dos grãos.
Fase Gasosa: Fase composta geralmente pelo ar presente no solo em contato ou não com a atmosfera fazendo-se presente nesse último caso na forma de bolha de ar oclusa no interior da fase água.
	A fase gasosa é importante em problemas de deformação de solos devido a sua elevada compressibilidade.
Fase Liquida: composta em sua maior parte pela água, podendo conter solutos e fluidos imiscíveis. A água pode estar presente no solo em três estados: sólido, liquido e gasoso neste último caso compondo a fase ar. Como os solos, particularmente os siltosos e argilosos possuem capacidade de troca iônica, a qualidade da água pode exercer grande influência sobre suas propriedades e comportamentos.
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Água de Constituição: É a água presente na própria estrutura química das partículas sólidas. Em alguns minerais como a montmorilonita essa água pode sair e entrar no mineral entre as camadas estrurais. Em outros como a haloisita 4H2O a água eliminada não retorna ao mineral.
Água Adsorvida: É uma película de água que interage com as partículas do solo devido à ação da energia eletromagnética na superfície dos argilominerais. No contato com o argilomineral essa água assume o estado sólido devido a elevada energia interativa com o mineral.
Água Capilar: É a água que se encontra presa às partículas do solo por meio de forças capilares. Esta se eleva pelos interstícios capilares formados pelas partículas sólidas, devido a ação das tensões superficiais nos contatos ar-água-sólidos geradas a partir da superfície livre da água.
	
	
 ÍNDICES FÍSICOS – Fase Líquida
*
Argila
Solo Granular
*
	
Água Higroscópica: Água que o solo possui quando em equilíbrio com a umidade atmosférica e a temperatura ambiente.
Água Livre: Preenche os vazios dos solos. Pode estar em equilíbrio hidrostático ou fluir sob a ação da gravidade ou de outros gradientes de energia como a térmica.
 ÍNDICES FÍSICOS – Fase Líquida
*
O comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma das três fases (partículas sólidas, água e ar). Diversas relações são empregadas para expressar as proporções entre elas. Na literatura clássica se adota o esquema a seguir:
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Para os solos tropicais agregados o melhor é adotar: 
*
*
Teor de Umidade (w):
	Relação entre o peso da água e o peso dos sólidos. É expresso pela letra w. Para sua determinação pesa-se o solo no seu estado natural, seca-se em estufa a 105 ºC até a constância de peso e pesa-se novamente.
 ÍNDICES FÍSICOS (com base na literatura clássica)
OBS: Nas figuras anteriores se indicou massa (m) e nas equações está o peso (W) e depois a massa.
*
Os teores de umidade dependem do tipo de solo podendo ocorrer valores muito baixos (solos secos) ou muito altos (150% ou mais). Esse índice é muito expressivo, principalmente para solos argilosos, que tem sua resistência fortemente influenciada pela umidade. Sua determinação pode ser feita diretamente a partir de diferentes ensaios ou indiretamente a partir do Speedy.
 ÍNDICES FÍSICOS – Teor de Umidade (w)
SPEEDY – Medidor de Umidade em campo.
*
Peso específico natural (g, go ou gnat):
	Relação entre o peso do solo e o volume total. É expresso pelo símbolo g, go ou gnat. A expressão “peso específico natural” é, algumas vezes substituída só por “peso especifico” do solo. Ele pode ser determinado por diferentes técnicas e é dado por:
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Peso especifico Aparente seco (gd):
	Relação entre o peso dos sólidos e o volume total. Corresponde ao peso especifico que o solo teria se viesse a ficar seco sem que houvesse variação de volume. Ele é expresso pelo símbolo gd.
	OBS: Não é determinado diretamente em laboratório, mas calculado a partir do peso especifico natural e da umidade.
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Peso especifico dos sólidos (ou dos grãos) (gs ou gg):
	É uma característica dos sólidos. Relação entre o peso das partículas sólidas e o seu volume. É expresso pelo símbolo gs ou gg.
 ÍNDICES FÍSICOS
(gf/cm3; tf/m3; kN/m3)
*
 ÍNDICES FÍSICOS
Tradicionalmente é determinado em laboratório pela técnica do picnômetro. Nela, coloca-se uma porção de solo seco num frasco de vidro chamado de picnômetro (balão volumétrico) completando-se com água, determina-se o peso total. O peso do Picnômetro completado com água, mais o peso do solo, menos o peso do picnômetro com solo e água, é o peso da água que foi substituído pelo solo. 
Hoje tem técnicas mais modernas e rápidas como picnômetro a gás.
*
Deste peso, calcula-se o volume de água que foi substituído pelo solo e que é o volume do solo. Com o peso do solo seco e o volume, tem-se o peso especifico.
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Índice de vazios (e):
	Relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume das partículas sólidas (Vs). É expresso pela letra “e”.
 ÍNDICES FÍSICOS
e = Vv / Vs
*
Índice de vazios (e):
	Este índice foi introduzido por Terzaghi ao estudar o “fenômeno do adensamento do solo”, pois a variação de “e”, indicando uma variação de volume, só depende de uma variável Vv, uma vez que Vs não varia ou varia pouco, durante o fenômeno. Destaca-se que no caso de solos expansivos Vs varia.
	Não pode ser determinado diretamente, mas é calculado a partir de outros índices.
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Porosidade (n):
	Relação entre o Vv e o Vt, logo a variação do volume de vazios afeta o numerador e o denominador. É expressa pela letra “n”.
	Sua determinação pode ser feita em função do índice de vazios, por meio da expressão:
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Grau de Compacidade (GC):
	O estado natural de um solo “não coesivo” (areia, pedregulho) define-se pelo grau de compacidade, compacidade relativa ou densidade relativa:
	
	No laboratório emáx é obtido vertendo-se simplesmente o material seco num recipiente de volume conhecido e pesando-se. Nessa determinação, V é o volume do recipiente, Ws é o peso do material seco e gs o peso especifico dos grãos. Analogamente obtém-se emin, compactando-se o material por vibração ou por impactos dentro do mesmo recipiente. 
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Desse modo:
Seguindo o critério usualmente aceito, as areias se classificam em:
Fofas (ou soltas) quando 		0 < GC <1/3;
Medianamente compacta quando 1/3< GC <2/3;
Compactas quando			2/3<GC<1 (quanto mais compacta a areia, menor o índice de vazios e maior o peso especifico seco).
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Grau de Saturação (S ou Sr):
	Relação entre o volume de água e o volume de vazios. Expresso pela letra S ou Sr. Não é determinado diretamente, mas calculado. Varia de zero (solo seco) a 100% (solo saturado).
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Densidade Relativa dos Grãos (Gs):
É a razão entre o peso especifico da parte sólida e o peso específico da água pura a 4ºc. É expressa pelo símbolo Gs e é adimensional.O valor de Gs, constitui-se em um indicativo do tipo de solo. Ex.:
Gs<2.5 Solo orgânico ou gibbisítico;
2.6<Gs<2.8 solo inorgânico;
Gs>2.9 solo rico em oxi-hidróxido de ferro.
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Peso especifico saturado (gsat)
	É a relação entre o peso do solo saturado e o volume total de solo. É expresso pelo símbolo gsat. 
	Neste caso o grau de saturação S=1, ou seja, todos os vazios estão preenchidos pela água. Tem aplicação prática, por exemplo, quando se analisa a curva de compactação e a própria compactabilidade do solo.
 ÍNDICES FÍSICOS
*
Peso especifico Submerso (gsub):
	É o peso especifico efetivo do solo quando submerso. Serve para cálculo de tensões efetivas. É expresso pelo símbolo gsub.
 ÍNDICES FÍSICOS
*
 ÍNDICES FÍSICOS
Um bom exemplo para tornar clara a diferença entre solo saturado e submerso é mostrado no livro “Mecânica dos Solos e suas Aplicações”, de Homero Pinto Caputo:
Imagine um reservatório (por exemplo, uma barragem de terra) cheio, com o nível d’água marcado por NA:
*