Aula 2 (Amostragem e propriedades fisicas dos solos)

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Engenharia Civil
Curso: Mecânica dos Solos e 
Obras de Terra I
Profª Dra. Mariana Ferreira Benessiuti Motta
e-mail: marianabenessiuti@yahoo.com.br / 
mariana.motta@lo.unisal.br
Aula 2: 
Amostragem, Propriedades 
físicas de solos. Partículas 
individuais: tamanho; 
forma e mineralogia. 
Propriedades índice: solo 
como um sistema trifásico. 
Relações entre fases. 
Relações entre índices. 
Amostragem 
Amostragem - Sondagem
Amostragem – Solo Amolgado
A
B
C
Amostras deformadas
(A) e (B): SPT
(C): Trado
Amostragem – Solo indeformado
BLOCOS
Solos: Propriedades Índice
 Grãos individuais
Tamanho, forma, rugosidade, mineralogia, 
superfície específica
 Relações entre fases
Porosidade, índice de vazios, grau de 
saturação, teor de umidade, massas específicas 
total e seca, densidade relativa dos grãos, 
compacidade relativa
 Solo como um todo
Distribuição granulométrica, limites de 
consistência, atividade coloidal
Matacão  > 200mm
Calhau 60 <  < 200mm
Pedregulho 2,0 <  < 60mm
Areia 0,06 <  < 2,0mm
Silte 0,002 <  < 0,06mm
Argila  < 0,002mm
Tamanho de Grãos
argila silte areia pedregulho
fina media grossa
calhau matacão
Diâmetro dos Grãos (mm)
0,002 0,06 2,0 600,2 0,6
Solos Coesivos Solos Granulares
Solos de Granulação Fina Solos de Granulação Grossa
Análise por Sedimentação Análise por Peneiramento
200 1000
Classificação ABNT – NBR 6502 (1995)
Classificação SUCS – Finos #200 (0,075 mm) 
Tamanhos relativos
Areia
Pedregulho
Silte Argila
invisível
nesta escala
Invisíveis à
olho nu
Tamanhos de Partículas de Solos
 
 
 Areia Silte Argila 
 grossa média fina grosso médio fino 
 Colóide 
Espessura da folha de caulinita 
Espessura da folha de ilita 
Esp. da folha de montmorilonita 
Diâmetro da molécula 
 d´água 
 
Limite do microscópio óptico 
 
Comprimento 
de onda do 
 Raio X 
 
Gama de ultramicroscopia 
Limite do microscópio 
 eletrônico 
Peneiramento 
 
Limite de visibilidade a olho nu 
Sedimentação Centrifugação 
Comportamento 
controlado por 
forças elétricas
Comportamento 
controlado por 
forças de massa
Análise Granulométrica
Peneiramento
 Percentual em massa 
do solo que passa 
por peneiras com 
aberturas pré-
estabelecidas em 
Normas Técnicas
Jogo de peneiras
Amostra 
de solo
Peneirador
 Lei de Stokes:
velocidade de queda de 
partículas sólidas em 
suspensão em uma 
solução água-solo é 
proporcional ao quadrado
do diâmetro das partículas
Análise Granulométrica
Peneiramento
Distribuição Granulométrica
Formas dos Grãos ou Partículas
EQÜIDIMENSIONAL
(poliédrica)
Forma tipicamente
encontrada nas frações
pedregulho, areia e
silte.
Pode ser encontrada,
tipicamente em baixas
proporções, na fração
argila.
Grão de quartzo aumentado 200 vezes
Formas dos Grãos ou Partículas
Mica na fração fina:
aumento de 10.000 vezes
LAMELAR OU PLACA
(uma dimensão predomina 
sobre as outras duas)
Tipicamente
encontrada na fração
argila.
Pode ocorrer nas
frações silte 
(argilominerais, mica) e 
areia (mica).
Formas dos Grãos ou Partículas
TUBULAR E CILÍNDRICA
(duas dimensões predominam sobre a terceira)
Encontrada na fração argila (argilominerais)
Largura da foto: 4,7mmLargura da foto: 2mm
Fo
to
m
ic
ro
gr
af
ia
 E
le
tr
ôn
ic
a
Fo
to
m
ic
ro
gr
af
ia
 E
le
tr
ôn
ic
a
Rugosidade dos Grãos
(fração grossa – Muller, 1967)
Angular
Sub-angular
Sub-redonda
Redonda
Bem-redonda
Mineralogia
(constituintes sólidos dos solos)
Quartzo
Minerais Principais Feldspatos
(predominam na fração grossa) Micas
Argilominerais
Minerais Secundários Óxidos e Hidróxidos
(fração fina) de Fe e Al
RELAÇÕES ENTRE FASES
Propriedades Índice
Ín
di
ce
s 
Fí
si
co
s
Solo: Sistema Multifásico
(sólidos, líquidos e gases)
Mt
solo
ar
água
Vs
Va Ma=0
Ms
MwVw
Vv
Vt
Diagrama de FasesAmostra de Solo
Índices Físicos
Relação entre Massas
Amostras Amolgadas
Obtida Experimentalmente
Mt
solo
ar
água
Vs
Va Ma=0
Ms
MwVw
Vv
Vt
Diagrama de Fases
Teor de umidade (%)
s
w
M
Mw
wh = teor de umidade
higroscópico
= umidade do solo
seco ao ar
Índices Físicos
Relações entre Volumes
Requerem Amostras Indeformadas
Determinações Indiretas (correlações)
Índice de vazios
Porosidade
(%)
Grau de saturação (%)
s
v
V
Ve 
t
v
V
Vn 
v
w
V
VS 
Mt
solo
ar
água
Vs
Va Ma=0
Ms
MwVw
Vv
Vt
Diagrama de Fases
Teor de umidade 
volumétrico (%)
t
w
V
V
Índices Físicos
Relações entre Massas e Volumes
w
s
sG 

Mt
solo
ar
água
Vs
Va Ma=0
Ms
MwVw
Vv
Vt
Diagrama de Fases
Densidade relativa dos grãos
s
s
s V
M
Massa específica dos grãos (g/cm3)
Amostra 
amolgada
w = 1g/cm3
Obtida Experimentalmente
Índices Físicos
Valores típicos da 
densidade relativa de 
minerais constituintes de 
solos
(modificado de Lambe & Whitman, 
1969)
a Calculados a partir da estrutura
cristalina
Índices Físicos
Relações entre Massas e Volumes
Mt
solo
ar
água
Vs
Va Ma=0
Ms
MwVw
Vv
Vt
Diagrama de Fases
t
t
V
M
Massa específica total (g/cm3)
Amostra indeformada
Obtida experimentalmente!
t
s
d V
M
Índices Físicos
Relações entre Massas e Volumes
Mt
solo
ar
água
Vs
Va Ma=0
Ms
MwVw
Vv
Vt
Diagrama de Fases
Massa específica seca (g/cm3)
Amostra indeformada
Obtida indiretamente!
w
s
t e
SeG 


1
Relações entre Índices Físicos
wGSe s
w
t
d 

1

e
en


1 n
ne


1
1
d
se


wst Ge
w 


1
1
)1(
sd
w
G
Sw 


MgWP  g 
3/81,9 mkNw 
Relações entre Índices Físicos
Densidades ou Índices de 
Vazios Máximo e Mínimo de 
Solos Granulares
emax ou dmin
Maior valor de índice de vazios ou menor 
densidade que um dado solo granular pode 
apresentar em laboratório (método do funil)
emin ou dmax
Menor valor de índice de vazios ou maior 
densidade que o solo granular pode 
apresentar em laboratório (vibração)
Densidade ou Compacidade 
Relativa de Solos Granulares
%100
minmax
max x
ee
eeCr 

ou 
%100
minmax
minmax xxD
dd
dd
d
d
r 






e e d se referem ao material indeformado 
(condições de campo)
Densidade ou Compacidade 
Relativa de Solos Granulares
Classificação CR
Areia fofa Abaixo de 0,33
Areia de compacidade média Entre 0,33 e 0,66
Areia compacta Acima de 0,66
Compacidade Relativa de 
Solos Granulares
Exemplo: Considerando uma areia “A” com
emin=0,6 e emax=0,9; e uma areia “B” com
emin=0,4 e emax=0,7. Se as duas estiverem
no campo com e=0,65, qual a compacidade
relativa destas areias?
• Para uma amostra de solo úmido, são dados:
a) Volume total de 1,2 m3
b) Massa total de 2350 kg
c) Teor de umidade gravimétrico de 8,6%
d) Densidade relativa dos grãos de 2,71
Determine a massa específica total, a massa 
específica seca, o índice de vazios, a porosidade, o 
grau de saturação e o volume de água deste solo.
Exercício Proposto 1
• Para se construir um aterro, dispõe-se de uma
grande quantidade de material de empréstimo, cujo
volume foi estimado em 3000 m3. Ensaios
mostraram que o peso específico natural é da ordem
de 17,8 kN/m3 e que aumidade média é 15,8%. O
projeto prevê que no aterro o solo seja compactado
com uma umidade de 18%, ficando com um peso
específico seco de 16,8 kN/m3. Que volume de aterro
é possível construir com o material disponível e que
volume de água deve ser acrescentado?
Exercício Proposto 2