2) Índices Físicos do Solo

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Aula 02 – Índices Físicos do Solo
Prof. Paula Sant'Anna Moreira Pais
paula.pais@prof.unibh.br
1. Introdução
O solo como um sistema trifásico.
Sólidos
29/02/2016Mecânica dos Solos - Aula 2
Água
Ar
1. Introdução
 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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esteja ocupado por água ou ar.
 Deve-se reconhecer, portanto, que o solo é constituído de
três fases: partículas sólidas, água e ar.
 O comportamento de um solo depende da quantidade
relativa de cada uma das três fases (sólido, água e ar).
Mecânica dos Solos - Aula 2
1. Introdução
 Fase sólida: constituída por
partículas minerais e orgânicas.
 Fase líquida: composta pela
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água de constituição, água
adsorvida, água livre, água
higroscópica e água capilar.
 Fase gasosa: ar e vapor de
água.
1.1 Partículas Sólidas
 Responsáveis pelas características e propriedades ao solo.
 As principais formas das partículas são:
Poligonais angulares areias, siltes e pedregulhos
1. Introdução
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 Poligonais angulares areias, siltes e pedregulhos
 Poligonais arredondadas seixos rolados
 Lamelares argilas (compressibilidade e plasticidade)
 Fibrilares típicas de solos orgânicos
Mecânica dos Solos - Aula 1
 As partículas poligonais (areia) apresentam menor superfície
específica que as lamelares (argila), proporcionando às areias atrito
interno.
1.2 Água
São duas as principais forças responsáveis pela adsorção da
água pelas partículas de solo:
 Força de adesão: atração que as partículas do solo
1. Introdução
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 Força de adesão: atração que as partículas do solo
exercem sobre as moléculas de água.
 Força de coesão: atração que as moléculas de água
exercem entre si.
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1.2 Água
 Água higroscópica presente em solo seco ao ar livre
 Água adsorvida adesiva; película que está eletricamente
ligada à partícula
1. Introdução
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 Água de constituição faz parte da estrutura molecular
 Água capilar sobe pelos vazios (capilares do solo)
 Água livre preenche os vazios do solo
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 As águas higroscópica, livre e capilar podem ser totalmente
eliminadas em temperaturas acima de 100º C (evaporam na
estufa)
1.2 Água
1. Introdução
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1.3 Ar
Dependendo do tipo de solo e das suas propriedades
(principalmente porosidade), podemos ter os vazios
preenchidos com ar. Em algumas regiões pantanosas (EUA),
podemos ter gases (alguns tóxicos) preenchendo estes
1. Introdução
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podemos ter gases (alguns tóxicos) preenchendo estes
vazios.
Mecânica dos Solos - Aula 1
1. Introdução
 Os Índices Físicos são relações entre as fases
constituintes do solo, os quais procuram
caracterizar as condições físicas em que um
solo se encontra.
São de fácil determinação em laboratórios de
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 São de fácil determinação em laboratórios de
geotecnia e podem servir como dados valiosos
para identificação e previsão do comportamento
mecânico do solo.
 Uso Prático: (a) caracterização das amostras de solo para ensaios
de laboratório; (b) verificação do grau de compactação de aterros; (c)
cálculo de tensões no solo.
1. Introdução
 Os Índices Físicos são relações entre volumes, massas e pesos
das fases constituintes do solo.
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1. Introdução
 Volume: Medida que quantifica o espaço ocupado por um objeto.
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1. Introdução
 Massa: quantidade de matéria num objeto.
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1. Introdução
 Peso: Força com que a Terra atrai um objeto.
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gxMP 
2. Grandezas de um solo
As principais grandezas
de um solo são:
 Ps= Peso dos sólidos;
P = Peso da água;
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 Pw= Peso da água;
 Vs= Volume dos sólidos;
 Vw= Volume da água;
 Var= Volume do ar.
2. Grandezas de um solo
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 Teremos que:
 P = Ps + Pw
 Vv = Vw + Var
 V = Vs + Vw + Var = Vs + Vv
2. Grandezas de um solo
 Alguns índices físicos são obtidos com a massa e não com
o peso do material. Neste caso, pode-se pensar na figura a
seguir com a coluna da direita sendo uma coluna de masssa,
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onde Mt seria a massa total da amostra, Mw a massa da fase
líquida da amostra e Ms a massa da fase sólida.
2. Grandezas de um solo
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 As unidades mais usadas são:
 Para massa: g; kg; t
 Para peso: N; kN
 Para volume: cm3; dm3; m3
3. Amostra deformada x indeformada
 As amostras deformadas são retiradas com a destruição ou
modificação apreciável de suas características do solo “in situ”.
Também chamada de amostra amolgada quando ocorre a
fragmentação do material amostrado.
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 As amostras indeformadas são retiradas sem ou com pequena
modificação das características do solo “in situ” com o uso de
equipamentos e técnicas apropriadas. O solo apresenta-se o mais
próximo possível de sua estrutura original. Geralmente de forma
cúbica ou cilíndrica.
3. Amostra deformada x indeformada
Amostras 
indeformadas
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Amostras 
deformadas
4. Teor de Umidade (w)
 É a relação entre o peso da água e o peso dos sólidos, em
percentual. É representado pela letra w ou h. É a operação
mais frequentemente utilizada em um laboratório de solos.
 P
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 %100x
P
P
w
s
w
 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).
4. Teor de Umidade (w)
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32:secosolodoPeso PP 
100:
32
21 x
PP
PP
w 







umidade deTeor 
5. Peso Específico Aparente Natural (γ ,γn)
 Relação entre o peso total do solo e o volume total do solo
correspondente.
 3/mkNP
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 3/mkN
V
P

 Varia normalmente entre 19kN/m³ e 20 kN/m³, podendo
ser um pouco maior ou um pouco menor. Em argilas
moles pode chegar a valores tão baixos como 14kN/m³.
6. Peso Específico Aparente Seco (γd)
 Relação entre o peso das partículas sólidas e o volume total
do solo.
 3/mkN
V
Ps
d 
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V
 Não é determinado diretamente em
laboratório, mas calculado a partir do
peso especifico natural e da umidade.
 
 3/
1
mkN
w
d




6. Peso Específico Aparente Seco (γd)
 Relação entre o peso das partículas sólidas e o volume total
do solo.
 3/mkNPs
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 3/mkN
V
Ps
d 
 Situa-se entre 13 a 19 kN/m³ e 5 a 7 kN/m³ (para argilas
orgânicas moles).
 Empregado para verificar o grau de compactação
de bases e sub-bases de pavimentos, aterros e
barragens de terra.
7. Peso Específico Real dos Sólidos (γs)
 Relação entre o peso das partículas sólidas e o seu volume.
 3/mkNPs
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 3/mkN
V
P
s
s
s 
 Os valores oscilam entre 25 e 29kN/m³, tendo valor
menor para um solo com elevado teor de matéria
orgânica, e valor maior para solo rico em óxido de ferro.
7. Peso Específico Realdos Sólidos (γs)
 Relação entre o peso das partículas sólidas e o seu volume.
 3/mkN
V
P
s
s
s 
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 Não permitem identificar o solo, mas é necessário
para o cálculo de outros índices.
8. Peso Específico da Água (γw)
 É a razão entre o peso de água e seu respectivo volume.
 3/mkN
V
P
w
w
w 
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 Embora varie com a temperatura,
nos casos práticos adota-se o peso
específico d’água como:
1 g/cm³ =10 kN/m³ = 1000 kg/m³
 Peso específico do solo se ficasse saturado (S = 100%).
 De pouca aplicação prática, serve para a programação de
ensaios ou a análise de depósitos de areia que possam
saturar.
9. Peso Específico Aparente Saturado (γsat)
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saturar.
 3/mkN
V
Psat
sat 
 É da ordem de 20 kN/m³.
10. Peso Específico Submerso (γsub)
 É o peso específico efetivo do solo quando submerso.
 Serve para cálculos de tensões efetivas.
 3/mkNwsatsub  
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wsatsub
 É da ordem de 10 kN/m³.
 Um solo submerso é
saturado, sem que a
recíproca seja verdadeira
11. Densidade Relativa das Partículas (Gs)
 É a razão entre o peso específico dos grãos (γs) e o peso
específico da água (γw).

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w
s
sG



 É adimensional, e varia entre 2,5 e 3,0.
12. Índice de Vazios (e)
 Relação entre o volume de vazios e o volume de sólidos.
s
v
V
V
e 
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 Varia normalmente entre 0,5 e 1,5.
 Em solos moles ou orgânicos, podem assumir valores superiores a 3.
 Indica a variação volumétrica ao longo do tempo (histórico de
tensões e deformaçõe ocorridas no solo).
13. Compacidade Relativa ou Grau de Compacidade 
(CR)
 Define o estado natural de um solo não coesivo (areia e
pedregulho.
mínmáx
natmáx
ee
ee
CR



d
máxd
míndmáxd
mínddCR




.



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 γd ; enat →peso específico seco e índice de vazios no estado natural.
 γdmín ; emáx→ peso específico seco e índice de vazios no estado mais solto possível.
 γdmáx; emín → peso específico seco e índice de vazios no estado mais compacto
possível.
Areias fofas ou soltas 0 < CR< 1/3
Areias medianamente compactas 1/3 < CR < 2/3
Areias compactas 2/3 < CR < 1
14. Porosidade (n)
 Relação, expressa em porcentagem, entre o volume de
vazios e o volume total.
V
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(%)100x
V
V
n v
 Varia normalmente entre 30 e 70%.
 Indica a mesma coisa que o índice de vazios.
14. Porosidade (n)
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15. Grau de Saturação (S)
 Relação, expressa em porcentagem, entre o volume de
água e o volume de vazios.
(%)100x
V
S w
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(%)100x
V
S
v
w
 Grau de saturação:
 Solo seco – S= 0%
 Solo saturado – S=100%
 Solo parcialmente saturado – 1% ≤ S ≤ 99%.
15. Grau de Saturação (S)
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 Os índices físicos são determinados em laboratório ou
mediante fórmulas de correlação.
 Em laboratório, são determinados o peso específico natural (γ)
16. Determinação Experimental dos Índices
Físicos
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 Em laboratório, são determinados o peso específico natural (γ)
(através do peso e volume total), o teor de umidade (w) e o peso
específico real dos sólidos (γs).
16. Determinação Experimental dos Índices
Físicos
Teor de umidade (w)
Método da Estufa – laboratório 
(NBR 6457)
Método da Frigideira
Método de Speedy
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Peso específico natural 
(γ, γn )
Peso específico dos 
sólidos(γ)
Medidas do peso e dimensões 
do corpo de prova
Método do frasco de areia 
(NBR 7185)
Método do picnômetro 
(NBR 6508)
17. Relações entre os Índices

)1( e
e
n

 1
d
se


sG
exS
w 
 
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)1( e
s
d




)1( w
d




e
ws



1
)1(

w
s
e
w
S



e
e ws
sat



1


18. Resumo das Fórmulas
Umidade: 
s
w
P
P
w 
Índice de Vazios: 
s
v
V
V
e  1
d
se


)1( n
n
e


Grau de Saturação: Peso Específico Natural: 
sG
exS
w 
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Grau de Saturação: 
v
w
V
V
S 
w
s
e
w
S



Peso Específico Natural: 
V
P

Porosidade: 
V
V
n v
)1( e
e
n


e
ws



1
)1(

Peso Específico Aparente Seco: 
V
Ps
d   wd 

1


 e
s
d


1


18. Resumo das Fórmulas
Peso Específico Saturado: Peso Específico Submerso: 
Peso Específico da Água: 
w
w
w
V
P

Peso Específico dos Sólidos: 
s
s
s
V
P


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Peso Específico Saturado: Peso Específico Submerso: 
V
Psat
sat 
e
e ws
sat



1

 wsatsub
 
Densidade Relativa das 
Partículas: 
w
s
sG



Compacidade Relativa: 
mínmáx
natmáx
ee
ee
CR



d
máxd
míndmáxd
mínddCR




.



