6 ST 409 Índices físicos 2009

Prévia do material em texto

11
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
FASES DOS SOLOS - ÍNDICES FÍSICOS
22
ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E 
GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
O comportamento de um solo depende da quantidade relativa de 
cada uma de suas três fases:
•fase sólida,
•fase líquida, 
•fase gasosa.
33
ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E 
GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
Para estimativa de todos os índices físicos de um 
determinado solo normalmente efetuam-se as 
seguintes determinações:
Umidade (w)
Peso específico do solo (γ)
Peso específico das partículas sólidas (γs)
44
ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E 
GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
Representação esquemática das três fases constituintes dos solos (PINTO,2002).
55
ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E 
GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
Representação esquemática das três fases constituintes dos solos (PINTO, 2002).
66
PESO ESPECÍFICO NATURAL
„ Para identificar o estado de um solo, empregam-se índices que 
correlacionam os pesos e os volumes das três fases:
„ Peso específico natural: ou peso específico de um solo é a 
relação entre o seu peso total e o seu volume total., incluindo-
se aí o peso da água existente em seus vazios e o volume de 
vazios do solo.
t
t
P
V
γ =
77
Índices físicos, relações volumétricas e gravimétricas nos 
solos: peso específico natural
Para sua determinação, molda-se um cilindro do solo cujas 
dimensões conhecidas permitem calcular o volume.
O peso total dividido pelo volume é o peso específico natural.
O peso específico também pode ser determinado a partir de 
corpos irregulares, obtendo-se o volume por meio do peso 
imerso em água. Para tal, o corpo eleve ser previamente 
envolto por parafina.
O peso específico natural não varia muito entre os diferentes 
solos. Situa-se entre: 19 a 20 kN/m3 e, por isto, quando não 
conhecido, é estimado como 20 kN/m3. Casos especiais, como 
as argila s orgânicas moles, podem apresentar pesos 
específicos ele 14 kN/m3. 
88
PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS (γs)
Peso específico das partículas sólidas (ou dos grãos): é uma 
característica dos sólidos e é calculado pela relação entre o 
peso 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). 
É o maior valor de peso específico que um solo pode ter, já que 
as outras duas fases que compõe o solo são menos densas que 
as partículas sólidas.
s
s
s
P
V
γ =
99
PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS (γs)
É determinado em laboratório para cada solo colocando-se o peso seco 
conhecido do solo num picnômetro e, completando-se com água, 
determina-se o peso total. O peso do picnômetro completado só com água, 
mais o peso do solo, menos o peso do picnômetro com solo e água, é o 
peso da água que foi substituída pelo solo. Deste peso, calcula-se o volume 
de água que foi substituído pelo solo e que é o volume do solo. Com o peso 
e o volume, tem-se o peso específico.
O peso específico dos grãos dos solos varia pouco de solo para solo e, por si, 
não permite identificar o solo em questão, mas é necessário para cálculos 
de outros índices. Os valores situam-se em torno de 27 kN/m sendo este 
valor adotado quando não se dispõe do valor específico para o solo em 
estudo, grãos de quartzo (areia) costumam apresentar pesos específicos de 
26,5 kN/m3 e argilas lateríticas, em virtude ela deposição de sais de ferro, 
valores até 30 kN/m3. 
1010
UMIDADE (w)
A umidade é definida como a relação entre o peso da água e o 
peso dos sólidos em uma porção do solo, sendo expressa em 
percentagem.
100w
s
Pw
p
= ⋅
1111
POROSIDADE (n)
„ Porosidade: é definida como a relação entre o 
volume de vazios e o volume total. O intervalo de 
variação da porosidade está compreendido entre 0 e 1.
100v
t
Vn
V
= ⋅
1212
GRAU DE SATURAÇÃO (Sr)
„ 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, expresso em percentagem 
e com variação de 0 (solo sêco) a 100% (solo 
saturado).
100wr
v
VS
V
= ⋅
1313
ÍNDICE DE VAZIOS (e)
„ Índice de vazios: é definido como a relação entre o 
volume de vazios e o volume das partículas sólidas, 
expresso em termos absolutos, podendo ser maior do 
que a unidade. Sua variação é de 0 a ∞.
s
Vve
V
=
1414
PESO ESPECÍFICO DO SOLO SECO (γd)
Peso específico do solo seco: corresponde a um caso 
particular do peso específico do solo, obtido para 
Sr = 0.
s
d
t
P
V
γ =
1515
PESO ESPECÍFICO DO SOLO SATURADO (γsat)
„ Peso específico do solo saturado: é o peso específico 
do solo quando todos os seus vazios estão ocupados 
pela água. É numericamente dado pelo peso das 
partículas sólidas dividido pelo volume total do solo.
t
sat
t
P
V
γ =
1616
PESO ESPECÍFICO DO SOLO SUBMERSO (γsub)
„ Peso específico do solo submerso: neste caso, 
considera-se a existência do empuxo de água no solo. 
Logo, o peso específico do solo submerso será
equivalente ao o peso específico do solo menos o 
peso específico da água.
sub sat wγ γ γ= −
1717
Cálculo dos índices de estado
„ Dos índices vistos, só três são determinados diretamente em 
laboratório: a umidade, o peso específico das partículas sólidas 
e o peso específico natural e o peso específico da água é
adotado. Os outros são calculados a partir dos determinados.
„ Dividindo os volumes de água, ar e sólidos, por um 
determinado fator, conservado constante para todas as fases, 
de modo que o volume de sólidos se torne unitário, e 
utilizando-se as relações entre volumes e entre pesos e 
volumes, definidas anteriormente, temos:
Relações entre volumes e entre pesos e volumes adotando-se um volume de sólidos 
unitário (PINTO, 2002).
1818
Cálculo dos índices de estado
Da mesma forma fazendo o volume total unitário teremos:
Relações entre volumes e entre pesos e volumes adotando-se um volume total de 
solo unitário (PINTO, 2002).
1919
Cálculo dos índices de estado
„ Com estes esquemas as correlações são facilmente 
obtidas, sendo que algumas delas resultam 
diretamente da definição dos índices:
1
en
e
= +
(1 )
1
s w
e
γγ += +
1
s
d e
γγ = +
.
1
s w
sat
e
e
γ γγ += +
2020
Cálculo dos índices de estado
„ A seqüência natural dos cálculos, a partir de valores 
determinados em laboratório ou estimados seria: 
1
n
d w
γγ = +
1s
d
e γγ= −
s
r
w
wS
e
γ
γ= ⋅
2121
Fórmulas de correlação para os índices físicos
n
-
. .
1
s r wS e
e
γ γ+
+
0 100%rS
γ
< <
( . )s s r wS nγ γ γ− +
(1 )d wγ +
100%
sat
rS
γ
=
.
1
s we
e
γ γ+
+
( )s s w nγ γ γ− −
(1 )
1
s w
e
γ +
+
0%
d
rS
γ
=
1
s
e
γ
+
(1 ) sn γ−
100%
sub
rS
γ
=
1
s w
e
γ γ−
+
(1 )( )s wn γ γ− −
( )
(1 )
s
e
e w
e
γ −
+
sγ
(1 )d eγ +
1
d
n
γ
−
. .r wS e
w
γ
s
w
w
e
γ
γ⋅
rS
1 s
w
n w
n
γ
γ
− ⋅ ⋅
( )
s d
w s w
wγ γ
γ γ γ
⋅ ⋅
−
e
1s
d
γ
γ −
1
n
n−
s
r w
w
S
γ
γ
⋅
⋅
1
e
e+
1 d
s
γ
γ−
s
r w s
w
S w
γ
γ γ
⋅
⋅ + ⋅
w
. .r w
s
S e γ
γ
(1 )
r w
s
n S
n
γ
γ
⋅ ⋅
−
( )r w s d
s d
S γ γ γ
γ γ
⋅ −
⋅
(BUENO; VILAR, 1998)
(BUENO; VILAR, 1998)
2222
Índices Físicos: Valores Típicos
„ Segundo Lambe e Whitman (1969), γs geralmente se encontra 
no intervalo de 22 a 29 kN/m3 é em função dos minerais 
constituintesdo solo.
„ É bastante comum se encontrar valores de γs entre 25 a 28 
kN/m3 
2323
OBRIGADO PELA ATENÇÃO.
Leitura: 
Capítulo 2 de PINTO, C. de S. (2002).
ou
Capítulo 4 de MACHADO, S. L.; MACHADO M. F.
Pesquisas adicionais:
„ Internet
„ Site: www.periodicos.capes.gov.br
„ www.asce.org
„ Bibliotecas, etc.…
	UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS���FACULDADE DE TECNOLOGIA��FASES DOS SOLOS - ÍNDICES FÍSICOS���
	ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
	ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
	ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
	ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
	PESO ESPECÍFICO NATURAL
	Índices físicos, relações volumétricas e gravimétricas nos solos: peso específico natural
	PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS (γs)
	PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS (γs)
	UMIDADE (w)
	POROSIDADE (n)
	GRAU DE SATURAÇÃO (Sr)
	ÍNDICE DE VAZIOS (e)
	PESO ESPECÍFICO DO SOLO SECO (γd)
	PESO ESPECÍFICO DO SOLO SATURADO (γsat)
	PESO ESPECÍFICO DO SOLO SUBMERSO (γsub)
	Cálculo dos índices de estado
	Cálculo dos índices de estado
	Cálculo dos índices de estado
	Cálculo dos índices de estado
	Fórmulas de correlação para os índices físicos
	Índices Físicos: Valores Típicos