Mecânica dos solos Índices físicos

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Mecânica dos Solos
Aula 1: Índices Físicos
PROFª ANA PAULA MIKOS
1.1 Introdução
Origem do solo: agentes físicos e químicos
1.1 Introdução
Rocha matriz
Origem de solo
Constituição mineralógica
Tamanho das partículas
Minerais principais são:
Quartzo e feldspato
Intemperismo
1.1 Introdução
Quartzo
•Resistente a desagregação
•Formação de siltes e areias
•Formato: cubos ou esferas
•Baixa atividade superficial
Feldspato
•Mais atacados pela natureza
•Formação de argilas
•Comportamento diferenciado
•Estruturas complexas
1.1 Introdução
O solo é composto por 3 fases:
Sólida
Líquida
Gasosa
1.1 Introdução
Os índices físicos são relações entre massas e
volumes dos componentes do solo;
Comportamento do solo f (% em cada fase);
Volumes Pesos
V = Vs + Vw + Va P = Ps + Pw
1.1 Introdução
Relação entre massas: umidade
Relação entre volumes: índice de vazios, porosidade, 
grau de saturação
Relação entre pesos e volumes: peso específico
1.2 Umidade (w)
A umidade é a relação entre peso de água e 
peso de solo em dada amostra:
w % =
Pw
Ps
x 100
A umidade pode ser 0%?
A umidade pode ser maior que 100%?
1.2 Umidade (w)
A umidade mede a quantidade de água presente 
em uma amostra de solo. A água pode ser:
•Constituição: água da própria estrutura;
•Adsorvida: ligada a parede do grão
•Higroscópica: envolta ao grão
•Livre: solta nos poros
•Capilar: tensão superficial
1.2 Umidade (w)
A umidade mede a quantidade de água presente 
em uma amostra de solo. A água pode ser:
•Constituição: água da própria estrutura;
•Adsorvida: ligada a parede do grão
•Higroscópica: envolta ao grão
•Livre: solta nos poros
•Capilar: tensão superficial
1.2 Umidade (w)
Exercício 1. Foram coletadas 3 amostras de solo
apresentados abaixo. Calcule a umidade de cada
amostra.
Amostra Peso da cápsula (g)
Peso da cápsula + 
solo + água (g)
Peso da cápsula + 
solo seco (g)
1 22,3 63,5 50,2
2 19,7 60,4 48,6
3 20,2 58,1 45,3
1.3 Índice de vazios (e)
O índice de vazios é a relação entre o volume 
de vazios e o volume de partículas sólidas:
e =
Vv
Vs
Quanto maior o “e”, o solo está mais fofo ou 
mais compacto?
1.4 Porosidade (n)
A porosidade é a relação entre o volume de 
vazios e o volume total da amostra:
n % =
Vv
V
x 100
1.4 Porosidade (n)
Relação entre porosidade e índice de vazios:
n =
e
1+e
= 1
1.5 Grau de saturação (S)
O grau de saturação é a relação entre o volume 
de água e o volume de vazios:
S % =
V𝑤
Vv
x 100
O grau de saturação pode ser maior que 100%?
1.6 Peso específico natural (γ𝑛)
O peso específico natural é a relação entre o 
peso total do solo pelo volume total:
γ𝑛 =
P
V
Sendo que γ𝑤 = 10 kN/m³ = 1 g/cm³
1.6 Peso específico natural (γ𝑛)
Exercício 2. Considerando que no exercício 1,
o volume das cápsulas é de 23 cm³, e estavam
preenchidas por solo, qual o peso específico
natural de cada amostra?
Amostra Peso solo + água (g) γ𝑛 (g/cm³)
1 41,2 1,79
2 40,7 1,77
3 37,9 1,65
1.7 Peso específico aparente seco (γ𝑑)
O peso específico aparente seco é a relação entre
o peso das partículas sólidas pelo volume total:
γ𝑑 =
Ps
V
Corresponde ao peso específico que o solo teria
se estivesse seco.
1.7 Peso específico aparente seco (γ𝑑)
Exercício 3. Com base no exercício 1, calcular
o peso específico aparente seco das amostras.
Amostra Peso solo (g) γ𝒅 (g/cm³)
1 27,9 1,21
2 28,9 1,26
3 25,1 1,09
1.8 Peso específico aparente saturado (γ𝑠𝑎𝑡)
O peso específico aparente saturado é a relação
entre o peso do solo saturado (Vv = Vw) pelo
volume total:
γ𝑠𝑎𝑡 =
P
V
=
Ps+Pw
Vs+Vw
Pouca aplicação prática!
1.9 Peso específico submerso (γ𝑠𝑢𝑏)
O peso específico aparente seco é a relação entre
o peso das partículas sólidas pelo volume total:
γ𝑠𝑢𝑏 = γ𝑠𝑎𝑡 − γ𝑤
Utilizado no cálculo de tensões efetivas!
1.10 Peso específico real dos grãos (γ𝑠)
O peso específico real dos grãos é a relação 
entre o peso do solo pelo volume do solo:
γ𝑠 =
Ps
Vs
Obtido pelo ensaio do picnômetro.
1.10 Peso específico real dos grãos (γ𝑠)
Ensaio do picnômetro:
γ𝑠 = 𝑑 ∗ γ𝑤
𝑑 =
Ps
(Ps+Pw−Ps+w)
Ps = peso do solo seco
Pw = peso do picnômetro + água
Ps+w = peso picnômetro + água + solo
1.11 Relações entre os índices físicos
Adota-se o volume de sólidos igual à 1;
Assim:
Vv = e
Vw = S . e
Ps = γs
Pw = γs . w
= 1
1.11 Relações entre os índices físicos
Correlações:
n =
e
1+e
γ𝑛 =
γ𝑠 .(1+𝑤)
1+e
γ𝑑 =
γ𝑠
1+e
γ𝑠𝑎𝑡 =
γ𝑠+𝑒.γ𝑤
1+e
Deduções:
γ𝑑 =
γ𝑛
1+𝑤
e =
γ𝑠
γ𝑑
− 1
𝑆 =
γ𝑠 . 𝑤
𝑒 .γ𝑤
1.11 Relações entre os índices físicos
Relações entre pesos e volumes são 
denominados pesos específicos;
Relações entre massa e volumes são 
denominadas massas específicas;
P = m . a
a = aceleração da gravidade ≈ 10 m/s²
1.12 Exercícios
Exercício 4. Uma amostra de argila saturada
possui teor de umidade de 70% e peso
específico natural de 2 g/cm³. Determinar a
porosidade, índice de vazios e peso específico
aparente seco.
1.12 Exercícios
Exercício 5. Uma amostra de argila foi retirada
abaixo do nível d’água (S=100%). Sua umidade
é de 95% e o peso específico real dos grãos é
de 26,5 kN/m³. Determine o índice de vazios e
o peso específico natural.
(Exercício 2.5 do livro “Curso Básico de Mecânica dos Solos”)
1.13 Exploração do subsolo
Sondagens SPT
Perfurações
Determinação do nível d’água
Amostragem
Amostra indeformada
Instrumentação
1.13 Exploração do subsolo