Aula 3 - indices físicos

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Mecânica dos Solos
Paulo Júnio Rodrigues Teixeira
07/03/2018
Natureza das Partículas
O solo é constituído por grãos minerais, podendo conter matéria orgânica.
Frações grossas são predominantemente grãos silicosos.
Frações argilosas pertencem aos três grupos principais: caulinita, montemorilonita (esmectita) e ilita.
Índices Físicos entre as três fases
Parte do volume total dos solos são ocupados por partículas sólidas.
Parte do volume total dos solos são ocupados por vazios.
O comportamento do solo depende da quantidade relativa de cada parte.
Para expressar proporções entre cada elemento, diversas relações são empregadas.
Índices Físicos entre as três fases
Índices Físicos entre as três fases
Quantidade de ar e água podem variar.
Com essas variações, a constituição se mantém, porém, o seu estado sofre alterações.
As propriedades do solo são proporcionais ao estado que se encontra. Ex.:
Aumento de resistência em face a redução do volume de vazios.
Aumento da plasticidade em face ao aumento da umidade.
Os índices do solo correlacionam os pesos e os volumes das três fases.
Umidade (w)
Umidade (w)
Índice de Vazios (e)
Porosidade (n)
Grau de Saturação (S)
Peso Específico das Partículas
Peso Específico das Partículas
Peso Específico das Partículas
Peso Específico das Partículas
Embora varie um pouco com a temperatura, adota-se sempre como igual a 10 kN/m³ (massa específica de 1 g/cm³), exceto em procedimentos laboratoriais.
Peso específico do solo em condição de saturação equivalente a 100, sem variação de volume.
De pouca aplicação, serve para previsões.
Encontra-se na ordem de 20 kN/m³.
Peso Específico Submerso
Peso efetivo do solo quando submerso.
Serve para cálculo de tensões efetivas.
Determinado pelo peso específico natural, subtraindo o peso da água.
Apresenta valores da ordem de 10 kN/m³.
Cálculo dos Índices de Estado
Apenas 3 são determinados em laboratório.
Umidade;
Peso específico dos grãos;
Peso específico natural.
Logo, considerando o volume de sólidos igual a 1, temos inúmeras co-relações e deduções:
Cálculo dos Índices de Estado
Massas Específicas
Relações entre pesos e volumes, são denominados pesos específicos.
Relações entre massas e volumes, são denominadas massas específicas, e normalmente expressas em ton/m³, kg/dm³, g/cm³.
Em face a massa específica, o peso considera a aceleração da gravidade.
A título de exemplificação:
Para um solo com massa de 1,8 tn/m³, entende-se um peso específico de 18 kN/m³.
Exercícios
1. Calcule a superfície específica dos seguintes sistemas de partículas, expressando-as em m²/g. Admita que a massa específica das partículas seja de 2,65g/cm³.
a) Areia fina: cubos com 0,1 mm de aresta.
b) Silte: esferas com 0,01 mm de diâmetro.
Exercícios
Exercícios
3. Um ensaio para determinar a massa específica dos grãos do solo, feito de acordo com a Norma Brasileira NBR6508/88, indicou o valor de 2,65 g/cm³, ou 2,65 kg/dm³. Qual é o peso específicos dos grãos desse solo?
4. Quais os índices físicos diretamente determinados por meio de ensaios de laboratório?
Exercícios
5. Determine o peso específico das partículas de um solo, sendo dados:
a) Peso do picnômetro com água = 435,21g;
b) Peso do picnômetro com 30g de solo e água até o mesmo nível = 454,13 g.
6. Uma amostra de solo tem volume de 60 cm³ e peso de 92,5 gf. Depois de completamente seca seu peso é de 74,3 gf. O peso específico real dos grãos sólidos é 2,62 gf/cm³. Calcular sua umidade e grau de saturação.
Exercícios
7. Uma amostra de argila satura possui umidade de 70% e peso específico aparente (natural) de 2,0 gf/cm³. Determine a porosidade, o índice de vazios e o peso específico aparente seco.
8. Um recipiente contendo solo saturado pesou 113,27 gf antes de ser colocado em estufa, e 100,06 gf após 24 horas de secagem. O peso do recipiente é 49,31 e a massa específica real (dos grãos) é de 2,80 g/cm³. Determine o índice de vazios, porosidade, umidade e o peso específico aparente (natural) da amostra.
Exercícios
9. Uma amostra indeformada de solo foi recebida no laboratório. Com ela realizaram os seguintes ensaios:
a. Determinação do teor de umidade (w). Tomou-se uma amostra que, junto com a cápsula em que foi colocada, pesava 119,92g. Essa amostra permaneceu numa estufa a 105ºC até constância de peso (por cerca de 18 horas), após o que o conjunto solo seco mais cápsula pesava 109,05g. A massa da cápsula, chamada “tara”, era de 34,43g. Qual é o valor da umidade? 
Exercícios
Exercícios
Exercícios
11. Uma amostra de argila foi retirada de 2m de profundidade num terreno de várzea nas margens do rio Tietê, abaixo do nível d’água. Sua umidade é de 95%. Estime, só com este dado, seu índice de vazios e seu peso específico natural.
Obs.: Esse problema aparece com frequência na prática da Engenharia. Se o solo está abaixo do nível d’água, considera-se um solo saturado. Atente-se que o peso específico dos grãos do solo varia pouco, logo, para este caso, pode-se estimar que seja de 26,5 kN/m³.
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Correção
Granulometria
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