UNIDADE 8 - ÍNDICES FÍSICOS

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MECÂNICA DOS SOLOS I
Índices Físicos
Professora Msc. Helena Paula Nierwinski
Introdução
• Os índices físicos são valores que tentam representar as
condições físicas de um solo, nas condições em que ele se
encontra. São facilmente determinados em laboratório e podem
servir como dados valiosos na identificação e previsão do
comportamento mecânico do solo;
• Todos os índices físicos do solo podem ser obtidos a partir do
conhecimento de quaisquer três deles.
Índices Físicos
• No solo apenas parte do volume total é ocupado por partículas
sólidas, que se acomodam formando uma estrutura. O volume
restante costuma ser chamado de vazios, embora seja ocupado
por água ou ar.
• O solo é, no caso mais geral, um sistema disperso formado por
três fases: sólida, líquida e gasosa.
Índices Físicos
• O comportamento do solo depende da quantidade relativa de
cada uma das três fases. Diversas relações são empregadas para
expressar as proporções entre elas.
Ar
Água
Sólidos
P
Ps
Pw
Vs
Vw
Var
Vv
Vt
Índices Físicos
• As quantidades de ar e água no solo podem variar. A evaporação
pode diminuir a quantidade de água no solo, substituindo-a por
ar, e a compressão do solo pode provocar a saída de água e ar,
reduzindo o volume de vazios. O solo no que se refere às
partículas que o constituem permanece o mesmo, mas o seu
estado se altera.estado se altera.
• Para identificar o estado do solo, empregam-se índices que
correlacionam os pesos e os volumes das três fases ���� índices
físicos
Índices Físicos
• Umidade (w) – relação entre o peso da água e o peso dos
sólidos, expressa em porcentagem.
100x
P
P
s
w
=ω
• Facilmente determinada em laboratório: pesa-se o solo no
estado natural, seca-se em estufa a 105° C, e pesa-se
novamente. Os teores de umidade dependem do tipo de solo e
situam-se entre 10 e 40%, podendo ocorrer valores muito baixos
(solos secos) e valores muito altos (argilas – maior que 150%)
Ps
Índices Físicos
• Índice de vazios (e) – relação entre o volume de vazios e o
volume das partículas sólidas.
v
V
V
e =
• Não pode ser determinado diretamente, mas é calculado a partir
de outros índices. O índice de vazios é obrigatoriamente maior
do que zero. O volume de sólidos permanecendo constante,
qualquer variação volumétrica será medida pela variaão do
índice de vazios (história de tensões e deformações ocorridas)
sV
Índices Físicos
• Índice de vazios (e)
• Solos arenosos – o índice de vazios pode se situar entre 0,4 e
1,0;
• Solos argilosos - o índice de vazios pode se situar entre 0,3 e 1,5;
• Solos orgânicos - o índice de vazios pode ser superior a 1,5.
Índices Físicos
• Porosidade (n) – Relação entre o volume de vazios e o volume
total, em porcentagem
100x
V
V
n v=
• A porosidade varia de 0 a 100%.
Índices Físicos
• Grau de saturação (S) – Relação entre o volume de água e o
volume de vazios, em porcentagem
100x
V
VS
v
w
=
• Quando o solo está seco o valor de S é zero, se os poros estão
cheios de água o solo está saturado e portanto, S=100%. Em
solos parcialmente saturados S varia de 1 a 99%.
v
Índices Físicos
• Grau de saturação (S)
Índices Físicos
• Peso específico dos sólidos ((((γγγγs)))) – É uma característica dos
sólidos. Relação entre o peso das partículas sólidas e o seu
volume
s
s V
P
=γ
• Obtido em laboratório pelo ensaio de picnômetro.
s
s V
=γ
Índices Físicos
• Peso específico dos sólidos ((((γγγγs))))
Índices Físicos
• Peso específico dos sólidos ((((γγγγs))))
• Ensaio de picnômetro
- A amostra é seca na estufa;
- Pesa-se o picnômetro vazio, seco e limpo (P1).
- Coloca-se a amostra de solo seco no interior do picnômetro com auxílio de
um funil, tomando o cuidado de não perder solo, e pesa-se o conjuntoum funil, tomando o cuidado de não perder solo, e pesa-se o conjunto
(P2);
- Completa-se o picnômetro com água destilada;
- Retira-se o ar do interior da amostra – deixa-se o picnômetro ferver por 15
minutos, agitando-o continuamedamente, para evitar o
superaquecimento ou aplica-se vácuo.
- Completa-se o picnômetro com água destilada até o traço de referência,
limpa-se e seca-se o picnômetro. Pesa-se o conjunto (P3) e anota-se a
temperatura (t1);
Índices Físicos
• Peso específico dos sólidos ((((γγγγs))))
• Ensaio de picnômetro
- Retira-se todo o material de dentro do picnômetro;
- Lava-se o picnômetro e enche-se de água destilada até o traço de
referência. Limpa-se e seca-se o picnômetro, pesando o conjunto (P4);
Índices Físicos
• Peso específico dos sólidos ((((γγγγs))))
• Ensaio de picnômetro
Índices Físicos
• Peso específico da água ((((γγγγw)))) – Embora este valor varie com a
temperatura, adota-se sempre como igual 10KN/m³.
w
w V
P
=γ
• Peso específico natural ((((γγγγn)))) – relação entre o peso total do solo
e seu volume total.
V
P
n =γ
wV
O peso específico natural varia muito entre 
os solos. Situa-se normalmente entre 19 a 20 
KN/m³. Para argilas muito moles pode ser
muito baixo, 14KN/m³.
Índices Físicos
• Peso específico aparente seco ((((γγγγd)))) – Relação entre o peso dos
sólidos e o volume total. Corresponde ao peso que o solo teria
se estivesse seco, se isso pudesse ocorrer sem variação de
volume.
Ps
=γ
• Não é determinado diretamente em laboratório, mas calculado a
partir do peso específico natural e pela umidade. Situa-se
normalmente entre 13 e 19KN/m³ (5 a 7 KN/m³ no caso de
argilas moles.
V
Ps
d =γ
Índices Físicos
• Peso específico aparente saturado ((((γγγγsat)))) – peso específico caso
o solo ficasse saturado e se isso ocorresse sem variação de
volume. É da ordem de 20KN/m³.
Psat
=γ
• Peso específico submerso ((((γγγγsub)))) −−−− É o peso específico efetivo
do solo quando submerso. É dado pelo peso específico natural
menos o peso específico da água.
V
Psat
sat =γ
wnatsub γγγ −= É da ordem de 10KN/m³
Índices Físicos
• Relações
e
e
n
+
=
1 n
n
e
−
=
1
ww G
ee
SeG
n γωγγ
+
+
=
+
+
=
1
1
1
ω
γ
ω
γγγ
+
=
+
=
+
=
111
nw
wd
S
G
G
e
G
Índices Físicos
• Massa específica – relação entre quantidade de matéria e
volume (ton/m³, kg/dm³ ou g/cm³)
• A massa específica do material pode ser obtida dividindo-se o
peso específico do solo pela aceleração da gravidade.peso específico do solo pela aceleração da gravidade.
Índices Físicos
• Densidade Relativa ou estado das areias– o estado em que se
encontra uma areia pode ser expresso pelo seu índice de vazios.
Este dado isolado fornece pouca informação, pois, com o mesmo
índice de vazios uma areia pode estar compacta ou fofa. É
necessário analisar o índice de vazios natural em confronto com
os índices de vazios máximos e mínimos.os índices de vazios máximos e mínimos.
minmax
max
ee
eeDr
−
−
=
emax – índice de vazios máximo no 
estado mais fofo.
emin – índice de vazios mínimo 
possível, no seu estado mais 
compacto.
e = índice de vazios atual.
Índices Físicos
• Densidade Relativa ou estado das areias
minmax ddd
rD γγ
γγ
γ
γ
−
−
=
minmax ddd γγγ −
γdmax = peso específico seco máximo do solo;
γdmin = peso específico seco mínimo do solo;
γd = peso específico natural do solo.
Índices Físicos
• Densidade Relativa ou estado das areias
Densidade 
Relativa
Classificação
abaixo de 33 Areia Fofa
entre 33 - 66 Areia Compacta a Média
Acima de 66 Areia Compacta