Aula 3 mec solos I indices fisicos (1)

Prévia do material em texto

Aula 03: Índices Físicos
Docente: Mariana Ramos Chrusciak, M.Sc.
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
mariana.chrusciak@ufrr.br
marychrusciak@gmail.com
Elementos constituintes de um solo
O solo é um material constituído por um conjunto de partículas
sólidas, deixando entre si vazios que podem estar parcial ou
totalmente preenchido pela água.
É no caso mais geral um sistema disperso formado por três fases:
sólida (partículas sólidas), liquida (água) e gasosa (ar).
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
 
 
Ww 
Ws 
WT 
VT 
Elementos constituintes de um solo
Fase Sólida: caracterizada pelo seu tamanho, forma, distribuição e
composição mineralógica dos grãos.
Fase Gasosa: Fase composta geralmente pelo ar do solo em contato
com a atmosfera, podendo também apresentar-se na forma oclusa
(bolhas de ar no interior da fase água). A fase gasosa é importante
em problemas de deformação de solos e é bem mais compressível
que as fases sólida e líquida.
Fase Liquida: composta em sua maior parte pela água, podendo
conter solutos e outros fluidos imiscíveis. Pode-se dizer que a água se
apresenta de diferentes formas no solo, sendo, contudo
extremamente difícil se isolar os estados em que a água se apresenta
em seu interior.
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Elementos constituintes de um solo
Água Livre: Preenche os vazios dos solos. Pode estar em equilíbrio
hidrostático ou fluir sob a ação da gravidade ou de outros gradientes
de energia.
Água Capilar: É a água que se encontra presa às partículas do solo
por meio de forças capilares. Esta se eleva pelos interstícios capilares
formados pelas partículas sólidas, devido a ação das tensões
superficiais nos contatos ar-água-sólidos, oriundas a partir da
superfície livre da água.
Água Adsorvida (adesiva): É uma película de água que adere às
partículas dos solos finos devido a ação de forças elétricas
desbalanceadas na superfície dos argilo-minerais. Está submetida a
grande pressões, comportando-se como sólido na vizinhança da
partícula de solo.
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Elementos constituintes de um solo
Água de Constituição: É a água presente na própria composição
química das partículas sólidas. Não é retirada utilizando-se os
processos de secagem tradicionais. Ex: Montmorilonita (OH)4 Si2 Al4
O20 nH2O.
Água Higroscópica: Água que o solo possui quando em equilíbrio
com a umidade atmosférica e a temperatura ambiente.
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Elementos constituintes de um solo
Fases dos Solos
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
FASE SÓLIDA → esqueleto mineral
• partículas minerais e orgânicas
FASE LÍQUIDA → poros
• água molecular
• água adsorvida
• água capilar
• água livre
• água higroscópica
FASE GASOSA → poros
• ar
Os índices físicos são relações entre as diversas fases (sólidos, água e ar) do 
solo, em termos de massas e volumes, caracterizando assim suas condições 
físicas.
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Fases do solo
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
Estrutura 
floculada
mt,Vt = vazios + sólidos
Vazios: 
água (mw, Vw) + ar (mar, Var)
Material sólido = partículas de solo (ms, Vs)
Ar
Água
Sólidos
mar
mw
ms
mt
Vs
Vw
Var
Vt
VV
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Relações das fases
As relações apresentadas a seguir constituem uma parte essencial da
Mecânica dos Solos e são básicas para a maioria dos cálculos desta
ciência.
Relação entre pesos
a) Teor de umidade (w , h)
Relação entre o peso da água e o peso dos sólidos.
O teor de umidade pode assumir o valor de 0% para solos secos (Ww
= 0) até valores superiores a 100% em solos orgânicos.
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Relações das fases
Relação entre volumes
b) Índice de vazios (e):
É a relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume dos sólidos (Vs),
existente em igual volume de solo. Este índice tem como finalidade
indicar a variação volumétrica do solo ao longo do tempo, tem-se:
O índice de vazios será medido por um número natural e deverá ser,
obrigatoriamente, maior do que zero em seu limite inferior, enquanto
não há um limite superior bem definido, dependendo da estrutura do
solo.
Valores comuns: 0,4 a 1 (areias), 0,3 a 1,5 (argilas) e para argilas
moles e/ou orgânicas: e > 3
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
100.
s
V
V
V
e 
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Relações das fases
Relação entre volumes
c) Porosidade (n):
É a relação entre o volume dos vazios (Vv) e o volume total (Vt) da
amostra, tem-se:
A porosidade é expressa em porcentagem, e o seu intervalo de
variação é entre 0 e 100%.
Das equações apresentadas mais adiante podemos expressar a
porosidade em função do índice de vazios e vice versa, através das
equações apresentadas abaixo:
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
100.
t
V
V
V
n 
e
e
n


1 n
n
e


1
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Relações das fases
Relação entre volumes
d) Grau de Saturação (S):
É definido da seguinte forma:
Vw – Volume de água
Vv – Volume de vazios
S é normalmente expresso em porcentagem, indicando que
porcentagem do volume total de vazios contém água.
0  S  100%
Se S= 0 % - o solo está completamente seco
S= 100% - os vazios do solo estão completamente cheios de
água
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
%100x
V
V
S
v
w

CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Relações das fases
Relação entre pesos e volumes
e) Peso específico natural de um solo:
f) Peso específico aparente de um solo:
g) Peso específico saturado de um solo:
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
t
t
V
W

t
s
d
V
W

t
sat
sat
V
W

CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Relações das fases
Relação entre pesos e volumes
h) Peso específico dos sólidos de um solo:
i) Peso específico da água:
j) Peso específico submerso de um solo:
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
s
s
s
V
W

w
w
w
V
W

wsatsub  
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Relações das fases
Relação entre pesos e volumes
k) Densidade relativa dos grãos ( G ):
l) Compacidade de solos granulares
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
w
sG



CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Valores típicos
Valores Típicos de peso específico (kN/m3) para diferentes tipos de
solos.
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
 Tipo de Solo sat d sub 
Areia e Pedregulhos 19 - 24 15 - 23 10 - 13 
Siltes e Argilas 14 - 21 6 - 18 4 - 11 
Silte Orgânicos e Argilas 13 - 18 5 - 15 3 - 8 
Turfas 10 - 11 1 - 3 0 - 1 
 
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Valores típicos
Valores Típicos de peso específico (kN/m3)para diferentes tipos de
solos.
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Relações
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Relações
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Relações
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Exemplos
Exemplo 1:
Uma amostra indeformada de solo foi recebida no laboratório. Com
ela realizaram-se os seguintes ensaios: teor de umidade; massa
específica dos grãos e massa específica natural do solo. Pede-se para
determinarestes índices.
a) Teor de umidade
Tomou-se uma amostra que, junto com a cápsula em que foi
colocada, pesava 119,92 g. Essa amostra permaneceu numa estufa a
105oC até constância do peso ( por cerca de 18 horas), após o que o
conjunto solo seco mais cápsula pesava 109,05 g. A massa da cápsula,
chamada “tara”, era cerca de 34,43 g.
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
ufrr
Nota
W = Págua/ Psolo seco

Págua = P solo úmido -`Psolo seco
ufrr
Nota
Umidade é expressa em porcentagem
Exemplos
Exemplo 1:
Uma amostra indeformada de solo foi recebida no laboratório. Com
ela realizaram-se os seguintes ensaios: teor de umidade; massa
específica dos grãos e massa específica natural do solo. Pede-se para
determinar estes índices.
b) Massa específica dos grãos
Para o ensaio, tomou-se uma amostra com 72,54 g no seu estado
natural. Depois de imersa n’água de um dia para o outro e agitada
num dispersor mecânico por 20 min, foi colocada num picnômetro e
submetida a vácuo por 20 min, para eliminar as bolhas de ar. A seguir,
o picnômetro foi enchido com água deaerada até a linha
demarcatória. Esse conjunto apresentou uma massa de 749,43 g. A
temperatura da água foi medida, acusando 21oC, e para esta
temperatura uma calibração prévia indicava que o picnômetro cheio
de água até a linha demarcatória pesava 708,07 g.
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
ufrr
Nota
Pesp seco=Densidade x Pesp agua

D = P solo seco/(P solo seco - P pic+agua - P pic+solo+água)
Exemplos
Exemplo 1:
Uma amostra indeformada de solo foi recebida no laboratório. Com
ela realizaram-se os seguintes ensaios: teor de umidade; massa
específica dos grãos e massa específica natural do solo. Pede-se para
determinar estes índices.
c) Massa específica natural do solo
Moldou-se um corpo de prova cilíndrico do solo, com 3,57 cm de
diâmetro e 9 cm de altura, que apresentou uma massa de 173,74 g.
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3
Exemplos
Exemplo 2:
A partir da mesma amostra indeformada de solo recebida no
laboratório, determine os índices físicos correntes.
a) Peso específico aparente seco
b) Índice de vazios
c) Grau de saturação
d) Peso específico saturado
e) porosidade
Universidade Federal de Roraima
Departamento de Engenharia Civil
CIV-10 – Mecânica dos Solos I
Aula 3