Índices_Físicos_dos_Solos_2017

Prévia do material em texto

ÍNDICES FÍSICOS 
 Elementos constituintes de um solo: 
 - Fase sólida, líquida e gasosa. 
 Definições dos índices físicos: 
 - Teor de umidade; 
 - Índice de vazios; 
 - Porosidade; 
 - Grau de saturação; 
 - Grau de aeração; 
 - Peso específico do solo no estado natural; 
 - Peso específico do solo seco; 
 - Densidade relativa dos grãos; 
 Relações entre os índices físicos; 
 Exemplos de aplicação. 
ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM SOLO 
Figura. Fases de um solo (Caputo, 1974). 
 FASE SÓLIDA: constituída por grãos minerais; 
 FASE LÍQUIDA: constituída pela água de constituição, água 
adsorvida, água livre, água higroscópica e água capilar; 
 FASE GASOSA: constituída por ar e vapor d´água. 
ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM SOLO 
FASE SÓLIDA 
Fração areia 
(0,06<fgrão mm<2) 
Fração argila – caulinita 
Estrutura de um solo. 
aumento 200x – 100mm 
Obtenção por 
lupa binocular 
Eletromicografia – 
obtenção por MEV. 
(fgrão<0,002mm) 
ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM SOLO 
FASE LÍQUIDA 
 Constituída pela água de 
constituição, água adsorvida, 
água livre, água higroscópica e 
água capilar. 
 
FASES DE UM SOLO 
Figura. Esquema das três fases de uma 
porção de solo (Caputo, 1974). 
Nomenclaturas: 
 
Vs = volume dos sólidos 
Va = volume de água 
Var = volume de ar 
Vv = volume de vazios 
Vt = volume total 
 
Vt = Vv + Vs = Va + Var + Vs 
 
 
Ps = peso de sólidos 
Pa = peso da água 
Pt = peso total 
 
Pt = Ps + Pa 
 
DEFINIÇÕES DOS ÍNDICES FÍSICOS 
TEOR DE UMIDADE (w) 
100(%) 
Ps
Pa
w
 Definição: o teor de umidade de um solo é representado pela razão 
entre o peso da água contida num certo volume de solo e o peso da parte 
sólida existente neste mesmo volume. 
 Determinação: através de 
completa secagem em 
estufa a 105° – 110° C. 
Peso bruto úmido P1 
Peso bruto seco P2 
Tara da cápsula P 
Peso da água P1 – P2 
Peso seco P2 - P 
TEOR DE UMIDADE (w) 
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40
Umidade Média (%)
P
r
o
fu
n
d
id
a
d
e
 (
m
)
nov/03 set/04
dez/04 mar/05
jul/05 out/05
fev/06 jul/06
dez/06
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40
Umidade Média (%)
P
ro
fu
n
d
id
a
d
e 
(m
)
nov/03 set/04
dez/04 mar/05
jul/05 out/05
fev/06 jul/06
dez/06
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40
Umidade Média (%)
P
ro
fu
n
d
id
a
d
e 
(m
)
nov/03 set/04
dez/04 mar/05
jul/05 out/05
fev/06 jul/06
dez/06
 
NA verão 
Areia argilosa. 
Camaragibe/PE 
ÍNDICE DE VAZIOS (e) 
Vs
Vv
e 
 Definição: O índice de vazios de um 
solo é representado pela razão entre o 
volume de vazios e o volume da parte 
sólida de um solo. 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1 0 1 2 1 4 1 6 1 8
 , kN/m 2
P
r
o
fu
n
d
id
a
d
e
, 
m
0
1
2
3
4
5
6
7
8
2 5 3 0 3 5 4 0
f `
S u b m e rg id o
U m id a d e N a tu ra l
0
1
2
3
4
5
6
7
8
2 0 4 0 6 0 8 0
C o esão , kP a
S u b m e rg id o
U m id a d e
N a tu ra l
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 0 1 0 0 1 5 0
  , kP a
S u b m e rg id o
U m id a d e N a tu ra l
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 ,6 0 ,9 1 ,2 1 ,5
e 
Figura. Variação de índices físicos 
com a profundidade para um solo 
residual de gnaisse (dados de 
Maccarini, 1980) 
POROSIDADE (n) 
 Definição: A porosidade de um solo é 
representada pela razão entre o volume 
de vazios e o volume total de uma 
amostra de solo. 
100(%) 
Vt
Vv
n
Figura. Variação da porosidade ao longo de 
um perfil de um solo residual de basalto 
(Vargas, 1970). 
ÍNDICE DE VAZIOS E POROSIDADE 
Tabela. Classificação da porosidade e índice de vazios nos solos (IAEG, 
1974) 
POROSIDADE (n) 
GRAU DE SATURAÇÃO 
Vv
Va
S (%)
 Definição: O grau de saturação de um solo é dado pela razão do 
volume de água pelo volume de vazios; ou seja é a percentagem de 
água contida nos vazios do solo. 
Tabela. Classificação do grau de saturação (IAEG, 1974). 
GRAU DE AERAÇÃO 
Vv
Var
A (%)
 Definição: O grau de aeração de um solo é dado pela razão do volume 
de ar pelo volume de vazios. 
A = Vv – Va = 1 – S 
 Vv 
Var = Vv - Va 
PESO ESPECÍFICO DO SOLO NO ESTADO NATURAL (nat ou g) 
Vt
Pt

 Definição: Peso específico do solo no estado natural é representado 
pela razão entre o peso total de solo e o volume total de solo. 
PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS (OU DOS SÓLIDOS) (g) 
 Definição: Peso específico dos grãos é representado pela razão entre o 
peso dos grãos constituintes do solo e o volume ocupado pelos mesmos. 
Vs
Ps
s 
DENSIDADE RELATIVA DAS PARTÍCULAS (OU DOS GRÃOS) 
(d) 
a
s


d 
 Definição: Densidade relativa das partículas é a razão entre o peso 
específico dos grãos (g) e o peso específico da água (a). 
Tabela. valores típicos de densidade relativa (ou peso 
específicos de minerais comuns nos solos). 
 Determinação em laboratório: através do picnômetro. 
PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS (OU DOS SÓLIDOS) (g) 
213
3
PPP
P a
g




PESO ESPECÍFICO DO SOLO NO ESTADO SECO (s) 
 Definição: Peso específico do solo no estado seco é representado pela 
razão entre o peso seco de solo e o volume total de solo. 
Vt
Ps
d 
Peso específico saturado 
(sat) 
VaVs
PaPs
sat



Peso específico submerso 
(sub) 
asatsub  
PRINCIPAIS RELAÇÕES ENTRE OS ÍNDICES 
FÍSICOS 
1. Peso específico do solo no estado seco (s), peso 
específico do solo no estado natural (nat) e umidade (h): 
Vt
Ps
d 
Dividindo por 
Pt = Ps + Pa 
w
Pt
Vt
PaPs
Ps
d


1


2. Índice de vazios, peso específico do solo no estado seco 
(s), peso específico dos sólidos (g): 
Vs
Vv
e  11
/
/
1 


d
s
PsVs
PsVt
Vs
Vt
Vs
VsVt
e


3. Índice de vazios, peso específico dos sólidos (g), umidade 
(h) e grau de saturação (S): 
Vv
Va
S (%)
dd


 eS
V
SV
V
V
Ps
Pa
w
sa
va
ss
aa 
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO 
Uma amostra de areia, no estado natural, pesa 875g e seu volume é 
igual a 512 cm3. O seu peso seco é 803g e a densidade relativa dos 
grãos é 2,66. Determine o seu índice de vazios, a porosidade, o teor 
de umidade e o grau de saturação da areia. 
Solução: 
o peso da água é dado por: Pa = 875 – 803 = 72g 
O volume de sólidos pode ser determinado da seguinte forma: 
g
P
V
s
s
s 302
66,2
803


Sabendo-se que: V = Vs + Vv, o volume de vazios é: 
Vv = 512 – 302 = 210cm3 
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO 
Com os dados obtidos é possível responder as questões 
formuladas: 
Solução: 
7,0
302
210

Vs
Vv
e 41,0
512
210

Vt
Vv
n
0896,0
803
72

Ps
Pa
w 3428,0
210
72

Vv
Va
S
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS 
 
* É a propriedade que o solo tem de suportar cargas e conservar sua estabilidade. 
* É a máxima tensão de cisalhamento que o solo pode suportar sem sofrer ruptura. 
s = s 1 cos
2a + s 3 
sen2a 
 = (s 1 - s 3).sen 
2a 2 
s = (s 1 + s 3) + (s 1 - s 3) cos 
2a 2 2 
Círculo de Mohr 

s
f
22a 
s s s s

s
u
u
a a
a = 45 + f 
2 
 max => a = 45o 
 = (s 1 - s 3).sen 2a 
2 
s1 s3 
- cisalhamento direto 
- compressão triaxial 
- compressão simples 
Tipos de ensaios de cisalhamento (c’ e Ф’) 
r = c’ + (s - u).tgf’ 
s
t
ENVOLTÓRIA DE
RESISTÊNCIA F
C
Onde: C’ = intercepto da coesão 
 f’ = ângulo de atrito interno do solo 
 
CISALHAMENTO DIRETO: 
 
- Determina-se  através de s (não é permitido medir poropressão) 
Areia compacta ou argila P.A. 
Areia fofa ou argila N.A. 
COMPRESSÃO SIMPLES: 
 
 
(s3 = 0) 
Cisalhamento Direto com 
Sucção Controlada – Lab 
Prof Bressani 
O ensaio de compressão triaxial é o mais versátil ensaio para determinação da 
resistência ao cisalhamento do solo sendo por isto o mais utilizado. 
São realizados em aparelhos constituído por uma câmara cilíndrica, de parede transparente, 
no interior da qual se coloca uma amostra, envolvida por uma membrana de borracha. 
Inicialmente o corpo da amostra é submetido a uma pressão confinante, s3, queatua em 
toda sua superfície. A seguir, a pressão axial é aumentada, sa, até a ruptura do corpo da 
amostra. 
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL: 
GEGEP 
TESE (SEVERO, 2011) 
ENSAIO CD (lento ou com drenagem) – Neste ensaio há permanente drenagem do 
corpo de prova. Aplica-se a tensão confinante e espera-se que o corpo de prova 
adense. A seguir, a pressão axial é aumentada lentamente, para que a água sob 
pressão possa percolar, até a ruptura. Desta forma, a tensão neutra durante o 
carregamento permanece praticamente nula e as pressões totais medidas são efetivas. 
O volume da água que sai corresponde a variação de volume do solo. – fundações 
lentamente carregadas 
 
ENSAIO UU (rápido ou sem drenagem) – Neste ensaio o corpo de prova é submetido à 
pressão confinante e ao carregamento axial até a ruptura sem permitida qualquer 
drenagem. O teor de umidade do corpo de prova permanece constante e as pressões 
medidas são pressões totais. Não há variação de volume. – simular argila mole 
 
ENSAIO CU (rápido pré-adensado) – Neste ensaio permite-se drenagem do corpo de 
prova somente sob a ação da pressão confinante. Aplica-se a pressão confinante e 
espera-se que o corpo de prova adense. A seguir, fecham-se os registros de drenagem, 
e a pressão axial é aumentada até a ruptura, sem que se altere a umidade do corpo de 
prova. As pressões medidas neste ensaio são pressões totais. Deve-se também medir 
as poro-pressões (pressões neutras) durante a fase de cisalhamento. - taludes 
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL 
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO 
 
- O círculo B representa um estado de tensões em que não há 
ruptura; 
 
- O círculo A, tangente à envoltória, indica um estado de tensão 
 na ruptura; 
A B
 
s s1 s3 
 
 
 
 TRAJETÓRIAS DE TENSÕES 
s s
s ss

1
2
3
1
2
3
s1 s3 
sc=cte 
 max => a = 45o  = (s 1 - s 3).sen 2a 
2 
 max = (s 1 - s 3) 
 
 
2 
Consiste em analisar o estado de tensões em diversas fases de 
carregamento 
ENSAIOS TRIAXIAIS – Solo Topo Ponta do Pirambu 
B1
0
200
400
600
0,00 3,00 6,00 9,00 12,00 15,00
ea (%)
q
 (
k
P
a
)
20 kPa
100 kPa
300 kPa
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
0,00 3,00 6,00 9,00 12,00 15,00
ea (%)
e
v
 (
%
)
20 kPa
100 kPa
300 kPa
A1
0
200
400
600
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00
ea (%)
q
 (
k
P
a
)
20 kPa
100 kPa
300 kPa
-0,50
0,50
1,50
2,50
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00
ea (%)
e
v
 (
%
)
20 kPa
100 kPa
300 kPa
Indeformado Compactado 
(Severo, 2011) 
COMPARAÇÃO ENTRE ENSAIOS TRIAXIAIS NATURAIS E CIMENTADOS 
0
200
400
600
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
ea (%)
q
 (
k
P
a
)
CID 2 20 A1
CID 0 20 A1
CID 20 B1
CID 20 B2
CID 20 B3
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
ea (%)
e
v
 (
%
)
CID 2 20 A1
CID 0 20 A1
CID 20 B1
CID 20 B2
CID 20 B3
0
300
600
900
1200
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00
ea (%)
q
 (
k
P
a
)
CID 2 300 A1
CID 0 300 A1
CID 300 B1
CID 300 B2
CID 300 B3
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00
ea (%)
e
v
 (
%
)
CID 2 300 A1
CID 0 300 A1
CID 300 B1
CID 300 B2
CID 300 B3
(Severo, 2011) 
0
100
200
300
400
500
600
700
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Deformação Transversal (%)

 (
k
P
a
)
CP 01 - σ = 52,56 kPa CP 02 - σ = 104,41 kPa CP 03 - σ = 212,20 kPa CP 04 - σ = 417,17 kPa
-6,0
-5,0
-4,0
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Deformação Transversal (%)
V
a
ri
a
ç
ã
o
 V
o
lu
m
é
tr
ic
a
 (
%
)
CP 01 - σ = 52,56 kPa CP 02 - σ = 104,41 kPa CP 03 - σ = 212,20 kPa CP 04 - σ = 417,17 kPa
CISALHAMENTO DIRETO NO ESTADO INUNDADO 
FORMAÇÃO BARREIRAS - TIBAU DO SUL 
(Severo, 2005)