Aula 04 - Índices Físicos-convertido

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Índices Físicos do Solo e
Estado das areias e argilas
Prof.: Marcel Sena Campos
senagel@gmail.com
Universidade de Várzea Grande
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Índices Físicos
Elementos Constituintes de um solo
O solo é um material constituído por um conjunto de partículas sólidas, deixando entre si vazios que poderão estar estar parcial ou totalmente preenchidos pela água. É pois no caso mais geral, um sistema disperso formado por três fases: sólida, líquida e gasosa.
O ESTADO DO SOLOS
Índices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de
três fases:
Partículas sólidas;
Água;
Ar
Comportamento do solo – F(quantidade relativa de cada fase)
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Índices Físicos
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É extremamente difícil separar os diferentes estados em que a água se apresenta nos solos, é, no entanto, de grande interesse estabelecer uma distinção entre os mesmos.
A água contida no solo pode ser classificada em:
Água de constituição
Água adesiva ou adsorvida
Água livre
Água higroscópica
Água capilar
Índices Físicos
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Água de constituição – é a que faz parte da estrutura molecular da partícula sólida;
Água adesiva ou adsorvida – é aquela película de água que envolve e adere fortemente a partícula sólida;
Água livre – é a que se encontra em uma determinada zona do terreno, enchendo todos os seus vazios;
Água higroscópica – é a que ainda se encontra em um solo seco ao ar livre.
Água capilar – é aquela que nos solos de grãos finos sobe pelos interstícios capilares deixados pela partículas sólidas, além da superfície livre da água.
As águas livre, higroscópica e capilar são As águas
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livre,	higroscópica	e	capilar	são	as	que	podem
ser totalmente	evaporadas	pelo	efeito	do	calor,	a	uma
temperatura maior que 100˚ C.
Quanto a fase gasosa, que preenche os vazios das demais fases, é constituída por ar, vapor d’ água e carbono combinado .
Índices Físicos
Índices Físicos
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Os índices e as relações que serão apresentados, desempenham um importantes papel no estudo das propriedades dos solos, uma vez que estas dependem dos seus constituintes e das dependem dos seus constituintes e das proporções relativa entre eles, assim como da interação de uma fase sobre as outras.
Índices Físicos
a = w (água)
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O ESTADO DO SOLOS
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dependem do tipo de solo;
dado em %;
variam de 10 a 40%
Argilas orgânicas 140%
w  Pw 100
Ps
TEOR DE UMIDADE (w):
Define-se umidade (h) de um solo como sendo a razão entre o peso da água contida num certo volume de solo e o peso da parte sólida existente neste mesmo volume, expressa em porcentagem.
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ÍNDICES FÍSICOS
Geotecnia I
ÍNDICE DE VAZIOS (e):
A razão entre o volume de vazios Vv e o volume Vs da parte sólida de um solo, Terzaghi introduziu este índice ao estudar o “fenômeno do adensamento do solo”, pois a variação de volume, só depende de uma variável Vv, uma vez que Vs não varia.
adimensional;
varia de 0,5 a 1,5;
argila orgânica (e > 3);
não é obtido, mas sim calculado;
não pode ser zero.
e  Vv
Vs
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ÍNDICES FÍSICOS
POROSIDADE (n):
É a razão entre o volume de vazios e o volume total de uma amostra do solo:
relação entre volume de vazios e volume total
unidade em (%);
varia de 30 a 70%;
não pode ser 0 nem maior que 100%.
n  Vv	100
V
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ÍNDICES FÍSICOS
GRAU DE SATURAÇÃO (S ou Sr):
unidade em (%);
varia de 0 a 100%.
PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS OU SÓLIDOS γS
unidade em (kN/m³);
varia de 24 a 30 kN/m³;
determinado em Laboratório
PESO ESPECÍFICO DA ÁGUA γw
unidade em (kN/m³);
função da temperatura;
valor adotado de 10 kN/m³.
S  Vw 100
Vv
s
 	s 
s
V
P
	
w
V
 Pw
w

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ÍNDICES FÍSICOS
PESO ESPECÍFICO NATURAL γn
unidade em (kN/m³);
varia de 17 a 21 kN/m³;
exceção argilas moles com 14 kN/m³;
obtido em Laboratório (volume conhecido ou balança
hidrostática)
PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO γd
unidade em (kN/m³);
varia de 13 a 19 kN/m³;
exceção argilas moles com 4 kN/m³.
PESO ESPECÍFICO SATURADO γsat
unidade em (kN/m³);
da ordem de 20 kN/m³.
V
P
n
	
V
d
 Ps

V
P
 sat sat
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ÍNDICES FÍSICOS
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PESO ESPECÍFICO SUBMERSO γsub
unidade em (kN/m³);
cálculos de tensões efetivas;
da ordem de 10 kN/m³.
RELAÇÃO ENTRE OS ÍNDICES
Apenas	três	dos	índices	apresentados	são	obtidos	diretamente em laboratório: w, γs e γn .
Os demais são calculados por correlações (equações).
 sub   nat   w
ÍNDICES FÍSICOS
Vs = 1
Vv = e
Vw = S.e
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ÍNDICES FÍSICOS
RELAÇÕES DIRETAS:
EQUAÇÕES DEDUZIDAS:
n  e	
1 e
1 e
   s 1 w
d
1 e
	 s

sat
1 e
  s  e w

d
1 w
 n
	
d

e   s	1
w
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e 
S   s  w
ÍNDICES FÍSICOS
VALORES TÍPICOS
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ÍNDICES FÍSICOS
TODAS EQUAÇÕES PODEM SER ESCRITAS EM TERMOS DE MASSA ESPECÍFICA (ρ)
w	w
s
s
ou	s

	
G	
ou
d
d
1 e
1 e
 Gs w 

	s

ou
1 e
1 e
  Gs w 1 w
  s 1 w
ou
sat
sat
1 e
1 e
 (1 w)Gs w

 s  ew

Densidade relativa:
Adimensional
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ÍNDICES FÍSICOS
Exercício 1: Uma amostra de solo úmido em cápsula de alumínio tem uma massa de 462g. Após a secagem	em estufa se obteve amassa seca da amostra igual a 364 g. Determinar o teor de umidade do solo considerando a massa da cápsula se 39 g:
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ÍNDICES FÍSICOS
Exercício 2: O peso específico natural de um solo é 16,5 kN/m3. Sabendo que w = 15% e Gs = 2,7,
determine:
Peso específico seco
Porosidade
c)	Grau de saturação
e
n 
1 e
1 e
   s 1 w
d
1 e
	 s

sat
1 e
  s  e w

d
1 w
 n
	
d

e  w
e   s	1
S   s  w
 sub   nat   w
w
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w
s
s
ou	s

	
G	
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
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O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu índice de vazios.
para se saber o estado é necessário comparar o e com relação ao emax e	emin .
emax é obtido colocando-se cuidadosamente o material em um frasco, com
uma queda controlada. Determina-se o peso específico e calcula-se o emax
emin
é obtido vibrando-se a areia dentro de um molde.
Os índices de vazios máximos e mínimos dependem das características das areias.
	Descrição da areia	emin	emax
	Areia uniforme de grãos angulares	0,70	1,10
	Areia bem graduada de grãos angulares	0,45	0,75
	Areia uniforme de grãos arredondados	0,45	0,75
	Areia bem graduada de grãos arredondados	0,35	0,65
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
r
D	ou CR 
n	 n	 1 n
1 n	n	 n
max	min
min	max
min
max
max
nat
r
e	 e
e	 e
D	ou CR 
Estando	as	duas	areias	com	e	=	0,65.	Qual	areia	é	mais compacta?
COMPACIDADE RELATIVA
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ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
Quanto maior o CR, mais compacta é a areia.
	CLASSIFICAÇÃO	CR
	Areia fofa	abaixo de 0,33
	Areia de compacidade média	entre 0,33 e 0,66
	Areia compacta	acima de 0,66
Areia compacta:
maior resistência; deformabilidade
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ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
Exercício 2:
No	campo
obteve-se	que	um	solo	arenoso	foi
compactado	numa	massa	específica	úmida	de	1,72
g/cm3	e	num
teor	de	umidade	de	9,0%.	Em
laboratório, determinou-se que Gs = 2,66, emax = 0,82
emin
e	=
0,42.	Pede-se	para	determinar	sua
compacidade relativa quando compactado.
1 e
   s 1 w
e
n 
1 e
e  w
	 w
S s	
sat
1 e
  s  e w

1
e 
 s
 d
 sub   nat   w
1 e
	 s
 d
d
1 w
 n
	
w
w
 	s 
s
ou 
 s 


G	
emax  emin
emax  enat
CR 
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ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
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SENSITIVIDADE DA ARGILA
A resistência das argilas depende do arranjo entre os grãos e do índice de vazios em que se encontra. Foi observado que, quando se submetem certas argilas ao manuseio, a sua resistência diminui, ainda que o índice de vazios seja mantido constante. Sua consistência após o manuseio (amolgada) pode ser menor do que no estado natural (indeformado). Esse fenômeno, que ocorre de maneira diferente conforme a formação argilosa foi chamado de sensitividade da argila
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
	CONSISTÊNCIA	RESISTÊNCIA, EM kPa
	Muito mole	<25
	Mole25 a 50
	Média	50 a 100
	Rija	100 a 200
	Muito rija	200 a 400
	Dura	>400
Arranjo entre os grãos;
Índice de vazios.
Manuseio: Areia se desfaz ≠ Argila consistência Característica relacionada a firmeza,
aderência e resistência.
A resistência das argilas é expressa por meio do ensaio de compressão simples, devido a isso tem-se:
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ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
S  Rindeformado
Ramolgado
Resistência medida pelo ensaio de
compressão simples
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SENSITIVIDADE DA ARGILA
Solos Sedimentares (arranjo estrutural das partículas)
Solo Residual (características da rocha mãe; ou sais depositados entre as partículas, causando efeito cimentante em solos lateríticos)
Resistencia da argila natural (Ri) > Resistência de argila amolgada (Ra)
e_i = e_A
Deformação específica
Tensão cisalhante
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
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SENSITIVIDADE DA ARGILA
	SENSITIVIDADE	CLASSIFICAÇÃO
	1	Insensitiva
	1 a 2	Baixa sensitividade
	2 a 4	Média sensitividade
	4 a 8	Sensitiva
	>8	Ultra-sensitiva (quick clay)
Indica que se argila vier a sofrer uma ruptura, sua resistência após esta ocorrência é bem menor.
Baixada Santista → natural aterro de 1,5m → amolgada 0,5m
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
Índice de consistência
Estado em f(e) → f (w)
Da mesma forma que o e, por si só das areias não diz nada, o
teor de umidade, por si só, não indica o estado das argilas.
(Limites de consistência)
wp
wp
wL
wL
w
w
umidade	aos	limites
Indica	a	posição	relativa	da
de
wL  wp
mudança de estado.
w
IC 	wL
Argila B
Argila A
30
Comportamento Semelhante: Argila A (wL = 80) Argila B (wL = 50)
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
Índice de consistência
	CONSISTÊNCIA	ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA
	Mole	< 0,5
	Média	0,5 a 0,75
	Rija	0,75 a 1,0
	Dura	> 1,0
Exercício	3:	Com	os	dados	de	uma	argila	apresentados	a
seguir,	determine	seu	índice	de	consistência	e	sua sensitividade:
natural
w	= 50%;
wL = 60%;
wP = 35%;
Rnatural = 82 kPa;
amolgado
R	= 28 kPa.
wL  wp
w	 w
IC L	
indeformado
R
R
amolgado
S 
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