O Estado do Solo

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2.1 Índice� Físic� entr� a� trê� fase�
Introdução → Num solo, só parte do
volume total é ocupado pelas
partículas sólidas, que se
acomodam formando uma
estrutura.
Vazios → volume restante, embora
seja ocupado por água ou ar.
Portanto, o solo é composto por
três fases: partículas sólidas, água
e ar.
Comportamento do solo → vai
depender da quantidade relativa
dessas três fases.
(a) como as três fases normalmente
ocorrem nos solos, ainda que,
em alguns casos, os vazios
possam estar preenchidos por
água;
(b) as três fases estão separadas
proporcionalmente aos volumes
que ocupam.
→ Em princípio, as quantidades de
água e ar podem variar. A
evaporação pode diminuir a
quantidade de água,
substituindo-a por ar, e a
compressão do solo pode provocar
a saída de água e ar, reduzindo o
volume de vazios.
→ O solo permanece o mesmo
quanto às suas partículas
constituintes, porém o seu estado
se altera.
→ Índices que correlacionam os
pesos e os volumes das três fases:
✿ Umidade (w): relação entre o peso
da água e o peso dos sólidos. Para
a sua determinação, pesa-se o solo
no seu estado natural, seca-se em
estufa a 150°, até a constância de
peso, e pesa-se novamente. Com o
peso das duas fases, calcula-se a
umidade. Os teores de umidade
dependem do tipo de solo e
situam-se geralmente entre 10 e
40%, podendo ocorrer valores muito
baixos (solos secos) ou muito altos
(150% ou mais).
✿ Índice de Vazios (e): relação entre
o volume de vazios e o volume das
partículas sólidas. Costuma se
situar entre 0,5 e 1,5, mas argilas
orgânicas podem ocorrer com
índices de vazios superiores a 3.
✿ Porosidade (n): relação entre o
volume de vazios e o volume total.
Valores geralmente entre 30 e 70%.
✿ Grau de Saturação (S): relação
entre o volume de água e o volume
de vazios. Varia de zero (solo seco) a
100% (solo saturado).
✿ Peso Específico dos Sólidos (ɣs): é
uma característica dos sólidos,
sendo a relação entre o peso das
partículas sólidas e o seu volume.
Coloca-se um peso seco conhecido
do solo num picnômetro e,
completando com água,
determina-se o peso total. O peso
do picnômetro completado só com
água, mais o peso do solo, menos o
peso do picnômetro com água e
com solo, é o peso da água que foi
substituída pelo solo. Desse peso,
calcula-se o volume de água que foi
substituído pelo solo e que é o
volume do solo. Com o peso e o
volume, tem-se o peso específico. O
peso específico dos grãos dos solos
varia pouco de solo para solo, não
permitindo identificar o solo em
questão. Os valores situam-se em
torno de 27 kN/mˆ3, valor adotado
quando não se dispõe do valor
específico para o solo em estudo.
Grãos de quartzo costumam
apresentar pesos específicos de
26,5 kN/m^3 e argilas lateríticas
valores até 30 kN/mˆ3.
✿ Peso Específico da Água (ɣw):
embora varie pouco com a
temperatura, adota-se sempre
como igual a 10 kN/m^3, a não ser
em certos procedimentos de
laboratório.
✿ Peso Específico Natural (ɣn):
relação entre o peso total do solo e
seu volume total. No caso de
compactação do solo, é
denominado peso específico úmido.
Para a sua determinação, molda-se
um cilindro do solo cujas dimensões
conhecidas permitem calcular o
volume. O peso total dividido pelo
volume é o peso específico natural.
Situa-se em torno de 19 kN/m^3,
quando não conhecido é adotado
como 20 kN/mˆ3.
✿ Peso Específico Aparente Seco
(ɣd): relação entre o peso dos
sólidos e o volume total.
Corresponde ao peso específico
que o solo teria se ficasse seco, se
isso pudesse ocorrer sem variação
de volume. Situa-se entre 13 e 19
kN/m^3 (5 a 7 kN/m^3 no caso de
argilas orgânicas moles).
✿ Peso Específico Aparente
Saturado (ɣsat): peso específico do
solo se ficasse saturado sem
ocorrer variação de volume. Da
ordem de 20 KN/m^3.
✿ Peso Específico Submerso (ɣsub):
peso específico efetivo do solo
quando submerso. É igual ao peso
específico natural menos o peso
específico da água, com valores da
ordem de 10 kN/m^3.
2.2 Cálcul� d� Índice� d� Estad�
Determinação no laboratório →
apenas os índices umidade, peso
específico dos grãos e o peso
específico natural são
determinados diretamente em
laboratório. O peso específico da
água é adotado e os outros são
calculados a partir dos
determinados.
Legenda → volume de sólidos = 1;
volume de vazios = e; S.e = volume
de água.
Massas específicas → relação entre
quantidade de matéria (massa) e
volume, expressas geralmente em
ton/m^3, kg/dm^3 ou g/cm^3. Se um
solo tem uma massa específica de
1,8 t/m^3, seu peso específico será 18
kN/m^3.
Densidade → massa específica e
densidade relativa, relação entre a
densidade do material e a
densidade de água a 4°C.
2.3 Estad� da� Areia�: Compacidad�
Índice de vazios → a partir deste,
pode-se expressar o estado em que
uma areia se encontra, porém
fornece pouca informação sobre o
comportamento da areia uma vez
que com o mesmo índice de vazios
uma areia pode estar compacta e
outra fofa. É necessário analisar o
índice de vazios natural de uma
areia em confronto com os índices
de vazios máximo e mínimo em que
ela pode encontrar-se.
Índice de vazios máximo → se uma
areia pura, no estado seco, for
colocada cuidadosamente em um
recipiente, vertida através de um
funil com pequena altura de queda,
ela ficará no seu estado mais fofo
possível. Assim, pode-se determinar
seu peso específico e a partir dele
calcular o índice de vazios máximo.
Índice de vazios mínimo → ao
vibrar-se uma areia dentro de um
molde, ela ficará no seu estado
mais compacto possível.
→ Os índices de vazios máximo e
mínimo dependem das
características da areia.
↑ valor ↑ angulação dos grãos e +
mal graduadas são as areias
→ A areia A possui "e mínimo" igual
a 0,6 e "e máximo" igual a 0,9,
enquanto a B possui "e mínimo 0,4 e
máximo 0,7. Isso quer dizer que se
as duas tivessem com e = 0,65, a
areia A estará mais compacta e a B
mais fofa.
Compacidade → pode ser expressa
pelo índice de vazios em que a
areia se encontra, em relação a
esses valores extremos, pelo índice
de compacidade relativa:
→ Em geral, areias compactas
apresentam maior resistência e
menor deformabilidade. Essas
características, entre as diversas
areias, dependem também de
outros fatores, como a distribuição
granulométrica e o formato dos
grãos.
2.4 Estad� da� Argila�: Consistênci�
Consistência → observa-se certa
consistência nas argilas que as
areias não apresentam, por isso, o
estado em que se encontra uma
argila costuma ser indicado pela
resistência que ela apresenta.
Ensaio de compressão simples →
por meio deste ensaio a
consistência das argilas são
quantificadas. Consiste na ruptura
por compressão de um corpo de
prova de argila, geralmente
cilíndrico. A carga que leva o corpo
de prova à ruptura, dividida pela
área desse corpo é denominada
resistência à compressão simples
da argila.
→ Em função da resistência à
compressão simples, a consistência
das argilas é expressa da seguinte
maneira:
Sensitividade das argilas → a
resistência das argilas depende do
arranjo entre os grãos e do índice
de vazios em que se encontra. A
consistência de uma argila após o
manuseio (amolgada) pode ser
menor do que no estado natural
(indeformado). A sensibilidade das
argilas consiste no fenômeno que
ocorre de maneira diferente
conforme a formação argilosa. A
sensitividade pode ser bem
visualizada por meio de dois
ensaios de compressão simples:
✿ amostra no seu estado natural
✿ com corpo de prova feito com o
mesmo solo após completo
remoldamento e com o mesmo
índice de vazios.
→ A relação entre a resistência no
estado natural e a resistência no
estado amolgado foi definido como
sensitividade da argila:
S = Resistência no estado
indeformado/ Resistência no
estado amolgado
Arranjo estrutural → a sensitividade
pode ser atribuída ao arranjo
estrutural das partículas,
estabelecido durante o processo de
sedimentação. Quando rompida a
estrutura, a resistência será muito
menor, ainda que o índice de vazios
seja o mesmo.
Importância da sensitividade das
argilas → indica que se a argila vier
a sofrer uma ruptura, sua
resistência após essa ocorrência é
bem menor. Exemplo: solosargilosos orgânicos das baixadas
litorâneas brasileiras, a argila
orgânica é tão de baixa resistência
que só pode suportar aterros com
altura máxima de cerca de 1,5 m.
→ Uma argila amolgada, quando
deixada em repouso, volta a ganhar
resistência devido à interrelação
química das partículas, sem que
atinja, entretanto, a resistência
original.
Índice de consistência → quando
uma argila se encontra remoldada,
o seu estado pode ser expresso por
seu índice de vazios. O estado em
que a argila se encontra também
costuma ser expresso pelo teor de
umidade.
→ Quando argilas diferentes
apresentam umidades
correspondentes aos seus limites
de plasticidade, elas apresentam
comportamentos semelhantes,
ainda que suas umidades sejam
diferentes.
Índice de consistência → indica a
posição relativa da umidade aos
limites de mudança de estado:
IC = LL - w/ LL - LP
→ Quando o teor de umidade é
igual ao LL, IC = 0. À medida que o
teor de umidade diminui, o IC
aumenta, ficando maior do que 1
quando a umidade fica menor do
que o LP.
→ Este índice de consistência é
aplicável a solos remoldados e
saturados.
2.5 Identificaçã� táti�-visua� d� sol�
Procedimentos de estimação de
finos → estimar se os finos
apresentam características de
siltes ou de argilas:
✿ Resistência a seco: ao se
umedecer uma argila, moldar uma
pequena pelota irregular
(dimensões da ordem de 2 cm) e
deixá-la secar ao ar, a pelota fica
muito dura e, quando quebrada,
divide-se em pedaços bem
distintos. Ao contrário, pelotas
semelhantes de siltes são menos
resistentes e se pulverizam quando
quebradas.
✿ Shaking test: ao se formar uma
pasta úmida (saturada) de silte na
palma da mão, quando se bate
uma mão contra a outra, nota-se o
surgimento de água na superfície.
Ao apertar o torrão com os dedos
polegar e indicador da outra mão,
a água reflui para o interior da
pasta. Nas argilas, o impacto das
mãos não provoca o aparecimento
de água.
✿ Ductilidade: ao se moldar um
solo com umidade em torno do
limite de plasticidade com as mãos,
nota-se que as argilas
apresentam-se mais resistente
nessa umidade do que os siltes.
✿ Velocidade de secagem: a
umidade sentida de um solo é uma
indicação relativa ao LL e LP do
solo. Secar um solo na mão do LL
até o LP, por exemplo, é mais rápido
quanto menor o intervalo entre os
dois limites, ou seja, o IP do solo.