MecSolos 1 - Aula 2

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CENTRO EDUCACIONAL DE ENSINO SUPERIOR DE PATOS
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE PATOS
BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL 
Mecânica dos Solos I
Aula 2 – Propriedades das partículas sólidas do solo e Índices Físicos
Prof. Pabllo da Silva Araujo
Eng. Civil, Me.
Patos-PB
Agosto de 2021
PLANO DE AULA
 ELEMENTOS CONSTITUINTES DOS SOLOS
 FORMA DAS PARTÍCULAS
 ÁGUA NO SOLO
 ÍNDICES FÍSICOS
 RELAÇÕES ENTRE OS ÍNDICES
 EXERCÍCIOS
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ELEMENTOS
CONSTITUINTES DOS SOLOS
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O solo é um material constituído por um conjunto
de partículas sólidas, deixando entre si vazios que
poderão estar parcial ou totalmente preenchidos
pela água.
 Fase sólida (partículas minerais)
 Fase líquida (água)
 Fase gasosa (ar)
O comportamento de um solo depende da
quantidade relativa de cada uma das três fases.
ELEMENTOS
CONSTITUINTES DOS SOLOS
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Os índices físicos são propriedades geotécnicas que estabelecem relações entre
volumes, entre massas, ou entre massa e volume das partículas constituintes.
Volume MassaFases
As quantidades de água e ar podem variar
(evaporação e compressão).
FORMA DAS PARTÍCULAS
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 O formato das partículas presentes em uma massa de solo tem a mesma
importância da distribuição granulométrica, porque tem influência significativa
sobre as propriedades físicas e comportamento mecânico de determinado solo.
 Distinguem-se as seguintes formas:
 Arredondadas
 Lamelares
 Fibrilares
FORMA DAS PARTÍCULAS
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 Partículas arredondadas ou, mais exatamente, com forma poliédrica. São as
que predominam nos pedregulhos, areias e siltes.
 Partículas lamelares, isto é, semelhantes a lamelas ou escamas. São as que
se encontram nas argilas.
 Partículas fibrilares, característica dos solos turfosos (orgânicos).
FORMA DAS PARTÍCULAS
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Tipos de estrutura quanto a forma. (A) Granular; (B)
prismática que se desfaz em blocos angulares. (C) colunar;
(D) blocos subangulares e; (E) laminar.
ÁGUA NO SOLO
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A água, com muita frequência, ocupa a maior parte ou a totalidade dos vazios
do solo. Esta contida no solo pode ser classificada em:
 Água de constituição (estrutura molecular)
 Água adesiva ou adsorvida (envolve e adere à partícula de solo)
 Água livre (preenche os vazios, regida pelas leis da hidráulica)
 Água higroscópica (equilibrada com o ambiente)
 Água capilar (presa às partículas de solo por meio de forças capilares)
Submetida a diferenças de potenciais, a água pode se deslocar no interior do
solo.
ÁGUA NO SOLO
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ÁGUA NO SOLO
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 A água livre, higroscópica e a capilar são as que podem ser totalmente
evaporadas pelo efeito do calor, a uma temperatura maior que 100 °C.
 A água promove a expansão e contração das partículas do solo, a aderência e
a formação estrutural dos agregados.
 Participa de inúmeras reações químicas que liberam ou retêm nutrientes,
criam acidez ou intemperizam minerais de modo que seus elementos
constituintes eventualmente contribuem para a salinidade dos oceanos.
 Se não houver água no espaço vazio, é um solo seco. Se todo o espaço vazio
for preenchido com água, é chamado de solo saturado.
ÍNDICES FÍSICOS
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Os índices e as relações desempenham um importante papel no estudo das
propriedades dos solos, uma vez que estas dependem dos seus constituintes e
das proporções relativas entre elas, assim como da interação de um fase sobre
outra.
𝑉𝑡 = 𝑉𝑣 + 𝑉𝑠 = 𝑉𝑎𝑟 + 𝑉𝑎 + 𝑉𝑠
𝑃𝑡 = 𝑃𝑠 + 𝑃𝑎
ÍNDICES FÍSICOS
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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.
Umidade (h ou w)
 É a operação mais frequente em um laboratório
de solos.
 Depende do tipo do solo.
 Geralmente entre 10% a 40%.
ÍNDICES FÍSICOS
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ÍNDICES FÍSICOS
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Relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume das partículas sólidas (Vs).
Índice de vazios (e)
 Adimensional.
 Varia de 0,5 a 1,5.
 Argila orgânica, e>3.
 Não é obtido, mas sim calculado.
 Não pode ser zero.
ÍNDICES FÍSICOS
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Relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume total (Vt) de uma amostra de
solo.
Porosidade (n)
 Expresso em porcentagem.
 Valores geralmente entre 30% a 70%.
 Não pode ser 0 nem maior que 100%.
ÍNDICES FÍSICOS
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Relação entre o volume de água (Va) e o volume de vazios (Vv).
Grau de Saturação (S)
 Não é determinado diretamente, mas
calculado.
 Varia de 0% (solo seco) a 100% (solo
saturado).
ÍNDICES FÍSICOS
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Relação entre o volume de ar (Var) e o volume de vazios (Vv).
Grau de Aeração (A)
ÍNDICES FÍSICOS
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É uma característica dos sólidos. Relação entre o peso das partículas sólidas (Ps)
e o seu volume (Vs).
Peso específico dos solos ou dos grãos (γs)
 Determinado em laboratório para cada solo.
 Os valores situam-se em torno de 27 kN/m³.
 Grãos de quartzo (areia) costumam
apresentar pesos específicos de 26,5 kN/m³.
ÍNDICES FÍSICOS
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Observações:
 O peso específico é expresso em
unidades inglesas (um sistema de
medida gravitacional), como lb/ft³. No
Sistema Internacional (SI), a unidade
utilizada é o kN/m³.
 Como newton é uma unidade derivada,
algumas vezes pode ser conveniente
trabalhar com massa específica do solo
(ρ). A unidade para massa específica no
SI é o kg/m³.
ρ =
𝑴
𝑽
=
𝑴𝒔
𝑽𝒔
ÍNDICES FÍSICOS
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ABNT NBR 6458:2016 – Determinação da massa específica (ensaio do
picnômetro).
ÍNDICES FÍSICOS
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É definida como a razão do peso específico de determinado material pelo peso
específico da água. Sendo: γw = 10 kN/m³ ou 1000 kgf/m³.
Densidade relativa ou real dos grãos (Ds ou Gs ou δ)
Ds =
γ𝒔
γ𝒘
 Adimensional.
 Pode ser determinada com precisão em
laboratório.
 A maioria dos valores está na faixa de 2,6 a 2,9.
ÍNDICES FÍSICOS
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Relação entre o peso total do solo (Pt) e seu volume total (Vt). Denominado de
úmido.
Peso específico natural (γn)
 O peso específico natural não varia muito
entre os diferentes solos. Situa-se em torno
de 19 a 20 kN/m³. Também chamado apenas
de “peso específico” do solo.
ÍNDICES FÍSICOS
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Relação entre o peso dos sólidos (Ps) e o volume total (Vt).
Peso específico aparente seco (γd)
 Não é determinado diretamente em laboratório,
mas calculado a partir do peso específico natural
e da umidade. Problemas de Terraplanagem.
 ABNT NBR 6120:2019.
ÍNDICES FÍSICOS
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ÍNDICES FÍSICOS
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ABNT NBR 7185:2016 – Densidade in situ (frasco de areia).
ÍNDICES FÍSICOS
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Peso específico do solo se viesse a ficar saturado e se isso ocorresse sem
variação de volume.
Peso específico saturado (γsat)
 De pouca aplicação prática, serve para a
programação de ensaios ou a análise de
depósitos de areia que possam se saturar.
ÍNDICES FÍSICOS
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É o peso específico efetivo do solo quando submerso. É igual ao peso específico
natural (γnat) menos o peso específico da água (γw). Sendo: γw= 10 kN/m³.
Peso específico submerso (γsub)
RELAÇÕES ENTRE OS ÍNDICES
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RELAÇÕES ENTRE OS ÍNDICES
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Dos índices físicos vistos, só três são determinados diretamente em laboratório:
umidade, o peso específico natural e o peso específico dos grãos. Os outros são
calculados a partir dos determinados. Outras resultam de deduções.
EXERCÍCIO
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(1º) Uma amostra de solo foi recebida no laboratório para determinação da
sua umidade. Durante o ensaio, tomou-se uma amostra que, junto com a
cápsula em que foi colocada, pesava 119,92 g. Esta amostra permaneceu
numa estufa a 105 °C até a constância de peso (por cerca de 18 horas), após o
que o conjunto, solo seco mais cápsula, pesava 109,50 g. A massa da cápsula,
chamada “tara”, era de 34,43 g. Qual o valor da umidade?
EXERCÍCIO
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(2º) Para uma amostra de solo úmida, considere o seguinte: Vt= 1,2 m³; Mt=
2350 kg; w= 8,6%; Ds= 2,71. Determine o seguinte:
a) Massa específica natural.
b) Massa específica seca.
c) Índice de vazios.
d) Porosidade
e) Grau de saturação.
f) Volume de água na amostra de solos.
EXERCÍCIO
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(3º) Sabendo-se que o peso específico do solo, a uma umidade higroscópica de
6%,é igual 18 kN/m³, e o peso específico das partículas é igual a 27,3 kN/m³.
Determine:
a) Peso específico do solo seco.
b) Índice de vazios.
c) Porosidade.
d) Grau de saturação.
EXERCÍCIO
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(4º) De uma quantidade de solo P = 22,0 kg e volume respectivo V = 12,2l,
extrai-se uma pequena amostra, para a qual determina-se: peso úmido = 70 g,
peso seco = 58 g e peso específico das partículas 26,7 kN/m³.
Pede-se calcular: teor de umidade (w), peso da parte sólida (Ps), peso da água
(Pw), volume da parte sólida (Vs), peso específico aparente seco (γ), índice de
vazios (e), volume de vazios (Vv), porosidade (n), grau de saturação (S), teor de
umidade admitindo-se o solo saturado (hsat) e o peso específico saturado
(γsat).
EXERCÍCIO
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(5º) Para uma amostra de areia argilosa de origem aluvial foram obtidos Ds =
2,72, e = 0,75 e S = 50%.
a) Umidade (w).
b) Peso específico (γ).
c) Peso específico saturado (γsat).
d) Peso específico submerso (γsub).
e) Peso específico aparente seco (γd).
EXERCÍCIO
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(6º) A massa específica seca de uma areia com uma porosidade de 0,387 é
1600 kg/m³. Determine o índice de vazios do solo e a densidade real dos grãos
do solo.
Dúvidas?
Prof. Pabllo da Silva Araujo
Eng. Civil, MSc.
E-mail: pablloaraujo@fiponline.edu.br
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