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11
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
FASES DOS SOLOS - ÍNDICES FÍSICOS
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22
ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
O comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma de suas três fases:
•fase sólida,
•fase líquida,
•fase gasosa.
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33
ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
Para estimativa de todos os índices físicos de um determinado solo normalmente efetuam-se as seguintes determinações:
Umidade (w)
Peso específico do solo (γ)
Peso específico das partículas sólidas (γs)
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ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
Representação esquemática das três fases constituintes dos solos (PINTO,2002).
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ÍNDICES FÍSICOS, RELAÇÕES VOLUMÉTRICAS E GRAVIMÉTRICAS NOS SOLOS
Representação esquemática das três fases constituintes dos solos (PINTO, 2002).
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66
PESO ESPECÍFICO NATURAL
Para identificar o estado de um solo, empregam-se índices que correlacionam os pesos e os volumes das três fases:
Peso específico natural: ou peso específico de um solo é a relação entre o seu peso total e o seu volume total., incluindo-se aí o peso da água existente em seus vazios e o volume de vazios do solo.
t
t
PV
γ =
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Índices físicos, relações volumétricas e gravimétricas nos solos: peso específico natural
Para 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.O peso específico também pode ser determinado a partir de
corpos irregulares, obtendo-se o volume por meio do peso imerso em água. Para tal, o corpo eleve ser previamente envolto por parafina.
O peso específico natural não varia muito entre os diferentes solos. Situa-se entre: 19 a 20 kN/m3 e, por isto, quando não conhecido, é estimado como 20 kN/m3. Casos especiais, como as argila s orgânicas moles, podem apresentar pesos específicos ele 14 kN/m3.
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88
PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS (γs)
Peso específico das partículas sólidas (ou dos grãos): é uma característica dos sólidos e é calculado pela relação entre o peso das partículas sólidas (não considerando-se o peso da água) pelo volume ocupado pelas partículas sólidas (sem a consideração do volume ocupado pelos vazios do solo).
É o maior valor de peso específico que um solo pode ter, já que as outras duas fases que compõe o solo são menos densas que as partículas sólidas.
ss
s
PV
γ =
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99
PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS (γs)É determinado em laboratório para cada solo colocando-se o peso seco
conhecido do solo num picnômetro e, completando-se 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 solo e água, é o peso da água que foi substituída pelo solo. Deste 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 e, por si, não permite identificar o solo em questão, mas é necessário para cálculos de outros índices. Os valores situam-se em torno de 27 kN/m sendo este valor adotado quando não se dispõe do valor específico para o solo em estudo, grãos de quartzo (areia) costumam apresentar pesos específicos de 26,5 kN/m3 e argilas lateríticas, em virtude ela deposição de sais de ferro, valores até 30 kN/m3.
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1010
UMIDADE (w)
A umidade é definida como a relação entre o peso da água e o peso dos sólidos em uma porção do solo, sendo expressa em percentagem.
100w
s
Pwp
= ⋅
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1111
POROSIDADE (n)
Porosidade: é definida como a relação entre o volume de vazios e o volume total. O intervalo de variação da porosidade está compreendido entre 0 e 1.
100v
t
VnV
= ⋅
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1212
GRAU DE SATURAÇÃO (Sr)
Saturação: os vazios do solo podem estar apenas parcialmente ocupados por água. A relação entre o volume de água e o volume dos vazios é definida como o grau de saturação, expresso em percentagem e com variação de 0 (solo sêco) a 100% (solo saturado).
100wr
v
VSV
= ⋅
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1313
ÍNDICE DE VAZIOS (e)
Índice de vazios: é definido como a relação entre o volume de vazios e o volume das partículas sólidas, expresso em termos absolutos, podendo ser maior do que a unidade. Sua variação é de 0 a ∞.
s
VveV
=
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1414
PESO ESPECÍFICO DO SOLO SECO (γd)
Peso específico do solo seco: corresponde a um caso particular do peso específico do solo, obtido para Sr = 0.
sd
t
PV
γ =
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1515
PESO ESPECÍFICO DO SOLO SATURADO (γsat)
Peso específico do solo saturado: é o peso específico do solo quando todos os seus vazios estão ocupados pela água. É numericamente dado pelo peso das partículas sólidas dividido pelo volume total do solo.
tsat
t
PV
γ =
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1616
PESO ESPECÍFICO DO SOLO SUBMERSO (γsub)
Peso específico do solo submerso: neste caso, considera-se a existência do empuxo de água no solo. Logo, o peso específico do solo submerso seráequivalente ao o peso específico do solo menos o peso específico da água.
sub sat wγ γ γ= −
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1717
Cálculo dos índices de estado
Dos índices vistos, só três são determinados diretamente em laboratório: a umidade, o peso específico das partículas sólidas e o peso específico natural e o peso específico da água éadotado. Os outros são calculados a partir dos determinados.Dividindo os volumes de água, ar e sólidos, por um determinado fator, conservado constante para todas as fases, de modo que o volume de sólidos se torne unitário, e utilizando-se as relações entre volumes e entre pesos e volumes, definidas anteriormente, temos:
Relações entre volumes e entre pesos e volumes adotando-se um volume de sólidos unitário (PINTO, 2002).
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1818
Cálculo dos índices de estado
Da mesma forma fazendo o volume total unitário teremos:
Relações entre volumes e entre pesos e volumes adotando-se um volume total de solo unitário (PINTO, 2002).
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1919
Cálculo dos índices de estado
Com estes esquemas as correlações são facilmente obtidas, sendo que algumas delas resultam diretamente da definição dos índices:
1en
e=
+(1 )1
s we
γγ +=
+
1s
d eγγ = +
.1
s wsat
ee
γ γγ +=
+
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2020
Cálculo dos índices de estado
A seqüência natural dos cálculos, a partir de valores determinados em laboratório ou estimados seria:
1n
d wγγ =+
1s
d
e γγ
= −
sr
w
wSe
γγ
= ⋅
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2121
Fórmulas de correlação para os índices físicos
n
-
. .1
s r wS ee
γ γ++
0 100%rSγ
< <
( . )s s r wS nγ γ γ− +
(1 )d wγ +
100%sat
rSγ=
.1
s wee
γ γ++
( )s s w nγ γ γ− −
(1 )1
s we
γ ++
0%d
rSγ=
1s
eγ+
(1 ) sn γ−
100%sub
rSγ=
1s w
eγ γ−+
(1 )( )s wn γ γ− −
( )(1 )s
e
e we
γ −+
sγ
(1 )d eγ +
1d
nγ−
. .r wS ewγ
s
w
we
γγ⋅
rS
1 s
w
n wn
γγ
−⋅ ⋅
( )s d
w s w
wγ γγ γ γ
⋅ ⋅−
e
1s
d
γγ
−
1n
n−
s
r w
wSγ
γ⋅⋅
1e
e+
1 d
s
γγ
−
s
r w s
wS w
γγ γ
⋅⋅ + ⋅
w
. .r w
s
S e γγ
(1 )r w
s
n Snγγ
⋅ ⋅−
( )r w s d
s d
S γ γ γγ γ
⋅ −⋅
(BUENO; VILAR, 1998)(BUENO; VILAR, 1998)
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2222
Índices Físicos: Valores Típicos
Segundo Lambe e Whitman (1969), γs geralmente se encontra no intervalo de 22 a 29 kN/m3 é em função dos minerais constituintes do solo.
É bastante comum se encontrar valores de γs entre 25 a 28 kN/m3
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2323
OBRIGADO PELA ATENÇÃO.
Leitura: Capítulo 2 de PINTO, C. de S. (2002).
ouCapítulo 4 de MACHADO, S. L.; MACHADO M. F.
Pesquisas adicionais:InternetSite: www.periodicos.capes.gov.brwww.asce.orgBibliotecas, etc.…