Mecânica dos Mecânica dos Solos ISolos I

Índices Físicos dos Índices Físicos dos SolosSolos

•3.1 Fases do Solo

•O solo é formado pelas três fases físicas sólida, liquida e gasosa , distribuídas em diferentes proporções.

•Fase sólida – constituída por agrupamento de partículas sólidas que deixam espaços vazios que podem conter ar e ou água.•Volume total do solo é formado pelo volume de sólidos somado ao volume de vazios.•Solo Saturado:- solo quando seus vazios estão totalmente ocupados pela água.

•A água contida no solo pode ser classificada em :

•Água de Constituição: é a que faz parte da estrutura molecular da partícula sólida;•Água adesiva ou adsorvida: 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 todas os seus vazios;•Água higroscópica : É a que ainda se encontra em um solo seco ao ar livre, em função da água em vapor contida na atmosfera;•Água capilar : é aquela que nos solos de grãos finos sobe pelos interstícios capilares deixados pelas partículas sólidas. •Água livre, higroscópica e capilar:- são as que podem ser totalmente vaporadas pelo efeito do calor (>100º C).

•Fase gasosa:- constituída por ar, vapor d’água e carbono combinado.

3.2 Teor de Umidade de um Solo3.2 Teor de Umidade de um Solo

Umidade (h) de um solo – razão entre o Umidade (h) de um solo – razão entre o peso da água contida num certo volume peso da água contida num certo volume de solo e o peso da parte sólida. Existente de solo e o peso da parte sólida. Existente neste mesmo volume, em porcentagem.neste mesmo volume, em porcentagem.

h(%) = Pa/Ps ( x100)h(%) = Pa/Ps ( x100)h = (P1-P2)/(P2-P) = Pa/Ps h = (P1-P2)/(P2-P) = Pa/Ps

onde :onde :P1 = peso original da amostra + tara;P1 = peso original da amostra + tara;P2 = peso seco da amostra + tara;P2 = peso seco da amostra + tara;P = tara da cápsula.P = tara da cápsula.

Procedimento para Determinação do Teor de Procedimento para Determinação do Teor de UmidadeUmidade

Toma-se uma porção de solo (aprox. 50,0 g), colocando-a numa Toma-se uma porção de solo (aprox. 50,0 g), colocando-a numa cápsula de alumínio com tampa;cápsula de alumínio com tampa;

Pesa-se o solo úmido + cápsula (precisão de 0,01g);Pesa-se o solo úmido + cápsula (precisão de 0,01g); Leva-se a cápsula destampada a uma estufa até constância de Leva-se a cápsula destampada a uma estufa até constância de

peso (aprox. 6 horas para solos arenosos e 24 horas para solos peso (aprox. 6 horas para solos arenosos e 24 horas para solos argilosos);argilosos);

Pesa-se o conjunto solo seco + cápsula.Pesa-se o conjunto solo seco + cápsula.

Aparelho SpeedyAparelho Speedy

Reservatório metálico fechado que se comunica com um manômetro, destinado a medir a pressão interna. Coloca-se dentro do reservatório o sol úmido e uma porção de carbureto de cálcio (CaC2), pela combinação da água do solo com o carbureto gera acetileno e pela variação da pressão interna obtém-se a umidade do solo.

CaC2 + 2H20 = Ca(OH) 2 + C2H2

3.3 Peso Específico Aparente de um 3.3 Peso Específico Aparente de um Solo ( hSolo ( h0 )0 )

Pt / Vt

Para determinação de geralmente utiliza-se o “método do Frasco de Areia”

3.4 Peso Específico Aparente de um Solo Seco (3.4 Peso Específico Aparente de um Solo Seco (ss

sPs / Vt

s /

(1+h)

3.5 Peso Especifico das partículas ( 3.5 Peso Especifico das partículas ( gg))

g g = P= Ps s / V/ Vss

onde :onde :

PPss = peso da substancia sólida; = peso da substancia sólida;

VVss = volume da substancia sólida. = volume da substancia sólida.

Densidade Relativa (Densidade Relativa () das partículas é a razão entre o peso da parte solida dos ) das partículas é a razão entre o peso da parte solida dos grãos e o peso de igual volume de água pura a 4º C. grãos e o peso de igual volume de água pura a 4º C.

ggaa

sendo sendo a a = 1,0 g/cm= 1,0 g/cm3 3

A determinação da densidade relativa é realizada através do “método do picnômetro”.A determinação da densidade relativa é realizada através do “método do picnômetro”.

(1) (2) (3) (4)

Método do Picnômetro

Material utilizado:

1- Picnômetro (500 ml)2- Termômetro3- Bomba a vácuo 4- Balança

Método do PicnômetroMétodo do Picnômetro

Procedimento:-Procedimento:-

- pesa-se o Picnômetro vazio, seco e limpo (P1);- pesa-se o Picnômetro vazio, seco e limpo (P1);

- coloca-se a amostra no Picnômetro (aprox. 80g para solos argiloso e 150g para solos arenosos) e - coloca-se a amostra no Picnômetro (aprox. 80g para solos argiloso e 150g para solos arenosos) e pesa-se (P2);pesa-se (P2);

- mexe-se o Picnômetro, visando eliminar possíveis vazios entre a amostra ;- mexe-se o Picnômetro, visando eliminar possíveis vazios entre a amostra ;

- leva-se a bomba de vácuo pôr cerca de 10 minutos e continuamos mexendo aleatoriamente, - leva-se a bomba de vácuo pôr cerca de 10 minutos e continuamos mexendo aleatoriamente,

- enche-se completamente o Picnômetro com água destilada, tampa-se o Picnômetro;- enche-se completamente o Picnômetro com água destilada, tampa-se o Picnômetro;

- pesa se o Picnômetro (P3);- pesa se o Picnômetro (P3);

- medimos a temperatura no Picnômetro, pela temperatura , obtemos na curva de calibração o peso - medimos a temperatura no Picnômetro, pela temperatura , obtemos na curva de calibração o peso do balão mais água (P4)do balão mais água (P4)

(P2 – P1)/((P4-P1) - (P3-P2)) = (P2 – P1)/((P4-P1) - (P3-P2)) = ggaa

onde :onde :

P1 - Balão seco e limpoP1 - Balão seco e limpo

P2 - Balão + soloP2 - Balão + solo

P3 - Balão + solo + águaP3 - Balão + solo + água

P4 - Balão + águaP4 - Balão + água

3.6 Índice de Vazios (e)3.6 Índice de Vazios (e)

É a razão entre o volume de vazio (Vv) e a volume da parte sólida do solo (Vs)

e = Vv / Vs

3.7 Grau de Compacidade 3.7 Grau de Compacidade (GC)(GC)

O estado natural de um solo não coesivo (areia, pedregulho) define-se pelo chamado Grau de Compacidade ou Compacidade Relativa:

GC = (max - nat) / (max - min)

max - obtido vertendo-se simplesmente o material seco num recipiente de volume conhecido e pesando-se.

max =

g

Psg

Psv

'

'

onde: v = volume do recipiente; P’s = peso do material seco; g = peso específico dos grãos. minx - compacta-se o material por vibração ou por socamento dentro do mesmo recipiente.

minx =

g

Psg

Psv

''

''

onde : P’s = peso do material seco compactado. Pelo critério visualmente aceito, as areias se classificam em :

fofas ou soltas 0 < GC < 1/3 medianamente compactas 1/3 < GC < 2/3

compactas 2/3 < GC < 1

3.8 Porosidade de um Solo (3.8 Porosidade de um Solo ())

É a relação entre o volume de vazios e o volume total de É a relação entre o volume de vazios e o volume total de uma amostra do solo.uma amostra do solo.

(%) = V(%) = Vv v / V/ Vt t (x100)(x100)

= e / (e + 1)= e / (e + 1)

3.9 Grau de Saturação de 3.9 Grau de Saturação de um Solo (S)um Solo (S)

É a porcentagem de água contida nos seus vazios, sendo a relação entre o É a porcentagem de água contida nos seus vazios, sendo a relação entre o volume de água e o volume de vazios.volume de água e o volume de vazios.

S (%) = VS (%) = Va a / V/ Vv v ( x100)( x100)

S e = h S e = h

3.10 Grau de Aeração3.10 Grau de Aeração

A (%) = VA (%) = Var ar / V/ Vvv (x100) (x100)

A = (VA = (Vv v - V- Vaa) / V) / Vvv = 1 - S = 1 - S

3.11 Peso Específico de um Solo Saturado3.11 Peso Específico de um Solo Saturado

sat sat = (= ( + e ) + e ) a a / (1+ e) / (1+ e)

3.12 Peso Específico de um Solo 3.12 Peso Específico de um Solo SubmersoSubmerso

Quando o solo é submerso, as partículas sólidas sofrem o Quando o solo é submerso, as partículas sólidas sofrem o empuxo da água, e então :empuxo da água, e então :

sub sub = ( = ( - 1 ) - 1 ) a a / (1+ e) / (1+ e)

sub sub = = sat sat - - aa

Solo Submerso x Solo Solo Submerso x Solo SaturadoSaturado

ExercíciosExercícios 1) Uma amostra de solo saturado tem um volume de 0,0283m1) Uma amostra de solo saturado tem um volume de 0,0283m33 e e

um peso de 57,2kg. O peso específico dos grãos é 2,79 t/mum peso de 57,2kg. O peso específico dos grãos é 2,79 t/m33. . Considerando-se que os vazios estão tomados por água pura, Considerando-se que os vazios estão tomados por água pura, determinar o teor de umidade e o índice de vazios do solo.determinar o teor de umidade e o índice de vazios do solo.

2) Um recipiente de vidro e uma amostra indeformada de um solo 2) Um recipiente de vidro e uma amostra indeformada de um solo saturado pesaram 68,959g. Depois de seco o peso foi de 62,011g, o saturado pesaram 68,959g. Depois de seco o peso foi de 62,011g, o recipiente de vidro pesa 35,046g e o peso específico dos grãos é recipiente de vidro pesa 35,046g e o peso específico dos grãos é de 2,80 g/cmde 2,80 g/cm33. Determinar o índice de vazios, o teor de umidade e . Determinar o índice de vazios, o teor de umidade e a porosidade da amostra original.a porosidade da amostra original.

3) Uma amostra de areia úmida tem um volume de 464 cm3) Uma amostra de areia úmida tem um volume de 464 cm33 em seu em seu estado natural e um peso de 793,0g. O seu peso seco é 735,0g e estado natural e um peso de 793,0g. O seu peso seco é 735,0g e peso específico dos grãos é 2,68g/cmpeso específico dos grãos é 2,68g/cm33. Determinar o índice de . Determinar o índice de vazios, a porosidade, o teor de umidade e o grau de saturação.vazios, a porosidade, o teor de umidade e o grau de saturação.

4) Dois depósitos arenosos apresentam as seguintes características:4) Dois depósitos arenosos apresentam as seguintes características:

Depósito arenoso A : Depósito arenoso A : máxmáx = 1,2 ; = 1,2 ; minmin = 0,5 e = 0,5 e nat nat =0,6 =0,6

Depósito arenoso B : Depósito arenoso B : máxmáx = 0,9 ; = 0,9 ; minmin = 0,3 e = 0,3 e nat nat =0,6=0,6

Qual depósito é mais compacto ?Qual depósito é mais compacto ?

5) Um corpo de prova cilíndrico de um solo argiloso tinha H= 5) Um corpo de prova cilíndrico de um solo argiloso tinha H= 12,5cm, 12,5cm, = 5,0cm e sua massa era de 478,25g, após secagem = 5,0cm e sua massa era de 478,25g, após secagem passou a 418,32g. Sabendo-se que o peso específico dos grãos é passou a 418,32g. Sabendo-se que o peso específico dos grãos é 2,70g/cm2,70g/cm33, determinar o peso específico aparente seco, índice de , determinar o peso específico aparente seco, índice de vazios, porosidade, grau de saturação e teor de umidade.vazios, porosidade, grau de saturação e teor de umidade.

6) Uma amostra de solo de 1.000,0g com umidade de 16,0% , passou 6) Uma amostra de solo de 1.000,0g com umidade de 16,0% , passou a ter umidade de 26,0% em função da adição de água. Qual a a ter umidade de 26,0% em função da adição de água. Qual a quantidade de água acrescida a esta amostra ?quantidade de água acrescida a esta amostra ?

7) Determinada amostra com peso específico igual à 1,95 g/cm7) Determinada amostra com peso específico igual à 1,95 g/cm33 e e umidade igual à 18,0%, foi deixada ao sol até atingir peso umidade igual à 18,0%, foi deixada ao sol até atingir peso específico igual à 1,80 g/cmespecífico igual à 1,80 g/cm33. Admitindo que não houve variação . Admitindo que não houve variação de volume, qual o novo teor de umidade ?de volume, qual o novo teor de umidade ?

8) Para realização de um aterro serão necessários 50.000 m8) Para realização de um aterro serão necessários 50.000 m3 3 de solo, de solo, peso específico de 1,50 g/cmpeso específico de 1,50 g/cm33 e umidade de 18,0 %. O solo a ser e umidade de 18,0 %. O solo a ser utilizado apresenta peso específico dos grãos igual a 2,80 g/cmutilizado apresenta peso específico dos grãos igual a 2,80 g/cm3 3 e índice de vazios igual a 1. Qual o volume a ser escavado na e índice de vazios igual a 1. Qual o volume a ser escavado na jazida para execução deste aterro?jazida para execução deste aterro?

ReferênciasReferências

VIOLANTE, Vitor Manuel. Apostila: VIOLANTE, Vitor Manuel. Apostila: Mecânica Mecânica dos solos Idos solos I. Marília: Unimar, 2009.. Marília: Unimar, 2009.

CAPUTO, Homero Pinto. CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e Mecânica dos solos e suas aplicaçõessuas aplicações. 6.. 6.ª Rio de Janeiro: LCT, ª Rio de Janeiro: LCT, 1988.1988.

VARGAS, Milton. VARGAS, Milton. Introdução à Mecânica dos Introdução à Mecânica dos solossolos. São Paulo: McGraw-Hill, 1977.. São Paulo: McGraw-Hill, 1977.