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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE TECNOLOGIA

FASES DOS SOLOS - ÍNDICES FÍSICOS

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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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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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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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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 =

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.

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

= ⋅

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

= ⋅

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

= ⋅

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

=

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 =

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 =

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= −

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).

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).

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 +=

+

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

= ⋅

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)

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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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.…