5- NDICES FSICOS

As propriedades ndices permitem indicar o tipo de solo que deve ser utilizado para

cumprir melhor um determinado objetivo. Servem para classific-lo, prever seu

comportamento em determinadas condies, avaliar a aprovao ou descarte de jazidas,

obter parmetros para clculos de presses, permeabilidade, resistncia, etc.

So usados no clculo em todas as reas da Geotecnia: fundaes, dispositivos de

drenagem, estabilidade de taludes, barragens de terra, muros de arrimo, bases e sub-

bases de rodovias e ferrovias, estudo e preveno de acidentes, misturas de materiais e

outros.

Objetivos: Definir ndices fsicos usados em geotecnia. Calcular massas (ou pesos) e

volumes das trs diferentes fases.

Diagrama de Fases

1- Teor de umidade (w)

O teor de umidade (w) a relao entre o peso da gua existente no solo e o peso das

partculas slidas.

Expressa em porcentagem (x100)

Recentemente, tem sido utilizado um outro parmetro para quantificao da quantidade

relativa de gua no solo: o teor de umidade volumtrico (q - teta). O teor de umidade

volumtrico relaciona o volume de gua com o volume total do solo, ou seja, tem-se

quantificada a proporo de gua presente no solo.

2- Porosidade (n)

A porosidade (n) do solo corresponde ao volume do solo no ocupado por partculas

slidas, incluindo todo o espao poroso ocupado pelo ar e gua.

A porosidade total inclui a macroporosidade e a microporosidade. Entre as partculas

maiores, como de areia ou entre agregados, predominam poros grandes (macroporos);

entre partculas pequenas, como a de argila, predominam poros pequenos (microporos).

Os macroporos so responsveis pela aerao, movimentao de gua e penetrao de

razes, e os microporos so responsveis pela reteno de gua no solo.

A porosidade a relao entre o volume de vazios (gua e ar) e o volume total.

V

VW

S

W

M

Mw

Variao: 0 1

Pode ser expressa em porcentagem (x100)

Quando o solo est saturado, o volume de gua iguala-se ao volume de vazios. Quanto

mais poroso for o solo maior ser sua capacidade de infiltrao e menor sua capacidade

de reteno. Neste sentido, este parmetro tem sido largamente utilizado em estudos de

percolao em geotecnia.

3- ndice de vazios (e)

Possui sua magnitude determinada atravs da razo entre o volume de vazios do solo e o

volume das partculas slidas.

No que se refere relevncia para a engenharia, o ndice de vazios de suma

importncia, principalmente, para a avaliao, mesmo que indireta, da resistncia ao

cisalhamento do solo, de seu modelo crtico, estudos de comportamento tenso

deformao, permeabilidade e adensamento. importante destacar que o ndice de

vazios tem aplicao direta, alm do clculo de outros ndices fsicos, no estudo da

densificao de solos.

Quando uma massa de solo diminui de volume, isto se d pela reduo do volume de

vazios, fenmeno conhecido como densificao ou contrao. Uma densificao pode

ser causada por vibrao, em solos no coesivos ou compactao (aplicao de energia)

em solos coesivos. A figura acima ilustra a alterao da estrutura que ocorre na ruptura

de uma massa de solo granular em funo de seu ndice de vazios inicial.

V

Vn V

S

V

V

Ve

4- Grau de Saturao (S)

O grau de saturao (S) representa a porcentagem do volume de vazios do solo que est

preenchida por gua. Quando o solo est com todos os vazios preenchidos por gua

tem-se um solo saturado, ou seja, S=100%. definido como a razo entre o volume de

gua e o volume de vazios existe em uma massa de solo, e comumente expresso em

porcentagem.

Variao: 0 (seco) 1 (saturado)

O grau de saturao influencia a gerao de poropresses e, desta forma, altera as

tenses efetivas existentes, conseqentemente, influi na resistncia ao cisalhamento do

solo.

Quando o solo est no saturado pode haver poropresso negativa, suco. Este

fenmeno de suma importncia para a geotecnia, principalmente no que se refere s

anlises de estabilidade.

medida que se aumenta a saturao de um solo, reduz-se a suco existente e, desta

forma, reduz-se tambm sua resistncia.

5- Peso especfico do solo (g)

O peso especfico do solo g (gama) , por definio, o peso da massa de solo, por

unidade do volume ocupada por esta massa.

V

W

V

VS

VW

Onde: W = peso e V = volume

O peso especfico pode ser calculado com base na expresso apresentada abaixo. Nesta

expresso, S, e, gw e w so: grau de saturao, ndice de vazios, peso especfico da gua

e teor de umidade, respectivamente. G ou Gs o peso especfico relativo ou gravidade

especfica e representa a razo entre o peso especfico dos gros do solo (s) pelo peso

especfico da gua. O peso especfico da gua (w) de 9,81kN/m3 ou 1g/cm3 ou 62,4

lb/ft3 ou 1000 kg/m

3.

Unidade do : kN/m3, Kg/m3, g/cm3, lb/ft3...

O G ou Gs pode ser obtido diretamente atravs do ensaio de massa especfica dos

slidos (NBR 6508).

Para a maioria dos solos varia de 2,65 a 2,85.

Solos com muita matria orgnica pode ser menor que 2 e solos com substncias

pesadas (ferro) pode ser maior que 3.

w

s

sGG

Tem sido comum o uso aproximado do peso especfico dos solos em geotecnia, como

20kN/m3

para solos saturados, 18kN/m3 para solos na umidade natural (peso especfico

natural) e 16kN/m3 para solos secos.

- Peso especfico seco (d): Peso especfico do solo quando ele est seco. Relao entre

o peso seco e o volume.

- Peso especfico saturado (sat): Peso especfico quando o solo est saturado. Relao

entre o peso do solo mais o peso da gua dividido pelo volume.

- Peso especfico submerso (sub): Peso especfico quando o solo est submerso, sendo a

diferena entre o peso especfico saturado e o peso especfico da gua.

g.

Onde:

=densidade especfica

g = acelerao da gravidade

V

M , no qual M = massa e V = volume

- Algumas relaes entre ndices fsicos

Mais relaes, livro DAS (2010).

Densidade relativa ou grau de compacidade

Em areias uma forma de avaliar a densidade atravs do clculo de sua densidade

relativa ou grau de compacidade (DR). Este parmetro traduz o quanto uma areia est

de seu estado mais denso. Assim, para uma densidade relativa igual a 100% a areia

encontra-se no seu estado mais denso possvel e para densidade relativa igual a 0% a

areia encontra-se no seu estado mais fofo possvel.

Referncias

Das, B. M. Fundamentos de Engenharia Geotcnica. So Paulo: Thomson Learning,

2007.

Pinto, C. S. Curso Bsico de Mecnica dos Solos em 16 aulas. 3 edio. So Paulo:

Oficina de textos, 2006.

Ribeiro, S. G. S & Gomes, E. A. S. Classificao dos Solos. Notas de Aula Mestrado

Acadmico NUGEO/UFOP. Ouro Preto, 2010.