Índices Físicos do Solo e Estado das areias e...

Índices Físicos do Soloe

Estado das areias e argilas

Prof.: Marcel Sena [email protected]

Universidade de Várzea

Grande

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Índices Físicos

O solo é um material constituído por um conjunto

de partículas sólidas, deixando entre si vazios que poderão

estar estar parcial ou totalmente preenchidos pela água. É

pois no caso mais geral, um sistema disperso formado por

três fases: sólida, líquida e gasosa.

Elementos Constituintes de um solo

O ESTADO DO SOLOS

Índices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de

três fases:

• Partículas sólidas;

• Água;

•Ar

Comportamento do solo – F(quantidade relativa de cada fase)

3

4

Índices Físicos

É extremamente difícil separar os diferentes estados

em que a água se apresenta nos solos, é, no entanto, de

grande interesse estabelecer uma distinção entre os

mesmos.

A água contida no solo pode ser classificada em:

• Água de constituição

• Água adesiva ou adsorvida

• Água livre

• Água higroscópica

• Água capilar

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Índices Físicos

• Água de constituição – é a que faz parte da estrutura

molecular da partícula sólida;

• Água adesiva ou adsorvida – é aquela 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 todos os seus vazios;

• Água higroscópica – é a que ainda se encontra em um

solo seco ao ar livre.

• Água capilar – é aquela que nos solos de grãos finos

sobe pelos interstícios capilares deixados pela

partículas sólidas, além da superfície livre da água.

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As águas livre, higroscópica e capilar são As águas

livre, higroscópica e capilar são as que podem ser

totalmente evaporadas pelo efeito do calor, a uma

temperatura maior que 100˚ C.

Quanto a fase gasosa, que preenche os vazios das

demais fases, é constituída por ar, vapor d’ água e carbono

combinado .

Índices Físicos

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Índices Físicos

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Os índices e as relações que serão apresentados,

desempenham um importantes papel no estudo das

propriedades dos solos, uma vez que estas dependem dos

seus constituintes e das dependem dos seus constituintes e

das proporções relativa entre eles, assim como da

interação de uma fase sobre as outras.

Índices Físicos

a = w (água)

O ESTADO DO SOLOS

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• dependem do tipo de solo;

• dado em %;

• variam de 10 a 40%

•Argilas orgânicas 140%

100P

Pw

s

w

TEOR DE UMIDADE (w):

Define-se umidade (h) de um solo como sendo a 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.

ÍNDICES FÍSICOS

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Geote

cnia

I

ÍNDICE DE VAZIOS (e):

A razão entre o volume de vazios Vv e o volume Vs da

parte sólida de um solo, Terzaghi introduziu este índice ao

estudar o “fenômeno do adensamento do solo”, pois a

variação de volume, só depende de uma variável Vv, uma

vez que Vs não varia.

• adimensional;

• varia de 0,5 a 1,5;

• argila orgânica (e > 3);

• não é obtido, mas sim calculado;

• não pode ser zero. s

v

V

Ve

ÍNDICES FÍSICOS

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POROSIDADE (n):

É a razão entre o volume de vazios e o

volume total de uma amostra do solo:

• relação entre volume de vazios e volume total

• unidade em (%);

• varia de 30 a 70%;

• não pode ser 0 nem maior que 100%.

100V

Vn v

ÍNDICES FÍSICOS

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GRAU DE SATURAÇÃO (S ou Sr):

• unidade em (%);

• varia de 0 a 100%.

PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS OU SÓLIDOS (γS):

• unidade em (kN/m³);

• varia de 24 a 30 kN/m³;

• determinado em Laboratório

PESO ESPECÍFICO DA ÁGUA (γw):


• função da temperatura;

• valor adotado de 10 kN/m³.

100V

VS

v

w

s

ss

V

P

w

ww

V

P

ÍNDICES FÍSICOS

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PESO ESPECÍFICO NATURAL (γn):



• exceção argilas moles com 14 kN/m³;

• obtido em Laboratório (volume conhecido ou balança

hidrostática)

PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (γd):



• exceção argilas moles com 4 kN/m³.

PESO ESPECÍFICO SATURADO (γsat):


• da ordem de 20 kN/m³.

V

Pn

V

Psd

V

Psatsat

ÍNDICES FÍSICOS

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PESO ESPECÍFICO SUBMERSO (γsub):


• cálculos de tensões efetivas;

• da ordem de 10 kN/m³.

RELAÇÃO ENTRE OS ÍNDICES

Apenas três dos índices apresentados são obtidos diretamente

em laboratório: w, γs e γn .

Os demais são calculados por correlações (equações).

wnatsub

ÍNDICES FÍSICOS

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• Vs = 1

• Vv = e

• Vw = S.e

ÍNDICES FÍSICOS

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RELAÇÕES DIRETAS:

EQUAÇÕES DEDUZIDAS:

e

en

1

( )e

ws

1

1

e

sd

1

e

e wssat

1

w

nd

1

1

d

se

w

s

e

wS

ÍNDICES FÍSICOS

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VALORES TÍPICOS

ÍNDICES FÍSICOS

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TODAS EQUAÇÕES PODEM SER ESCRITAS EM

TERMOS DE MASSA ESPECÍFICA (ρ)

w

s

w

ss ouG

e

G

ou

e

wsd

sd

1

1

( )

( )e

wG

ou

e

w

ws

s

1

1

1

1

e

Gw

ou

e

e

wssat

wssat

1

)1(

1

Densidade relativa:

Adimensional

ÍNDICES FÍSICOS

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Exercício 1: Uma amostra de solo úmido em cápsula de alumínio tem

uma massa de 462g. Após a secagem em estufa se obteve amassa seca

da amostra igual a 364 g. Determinar o teor de umidade do solo

considerando a massa da cápsula se 39 g:

ÍNDICES FÍSICOS

21

Exercício 2: O peso específico natural de um solo

é 16,5 kN/m3. Sabendo que w = 15% e Gs = 2,7,

determine:

a) Peso específico seco

b) Porosidade

c) Grau de saturação

e

en

1( )

e

ws

1

1

e

sd

1

e

e wssat

1

w

nd

1

1d

se

w

s

e

wS

wnatsub

w

s

w

ss ouG

ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE

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O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu

índice de vazios.

• para se saber o estado é necessário comparar o e com relação ao emax e emin .

• emax é obtido colocando-se cuidadosamente o material em um frasco, com

uma queda controlada. Determina-se o peso específico e calcula-se o emax

• emin é obtido vibrando-se a areia dentro de um molde.

Os índices de vazios máximos e mínimos dependem das características das areias.

Descrição da areia emin emax

Areia uniforme de grãos angulares 0,70 1,10

Areia bem graduada de grãos angulares 0,45 0,75

Areia uniforme de grãos arredondados 0,45 0,75

Areia bem graduada de grãos

arredondados

0,35 0,65


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Estando as duas areias com e = 0,65. Qual areia é mais

compacta?

( ) ( )( ) ( )nnn

nnnCRouDr

1

1

minmax

maxmin

minmax

max

ee

eeCRouD nat

r

COMPACIDADE RELATIVA


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Quanto maior o CR, mais compacta é a areia.

CLASSIFICAÇÃO CR

Areia fofa abaixo de 0,33

Areia de compacidade média entre 0,33 e 0,66

Areia compacta acima de 0,66

Areia compacta:

maior resistência;

deformabilidade


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Exercício 2:

No campo obteve-se que um solo arenoso foi

compactado numa massa específica úmida de 1,72

g/cm3 e num teor de umidade de 9,0%. Em

laboratório, determinou-se que Gs = 2,66, emax = 0,82

e emin = 0,42. Pede-se para determinar sua

compacidade relativa quando compactado.

( )e

ws

1

1

e

en

1w

s

e

wS

e

e wssat

1

1d

se

wnatsub

e

sd

1

w

nd

1

w

s

w

ss ouG

minmax

max

ee

eeCR nat

ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA

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SENSITIVIDADE DA ARGILA

A resistência das argilas depende do arranjoentre os grãos e do índice de vazios em que seencontra. Foi observado que, quando sesubmetem certas argilas ao manuseio, a suaresistência diminui, ainda que o índice de vaziosseja mantido constante. Sua consistência após omanuseio (amolgada) pode ser menor do que noestado natural (indeformado). Esse fenômeno,que ocorre de maneira diferente conforme aformação argilosa foi chamado desensitividade da argila


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Característica relacionada a firmeza,

aderência e resistência.

A resistência das argilas é expressa por meio

do ensaio de compressão simples, devido a

isso tem-se:CONSISTÊNCIA RESISTÊNCIA, EM kPa

Muito mole <25

Mole 25 a 50

Média 50 a 100

Rija 100 a 200

Muito rija 200 a 400

Dura >400

Arranjo entre os grãos; Índice de vazios.

Manuseio: Areia se desfaz ≠ Argila consistência


28


adoamo

oindeformad

R

RS

lg

Resistencia da argila natural (Ri) > Resistência de argila amolgada (Ra)

e_i = e_A

Resistência medida pelo ensaio de

compressão simples

- Solos Sedimentares (arranjo estrutural das partículas)

- Solo Residual (características da rocha mãe; ou sais

depositados entre as partículas, causando efeito cimentante

em solos lateríticos)

Deformação específica

Tensão c

isalh

ante


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SENSITIVIDADE CLASSIFICAÇÃO

1 Insensitiva

1 a 2 Baixa sensitividade

2 a 4 Média sensitividade

4 a 8 Sensitiva

>8 Ultra-sensitiva (quick clay)

Indica que se argila vier a sofrer uma ruptura, sua resistência

após esta ocorrência é bem menor.

Baixada Santista → natural aterro de 1,5m → amolgada 0,5m


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Índice de consistência

Estado em f(e) → f (w)

Da mesma forma que o e, por si só das areias não diz nada, o

teor de umidade, por si só, não indica o estado das argilas.

(Limites de consistência)

wp

wp

wL

wL

w

w

Indica a posição relativa da

umidade aos limites de

mudança de estado.

pL

L

ww

wwIC

Argila B

Argila A

Comportamento Semelhante:

Argila A (wL = 80)

Argila B (wL = 50)


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Índice de consistência

CONSISTÊNCIA ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA

Mole < 0,5

Média 0,5 a 0,75

Rija 0,75 a 1,0

Dura > 1,0

Exercício 3: Com os dados de uma argila apresentados a

seguir, determine seu índice de consistência e sua

sensitividade:

◦ wnatural = 50%;

◦ wL = 60%;

◦ wP = 35%;

◦ Rnatural = 82 kPa;

◦ Ramolgado = 28 kPa. pL

L

ww

wwIC

adoamo

oindeformad

R

RS

lg

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