Mecânica dos Solos I
Índices Físicos dos Solos
•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 Solo
Umidade (h) de um solo – razão entre o peso da água
contida num certo volume de solo e o peso da parte
sólida. Existente neste mesmo volume, em
porcentagem.
h(%) = Pa/Ps ( x100)
h = (P1-P2)/(P2-P) = Pa/Ps
onde :
P1 = peso original da amostra + tara;
P2 = peso seco da amostra + tara;
P = tara da cápsula.
Procedimento para Determinação do Teor de Umidade
Toma-se uma porção de solo (aprox. 50,0 g), colocando-a numa cápsula de alumínio
com tampa;
Pesa-se o solo úmido + cápsula (precisão de 0,01g);
Leva-se a cápsula destampada a uma estufa até constância de peso (aprox. 6 horas para
solos arenosos e 24 horas para solos argilosos);
Pesa-se o conjunto solo seco + cápsula.
Aparelho 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 Solo ( h≠0 )
γ = Pt / Vt
Para determinação de γ, geralmente utiliza-se o “método do Frasco de Areia”
3.4 Peso Específico Aparente de um Solo Seco (γs)
γs = Ps / Vt
γs = γ / (1+h)
3.5 Peso Especifico das partículas ( γg)
γg = Ps / Vs
onde :
Ps = peso da substancia sólida;
Vs = volume da substancia sólida.
Densidade Relativa (δ) 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.
δ = γg /γa
sendo γa = 1,0 g/cm3
A determinação da densidade relativa é realizada através do “método do
picnômetro”.
Método do Picnômetro
Material utilizado:
1- Picnômetro (500 ml)
2- Termômetro
3- Bomba a vácuo
4- Balança
(1)
(2)
(3)
(4)
Método do Picnômetro
Procedimento:Procedimento:- pesapesa-se o Picnômetro vazio, seco e limpo (P1);
- colocacoloca-se a amostra no Picnômetro (aprox. 80g para solos argiloso e 150g para solos arenosos)
e pesapesa-se (P2);
- mexemexe-se o Picnômetro,
Picnômetro, visando eliminar possí
possíveis vazios entre a amostra ;
- levaleva-se a bomba de vá
vácuo pôr cerca de 10 minutos e continuamos mexendo aleatoriamente,
aleatoriamente,
- encheenche-se completamente o Picnômetro com água destilada, tampatampa-se o Picnômetro;
Picnômetro;
- pesa se o Picnômetro (P3);
- medimos a temperatura no Picnômetro,
Picnômetro, pela temperatura , obtemos na curva de calibraç
calibração o
peso do balão mais água (P4)
δ = (P2 – P1)/((P4P1)/((P4-P1) - (P3(P3-P2)) = γg/γa
onde :
P1 - Balão seco e limpo
P2 - Balão + solo
P3 - Balão + solo + água
P4 - Balão + água
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 (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.
Ps '
v −
γg
∈max =
Ps '
γg
onde:
v = volume do recipiente;
P’s = peso do material seco;
γg = peso específico dos grãos.
∈minx - compacta-se o material por vibração ou por socamento dentro do mesmo
recipiente.
Ps ' '
v −
γg
∈minx =
Ps ' '
γg
onde :
P’s = peso do material seco compactado.
Pelo critério visualmente aceito, as areias se classificam em :
fofas ou soltas
medianamente compactas
compactas
0 < GC < 1/3
1/3 < GC < 2/3
2/3 < GC < 1
3.8 Porosidade de um Solo (η)
É a relação entre o volume de vazios e o volume total de
uma amostra do solo.
η (%) = Vv / Vt (x100)
η = e / (e + 1)
3.9 Grau de Saturação de um Solo (S)
É a porcentagem de água contida nos seus vazios, sendo a relação entre o
volume de água e o volume de vazios.
S (%) = Va / Vv ( x100)
Se = hδ
3.10 Grau de Aeração
A (%) = Var / Vv (x100)
A = (Vv - Va) / Vv = 1 - S
3.11 Peso Específico de um Solo Saturado
γsat = (δ + e ) γa / (1+ e)
3.12 Peso Específico de um Solo Submerso
Quando o solo é submerso, as partículas sólidas sofrem o
empuxo da água, e então :
γsub = ( δ - 1 ) γa / (1+ e)
γsub = γsat - γa
Solo Submerso x Solo Saturado
Exercícios
1) Uma amostra de solo saturado tem um volume de 0,0283m3 e um peso de 57,2kg.
O peso específico dos grãos é 2,79 t/m3. Considerando-se que os vazios estão
tomados por água pura, determinar o teor de umidade e o índice de vazios do 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 recipiente de vidro pesa 35,046g e o
peso específico dos grãos é de 2,80 g/cm3. Determinar o índice de vazios, o teor de
umidade e a porosidade da amostra original.
3) Uma amostra de areia úmida tem um volume de 464 cm3 em seu estado natural e
um peso de 793,0g. O seu peso seco é 735,0g e peso específico dos grãos é 2,68g/cm3.
Determinar o índice de vazios, a porosidade, o teor de umidade e o grau de saturação.
4) Dois depósitos arenosos apresentam as seguintes características:
Depósito arenoso A : ∈máx = 1,2 ; ∈min = 0,5 e ∈nat =0,6
Depósito arenoso B : ∈máx = 0,9 ; ∈min = 0,3 e ∈nat =0,6
Qual depósito é mais compacto ?
5) Um corpo de prova cilíndrico de um solo argiloso tinha H= 12,5cm, φ = 5,0cm e sua
massa era de 478,25g, após secagem passou a 418,32g. Sabendo-se que o peso
específico dos grãos é 2,70g/cm3, determinar o peso específico aparente seco, índice
de vazios, porosidade, grau de saturação e teor de umidade.
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 quantidade de água acrescida a esta
amostra ?
7) Determinada amostra com peso específico igual à 1,95 g/cm3 e umidade igual à 18,0%,
foi deixada ao sol até atingir peso específico igual à 1,80 g/cm3. Admitindo que não
houve variação de volume, qual o novo teor de umidade ?
8) Para realização de um aterro serão necessários 50.000 m3 de solo, peso específico de
1,50 g/cm3 e umidade de 18,0 %. O solo a ser utilizado apresenta peso específico dos
grãos igual a 2,80 g/cm3 e índice de vazios igual a 1. Qual o volume a ser escavado na
jazida para execução deste aterro?
Referências
VIOLANTE, Vitor Manuel. Apostila: Mecânica
dos solos I. Marília: Unimar, 2009.
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos
e suas aplicações. 6.ª Rio de Janeiro: LCT,
1988.
VARGAS, Milton. Introdução à Mecânica dos
solos. São Paulo: McGraw-Hill, 1977.