MECÂNICA DOS SOLOSfiles.professor-anderson.webnode.com.br/200000127... · 2015-04-14 · - E a compressão do solo pode provocar a saída de água e ar, reduzindo o volume de vazios

MECÂNICA DOS SOLOS

CURSO DE EDIFICAÇÕES

PROFº ANDERSON ALENCAR

O ESTADO DO SOLO

1 - ÍNDICES FÍSICOS ENTRE AS TRÊS FASES

Num solo, só parte do volume total é ocupado pelas

partículas sólidas, que se acomodam formando uma

estrutura. O volume restante costuma ser chamado

de vazios, embora esteja ocupado por água ou ar.

O ESTADO DO SOLO


Deve-se reconhecer, portanto,que o solo é constituído

de três fases:

Partículas sólidas

Água

Ar

O ESTADO DO SOLO


O comportamento de um solo depende da quantidade

relativa de cada uma das três fases (sólido, água e

ar). Diversas relações são empregadas para

expressar as proporções entre elas.

O ESTADO DO SOLO


Na figura abaixo (a) estão representadas,

simplificadamente, as três fases que normalmente

ocorrem nos solos, ainda que, em alguns casos, todos

os vazios possam estar ocupados pela água.

O ESTADO DO SOLO


Na Figura a seguir (b), as três fases estão separadas

proporcionalmente aos volumes que ocupam,

facilitando a definição e a determinação das relações

entre elas.

Os volumes de cada

fase são apresentados

à esquerda e os pesos

à direita.

O ESTADO DO SOLO


Em princípio, as quantidades de água e ar podem

variar:

- A evaporação pode fazer diminuir a quantidade de

água, substituindo-a por ar;

- E a compressão do solo pode provocar a saída de

água e ar, reduzindo o volume de vazios.

O ESTADO DO SOLO


O solo, no que se refere às partículas que o

constituem, permanece o mesmo, mas seu estado se

altera.

O ESTADO DO SOLO


As diversas propriedades do solo dependem do

estado em que se encontra. Quando diminui o

volume de vazios, por exemplo, a resistência

aumenta.

O ESTADO DO SOLO


Para identificar o estado do solo, empregam-se

índices que correlacionam os pesos e os volumes das

três fases. Estes índices são:

a) Umidade;

b) Índice de vazios;

c) Porosidade;

d) Grau de saturação;

e) Peso específico dos sólidos;

O ESTADO DO SOLO


Para identificar o estado do solo, empregam-se

índices que correlacionam os pesos e os volumes das

três fases. Estes índices são:

f) Peso específico da água;

g) Peso específico natural;

h) Peso específico aparente seco;

i) Peso específico aparente saturado;

j) Peso específico submerso.

O ESTADO DO SOLO


a) Umidade

É a relação entre o peso da água e o peso do solo

úmido (natural), sendo expresso pela letra h (%).

h = Pa x 100

Psu

Pa – Peso da água;

Psu – Peso do solo úmido;

h – Umidade.

O ESTADO DO SOLO


a) Umidade

Para sua determinação, pesa-se o solo no seu estado

natural, seca-se em estufa a 105°C até constância

de peso e pesa-se novamente. Tendo-se o peso das

duas fases, a umidade é calculada.

O ESTADO DO SOLO


a) Umidade

Os teores de umidade dependem do tipo de solo e

situam-se geralmente entre 10 e 40%, podendo

ocorrer valores muito baixos (solos secos) ou muito

altos (150% ou mais).

O ESTADO DO SOLO


b) Índice de vazios

É a relação entre o volume de vazios e o volume de

solo, sendo expresso pela letra e.

e = Vv

Vs

Vv – Volume de vazios;

Vs – Volume de solo;

e – Índice de vazios.

O ESTADO DO SOLO



Não pode ser determinado diretamente, mas é

calculado a partir dos outros índices.

O ESTADO DO SOLO



Costuma se situar entre 0,5 e 1,5. Mas em argilas

orgânicas podem ocorrer com índices de vazios

superiores a 3.

O ESTADO DO SOLO


c) Porosidade

É a relação entre o volume de vazios e o volume de

solo, sendo expresso pela letra n (%).

n = Vv x 100

Vs


Vs – Volume de solo;

n – Porosidade.

O ESTADO DO SOLO


c) Porosidade

Indica a mesma coisa que o índice de vazios. E seus

valores geralmente apresentam-se entre 30 e 70%.

O ESTADO DO SOLO


d) Grau de saturação

É a relação entre o volume de água e o volume de

vazios, sendo expresso pela letra S (%).

S = Va x 100

Vv

Va – Volume de água;


S – Grau de saturação.

O ESTADO DO SOLO


d) Grau de saturação

Não é determinado diretamente, mas calculado.

Varia de zero (solo seco) a 100% (solo saturado).

O ESTADO DO SOLO


e) Peso específico dos solos (ou dos grãos)

É a relação entre o peso do solo e seu volume, sendo expresso pelo símbolo ϒg. Tem como unidade de medida: g/cm³, KN/m³ e Kg/m³.

ϒg = Ps

Vs

Ps – Peso do solo;

Vs – Volume do solo; ϒg – Peso específico do solo.

O ESTADO DO SOLO



Sua determinação é feita em laboratório. Coloca-se

um peso seco conhecido do solo (Pss) num

picnômetro e completa-se com água, determinando

o peso total (Pp+Pss+Pa).

O ESTADO DO SOLO



O peso do picnômetro completado só com água

(Pp+Pa), mais o peso do solo seco, menos o peso do

picnômetro com solo e água, é o peso da água que

foi substituído pelo solo.

O ESTADO DO SOLO



Deste peso, calcula-se o volume de água que foi

substituído pelo solo e que é o volume do solo.

Vs = (Pp + Pa) + (Pss) – (Pp + Ps + Pa)

O ESTADO DO SOLO



Com o peso e o volume, tem-se o peso específico.

ϒg = _ Ps _ (Pp + Pa) + (Pss) – (Pp + Ps + Pa)

O ESTADO DO SOLO



O peso específico 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.

O ESTADO DO SOLO



Os valores situam-se em torno de 27 kN/m³, sendo

este valor adotado quando não se dispõe do valor

específico para o solo em estudo.

O ESTADO DO SOLO



Grãos de quartzo (areia) costumam apresentar

pesos específicos de 26,5 kN/m³ e argilas, em

virtude da deposição de sais de ferro, valores até 30

kN/m³.

O ESTADO DO SOLO


f) Peso específico da água

Embora varie um pouco com a temperatura, adota-

se sempre como igual a 10KN/m³, a não ser em

certos procedimentos de laboratório. O Peso específico da água é expresso pelo símbolo ϒa e tem

como unidade de medida: g/cm³, KN/m³ e Kg/m³).

ϒa = 10 KN/m³

O ESTADO DO SOLO


g) Peso específico natural

É a relação entre o peso total do solo e seu volume total, sendo expresso pelo símbolo ϒnat. Tem como

unidade de medida: g/cm³, KN/m³ e Kg/m³.

ϒnat = Pt

Vt

Pt – Peso total do solo;

Vt – Volume total; ϒ nat – Peso específico natural.

O ESTADO DO SOLO



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 ESTADO DO SOLO



O peso específico natural não varia muito entre os

diferentes solos. Situa-se em torno de 19 e 20

KN/m³ e, por isso, quando não conhecido, é

estimado como igual a 20 KN/m³.

O ESTADO DO SOLO



Caso especiais, como as argilas orgânicas moles,

podem apresentar pesos específicos de 14 KN/m³.

O ESTADO DO SOLO


h) Peso específico aparente seco

É a relação entre o peso do solo seco e o volume total, sendo expresso pelo símbolo ϒseco. Tem como

unidade de medida: g/cm³, KN/m³ e Kg/m³).

ϒseco = Pss

Vt

Pss – Peso do solo seco;

Vt – Volume total; ϒseco – Peso específico aparente seco.

O ESTADO DO SOLO



Corresponde ao peso específico que o solo teria se

viesse a ficar seco, se isto pudesse ocorrer sem que

houvesse variação de volume.

O ESTADO DO SOLO



Não é determinado diretamente em laboratório,

mas calculado a partir do peso específico natural e

da umidade. Situa-se entre 13 e 19 KN/m³ (4 a 5

KN/m³ no caso de argilas orgânicas moles).

O ESTADO DO SOLO


i) Peso específico aparente saturado

É o peso específico do solo se viesse a ficar saturado

e se isto ocorresse sem variação de volume. É de

pouca aplicação prática, servindo para a

programação de ensaios ou a análise de depósitos

de areia que possam vir a se saturar. Expresso pelo símbolo ϒsat, é da ordem de 20 KN/m³.

ϒsat = 20 KN/m³

O ESTADO DO SOLO


j) Peso específico submerso

É o peso específico efetivo do solo quando submerso, sendo expresso pelo símbolo ϒsub. É igual ao peso

específico natural menos o peso específico da água,

portanto com valores da ordem de 10 kN/m³.

ϒ sub = ϒ nat - ϒa

O ESTADO DO SOLO

- IMPORTANTE:

Os pesos específicos tem como unidade: g/cm³ ,

KN/m³ e Kg/m³. E sua relação consiste em:

10 KN/m³

1000 Kg/m³

1 g/cm³

O ESTADO DO SOLO

2 – CÁLCULO DOS ÍNDICES DE ESTADO

Dos índices vistos anteriormente, só três são

determinados diretamente em laboratório, são eles:

- A umidade (h);

- O peso específico dos solos (ϒg) e;

- O peso específico natural (ϒnat).

O ESTADO DO SOLO


Já o peso específico da água é adotado. E os outros

são calculados a partir dos determinados.

O ESTADO DO SOLO


Algumas correlações resultam diretamente da

definição dos índices:

O ESTADO DO SOLO


Outras resultam de fáceis deduções. A seqüência

natural dos cálculos, a partir de valores

determinados em laboratório, ou estimado, é a

seguinte:

EXERCÍCIOS

1. O volume de água em uma amostra úmida de solo é

0, 056 m3. O volume do solo é 0,28 m³. Sabendo-se

que o peso específico dos solos é 2590 kg/m3,

determine o teor de umidade do solo.

2. Areia de quartzo seca tem o peso específico de 1,68

g/cm3. Determine seu peso específico natural quando

o grau de saturação for de 75%. O peso específico dos

grãos para o quartzo é de 2,65 g/cm3.

EXERCÍCIOS

3. Foram realizados ensaios de laboratório, em uma amostra

de solo e determinados os seguintes índices físicos:

- Umidade natural: 15%

- Peso específico dos grãos: 28,8 kN/m³

- Peso específico natural do solo: 19,3 kN/m³

Calcular os demais índices físicos.

4. Para o solo no seu estado natural, com e = 0,80; h = 24% e

ϒg = 2,68 g/cm³:

a) Determine o peso específico natural, seco e o grau de

saturação.

b) E determine o seu peso específico saturado.

EXERCÍCIOS

5. Dados:

- Peso da cápsula + areia úmida = 248,5 g

- Peso da cápsula + areia seca = 231,2 g

- Peso da cápsula = 63,7 g

- Volume da cápsula = 100 cm3

Determinar:

a) Teor de umidade.

b) Peso específico aparente seco.

c) Peso específico natural.

d) Índice de vazios, se o peso específico dos grãos for 2,68 g/cm³.

EXERCÍCIOS

6. Uma amostra de argila saturada com volume de 560 cm3 apresentou peso de 850 g. Após secagem total durante 24h em estufa a 105 °C, o peso resultante foi de 403 g. Estimando-se o peso específico dos grãos igual a 2,70 g/cm³. Determine:

a) Teor de umidade.

b) Índice de vazios.

c) Peso específico natural.

d) Porosidade.

e) Grau de Saturação.

f) Peso específico submerso.

EXERCÍCIOS

7. Para uma amostra de areia argilosa de origem

aluvial do estado de São Paulo foram obtidos os

seguintes resultados: ϒg = 2,72 g/cm³; e = 0,75 e S =

50%. Determine:

a) Teor de umidade.

b) Peso específico natural.

c) Peso específico aparente saturado.

d) Peso específico submerso.

e) Peso específico aparente seco.

EXERCÍCIOS

8. Dados:

- Peso específico natural = 1,76 g/cm³,

- Peso específico dos grãos = 2,70 g/cm³,

- Teor de umidade = 10%.

Calcule os índices abaixo:

a) Peso específico aparente seco.

b) Índice de vazios.

c) Porosidade.

d) Grau de saturação.

e) Peso específico aparente saturado.

FIM

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