Mecânica dos Solos IMecânica dos Solos I

ÍÍndices Fndices Fíísicos dos Solossicos 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 Solo3.2 Teor de Umidade de um Solo

Umidade (h) de um solo Umidade (h) de um solo –– razão entre o peso da razão entre o peso da áágua gua contida num certo volume de solo e o peso da parte contida num certo volume de solo e o peso da parte ssóólida. Existente neste mesmo volume, em lida. Existente neste mesmo volume, em porcentagem.porcentagem.

h(%) = Pa/Ps ( x100)h(%) = Pa/Ps ( x100)h = (P1h = (P1--P2)/(P2P2)/(P2--P) = Pa/Ps P) = Pa/Ps

onde :onde :P1 = peso original da amostra + tara;P1 = peso original da amostra + tara;P2 = peso seco da amostra + tara;P2 = peso seco da amostra + tara;P = tara da cP = tara da cáápsula.psula.

Procedimento para DeterminaProcedimento para Determinaçção do Teor de Umidadeão do Teor de Umidade

�� TomaToma--se uma porse uma porçção de solo (aprox. 50,0 g), colocandoão de solo (aprox. 50,0 g), colocando--a numa ca numa cáápsula de alumpsula de alumíínio nio com tampa;com tampa;

�� PesaPesa--se o solo se o solo úúmido + cmido + cáápsula (precisão de 0,01g);psula (precisão de 0,01g);�� LevaLeva--se a cse a cáápsula destampada a uma estufa atpsula destampada a uma estufa atéé constância de peso (aprox. 6 horas para constância de peso (aprox. 6 horas para

solos arenosos e 24 horas para solos argilosos);solos arenosos e 24 horas para solos argilosos);�� PesaPesa--se o conjunto solo seco + cse o conjunto solo seco + cáápsula.psula.

Aparelho Aparelho SpeedySpeedy

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 Espec3.3 Peso Especíífico Aparente de um Solo ( hfico Aparente de um Solo ( h≠≠≠≠≠≠≠≠0 )0 )

γ = Pt / Vt

Para determinação de γ, geralmente utiliza-se o “método do Frasco de Areia”

3.4 Peso Espec3.4 Peso Especíífico Aparente de um Solo Seco (fico Aparente de um Solo Seco (γγγγγγγγss))))))))

γs = Ps / Vt

γs = γ / (1+h)

3.5 Peso Especifico das part3.5 Peso Especifico das partíículas ( culas ( γγγγγγγγgg))

γγgg = P= Ps s / / VVss

onde :onde :

PPss = peso da substancia s= peso da substancia sóólida;lida;

VVss = volume da substancia s= volume da substancia sóólida. lida.

Densidade Relativa (Densidade Relativa (δδ) das part) das partíículas culas éé a razão entre o peso da parte a razão entre o peso da parte solida dos grãos e o peso de igual volume de solida dos grãos e o peso de igual volume de áágua pura a 4gua pura a 4ºº C. C.

δ = δ = γγgg //γγaa

sendo sendo γγaa = 1,0 g/cm= 1,0 g/cm3 3

A determinaA determinaçção da densidade relativa ão da densidade relativa éé realizada atravrealizada atravéés do s do ““mméétodo do todo do picnômetropicnômetro””..

(1) (2) (3) (4)

Método do Picnômetro

Material utilizado:

1- Picnômetro (500 ml)2- Termômetro3- Bomba a vácuo 4- Balança

MMéétodo do todo do PicnômetroPicnômetro

Procedimento:Procedimento:--

-- pesapesa--se o se o PicnômetroPicnômetro vazio, seco e limpo (P1);vazio, seco e limpo (P1);

-- colocacoloca--se a amostra no se a amostra no PicnômetroPicnômetro (aprox. 80g para solos argiloso e 150g para solos arenosos) (aprox. 80g para solos argiloso e 150g para solos arenosos) e pesae pesa--se (P2);se (P2);

-- mexemexe--se o se o PicnômetroPicnômetro, visando eliminar poss, visando eliminar possííveis vazios entre a amostra ;veis vazios entre a amostra ;

-- levaleva--se a bomba de vse a bomba de váácuo pôr cerca de 10 minutos e continuamos mexendo aleatoriamentecuo pôr cerca de 10 minutos e continuamos mexendo aleatoriamente, ,

-- encheenche--se completamente o se completamente o PicnômetroPicnômetro com com áágua destilada, tampagua destilada, tampa--se o se o PicnômetroPicnômetro;;

-- pesa se o pesa se o PicnômetroPicnômetro (P3);(P3);

-- medimos a temperatura no medimos a temperatura no PicnômetroPicnômetro, pela temperatura , obtemos na curva de calibra, pela temperatura , obtemos na curva de calibraçção o ão o peso do balão mais peso do balão mais áágua (P4)gua (P4)

δ = δ = (P2 (P2 –– P1)/((P4P1)/((P4--P1) P1) -- (P3(P3--P2)) = P2)) = γγgg//γγaa

onde :onde :

P1 P1 -- Balão seco e limpoBalão seco e limpo

P2 P2 -- Balão + soloBalão + solo

P3 P3 -- Balão + solo + Balão + solo + ááguagua

P4 P4 -- Balão + Balão + ááguagua

3.6 3.6 ÍÍndice de Vazios (e)ndice 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)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.

∈max =

g

Ps

g

Psv

γ

γ

'

'−

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.

∈minx =

g

Ps

g

Psv

γ

γ

''

''−

onde : P’s = peso do material seco compactado. Pelo critério visualmente aceito, as areias se classificam em :

fofas ou soltas 0 < GC < 1/3 medianamente compactas 1/3 < GC < 2/3

compactas 2/3 < GC < 1

3.8 Porosidade de um Solo (3.8 Porosidade de um Solo (ηηηηηηηη))

ÉÉ a relaa relaçção entre o volume de vazios e o volume total de ão entre o volume de vazios e o volume total de uma amostra do solo.uma amostra do solo.

ηη (%) = V(%) = Vv v / V/ Vt t (x100)(x100)

ηη = = ee / (/ (ee + 1)+ 1)

3.9 Grau de Satura3.9 Grau de Saturaçção de um Solo (S)ão de um Solo (S)

ÉÉ a porcentagem de a porcentagem de áágua contida nos seus vazios, sendo a relagua contida nos seus vazios, sendo a relaçção entre o ão entre o volume de volume de áágua e o volume de vazios.gua e o volume de vazios.

S (%) = S (%) = VVaa / V/ Vvv ( x100)( x100)

S S ee = h = h δδ

3.10 Grau de Aera3.10 Grau de Aeraççãoão

A (%) = VA (%) = Var ar / V/ Vvv (x100) (x100)

A = (VA = (Vv v -- VVaa) / V) / Vvv = 1 = 1 -- SS

3.11 Peso Espec3.11 Peso Especíífico de um Solo Saturadofico de um Solo Saturado

γγsatsat = (= (δδ + + ee ) ) γγa a / (1+ / (1+ ee) )

3.12 Peso Espec3.12 Peso Especíífico de um Solo Submersofico de um Solo Submerso

Quando o solo Quando o solo éé submerso, as partsubmerso, as partíículas sculas sóólidas sofrem o lidas sofrem o empuxo da empuxo da áágua, e então :gua, e então :

γγsub sub = ( = ( δδ -- 1 ) 1 ) γγa a / (1+ / (1+ ee) )

γγsub sub = = γγsatsat -- γγaa

Solo Submerso x Solo SaturadoSolo Submerso x Solo Saturado

ExercExercíícioscios

�� 1) Uma amostra de solo saturado tem um volume de 0,0283m1) Uma amostra de solo saturado tem um volume de 0,0283m33 e um peso de 57,2kg. e um peso de 57,2kg. O peso especO peso especíífico dos grãos fico dos grãos éé 2,79 t/m2,79 t/m33. Considerando. Considerando--se que os vazios estão se que os vazios estão tomados por tomados por áágua pura, determinar o teor de umidade e o gua pura, determinar o teor de umidade e o ííndice de vazios do solo.ndice de vazios do solo.

�� 2) Um recipiente de vidro e uma amostra 2) Um recipiente de vidro e uma amostra indeformadaindeformada de um solo saturado pesaram de um solo saturado pesaram 68,959g. Depois de seco o peso foi de 62,011g, o recipiente de v68,959g. Depois de seco o peso foi de 62,011g, o recipiente de vidro pesa 35,046g e o idro pesa 35,046g e o peso especpeso especíífico dos grãos fico dos grãos éé de 2,80 g/cmde 2,80 g/cm33. Determinar o . Determinar o ííndice de vazios, o teor de ndice de vazios, o teor de umidade e a porosidade da amostra original.umidade e a porosidade da amostra original.

�� 3) Uma amostra de areia 3) Uma amostra de areia úúmida tem um volume de 464 cmmida tem um volume de 464 cm33 em seu estado natural e em seu estado natural e um peso de 793,0g. O seu peso seco um peso de 793,0g. O seu peso seco éé 735,0g e peso espec735,0g e peso especíífico dos grãos fico dos grãos éé 2,68g/cm2,68g/cm33. . Determinar o Determinar o ííndice de vazios, a porosidade, o teor de umidade e o grau de satndice de vazios, a porosidade, o teor de umidade e o grau de saturauraçção.ão.

4) Dois dep4) Dois depóósitos arenosos apresentam as seguintes caractersitos arenosos apresentam as seguintes caracteríísticas:sticas:

DepDepóósito arenoso A : sito arenoso A : ∈∈mmááxx = 1,2 ; = 1,2 ; ∈∈minmin = 0,5 e = 0,5 e ∈∈natnat =0,6 =0,6

DepDepóósito arenoso B : sito arenoso B : ∈∈mmááxx = 0,9 ; = 0,9 ; ∈∈minmin = 0,3 e = 0,3 e ∈∈natnat =0,6=0,6

Qual depQual depóósito sito éé mais compacto ?mais compacto ?

5) Um corpo de prova cil5) Um corpo de prova cilííndrico de um solo argiloso tinha H= 12,5cm, ndrico de um solo argiloso tinha H= 12,5cm, φφ = 5,0cm e sua = 5,0cm e sua massa era de 478,25g, apmassa era de 478,25g, apóós secagem passou a 418,32g. Sabendos secagem passou a 418,32g. Sabendo--se que o peso se que o peso especespecíífico dos grãos fico dos grãos éé 2,70g/cm2,70g/cm33, determinar o peso espec, determinar o peso especíífico aparente seco, fico aparente seco, ííndice ndice de vazios, porosidade, grau de saturade vazios, porosidade, grau de saturaçção e teor de umidade.ão e teor de umidade.

6) Uma amostra de solo de 1.000,0g com umidade de 16,0% , passou6) Uma amostra de solo de 1.000,0g com umidade de 16,0% , passou a ter umidade de a ter umidade de 26,0% em fun26,0% em funçção da adião da adiçção de ão de áágua. Qual a quantidade de gua. Qual a quantidade de áágua acrescida a esta gua acrescida a esta amostra ?amostra ?

7) Determinada amostra com peso espec7) Determinada amostra com peso especíífico igual fico igual àà 1,95 g/cm1,95 g/cm33 e umidade igual e umidade igual àà 18,0%, 18,0%, foi deixada ao sol atfoi deixada ao sol atéé atingir peso especatingir peso especíífico igual fico igual àà 1,80 g/cm1,80 g/cm33. Admitindo que não . Admitindo que não houve variahouve variaçção de volume, qual o novo teor de umidade ?ão de volume, qual o novo teor de umidade ?

8) Para realiza8) Para realizaçção de um aterro serão necessão de um aterro serão necessáários 50.000 mrios 50.000 m3 3 de solo, peso especde solo, peso especíífico de fico de 1,50 g/cm1,50 g/cm33 e umidade de 18,0 %. O solo a ser utilizado apresenta peso espe umidade de 18,0 %. O solo a ser utilizado apresenta peso espececíífico dos fico dos grãos igual a 2,80 g/cmgrãos igual a 2,80 g/cm3 3 e e ííndice de vazios igual a 1. Qual o volume a ser escavado na ndice de vazios igual a 1. Qual o volume a ser escavado na jazida para execujazida para execuçção deste aterro?ão deste aterro?

ReferênciasReferências

�� VIOLANTE, Vitor Manuel. VIOLANTE, Vitor Manuel. ApostilaApostila: : MecânicaMecânicados solos Idos solos I. . MarMaríílialia: : UnimarUnimar, 2009., 2009.

�� CAPUTO, CAPUTO, HomeroHomero Pinto. Pinto. MecânicaMecânica dos solos dos solos e e suassuas aplicaaplicaççõesões. 6.. 6.ªª Rio de Janeiro: LCT, Rio de Janeiro: LCT, 1988.1988.

�� VARGAS, Milton. VARGAS, Milton. IntroduIntroduççãoão àà MecânicaMecânica dos dos solossolos. São Paulo: McGraw. São Paulo: McGraw--Hill, 1977.Hill, 1977.