Índices Físico do Solo e Estado das areias e...
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Índices Físico do Soloe
Estado das areias e argilas
Prof.: Marcel Sena [email protected]
Disciplina: Mecânica dos solos
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
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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
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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)
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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.
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ÍNDICES FÍSICOS
11
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
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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
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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):
• unidade em (kN/m³);
• função da temperatura;
• valor adotado de 10 kN/m³.
100V
VS
v
w
s
ss
V
P
w
ww
V
P
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ÍNDICES FÍSICOS
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PESO ESPECÍFICO NATURAL (γn):
• unidade em (kN/m³);
• varia de 17 a 21 kN/m³;
• exceção argilas moles com 14 kN/m³;
• obtido em Laboratório (volume conhecido ou balança
hidrostática)
PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (γd):
• unidade em (kN/m³);
• varia de 13 a 19 kN/m³;
• exceção argilas moles com 4 kN/m³.
PESO ESPECÍFICO SATURADO (γsat):
• unidade em (kN/m³);
• da ordem de 20 kN/m³.
V
Pn
V
Psd
V
Psatsat
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ÍNDICES FÍSICOS
15
PESO ESPECÍFICO SUBMERSO (γsub):
• unidade em (kN/m³);
• 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
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ÍNDICES FÍSICOS
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• Vs = 1
• Vv = e
• Vw = S.e
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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
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ÍNDICES FÍSICOS
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VALORES TÍPICOS
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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
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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:
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ÍNDICES FÍSICOS
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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
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ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
22
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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ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
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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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ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
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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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ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
25
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
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ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
26
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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ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
27
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
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ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
28
SENSITIVIDADE DA ARGILA
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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ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
29
SENSITIVIDADE DA ARGILA
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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ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
30
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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ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
31
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