Mecânica dos Solos I

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1 Mecânica dos Solos I Índices Físicos F dos Solos

2 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.

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5 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.

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7 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 P2)/(P2-P) P) = Pa/Ps onde : P1 = peso original da amostra + tara; P2 = peso seco da amostra + tara; P = tara da cápsula. c

8 Procedimento para Determinação do Teor de Umidade Toma-se uma porção de solo (aprox. 50,0 g), colocando-a a numa cápsula c de alumínio com tampa; Pesa-se se o solo úmido + cápsula c (precisão de 0,01g); Leva-se a cápsula c destampada a uma estufa até constância de peso (aprox. 6 horas para solos arenosos e 24 horas para solos argilosos); Pesa-se se o conjunto solo seco + cápsula. c

9 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

10 3.3 Peso Específico Aparente de um Solo ( h 0 h 0 ) γ = P t / V t Para determinação de γ, geralmente utiliza-se o método do Frasco de Areia

11 3.4 Peso Específico Aparente de um Solo Seco (γ( s ) γ s = P s / V t γ s = γ / (1+h)

12 3.5 Peso Especifico das partículas ( γ g ) γ g = P s / V s onde : P s = peso da substancia sólida; s V s = volume da substancia sólida. s 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 4 C. δ = γ g /γ a sendo γ a = 1,0 g/cm 3 A determinação da densidade relativa é realizada através s do método do picnômetro.

13 Método do Picnômetro Material utilizado: 1- Picnômetro (500 ml) 2- Termômetro 3- Bomba a vácuo 4- Balança (1) (2) (3) (4)

14 Método do Picnômetro Procedimento:- - pesa-se se o Picnômetro vazio, seco e limpo (P1); - coloca-se a amostra no Picnômetro (aprox. 80g para solos argiloso e 150g para solos arenosos) e pesa-se se (P2); - mexe-se o Picnômetro,, visando eliminar possíveis vazios entre a amostra ; - leva-se a bomba de vácuo v pôr cerca de 10 minutos e continuamos mexendo aleatoriamente, - enche-se completamente o Picnômetro com água destilada, tampa-se o Picnômetro; - pesa se o Picnômetro (P3); - medimos a temperatura no Picnômetro,, pela temperatura, obtemos na curva de calibração o peso do balão mais água (P4) δ = (P2 P1)/((P4-P1) - (P3-P2)) P2)) = γ g /γ a onde : P1 - Balão seco e limpo P2 - Balão + solo P3 - Balão + solo + água P4 - Balão + água

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16 3.6 Índice de Vazios (e) É a razão entre o volume de vazio (V v ) e a volume da parte sólida do solo (V s ) e = V v / V s

17 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 γ g max = Ps ' γ g onde: v = volume do recipiente; P s = peso do material seco; γ g = peso específico dos grãos. minx - compacta-se o material por vibração ou por socamento dentro do mesmo recipiente. Ps ' ' v γ g minx = Ps ' ' γ g 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

18 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 (%) = V / V v t (x100) η = e / (e( + 1)

19 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 (%) = V / V a v ( x100) S e = h δ

20 3.10 Grau de Aeração A (%) = V ar / V (x100) v A = (V v - V a ) / V v = 1 - S

21 3.11 Peso Específico de um Solo Saturado γ = sat (δ( + e ) γ / a (1+ e)

22 3.12 Peso Específico de um Solo Submerso Quando o solo é submerso, as partículas sólidas s sofrem o empuxo da água, e então : γ sub = ( δ - 1 ) γ a / (1+ e) γ sub = γ sat - γ a

23 Solo Submerso x Solo Saturado

24 Exercícios cios 1) Uma amostra de solo saturado tem um volume de 0,0283m 3 e um peso de 57,2kg. O peso específico dos grãos é 2,79 t/m 3. Considerando-se 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 v pesa 35,046g e o peso específico dos grãos é de 2,80 g/cm 3. 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 cm 3 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/cm 3. Determinar o índice de vazios, a porosidade, o teor de umidade e o grau de satura uração.

25 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 s secagem passou a 418,32g. Sabendo-se que o peso específico dos grãos é 2,70g/cm 3, 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?

26 7) Determinada amostra com peso específico igual à 1,95 g/cm 3 e umidade igual à 18,0%, foi deixada ao sol até atingir peso específico igual à 1,80 g/cm 3. Admitindo que não houve variação de volume, qual o novo teor de umidade? 8) Para realização de um aterro serão necessários m 3 de solo, peso específico de 1,50 g/cm 3 e umidade de 18,0 %. O solo a ser utilizado apresenta peso espec ecífico dos grãos igual a 2,80 g/cm 3 e índice de vazios igual a 1. Qual o volume a ser escavado na jazida para execução deste aterro?

27 Referências VIOLANTE, Vitor Manuel. Apostila: Mecânica dos solos I. I Marília lia: Unimar,, CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações ões.. 6.ª Rio de Janeiro: LCT, VARGAS, Milton. Introdução à Mecânica dos solos.. São Paulo: McGraw-Hill, 1977.