Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 5)

Transcrição

1 1 Noas d aulas d Mcânica dos olos I (par 5) Hlio Marcos Frnands iana Tma: Índics físicos do solo Conúdo da par 5 1 Inrodução 2 Ddução dos índics físicos do solo 3 Limis d variação dos índics físicos d acordo com Buno ilar (1980) 4 Classificação da água conida no solo 5 Rlaçõs nr os divrsos índics físicos do solo, quando s 1 6 Rlação nr o pso spcífico naural o pso spcífico sco 7 Rlação xisn nr o pso do solo úmido o pso do solo sco 8 Rlaçõs nr os divrsos índics físicos do solo, quando 1

2 2 1 Inrodução O solo na naurza é formado por 3 (rês) fass físicas, as quais são: fas sólida, fas líquida fas gasosa. O solo é formado por parículas sólidas por vazios, os quais podm sar prnchidos pla água /ou ar. Os índics físicos do solo são rlaçõs nr as divrsas fass do solo (fas sólida, fas líquida fas gasosa) m rmos d psos volums. Os índics físicos procuram caracrizar as condiçõs m qu o solo s nconra. 2 Ddução dos índics físicos A Figura 2.1a aprsna um lmno (ou pquna par) d solo consiuído das 3 (rês) fass, al como ocorr na naurza. A Figura 2.1b mosra um squma do lmno d solo, para mlhor visualização para faciliar as dduçõs dos índics físicos do solo. Figura Elmno d solo suas pars consiuins m mos d psos volums OB(s). a) Um lmno d solo pod sr comprndido como uma amosra, ou uma pquna par d um maciço rroso; b) Maciço rroso pod sr comprndido como uma camada d solo d grands dimnsõs.

3 3 i) orosidad (n) orosidad do solo é a rlação nr o volum d vazios o volum oal da amosra d solo. n porosidad (%); volum d vazios da amosra; volum oal da amosra. ii) Índic d vazios () n (2.1) Índic d vazios é a rlação nr o volum d vazios o volum d sólidos da amosra d solo. índic d vazios; volum d vazios; volum d sólidos. (2.2) iii) Grau d sauração (r) Grau d sauração é a rlação nr o volum d água o volum d vazios prsns na amosra d solo. r grau d sauração (%); volum d água; volum d vazios. r (2.3) iv) Tor d umidad () Tor d umidad é a rlação mais usada na mcânica dos solos; Tor d umidad é a rlação nr o pso da água o pso dos sólidos do solo. or d umidad (%); pso da água; pso dos sólidos. (2.4)

4 4 v) so spcífico naural () so spcífico naural é a rlação nr o pso oal do lmno d solo o volum oal do lmno d solo. pso spcífico naural; pso oal do lmno d solo; volum oal do lmno d solo. OB(s). a) od-s considrar ar 0,00 kgf; Enão, + ; b) 1 kgf 10 N (2.5) vi) so spcífico dos sólidos ( ) so spcífico dos sólidos é a rlação nr o pso dos sólidos o volum dos sólidos do lmno d solo. pso spcífico dos sólidos; pso dos sólidos; volum dos sólidos. vii) so spcífico da água ( w ) (2.6) so spcífico da água é a rlação nr o pso da água o volum da água do lmno d solo. w pso spcífico da água; pso da água; volum da água. (2.7) OB(s). a) Na maioria dos casos práicos da Engnharia pod-s omar w 1,00 g/cm 3 ; b) 1 g 1 gf (grama força).

5 5 3 Limis d variação dos índics físicos d acordo com Buno ilar (1980) D acordo com Buno ilar (1980), os índics físicos do solo variam nr os sguins limis: 1,00 < < 2,50 g/cm 3 2,50 < < 3,00 g/cm 3 0 < < 20 0 < n < 100% 0 < < 1500% 4 Classificação da água conida no solo A água conida no solo pod sr classificada m: i) Água d consiuição é a água qu faz par da sruura molcular da parícula sólida. ii) Água adsiva ou água adsorvida é a plícula d água qu nvolv adr formn à parícula sólida d solo. iii) Água livr é a água qu prnch odos os vazios do solo, o sudo da água livr é fundamnado nas lis da hidráulica. A água livr ocorr m solos abaixo do nívl d água do lnçol fráico. iv) Água higroscópica é a água qu s nconra m um solo sco ao ar livr. v) Água capilar é a água qu nos grãos finos sob, além da suprfíci do nívl d água do lnçol fráico, plos inrsícios capilars dixados plas parículas sólidas dos solos finos. OB(s). a) Inrsícios capilars são os pqunos vazios xisns nr os grãos dos solos finos; b) As águas livr, higroscópica, capilar são as águas qu são lvadas m cona na drminação do or d umidad do solo (), qu podm sr oalmn vaporadas a uma mpraura maior qu 100 o C. A Figura 4.1 ilusra as águas livr, capilar adsiva prsns no solo.

6 6 Figura Águas livr, capilar adsiva prsns no solo 5 Rlaçõs nr os divrsos índics físicos do solo, quando s 1 A Figura 5.1 mosra o lmno d solo suas pars consiuins m rmos d volums psos, considrando-s o pso do ar como dsprzívl. Figura Elmno d solo suas pars consiuins m rmos d volums psos, considrando-s o pso do ar como dsprzívl

7 7 Na Figura 5.1 m-s qu: volum oal da amosra; volum d vazios da amosra; ar volum d ar da amosra; volum d água na amosra; volum d sólidos da amosra; pso oal da amosra; pso d água da amosra; pso d sólidos da amosra. OB. O símbolo é a lra grga gama. Fazndo 1, obém-s o qu s sgu: i) Como por dfinição:, não:, pois 1 pso spcífico dos sólidos; pso d sólidos da amosra; volum d sólidos da amosra. ii) Como por dfinição:, não:, pois 1 índic d vazios; volum d vazios da amosra; volum d sólidos da amosra. iii) Como por dfinição: r, não: r., pois (vja im ii) r grau d sauração; volum d água na amosra; volum d vazios da amosra; índic d vazios.

8 8 iv) Como por dfinição:, não:.r., pois r. (vja im iii) pso spcífico da água; pso d água da amosra; volum d água na amosra; r grau d sauração; índic d vazios. Com bas na rlação nr os índics físicos, s 1, não o lmno d solo passa a sr rprsnado como mosra a Figura 5.2. Figura Elmno d solo com volums psos, quando 1 volum oal da amosra; volum d sólidos da amosra; volum d vazios da amosra; índic d vazios; r grau d sauração; pso spcífico dos sólidos; pso spcífico da água; pso oal da amosra; pso d água da amosra; pso d sólidos da amosra.

9 9 A parir dos dados da Figura 5.2, quando 1, é possívl obr novas rlaçõs nr os índics físicos; como s sgu: a) r.. (5.1) or d umidad; índic d vazios; r grau d sauração; pso spcífico da água; pso spcífico dos sólidos; pso d água da amosra; pso d sólidos da amosra. b) n (5.2) 1+ n porosidad; volum d vazios da amosra; volum oal da amosra; índic d vazios. c) + r.. w (5.3) 1+ pso spcífico naural do solo; pso oal da amosra; volum oal da amosra; índic d vazios; r grau d sauração; pso spcífico da água; pso spcífico dos sólidos.

10 10 d) so spcífico saurado ( AT ) Quando odos os vazios do solo são prnchidos com água, ou sja, r 100% ou r 1; Enão, o pso spcífico do solo passa a sr dfinido como pso spcífico saurado, é xprsso pla sguin quação: AT pso spcífico saurado; índic d vazios; pso spcífico da água; pso spcífico dos sólidos.. AT (5.4) ) so spcífico sco ( d ) Quando o solo s nconra complamn sco, ou sja, r 0%, sm nnhuma água m sus vazios; Enão o pso spcífico do solo passa a sr dfinido como pso spcífico sco, é xprsso pla sguin quação: +..0 d (5.5) d pso spcífico sco da amosra; índic d vazios da amosra; pso spcífico dos sólidos da amosra. 6 Rlação nr o pso spcífico naural o pso spcífico sco Com bas na Figura 5.2, m-s qu o pso spcífico do solo () pod sr rprsnado pla sguin quação: +..r..r + (5.6) pso spcífico naural da amosra; r grau d sauração da amosra; índic d vazios da amosra; pso spcífico da água da amosra; pso spcífico dos sólidos da amosra.

11 11 Da q.(5.1), m-s qu:.. r... r (5.7) ubsiuindo a q.(5.7) na q.(5.6), m-s qu: Raprsnação da q.(5.6):..r + (5.6) Enão, s obém: logo:.(1 + ) (5.8) 1 + ubsiuindo-s a q. (5.5) na q. (5.8), m-s qu: Raprsnação da q. (5.5): d 1+ (5.5) Enão, s obém: pso spcífico naural; d pso spcífico sco da amosra; or d umidad do solo. d.(1 + ) (5.9) OB. A q. (5.9) é muio usada nos nsaios d compacação d solos.

12 12 7 Rlação xisn nr o pso do solo úmido o pso do solo sco Como o pso spcífico naural (), o pso spcífico sco ( d ) do solo, s rlacionam com o volum oal ( ) da amosra d solo, não é possívl colocar a q.(5.9) m rmos do pso úmido do pso sco; como aprsnado a sguir: Rprsnação da q. (5.9): d.(1 + ) (5.9) forma: Considrando-s o volum oal ( ), a q. (5.9) pod sr scria da sguin d.(1 + ) Enão, s obém:.(1 ) (5.10) d + m qu pso oal da amosra; d pso da amosra sca; or d umidad da amosra. 8 Rlaçõs nr os divrsos índics físicos do solo, quando 1 Fazndo 1, obém-s o qu s sgu: i) Como por dfinição: n, não: n, pois 1 n porosidad; volum oal da amosra; volum d vazios da amosra.

13 13 ii) Como por dfinição: r, não: r.n, pois n r grau d sauração; volum d vazios da amosra; volum d água na amosra; n porosidad. iii) Como por dfinição: +, não: como: 1 n, logo: 1 n volum d sólidos da amosra; volum oal da amosra; volum d vazios da amosra; n porosidad. iv) Como por dfinição:, não:. Logo:.(1 n), pois 1-n (vja im iii) pso d sólidos da amosra; pso spcífico dos sólidos; n porosidad; volum d sólidos da amosra.

14 14 v) Como por dfinição:, não:. Logo:.r.n, pois r.n (vja im ii) pso d água da amosra; pso spcífico da água; r grau d sauração; n porosidad. Com bas na rlação nr os índics físicos, s 1, não o lmno d solo srá rprsnado como mosra a Figura 8.1. Figura Elmno d solo com volums psos, quando 1 volum oal da amosra; volum d sólidos da amosra; volum d vazios da amosra; pso spcífico dos sólidos; pso spcífico da água; r grau d sauração; n porosidad; pso oal da amosra; pso d água da amosra; pso d sólidos da amosra.

15 15 A parir da Figura 8.1, é possívl obr novas rlaçõs nr os índics físicos, como s sgu: a) n (8.1) 1 n índic d vazios; volum d vazios da amosra; volum d sólidos da amosra; n porosidad. b).r.n (8.2).(1 n) or d umidad; pso d água da amosra; pso d sólidos da amosra; r grau d sauração; n porosidad; pso spcífico da água; pso spcífico dos sólidos. c).r.n +.(1 n) (8.3) pso spcífico naural; pso oal da amosra; volum oal da amosra; r grau d sauração; n porosidad; pso spcífico da água; pso spcífico dos sólidos. Rfrências Bibliográficas BUENO, B..; ILAR, O. M. Mcânica dos solos. Aposila 69. içosa - MG: Univrsidad Fdral d içosa, p. CAUTO, H.. Mcânica dos solos suas aplicaçõs (fundamnos). ol d., Rio d Janiro - RJ: Livros Técnicos Ciníficos Ediora. A., p. (Bibliografia rincipal) CRAIG, R. F. Mcânica dos solos. 7. d., Rio d Janiro - RJ: LTC - Livros Técnicos Ciníficos