II - O ESTADO DO SOLO

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1 Notas de Aula de Geotecnia I 1 II - O ESTADO DO SOLO 1 ÍNDICES FÍSICOS ENTRE AS TRÊS FASES Solo Sistema trifásico composto por ar, água e partículas sólidas Figura 2.1 Fases do solo (a) no estado natural (b) separada por volume (c) em função do volume de sólidos 1.1 Relações de Volume a) Porosidade n = V v b) Índice de vazios e = V v V s c) Grau de saturação S = V w V v 1.2 Relação de Massa a) Teor de umidade h = M w M s 1.3 Massas Específicas e Densidade a) Massa específica total γ t = M t

2 Notas de Aula de Geotecnia I 2 b) Massa específica do solo seco γ s = M s c) Massa específica dos grãos sólidos δ = M s V s d) Densidade dos grãos sólidos G = δ γ w w = massa específica da água à 4 o C = 10 kn/m 3 = 1,0 t/m 3 = 1,0 g/cm 3 a) Massa específica submersa sub = t w 1.4 Relações Entre os Índices Físicos Se = Gh e = n 1 n n = e 1 + e M s = M t 1 + h γ s = γ t 1 + h V s = 1 + e γ t = 1 + h 1 + e Gγ G + Se w γ t = 1 + e γ w 1.5 Exercícios 1 - Um cubo de solo indeformado possui Mt= 22 kg e Vt= 12,2 litros. Deste cubo foi extraída uma pequena amostra, para a qual determinou-se: massa úmida = 70 g; massa seca = 58 g e massa específica dos grãos sólidos ( )= 26,7 kn/m 3. Pede-se calcular: a) Teor de umidade b) Massa da parte sólida do cubo c) Massa de água do cubo d) Volume da parte sólida do cubo e) Volume de vazios do cubo f) Porosidade g) Grau de saturação

3 Notas de Aula de Geotecnia I 3 h) Massa específica total i) Quais seriam o teor de umidade e a massa específica se o solo estivesse saturado? 2 - Sabendo-se que a massa específica de um solo é 16 kn/m 3, o teor de umidade 33% e a densidade dos grãos 2,65, pede-se calcular o índice de vazios, a porosidade e o grau de saturação. Qual a quantidade de água é necessária adicionar, por m 3 de solo, para saturá-lo? 2 COMPACIDADE - ESTADO DAS AREIAS O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu índice de vazios. Índice de vazios máximo: se uma areia pura, no estado seco, for colocada cuidadosamente em um recipiente, vertida através de um funil com pequena altura de queda, por exemplo, ela ficará no seu estado mais fofo possível. Pode-se, então, determinar seu peso específico e dele calcular o índice de vazios máximo. Índice de vazios mínimo: vibrando-se uma areia dentro de um molde, ela ficará no seu estado mais compacto possível. A ele corresponde o índice de vazios mínimo. O estado de uma areia, ou sua compacidade, pode ser expresso pelo índice de vazios em que ela se encontra, em relação a estes valores extremos, pelo índice de Compacidade Relativa: CR = e max e nat e max e min Quanto maior a CR, mais compacta é a areia. Terzaghi sugeriu a terminologia apresentada na Tabela 2.1. Tabela 2.1 Em geral, areias compactas apresentam maior resistência e menor deformabilidade. Estas características, entre as diversas areias, dependem também de outros fatores, como a distribuição granulométrica e o formato dos grãos. Entretanto, a compacidade é um fator importante. 3 CONSISTÊNCIA - ESTADO DAS ARGILAS Quando se manuseia uma argila, percebe-se uma certa consistência, ao contrário das areias que se desmancham facilmente. Por esta razão, o estado em que se encontra uma argila costuma ser indicado pela resistência que ela apresenta. A consistência das argilas pode ser quantificada por meio de um ensaio de compressão simples, que consiste na ruptura por compressão de um corpo de prova de argila, geralmente cilíndrico. A carga que leva o corpo de prova à ruptura, dividida pela área deste corpo é denominada resistência à compressão simples da argila. Em função da resistência à compressão simples, a consistência das argilas é expressa pelos termos apresentados na Tabela 2.2.

4 Notas de Aula de Geotecnia I 4 Tabela Sensitividade das Argilas A resistência das argilas depende do arranjo entre os grãos e do índice de vazios em que se encontra. Foi observado que quando se submetem certas argilas ao manuseio, a sua resistência diminui, ainda que o índice de vazios seja mantido constante. Sua consistência após o manuseio (amolgada) pode ser menor do que no estado natural (indeformado). Sensitividade das Argilas: relação entre a resistência no estado natural e a resistência no estado amolgado S = Resistência no estado indeformado Resistência na estado amolgaddo Tabela 2.3

5 Notas de Aula de Geotecnia I Índices de Consistência Para indicar a posição relativa da umidade aos limites de mudança de estado, Terzaghi propôs o índice de consistência, com a seguinte expressão: IC = LL w LL LP Quando o teor de umidade é igual ao LL, IC = O. À medida que o teor de umidade diminui, o IC aumenta, ficando maior do que 1 quando a umidade fica menor do que o LP. Tabela 2.4