3.1 Fases do Solo O solo é formado pelas três fases físicas sólida, liquida e gasosa, distribuídas em diferentes proporções. Mecânica dos Solos I Índices Físicos dos Solos 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. 1
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 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-P) = Pa/Ps P1 = peso original da amostra + tara; P2 = peso seco da amostra + tara; P = tara da cápsula. Procedimento para Determinação do Teor de Umidade Toma-se uma porção de solo (aprox. 50,0 g), colocando-a numa cápsula de alumínio com tampa; Pesa-se o solo úmido + cápsula (precisão de 0,01g); Leva-se a cápsula destampada a uma estufa até constância de peso (aprox. 6 horas para solos arenosos e 24 horas para solos argilosos); Pesa-se o conjunto solo seco + cápsula. 2
Aparelho Speedy 3.3 Peso Específico Aparente de um Solo ( h 0 ) 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 γ = P t / V t Para determinação de γ,geralmente utiliza-se o método do Frasco de Areia 3.4 Peso Específico Aparente de um Solo Seco (g s ) 3.5 Peso Especifico das partículas ( g g ) γ g = P s / V s γ s = P s / V t γ s = γ / (1+h) P s = peso da substancia sólida; V s = volume da substancia sólida. 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 C. δ = / a sendo γ a = 1,0 g/cm 3 A determinação da densidade relativa é realizada através do método do picnômetro. 3
Método do Picnômetro Método do Picnômetro Material utilizado: 1- Picnômetro (500 ml) 2- Termômetro 3- Bomba a vácuo 4- Balança Procedimento:- - pesa-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 (P2); - mexe-se o Picnômetro, visando eliminar possíveis vazios entre a amostra ; - leva-se a bomba de vácuo 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)) = / a (1) (2) (3) (4) P1 - Balão seco e limpo P2 - Balão + solo P3 - Balão + solo + água P4 - Balão + água 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 4
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: 3.8 Porosidade de um Solo ( ) GC = ( max - nat) / ( max - min) max - obtido vertendo-se simplesmente o material seco num recipiente de volume conhecido e pesando-se. Ps ' v max = Ps ' onde: v = volume do recipiente; P s = peso do material seco; g = peso específico dos grãos. minx - compacta-se o material por vibração ou por socamento dentro do mesmo recipiente. Ps ' ' v minx = Ps ' ' É a relação entre o volume de vazios e o volume total de uma amostra do solo. (%) = V v / V t (x100) = e / (e + 1) 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 3.9 Grau de Saturação de um Solo (S) 3.10 Grau de Aeração É a porcentagem de água contida nos seus vazios, sendo a relação entre o volume de água e o volume de vazios. S (%) = V a / V v ( x100) S e = h A (%) = V ar / V v (x100) A = (V v - V a ) / V v = 1 - S 5
3.11 Peso Específico de um Solo Saturado 3.12 Peso Específico de um Solo Submerso sat = ( + e ) a / (1+ e) Quando o solo é submerso, as partículas sólidas sofrem o empuxo da água, e então : sub = ( - 1 ) a / (1+ e) sub = sat - a Solo Submerso x Solo Saturado Exercícios 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 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 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 saturação. 6
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, = 5,0cm e sua massa era de 478,25g, após 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. 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 50.000 m 3 de solo, peso específico de 1,50 g/cm 3 e umidade de 18,0 %. O solo a ser utilizado apresenta peso específico 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? 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? Referências VIOLANTE, Vitor Manuel. Apostila: Mecânica dos solos I. Marília: Unimar, 2009. CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações. 6.ª Rio de Janeiro: LCT, 1988. VARGAS, Milton. Introdução à Mecânica dos solos. São Paulo: McGraw-Hill, 1977. 7