Mecânica dos Solos - Aula 02: Índices Físicos

Mecânica dos Solos AULA 02 TEMA ÍNDICES FÍSICOS Profa Ingrid Milena Reyes Martinez Belchior ingridbelchior17gmailcom 2 Índices Físicos 21 Relações de volume 22 Relações de pesovolume 23 Densidade relativa 24 Ensaios de laboratório Programa de Aula Solo Seco Solo Saturado Solo parcialmente saturado 21 RELAÇÕES DE VOLUME Volume total 𝑉 𝑉𝑠 𝑉𝑣 𝑉 𝑉𝑠 𝑉𝑤 𝑉𝑎 Volume de vazios 𝑉𝑣 𝑉𝑤 𝑉𝑎 Volume de sólidos 𝑉𝑠 Relações de Volume Relações de Volume Índice de vazios e Porosidade n Saturação S 𝑒 𝑉𝑣 𝑉𝑠 𝑛 𝑉𝑣 𝑉 𝑥100 𝑆 𝑉𝑤 𝑉𝑣 𝑥100 Não pode ser determinado diretamente Varia de 05 a 15 geralmente Argilas orgânicas podem chegar a 3 Varia entre 30 e 70 Determinação feita em função de e 𝑛 𝑒 1 𝑒 Não pode ser determinado diretamente Varia entre 0 solo seco e 100 solo saturado 22 RELAÇÕES DE PESOVOLUME Peso Total 𝑊 𝑊𝑠 𝑊𝑤 Lembrar que 𝑊 981𝑥103 x massa kg 𝑘𝑁 Supõese que o ar não tem peso Relações de PesoVolume Umidade 𝑤 Peso específico aparente 𝛾 Peso específico seco 𝛾𝑑 𝑤 𝑊𝑤 𝑊𝑠 𝑥100 𝛾 𝑊 𝑉 𝛾𝑑 𝑊𝑠 𝑉 𝛾 1 𝑤 Não pode ser determinado diretamente Determinação em laboratório e em campo Situase geralmente entre 10 e 40 mas podem acontecer valores muito altos w150 Peso específico úmido peso específico natural peso específico total Varia de 14 kNm3 argilas moles a 21 kNm3 DNERME 09294 Situase entre 13 e 19 kNm3 5 a 7 kNm3 no caso de argilas orgânicas moles Relações de PesoVolume httpswwwyoutu becomwatchvy 5xsgQzmT4c httpswwwyoutub ecomwatchvPda hNbLXyOM httpswwwyoutubecom watchvllDnfPclwxo Porosidade n Índice de Vazios e Classificação 50 1 Muito alta 5045 1 080 Alta 4535 080 055 Média 3530 055 043 Baixa 30 043 Muito Baixa Grau de Saturação S Classificação 0 025 Naturalmente seco 025 050 Úmido 050 080 Muito úmido 080 095 Altamente saturado 095 1 Saturado Relações de PesoVolume Peso específico saturado 𝛾𝑠𝑎𝑡 Peso específico submerso 𝛾 𝛾𝑠𝑎𝑡 𝐺𝑠 𝑒 1 𝑒 𝛾𝑤 𝛾𝑠𝑎𝑡 𝑊𝑠 𝛾𝑤𝑉𝑣 𝑉 𝛾 𝛾𝑠𝑎𝑡 𝛾𝑤 Desconta o empuxo da água Todo solo submerso está saturado Densidade da massa da amostra retirada abaixo do nível do lençol freático Saturação 100 Relações de PesoVolume Relações de PesoVolume Peso específico dos sólidos 𝛾𝑠 Densidade real dos grãos ou massa específica dos sólidosGs 𝛾𝑠 𝑊𝑠 𝑉𝑠 𝐺𝑠 𝑊𝑠 𝑉𝑠𝛾𝑤 Mostra quanto os sólidos pesam em comparação com o peso da água O peso do volume de sólidos Vs é comparado com o do mesmo volume de água Ensaio do Picnometro httpswwwyoutubecomwatchvMwpc0RNNkgA Relações de PesoVolume Fonte Das 2019 Relações de PesoVolume Disponível em MECÂNICA dos solos Porto Alegre SER SAGAH 2016 1 recurso online ISBN 9788569726975 Principais relações entre os índices físicos do solo Relações de PesoVolume Tabela 31 Diversas formas de relações para γ γd e γsat Peso específico natural γ Dado Relação w Gs e 1 wGsγw 1 e S Gs e Gs Seγw 1 e w Gs S 1 wGsγw 1 wGs S w Gs n Gsγw1 n1 w S Gs n Gsγw1 n nSγw Gs n Gs w S Gsγw 1 wGs S e w wsat e wsat 1 wsat 1 e γw n wsat n 1 wsat γw γd e γd e 1 e γw γd n γd nγw γd GS 1 1 Gs γd γw γd wsat γd1 wsat 𝐷𝑟 𝑒𝑚𝑎𝑥 𝑒 𝑒𝑚𝑎𝑥 𝑒𝑚𝑖𝑛 Solo Granular areia Varia de 0 para solos muito fofos até 100 para solos muito compactos Solto Denso Densidade relativa Dr ou índice de densidade ou compacidade relativa 𝑒 índice de vazios in situ 𝑒𝑚𝑎𝑥 índice de vazios do solo no estado mais fofo 𝑒𝑚𝑖𝑛 índice de vazios do solo no estado mais compacto 23 DENSIDADE RELATIVA Classificação Dr Areia fofa Abaixo de 033 Areia de compacidade média Entre 033 e 066 Areia compacta Acima de 066 Determinação de 𝑒𝑚𝑎𝑥 e min 𝛾𝑑 Determinação de 𝑒𝑚𝑖𝑛 e max 𝛾𝑑 Densidade Relativa 𝐷𝑟 𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥 𝛾𝑑 𝛾𝑑 𝛾𝑑𝑚𝑖𝑛 𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥 𝛾𝑑𝑚𝑖𝑛 𝛾𝑑 peso específico densidade in situ 𝛾𝑑𝑚𝑖𝑛 peso específico do solo no estado mais fofo 𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥 peso específico do solo no estado mais compacto Densidade Relativa EXEMPLO 21 Uma amostra de areia no estado natural pesa 875 g e o seu volume é igual a 512 cm3 O seu peso seco é de 803 g e a densidade relativa dos grãos de 266 Determine o índice de vazios a porosidade o teor de umidade e o grau de saturação da areia Dados 𝑊 875𝑔 𝑉 512𝑐𝑚3 𝑊𝑠 803𝑔 𝐺𝑠 266 𝛾𝑤 1𝑔𝑐𝑚3 𝑊𝑤 𝑊 𝑊𝑠 𝑊𝑤 875𝑔 803𝑔 𝑾 𝟖𝟕𝟓𝒈 𝑾𝒘 𝟕𝟐𝒈 𝑾𝒔 𝟖𝟎𝟑𝒈 SÓLIDOS ÁGUA AR 𝑉𝑠 803𝑔 266 1𝑔𝑐𝑚3 V𝒔 𝟑𝟎𝟏 𝟖𝒄𝒎𝟑 𝑉𝑣 512𝑐𝑚3 3018𝑐𝑚3 𝑽 𝟓𝟏𝟐𝒄𝒎𝟑 𝑉𝑣 2102𝑐𝑚3 𝑽𝒗 𝟐𝟏𝟎 𝟐𝒄𝒎𝟑 𝑉𝑤 72𝑔 1𝑔𝑐𝑚3 72𝑐𝑚3 𝑽𝒘 𝟕𝟐𝒄𝒎𝟑 𝑉𝑎 2102𝑐𝑚3 72𝑐𝑚3 138𝑐𝑚3 𝑽𝒂 𝟏𝟑𝟖𝒄𝒎𝟑 𝑊𝑤 72𝑔 𝑉𝑠 3018𝑐𝑚3 𝑒 𝑉𝑣 𝑉𝑠 2102𝑐𝑚3 3018𝑐𝑚3 069 𝑛 𝑉𝑣 𝑉 2102𝑐𝑚3 512𝑐𝑚3 041 𝑤 𝑊𝑤 𝑊𝑠 𝑥100 72𝑔 803𝑔 𝑥100 9 S 𝑉𝑤 𝑉𝑣 𝑥100 72𝑐𝑚3 2102𝑐𝑚3 𝑥100 342 EXEMPLO 22 De um corte são removidos 180 000 m3 de solo com um índice de vazios de 122 Quantos m3 de aterro com 076 de índice de vazios poderão ser construídos Dados 𝑉𝑜 180000𝑚3 𝑒𝑜 122 𝑒𝑓 076 𝑉𝑓 𝑚3 𝑒𝑜 𝑉𝑣 𝑉𝑠 𝑉 𝑉𝑠 𝑉𝑠 122 180000 𝑉𝑠 𝑉𝑠 122𝑉𝑠 180000 𝑉𝑠 𝑉𝑠 810811𝑚3 076 𝑉𝑓 810811 810811 𝑉𝑓 1427027𝑚3 𝑒𝑓 076 𝑉𝑓 1427027𝑚3 𝑉𝑜 180000𝑚3 𝑒𝑜 122 Aterro original Aterro final EXEMPLO 23 Para dado tipo de solo arenoso emax075 e emin052 Se Gs267 e Dr65 determine o índice de vazios e o peso específico seco Dados 𝑒𝑚𝑎𝑥 075 𝑒𝑚𝑖𝑛 052 𝐺𝑠 267 𝐷𝑟 65 𝐷𝑟 𝑒𝑚𝑎𝑥 𝑒 𝑒𝑚𝑎𝑥 𝑒𝑚𝑖𝑛 065 075 𝑒 075 052 𝑒 060 𝐺𝑠 𝑊𝑠 𝑉𝑠𝛾𝑤 𝛾𝑠 𝛾𝑤 𝛾𝑠 𝐺𝑠 𝛾𝑤 𝛾𝑠 267 981𝑘𝑁𝑚3 𝛾𝑠 2619𝑘𝑁𝑚3 𝛾𝑑 𝛾𝑠 1 𝑒 𝛾𝑑 2619𝑘𝑁𝑚3 1 060 𝛾𝑑 1637𝑘𝑁𝑚3 24 Ensaios de laboratório A Determinação da Umidade do Solo Método da Estufa B Peso específico aparente C Densidade real dos grãos Umidade Natural Umidade que o solo possui na forma que se encontra na natureza Umidade Higroscópica Limite de umidade quando o solo é seco ao ar solo argiloso Umidade do solo determinada em laboratório NBR 6457 Remoção de água a 105C a 110C por 24 horas A Determinação da Umidade do Solo Método da Estufa NBR 6457 Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização Versão corrigida 1202016 Anexo A Determinação de teor de umidade de solos A31 Procedimento geral A311 Tomar uma quantidade de material função dos grãos maiores contidos na amostra como indicado na Tabela A1 destorar colocar no estado fofo em cápsulas metálicas adequadas e fechar com a tampa Pesaar o conjunto com a resolução correspondente e anotar como M1 Tabela A1 Quantidade de material em função da dimensão dos grãos maiores Dimensão dos grãos maiores contidos na amostra determinada visualmente mm Quantidade de materialem massa seca a tomar g Balança a ser utilizada Capacidade nominal g Resolução g 2 30 200 001 2 a 20 30 a 300 1 500 01 20 a 76 300 a 3 000 5 000 05 A312 Remover a tampa e colocar a cápsula em estufa à temperatura de 105 C a 110 C onde deve permanecer até apresentar constância de massa Normalmente um intervalo de 16 h a 24 h é suficiente para a secagem do material podendo intervalos maiores serem necessários dependendo do tipo e da quantidade de solo ou se este estiver muito úmido A tampa não pode ser recolocada enquanto o material permanecer em estufa NOTA Solos orgânicos turfosos ou contendo gipsita são secos em estufa à temperatura de 60 C a 65 C requerendo intervalos maiores de secagem A313 Retirar a cápsula da estufa e transferila para o dessecador onde deve permanecer até atingir a temperatura ambiente Recolocar a tampa e pesar o conjunto com a resolução correspondente e anotar como M2 Ver equação de A41 A314 Efetuar no mínimo três determinações do teor de umidade por amostra A5 Expressão dos resultados A51 Exprimir o resultado com aproximação de 01 A52 Indicar a temperatura de secagem do material se esta for diferente de 105 C a 110 C 𝑤 𝑊𝑤 𝑊𝑠 𝑥100 𝑤 𝑊𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎𝑠𝑜𝑙𝑜 ú𝑚𝑖𝑑𝑜 𝑊𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑊𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑊𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎 𝑥100 B Determinação do Peso Específico Aparente Massa solo Parafina ar Massa do solo ao ar 9989 9047 942 g Massa da parafina massa específica da parafina 9420912 1033 cm3 Massa solo Parafina ar Massa solo Parafinaimersomassa específica da água 9989 3012099765 6993 g Volume solo parafina Volume parafina 6993 1033 5060 cm3 Massa do solo ao ar Volume do solo 90475960 1518 gcm3 MÉTODO DA PARAFINA OU POR IMERSÃO C Determinação da Densidade Real dos Grãos NBR 64582017 Gs Tabela A1 Massa específica da água em gcm³ entre 0 C e 40 C