Notas de Aula - Mecânica dos Solos 3
V = volume total W = peso total
Em outras palavras, o volume total da massa de solo (V) consiste do volume de partículas sólidas (Vs) e do volume de vazios (Vv). O volume de vazios é geralmente formado pelo volume de água (Vw) e pelo volume de ar (Va).
A Figura 2.1(b) mostra um diagrama de fase no qual cada uma das três fases é apresentada separadamente. No lado esquerdo, usualmente indicamos o volume das três fases e, no lado direito, os pesos correspondentes às fases.
Wa ≈ 0 Ww
Gasosa Líquida
Va Vw
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Como o peso específico do ar é muito pequeno quando comparada aos pesos específicos da água e dos sólidos, o peso da fase gasosa (Wa) será sempre desprezado no cálculo do peso do solo.
Os índices físicos dos solos são utilizados na caracterização de suas condições, em um dado momento e por isto, podendo ser alterados ao longo do tempo. Seus nomes, simbologia e unidades devem ser aprendidos e incorporados ao vocabulário de uso diário do geotécnico.
Nos itens seguintes, serão definidos os índices físicos, separando-os em três grupos, conforme definição anterior, bem como, apresentadas fórmulas de correlação entre os mesmos e a maneira experimental de obter alguns deles.
Índices físicos, granulometria (Unidade 3) e limites de consistência (Unidade 4) formam as propriedades índices que são aplicadas na classificação e identificação dos solos (Unidade 5), uma vez que elas podem ser correlacionadas, ainda que grosseiramente, com características mais complexas do solo, como por exemplo, a compressibilidade e resistência.
As relações apresentadas a seguir constituem uma parte essencial da Mecânica dos Solos e são básicas para a maioria dos cálculos desta ciência.
2.2.1 Relação entre pesos a) Teor de umidade (w , h)
O teor de umidade de um solo é determinado como a relação entre o peso de água (Ww) e o peso das partículas sólidas (Ws) em um volume de solo. De acordo com a simbologia mostrada na Figura 2.1, tem-se:
w = (Ww/Ws) 100 (%)
O teor de umidade pode assumir o valor de 0% para solos secos (Ww = 0) até valores superiores a 100% em solos orgânicos.
2.2.2 Relação entre volumes
Existem três relações volumétricas que são muito utilizadas na Engenharia Geotécnica e podem ser determinadas diretamente do diagrama de fases da Figura 2.1.
a) Índice de vazios (e)
É a relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume dos sólidos (Vs), existente em igual volume de solo. Este índice tem como finalidade indicar a variação volumétrica do solo ao longo do tempo, tem-se:
O índice de vazios será medido por um número natural e deverá ser, obrigatoriamente, maior do que zero em seu limite inferior, enquanto não há um limite superior bem definido, dependendo
Notas de Aula - Mecânica dos Solos 5 da estrutura do solo. O volume de sólidos permanecendo constante ao longo do tempo, qualquer variação volumétrica será medida por uma variação do índice de vazios, que assim poderá contar a história das tensões e deformações ocorridas no solo. Exemplo de valores típicos do índice de vazios para solos arenosos podem situar de 0,4 a 1,0; para solos argilosos, variam de 0,3 a 1,5. Nos solos orgânicos, podemos encontrar valores superiores a 1,5.
b) Porosidade (η) É a relação entre o volume dos vazios (Vv) e o volume total (V) da amostra, tem-se:
η = (Vv/V) . 100 (%)
A porosidade é expressa em porcentagem, e o seu intervalo de variação é entre 0 e 100%. Das equações apresentadas mais adiante podemos expressar a porosidade em função do índice de vazios e vice versa, através das equações apresentadas abaixo:
η = e / (1 + e) ou e = η / (1 - η)
Segundo o IAEG (1979), a porosidade e o índice de vazios podem ser classificados segundo a tabela a seguir:
Tabela 2.1 – Classificação da porosidade e do índice de vazios nos solos (IAEG, 1979)
Porosidade (%) Índice de vazios Denominação > 50 > 1 muito alta 45 – 50 0,80 – 1,0 alta 35 – 45 0,5 – 0,80 média 30 – 35 0,43 – 0,5 baixa < 30 < 0,43 muito baixa c) Grau de saturação (S , Sr)
O grau de saturação indica que porcentagem do volume total de vazios contem água. Se o solo está completamente seco, então Sr = 0%, se os poros estão cheios de água, então o solo está saturado e Sr = 100%. Para solos parcialmente saturados, os valores de "Sr" situam-se entre 1 e 9%.
Sr = (Vw/Vv) . 100 (%)
O grau de saturação, segundo o IAEG (1979), pode ser classificado em: Tabela 2.2 – Classificação do solo quanto ao grau de saturação
Grau de saturação (%) Denominação 0 – 25 naturalmente seco 25 – 50 úmido 50 – 80 muito úmido 80 – 95 saturado 95 – 100 altamente saturado
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2.2.3 Relação entre pesos e volumes
Em Mecânica dos Solos se relaciona o peso das diferentes fases com seus volumes correspondentes por meio de pesos específicos.
a) Peso específico aparente natural ou úmido (γ , γnat , γt)
É a relação entre o peso total (W) e o volume total da amostra (V) para um valor qualquer do grau de saturação, diferente dos extremos, e utilizando-se a simbologia da Figura 2.1, será calculado como: