1 Solos apostila 1 parte-Orig e For, Índ Fís (Profa Judy)

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<p>Engenharias: Civil e Produção/Civil</p><p>APOSTILA – 1a Parte</p><p>MECÂNICA DOS SOLOS</p><p>INTRODUÇÃO, ORIGEM E FORMAÇÃO,</p><p>E ÍNDICES FÍSICOS</p><p>Profa Judy Mantilla</p><p>Belo Horizonte, agosto de 2015</p><p>1</p><p>1. INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA MECÂNICA DOS SOLOS</p><p>1.1 IMPORTÂNCIA DO SOLO</p><p>O solo, dentro do contexto da Engenharia Civil, desenvolve papéis de suma importância. Em</p><p>sua condição natural é o elemento de suporte das obras de engenharia e, não menos</p><p>importante, é seu uso como material de construção, principalmente em aterros compactados</p><p>para os mais diversos fins, tais como barragens, rodovias, vias públicas (ruas e avenidas),</p><p>entre outros. No quadro 1 são mostrados, de forma resumida, alguns exemplos de utilização</p><p>do solo nas duas condições.</p><p>Quadro 1 - O Solo na Engenharia Civil</p><p>Condição Natural como Elemento de Suporte Material de Construção</p><p>Estruturas Pavimentos Estruturas</p><p>Enterradas</p><p>Aterros Aterros Bases e Sub-</p><p>bases</p><p>- Edifícios</p><p>- Pontes</p><p>- Viadutos</p><p>- Piso Industrial</p><p>- Rodovias</p><p>- Aeroportos</p><p>- Tubulações</p><p>- Galerias</p><p>- Rodovias - Usinas</p><p>hidrelétricas</p><p>- Barragens</p><p>para diversas</p><p>finalidades</p><p>- Rodovias</p><p>- Pátios de</p><p>forma geral</p><p>É pertinente comentar desde já que o solo é um material heterogêneo, apresentando</p><p>características variáveis, até mesmo em pontos com distâncias muito pequenas; é um</p><p>material de comportamento (tensão x deformação) não linear. O solo é tipicamente um</p><p>material anisotrópico, o que significa que suas propriedades não são iguais em todas as</p><p>direções. A maioria das teorias que estudam o comportamento mecânico dos materiais</p><p>adota as hipóteses de que os solos são homogêneos, isotrópicos e obedecem ao</p><p>comportamento tensão x deformação linear. É importante ressaltar que essas hipóteses</p><p>simplificadoras adotadas nas teorias não invalidam os resultados obtidos. Entretanto, não se</p><p>pode desconsiderar o fato de o solo ser um material complexo, de maneira que o</p><p>engenheiro ao se deparar com problemas geotécnicos deve ter em mente as limitações das</p><p>teorias. Portanto há que se considerar que é fundamental um profundo conhecimento da</p><p>Mecânica dos Solos e levar em conta sempre os ensaios de campo e/ou de laboratório</p><p>como procedimentos necessários para a determinação precisa das propriedades do solo.</p><p>1.2 O SOLO NA CONDIÇÃO NATURAL COMO ELEMENTO DE SUPORTE</p><p>O solo na condição natural atua como elemento de suporte, recebendo todas as cargas</p><p>provenientes da estrutura. Essas cargas são transmitidas ao solo por meio dos elementos</p><p>de fundação. Como ilustração a figura 1 mostra um edifício com o detalhamento de suas</p><p>fundações e a figura 2 a sequencia de execução de uma fundação profunda, que consiste</p><p>na escavação em solo e parte em rocha (etapas 1, 2, 3 e 4), colocação da armadura (etapa</p><p>5) e na concretagem (etapas 6 e 7).</p><p>2</p><p>Fig. 1 Parte de um edifício e suas fundações</p><p>Fig. 2 Execução de uma fundação profunda</p><p>1.3 SOLO COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO</p><p>O solo pode ser utilizado como material de construção em aterros compactados para</p><p>diversas finalidades. Como exemplos podem ser citados a base, sub-base e o reforço de</p><p>subleito de um pavimento, figura 3, constituídas de camadas de solos compactados, e a</p><p>execução da barragem da Usina Hidrelétrica (UHE) de Queimados cuja seção transversal</p><p>homogênea é de solo compactado, como se ilustra na figura 4.</p><p>Fig. 3 Seção transversal de pavimento</p><p>3</p><p>Fig. 4 Execução da barragem da UHE de Queimados e seção transversal</p><p>1.4 INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO</p><p>A programação de uma investigação do subsolo cuja finalidade é determinar os parâmetros</p><p>e características do solo de interesse para o projeto de uma determinada obra, depende do</p><p>valor e do tamanho dessa obra, esteja o solo na condição natural como suporte ou como</p><p>material de construção. A investigação do subsolo para a construção de uma barragem, por</p><p>exemplo, deve ser minuciosa, já que esta é uma obra de grande porte e envolve grandes</p><p>áreas como o local de implantação da obra e a área que será inundada pelo reservatório.</p><p>Como exemplo pode ser citado a usina hidrelétrica de Nova Ponte da Cemig inaugurada em</p><p>1994, que tem uma extensão da crista de 1.600 m, 142 m de altura do maciço compactado e</p><p>uma área inundada pelo reservatório de aproximadamente 450 km2. A investigação, nesses</p><p>casos, começa com o conhecimento da geologia local e regional por meio de mapas</p><p>geológicos, fotografias aéreas e outros meios. São necessários também ensaios de campo</p><p>e obtenção de amostras de solos e testemunhos de rochas para ensaios de laboratório.</p><p>Por outro lado, ainda é prática brasileira que a investigação do subsolo para o projeto das</p><p>fundações da grande maioria das edificações seja feita por sondagens de simples</p><p>reconhecimento, e que, quando necessário, possa ser complementada por ensaios de</p><p>laboratório e/ou de campo.</p><p>É importante ressaltar que o custo de uma investigação do subsolo é muito pequeno, uma</p><p>estimativa que pode variar de 0,5 a 1 % do custo total da construção da obra, podendo ser</p><p>considerado menor ainda, se for comparado ao custo de alguma recuperação e/ou reforço</p><p>da obra por problemas decorrentes de informações insuficientes do subsolo.</p><p>1.5 HISTÓRICO DA MECÂNICA DOS SOLOS</p><p>O uso do solo pelo homem, tanto como material de construção como de apoio de uma</p><p>estrutura remonta épocas primitivas. Obras como as pirâmides do Egito, os monumentos da</p><p>Babilônia, construções gregas e romanas, barragens de terra para contenção de cheias</p><p>construídas na China, podem ser citadas como exemplos dessa interação do homem com o</p><p>solo.</p><p>Até o século 17, nas obras envolvendo o solo, predominavam a experiência anterior e o</p><p>empirismo. Na primeira metade desse século começam a aparecer os primeiros tratamentos</p><p>matemáticos aplicados à solução de problemas de solo, por exemplo, Galileu Galilei com um</p><p>trabalho sobre comportamento de maciços granulares.</p><p>4</p><p>Durante o século 18 diversos trabalhos científicos foram publicados, dos quais se destaca o</p><p>estudo de Coulomb que introduziu o princípio básico da resistência ao cisalhamento dos</p><p>solos e teorias para o estudo da estabilidade de muros de arrimo.</p><p>No século 19 diversos trabalhos podem ser citados:</p><p>• Alexandre Collin, em 1846, relata observações de campo sobre movimento de</p><p>terra de uma forma geral e sobre estabilidade de barragens de terra;</p><p>• Darcy apresenta a lei de escoamento de água em um meio poroso, que é</p><p>utilizada na determinação do coeficiente de permeabilidade do solo;</p><p>• Rankine aplica as equações de equilíbrio interno ao estudo de estabilidade de um</p><p>maciço de terra homogêneo e indefinido;</p><p>• Boussinesq apresenta a solução matemática para o acréscimo de tensões no</p><p>interior de um maciço homogêneo, isotrópico e com comportamento elástico,</p><p>devido a uma carga vertical, considerada pontual atuando sobre a superfície do</p><p>maciço.</p><p>O início do século 20 se encontra caracterizado por um aumento no número e na dimensão</p><p>das obras de engenharia. A ocorrência de acidentes de maiores proporções começa a ser</p><p>associada ao comportamento dos solos de fundação. Essas condições despertam interesse</p><p>dos engenheiros:</p><p>• Atterberg, em 1908, apresenta estudos sobre a plasticidade do solo tendo como</p><p>objetivo sua classificação;</p><p>• Em 1913 cria-se na Suécia a "Comissão Geotécnica das Estradas de Ferro",</p><p>responsável pela investigação dos problemas surgidos nas construções de</p><p>estradas. O nome dado à comissão introduz o termo GEOTECNIA na literatura</p><p>internacional;</p><p>• Mohr, em 1914, propõe o critério de envoltória de ruptura ao cisalhamento em</p><p>solos;</p><p>• Karl Terzaghi, em 1925, publica o livro "A Mecânica dos Maciços de Terra</p><p>baseada na Física do Solo". Nesse livro Terzaghi organiza os conhecimentos</p><p>disponíveis até aquela época e propõe outros, podendo-se dizer que nessa data</p><p>nasce a Mecânica dos Solos como uma ciência aplicada da Engenharia Civil;</p><p>• Em 1936 foi realizado o 1o Congresso Internacional de Mecânica dos Solos e</p><p>Engenharia</p><p>de Fundações, na Universidade de Harvard, Estados Unidos, sendo</p><p>também criada a Associação Internacional de Mecânica dos Solos e Engenharia</p><p>de Fundações.</p><p>No Brasil o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo, IPT, criou em 1935 a Seção</p><p>de Estruturas e Fundações, desmembrando mais tarde a parte de Fundações e criando a</p><p>Seção de Solos e Fundações. Desde então se destacam grandes nomes da engenharia</p><p>geotécnica que passaram pelo IPT, podendo citar entre os inúmeros profissionais os</p><p>pioneiros como Odair Grillo, Francisco Pacheco Silva, Antonio Ferraz Nápoles Neto e</p><p>outros.</p><p>5</p><p>Em 1942 a empresa Estacas Franki Ltda. instala seu Laboratório de Solos no Rio de</p><p>Janeiro, sendo pioneira como empresa privada a prestar serviços de Geotecnia. Nesse</p><p>mesmo ano foi introduzida no currículo do curso de Engenharia Civil da Escola Politécnica</p><p>da USP, a disciplina “Mecânica dos Solos e Fundações”. Depois outras universidades e</p><p>faculdades seguiram o mesmo passo.</p><p>Em 1950 é criada a Associação Brasileira de Mecânica dos Solos, que em 1954 organizou o</p><p>primeiro Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, que se</p><p>realizou em Porto Alegre, e desde então esse evento se realizou a cada quatro anos e</p><p>atualmente a cada dois anos.</p><p>1.6 A MECÂNICA DOS SOLOS E A GEOTECNIA</p><p>Atualmente a Mecânica dos Solos está situada dentro de um campo maior que engloba a</p><p>Geologia de Engenharia e a Mecânica das Rochas. Esta grande subárea da Engenharia</p><p>Civil é denominada de “Geotecnia” ou Engenharia Geotécnica, e tem como objetivo estudar</p><p>as propriedades físicas e mecânicas dos solos e rochas e suas aplicações em obras de</p><p>Engenharia Civil quer como material de construção quer como suporte.</p><p>Pode-se definir a Mecânica dos Solos como sendo a aplicação das leis e princípios básicos</p><p>da Mecânica e da Hidráulica (incluindo a Cinemática, a Dinâmica, a Mecânica dos Fluídos e</p><p>a Mecânica dos Materiais) aos problemas de Engenharia que trabalham com o solo. Assim,</p><p>a Engenharia de Solos passa a ser uma ciência aplicada que utiliza os conceitos da</p><p>Mecânica dos Solos nos problemas práticos de Engenharia.</p><p>2.0 ORIGEM E FORMAÇÃO DO SOLO</p><p>2.1 INTRODUÇÃO</p><p>A terra é um planeta aproximadamente esférico constituído por três camadas de</p><p>composição e natureza físicas diferentes, o núcleo (externo e interno), o manto e a crosta,</p><p>figura 5. O núcleo interno e o manto se encontram na forma sólida e o núcleo externo na</p><p>forma líquida. A camada superficial denominada de crosta tem, em média, uma espessura</p><p>de 5 a 10 km nos oceanos e de 30 a 40 km nos continentes, podendo atingir até 80 km nas</p><p>altas cadeias de montanhas como a dos Andes na América do Sul. Esta camada fina</p><p>representa apenas 0,2 % da massa total da terra.</p><p>Fig. 5 Constituição da terra (Modificado de Teixeira et al, 2000)</p><p>6</p><p>A crosta terrestre é formada por uma superposição de maciços rochosos de diversos</p><p>tamanhos e formas. Os continentes são constituídos predominantemente por rochas</p><p>graníticas que são compostas por silício e alumínio, o que dá origem à denominação SIAL.</p><p>Subjacente aos continentes e constituindo o fundo dos oceanos tem-se uma camada de</p><p>rochas basálticas, compostas por silício e magnésio, originando a denominação SIMA. Em</p><p>volume 95% da crosta é constituída por rochas do tipo magmáticas, por outro lado em</p><p>superfície dois terços dos continentes são cobertos por rochas sedimentares de espessuras</p><p>inferiores a 2 km e o restante por rochas magmáticas.</p><p>Uma pequena espessura da crosta, aproximadamente 100 m, é de interesse da Engenharia</p><p>Civil na qual se executam as fundações das obras.</p><p>2.2 INTEMPERISMO</p><p>O intemperismo, no sentido mais restrito e de interesse da área de Geotecnia, pode ser</p><p>considerado como uma série de processos físicos e químicos que atuam nas rochas</p><p>gerando fragmentos e sedimentos de diversas formas e tamanhos, que podem ou não ser</p><p>transportados.</p><p>As rochas quando expostas à superfície terrestre, figura 6, estão submetidas a condições</p><p>ambientais totalmente diferentes daquelas onde se formaram. Assim, novos processos</p><p>físicos e químicos atuam sobre elas provocando, em primeira instância, micro e macro</p><p>fraturas, originando cavidades que facilitam as infiltrações de soluções aquosas, água de</p><p>chuva, por exemplo, como também a ação de organismos vivos (animais e vegetais). Dessa</p><p>forma ocorre uma série de reações químicas nos minerais da rocha.</p><p>Fig. 6 Maciço rochoso aflorante (RJ)</p><p>A seguir, são descritos sucintamente esses processos, agrupados em dois tipos: o</p><p>intemperismo físico e o intemperismo químico.</p><p>7</p><p>2.2.1 Intemperismo Físico</p><p>Provoca a fragmentação e a desintegração da rocha, formando sedimentos de diversos</p><p>tamanhos, sendo mantida a composição mineralógica da rocha que os originou (rocha mãe).</p><p>Os principais agentes desse processo são o alívio de tensões, a variação de temperatura, a</p><p>ação de raízes vegetais e o crescimento de cristais estranhos à rocha.</p><p>• Alívio de tensões: As rochas são formadas sob pressões elevadíssimas.</p><p>Quando por um processo geológico de erosão afloram à superfície sofrem um</p><p>alívio de tensões que pode provocar sua fragmentação em tamanhos dos</p><p>mais variados, Figura 7.</p><p>Fig. 7 Expansão / alívio de tensões (Modificado de Teixeira et al, 2000)</p><p>• Variação da temperatura: Como as rochas são constituídas de minerais com</p><p>diferentes coeficientes de expansão, quando afloram à superfície e</p><p>submetidas a ciclos de variação de temperatura, ou seja, aquecimento por</p><p>radiação solar e resfriamento, tensões diferenciadas podem surgir</p><p>provocando fissuras e desintegração. Esse processo ocorre, por exemplo, em</p><p>regiões áridas onde a variação de temperatura em um mesmo dia é muito</p><p>grande. Nesses locais as rochas podem atingir a temperatura de 60 ºC a 70</p><p>ºC durante o dia (em um ambiente de 35 ºC a 40 ºC) podendo chegar à noite</p><p>a zero ºC. Em regiões de clima frio ocorre o fenômeno de a água líquida</p><p>ocupar as fissuras já existentes na rocha e devido à diminuição da</p><p>temperatura, abaixo de zero grau, a água se expande devido ao seu</p><p>congelamento e exerce uma forte pressão nas paredes das fissuras,</p><p>provocando fragmentação da rocha, figura 8. Esses exemplos caracterizam</p><p>um processo cíclico de variação de temperatura, que ocorre ao longo dos</p><p>anos, e é responsável pela fragmentação e desintegração total da rocha.</p><p>• Ação de raízes vegetais: Não menos importante é a ação desagregadora</p><p>provocada pelas raízes profundas de espécies vegetais que, ao penetrar nas</p><p>8</p><p>fendas existentes nas rochas, provocam a ampliação destas e eventualmente</p><p>até o deslocamento de blocos rochosos, figura 9.</p><p>• Crescimento de cristais estranhos à rocha: Um processo que provoca</p><p>crescimento de cristais estranhos à rocha ocorre, por exemplo, em regiões</p><p>marinhas onde soluções salinas penetram nas fissuras e até nos poros das</p><p>rochas que, ao evaporar a água, se cristalizam em formas poliédricas</p><p>próprias com uma força que empurra os grãos minerais da rocha para os</p><p>lados, provocando um inchamento interno que coloca a rocha sob tensões de</p><p>tração, situação em que ela é pouco resistente.</p><p>Fig. 8 (a) Água nas fissuras da rocha (b) Água congelada e pressão nas paredes</p><p>(Modificado de Teixeira et al, 2000)</p><p>Fig. 9 Crescimento de raízes</p><p>2.2.2 Intemperismo Químico</p><p>Para que entre em ação o intemperismo químico é necessária a presença do binômio água</p><p>e temperatura, com o qual se processa uma série de reações químicas entre os minerais</p><p>constituintes da rocha e soluções aquosas (geralmente água), transformando os minerais</p><p>primários, que são os que constituem a rocha original, em secundários. Esta decomposição</p><p>da rocha geralmente se processa por fases, sendo que numa primeira fase o ataque</p><p>químico altera a cor original dos minerais da rocha ou dos fragmentos de rocha, mas sua</p><p>textura permanece, até que numa fase final se dá a total decomposição desaparecendo sua</p><p>9</p><p>textura original. A maioria dos minerais se transforma em compostos estáveis</p><p>ou solúveis</p><p>que podem ser carreados pela água. Os compostos estáveis em sua maioria são argilo-</p><p>minerais que constituem as argilas.</p><p>Fatores tais como tipo de rocha, clima, cobertura vegetal, topografia e outros, influenciam na</p><p>intensidade desse processo. Na maior parte da superfície da terra a água tem pH entre 5 e 9</p><p>e em regiões úmidas e quentes, esta combinação faz com que o intemperismo químico seja</p><p>mais atuante e nesse ambiente as principais reações são: hidratação, dissolução, oxidação</p><p>e hidrólise.</p><p>Em regiões de clima tropical, como é o caso do Brasil, a hidrólise é o processo químico de</p><p>maior importância, entendendo-se essa reação como a decomposição de um mineral pela</p><p>água, pela reação de íons H+ e OH-, dissociados da água, com os elementos minerais. O íon</p><p>H+ pode substituir cátions como K+, Na+, Ca+, Mg+, sendo este processo acelerado pela</p><p>presença de CO2 (anidrido de carbono) dissolvido na água e pelo aumento de temperatura,</p><p>enquanto o íon OH- pode substituir outro ânion. Na figura 10 se apresenta a hidrólise de um</p><p>feldspato (família de minerais constituintes de rochas ígneas).</p><p>Fig. 10 Hidrólise de um feldspato</p><p>Além da hidrólise, a água promove outras três reações químicas que na natureza se</p><p>processam de forma simultânea: hidratação, dissolução e carbonatação.</p><p>A hidratação é a adição de moléculas de água na estrutura do mineral, causando sua</p><p>expansão e fraturamento. Algumas argilas podem hidratar ou desidratar apresentando</p><p>problemas de inchamento e contração, com diminuição da resistência ao cisalhamento,</p><p>podendo trazer problemas para a engenharia geotécnica. Uma mesma substância pode</p><p>gerar diferentes minerais hidratados em função do número de moléculas de água ligadas a</p><p>ela. A dissolução é um processo que ocorre pela ação da água e da impregnação de gás</p><p>10</p><p>carbônico e outras substâncias ácidas, particularmente os de natureza orgânica. Sua</p><p>intensidade depende do conteúdo de gás carbônico, da acidez das soluções e da natureza</p><p>dos minerais. Tem-se, por exemplo, os cloretos, sulfatos e carbonatos que se dissolvem</p><p>com facilidade, enquanto que os silicatos de ferro e alumínio são praticamente insolúveis. A</p><p>carbonatação é a reação de um mineral da rocha com o ácido carbônico formado pela</p><p>dissolução do gás carbônico em água. Esse processo é notório em rochas calcárias.</p><p>Outra reação química que pode ser citada é a oxidação, em que o oxigênio do ar atua nos</p><p>minerais, conferindo à superfície da rocha em decomposição a princípio uma cor</p><p>avermelhada ou amarelada, dependendo do tipo de mineral. Já em regiões de água</p><p>estagnada e com presença de matéria orgânica, onde não se tem oxigênio dissolvido, pode</p><p>ser verificada a redução do ferro e manganês, transformando, por exemplo, o sulfato</p><p>ferroso em sulfeto.</p><p>Portanto o solo é o material proveniente da decomposição das rochas pela ação do</p><p>intemperismo físico e/ou químico, podendo ou não conter matéria orgânica.</p><p>2.3 FATORES CONTROLADORES DA FORMAÇÃO DOS SOLOS</p><p>Os fatores mais importantes a serem considerados nos processos de formação dos solos</p><p>são: rocha de origem, clima, relevo, organismos vegetais e animais e tempo de atuação dos</p><p>fatores já citados.</p><p>• A constituição mineralógica e química da rocha de origem, assim como o estado</p><p>de fraturamento na fase inicial da atuação do intemperismo, são importantes.</p><p>Rochas compostas por minerais silicáticos como o quartzo dão origem a solos de</p><p>granulometria arenosa, já os feldspatos e minerais ferromagnesianos presentes</p><p>em algumas rochas originam solos argilosos. Os minerais apresentam também</p><p>uma maior ou menor facilidade de alteração química, por exemplo, os</p><p>plagioclásios (do basalto) se alteram mais rapidamente do que os ortoclásios e a</p><p>biotita (do gnaisse).</p><p>• Em regiões onde a precipitação de chuvas é grande aliada a temperaturas</p><p>elevadas o intemperismo químico é mais ativo e intenso, assim como a influência</p><p>de organismos é mais acentuada, originando desta forma camadas espessas de</p><p>perfis de solo. No Brasil perfis de solo podem atingir até 100 m como na Serra do</p><p>Mar, por exemplo.</p><p>• O relevo é um fator controlador da percolação, infiltração e velocidade da água</p><p>superficial bem como dos processos de erosão e sedimentação. Terrenos de</p><p>topografia suave e com materiais permeáveis facilitam a infiltração. Por outro</p><p>lado, em regiões de topografia com declives acentuados e materiais pouco</p><p>permeáveis a erosão superficial é muito favorecida, podendo-se concluir que os</p><p>solos formados em superfícies íngremes diferem daqueles em áreas menos</p><p>inclinadas.</p><p>• As espécies inferiores como bactérias e fungos atuam em certos minerais. A</p><p>atividade desses microrganismos está presente durante todo o processo</p><p>evolutivo da formação do solo, atuando na decomposição de restos vegetais e</p><p>animais, produzindo anidrido carbônico e ácido orgânico. Estas substâncias</p><p>colaboram na aceleração da decomposição dos minerais modificando as</p><p>características físicas e químicas.</p><p>11</p><p>• Finalmente o tempo de atuação de cada um dos fatores mencionados pode</p><p>determinar o estágio evolutivo da formação do solo. A evolução dependerá</p><p>sempre da atuação conjugada de todos os fatores atuantes.</p><p>2.4 TIPOS DE SOLO QUANTO À ORIGEM</p><p>Os solos segundo a sua origem podem ser classificados em duas grandes categorias:</p><p>residual ou autóctone e transportado ou alóctone.</p><p>2.4.1 Solos Residuais</p><p>Os solos formados diretamente da desagregação da rocha subjacente ao perfil de solo e</p><p>que permanecem no local de origem são denominados de Solos Residuais. É importante</p><p>ressaltar que se define perfil de solo à seção vertical de um terreno que é constituída por</p><p>uma série de camadas cujas características são bem definidas.</p><p>Na figura 11 é apresentado um perfil típico de solo residual. Na camada (1) tem-se a rocha</p><p>sã, em seguida devido à atuação do intemperismo a primeira camada a ser formada pela</p><p>fragmentação e decomposição da rocha é a camada (2), denominada de rocha alterada,</p><p>que apresenta fragmentos de rocha decomposta e podem conter sedimentos argilosos ou</p><p>arenosos. A medida que o intemperismo se intensifica os minerais da rocha apresentam</p><p>claras evidências de decomposição como perda de brilho e alteração da cor, como os</p><p>feldspatos e os ferromagnesianos que praticamente já estão todos alterados, ainda que o</p><p>material apresente características da rocha sã, a esta camada (3) denomina-se de solo</p><p>residual jovem ou solo saprolítico. Finalmente tem-se a camada (4) solo residual</p><p>maduro é o material mais intemperizado, constituído principalmente por minerais</p><p>secundários ou transformados como os argilo-minerais, os óxidos e hidróxidos de ferro e</p><p>manganês, e em alguns casos o alumínio.</p><p>Fig. 11 Perfil típico de um solo residual</p><p>12</p><p>No quadro 2 são apresentadas três das rochas mais comuns, basalto, granito e filito, e os</p><p>solos que são originados com suas respectivas composições mineralógicas.</p><p>Quadro 2. Rochas e tipos de solos que originam</p><p>Tipo de Rocha Composição Mineral Tipo de Solo Composição Mineral</p><p>Basalto - plagioclásio</p><p>- piroxênio</p><p>Argiloso com</p><p>pouca areia</p><p>Argilo-minerais (argila</p><p>porosa vermelha)</p><p>Granito - quartzo</p><p>- feldspato</p><p>- mica</p><p>Areno-argiloso</p><p>(micáceo)</p><p>- quartzo</p><p>- argilo-minerais</p><p>- mica</p><p>Filito - quartzo</p><p>- sericita (mica verde)</p><p>Argiloso com</p><p>pouca areia</p><p>- argilo-minerais</p><p>- mica</p><p>2.4.2 Solos Transportados ou Sedimentares</p><p>As partículas sólidas constituintes dos solos podem ser transportadas por agentes</p><p>geológicos como a água, o vento, a gravidade e o gelo, e depositadas ou sedimentadas em</p><p>locais diferentes dos locais de origem.</p><p>Segundo o agente transportador os solos podem ser aluvionares se suas partículas que se</p><p>sedimentaram foram transportadas por água, e ainda são subdivididos em solos fluviais,</p><p>lacustres e marinhos. Os solos coluvionares formados pela deposição de partículas</p><p>geralmente no pé das encostas, suas partículas foram transportadas por gravidade. Solos</p><p>eólicos são formados por partículas</p><p>transportadas pelo vento.</p><p>Um exemplo clássico no Brasil de solos sedimentares é o que ocorre em ambiente marinho</p><p>como nas baías do Rio de Janeiro, Santos, Florianópolis e São Luís, onde por transporte</p><p>fluvial e posterior sedimentação das partículas se formam perfis do tipo mostrado na figura</p><p>12. Este perfil é constituído por uma camada arenosa, geralmente fofa a medianamente</p><p>compacta, e uma camada superficial de argila mole. Este solo argiloso apresenta</p><p>geralmente resistência muito pequena e tem a característica de ser bastante compressível,</p><p>ou seja, quando da ação de forças de compressão sofre grandes deformações verticais</p><p>(recalques) e ao longo do tempo.</p><p>Fig.12 Perfil típico de solo sedimentar de argila mole</p><p>13</p><p>2.5 TAMANHO DOS GRÃOS</p><p>Os solos são constituídos por grãos minerais de diversos tamanhos. Para classificá-los se</p><p>utiliza uma escala granulométrica que divide o solo em diversas frações considerando as</p><p>respectivas faixas de seus diâmetros.</p><p>Existem várias escalas conhecidas mundialmente. São apresentadas na figura 13 (a) a</p><p>escala granulométrica da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, (b) a da</p><p>American Society of Testing and Materials – ASTM, e (c) a da American Association of State</p><p>Highway and Transportation Officials – AASHTO. As duas últimas procedem de</p><p>organizações dos Estados Unidos. Estas escalas, tendo em vista os respectivos intervalos</p><p>de diâmetro dos grãos, classificam os solos nas seguintes frações: pedregulho, areia, silte e</p><p>argila.</p><p>Areia Pedregulho d (mm)</p><p>argila silte fina média grossa fino médio grosso</p><p>0,002 0,06 0,2 0,6 2,0 6 20 60</p><p>a) Escala granulométrica da ABNT</p><p>areia</p><p>argila silte fina média grossa pedregulho</p><p>0,002 0,075 0,42 2,00 4,8 d (mm)</p><p>b) Escala granulométrica da ASTM</p><p>argila silte areia pedregulho</p><p>0,002 0,075 2,00 d (mm)</p><p>c) Escala granulométrica da AASHTO</p><p>Fig. 13 Escalas granulométricas</p><p>2.6 COR DO SOLO</p><p>A cor de um solo é o resultado das cores dos minerais predominantes que o constituem,</p><p>figura 14. Sempre que possível à cor deve ser referida à condição do solo seco. As cores</p><p>escuras como cinza e preta indicam solos orgânicos. A cor vermelha, amarela e alguns tons</p><p>de marrom, em geral, indicam produtos de um intemperismo químico. O vermelho escuro,</p><p>por exemplo, indica a presença de óxido de ferro não hidratado (hematita), enquanto que</p><p>tonalidades mais claras do amarelo e marrom indicam óxido de ferro hidratado. Cores mais</p><p>claras indicam a presença de minerais tais como gipsita, sílica ou caulinita.</p><p>14</p><p>Fig. 14 Cores típicas de solos tropicais</p><p>2.7 FORMA DOS GRÃOS</p><p>As frações areia e pedregulho apresentam a forma de seus grãos arredondada ou angular,</p><p>figura 15. Os grãos podem apresentar arestas e vértices como é o caso da forma angular</p><p>característica em areias e pedregulhos de solos residuais. A forma arredondada com</p><p>superfície lisa é característica de material que sofreu um transporte intenso, por exemplo, o</p><p>pedregulho de rio denominado seixo rolado. A forma mais comum dos grãos de argilo-</p><p>minerais que constituem os solos siltosos e argilosos é a laminar. A figura 16 mostra um</p><p>grão de caulinita, onde predominam duas dimensões, a largura e o comprimento, sobre a</p><p>espessura.</p><p>Fig. 15 Forma de grãos de areias e pedregulhos</p><p>15</p><p>Fig. 16 Forma de grãos de caulinita</p><p>3.0 ÍNDICES FÍSICOS</p><p>3.1 INTRODUÇÃO</p><p>O solo é constituído por elementos das três fases físicas, a sólida, líquida e/ou gasosa,</p><p>como mostra a figura 17(a) um elemento de solo no seu estado natural, onde a fase sólida é</p><p>representada pelo conjunto de minerais dispostos de maneira a formarem uma estrutura</p><p>porosa. Esses poros, denominados de vazios, contêm elementos da fase líquida (água) e/ou</p><p>gasosa (ar). Para a definição dos índices físicos estão representados na figura 17(b) os</p><p>volumes e massas de cada elemento que constituem o solo, de forma separada.</p><p>Fig. 17 O solo e as fases que o constituem</p><p>Assim o volume total de uma amostra de solo (V), o volume de vazios (Vv) e a massa total</p><p>(M), são expressos por:</p><p>V = Vs + Vv; Vv = Vw + Var; M = Mw + Ms</p><p>Onde: Vs e Ms = volume e massa dos sólidos do solo, respectivamente</p><p>16</p><p>Vw e Mw = volume e massa de água nos vazios do solo, respectivamente</p><p>Var = volume de ar nos vazios do solo</p><p>Observar que a massa de ar (Mar) foi desconsiderada em função da massa específica do ar</p><p>ser muito pequena, 0,0012 g/cm3, comparada com a dos sólidos e a da água.</p><p>3.2 DEFINIÇÃO DE ÍNDICES FÍSICOS</p><p>Índices físicos são relações entre as diversas fases constituintes do solo, ou seja, entre</p><p>massas, entre volumes, e entre massa e volume. A seguir é apresentada a definição de</p><p>cada um deles, utilizando a nomenclatura e unidades do Sistema Internacional (SI).</p><p>3.2.1 Relação entre Massas</p><p>• Teor de umidade → w</p><p>s</p><p>w</p><p>M</p><p>Mw = em %, 0 ≤ w ≤ 300% (solos orgânicos)</p><p>3.2.2 Relações entre Volumes</p><p>• Porosidade → n</p><p>n</p><p>V</p><p>V</p><p>v= em %, 0 < n < 100%</p><p>• Índice de vazios → e e</p><p>V</p><p>V</p><p>v</p><p>s</p><p>=</p><p>• Grau de Saturação → S</p><p>S</p><p>V</p><p>V</p><p>w</p><p>v</p><p>= em %, 0 ≤ S ≤ 100%</p><p>S = 0 → solo seco, S = 100% → solo saturado</p><p>3.2.3 Relações entre massa e volume – Massa Específica</p><p>As unidades de massa específica: g/cm3, kg/m3, t/m3</p><p>• Massa específica do solo → ρ</p><p>ρ =</p><p>M</p><p>V</p><p>para 0 < S < 100%</p><p>• Massa específica aparente seca → ρd</p><p>ρd</p><p>sM</p><p>V</p><p>=</p><p>17</p><p>• Massa específica saturada → ρsat</p><p>ρsat</p><p>satM</p><p>V</p><p>= para S = 100%</p><p>• Massa específica submersa → ρ´</p><p>ρ ρ ρ' = −sat w</p><p>• Massa específica dos sólidos → ρs</p><p>ρs</p><p>s</p><p>s</p><p>M</p><p>V</p><p>=</p><p>A massa específica dos sólidos é um valor médio da massa específica de cada tipo de grãos</p><p>minerais que constituem a fase sólida de um solo. No quadro 3 apresenta-se o intervalo de</p><p>variação da massa específica de alguns argilo-minerais que constituem os solos argilosos,</p><p>assim como a do quartzo, mineral predominante de solos arenosos.</p><p>Quadro 3. Massa específica de alguns minerais</p><p>Mineral ρs (g/cm3) Mineral ρs (g/cm3)</p><p>Caulinita 2,61 - 2,66 Feldspato 2,54 - 2,76</p><p>Ilita 2,60 - 2,86 Muscovita 2,70 - 3,10</p><p>Montmorilonita 2,74 - 2,78 Biotita 2,80 - 3,20</p><p>Quartzo 2,65 - 2,67 Clorita 2,60 - 2,90</p><p>A hematita e a magnetita são minerais encontrados na região de mineração de ferro em</p><p>Minas Gerais. A massa específica desses minerais apresenta um valor elevado da ordem de</p><p>5,0 g/cm3, como consequência os solos residuais que contenham esses minerais podem</p><p>apresentar massa específica bem maior do que o usual.</p><p>3.2.4 Relações entre peso e volume – Peso Específico</p><p>Assim como foram apresentadas as massas específicas do solo, podem ser definidos</p><p>também os pesos específicos como se indica a seguir. A unidade do peso específico pelo SI</p><p>é kN/m3.</p><p>• Peso específico do solo → γ</p><p>V</p><p>P</p><p>=γ para 0 < S < 100%</p><p>• Peso específico aparente seco → γd</p><p>V</p><p>Ps</p><p>d =γ</p><p>• Peso específico saturado → γsat</p><p>V</p><p>Psat</p><p>sat =γ , para S = 100%</p><p>18</p><p>• Peso específico submerso → γ‘ wsat γγγ −='</p><p>• Peso específico dos sólidos → γs</p><p>s</p><p>s</p><p>s V</p><p>P</p><p>=γ</p><p>• Peso específico d’água → γw</p><p>w</p><p>w</p><p>w V</p><p>P</p><p>=γ</p><p>Em termos práticos adota-se γw = 10 kN/m3 (temperatura da água de 4º C).</p><p>O peso específico pode ser obtido também pela expressão: γ = ρ g (kN/m3) em que ρ =</p><p>massa específica em t/m3 e g = aceleração da gravidade que em termos práticos pode ser</p><p>adotada igual a 10 m/s2.</p><p>3.3 CORRELAÇÕES ENTRE OS ÍNDICES FÍSICOS</p><p>De todos os índices físicos definidos anteriormente somente três são determinados em</p><p>laboratório e são eles a massa específica do solo, a massa específica dos sólidos e o teor</p><p>de umidade. Os demais são calculados por meio de fórmulas de correlação entre índices</p><p>físicos, apresentadas a seguir as mais usuais.</p><p>%1000</p><p>1</p><p>..</p><p><<→</p><p>+</p><p>+</p><p>= S</p><p>e</p><p>eS ws ρρρ ,</p><p>s</p><p>weSw</p><p>ρ</p><p>ρ..</p><p>= , e</p><p>en</p><p>+</p><p>=</p><p>1</p><p>CG</p><p>eSGw</p><p>w</p><p>MM</p><p>w</p><p>e</p><p>e</p><p>S</p><p>e</p><p>e</p><p>w</p><p>w</p><p>s</p><p>s</p><p>ss</p><p>d</p><p>d</p><p>s</p><p>s</p><p>d</p><p>ws</p><p>sat</p><p>4</p><p>..;</p><p>1</p><p>1</p><p>;1</p><p>1</p><p>%)100(</p><p>1</p><p>.</p><p>→⇔=</p><p>=</p><p>+</p><p>=</p><p>+</p><p>=−=</p><p>→</p><p>+</p><p>=</p><p>=→</p><p>+</p><p>+</p><p>=</p><p>γ</p><p>γ</p><p>γ</p><p>ρρ</p><p>ρ</p><p>ρ</p><p>ρρ</p><p>ρρρ</p><p>Define-se o peso específico relativo dos sólidos Gs, denominado de densidade dos grãos,</p><p>como sendo a relação → G s = γs / γw , onde γs é o peso específico dos sólidos e γw é o peso</p><p>específico da água a 4 ºC igual a 10 kN/m3.</p><p>Observação: As massas específicas das fórmulas de correlação podem ser substituídas</p><p>pelos pesos específicos correspondentes.</p><p>19</p><p>3.4 DETERMINAÇÃO DOS ÍNDICES FÍSICOS EM LABORATÓRIO</p><p>Em laboratório são determinados três índices físicos: teor de umidade, massa específica</p><p>natural do solo e massa específica dos grãos (sólidos). Os demais índices físicos são</p><p>calculados a partir destes, utilizando as fórmulas de correlação.</p><p>3.4.1 Aparelhagem</p><p>• Almofariz e mão de gral recoberta com borracha e cápsulas de alumínio, figura 18,</p><p>pinças metálicas, facas, espátulas, peneiras, bandejas metálicas, entre outros</p><p>acessórios;</p><p>• Picnômetro de 500 ml e bomba de vácuo com capacidade de aplicar vácuo de 88 kPa,</p><p>figura 19;</p><p>• Balanças de várias capacidades, termômetro graduado, de 0 a 50 ºC;</p><p>• Estufa elétrica com termostato, que mantenha a temperatura constante, entre 60 ºC e 65</p><p>ºC e entre 105 ºC e 110 ºC.</p><p>Fig. 18 Almofariz e cápsulas de alumínio</p><p>Fig. 19 Picnômetro e bomba de vácuo</p><p>3.4.2 Massa Específica do Solo (ρ)</p><p>A massa específica do solo pode ser obtida aproveitando o corpo-de-prova (CP) cilíndrico,</p><p>moldado para ensaios de compressão, por exemplo. Basta determinar do CP sua massa</p><p>diretamente em balança apropriada, e com o auxílio de um paquímetro o diâmetro e a altura.</p><p>20</p><p>• Cálculos</p><p>ρ =</p><p>M</p><p>V</p><p>(g/cm3), onde: M = massa do CP em g e volume do CP em cm3</p><p>3.4.3 Teor de Umidade (w)</p><p>• Procedimento</p><p>• Para maior precisão determinar de 3 a 5 teores de umidade, ou seja, um para cada</p><p>cápsula.</p><p>• Colocar uma amostra de solo em cada cápsula de alumínio, tampar e obter sua massa</p><p>M1 onde M1 = Mc + Mw + Ms.</p><p>• Retirar a tampa das cápsulas e colocá-las na estufa, à temperatura de 105 ºC a 110 ºC,</p><p>até constância de suas massas. Geralmente são suficientes de 12 a 24 h para a</p><p>secagem, mas dependendo da quantidade ou se o solo estiver muito úmido pode ser</p><p>necessário mais horas. Os solos orgânicos, as turfas e os solos constituídos de gipsita,</p><p>devem ser secados à temperatura de 60 ºC a 65 ºC, em tempos maiores do que os</p><p>indicados anteriormente.</p><p>• Retirar as cápsulas da estufa com o auxílio de uma pinça metálica tampá-las e aguardar</p><p>até que atinjam a temperatura ambiente. Em seguida determinar a massa e anotar como</p><p>M2 onde M2 = Mc + Ms.</p><p>• Cálculos</p><p>s</p><p>w</p><p>M</p><p>Mw = 100 (%), onde: Mw = M1-M2, Ms = M2-Mc, Mc = massa da cápsula com a</p><p>tampa</p><p>O valor final do teor de umidade do solo será a média aritmética das determinações, com</p><p>precisão de 0,1 %. Para o cálculo dessa média, considerar os valores que apresentem um</p><p>desvio de no máximo 5 % da média.</p><p>3.4.4 Massa Específica dos Grãos (Sólidos)</p><p>A norma da ABNT para a determinação da massa específica dos grãos é a NBR 6508/84.</p><p>Para maior precisão determinar no mínimo 3 valores de massas específicas, ou seja, um</p><p>para cada picnômetro.</p><p>• Procedimento</p><p>• Realizar a calibração dos picnômetros quando estes forem utilizados pela primeira vez</p><p>ou quando se quer verificar. Consiste em obter uma curva da variação da massa do</p><p>picnômetro cheio de água destilada, M1, em função da temperatura da água. O intervalo</p><p>da temperatura deve abranger a máxima e mínima do local do laboratório.</p><p>21</p><p>• Preparar a amostra: secar ao ar, destorroar e peneirar na No 4 (abertura da malha de 4,8</p><p>mm), de maneira que se tenha aproximadamente 500 g de material que passa, para 3 a</p><p>5 determinações.</p><p>• Tomar 250 g de para o ensaio da amostra preparada anteriormente. Se for utilizado o</p><p>picnômetro de 500 ml, separar uma quantidade tal que a massa seca esteja em torno de</p><p>50 g para solos argilosos e siltosos, e de 60 g para solos arenosos, para cada</p><p>picnômetro em função do número de determinações. Anotar a massa (úmida) como M.</p><p>Do restante do material determinar o teor de umidade.</p><p>• Colocar a amostra em um recipiente e acrescentar água destilada em quantidade</p><p>suficiente para completa imersão do material, e deixar em repouso por 12 h, no mínimo.</p><p>• Transferir o material do recipiente para o aparelho de dispersão. Acrescentar água</p><p>destilada até a metade do volume do copo e dispersar por 15 min.</p><p>• Transferir o material dispersado para o picnômetro e aplicar vácuo para a retirada do ar,</p><p>pelo menos 15 min.</p><p>• Completar com água destilada e deixar o picnômetro repousando em banho, até que a</p><p>temperatura do mesmo atinja a do ambiente.</p><p>• Enxugar a parte externa do picnômetro e obter a massa do conjunto</p><p>picnômetro+sólidos+água como M2.</p><p>• Determinar a temperatura, T, do conteúdo do picnômetro, com precisão de 0,1 ºC.</p><p>• Obter na curva de calibração para essa temperatura, a massa do picnômetro cheio de</p><p>água M1, com precisão de 0,01 g.</p><p>• Determinar a massa de sólidos colocando para secar o conteúdo do picnômetro. A</p><p>massa assim determinada não pode diferir muito da massa seca calculada em função da</p><p>massa (úmida) da amostra e o seu teor de umidade.</p><p>• Cálculos</p><p>ρs</p><p>s</p><p>s</p><p>M</p><p>V</p><p>= (g/cm3), onde: Ms e Vs = massa e volume dos sólidos, respectivamente</p><p>A massa dos sólidos, Ms, é obtida por duas maneiras: antes do ensaio calculada pela</p><p>expressão abaixo e no final do ensaio pela secagem direta do conteúdo do picnômetro.</p><p>Estas duas massas não devem diferir muito.</p><p>w</p><p>MM s +</p><p>=</p><p>1</p><p>, onde: M = massa úmida utilizada no ensaio e w= teor de umidade da amostra</p><p>O volume dos sólidos, Vs, é determinado de forma indireta como segue. Para o picnômetro</p><p>cheio de água tem-se M1 = Mpic + Mw, onde Mw é a massa de água contida no volume V do</p><p>picnômetro, e para o picnômetro com sólidos e água tem-se M2 = Mpic + M’w + Ms , onde M’w</p><p>é a massa de água contida no volume V’w do picnômetro.</p><p>22</p><p>Fazendo-se M1 - M2 se obtém a massa de água deslocada pelos sólidos da amostra ∆Mw:</p><p>∆Mw = Mw – M’w portanto ∆Mw = M1 - M2 + Ms</p><p>Considerando a massa específica da água, ρw, resulta que,</p><p>w</p><p>w</p><p>w</p><p>MV</p><p>ρ</p><p>∆</p><p>=∆ , onde ∆Vw = volume de água deslocado pelos sólidos</p><p>Ou seja ∆Vw = Vs, onde Vs é o volume de sólidos expresso por:</p><p>w</p><p>s</p><p>s</p><p>MMMV</p><p>ρ</p><p>+−</p><p>= 21</p><p>Portanto a massa específica dos sólidos é dada por:</p><p>w</p><p>s</p><p>s</p><p>s MMM</p><p>M ρρ</p><p>+−</p><p>=</p><p>21</p><p>Onde: M1 = massa do picnômetro cheio de água em g, obtida da curva de calibração em</p><p>função da temperatura de ensaio (T).</p><p>M2 = massa do picnômetro + água + sólidos, em g, na temperatura de ensaio (T).</p><p>ρw = massa específica da água na temperatura de ensaio (T), em g/cm3.</p><p>Ms = massa de sólidos obtida por secagem no final do ensaio, em g.</p><p>Considerar ensaios satisfatórios aqueles cujos resultados não diferirem mais que 0,02</p><p>g/cm3. A massa específica dos sólidos (grãos) final será a média aritmética de pelo menos</p><p>dois ensaios considerados satisfatórios, e deve ser expresso com três algarismos</p><p>significativos em g/cm3.</p><p>3.5 EXERCÍCIOS PROPOSTOS: ÍNDICES FÍSICOS</p><p>OBSERVAÇÃO: para a solução dos seguintes exercícios utilizar as fórmulas de</p><p>definição.</p><p>1. Uma amostra de argila saturada tem um volume de 17,4 cm3 e massa de 29,8 g.</p><p>Após a secagem total em estufa seu volume e massa passaram a ser de 10,5 cm3 e 19,6 g,</p><p>respectivamente. Pede-se:</p><p>a) Determinar o teor de umidade, as massa específicas do solo saturado e seco, a massa</p><p>específica dos sólidos, a massa específica aparente seca, bem como o índice de vazios e a</p><p>porosidade, antes e depois da secagem. Resposta: w = 52 %, ρsat = 1,713 g/cm3, ρ = 1,867</p><p>g/cm3 após a secagem, ρs = 2,722 g/cm3, ρd = 1,126 g/cm3, ei = 1,42, ef = 0,46, ni = 58,6 %,</p><p>nf = 31,4 %.</p><p>b) Analisar os resultados da variação do índice de vazios e da porosidade.</p><p>2. Um corpo-de-prova (CP) de argila saturada tem uma altura de 2,5 cm</p><p>e 6,5 cm de</p><p>diâmetro, e um volume de água igual a 48,7 cm³. Foi comprimida em um ensaio até que sua</p><p>23</p><p>altura se reduzisse para 1,85 cm, sem alteração do seu diâmetro. Esta amostra possuía um</p><p>índice de vazios inicial (antes do processo de compressão) de 1,42 e massa específica dos</p><p>grãos de 2,82 g/cm³. Admitindo que toda compressão do CP tenha se dado por expulsão de</p><p>água dos vazios e que a amostra ainda continue saturada, pede-se:</p><p>a) Determinar o índice de vazios do solo após a compressão. Resposta: e = 0,79.</p><p>b) Comentar sobre a variação do índice de vazios no processo de compressão do solo.</p><p>c) Variação do teor de umidade do CP. Resposta: teor de umidade inicial wi = 50,41 %,</p><p>teor de umidade após a compressão wf = 28,08 %, variação do teor de umidade ∆w =</p><p>22,33 %.</p><p>3. Um corpo de prova cilíndrico de um solo argiloso tem uma altura de 12,5 cm e</p><p>diâmetro de 5,0 cm. A massa úmida do corpo de prova é de 478,25 g e após sua secagem</p><p>passou para 418,32 g. Sabendo-se que a massa específica dos sólidos é de 2,70 g/cm3,</p><p>determinar os índices físicos do solo no seu estado natural indicados a seguir.</p><p>a) Teor de umidade, massa específica, massa específica seca, índice de vazios, porosidade</p><p>e grau de saturação. Resposta: w = 14,3 %, ρ = 1,949 g/cm3, ρd = 1,704 g/cm3, e = 0,58, n</p><p>= 36,8 %, S = 66,2 %.</p><p>b) Supondo que o solo tenha se saturado, mantendo seu volume inicial constante, calcular a</p><p>massa específica saturada e seu teor de umidade correspondente. Resposta: ρsat = 2,073</p><p>g/cm3, wsat = 21,6 %.</p><p>OBSERVAÇÃO: para a solução dos seguintes exercícios utilizar as fórmulas de</p><p>correlação e quando necessário as de definição.</p><p>4 Foi realizada uma pesquisa de áreas de empréstimo, por meio de sondagens a</p><p>trado, para a construção de um trecho de rodovia. O perfil do solo indicado, obtido a partir</p><p>dos resultados de uma das sondagens, apresenta uma classificação granulométrica de suas</p><p>camadas a partir de testes de identificação visual e táctil.</p><p>NT</p><p>0,0</p><p>Argila siltosa (solo 1)</p><p>2,0</p><p>Silte arenoso (solo 2)</p><p>5,5</p><p>Areia siltosa (solo 3)</p><p>7,5</p><p>Pede-se:</p><p>a) Calcular o aumento (em %) do peso específico do solo da camada 1 (argila siltosa)</p><p>supondo que tenha se saturado, devido a uma chuva intensa. Dados do solo no seu</p><p>estado natural: teor de umidade 14,5 %, índice de vazios 0,8, densidade relativa dos</p><p>sólidos (grãos) 2,68. Resposta: peso específico do solo natural γ = 17,06 kN/m³, peso</p><p>específico do solo saturado γsat = 19,33 kN/m³, acréscimo do peso específico ∆γ =2 ,27</p><p>kN/m³ e em porcentagem 13,31 %.</p><p>24</p><p>b) Foi feita uma coleta de amostra de solo da camada 3 do perfil (areia siltosa) para avaliar</p><p>a possibilidade de utilização na base de um pavimento. Para isto foi feito um ensaio com</p><p>uma amostra de 2000 g cujo teor de umidade, determinado em laboratório, foi de 8%.</p><p>Calcular o volume de água a ser acrescentado para que essa amostra passe a ter 25%</p><p>de teor de umidade. Resposta: ∆Vw = 314,81 cm³.</p><p>5 Um solo saturado tem teor de umidade igual a 38 % e massa específica dos sólidos</p><p>de 2,85 g/cm3. Determinar o índice de vazios, a porosidade e a massa específica do solo.</p><p>Resposta: e = 1,08, n = 52 % e ρ = 1,89 g/cm3.</p><p>6 Qual a quantidade de água a ser acrescentada a uma amostra de 1500 g com teor</p><p>de umidade de 17 %, para que essa passe a ter 30 % de teor de umidade. Resposta:</p><p>Volume a acrescentar igual a 166,67 cm3.</p><p>7 Para um solo argilo-siltoso saturado com massa específica dos sólidos igual a 2,70</p><p>g/cm3 e teor de umidade de 46 %, determinar o índice de vazios e as massas específicas</p><p>saturada e submersa. Resposta: e = 1,242, ρsat = 1,758 g/cm3, ρ’ = 0,758 g/cm3.</p><p>8. A massa úmida de uma amostra de solo coletada no campo é de 465 g e sua massa</p><p>seca correspondente é de 405,76 g. A densidade relativa dos grãos, Gs, determinada em</p><p>laboratório foi de 2,68. Se o índice de vazios do solo no seu estado natural é de 0,83,</p><p>determinar:</p><p>a) O teor de umidade e o peso específico do solo. Resposta: w = 14,6 %, γ = 16,78 kN/m3.</p><p>b) O peso específico seco. Resposta: γd = 14,64 kN/m3.</p><p>ENSAIOS:</p><p>9. Uma amostra de solo úmido em uma cápsula de alumínio tem uma massa de 462 g.</p><p>Após a secagem em estufa se obteve a massa seca da amostra igual a 364 g. Determinar o</p><p>teor de umidade do solo considerando a massa da cápsula de 39 g. Resposta: w = 30,2 %.</p><p>10. Uma amostra de solo foi recebida no laboratório. A primeira determinação feita foi a</p><p>do teor de umidade, para isto uma amostra foi colocada numa cápsula de alumínio e</p><p>determinou-se a massa desse conjunto (solo úmido + cápsula) de 119,92 g. Essa amostra</p><p>permaneceu numa estufa elétrica a 105º C até a constância de massa. Após a retirada da</p><p>cápsula determinou-se a massa (sólidos + cápsula) de 109,05 g. Considerando a massa da</p><p>cápsula de 34,43 g, qual é o valor do teor de umidade do solo. Resposta: w = 14,5 %.</p><p>11. Determinação da massa específica dos grãos (ρs): A massa seca de uma amostra</p><p>para esse ensaio foi de 65,5 g. Depois de realizadas as etapas correspondentes à dispersão</p><p>e aplicação de vácuo do material no picnômetro, determinou-se a massa do conjunto</p><p>picnômetro+sólidos+água de 749,43 g. A temperatura da água nesse instante foi 21 ºC e</p><p>para essa temperatura a massa específica da água é de 0,9980 g/cm3 e a calibração do</p><p>picnômetro cheio de água indicava uma massa de 708,07 g. Determinar a massa específica</p><p>dos grãos. Resposta: 2,708 g/cm3.</p><p>12. A massa específica de um solo foi obtida através de medidas diretas de um corpo-</p><p>de-prova cilíndrico. No primeiro caso obteve-se ρ1 = 1,75 g/cm³ e no segundo ρ2 = 1,83</p><p>25</p><p>g/cm³. Sabendo-se que o teor de umidade natural do solo é de 43,5 % e que a massa</p><p>específica dos sólidos é ρs = 2,75 g/cm³, qual dos dois valores está mais correto, justifique.</p><p>Resposta: Calcula-se o grau de saturação com os dados de cada CP. S1 = 95 % e S2 = 103</p><p>%. Como o grau de saturação S não pode ser maior do que 100 %, então ρ1 = 1,75 g/cm³</p><p>está correto.</p><p>BIBLIOGRAFIA</p><p>ABNT - NBR 6457/1986. Amostras de Solo - Preparação para ensaios de compactação e</p><p>ensaios de caracterização.</p><p>ABNT - NBR 6508/84. Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm - Determinação da</p><p>massa específica.</p><p>Craig, R. F. (2007). Mecânica dos Solos. 7a ed. Editora LTC.</p><p>Braja M. Das. (2007). Fundamentos de Engenharia Geotécnica. Editora Thomson.</p><p>Holtz, R. D. e Kovacs, W. D. (1981). An Introduction to Geotechnical Engineering. Ed.</p><p>Prentice Hall.</p><p>Nogueira, J.B. (1988). Mecânica dos Solos. Publicação Escola de Engenharia de São</p><p>Carlos, Departamento de Geotecnia, USP - São Carlos, São Carlos, SP.</p><p>Ortigão, J. A. R. (2007). Introdução à Mecânica dos Solos dos Estados Críticos. Download</p><p>grátis em http://www.terratek.com.br/pt/downloads/cat_view/21-books.html</p><p>Pinto, C. S. (2006). Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3a Ed. Oficina de Textos.</p><p>Teixeira, Toledo, Fairchild e Taioli. (2000). Decifrando a Terra. Ed. Oficina de Textos.</p><p>26</p><p>http://www.terratek.com.br/pt/downloads/cat_view/21-books.html</p><p>Quadro 1 - O Solo na Engenharia Civil</p><p>NT</p><p>Silte arenoso (solo 2)</p><p>Mineral</p><p>Mineral</p>