Mecânica dos Solos: Água, Vazios e Consistência

Sistema de Água no Solo

Solos saturados e origem da água no solo (ciclo hidrológico):

• Água Higroscópica: É fixada na superfície dos coloides por absorção.
• Água Capilar: É sujeita a fenômenos de capilaridade no solo e desloca-se nos espaços intersticiais.
• Água Gravitacional: Não é retida no solo, deslocando-se apenas nos macroporos por ação da gravidade.
• Água de Constituição: Integrante da estrutura química da fração sólida do solo.

Índices de Vazio Máximo e Mínimo

Exemplo: Para determinar o índice de compacidade relativa de uma areia, que apresentava, no estado natural, uma massa específica seca de 1,71 kg/dm³, foram realizados ensaios para determinar seus estados de máxima e mínima compacidade.

Para determinar a máxima compacidade, a areia foi colocada num cilindro de 10 cm de diâmetro e altura de 12,76 cm (volume de 1 dm³), e o conjunto foi fixado em mesa vibratória com uma sobrecarga de 10 kg. Após a vibração, determinou-se que a areia ficou com uma massa específica seca de 1,78 kg/dm³.

Para determinação da mínima compacidade, a areia, previamente seca em estufa, foi colocada dentro de um molde, por meio de um funil, fazendo-se que a altura de queda nunca ultrapassasse 1 cm. O ensaio indicou uma massa específica seca de 1,49 kg/dm³. Determine o índice de compacidade relativa. Suponha massa específica dos grãos de 2,65 kg/dm³.

Resolução:

• Dados: ρd = 1,71 kg/dm³ (natural); ρd,max = 1,78 kg/dm³; ρd,min = 1,49 kg/dm³.
• Cálculo do Índice de Vazios (e): Utilizando a fórmula e = (ρs / ρd) - 1:
  • e_nat = (2,65 / 1,71) - 1 = 0,55
  • e_min = (2,65 / 1,78) - 1 = 0,49
  • e_max = (2,65 / 1,49) - 1 = 0,78
• Compacidade Relativa (Cr): Cr = (e_max - e_nat) / (e_max - e_min) = (0,78 - 0,55) / (0,78 - 0,49) = 0,79 (Areia compactada).

Índice de Consistência (IC) e Sensitividade (S)

Para determinar o índice de consistência e a sensitividade de uma argila, utilizou-se uma amostra indeformada. Os ensaios realizados e seus respectivos resultados estão listados abaixo:

• Teor de umidade natural (w): 50%
• Limite de Liquidez (LL): 60%
• Limite de Plasticidade (LP): 35%
• Resistência à compressão simples (estado natural): 82 kPa
• Resistência à compressão simples (solo amolgado): 28 kPa

Cálculos:

Índice de Consistência (IC):
IC = (LL - w) / (LL - LP) = (60 - 50) / (60 - 35) = 0,4 (Argila mole).

Sensitividade (S):
S = Resistência Natural / Resistência Amolgada = 82 / 28 = 2,93 (Argila de média sensitividade).