O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu índice de vazios. Este dado isolado, entretanto, fornece pouca informação sobre o comportamento da areia, pois, com o mesmo índice de vazios, uma areia pode estar compactada e outra fofa. É necessário analisar o índice de vazios natural de uma areia em confronto com os índices de vazios máximo e mínimo em que ela pode se encontrar.
Se uma areia pura, no estado seco, for colocada cuidadosamente em um recipiente, vertida através de um funil com pequena altura de queda, por exemplo, ficará no seu estado mais fofo possível. Pode-se, então, determinar seu peso específico e dele calcular o índice de vazios máximo.
Vibrando-se uma areia dentro de um molde, ela ficará no seu estado mais compacto possível. A ele corresponde o índice de vazios mínimo.
As areias se distinguem também pelo formato dos grãos. Embora as dimensões dos grãos não sejam muito diferentes segundo três eixos perpendiculares, como ocorre com as argilas, a rugosidade superficial é bem distinta. Formatos distintos são ilustrados na Figura 4.1, que mostra projeções de grãos naturais de areias de diferentes procedências. Os grãos da areia de Ottawa são bem esféricos (dimensões segundo os três eixos semelhantes) e arredondados (cantos bem suaves), enquanto os grãos de areia do rio Tietê são menos esféricos e muito angulares.
E - esfericidade A – arredondamento
O formato dos grãos de areia tem muita importância no seu comportamento mecânico, pois determina como eles se encaixam e se entrosam, e, em contrapartida, como eles deslizam entre si, quando solicitados por forças externas. Por outro lado, como as forças se transmitem pelo contato entre as partículas as de formato mais angulares são mais suscetíveis a se quebrarem.
Os índices de vazios máximo e mínimo dependem das características da areia. Valores típicos estão indicados na Tabela 4.1. Os valores são tanto maiores quanto mais angulares são os grãos e quanto mais mal graduadas as areias.
Descrição da areia emin emax Areia uniforme de grãos angulares 0,70 1,10
Areia bem graduada de grãos angulares 0,45 0,75 Areia uniforme de grãos arredondados 0,45 0,75 Areia bem graduada de grãos arredondados 0,35 0,65
Consideremos uma areia A com “e mínimo” igual a 0,6 e “e máximo” igual a 0,9 e uma areia B com “e mínimo” igual a 0,4 e “e máximo” igual a 0,7 (ver figura 4.2). Se as duas estiverem com e= 0,65, a areia A estará compacta e a areia B estará fofa.
Figura – Comparação de compacidades de duas areias com e=0,65
O estado de uma areia, ou sua compacidade, pode ser expresso pelo índice de vazios em que ele se encontra, em relação a estes valores externos, pelo índice de compacidade relativa:
max max min
−= − e natCR e
Quanto maior a CR, mais compacta é a areia. Terzaghi sugeriu a terminologia apresentada na Tabela 4.2. Em geral, areias compactas apresentam maior resistência e menor deformidade. Estas características, entre as diversas areias, dependem também de outros fatores, como a distribuição granulométrica e o formato dos grãos. Entretanto, a compacidade é um fator importante.
Classificação CR
Areia fofa abaixo de 0,3
Areia de compacidade médiaentre 0,3 e 0,6 Areia compacta acima de 0,6