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FACULDADE DE TECOLOGIA DE SÃO PAULO APOSTILA DE MECÂICA DOS SOLOS Departamento de Transportes e Obras de Terra Prof. Dr. Edson de Moura 1 TRANSPORTES E OBRAS DE TERRA Movimento de Terra e Pavimentação APOSTILA DE MECÂNICA DOS SOLOS Prof. Dr. Edson de Moura Disponível em: www.professoredmoura.com.br 1º semestre / 2012

Apostila Mecanica Solos Sondagem Jan 2012

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TRANSPORTES E OBRAS DE TERRAMovimento de Terra e Pavimentao

APOSTILA DE MECNICA DOS SOLOSProf. Dr. Edson de MouraDisponvel em: www.professoredmoura.com.br

1 semestre / 2012

1FACULDADE DE TEC OLOGIA DE SO PAULO Departamento de Transportes e Obras de Terra APOSTILA DE MEC ICA DOS SOLOS Prof. Dr. Edson de Moura

NDICEAULA 1 - OS SOLOS SOB O PONTO DE VISTA DA ENGENHARIA CIVIL E HISTRIA DA MECNICA DOS SOLOS ................................................................................81.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 - Definio de solo sob o ponto de vista da Engenharia ........................................................................... 8 - Origem e constituio ....................................................................................................................................... 9 Transporte ........................................................................................................................................................... 11 Evoluao Pedogentica...................................................................................................................................... 13 - O Perfil do Solo ................................................................................................................................................ 13 Histria da Mecnica dos Solos (breve relato) .................................................................................... 17

AULA 2 - PREPARO DE AMOSTRAS DE SOLOS PARA ENSAIOS DE CARACTERIZAO....................................................................................................................... 192.1 Preparo das amostras ...................................................................................................................................... 192.1.1 Compactao (ABNT NBR 6457 1986).....................................................................................................................................................19 2.1.2 Caracterizao ...................................................................................................................................................................................................19 2.1.2.1 Granulometria com sedimentao, umidade higroscpica e densidade dos gros .........................................................20 2.2.2 Ensaios de Limites de Atterberg. ..............................................................................................................................................................20

AULA 3 - NDICES FSICOS ................................................................................................. 223.1 3.2 3.3 3.4 Introduo ........................................................................................................................................................... 22 - ndices Fsicos Entre Trs Fases ................................................................................................................ 22 - Umidade ............................................................................................................................................................... 23 - Peso Especfico Aparente Seco .................................................................................................................... 24

3.4.1 Fator de Converso ..........................................................................................................................................................................................24

3.5 - Peso Especfico dos Slidos ........................................................................................................................... 25

AULA 4 - ANLISE GRANULOMETRIA DE SOLOS ......................................................... 284.1 4.2 4.3 4.4 4.5 - Forma das partculas ....................................................................................................................................... 28 - Classificao dos solos baseados em critrios granulomtricos ........................................................ 28 - Carter latertico ............................................................................................................................................. 30 Granulometria - procedimento de ensaio ................................................................................................... 30 - Parmetros que caracterizam a distribuio granulomtrica: ............................................................ 35

4.5.1 - Dimetro efetivo (D10)..................................................................................................................................................................................35 4.5.2 - Coeficiente de uniformidade (Cu) ..............................................................................................................................................................35 4.5.3 - Coeficiente de curvatura (Cc) .....................................................................................................................................................................35

4.6 - Compacidade ....................................................................................................................................................... 364.6.1 Compacidade relativa (ID) .............................................................................................................................................................................36

AULA 05 DIRETRIZES PARA EXECUO DE SONDAGENS ....................................... 395.1 - SONDAGENS A TRADO................................................................................................................................. 395.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5 Identificao ......................................................................................................................................................................................................39 Equipamentos ......................................................................................................................................................................................................39 Execuo da sondagem ...................................................................................................................................................................................40 Amostragem ........................................................................................................................................................................................................41 Apresentao dos resultados .......................................................................................................................................................................42

5.2 - POOS DE INSPEO EM SOLOS ............................................................................................................ 435.2.1. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.4. Identificao .....................................................................................................................................................................................................43 - Equipamento ......................................................................................................................................................................................................43 - Execuo.............................................................................................................................................................................................................43 - Amostragem ......................................................................................................................................................................................................45

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5.2.5 - Apresentao dos resultados .......................................................................................................................................................................46

5.3 SONDAGENS DE SOLOS A PERCUSSO................................................................................................. 475.3.1 - Identificao ......................................................................................................................................................................................................47 5.3.2 - Equipamento ........................................................................................................................................................................................................47 5.3.3 - Execuo da sondagem ...................................................................................................................................................................................48

5.4 - STANDARD PENETRATION TEST (SPT) ................................................................................................ 505.4.1 - Amostragem ........................................................................................................................................................................................................51 5.4.2 - Apresentao dos resultados .......................................................................................................................................................................52 5.4.3 Resistncia SPT .................................................................................................................................................................................................53

5.5 - SONDAGENS ROTATIVAS ........................................................................................................................... 555.5.1 - Identificao ......................................................................................................................................................................................................55 5.5.2 - Equipamento ........................................................................................................................................................................................................55 5.5.3 - Execuo da Sondagem ..................................................................................................................................................................................55

AULA 6 - COMPACTAO DE SOLOS.................................................................................. 586.1 - Curva de compactao proctor ..................................................................................................................... 58 6.2 - Saturao ............................................................................................................................................................ 59

Aula 07

RESISTNCIA DE SOLOS .................................................................................. 61

7.1 Introduo ........................................................................................................................................................ 61 7.2 - Ensaios ................................................................................................................................................................. 617.2.1 - Compresso Simples .........................................................................................................................................................................................61 7.2.2 - Resistncia Trao por Compresso Diametral (RT) ......................................................................................................................63 7.2.3 - CBR California Bearing Ratio ndice de Suporte Califrnia ISC .......................................................................................65 7.2.3.1 - O Ensaio de ndice de Suporte Califrnia - ISC ....................................................................................................................65 7.2.3.2 - Moldagem do Corpo-de-prova ..........................................................................................................................................................66 7.2.3.3 - Expanso ....................................................................................................................................................................................................67 7.2.3.4 - Ruptura ISC .............................................................................................................................................................................................68 7.2.4 Mdulo de Resilincia ....................................................................................................................................................................................71 7.2.4.1 Mdulo de Elasticidade ............................................................................................................................................................................71 7.2.4.2 - Mdulo de Resilincia ...........................................................................................................................................................................71

AULA 08 LIMITES DE ATTERBERG ................................................................................... 78 AULA 09 CLASSIFICAO DE SOLOS HIGHWAY RESEARCH BOARD - HRB..... 969.1 - Classificao de Solos HRB Highway Research Board AASHTO - Para Finalidades Rodovirias ...................................................................................................................................................................... 96

AULA 10 METODOLOGIA MINIATURA COMPACTADO TROPICAL - MCT ........ 9910.1 Introduo ......................................................................................................................................................... 9910.1.3 - Metodologia MCT ...........................................................................................................................................................................................99

10.2 - MINI-MCV e Classificao Geotcnica MCT ...................................................................................... 10110.2.1 Classificao MCT - Convencional .........................................................................................................................................................101 10.2.2 Mtodo das Pastilhas ..................................................................................................................................................................................121

10.3 - MINI-Proctor e Ensaios Complementares............................................................................................ 12110.3.1 10.3.2 10.3.3 10.3.4 10.3.5 Mini-Proctor...................................................................................................................................................................................................121 Mini-CBR e Expanso .................................................................................................................................................................................125 Contrao ........................................................................................................................................................................................................128 Infiltrabilidade Soro ..........................................................................................................................................................................130 Permeabilidade ..............................................................................................................................................................................................132

AULA 11 CLASSIFICAO MCT MTODO DAS PASTILHAS .............................. 137 AULA 12 CONTROLE DE COMPACTAO DE CAMPO ................................................ 14512.1- Introduo ........................................................................................................................................................ 145 12.2 Controle por Deflexo ................................................................................................................................. 145 12.3 - Controle de Umidade de Campo ............................................................................................................... 146

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12.3.1 12.3.2 12.3.3 12.3.4 12.3.5 12.3.6 12.3.7

Mtodo da Estufa ........................................................................................................................................................................................146 Mtodo da Frigideira ..................................................................................................................................................................................146 Mtodo do lcool ..........................................................................................................................................................................................147 Mtodo do Speedy .......................................................................................................................................................................................147 Mtodo Nuclear .............................................................................................................................................................................................147 Outros Mtodos.............................................................................................................................................................................................148 Calibrao dos Equipamentos ...................................................................................................................................................................148

12.4 - Controle da Densidade de Campo ( campo) ........................................................................................ 148 12.4.1 Mtodo de Cravao de Cilindro.............................................................................................................................................................149 12.4.2 Mtodo do Frasco de Funil-Areia ..........................................................................................................................................................149 12.4.3 Mtodo nuclear ..............................................................................................................................................................................................150

12.5 Grau de compactao................................................................................................................................... 150

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Lista de FigurasFigura 1 - Perfl hipottico de um solo ..................................................................................................................... 14 Figura 2 - Quartzo ...................................................................................................................................................... 15 Figura 3 - Grafita ........................................................................................................................................................ 15 Figura 4 - Calcita ......................................................................................................................................................... 15 Figura 5 - Mica ............................................................................................................................................................. 15 Figura 6 - Talco ............................................................................................................................................................ 15 Figura 7 - Feldspato .................................................................................................................................................... 16 Figura 8 - Diamante ..................................................................................................................................................... 16 Figura 9 - Escala do tempo geolgico ........................................................................................................................ 17 Figura 10 - Roteiro esquemtico de preparo de amostras de solo para ensaios de caracterizao. ............... 21 Figura 11 - Fases constituintes do solo .................................................................................................................... 22 Figura 12 - Formas das partculas ............................................................................................................................ 28 Figura 13 - Areia de rio esfricas angulares .......................................................................................................... 28 Figura 14 - Esferas de vidro, esfricas arredondadas ......................................................................................... 28 Figura 15 - Tipos de distribuio granulomtricas ................................................................................................ 36 Figura 16 - Tipos de trado manual ............................................................................................................................ 40 Figura 17 - Cavadeira manual articulada .................................................................................................................. 40 Figura 18 - Trado manual com haste prolongadora ................................................................................................ 40 Figura 19 - Sarilho ...................................................................................................................................................... 43 Figura 20 - Sarilho instalado em poo ..................................................................................................................... 43 Figura 21 - Poo de sondagem ................................................................................................................................... 43 Figura 22 - Poo (trincheira) com revestimento em madeira ............................................................................... 44 Figura 23 - Trip ........................................................................................................................................................ 47 Figura 24 - Amostra extrada do barrilete amostrador ....................................................................................... 47 Figura 25 - Ferramenta de perfurao Trpano .................................................................................................... 47 Figura 26 - Esquema de umfuro de sondagem percurso .................................................................................. 47 Figura 27 - Sentido da circulao de lavagem ........................................................................................................ 48 Figura 28 - Folha de ensaio de levantamento de um perf de sondagem SPT .................................................... 54 Figura 29 - Perfil esquemtico das camadas do solo a partir de trs furos de sondagem .............................. 54 Figura 30 - Sonda rotativa ........................................................................................................................................ 55 Figura 31 - Retentores de testemunhos .................................................................................................................. 55 Figura 32 - Curva de Compactao ........................................................................................................................... 58 Figura 33 - Equipamentos utilizados moldes e soquetes ....................................................................................... 59 Figura 34 - Folha de ensaio de compactao .......................................................................................................... 60 Figura 35 - Ensaios de resistncia em solos ............................................................................................................ 61 Figura 36 - Corpo-de-prova solicitado por foras opostas de igual valor por dois frisos. .............................. 63 Figura 37 - Compresso diametral - distribuio das tenses de trao e compresso nos eixos horizontais e verticais respectivamente. ..................................................................................................................................... 63 Figura 38 - Molde cilndrico ...................................................................................................................................... 66 Figura 39 - Soquete tipo grande .............................................................................................................................. 66 Figura 40 - Disco espaador ..................................................................................................................................... 66 Figura 41 - Rgua biselada. ........................................................................................................................................ 66

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Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura

42 - Peso anelar .............................................................................................................................................. 68 43 - Prato perfurado...................................................................................................................................... 68 44 - Trip do extensmetro ......................................................................................................................... 68 45 - Conjunto + trip de expanso ............................................................................................................... 68 46 - Prensa de ISC eltrica. ......................................................................................................................... 69 47 - Grfico da Penetrao do ensaio de ISC. ........................................................................................... 69 48 - corpo-de-prova 10 cm x 20 cm. ............................................................................................................ 72 49 - Cmara triaxial ....................................................................................................................................... 72 50 - esquema de aplicao de tenses nos carregamentos ...................................................................... 72 51 - Deslocamentos ocasionados pela ao das tenses ........................................................................... 72 52 - Lei de Hooke Generalizada ................................................................................................................... 73 53 - Mdulo de resilincia constante para materiais cimentados ........................................................... 73 54 - Mdulo de resilincia de materiais granulares .................................................................................. 73 55 - Esquema da variao do mdulo de resilincia de solos coesivos .................................................... 74 56 - Representao do mdulo de resilincia para solos granulares coesivos ....................................... 74 57 - Esquema log x log para materiais granulares coesivos ..................................................................... 74 58 - Variaes de tenses causadas por uma carga mvel Pinto (2002) ............................................. 75 59 - Folha de ensaio de mdulo de resilincia de um solo arenoso .......................................................... 76 60 - Grfico do ensaio de mdulo de resilincia ........................................................................................ 77

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Lista de TabelasTabela Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela 1 - Dimeses dos gros dos solos conforme ABNT NBR 6502 (1995) .................................................... 10 2 - Escalas granulomtricas adotadas pela A.S.T.M., A.A.S.H.T.O, M.I.T. e ABNT. ........................... 29 3 - Compacidade x SPT ................................................................................................................................. 53 4 - Consistncia x SPT .................................................................................................................................. 53 5 - Energia de compactao e caractersticas dos moldes e soquetes .................................................. 59 6 - Fator de correo para 1,0 h/d 2,0 ................................................................................................. 62 7 - Energia de compactao e caractersticas dos moldes e soquetes .................................................. 67 8 - Presses padro para o ensaio de ISC ................................................................................................. 70 9 Procedimento de determinao do ISC ................................................................................................ 70

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AULA 1 - OS SOLOS SOB O PONTO DE VISTA DA ENGENHARIA CIVIL E HISTRIA DA MECNICA DOS SOLOSTexto extraido - VARGAS, M. Introduo Mecnica dos Solos. So Paulo, Ed. McGraw-Hill, 1977.

1.1 - Definio de solo sob o ponto de vista da Engenharia A palavra solo, na expresso Mecnica dos Solos, no tem um significado intuitivo imediato. Ela necessita de uma definio erudita. Mas toda definio exige, de imediato, a fixao da finalidade para que feita. Em portugus clssico, o termo solo significa to somente a superfcie do cho. o significado original da palavra herdado do latim solum. J no campo especfico da agricultura, solo a camada de terra tratvel, geralmente de poucos metros de espessura, que suporta as razes das plantas. Na expresso Mecnica dos Solos, o termo adquire um significado especfico s finalidades da engenharia. Ele denota um material de construo ou de minerao. Na engenharia civil, como a grande maioria de suas obras apiam-se sobre ou no interior da crosta terrestre, os materiais que formam essa ltima so, eles mesmos, sob tal ponto de vista, materiais de construo. Alm disso, tais materiais podem, tambm, ser utilizados nas prprias obras como materiais de emprstimo para as construes civis. Dividem-se, esses materiais, segundo os engenheiros, em solos e rochas. a forma arbitrria e grosseira com que so eles distinguidos entre si; mas que bem pode servir de uma primeira tentativa de definio. Assim, estabelea-se inicialmente, embora sem nenhuma esperana de rigor, que seja solo todo material natural, sob gua ou no, da crosta terrestre, escavvel por meio de p, picareta, escavadeiras, etc., sem necessidade de explosivos e, rocha todo material que necessite de explosivos para seu desmonte. evidente que, sob um ponto de vista cientfico (ciencia), tal definio insustentvel. Na geologia, por exemplo, o significado dos dois termos outro. Por exemplo, as camadas tercirias de argila da cidade de So Paulo foram escavadas, para a construo do seu Metr, sem auxilio de explosivos. Entretanto, para os gelogos, tais camadas constituem uma rocha sedimentar perfeitamente definida. Seria escandaloso, entretanto, afirmar-se que o tnel da Avenida 9 de Julho em So Paulo foi escavado em rocha, por melhor que fosse a argumentao dos gelogos, pois l no foi utilizada nenhuma tcnica ou programao de escavao em rochas, as quais so baseadas, essencialmente, no ritmo das exploses para desmonte. Com a finalidade especfica da Engenharia Civil, portanto, os termos solo e rocha poderiam ser definidos, considerando-se o solo como todo material da crosta terrestre que no oferecesse resistncia intransponvel escavao mecnica e que perdesse totalmente toda resistncia, quando em contato prolongado com a gua; e rocha, aquele cuja resistncia ao desmonte, alm de ser permanente, a no ser quando em processo geolgico de decomposio, s fosse vencida por meio de explosivos. Portanto, sob um ponto de vista puramente tcnico, aplica-se o termo solo a todo material natural, sob gua ou no, da crosta terrestre escavvel por meio de p, picareta, escavadeiras, etc., sem necessidade de explosivos e que servem de suporte, so arrimados, escavados ou perfurados e utilizados nas obras da Engenharia Civil. Tais materiais, por sua vez, reagem sob as fundaes e atuam sobre os arrimos e coberturas, deformam-se e resistem a esforos nos aterros e taludes, influenciando as obras segundo suas propriedades e comportamento. O estudo terico e a verificao prtica dessas propriedades

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e atuao que constituem a Mecnica dos Solos. essa ltima, portanto, um ramo da Mecnica, aplicada a um material pr-existente na natureza.

1.2 - Origem e constituio Todo solo tem sua origem imediata ou remota na decomposio das rochas pela ao das intempries. Quando o solo, produto do processo de decomposio permanece no prprio local em que se deu o fenmeno, ele se chama residual. Quando em seguida carregado pela gua das enchurradas ou rios, pelo vento ou pela gravidade ou por vrios desses agentes simultaneamente ele dito transportado. Mas existem outros tipos de solos, nos quais aparecem elementos de decomposio orgnica que se misturam ao solo transportado. H ainda as terras diatomceas1, constitudas por carapaas de algas ou infusrios. Finalmente, existem os solos provenientes de uma evoluo pedognica, tais como os solos superficiais que suportam as razes das plantas ou os solos porosos dos pases tropicais. Dentro dessa perspectiva o mecanismo da formao dos solos, a partir do processo fsico-qumico de fragmentao e decomposio das rochas, e atravs do transporte, sedimentao e evoluo pedognica o seguinte. Expanso e contrao trmica alternada das rochas ss levando ao seu fraturamento mecnico. Esse o primeiro estgio da decomposio, o qual pode ser associado s foras expansivas de certos minerais constituintes da rocha, ou da gua que penetra pelas fissuras ou, ainda, finalmente das razes de plantas. Tais fatores isolados ou associados levam decomposio fsica das rochas macias em grandes blocos ou, at mesmo, em pequenos fragmentos. Alterao qumica das espcies minerais que formam a rocha, transformando-as em areias ou argilas. A oxidao e o ataque pela gua acidulada, por cidos orgnicos, so os principais agentes da decomposio qumica que comumente se designa por alterao. O carter e a amplitude da alterao dependem, de um lado, da natureza da rocha, isto , de sua composio qumica, sua estrutura e textura, e, do outro, do clima da regio, isto , das alternncias de chuvas e temperatura. Por exemplo, um granito, rocha constituda pelos minerais: quartzo, feldspato e mica, em clima tropical mido, sofre o seguinte processo de decomposio: depois de formada e trazida superfcie da crosta, fraturada pela alternncia de calor e chuva. Depois de suficientemente fraturada comea o ataque qumico pela gua acidulada, geralmente com gs carbnico agressivo, proveniente da decomposio de vegetais. Essa acidulao nitidamente crescente com a temperatura e, portanto, bem mais efetiva nos pases tropicais. Os feldspatos presentes so atacados, a rocha desmancha-se e os gros de quartzo, embora no sejam atacados, soltam-se, formando os gros de areia e pedregulho. Os feldspatos, decompostos pela gua acidulada, vo dar o mineral denominado argila e sais solveis, os quais so carreados pelas guas e levados ao mar. Algumas das espcies de mica sofrem processo de alterao semelhante ao dos feldspatos

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Terras diatomceas terras com conchas

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formando argila, enquanto outras resistem e vo formar as palhetas brilhantes presentes nos, assim chamados, solos micceos. Do processo acima descrito resulta o solo residual de granito que comumente chamado pela expresso contrada alterao de granito. Fazem parte dele, eventualmente, grandes blocos ou fragmentos pequenos da rocha original que resistiram decomposio. Por uma coincidncia, muito feliz para os tcnicos de solos, esses blocos ou fragmentos de rocha, os gros de quartzo, o mineral argila, as palhetas de mica e outros elementos acidentais tm tamanhos de gros diferentes. De forma que as fraes constituintes dos solos residuais diferenciam-se entre si, no s pela espcie mineralgica, mas tambm pelos seus tamanhos diferentes. De uma forma estatstica, seria pedregulho2 a frao dos solos constituda pelos fragmentos de dimetro mdio superior a 2 mm; areia, a dos de 2 mm a 0,02 mm. Argila seria a frao dos solos constituda pelos microcristais de dimetro mdio inferior a 2m. Aos elementos espordicos de dimetro mdio ente 0,06 mm e 0,002 mm so denominados de siltes, conforme classificao ABNT NBR 6502 (1995). Esto apresentados na tabela 01 os limites das dimenses, maiores detalhes esto abordados na Aula 4 Anlise Granulometrica dos Solos.

Tabela 1 - Dimeses dos gros dos solos conforme ABNT NBR 6502 (1995)Frao Mataco Pedra de mo Pedregulho Areia grossa Areia mdia Areia fina Silte Argila Limites definidos (mm) 200 < < 1000 60 < < 200 2 < < 60 0,6 < < 2 0,02 < < 0,6 0,06 < < 0,02 0,002 < < 0,06 < 0,002

No caso da rocha madre ser, por exemplo, um basalto em clima tropical, de invernos secos e veres midos, a decomposio se faz, principalmente, pelo ataque qumico das guas aciduladas aos plagioclsios e outros elementos melanocrticos, dando como resultado predominantemente argilas. No apareceria neste solo a frao areia, pois o basalto no contm quartzo, mas aparecem, em pequenas porcentagens, gros de xidos de ferro, muitas vezes sob a forma de magnetita. o caso da terra roxa, do interior Centro-Sul do Brasil, que predominantemente uma argila vermelha. Os micaxistos, rochas do pr-cambriano brasileiro, onde a mica um mineral predominante, do origem aos chamados solos micosos com grande predominncia de palhetas de mica, entre os gros de tamanho das areias e siltes, e com menor ou maior porcentagem de argilo-mineral proveniente da alterao de certas espcies de mica. Os arenitos, das formaes sedimentares brasileiras do paleozico ao cretceo, so origem de um solo essencialmente arenoso, pois no existem feldspatos ou micas em sua composio. O elemento que altera o cimento que aglutina os gros de quartzo. Quando esse cimento silicoso - forma-se um solo As dimenses de pedregulho e dos demais materiais apresentadas nesse pargrafo diferem das encontradas no livro do Prof. Milton Vargas. A Tabela 01 tambm no faz parte.2

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residual extremamente arenoso. Quando o cimento argiloso aparece no solo residual de arenito uma pequena porcentagem de argila, a qual, muitas vezes, extremamente ativa comunicando ao solo residual uma espcie de coeso tanto maior quanto mais seco estiver o solo. por isso que tais solos, embora eminentemente arenosos, muitas vezes podem ser cortados verticalmente em alturas considerveis, como se fossem argilas.

1.3 Transporte

Transporte e sedimentao por um agente transportador: desde a simples gravidade, que faz cair as massas de solo e rocha ao longo dos taludes, at uma enxurrada, por exemplo, que carreia o material constituinte dos solos residuais acima descritos. Nas escarpas abruptas, como as da Serra do Mar, os mantos de solo residual com blocos de rocha podem escorregar, sob a ao de seu prprio peso, durante chuvas violentas, indo acumular-se ao p do talude em depsito de material detrtico, geralmente fofo, formando os talus. Tais depsitos so formados por gros de tamanho muito varivel, inclusive blocos de rocha. Em geral, os gros de argila so levados pela enxurrada e carreados pelas ribeiras que descem a serra. Tais talus so sujeitos a movimento de rastejo (expanses e contraes peridicas, pelo efeito de temperatura, que resultam num lento movimento talude abaixo). Esse o transporte por gravidade ou coluvial. Mas, nem todo transporte coluvial to violento, muitas vezes uma topografia suavemente ondulada o resultado de eroso no topo dos morros de solo residual profundamente alterado e deposio coluvial nos vales. Esse o caso do planalto brasileiro, onde ocorrem camadas recentes de solo coluvial fino sobre solo residual de material semelhante. bom, entretanto, lembrar que a grande maioria desses depsitos sofreu uma evoluo pedolgica posterior a sua deposio. Assim, seriam melhor includos na classe dos solos de evoluo pedolgica comumente chamados, entre ns, de porosos. A semelhana, geralmente, tanta entre o coluvio superior e o solo residual inferior que difcil distingui-los. Entretanto, comum entre os dois aparecer uma camada de pedregulho que delimita o seu contato. Quando o transporte feito por grandes volumes de gua, aparecem os solos aluviais que, quando recentes, formam os terraos aluvionais das margens e as plancies recentes dos deltas dos grandes rios. A princpio as grandes torrentes carregam consigo todo o detrito das eroses, mas logo depositam os grandes blocos e depois os pedregulhos. Ao perder sua velocidade, e portanto sua capacidade de carrear os sedimentos, os grandes rios passam a depositar as camadas de areia e, em seguida, os gros de menor dimetro, formando os leitos de areia fina e silte. Finalmente, somente os microcristais de argila permanecem em suspenso nas grandes massas de gua dos lagos ou das lagunas prximas ao mar. A sedimentao da argila d-se, ento, ou por floculao das partculas em suspenso, devido neutralizao de suas cargas eltricas de mesmo sinal, pelo contato com gua salgada do mar, ou por efeito da radiao solar nas guas doces dos lagos interiores. Assim a enxurrada e as guas dos rios em seu caminho para o mar transportaro os detritos de eroso e os sedimentaro em camadas, na ordem decrescente de seus dimetros. Inicialmente sedimentamse as camadas de pedregulhos, depois as de areias e siltes e, por fim, a camada de argila. Essas camadas constituem os solos transportados aluvionares, formando o seu conjunto, ciclos de sedimentao. Em cada

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camada predominam, ordenadamente, os tamanhos de gros correspondentes aos pedregulhos, areias, silte e argila. Os termos pedregulho, areia, silte e argila tm, portanto, trs significados diferentes, em Mecnica dos Solos. Em primeiro lugar denotam espcies mineralgicas diferentes; em segundo, fraes de solo com tamanhos de gros diferentes; e, em terceiro, camadas de solo. O termo argila no pode ter, em Mecnica dos Solos, o significado de rocha que tem em Geologia, pois se referir sempre a um solo. Uma camada de argila que exigisse dinamite para seu desmonte seria chamada de argilito. Assim, um pedregulho aquele solo no qual o tamanho dos gros superior a 2mm; mas tambm a camada onde predomina a frao pedregulho. Na frao de solo areia, a espcie mineralgica , comumente, o quartzo, e na camada de areia predominam os gros do tamanho da frao areia. Nos solos argilosos, entretanto, no necessariamente a frao de argila dominante que os caracteriza. possvel que um solo tenha adquirido um carter argiloso pela presena de uma frao de argila que, embora no predominante, suficientemente ativa para emprestar ao solo plasticidade e coeso tpica das argilas.

Transporte elico nas regies desrticas, ou ao longo das praias ocenicas, ventos fortes sopram sobre as areias e as carreiam indo depositar seus gros mais alm dos montculos ou dunas. Como a direo dos ventos cambiante as camadas depositadas no tm sempre a mesma orientao. Esse o fenmeno da estratificao cruzada que caracteriza os depsitos elicos. Outra caracterstica a uniformidade dos gros de tais depsitos de areia, pois a fora do vento seleciona muito mais do que a gua, os pesos dos gros que podem ser transportados.H que considerar aqui a sedimentao subelica das praias, onde concorrem tanto a gua como o vento, da qual resulta tambm, e mais nitidamente, a estratificao cruzada. As partculas muito finas de areia podem ser levadas muito alto pelos ventos e depositadas a distncias muito grandes. Os depsitos elicos de tal natureza so chamados de loess.

Formao dos solos orgnicos d-se ou pela impregnao de matria orgnica em sedimentos prexistentes, ou pela transformao carbonfera de materiais, geralmente, de origem vegetal contida no material sedimentado, ou, ainda, pela absoro no solo de carapaas de moluscos, diatomceas ou infusrios. Nos dois primeiros casos estaro os solos orgnicos e, no ltimo, as camadas de fragmentos calcreos de origem animal e os solos diatomceos.Os solos orgnicos so de muito maior importncia tcnica que os depsitos de fragmentos calcreos e as terras diatomceas. Portanto, eles sero aqui os mais considerados. Uma parte dos produtos da decomposio da matria orgnica um produto escuro e relativamente estvel que impregna os solos orgnicos: o hmus. Por ser facilmente carreado pela gua, em soluo ou suspenso, o hmus s impregna permanentemente os solos finos: as argilas e os siltes e, em menor extenso, as areias finas. Existem, assim, argilas, siltes ou areias finas orgnicas. So os solos de cor escura das baixadas litorneas ou das vrzeas dos rios interioranos. Mas no existem areias grossas ou pedregulhos orgnicos, pois sua alta permeabilidade permite velocidades de percolao dgua suficientemente grandes para carrear toda matria orgnica estvel. Quando a matria orgnica provm da deposio sobre o solo de grande quantidade de folhas, caules e troncos de florestas h um processo insipiente de carbonificao. Ento forma-se um solo fibroso

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essencialmente de carbono, que se chama turfa. A diferena entre argilas e siltes orgnicos e a turfa est em que as primeiras so mais pesadas, pois que a turfa, constituda de grandes teores de carbono, de densidade especfica menor. Por outro lado, a turfa combustvel quando seca e os solos orgnicos no o so.

1.4 Evoluao Pedogentica

Evoluo pedognica por esse nome se agrupa uma complexa srie de processos fsico-qumicos ebiolgicos que governam a formao dos solos da agricultura. Em essncia esses processos compreendem a lixiviao do horizonte superficial e concentrao de partculas coloidais no horizonte profundo, e, alm disso, a impregnao com hmus do horizonte superficial. A camada de solo que sofre esse processo, toma na engenharia o nome de solo superficial, o qual tem escasso interesse tcnico somente nos casos em que de pequena espessura. Entretanto, de grande valor tcnico, para ns, so as camadas de solos porosos, cuja formao se deve a uma evoluo pedognica em clima tropical de alternncias secas, no inverno, e extremamente midas, no vero, resultando dessa evoluo, na maioria dos casos, os solos laterticos. Tais solos tm espessuras que podem atingir mais de 10m e recobrem extensas zonas do Brasil Centro-Sul. So solos de

granulometria arenosa, porm, no raro, so argilosos como o caso das argilas vermelhas porosas dos espiges da Cidade de So Paulo. Um terceiro tipo de solo de natureza pedognica so os pedregulhos latricos ou, simplesmente, as lateritas cuja importncia tcnica cada vez maior, em enormes zonas do pas, para a construo de bases rodovirias. So concrees formadas em clima de profunda alternncia de estaes secas e midas.

1.5 - O Perfil do Solo

Denomina-se perfil do solo a seo vertical que, partindo da superfcie do terreno, aprofunda-se at onde chega a ao do intemperismo, na maioria das vezes, uma srie de camadas dispostas horizontalmente, denominadas de horizontes, paralelas superfcie do terreno, que possuempropriedades resultantes dos efeitos combinados dos processos de formao do solo (pedognese). A natureza e o nmero de horizontes variam de acordo com os diferentes tipos de solo. Os solos geralmente no possuem todos esses horizontes bem caracterizados, entretanto, pelo menos possuem parte deles. Apresenta-se na figura 1 um perfl hipottico de um solo.

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PedologiaZona de Eluviao1 Solo Superficial

Codificao Horizonte O A AB BA

Descrio Horizonte rico em matria orgnica (turfa) Horizonte com acmulo de matria orgnica de colorao escura Horizonte com transio para B com semelhana ao Horizonte A Horizonte com transio para A com semelhana ao Horizonte B 2 Horizonte com grande acumulao iluvial ou concentrao relativa de argila e de xidos, relativa a gnese do solo Horizonte transicional para C Horizonte com grande parcela de rocha parcialmente

Solo

Zona de Iluviao

B

Subsolo

BC ou CB C

decomposta, correspondente ou no ao solo originrio R Rocha madre

(1) Eluviao - migrao de materiais como: argilas, sesquixidos e carbonatos du uma camada para outra (2) Iluvio - acmulo de materiais do solo dissolvidos ou suspensos em um horizonte como resultado de eluviao de outro

Figura 1 - Perfil hipottico de um solo Horizonte O Camada orgnica superficial. constitudo por detritos vegetais e substncias hmicas acumuladas na superfcie, ou seja, em ambientes onde a gua no se acumula (ocorre drenagem). bem visvel em reas de floresta e distingui-se pela colorao escura e pelo contedo em matria orgnica (cerca 20%). Camada mineral superficial adjacente camada B ou camadas transacionais. o horizonte onde ocorre grande atividade biolgica o que lhe confere colorao escurecida pela presena de matria orgnica. Existem diferentes tipos de horizontes A, dependendo de seus ambientes de formao. Esta camada apresenta maior quantidade de matria orgnica que os horizontes subjacentes B e C.

Horizonte A

Horizonte AB Camada transacional entre os horizontes A e B com evidncia do horizonte A, tratase um horizonte de difcil deteco, entretanto, ocorrem em perfis de solo maduro. Horizonte BA Camada transacional entre os horizontes A e B com evidncia do horizonte B, da mesma forma que o horizonte AB trata-se um horizonte de difcil deteco, entretanto, ocorrem em perfis de solo maduro. Horizonte B Camada mineral situada mais abaixo do horizonte A, ou horizontes transacionais AB ou BA. Apresenta menor quantidade de matria orgnica, e acmulo de compostos de ferro e argilo minerais. Ocorre concentrao de minerais resistentes, como quartzo em pequenas partculas (areia e silte). o horizonte de mximo acmulo, com bom desenvolvimento estrutural.

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Horizonte C

Camada mineral de material no consolidado, ou seja, por ser relativamente pouco afetado por processos pedogenticos, normalmente, esse horizonte apresenta caractersticas da rocha madre, comum encontrar blocos de rocha tanto em processo de alterao como no. Camada mineral de material consolidado, que constitui substrato rochoso contnuo ou praticamente contnuo, a no ser pelas poucas e estreitas fendas que pode apresentar (rocha).

Horizonte R

A presena dos vrios tipos de horizontes mencionados est condicionada a formao e evoluo solo que o regulam. Como as condies variam de acordo com as circunstncias dos ambientes (material de origem, vegetao, clima, relevo, tempo) o tipo e nmero de horizontes de um perfil de solo so diferentes. A estrutura geolgica extremamente importante na formao dos recursos minerais, alm de estabelecer uma grande influncia na consolidao dos relevos e automaticamente do solo. Para compreender a estrutura geolgica de um lugar preciso analisar e conhecer os tipos de rochas presentes no local. Rocha a unio natural de minerais, compostos qumicos definidos quanto sua composio, podem ser encontrados no decorrer de toda a superfcie terrestre. Esto apresentados nas Figuras 02 a 08 alguns exemplos de minerais: quartzo, grafita, calcita, mica, talco, feldspato e o diamante.

Figura 2 - Quartzo

Figura 3 - Grafita

Figura 4 - Calcita

Figura 5 - Mica

Figura 6 - Talco

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Figura 7 - Feldspato As rochas so classificadas em:

Figura 8 - Diamante

gneas ou Magmticas: so rochas formadas pelo esfriamento e solidificao de elementos endgenos, no caso, o magma pastoso. So exemplos de rochas magmticas: granito, basalto, diorito e andesito. Sedimentares: esse tipo de rocha tem sua formao a partir do acmulo de resduos de outros tipos de rochas. So exemplos de rochas sedimentares: areia, argila, sal-gema e calcrio. Metamrficas: esse tipo de rocha tem sua origem na transformao de outras rochas, em virtude da presso e da temperatura. So exemplos de rochas metamrficas: gnaisse (formada a partir do granito), ardsia (originada da argila) e mrmore (formao calcria). As mais antigas rochas so as do tipo gneas e metamrficas, que surgiram respectivamente na era Pr-Cambriana e Paleozoica. Essas rochas so denominadas de cristalinas, por causa da cristalizao dos minerais que as formaram. Apresenta-se na Figura 9 a escala do tempo geolgico. Ao contrrio das outras, as rochas sedimentares so de formaes mais recentes, da era Paleozoica Cenozoica. Essas so encontradas em aproximadamente 5% da superfcie terrestre. Dessa forma, os minerais e as rochas compem uma parcela primordial da litosfera, que corresponde ao conjunto de elementos slidos que formam os continentes e as ilhas.

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Figura 9 - Escala do tempo geolgicoQuestionrio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

O que alterao de rocha? Como se d o fenmeno de alterao? Que tipo de solo pode-se esperar da alterao da rocha de basalto? Descreva o processo de alterao do granito? Porque se utiliza a denominao de solo residual? Qual a definio de solo para fins rodovirios? Porque o intemperismo nos trpicos foi mais acentuado? A rocha de arenito aps o processo de alterao resulta em que tipo de solo, por qu? O que caracteriza um solo transportado? O que so solos sedimentares? Defina evoluo pedolgica. O que so loess? Quais as principais diferenas entre solos orgnicos e a turfa? O que so rochas gneas ou magmticas? O que so rochas sedimentares? O que so rochas metamrficas? Defina um perfil de solo maduro. Qual a importncia dos materiais dos horizontes O e A para obras civis

1.6 Histria da Mecnica dos Solos (breve relato) O prof. Karl Terzaghi, nasceu em 1883, na Cidade de Praga, Capital da Antiga Tcheco-Eslovquia, doutorou-se em Tecnologia em 1912 na ustria. Em 1925 publicou o seu principal livro: Erdbaumechanik. Com essa publicao muitos autores consideram o nascimento da MECANICA DOS SOLOS, que at ento, os conhecimentos sobre os solos eram relativamente incipientes e no apontavam para uma orientao de conceitos de aplicao, assim, aps a publicao constituiu um marco, pois, trazia uma nova orientao a ser seguida no estudo do comportamento dos solos. Tratava a mecnica dos solos como uma mecnica dos

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sistemas constituidos por uma fase slida granular e outra fluda. Princpios fundamentais, dos quais at hoje considerados. O Primeiro Congresso Internacional de Mecnica dos Solos foi realizado em 1936, nessa ocasio os conceitos abordados pelo prof. Terzaghi foram consagrados de maneira definitiva. A mecnica dos solos no Brasil antes de 1938 resumia-se em artigos publicados em revistas tcnicas de uma tese apresentada na Congregao da Escola Nacional de Engenharia, atual UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro. No incio de 1938, foi instalado o 1 laboratrio de Mecnica dos Solos, no IPT Instituto de Pesquisas Tecnolgicas em So Paulo. Posteriormente foram instalados laboratrios no norte do pas e em 1942 mais trs laboratrios foram instalados no Rio de Janeiro. A mecncia dos solos passa a assumir um papel cada vez mais importante no Brasil com a criao da ABMS Associao Brasiliera da Mecncia dos Solos em 1950. Para a rea de pavimetnao temos a criao da ABPv Associao Brasileira de Pavimentao em 1959. Associaes que at hoje exercem papel fundamental para o desenvolvimento trecnolgico na rea de solos no Brasil.

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AULA

2

-

PREPARO DE AMOSTRAS CARACTERIZAO

DE

SOLOS

PARA

ENSAIOS

DE

Aps o solo ter sido coletado (sondagem) e devidamente identificado em campo, levado ao laboratrio para que sejam providenciados os ensaios pertinentes.

2.1 Preparo das amostras Para esses ensaios a norma DNER ME 41/94 Solo preparao de amostras para ensaios de caracterizao e ABNT NBR-6457 Amostras de solo - Preparao para ensaios de compactao e ensaios de caracterizao. Essas normas preconizam os procedimentos necessrios para preparo das amostras de solo que sero conduzidas aos ensaios de compactao e de caracterizao (ensaios preliminares). A amostra ao chegar ao laboratrio novamente identificada, conforme procedimentos internos do laboratrio, em seguida a amostra esparramada em local coberto e deixa-se a amostra secar at atingir um teor de umidade (quantidade de gua) bastante baixa, denominado de umidade higroscpica. A secagem pode tambm ser feita com auxlio de fonte de calor desde que essa fonte no exceda a 60oC. Aps a secagem a amostra destorroada com o auxlio do almofariz e a mo de gral recoberta com borracha de maneira a reduzir o tamanho dos gros de grumos do solo.

2.1.1 Compactao (ABNT NBR 6457 1986) Passa-se o solo seco e destorroado pelo quarteador de amostras, desprezando as fraes com dimetro superior a 76,2 mm e destinar as quantidades3 necessrias para o ensaio de compactao conforme as caractersticas que seguem: Desprezar o material retido na # n 4 (4,76 mm de abertura) quando inferior a 7 % da massa da amostra; Quantidade superior a 7% de material retido na # acima, passar o material pela # 3/4 (19,1 mm de abertura) e observar as seguintes condies: o Desprezar o material retido na # 3/4 quando apresentar massa inferior a 10%; o Quantidade superior a 10% deve-se substituir a massa retida na # 3/4 com massa de igual valor, por material com frao compreendida entre as #s 3/4 e 4,76 mm; o Quantidade de material retido na # 3/4" superior a 30%, no ensaiar por esse procedimento. 2.1.2 Caracterizao

Quantidades especificadas pelos procedimentos de ensaio de compactao, como volumes de cilindros e ensaios com reuso ou sem reuso de material.

3

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Passa o solo pelo quarteador de solos at se obter as quantidades de: 1.500 g (sens. 5g) para solos argilosos e siltosos e, 2.000g (sens. 5g) para solos arenosos.

Passa essa amostra pela peneira n. 10 (# 2,00mm de abertura) tomando-se o cuidado, caso necessrio, de submeter a mostra novamente ao almofariz com a mo de gral, nessa operao somente os grumos de solos sero destorroados e deve-se tomar o cuidado de no quebrar gros de areia ou pedregulhos, isso altera a granulometria da amostra.

2.1.2.1 Granulometria com sedimentao, umidade higroscpica e densidade dos gros Da frao retida da amostra passada pela peneira n. 10 lavada a fim de ser removido todo material eventualmente aderido aos gros, seco em estufa com temperatura entre 105 oC e 110 oC at constncia de peso. Aps secagem o material submetido ao peneiramento grosso. Da frao que passa na peneira n. 10 novamente quarteada a fim de ser obter uma quantidade de cerda de 400 g distribudas para os seguintes ensaios: 50 g para determinao da umidade higroscpica 250 g para ensaios de densidade dos gros 70 g ou 120 g, conforme o tipo de solo se: argiloso/siltoso ou arenoso para o ensaio de granulometria com sedimentao.

2.2.2 Ensaios de Limites de Atterberg. Da quantidade que sobrou do item 2.1.2.1 passa o solo pela # n. 40 (0,42mm de abertura) com auxlio do almofariz e mo de gral at se obter uma quantidade de cerca de 150g destinado aos seguintes ensaios com cerca de: 70g para o ensaio de limite de liquidez e, 50g para o ensaio de limite de plasticidade

Apresenta-se na Figura 10, esquematicamente, o roteiro do preparo de amostras de solo para os ensaios de caracterizao: granulometria, densidade real e limites de Atterberg.

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Gramulometria das fraes > 2,0 mm

50g Amostra do campo Secagem da amostra ao ar Almofariz e mo de gral Quateador de Amostras Massa 1.500g ou 2.000g retido # 2,0 mm passado 70g ou 120g 250g 10g rejeito retido # 0,42mm passado 70g 200g 50g 50g

Umidade Higroscpica Gramulometria das fraes < 2,0 mm Densidade real

Limite de Liquidez Limite de Plasticidade Fatores de Contrao

Figura 10 - Roteiro esquemtico de preparo de amostras de solo para ensaios de caracterizao.

Questionrio 1) O que umidade higroscpica? 2) Se uma amostra de solo permanecer exposta ao ar em temperatura ambiente, ela ira secar at que teor de umidade? 3) Porque se devem destorroar os grumos de solos com auxlio de uma mo de gral revestida com borracha? 4) Como proceder para determinar o teor de umidade em solos com presena de matria orgnica?

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AULA 3 - NDICES FSICOS

3.1 Introduo Em tecnologia, solo por definio, sem nenhum rigorismo, todo material natural que recobre a crosta terrestre e que pode ser removido por: p, picareta, enxada ou qualquer ferramenta similar. Para melhor entendimento podemos dividir o estudo das propriedades dos solos em dois grupos, solos indeformados (estado natural) e solos deformados. Solos indeformados so solos que se apresentam em seu estado natural de ocorrncia, os pesos especficos secos desses materiais situam-se entre 12 kN/m3 a 20 kN/m3, entretanto, pode-se encontrar valores tanto inferiores como at superiores a esses, porm so mais raros. O estudo das propriedades dos solos aplica-se em fundaes, estabilidade de taludes, aterros sobre solos moles, barragens de terra e enrroncamentos, tratamentos de fundaes de barragens, etc. O comportamento de um solo natural depende da relao entre suas trs fases: partculas slidas, gua e ar. Diversas relaes, normalmente so empregadas para expressar as propores entre elas. Assim, s parte do volume ocupado pelas partculas slidas, que se acomodam formando uma estrutura. O volume restante denominado de vazios, entretanto, esses vazios podem estar ocupados por gua ou ar. Assim, o solo constitudo de trs fases: partculas slidas, gua e ar. Para solos deformados, objetivo do curso em questo, somente parte das propriedades normalmente utilizadas nos estudos com solos naturais, como: umidade, peso especfico aparente seco, saturao e peso especfico dos slidos, sero aqui consideradas.

3.2 - ndices Fsicos Entre Trs Fases Esta apresentada na Figura 11, esquematicamente as trs fase constituintes do solo, esquerda esto os volumes ocupados por cada parte e direta os pesos correspondentes.

Va Vv Vw V Vs Volumes

Ar gua

Pa Pw P

Slidos

Ps Pesos22

Figura 11 - Fases constituintes do solo

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Segundo Prevedello (1996), o solo, para os propsitos da fsica do solo, pode ser assumido como um sistema multicomponente, integrado pela fase slida, lquida e gasosa. Essas duas ltimas complementares: a mxima presena de uma implica na ausncia da outra. A poro do espao poroso no ocupada pela fase lquida complementada pela fase gasosa. Portanto, a fase lquida pode estar presente nos poros do solo seja completa ou parcialmente. No primeiro caso, o solo dito saturado e, no segundo, no saturado. Combinadamente, as fases lquida e gasosa chegam a ocupar uma grande parte do volume de solo e compem a porosidade total. A fase slida constituda de partculas minerais, na grande maioria, e de substncias orgnicas. Esses compostos orgnicos e os minerais slidos so de vrias formas, tamanhos e composies qumicas e constituem o que se chama de matriz do solo. Assim, as quantidades de gua e ar podem variar. A evaporao pode fazer a gua diminuir, substituindo o volume por ar, e a compresso do solo pode provocar a sada de gua e ar, reduzindo o volume de vazios. O solo, no que se refere s partculas que o constituem, permanece o mesmo, mas seu estado se altera. As diversas propriedades do solo dependem do estado em que as trs fases se encontram. Quando diminui o volume de vazios, por exemplo, a resistncia aumenta. A seguir sero apresentadas correlaes existentes entre as trs fases constituintes do solo. Como mencionado acima, essas correlaes se aplicam a estudos de aterros sobre solo mole, estabilidade de taludes, etc. e o objetivo desse curso a utilizao do solo como amostras deformadas, ou seja, o emprego do solo como camada de pavimento e, a utilizao dessas correlaes so menos necessrias, assim, ser dada nfase ao longo do curso, somente algumas correlaes apresentadas a seguir.

3.3 - Umidade Smbolo (w) - expressa a quantidade de gua existente numa dada poro de solo mido, a relao entre o peso da gua (Pw) e o peso de slidos (Ps). Para sua determinao, inicialmente mede-se o peso de solo mido (Pu), em seguida esse solo mido colocado em uma estufa temperatura de 105oC a 110oC, a gua ir evaporar e amostra dever permanecer na estufa at constncia de peso, em seguida, mede-se o peso da poro de solo seco (Ps). A diferena entre os dois pesos (Pu - Ps) o peso da gua que dividido pelo peso de slidos (Ps) tem-se o teor de umidade, Equao 1.

W=Onde

Pw *100 Ps

1

W teor de umidade (%) Pw peso da massa de gua (g) Ps peso dos slidos (g) Trata-se de um procedimento de ensaio mais utilizado em laboratrio de solo. Os valores mdios de teor de umidade normalmente encontrados situam-se entre 10% e 40%, estando a umidade intimamente relacionada com a superfcie especifica do solo. Para a determinao do teor de umidade o solo deve ser colocado em cpsulas de alumnio, pode-se denomin-las de tara. Exemplo Cpsula nmero (n.) 45

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Cpsula Cpsula + solo mido Cpsula + solo seco Peso da gua Peso do solo seco Teor de umidade

(Cap + Pu) (Cap + Ps) (Pw) (Ps)

(g) (g) (g) (g) (g) (w)

25,76 75,67 70,82 4,85 45,06 10,7%

Observe-se que o peso da (cpsula + solo mido) menos o peso da (cpsula + solo seco) a quantidade de gua no solo e o peso da (cpsula + solo seco) menos o peso da (cpsula) o peso de solo seco. Cuidados especiais devem ser tomados quando se esta extraindo a umidade de solos orgnicos, com efeito, a presena de matria orgnica no solo tem seu peso alterado quando em contato com temperatura da estufa acima, nessas condies, utiliza-se a estufa a 60oC. Nessa temperatura a amostra demora mais tempo para atingir a constncia de massa. A norma ABNT NBR 13600 1996 Solo Determinao do teor de matria orgnica por queima a 440 C, prescreve o procedimento para a determinao do teor de matria orgnica existente no solo, observe-se que, a temperatura para a queima de toda a matria deve ser elevada. Quando se coloca o solo orgnico em contato com temperatura de 110 C somente uma parcela pequena da matria orgnica queimada, o que de difcil controle e acaba por alterar a determinao do teor de umidade. Para esses solos deve-se utilizar a temperatura de 60C para se extrair o teor de umidade.

3.4 - Peso Especfico Aparente Seco Smbolo (s) unidade (kN/m3), a relao entre o peso dos slidos e o volume ocupado pelos slidos. O volume considerado, inclui os vazios entre os gros dos slidos. Como se trata de peso especfico e peso a massa x a acelerao da gravidade temos kN no SI sistema internacional de medidas. Utiliza-se tambm massa especfica aparente seca, a unidade (g/cm3), Equao 2, nesse caso o grama como unidade de massa. Ainda existe a densidade relativa que expressa em relao a massa especfica aparente da gua, assim no se utiliza unidade para densidade. Nessas notas de aula ser utilizada o termo: massa especfica aparente seca, com unidade (g/cm3).

s =Onde:

Ps V

2 = peso especfico aparente seco (g/cm3)

s

Ps = peso dos slidos (g)V = volume dos slidos (cm3)

3.4.1 Fator de Converso Conforme exposto no item 3.3 o teor de umidade de um solo a relao entre a quantidade de gua contida nele pela massa de slidos e, como essa relao no sobre a peso total (slidos + gua) mas somente sobre o peso de slidos (Ps), para transformao de massa mida em massa seca aplica-se o fator de converso (FC), Equaos 4 e 9:

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w% =

Pw Pu Ps = Ps * w = Pu Ps Ps * w + Ps = Pu Ps(1 + w) = Pu Ps Ps

Ps = Pu

1 1+ w

3

FC =

1 1+ w

4

Desta forma, para se determinar o peso seco de uma dada amostra de solo deve-se multiplicar o peso mido dessa amostra de solo pelo FC, Equao 05.

Ps = Pu * FC

5

O mesmo raciocnio aplica-se para determinar o peso especfico aparente seco (s), deve-se multiplicar peso especfico aparente mido (u) pelo o fator de converso, Equao 06, conforme desenvolvimento abaixo.

Ps Ps Ps + Pw Ps Ps + Pw s = = = V Ps + Pw V V Ps + PwSabendo-se que Substituindo 05 em 04 temos:

6

Ps + Pw = Pu

7

s = u

Ps 1 = u Ps + Pw 1+ w

8

O fator de converso (FC) a parcela multiplicativa de u da equao 8.

FC =

1 100 ou = 1+ w 100 + w%

9

Desta forma, para se determinar o peso especfico aparente seco (s) de uma dada amostra devese multiplicar o peso especfico aparente mido (u) dessa amostra pelo FC, Equao 10.

s = u * FC

10

3.5 - Peso Especfico dos Slidos

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Smbolo (d) unidade (kN/m3), a relao do peso dos slidos (Ps) pelo volume dos slidos (V). Da mesma forma, como se trata de peso especfico e peso a massa x a acelerao da gravidade temos kN no SI sistema internacional de medidas. Ensaio de fcil assimilao e de difcil execuo. A dificuldade esta em obter o volume da amostra, essa pode ser obtida indiretamente, com pesagem hidrosttica, esta apresentada na Figura 3 o esquema do processo do ensaio pelo mtodo do picnmetro. O ensaio consiste em adicionar uma massa de solo conhecida dentro do picnmetro, adicionar gua destilada at que recubra toda a amostra, submeter o conjunto a presso negativa com bomba de vcuo para eliminar a quantidade de ar, em seguida, completar com gua at a marca do menisco e efetuar a medida da massa do conjunto. Conhecendo-se a massa do picnmetro com gua at o menisco, o volume da amostra V :V = (massa do picnmetro + gua) + amostra (picnmetro com gua + amostra).

Picnmetro + gua

+

Amostra de solidos

-

Picnmetro + amostra + agua

=

Volume dos slidos

Figura 3 Esquema para obteno do volume da amostra por pesagem hidrosttica Cuidados necessrios para a realizao do ensaio, o volume do picnmetro deve estar aferido em funo da variao da temperatura, numa faixa de 15oC a 35oC para facilitar a execuo do ensaio. A norma ABNT 6508/84, especifica que devem ser feitas duas determinaes e a diferena entre elas no deve ser superior a 0,02 g/cm3. O prof. Faial, em aula prtica, recomenda que o detalhe do ensaio esta em determinar o local do menisco e que tambm deve-se contar as gotas de gua a ser adicionada para que o menisco seja atingido. Outro ponto de ocorrncia de erros esta em ferver4 o picnmetro para que o ar seja removido, esse procedimento pode ocasionar a alterao do volume do picnmetro fazendo com que o picnmetro perca a calibrao.

ndice de VaziosSmbolo (e), exprime a quantidade de vazios em relao a quantidade de slidos. Obtm-se indiretamente atravs de outros ndices. Os valores mdios situam-se entre 0,5 e 1,5. e = Vv / Vs Vv = V Vs e = (V Vs) / Vs e = V/ Vs 1

Porosidade

Procedimento semelhante adotado para determinao do peso especfico de agregados utilizados em misturas asflticas, entretanto, as normas recomendam que se ferva o picnmetro para eliminar o ar contido nos agregado.

4

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Smbolo (n), a semelhante ao ndice de vazios, relao do volume de vazios pelo volume total. Normalmente se encontra valores entre 30% e 70%. n=e/V

SaturaoSmbolo (S) indica o grau de saturao do solo, a relao do volume de gua pelo volume de vazios. Solo saturado tem grau de saturao = 100% e se o solo estiver seco = 0%. Sua determinao feita indiretamente. S = Vw/Vv s = 1 / (1/d + w/S) (frmula indireta obtm-se a s adotando-se valores de S e conhecendo-se o d)

Peso especfico aparente saturadoPeso especfico do solo se viesse a ficar saturado e se isto ocorresse sem variao de volume. de pouca aplicao prtica, servindo para a programao de ensaios ou a anlise de depsitos de areia que possam vir a se saturar. Expresso pelo sat, da ordem de 20 kN/m. sat = Wsat / V

Peso especfico submerso o peso especfico efetivo do solo quando submerso. Serve para clculos de tenses efetivas. igual ao peso especfico natural menos o peso especfico da gua, portanto com valores da ordem de 10 kN/m. expresso pelo smbolo sub. sub = nat - w Neste caso, considerase a existncia do empuxo de gua no solo. Logo, o peso especfico do solo submerso ser equivalente ao o peso especfico do solo menos o peso especfico da gua.

Peso Especfico da gua (w)Adota-se o valor de 10 kN/m3, esse valor varia pouco com a temperatura, entretanto, deve-se considerar essa pequena variao nos ensaios laboratoriais.

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AULA 4 - ANLISE GRANULOMETRIA DE SOLOS

A finalidade da realizao do ensaio de granulometria a de conhecer a distribuio granulomtrica dos gros do solo. Pode-se atribuir algumas propriedades e tambm obter parmetros dos solos atravs do ensaio de granulometria, o que ajuda a escolha do material apropriado. Conforme a presena de material mais granular no solo pode-se esperar que esse material apresente maior resistncia quando utilizado como camada de um dado pavimento. comum tambm esperar que materiais com elevada porcentagem de areia apresente densidades maiores e por fim solos com essas caractersticas apresentam baixa expansibilidade. Por outro lado, solos com presena pronunciada de argila, normalmente apresentam baixa capacidade de suporte, elevada plasticidade, o que dificulta sua trabalhabilidade e, em solos com silte as densidades so ainda mais baixas associadas a elevado ndice de expanso. raro encontrarmos apenas um solo com apenas um nico tipo de frao, normalmente encontramse diversos tipos de minerais, o que implica em vrias fraes. Podendo conter ainda vrios tamanhos de silte dentro da frao silte, valendo tambm para as fraes argila e areia.

4.1 - Forma das partculas As formas das partculas apresentam-se em: esfrica subdividindo-se arredondadas e angulares, lamelares e fibrilares, apresenta-se na Figuras 12 as trs formas e nas Figuras 13 e 14 as formas esfricas angulares e esfricas arredondadas respectivamente.

Figura 12 - Formas das partculas

Figura 13 - Areia de rio esfricas angulares

Figura 14 - Esferas de vidro, esfricas arredondadas

Partculas esfricas angulares propiciam ao solo um maior ngulo de atrito interno efetivo. Quanto maior esse ngulo maior a resistncia que o material oferece s deformaes.

4.2 - Classificao dos solos baseados em critrios granulomtricos

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Os solos recebem designaes segundo as dimenses das partculas compreendidas entre determinados limites convencionais, conforme Tabela 2. Nesta tabela esto representadas as classificaes adotadas pela American Society for Testing Materials (ASTM), American Association for State Highway and Transportation Officials (AASHTO), ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) e Massachusetts Institute of Technology (MIT). No Brasil a Associao Brasileira de Normas Tcnicas, com a norma ABNT NBR 6502/95 Terminologia - Rochas e Solos, define como: Bloco de rocha Fragmentos de rocha transportados ou no, com dimetro superior a 1,0 m. Mataco fragmento de rocha transportado ou no, comumente arredondado por intemperismo ou abraso, com uma dimenso compreendida entre 200 mm e 1,0 m. Pedra de mo fragmento de rocha com dimetro compreendido entre 60 mm e 200 mm. Pedregulho solos formados por minerais ou partculas de rocha, com dimetro compreendido entre 2,0 e 60,0 mm. Quando arredondados ou semi-arredondados, so denominados cascalhos ou seixos. Dividese quanto ao dimetro em: pedregulho fino (2 a 6 mm), pedregulho mdio (6 a 20 mm) e pedregulho grosso (20 a 60 mm). Areia solo no coesivo e no plstico formado por minerais ou partculas de rochas com dimetros compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm. As areias de acordo com o dimetro classificam-se em: areia fina (0,06 mm a 0,2 mm), areia mdia (0,2 mm a 0,6 mm) e areia grossa (0,6 mm a 2,0 mm). Silte solo que apresenta baixo ou nenhuma plasticidade, baixa resistncia quando seco ao ar. Suas propriedades dominantes so devidas parte constituda pela frao silte. formado por partculas com dimetros compreendidos entre 0,002 mm e 0,06 mm. Tabela 2 - Escalas granulomtricas adotadas pela A.S.T.M., A.A.S.H.T.O, M.I.T. e ABNT.

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Argila solo de graduao fina constituda por partculas com dimenses menores que 0,002 mm. Apresentam caractersticas marcantes de plasticidade; quando suficientemente mido, molda-se facilmente em diferentes formas, quando seco, apresenta coeso suficiente para construir torres dificilmente desagregveis por presso dos dedos. Caracteriza-se pela sua plasticidade, textura e consistncia em seu estado e umidade naturais. Estas caractersticas sero vistas na Aula 8 (Limites de Atterberg).

4.3 - Carter latertico Processo de formao de solos tpicos de climas quentes e midos, que se caracteriza pela concentrao eluvial de xidos e hidrxidos d principalmente de alumnio e ferro. Esta concentrao aumenta em funo da lixiviao da slica ou da adio desses xidos e hidrxidos. Com referncia s resistncias esperadas associadas s fraes constituintes de um determinado solo, podem ocorrer incompatibilidades. Um solo argiloso que apresenta certa quantidade de argila, no necessariamente a maior parte em massa, mas, sim quantidade suficiente para imprimir ao solo caractersticas argilosas (plasticidade). Se o argilo-minerais contidos nesse solo contm elevada porcentagem de xidos e hidrxidos de F e Al, espera-se para esse solo, quando compactado, baixssima expanso e valores de resistncia relativamente elevados, a argila normalmente encontrada nesse tipo de solo a caulinita. Em contrapartida, um solo argiloso que possua argilo-minerais constituintes da famlia da smectita e da ilita pode-se esperar certa expanso e tambm baixa resistncia. Observe-se que, os dois materiais podem apresentar as mesmas porcentagens de areia e tambm de argila e que, entretanto so solos de diferentes comportamentos, estando esse comportamento associado somente ao carter que os argilo-minerais imprimem a frao argilosa do solo. Assim, somente o ensaio para a obteno da distribuio granulomtrica no suficiente para a obteno de parmetros que propicie escolher o material adequado para a utilizao.

4.4 Granulometria - procedimento de ensaio Sero apresentados a seguir de maneira sucinta os procedimentos para a realizao do ensaio de distribuio granulomtrica de solos. Esses procedimentos esto baseados nas normas: ABNT-NBR-6457 (86) Amostras de Solo Preparao Para Ensaios de Compactao e Ensaios de Caracterizao (apresentada na Aula 2) e, ABNT-NBR-7181 (84) Solo Anlise Granulomtrica O ensaio dividido em trs partes: peneiramento grosso frao > 2,0 mm, peneiramento fino 2,0 mm > frao > 0,075 mm e ensaio de sedimentao frao inferior a 0,075 mm O preparo da amostra para ensaio de granulometria foi descrito no 2.1.2.

Peneiramento grosso

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Dessa poro passa-se este material pela #(peneira) n.10 abertura de 2,0mm, destorroando os torres ainda existentes; Lavar a parte retida do item anterior na # n.10 (abertura de 2,0mm) em seguida secar em estufa 105 C a 110 C at constncia de peso; Pesar o material retido e lavado (Mg); Passar esse material pelas #s com as seguintes aberturas: 50, 38, 25, 19, 9,5, 4,8 e 2,0, anotando as massas retidas acumuladas em cada peneira.

Peneiramento fino Da frao passada na # n. 10 (abertura de 2,0 mm), determina-se em trs cpsulas o teor de umidade do solo; Toma-se uma poro de 120 g de massa (Mh) e lavar-se na # n.200 (abertura de 0,075mm) essa frao, vertendo-se gua potvel baixa presso, em seguida secar em estufa 105 C a 110 C at constncia de peso; Passar esse material pelas #s com as seguintes aberturas: 1,2, 0,6, 0,42, 0,25, 0,15 e 0,075, anotando as massas retidas acumuladas em cada peneira. Sedimentao Baseada na Lei de Stokes se determina o dimetro mdio da partcula que esta em queda a uma velocidade constante em um fluido. Aps a partcula em queda livre atingir velocidade constante que funo do quadrado do dimetro da esfera, assim, relaciona-se o dimetro equivalente das partculas (D) em suspenso com a velocidade de sedimentao (v) em meio lquido de viscosidade () e de densidades () conhecidos. A descrio sucinta do ensaio consiste em: Do material passado na # n.10 (abertura de 2,0 mm) toma-se uma poro de 120g para solos arenosos e 70g para solos argilosos ou siltosos; Transferir esse material para um bquer e adicionar 125 ml de defloculante (soluo de hexametafosfato de sdio) por 12 horas; Colocar a amostra de solo + a soluo no dispersor por 15 minutos; Transferir a disperso para uma proveta de 1000 ml e completar a marca de 1000 ml com gua destilada; Tampando a boca da proveta com uma das mos, aplicar movimentos enrgicos de rotao, durante 1 minuto, pelos quais a boca da proveta passe de cima para baixo e vice-versa; Imediatamente aps a agitao, colocar a proveta sobre a mesa, anotar a hora exata do incio da sedimentao e mergulhar cuidadosamente o densmetro na disperso; Efetuar leituras no densmetro correspondentes as tempos 0,5, 1,0, e 2,0 minutos, com o densmetro dentro da disperso; Retirar cuidadosamente o densmetro; Fazer leituras nos tempos 4, 8, 15, e 30 minutos, 1, 2, 4, 8 e 24 horas, a contar do incio da sedimentao. Efetuar a leitura da temperatura da disperso em cada leitura. Aps o trmino das leituras, verter todo o material aderido s paredes da proveta com gua a baixa presso.

Clculos

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Os clculos pertinentes s trs etapas do ensaio de granulometria esto apresentados nas normas.Questionrio 1) Qual o intuito da de se determinar a granulometria de um solo? 2) O que se pode esperar quanto a capacidade de suporte de um solo com presena pronunciada de material grosso? 3) Idem a questo 2, de um solo com presena pronunciada de argila? 4) Se for uma argila da famlia da caulinita somente o ensaio de granulometria suficiente para expressar as caractersticas do solo? 5) Qual a funo do defloculante no ensaio de sedimentao? 6) Como se deve expressar um resultado de ensaio de granulometria? 7) Ensaio exemplo: Traar o grfico da distribuio granulomtrica referente ao ensaio abaixo (dimetro mm x % < ), das trs partes: peneiramento grosso, peneiramento fino e sedimentao.

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4.5 - Parmetros que caracterizam a distribuio granulomtrica:

4.5.1 - Dimetro efetivo (D10) o ponto caracterstico da curva granulomtrica para medir a finura do solo, que corresponde ao ponto de 10%, tal que 10% das partculas do solo possuem dimetros inferiores.

4.5.2 - Coeficiente de uniformidade (Cu) Forma de expressar a distribuio do tamanho das partculas do solo; valores prximos da unidade indicam curva granulomtrica com distribuio quase vertical, com os dimetros variando em um intervalo pequeno, por outro lado, valores acima da unidade a curva granulomtrica ir se abatendo e aumentando o intervalo de variao dos dimetros. Da mesma foram que foi definido D10 , define-se D60, Equao 01.

Cu =

d 60 d10

01Uniforme para Cu < 5 Mediamente uniforme para 5 < Cu < 15 Desuniforme para Cu > 15

A classificao dos solos quanto Cu so em:

4.5.3 - Coeficiente de curvatura (Cc) a relao entre o dimetro correspondente a 30% pelo produto dos dimetros correspondentes a 60% e 10%, obtidos na curva granulomtrica. Expressa a graduao do material para solos arenosos bem graduados o valor de Cc esta compreendido entre 1 e 3, frmula 02.

Cc =

( d 30 ) 2 d 60 * d10

02

Portanto, a distribuio do tamanho de partculas proporcional, de forma que os espaos deixados pelas partculas maiores sejam ocupados pelas menores. Para solos granulares h maior interesse no conhecimento do tamanho das partculas, visto que, algumas de suas propriedades esto relacionadas com os mesmos, o que no ocorre com os solos finos. Logo, segundo a forma da curva podemos distinguir os diferentes tipos de granulometria conforme pode ser observado na Figura 15.

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Figura 15 - Tipos de distribuio granulomtricas 4.6 - Compacidade Estado de maior ou menor concentrao de gros ou partculas de um solo no coesivo (areias siltes arenosos) em um dado volume. 4.6.1 Compacidade relativa (ID) Parmetro numrico que permite quantificar o estado de compacidade de solos arenosos ou siltosos, comparando-se o ndice de vazios real com os ndices de vazios mximo (estado fofo) e mnimo (estado compacto). igual ao quociente da diferena entre os ndices de vazios mximo e real e da diferena entre os ndices mximos e mnimos, Equao 03.

ID =

emx ereal emx emn

03

Estado do solo quanto Id;

fofo para 0 < Id 1/3 mediamente compacto para 1/3 < Id 2/3 e compacto para 2/3 < Id 1Peneiras (mm) 19,1 12,5 9,52 4,76 2 1,2 0,6 0,42 0,25 0,15 0,075 0,03 0,02 0,01 0,0