Apostilha Mecânica Dos Solos

7/24/2019 Apostilha Mecnica Dos Solos

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APOSTILHAS DO COMPONENTE MECNICA DOS SOLOSCurso: Engenharia Civil5 PERODO

2015.2

Professor: Henrique Santana


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APOSTILHAS DO COMPONENTE MECNICA DOS SOLOSCurso: Engenharia Civil5 PERODOProfessor: Henrique Santana

Esta apostilha objetiva orientar o aluno de engenharia civil com o programa docomponente Mecnica dos Solos, apresentando os conceitos bsicos para a compreensodo comportamento dos solos em obras de fundao, arrimo e taludes. Para isto sonecessrios alguns conceitos bsicos, dos quais se destacam a formao dos solos e seus

comportamentos mecnicos e hidrulicos, no sendo objetivo deste material ser fonte deconsulta para elaborao de projetos. Esse material no dispensa o estudo e consultas bibliografia sugerida.

A cronologia seguida para a apresentao dos diversos assuntos aqui discutidossegue a ementa da UnP e o Plano de Aulas prprio do curso.

PLANO DE AULAS E MODELO DE AULAS DE MECNICA DOS SOLOS

A)Ementa

Formao e evoluo dos solos

Identificao e classificao dos solos

Propriedades e ndices dos solos

Movimento de gua nos solos

Compactao dos solos

Propagao e distribuio de presses no solo

Tenses geostticas e devidas a sobrecargas

Recalque dos solos

Cisalhamento nos solos


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B) Plano de aulaPROGRAMA

1. INTRODUO AO ESTUDO DA MECNICA DOS SOLOS

2. ESTRUTURA E CLASSIFICAO DOS SOLOS

3. GRANULOMETRIA E PLASTICIDADE DOS SOLOS

4. ESTADO E NDICES FSICOS DOS SOLOS (U1 e EXIN)

5. PERMEABILIDADE DOS SOLOS

6. COMPACTAO DOS SOLOS

7. TENSES NOS SOLOS

8. ADENSAMENTO DOS SOLOS

9. CISALHAMENTO NOS SOLOS

C)Modelo de aulas ou de ensino

Foram elaborados textos em apostilamento e apresentaes em PowerPoint com o contedo de cada aula.

Essas notas de aulas permitem o acompanhamento pelos alunos das

exposies sobre os assuntos, sem a necessidade de anotar todo o exposto,pois acredita-se que a melhor maneira de aprender seja a ateno e oaprofundamento no que apresentado na ocasio da aula.

Todo o material, inclusive as apresentaes, ser disponibilizado.

Sugere-se que se faam apenas observaes ou anotaes pontuais, aojulgo de cada um, durante as apresentaes.

O estudo posterior da matria, a reviso das apostilas e a pesquisa ouconsulta bibliogrfica deve servir para questionar, aprofundar e consolidaro conhecimento do assunto e a preparao para as avaliaes.

A matria ser apresentada da forma mais simplificada, seguida daaplicao de exerccios assistidos correlatos ao assunto tratado.

As avaliaes seguiram estritamente o que venha a ser apresentado em salade aulas.


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D)Avaliaes

U1 e U2: 4 questes1 terica de anlise crtica de sentenas se verdadeirasou falsas e 3 para desenvolvimento de clculos. Tempo de prova: 100 minutos.

2 CH e AR: 4 questes para desenvolvimento de clculos. Tempo de prova:100 minutos.

E)Cronograma de avaliaes:

Unid101 de outubro de 2015

Unid226 de novembro de 2015

2 CH02 de dezembro de 2015

ARec09 de dezembro de 2015

AULA 01

INTRODUO AO ESTUDO DA MECNICA DOS SOLOS

1. Introduo

Todas as obras de engenharia civil assentam-se sobre o terreno e inevitavelmenterequerem que o comportamento do solo seja devidamente considerado (PINTO,

CARLOS DE SOUZA, 2006). a Mecnica dos Solos, Cincia de Engenharia, que estuda esse comportamento, quandotenses so aplicadas, como nas fundaes, ou aliviadas, no caso de escavaes, ou

perante o escoamento de guanos poros ou vazios dos solos (CAPUTO, HOMEROPINTO 2013).

Os estudantes de engenharia civil, quando comeam o curso de Mecnica dos Solos,percebem que essa disciplina ou componente tem caractersticas muito distintas dasdemais cincias da engenharia. Acostumados a tratar de esforos sobre materiais cujas

propriedades so razoavelmente bem conhecidas ou definidas, deparam-se com uma

grande diversidade de solos, elemento a estudar, com caractersticas e modelosespecficos de comportamento.

Em um curso de apenas meio semestre, ou 80 horas de aula, impossvel o devidoaprofundamento no tema. Tentar-se- fazer uma introduo ao estudo da Mecnica dosSolos que permita ou facilite estudos mais desenvolvidos que venham a ser requeridos

posteriormente.

Em muitos setores do conhecimento, o desenvolvimento do aprendizado ocorre por etapassucessivas; no sendo possvel penetrar em profundidade em um aspecto qualquer semque se tenha adquirido um compatvel conhecimento dos demais que o influenciaram.

Isso uma especificidade da Mecnica dos Solos (CAPUTO, 2013)


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Trabalhos marcantes ao longo da histria dessa cincia sobre o comportamento dos solosforam desenvolvidos em sculos passados, como os clssicos de Coulomb (1773),Rankine (1856) e Darcy (1857). Entretanto, um acmulo de insucessos e desastres emobras de engenharia civil no incio do sculo XX, dos quais destacam-se as rupturas doCanal do Panam e rompimentos de grandes taludes em estradas e canais em construona Europa e nos Estados Unidos, mostrou a necessidade de reviso dos procedimentos declculo. Nesse ponto, deve-se a Karl Terzaghi (1936), engenheiro civil, odesenvolvimento da nova Mecnica dos Solos.

Foi Terzaghi que melhor interpretou e desenvolveu o entendimento da gua nas pressesno interior dos solos, apresentou as solues matemticas para a evoluo dos recalquesnas argilas, tendo partido de hipteses simplificadoras para a definio desses modelosde comportamento, marcos iniciais dessa nova abordagem cientfica.

Conhecer bem essas hipteses to importante quanto conhecer os prprios modelos,pois fica-se sabendo como ajust-los s condies que fogem das hipteses inicialmenteadotadas(PINTO, 2006).

Apesar do seu nome, a Mecnica dos Solos no se restringe ao entendimento docomportamento desse sistema apenas luz da mecnica e por ela esclarecida. A qumica,a fsica coloidal e a geologia, entre outras transversalidades, so fundamentais para otratamento dos problemas ligados aos solos e suas solicitaes advindas das obras deengenharia.

O estudo dos tipos de solo, de suas propriedades, estruturao e interaes permitemidentificar as condies fsicasque qualificam a explorao de uma determinada porode terreno como adequada ou no para emprego em uma dada finalidade(CAPUTO,2010)

2. O que solo?

A definio de solo muito relativa. Relativa porque varia de acordo com a finalidade deuso ou aplicao desse bem natural.

Por exemplo, para a agricultura o solo a camada de terra arvel que sustenta as plantase nutre suas razes.

J para engenharia civil ele se consiste em um aglomerado de partculasfundamentalao suporte das estruturas que sero construdas, bem como uma importante fonte dematria-prima.

Como conceito geral, sob uma tica desistema, os solos so arranjos constitudos departculas slidas, com gua ou outrolquidoe arentre essas partculas, gros ougrnulos. um sistema trifsico. Arepresentao bsica esquemtica do soloest reproduzida abaixo. E (a) o solo e em (b)o sistema solo decomposto. Esseentendimento fundamental.


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Essas partculas, de uma maneira geral, encontram-se livres para se deslocarem entre si,embora em alguns casos possa haver uma certa sedimentao entre esses gros. Ocomportamento dos solos depende desse movimento relativo entre as partculas que oconstituem, o que afasta essa cincia das teorias idealizadas para a Mecnica dasEstruturas (Mecnica dos Slidos Deformveis X Mecnica dos Sistemas Particulados),de uso corrente na engenharia civil.

3. O sistema solo

A presena do ar no interior do solo irrelevante, apenas ocupando os vazios dessesistema. O ar nos clculos relacionados ao sistema solo no tem seu peso considerado.

A gua, por sua vez, um mineral de comportamento muito mais complexo do que a suasimples composio qumica sugere (H2O)

Nos solos, essa constatao ganha muita importncia conforme iremos depreender aologo desse curso.

Fenmenos fsicos, qumicos, fsico-qumicos, eltricos e eletroqumicos que interferemdireta e fortemente no comportamento dos solos, tornam essa fase do sistema solo umcomponente que merece grande ateno.

4. Funes dos solos na engenharia civil

4.1 Funo de sustentao:

Fundaes (superestruturas, pavimentao, tubulaes, galerias e tneis)

Solos estruturais (cortes, taludes, valas)

4.2 Funo de matria prima:

Aterros (bases, barragens)

Material de construo geral (aglomerados)

5. O papel da Mecnica dos Solos

De acordo com Caputo (2010) o papel da Mecnica dos solos neste contexto tomarconhecimento das propriedades do solo e a partir delas explicar o comportamento do

terreno sobre as aes impostas pelas estruturas que sobre eles, ou em seu interior, seroconstrudas. Ou seja, a disciplina oferece os subsdios necessrios para se compreendercomo cada tipo de solo reage s deformaes provocadas pelo meio (natural ouantrpico).

No tocante as deformaes o estudo da mecnica dos solos concentra atenes sobre duascaractersticas do solo em especial: o comportamento hidrulicoe a resistncia.

Para compreender a dinmica de todos os processos englobados pela Mecnica dos Solos necessrio, antes de tudo, estudar a origem e o ciclo das rochas que formam essesmacios.

6. Origem dos solos


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A crosta terrestre composta por um conjunto de rochas que ao longo do tempo sosubmetidas ao de uma srie de processos fsicos, qumicos, fsico-qumicos e

biolgicos resultando na formao dos solos. A esse fenmeno d-se o nome deIntemperismo.

A transformao da rocha macia em um material granular, plstico e frivel pode ocorreratravs de quatro diferentes processos:

a) Intemperismo fsico ou mecnico A rocha original desagregada porprocessos fsicos ou mecnicos, sem que haja alteraes em sua constituiomineralgica. Os principais agentes promotores desse tipo de intemperismoso a variao de temperatura, a cristalizao de sais, o congelamento da guae a atividades de seres vivos.

b) Intemperismo qumico Aqui, um conjunto de reaes provoca a

modificao da estrutural dos minerais que compem a rocha. O principalagente desse tipo de intemperismo a gua. As reaes mais comuns so:hidratao, hidrlise, oxidaoe carbonatao.

c) Intemperismo fsico-qumicoOs processos fsicos e as reaes qumicasagem simultaneamente sobre a rocha matriz;

d) Intemperismo biolgicoResultam da ao de microrganismo (em especialas bactrias). Esses microrganismos realizam a decomposio bitica dosmateriais orgnicos formando os solos muito frteis.

Alm do intemperismo a formao dos solos tambm influenciada por outros fatorescomo:

a) Arocha de origemA composio mineralgica e a textura do material deorigem influenciam a suscetibilidade da rocha ao intemperismo, bem comodeterminam o tipo de solo que ser formado. Rochas baslticas, por exemplo,originam solos argilosos.

b) OclimaElementos climticos como a chuva, a radiao solar e os ventosinteragem com as reaes qumicas e os processos biolgicos de composio

dos solos. Em Regies onde as chuvas so mais frequentes comum a


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formao de solos profundos em virtude da acelerao das reaes dehidrlise.

c) O relevo A topografia do terreno controla a percolao, infiltrao, avelocidade superficial da gua e a eroso. Por isso, a constituio de terrenosngremes diferente da das reas planas;

d) Os organismos vivos A microfauna, microflora e a macrofloradesempenham um papel importante na diferenciao dos horizontes do solo.A microfauna (protozorios, nematoides e bactrias) e a microflora (algas efungos) compem a matria orgnica e formam solos ricos em hmus. J amacroflora (vegetao) atua protegendo o solo dos efeitos erosivos.

e) OtempoA durao de cada um dos fatores citados anteriormente, bem comodo intemperismo, influencia no tipo de solo formado. O solo s consideradomaduro quando todos os seus horizontes se encontram bem desenvolvidos.

7. Classificao dos solos quanto a sua origem

Solos Residuais

So solos formados pela decomposio de rochas matrizes no exato local onde elasafloraram. Sua principal caracterstica est no fato do solo constitudo se dispor emhorizontes com grau de intemperizao decrescente.


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A. Solo que perdeu toda estrutura original da rocha-me e tornou-se relativamente homogneo.B. Mantm a estrutura original da rocha-matriz, mas perdeu a consistncia de rocha.C. Poro caracterizada pela presena de grandes blocos da rocha original.

Solos transportados ou sedimentares

Aqui as rochas foram decompostas e o material intemperizado foi depositado em outrolocal, sendo esse transporte realizado por algum agente especfico (gua, vento, gelo ougravidade). Quando a conduo feita atravs da gua os solos formados so chamadosde aluvionares ou aluvies; pelo vento, elicos; pela gravidade, coluvionares; e pelo gelo,drifts.

Solos orgnicos

So chamados solos orgnicos aqueles que contm uma quantidade aprecivel de matriadecorrente de decomposio de origem vegetal ou animal (matria orgnica), em vrios

estgios de decomposio. So facilmente identificados pela colorao escura e pelo odorcaracterstico.

Solos saprolticos

Os solos saprolticos (sapro, do grego: podre) soaqueles que resultam da decomposio oudesagregao in situda rocha matriz pela ao dasintempries (chuvas, insolao, geadas) e mantm,de maneira ntida, a estrutura da rocha que lhe deuorigem.

So genuinamente residuais, isto , derivam de umarocha matriz, e as partculas que o constituem

permanecem no mesmo lugar em que se encontravam em estado ptreo.

Os solos saprolticos constituem, portanto, a parte subjacente camada de solo superficiallatertico (ou, eventualmente, de outro tipo de solo) aparecendo, na superfcie do terreno,somente por causa de obras executadas pelo homem ou eroses. Estes solos so maisheterogneos e constitudos por uma mineralogia complexa contendo minerais ainda emfase de decomposio. So designados tambm de solos residuais jovens, em contrastecom os solos superficiais laterticos, maduros.


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Uma feio muito comum no horizonte superficial, ou no seu limite, a presena de umalinha de seixos de espessuras variveis (desde alguns centmetros at 1,5 m), delimitandoo horizonte latertico do saproltico.

Solos laterticos

So solos porosos de coloraoavermelhada, possuem cimentao naturalde xidos e hidrxidos de ferro e alumnio.Estes solos diminuem de volume ao seremumedecidos e submetidos a cargas.Possuem boa resistncia na umidadenatural, mas permitem grandes recalquesquando muito midos.

Os solos laterticos (later, do latim: tijolo)so solos superficiais, tpicos das partes

bem drenadas das regies tropicais midas,

resultantes de uma transformao da partesuperior do subsolo pela atuao dointemperismo, por processo denominadolaterizao.

Vrias peculiaridades associam-se ao processo de laterizao sendo, as mais importantesdo ponto de vista tecnolgico, o enriquecimento no solo de xidos hidratados de ferroe/ou alumnio, conforme j referido, e a permanncia da caulinita como argilo-mineral

predominante e quase sempre exclusivo. Estes minerais conferem aos solos decomportamento latertico colorao tpica: vermelho, amarelo, marrom e alaranjado.

So solos importantes para uso na pavimentao e em aterros, pois tm bom desempenhona compactao. Esse tipo de solo muito comum no RN e tem grande importnciaeconmica na construo civil. No RN predominam os solos laterticos arenosos, dequalidade tcnica superior.

Solos originrios de rochas sedimentares

So os solos originrios das rochas que so formadas por materiais que se formam pordecomposio qumica e/ou fsica de rochas pr-existentes ou rochas sedimentares. Omaterial constituinte dessas rochas transportado pela gua, vento ou geleira edepositados, em outro local. medida que as camadas se acumulam o material

anteriormente depositado compactado. Mudanas fsicas e qumicas como presso,calor e reaes qumicas transformam esses sedimentos em rochas como, por exemplo, oarenito. O calcrio uma rocha sedimentar de origem bioqumica, ou seja, pela deposiode restos de organismos e ou sedimentos ricos em carbonatos. A decomposio dessarocha cria esse tipo de solo.

Solos originrios de rochas magmticas ou gneas

Esses solos so originrios de rochas magmticas ou gneas, que se formam peloresfriamento e consequente solidificao do magma, que uma massa de rocha fundida,existente abaixo da crosta terrestre. Dependendo da composio do magma e a velocidade

de resfriamento obtm-se diferentes tipos de rochas.


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AULA 02

ESTRUTURA E CLASSIFICAO DOS SOLOS

1.

IntroduoOs solos so formados pela deteriorao das rochas atravs do intemperismo que, por suavez, influenciado pela ao do clima, da rocha de origem, do relevo, dos organismosvivos e do tempo. Esse processo de transformao atua modificando a estrutura fsica darocha original e aquilo que antes era um macio de minerais passa a ser um corpoflexvel composto por um aglomerado de pequenos grnulos separados por poros dentrodos quais circulam ar e gua.

Processo de modificao da estrutura fsica da rocha original de macio de minerais paraum aglomerado de pequenos grnulos.

De modo geral, a estrutura do solo composta por: ar, gua e grnulos, gros ou slidos(minerais e matria orgnica). Esse o sistema trifsico do solo, de importncia essencial

para os estudos da Mecnica dos Solos.

Os poros do solo so as estruturas responsveis pela circulao e conteno da gua e doar. Aos poros de maior dimenso d-se o nome de macroporos (localizados entre os

agregados) e aos de menor microporos (situam-se dentro dos agregados).


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2. Classificao da Estrutura dos Solos

A diversidade de tipos e as diferenas de comportamento dos diversos solos perante assolicitaes de interesse da engenharia, levou ao seu agrupamento em conjuntos diversose distintos, de similaridades internas, e aos quais podem ser atribudas algumas

propriedades. Dessa tendncia natural de organizao da experincia acumulada surgiramos sistemas de classificao dos solos.

O objetivo da classificao dos solos, sob o ponto de vista da engenharia, poder estimaro provvel comportamento do solo, ou, pelo menos, orientar o programa de investigaonecessrio para permitir a adequada anlise de um problema(SOUZA PINTO).

A classificao dos solosvaria muito entre autores. De uma forma geral, os sistemas declassificao tm a sua validade muito discutida.

De um lado, qualquer sistema de classificao cria grupos definidos por limites numricosdescontnuos, enquanto solos naturais apresentam caractersticas progressivamentevariveis. Pode ocorrer que solos com ndices prximos aos limites se classifiquem emgrupos distintos, embora possam ter comportamento de solos de um mesmo grupo declassificao. A esta objeo, pode-se acrescentar que a classificao de um solo, baseadaem parmetros fsicos dele, jamais poder ser uma informao mais completa do que os

prprios parmetros que o levaram a ser classificado.

Entretanto, a classificao necessria para a transmisso de conhecimento. Mesmoaqueles que criticam os sistemas de classificao no tm outra maneira sucinta de relatarsua experincia, seno afirmar que, ao aplicar um tipo de soluo, obtiveram certoresultado, num determinado ti po de solo.

Quando um determinado tipo de solo citado, necessrio que a designao seja

entendida por todos, ou seja, necessrio que exista um sistema de classificao.

Conforme apontado por Terzaghi, um sistema de classificao sem ndices numricospara identificar os grupos totalmente intil. Se, por exemplo, a expresso areia bem-graduada compacta for empregada para descrever um solo, importante que osignificado de cada termo dessa expresso possa ser entendido da mesma maneira portodos e, se possvel, ter limites definidos.

Enfatiza-se, ento, que os sistemas de classificao de solos constituem-se no primeiropasso para a previsodo comportamento dos solos.

So tantas as peculiaridades dos diversos solos que um sistema de classificao que viessea permitir um alto nvel de conhecimento adequado a qualquer projeto teria de levar emconta uma to grande quantidade de ndices que deixaria de ter aplicao prtica.

Entretanto, eles ajudam a organizar as ideias e a orientar os estudos e o planejamento dasinvestigaes para a obteno dos parmetros mais importantes de cada projeto.

Existem diversas formas de classificar os solos, como pela sua origem, pela sua evoluo,pela presena ou no de matria orgnica, pela estrutura, pelo preenchimento dos vazios.Os sistemas baseados no tipo e no comportamento das partculas que constituem os solosso os mais conhecidos.


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Os sistemas de classificao que se baseiam nas caractersticas dos gros que constituemos solos tm como objetivo a definio de grupos que apresentam comportamentossemelhantes sob aspectos de interesse da engenharia civil.

Nestes sistemas, os ndices empregados so geralmente a composio granulomtrica eos ndices de Atterberg.

De uma forma geral, essas classificaes so organizadas, bsica e inicialmente, emfuno do tamanho (Classe do Solo) das partculas do solo, da forma dos gros e de comoeles se estruturam (Tipo de Estruturao) e do desenvolvimento das unidades estruturaisdesses solos (Grau de Estruturao).

2.1.Classificao quanto ao tamanho das partculasClasses dos Solos

A primeira caracterstica que diferencia os solos o tamanho das partculas que oscompem. Em alguns tipos de terrenos os grnulos formadores podem ser visualizados aolho nu, como por exemplo os gros de pedregulho ou de uma areia grossa, enquanto emoutros as partculas so to finas que, quando molhadas, se transformam numa pasta oulama tornando-se imperceptveis.

importante salientar que a diversidade do tamanho dos gros extensa e que um nicosolo pode abrigar grnulos de dimenses diversas. Por isso, na maioria das vezes, no seconsegue identificar a constituio de um terreno pelo simples manuseio de uma amostra.

Para que a constituio de um tipo de solo pudesse ser identificada a partir do tamanhode suas partculas a Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT/NBR 6502/95)desenvolveu denominaes especficas para grnulos de diferentes dimenses.

O sistema organizacional adotado pela ABNT classifica as partculas do solo da seguinte

maneira:

TABELA 1 - Classes do solo (tamanho dos gros) segundo a ABNT/NBR 6502/95

Frao Limites DefinidosBloco de rocha > 1m

Mataco de 200 mm a 1 mPedra de 60 mm a 200 mm

Pedregulho de 2 mm a 60 mmAreia grossa de 0,6 mm a 2 mmAreia mdia de 0,2 mm a 0,6 mmAreia fina de 0,06 mm a 0,2 mm

Silte de 0,002 mm a 0,06 mmArgila inferior a 0,002 mm

Alguns outros sistemas de classificao tratam os grupos: areia grossa, areia mdia e areiafina como uma nica classe areia.

Outra considerao importante que o conjunto de silte e argila denominado como afrao de finosdo solo, enquanto o conjunto areia e pedregulho denominado fraogrossaou grosseira.


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A agregao entre as partculas dos solos finos definida pelas foras de atraomoleculares e eltricas dos minerais que as compem e tambm pela presena de gua,

j nos solos grossos a interao entre as partculas governada pelas foras gravitacionais.Contudo, ressalta-se que os siltes, apesar de serem classificados como finos, sogovernados pelas foras gravitacionais.

2.2. Classificao quanto forma de organizao das partculas Tipo deEstruturao

As partculas do solo (areia, silte e argila) se agregam formando o que se chama deestrutura do solo.

De acordo com o tipo de estrutura, os solos so classificados como:

a) Granular- Quando os agregados vo sendo depositados pela ao dagravidade, com contato mnimo entre seus gros. Esse tipo de solo caracterizado pela presena em grande quantidade dos macroporos.Solos que apresentam esse tipo de estrutura possuem uma drenagemclassificada entre alta a excessiva. Exemplos de solos de estruturagranular: Neossolos Quartzarnicos (estrutura de gros simples) eLatossolos de textura mdia.

Solo do tipo Granular.

b) Prismtico As partculas do solo vo sendo organizadas emagregados cuja dimenso vertical maior que a lateral, conferindo-lhesuma forma de prisma ou coluna. Quando prismtica, a poro superior

da unidade estrutural, bem como a lateral, so planas e, quando colunara parte superior recurvada e todo o conjunto de agregados forma umaestrutura de aspecto mais arredondado. Cabe salientar ainda que solocom estrutura prismtica apresentam drenagem moderada, pois

possuem poros em uma situao intermediria. Exemplos de solos deestrutura prismtica so os Nitossolos e os Luvissolos.


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Solo do tipo Granular

c) LaminarAs partculas do solo so arranjadas em agregados cujasdimenses horizontais so maiores que as verticais, isto , apresentama aparncia de lminas. Aqui a presena de espaos porosos entre osagregados baixa conferindo a tais solos um potencial de drenagemmuito baixo. So compostos por esse tipo de estrutura os Argissolos eos Planossolos.

Solos do tipo Laminar

d) Blocos A caracterstica predominante desse tipo de estrutura aigualdade aproximada de sua altura, largura e espessura, conferindo-

lhe trs dimenses quase iguais, com as faces planas ousubarredondadas. Semelhante ao que acontece nos solos prismticos o

potencial de drenagem aqui considerado moderado. A estrutura emblocos mais comum de ser encontrada nos Argissolos, Nitossolos eChernossolos.


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Solos com estrutura em Blocos.

2.3.Classificao quanto ao desenvolvimentoGrau da Estrutura

O grau da estrutura refere-se ao nvel de organizao das partculas no solo, ou seja, ao seu graude desenvolvimento.

No campo, o grau de estrutura avaliado procurando-se remover as unidades estruturaispresentes no perfil do solo, observando-se a proporo entre o material agregado e noagregado, as unidades estruturais inteiras e rompidas.

O grau da estrutura divide-se em quatro grupos, so eles:

a) Sem estrutura Se caracteriza pela ausncia de uma organizaoestrutural definida, ou seja, o tipo de estrutura (laminar, blocos,

prismtica ou granular) ainda est indefinido. Aqui, as partculas dosolo esto unidas apenas por contato fsico, sem influncia de cargas

negativas ou positivas, e tem como exemplo tpico a areia de praia.Essa classe se divide em dois grupos:

- Macio Quando as partculas slidas ocorrem reunidasformando uma massa compacta;

- Gros simples -Quando as partculas slidas ocorrem soltas,individualizadas.

b) FracoA estruturao no evidenciada no perfil do solo. Quando se

remove uma amostra obtm-se pores de terra que se rompemoriginando uma mistura de algumas unidades estruturais poucoresistentes. Encontram-se tambm muitas unidades demolidas e

bastante material no agregado. Ou seja, aqui os tipos de estrutura jforam formados, entretanto, as foras que unem seus agregados aindaso fracas, por isso, as pores de terra se rompem com facilidade;

c) Moderado A estruturao comea a aparecer no perfil do solo,porm, ainda de forma muito discreta. Quando se remove uma amostraobtm-se pores que tambm se rompem, entretanto, aqui acomposio das unidades estruturais originada j mais resistente,

apresenta menos unidades demolidas e pouco ou nenhum materialdesagregado;


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d) ForteAqui, a estruturao j aparece bem evidenciada no perfil dosolo porque as unidades estruturais j se encontram aderidas. Porremoo da amostra obtm-se, quase que exclusivamente, unidadesestruturais individualizadas.

3. Sistema Unificado de Classificao de Solos (SUCS)

Este sistema foi elaborado originalmente por Casagrande (1942) para obras deaeroportos, e seu emprego foi generalizado. Atualmente utilizado em obras de barragensde terra.

Neste sistema os solos so identificados por duas letras. As cinco letras para a primeiraposio tm por critrios os tamanhos dos gros ou classe principal do solo e as seguintescorrespondem aos dados complementares, para as areias se bem ou mal graduado e paraas argilas, se de alta ou baixa compressibilidade.

A caracterstica de graduao das areias depende do Coeficiente de No UniformidadeCNU.

CNU = D60D10

Onde:D60= o dimetro abaixo do qual se situam 60% em peso das partculas eD10= o dimetro que, na curva granulomtrica corresponde porcentagem que passaigual a 10%.

O D10 referido como dimetro efetivo do solo, por sua correlao com apermeabilidade.

Quanto maior o CNU, mais bem graduado o solo. Areias com CNU menores que 2 sochamadas uniformes.

No caso dos finos, a compressibilidade funo das caractersticas de consistncia, quemelhor indicam o comportamento desses solos. Os solos finos so tanto maiscompressveis quanto maioro seu LL (Limite de Liquidez). Assim o sistema classificasecundariamente como de alta (H) ou baixa (L), os solos M, C ou O, em funo do LLser superior ou inferior a 50.


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Sistema Unificado de Classificao de CasagrandeG Pedregulho (gravel)

S Areia (sand)

M Silte (medium)

C Argila (clay)

O Solo orgnico (organic)

W Bem graduado (well)

P Mal graduado (poorly)

H Alta compressibilidade (high)

L Baixa compressibilidade (low)

Pt Turfas (peat)

4. Sistema Rodovirio de Classificao de Solos

Este sistema, muito utilizado na engenharia rodoviria em todo o mundo, foioriginalmente proposto nos Estados UnidosAASHTOAmerican Association of StateHigway and Transportation Officials.

tambm baseado na granulometria e nos limites de Atterberg.

Nesse sistema tambm se inicia a classificao pela constatao da porcentagem quepassa na peneira n 200 (solos grossos ou finos), s que so considerados solos degranulao grosseira os que tm menos de 35% passando nessa peneira e no 50% comona Classificao Unificada.

Os solos grosseiros so classificados por A1, A2 e A3 e os solos finos, por A4, A5, A6 eA7.

Os solos grossos so subdivididos em funo da granulometria e dos ndices deconsistncia em:

A-1a. Solos grossos, com menos de 50% na peneira 10, menos de 30% na peneira40 e menos de 15% na peneira 200. O IP dos finos deve ser menos que 6.correspondem, aproximadamente, ao pedregulho bem graduado, GW, do SistemaUnificado;

A-1b. Solos grossos, com menos de 50% passando na peneira 40 e menos de 25%na peneira 200, tambm com IP menos que 6. Corresponderia areia bemgraduada, SW;

A-3. Areias finas, com mais de 50% passando na peneira 40 e menos de 10% napeneira 200. So areias finas mal graduadas, com IP nulo. Corresponde s SP e

A-2. So areias em que os finos presentes constituem a caracterstica secundria.So subdivididos em A-2-4, A-3-5, A-2-6 e A-2-7, em funo dos ndices deconsistncia

Os solos finos so subdivididos apenas em funo dos ndices de consistncia

O que distingue, por exemplo, um solo A4 de um solo A-2-4 apenas a porcentagem definos


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Esse sistema bastante semelhante Classificao Unificada de Casa Grande, pois ambosconsideram a predominncia de gros grados ou midos, do nfase curvagranulomtrica no caso de solos grosseiros com poucos finos e os solos grados commuitos finos e os prprios solos finos com base nos ndices de Atterberg ou deconsistncia

Sistema de Classificao Rodoviria de Solos

AULA 03

GRANULOMETRIA E PLASTICIDADE DOS SOLOS

Anlise Granulomtrica

1. Introduo

As partculas sedimentares que compem o solo apresentam dimenses comvariabilidade muito elevada. Estudar o tamanho dessas unidades importante porque elasso fundamentais na determinao das propriedades fsicas e dos potenciais de drenageme eroso dos terrenos.

Por outro lado, uma das principais caractersticas dos solos refere-se a determinadaspropriedades dos solos muito finos. Essa propriedade a plasticidade das argilas. Essecomportamento determina as mais complexas situaes prticas nas obras de engenharia.

2. Classificao dos solos baseado nos critrios de granulometria


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Os solos recebem designaes segundo as dimenses das partculas compreendidas entredeterminados limites convencionais. No Brasil a Associao Brasileira de NormasTcnicas (ABNT/NBR 6502/95) adotou a nomenclatura expressa na tabela a seguir:

Classificao das partculas do solo quanto o tamanho das partculas

Frao Limites definidosBloco de rocha > 1 m

Mataco de 200 mm a 1 mPedra de 60 mm a 200 mm

Pedregulho de 2 mm a 60 mmAreia grossa de 0,6 mm a 2 mmAreia mdia de 0,2 mm a 0,6 mmAreia fina de 0,06 mm a 0,2 mm

Silte de 0,002 mm a 0,06 mmArgila inferior a 0,002 mm

A ABNT atribuiu as seguintes caractersticas a cada uma dessas classes:

a) MatacoFragmento de rocha transportvel ou no, comumente arredondadopor intemperismo ou abraso, com dimenses compreendidas entre 200 mm e 1,0m.

b) Pedra e pedregulhoAmbos so solos formados por minerais ou partculas derocha diferenciando-se apenas pelo dimetro das partculas que os compem. Na

pedra o dimetro varia na faixa de 60 mm a 200 mm e no Pedregulho de 2 mm a60 mm.

c) AreiasSubdivididas nas categorias grossa, mdia e fina, caracterizam-se como

solo no coesivo e no plstico formado por minerais ou partculas de rochas.

d) SilteSolo que apresenta baixa ou nenhuma plasticidade e pequena resistnciaquando seco ao ar. Suas partculas tm dimetros compreendidos entre 0,002mma 0,06mm e

e) ArgilaSolo de graduao fina que caracteriza-se pela sua plasticidade, texturae consistncia em seu estado e umidade naturais. O dimetro de suas partculas inferior a 0,002 mm.

3. Metodologias de anlise granulomtrica

Em terrenos onde os materiais constituintes so granulares (areias ou pedregulhos), omtodo de anlise granulomtrica utilizado openeiramentode uma amostra de solo;

para siltes e argilas se utiliza a sedimentaodos slidos no meio lquido; e para solosconstitudos tanto por partculas grossas (areia e pedregulho) quanto por finos (silte eargila) realiza-se anlise granulomtrica conjunta.

3.1. Peneiramento

O mtodo mais divulgado para efetuar a anlise granulomtrica de sedimentos grosseiros

o da peneirao. As peneiras utilizadas nesse processo so constitudas por umsuportemetlico de formato cilndrico com o fundo de malha calibrada. As peneiras so


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construdas para serem encaixadas umas nas outras de modo a formarem uma coluna depeneirao. Na parte superior desta coluna existe uma tampa para evitar perdas dematerial durante a peneirao, e na base encaixa-se uma peneira "cega", denominado"pan", destinado a receber as partculas menores que atravessaram toda a coluna semserem retidos em nenhum momento.

A peneirao, normalmente, efetuada a seco. A amostra coletada deve ser submetida a

uma secagem em estufa regulada a temperaturas entre 40C a 60C. Seca, a amostra ,ento, cuidadosamente pesada (para que se possam estimar eventuais perdas) e inseridana srie de peneiras que, por sua vez, tampada e colocada sobre agitador mecnico onde

permanece por volta de 10 a 15 minutos. Quando o laboratrio no dispe de mesaagitadora a peneirao feita de forma manual.

Concluda a peneirao deve-se pesar cuidadosamente o material retido em cada um dosfiltros, as chamadas fraes de peneirao. normal que o peso total das fraes de

peneirao seja um pouco inferior ao da amostra original em virtude das perdas que

houveram durante o processo. So aceitveis perdas de at 1% do peso original.


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3.2. Sedimentao no meio lquido

Ideal para anlise granulomtrica em solos de constituio mais fina, a sedimentaotambm prefervel para realizao de anlises quando se tem um elevado nmero deamostras e quando o solo trabalhado composto por grnulos finos e grossos.Em comparao com a peneiramento, esse mtodo considerado mais eficiente, pois,confere maior rapidez a anlise (fator relevante quando se tem um elevado nmero deamostras para se analisar) e diminui as perdas por interveno humana e manuseio daamostra.

A determinao da granulometria do solo, no ensaio de sedimentao, baseada na Leide Stokes que relaciona o tamanho da partcula com a velocidade com a qual ela sesedimenta em um meio lquido. Quanto maior for a partcula mais rpido ela se sedimentano fundo do recipiente.

Baseado nos princpios de Stokes, uma das tecnicas mais utilizadas para realizar a anlisegranulomtrica por sedimentao a Pipetagem. Esse processo determina a quantidadede material fino existente em fraes dimensionais previamente estabelecidas, tirando

proveito das velocidades de sedimentao de cada uma dessas fraes delas retirandoalquotas por pipetagem.

A Pipetagem conduzida da seguinte forma:

Em uma srie de provetas (seis), preenchidas com gua destilada coloca-se amesma quantidade da amostra (ex. 20g) e, em seguida agita-se. Cada provetaservir a observao de um intervalo de tempo especfico;

No tempo Tx a pipeta mergulhada na proveta e em uma profundidade pr-estabelecida (Ex. 10 cm) recolhe-se uma amostra (alquota);

O material coletado despejado em um recipiente pr-pesado e em seguida conduzido a uma estufa onde permanece at haver a completa evaporao da gua;

Quando saem da estufa os recipientes so novamente pesados. A diferena entreos pr-pesados e os que saram da estufa resulta no peso da frao granulomtricaobservada;

Alm da pipetagem, existem outras maneiras mais prticas de realizar anlisegranulomtrica por sedimentao, as principais envolvem o uso de equipamentos querealizam todo o processo de anlise como, por exemplo: a Balana de Sedimentao e o

Coulter Counter


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Sedimentao por pipetagemCurva granulomtrica

Plasticidade dos solos

1. Introduo

Os solos que apresentam certa porcentagem de frao fina (silte e argila) no podem seradequadamente caracterizados pelo ensaio de granulometria. Nesses casos se faznecessrio a anlise de outros parmetros como, por exemplo: a forma das partculas, acomposio mineralgica e qumica e as propriedades plsticas, fatores esses que estointimamente relacionados com o teor de umidade.

Define-se plasticidade como sendo a propriedade dos solos finos que consiste na maiorou menor capacidade de serem moldados sob certas condies de umidade.

Segundo a ABNT/NBR 7250/82, a plasticidade a propriedade de solos finos, entre

largos limites de umidade, de se submeterem a grandes deformaes permanentessem sofrer ruptura, fissuramento ou variao de volume aprecivel.


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As partculas que apresentam plasticidade so, principalmente, os argilo-minerais. Osminerais como o quartzo e o feldspato no desenvolvem misturas plsticas, mesmo quesuas partculas tenham dimetros menores do que 0,005mm.

A influncia do teor de umidade nos solos finos pode ser facilmente avaliada pela anliseda estrutura destes tipos de solos. As ligaes entre as partculas ou grupo de partculasso fortemente dependentes da distncia. Portanto, as propriedades de resistncia ecompressibilidade so influenciadas por variaes no arranjo geomtrico das partculas.Quanto maior o teor de umidade implica em menor resistncia.

2. Composio mineralgica das argilas

A argila a frao do solo, cujas partculas apresentam um dimetro inferior a 0,002 mm(ABNT/NBR 6502/95) e que, em contato com a gua, adquire plasticidade. A fraoargila, no entanto, no constituda s de partculas que apresentam plasticidade. constituda de diversos tipos de partculas, que podem ser classificadas de acordo com atabela abaixo

Classificao em funo do tipo de partcula que constitui as Argilas

Substncias Inorgnicas

Argilo-minerais

Minerais no arglicos

Hidrxidos de Fe e AlQuartzoMicas

FeldspatosCalcita e dolomita

Substncias Orgnicas Vegetal (hmus) e Animal (microrganismos)

A plasticidade de um solo atribuda presena dos argilo-minerais, das micas e dohmus existentes. Entretanto, o teor de argilo-minerais na frao argila dos solos , quasesempre, muito superior aos de mica e de hmus e, por isso, o estudo dos argilo-minerais sempre destacado.

2.1. Argilo-minerais

Os argilo-minerais so, fundamentalmente, silicatos hidratados de alumnio queapresentam plasticidade, permuta catinica, dimenses geralmente inferiores a 0,002mme forma lamelar alongada.

Em sua essncia, os argilo-minerais so compostos por camadas de slica e de gibsita(hidrxido de alumnio). A camada de slica, por sua vez, formada por uma camadacristalina e outra de silcio. A cristalina tem formato de um tetraedro cujos vrtices soocupados por oxignio e em cujo centro h um silcio. J na de slica os tetraedros estoligados de modo a constiturem uma rede de malha hexagonal. Os ns desta rede soocupados pelo silcio dos tetraedros de slica. Observe a figura abaixo.

Estrutura dos argilo-minerais


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2.1.1. Classificao dos argilo-minerais

Os argilo-minerais compreendem uma grande famlia de minerais, que podem serclassificados de acordo com o arranjo entre as camadas de silcio e gibsita. Desse modotm-se os grupos: das caulinitas, das montmorilonitas e das ilitas.

a) Caulinitas

As caulinitas so as argilas de maiores dimenses e cuja estrutura compreende umacamada de tetraedros de slica ligada a uma de octaedros de gibsita. Aqui, o plano comumdas duas camadas constitudo por tomos de oxignio e hidroxilas, sendo a ligao entreelas do tipo inica.

Estrutura das caulinitas

Do ponto de vista inico, essas ligaes entre oxignio e hidrognio so consideradasneutras. Isso porque so fracas, mas suficientemente fortes para evitarem a penetrao dagua entre as unidades estruturais. Por esta razo, as caulinitas apresentam:

Pequena expanso;

Difcil disperso na gua;Baixa plasticidade;Pequena capacidade de adsoro de gua e de permuta catinica.

b) Montmorilonitas

As montmorilonitas so as argilas de menores dimenses que as caulinitas e cuja estruturabsica formada por um arranjo composto de uma camada de octaedros de gibsita situadaentre duas camadas de tetraedros de slica.

Estrutura das montmorilonitas.


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A principal caracterstica dessa categoria de argilo-minerais est no fato do alumnio (dacamada de octaedros), no momento de estabelecer as ligaes entre a camada de gibsitae de slica, ser substitudo, parcialmente ou totalmente, por magnsio e ferro.

Outra caracterstica importante que as montmorilonitas j apresentam entre suasunidades estruturais molculas de gua e, em virtude disso, ao contrrio do que acontece

com as caulinitas, esse tipo de argila apresenta:

Fcil disperso na gua; Grande expanso; Alta plasticidade; Elevada capacidade de adsoro de gua e de permuta catinica.

c) Ilitas

A composio estrutural das Ilitas a mesma das montmorilonitas, a diferena est nofato dos tomos de silcio ligados s camadas de slica serem substitudos parcialmenteapenas por tomos de alumnios resultando na liberao de valncias livres. Essasvalncias, por sua vez, se unem aos ctions K+ (de potssio) que esto livres no soloestabelecendo, assim, a ponte de ligao entre a camada de gibsita e as camadas de silcio.

Estrutura das Ilitas.

Aqui, a capacidade de adsoro de gua e de permuta catinica pequena. Entretanto,quando, nas ilitas, a substituio do silcio das camadas de tetraedros por alumnio for

pequena, as ligaes entre as unidades estruturais proporcionadas pelos ctions K+podemser deficientes e permitiro a entrada de gua. Quando isso ocorre, as propriedades dasilitas se aproximam das propriedades das montmorilonitas.


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3. Estados de consistncia dos solos

Os solos finos (silte e argila) apresentam variaes de estado de consistnciaem funodo teor de umidade. E para delimitar essas faixas, foram estabelecidas umidades limite,os chamados: Limites de Consistnciaou Limites de Atterberg.

A consistncia refere-se ao grau de resistncia e plasticidade do solo, essas caractersticas,por sua vez, dependem das ligaes internas entre as partculas do solo. Solos ditoscoesivos (agregados) possuem uma consistncia plstica entre certos teores limites deumidade, abaixo desta faixa de umidade o solo apresenta uma consistncia slida e acimauma consistncia lquida podendo ainda existir, entre os estados plstico e slido, umaconsistncia semi-slida. Por exemplo: Uma massa de solo argiloso no estado lquido(lama) no possui forma prpria e tem resistncia ao cisalhamento nula. Quando a gua retirada aos poucos (por secamento da amostra), ao atingir um teor de umidadeespecfico, a massa de solo torna-se ento plstica.

Os teores de umidade correspondentes aos limites de consistncia entre slido e semi-slido; semi-slido e plstico; e plstico e lquido so definidos, respectivamente, comolimite de contrao (LC), limite de plasticidade (LP) e limite de liquidez (LL). A tabelaabaixo mostra os valores dos limites de consistncia de alguns argilo-minerais e a figuramostra a relao entre os estados fsicos do solo e os limites de consistncia.

Limites de consistncia (Mitchell, 1976)

Argilo-minerais Limite deLiquidez(LL - %)

Limite dePlasticidade

(LP - %)

Limite deContrao(LC - %)

Montmorilonita 10090 50100 8,515Ilita 60120 3560 1517Caulinita 30110 25 - 40 25 - 29


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Relao do estado fsico do solo com os Limites de Consistncia

4. Determinao experimental dos limites de consistncia dos solos

4.1. Limite de Liquidez (LL)

O limite de liquidez de um solo o teor de umidade que separa o estado de consistncia

lquido do plstico e para o qual o solo apresenta uma pequena resistncia aocisalhamento.

Uma das metodologias mais aplicadas para determinar o limite de liquidez de um solo a utilizao do Aparelho de Casagrande, onde tanto o equipamento quanto o

procedimento so normalizados pela ABNT/NBR 6459/82. Esse aparelho mostrado aseguir:

A realizao do ensaio a partir da utilizao do Casagrande procede da seguinte maneira:


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O solo utilizado no ensaio a frao que passa na ltima peneira, normalmente aque tem malha com espessura de 0,42 mm, ou seja, a partir de areia fina;

Com essa poro de solo prepara-se uma pasta homognea que, em seguida, colocada na concha do Casagrande;

Utilizando o cinzel do Casagrande abre-se uma ranhura, conforme mostra a figuraa seguir.

A medida que a concha vai batendo na base, os taludes tendem a escorregar e aabertura na base da ranhura comea a se fechar. As batidas continuam at que osdois lados se unam longitudinalmente, por um comprimento igual a 1 cm,interrompendo-se o ensaio nesse instante, quando deve-se anotar o nmero degolpes necessrios para o fechamento da ranhura.

Retira-se ento uma amostra do local onde o solo se uniu. Coloca-se essa amostra,imediatamente, em um recipiente que, logo em seguida, pesado.

Aps a primeira pesagem o conjunto (amostra + recipiente) conduzido a estufaonde permanece at secar complemente para ento ser pesado novamente.

Realizadas as pesagens determina-se ento o teor de umidade utilizando afrmula: w = (Pw/ Ps) x 100.

Repete-se o processo mais trs ou quatro vezes acrescentando-se sempre (a cadarepetio) mais gua. Todavia, essa repetio s deve ser feita caso no se consigaalcanar o nmero de golpes;

De posse de todos os teores de umidade e dos seus respectivos nmeros de golpesconstri-se o Grfico do Limite de Liquidez. Para elabor-lo faz a relao nodegolpes (eixo x) versusteor de umidade (eixo y) como mostra a figura.


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Grfico do teor de umidade x nmero de golpes

No teste de Casagrande existe uma conveno que dita que o limite de liquidezcorresponder sempre ao teor de umidade equivalente a 25 golpesnecessrios para fechara ranhura.

4.2. Limite de Plasticidade (LP)

O limite de plasticidade o teor de umidade mnimo, no qual a coeso pequena parapermitir deformao, porm, suficientemente alta para garantir a manuteno da formaadquirida.

O equipamento necessrio realizao do ensaio muito simples tendo-se, apenas, uma

placa de vidro com uma face esmerilhada (fosca) e um cilindro padro com 3 mm dedimetro e 10 cm de comprimento.

O procedimento metodolgico para conduo desse teste normatizado pela ABNT-NBR7180/82 e procede-se da seguinte maneira:

Coloca-se a amostra de solo na cpsula de porcelana e adiciona-se gua destiladaem pequenas pores amassando e revolvendo vigorosa e continuamente com oauxlio de uma esptula at se obter uma pasta homognea de consistncia

plstica;

Separa-se cerca de 10 g da amostra preparada e formar uma pequena bola a qual

deve ser rolada sobre a placa de vidro com a palma da mo exprimindo uma


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presso suficiente apenas para conferir a massa trabalhada o formato de umcilindro;

Se a amostra se fragmentar antes de atingir o dimetro de 3 mm, deve-se devolv-la cpsula de porcelana, adicionar mais gua destilada e repetir o processodescrito no 2 passo;

Todo o processo deve ser repetido at que a amostra atinja o dimetro de 3 mm eo comprimento do basto (10cm) sem se fragmentar. Alcanado esse ponto, o

basto de solo ento fragmentado em 6-8 pores iguais que devem ter a suaumidade imediatamente determinada;

Todo esse processo deve ser repetido por mais duas ou trs vezes;

Com os valores obtidos de peso mido e peso seco calcula-se o teor de umidade;

Faz-se uma mdia dos valores de umidade obtidos e a partir dela diz-se se o ensaiofoi ou no satisfatrio. O ensaio satisfatrio quando dos valores de umidade

obtidos, nenhum diferir da respectiva mdia de mais que 5% da mdia encontrada;

O resultado final ser expresso pela mdia dos valores de umidade consideradossatisfatrios (pelo menos trs) e deve ser expresso em porcentagem aproximando-o sempre para o valor inteiro mais prximo.

5. ndice de PlasticidadeIP

Ajuda a definir a plasticidade de um solo. Corresponde diferena entre os limites deliquidez e de plasticidade.

IP = LLLP

O ndice de plasticidade expresso em porcentagem e classificado conforme mostra atabela abaixo.

Classificao do ndice de plasticidade

Variao do ndice de Plasticidade (%) Classe1 < IP < 7 Fracamente Plstico

7 < IP < 15 Medianamente Plstico

IP > 15 Fortemente Plstico

6. ndice de Consistncia - IC

Em uma argila remoldada o seu estado pode ser expresso por seu ndice de vazios. Como comum que as argilas estejam saturadas, caso em que o ndice de vazios depende da

presena da gua, o estado das argilas costuma ser expresso pelo teor de umidade.

Mas, da mesma forma que o ndice de vazios no indica a compacidade das areias, o teorde umidade no indica, por si s, a consistncia das argilas, sendo necessrio analis-loem relao aos teores de umidade nos limites de consistncia.


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Para indicar a posio relativa da umidade de mudana de estado, foi proposto o ndicede Consistncia:

IC = LLwLLLP

TABELA 08ndice de consistnciaConsistncia ndice de consistncia

Mole 25 a 50

Mdia 50 a 100

Rija 100 a 200

Dura > 400

7. ndice de Atividade

Pequenos teores de argila na composio de solos que apresentam altos ndices deconsistncia indicam que a argila muito ativa. Mas os ndices determinados dependemtambm da presena da areia. Quando se quer indicar a atividade da frao argila nossolos, o ndice deve ser comparado com a frao argila presente. Portanto, o ndice deAtividade das Argilas, Ia, ganha a seguinte relao:

Ia = IP/frao argila (%/100)

A argila presente no solo considerada normalquando seu ndice de atividade se situaentre 0,75 e 1,25. Quando o ndice menor que 0,75 ela considerada como inativa, e

quando maior que 1,25, ativa.

8. ndice de Compresso

Com o conhecimento dos ndices de consistncia pode-se prever muito docomportamento do solo, sob o ponto de vista da engenharia civil. A partir deles, Terzaghiestabeleceu uma correlao de que os solos so to mais compressveis quanto for o seuLL, na seguinte equao que determina o ndice de Compresso dos Solos Cc:

Cc = 0,009 . (LL-10)

9. Identificao ttil-visual dos solos

Os solos so classificados em funo das partculas que os constituem e do estado deconsistncia em que esses solos se encontram.

Muitas vezes no compensa ensaios de laboratrio e essa identificao deve sersimplificada. O tipo de solo e seu estado podem ser estimados pela identificao ttil-visual.


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Cada profissional deve desenvolver a sua prpria habilidade para identificar os solos.Somente a experincia e a confrontao com resultados de laboratrio podem desenvolveressas habilidades.

Algumas indicaes podem ajudar:

Identificao de grossos: separao dos finos pelo umedecimento da amostra

para desmanchar os torres de argila e

Identificao de finos: teste da folha de papel.

Definido se o solo uma areia ou um solo fino, resta estimar se os finos so siltes ouargilas:

Resistncia a seco: Umedecer uma amostra de argila e formar uma pelota. Deixar secar.Quando quebradas, se dividem-se em pedaos bem distintos, argila. Se pulverizam-sequando quebradas, silte;

Shaking Test: Ao se formar uma pasta mida saturada de silte na palma da mo, quandose bate esta mo na outra, nota-se o surgimento de gua na superfcie. Ao se apertar otorro com os dedos a gua reflui para o interior da pasta. No caso das argilas, o impactodas mos no provoca o aparecimento de gua;

Ductilidade: Ao se moldar com as mos um solo com umidade prxima do Limite dePlasticidadeLP, nota-se que as argilas so mais resistentes nessa umidade do que ossiltes;

Velocidade de Secagem: A umidade que se sente de um solo uma indicao relativa aoLL e LP do solo. Secar um solo na mo do LL ao LP, por exemplo, tanto mais rpidoquanto menor o intervalo entre os dois limites, ou quanto ao menos teor de argila no solo.Uma argila seca mais lentamente que o silte.

AULA 04

ESTADO DO SOLO e NDICES FSICOS DOS SOLOS

1. Introduo

Em um solo, somente parte de seu volume total ocupado por partculas slidas, que seacomodam e formam uma estrutura. O volume restante chamado de vazios, emboraestejam ocupados por gua ou ar. Deve-se reconhecer, portanto, que o solo um sistematrifsico, constitudo por trs fases: a slida, a lquidae a gasosa.

A fase slida composta por um conjunto discreto de partculas minerais que se dispemassociando-se a estruturas porosas que contm os elementos constituintes das fases

lquida e gasosa. A fase lquida constituda apenas por gua e a gasosa por todo o arexistente nos espaos entre as partculas.


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A figura apresenta um esquema de uma amostra de solo em que aparecem as trs fasestal qual na natureza.

Constituio fsica do solo.

Todavia, importante observar estas fases separadamente porque o comportamento dosolo depende da quantidade relativa de cada uma delas.

Em princpio, as quantidades de gua e ar podem variar. A evaporao pode diminuir aquantidade de gua, substituindo-a por ar, a compresso do solo pode provocar a sada degua e ar, reduzindo o volume de vazios. O solo, no que se refere s partculas que oconstituem, permanece o mesmo, mas seu estadose altera. As diversas propriedades dosolo dependem do estado em que se encontra. Quando diminui o volume de vazios, porexemplo, aumenta a resistncia.

A figura mostra um diagrama de fases no qual cada uma das trs fases do solo

apresentada separadamente. No lado esquerdo, usualmente, indicamos o volume das trsfases e, no lado direito, os pesos correspondentes s fases.

Principais frmulas:

V = Vs + VvOnde: Vv = Va + Var

VolumeV = volume totalVs = volume de slidosVv = volume de vaziosVa = volume de guaVar = volume de ar

Peso

P = peso totalPs= peso dos slidosPa = Pw= peso de guaPar = peso do ar (Par =0)


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P = Ps + Pa

Os ndices fsicosso definidos como grandezas que expressam as propores entre pesose volumes em que ocorrem as trs fases presentes numa estrutura de solo.

Estes ndices possibilitam determinar as propriedades do solo. As diversas propriedadesdo solo, por sua vez, dependem do estado em que se encontra o solo no momento da

coleta, podendo tambm sofrerem alteraes ao longo do tempo. Por exemplo, emterrenos localizados em regies muitos quentes a evaporao pode fazer diminuir aquantidade de gua, substituindo-a por ar. Nessas condies, o solo, no que se refere s

partculas que o constituem, permanece o mesmo, mas seu estado se altera.

2. ndices Fsicos dos Solos

Repetindo, o comportamento do solo depende da quantidade relativa de cada uma das trsfases. Os ndices fsicos representam essa correlao de pesos e volumes de cada fase.So eles, os principais:

2.1. Umidade (W)

a relao entre o peso da gua e o peso dos slidos. Para sua determinao, pesa-se osolo no seu estado natural, seca-se em estufa a105C e pesa-se novamente. A unidade deumidade dada em percentual (%), porm, como em todas as grandezas assim expressas,a sua utilizao em outras expresses feita em valor nominal. Tendo-se o peso das duasfases, a umidade calculada pela frmula:

w = Pw/Psx 100Onde:

Ps= Peso dos slidos (ou peso das partculas slidassecas)

Pw= Peso da gua (Pw= peso da amostra em seu

estado natural - peso da amostra seca)

Pn= Peso natural dos slidos (ou peso das partculas

slidas com umidade normal de campo ou natural)

Os teores de umidade dependem do tipo de solo e situam-se geralmente entre 10 e 40%,podendo ocorrer valores muito baixos (solos secos, W = 0%) ou muito altos (W = 150%

ou mais).

2.2. ndice de vazios (e)

a relao entre o volume de vazios e o volume das partculas slidas do solo e constitui-se como sendo uma grandeza adimensional. Este ndice tem como finalidade indicar avariao volumtrica do solo ao longo do tempo.

e= Vv/VsOnde:

Vv= Volume de vaziosVs= Volume dos slidos


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O ndice de Vazios tambm pode ser calculado de forma indireta atravs da frmula:

e = (s/d) - 1Onde:s = Peso especfico dos slidos (Unidades: g/cm3,Kg/m3, kN/m3, t/m3);

d= Peso especfico aparente seco (Unidades: g/cm3

,Kg/m3, kN/m3, t/m3).

A variao mdia do ndice de vazios no solo compreende a faixa de 0,5 1,5. Todavia,essa faixa de variao tambm influenciada pelo tipo de solo conforme mostra a tabelaabaixo. Existem argilas orgnicas com ndices de vazios superiores a 3.

Relao entre os diferentes tipos de solo e seus ndices de vazios.Tipo de Solo Variao de e

Solos arenosos e= 0,4 a 1,0Solos argilosos e= 0,3 a 1,5

Solos orgnicos e> 1,5

2.3. Porosidade (n)

a relao entre o volume de vazios e o volume total da amostra de solo. Indica a mesmacoisa que o ndice de vazios. Seus valores variam entre 0 e 100%.

Onde:Vv= Volume de vazios;V = Volume total da amostra ee= ndice de vazios

A tabela abaixo expressa aclassificao da porosidade e do ndice de vazios nos solosconforme as normas da Associao Internacional de Geologia e Engenharia (InternationalAssociation for Engineering GeologyIAEG).

Classificao da porosidade e do ndice de vazios nos solos (IEAG, 1979).Porosidade (%) ndice de Vazios Denominao

> 50 > 1 Muito alta4550 0,801,00 Alta3545 0,550,80 Media3035 0,430,55 Baixa

< 30 < 0,43 Muito Baixa

2.4.Grau de saturao (S)

a relao entre o volume de gua e o volume de vazios de uma poro de solo.


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Onde:Vw= Volume da guaVv= Volume de vazios

O Grau de saturao (S) tambm pode ser obtido de forma indireta atravs da frmula:

S= s . w/e.w

Onde:S = Grau de saturao (%)Vw= Volume da guaVv= Volume de vazios s = Peso espec. dos slidosw = umidade (/100)e= ndice de vazios w = Peso espec. da gua

A tabela abaixo expressa aclassificao do Grau de saturao que varia de zero a 100%.

Classificao do Grau de saturaoGrau de saturao (%) Denominao

025 Naturalmente seco2550 mido5080 Muito mido8095 Saturado

95100 Altamente saturado

2.5. Peso especfico dos slidos ou dos gros (s)

uma caracterstica dos slidos presentes nos solos. a relao entre o peso daspartculas slidas e o seu volume, sendo calculada pela frmula:

s= Ps/Vs

Onde:s = Peso especfico dos slidos (kN/m3);

Ps= Peso dos slidos (N);Vs= Volume dos slidos (m3).

determinado em laboratrio. Coloca-se uma amostra de solo com peso seco conhecido(Ps) num picnmetro e completa-se com gua at uma marca definida, determinando o

peso total (Ppicnmetro+ Ps+ Pw). O peso do picnmetro completado s com gua (Ppicnmetro+ Pw) at a mesma marca, mais o peso do solo, menos o peso do picnmetro com solo e


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gua, o peso da gua que foi substitudo pelo solo. A partir deste peso calcula-se ovolume do solo (V), que por sua vs depende do peso ou massa da gua correspondenteao volume ocupado pelos slidos do solo. O volume desses slidos, Vs igual ao volumeda gua extra e calculado com a partir do peso especfico ou massa especfica da gua,da seguinte maneira:

Pw(extra)= (Pw+ Pp) + Ps(Pp+ Ps+ Pw)Onde:V = Volume total;Pw= Peso da gua;Pp= Peso do picnmetro;Ps= Peso dos slidos.

Metodologia de determinao do peso especfico.

O peso especfico dos gros dos solos (s) varia pouco de solo para solo e, por si, nopermite identificar o solo em questo, mas necessrio para clculos de outros ndices.

Seus valores situam-se em torno de 27 kN/m, sendo este valor adotado quando no sedispe do valor especfico para o solo em estudo. Gros de quartzo areia costumamapresentar pesos especficos de 26,5 kN/m e argilas, em virtude da deposio de sais deferro, valores at 30 kN/m.

2.6.Peso especfico da gua (w)

Corresponde a razo entre o peso de gua (Pw) e seu respectivo volume (Vw), sendocalculado pela frmula:

w= Pw/Vw

Onde:w= Peso especfico da gua (kN/m3);Pw= Peso da gua (kN);Vw= Volume da gua (m3).

Embora varie um pouco com a temperatura, adota-se sempre como igual a 10 kN/m(=1000 kg/m3= 1 g/cm3).

2.7.Peso especfico natural (n)

a relao entre o peso total do solo em estado natural e seu volume total.


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n= Pn/Vn

Onde:n = Peso especfico natural (Unidades: g/cm3,Kg/m3, kN/m3, t/m3);Pn= Peso total do solo ou da amostra (Unidades: g,

Kg, kN, t);Vn= Volume total do solo (Unidades: cm3, m3).

O peso especfico natural no varia muito entre os diferentes solos. Situa-se em torno de19 e 20 kN/m e, por isso, quando no conhecido, estimado como igual a 20 kN/m.Pode ser um pouco maior (21 kN/m) ou menor (17 kN/m). Casos especiais, como asargilas orgnicas moles, podem apresentar pesos especficos de 14kN/m.

2.8.Peso especfico aparente seco (d)

a relao entre o peso dos slidos e o volume total da amostra. Corresponde ao peso

especfico que o solo teria se viesse a ficar seco, se isto pudesse ocorrer sem que houvessevariao de volume. determinado em laboratrio e calculado a partir da frmula:

d= Ps/V ou d= n/1+w

Onde:d= Peso especfico aparente seco (Unidades: g/cm3

, Kg/m3, kN/m3, t/m3);Ps= Peso dos slidos (Unidades: g, Kg, kN, t) e

V = Volume total da amostra (Unidades: l, cm3

, m3

);n = Peso especfico natural (Unidades: g/cm3,

Kg/m3, kN/m3, t/m3)W = Umidade (Unidade: %)

Normalmente situa-se entre 13 e 19 kN/m, mas no caso das argilas orgnicas moles essafaixa varia de 4 a 5 kN/m.

2.9.Peso especfico aparente saturado (sat.)

Corresponde relao entre o peso total do solo e o volume total quando h saturao, ou

seja, a medida do peso especfico natural de um solo saturado.

sat= Psat/Vou sat= (s+ e . w)/1+ e

Onde:sat= Peso especfico aparente saturado (kN/m3);Psat= Peso total do solo saturado (kN);V = Volume total do solo (m3);s= Peso especfico dos slidos (kN/m3)


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Esse ndice tem pouca aplicao prtica, servindo para a programao de ensaios ou aanlise de depsitos de areia que possam vir a se saturar. sempre adotado na ordem de20 kN/ m.

2.10.Peso especfico submerso(sub)

o peso especfico efetivo do solo quando submerso, ou seja, calculado quando acamada de solo est abaixo do nvel fretico. Essa uma medida til para os clculos detenses efetivas. calculado pela frmula:

sub= sat- wSeu padro ideal estabelecido em 10 kN/m.

3. Estado das areiasCompacidade

O estado das areias pode ser expresso pelo seu ndice de Vazios. Este dado, entretanto,fornece pouca informao sobre o comportamento da areia, pois, com o mesmo ndicede vazios, uma areia pode estar compacta ou fofa. preciso analisar o ndice de Vaziosnatural enat de uma areia em confronto com os ndices de vazios mximo e mnimoem que ela pode se encontrar.

Esses limites dependem das caractersticas da areia.

Compacidade das areias

Descrio da areia emim emx

Areia uniforme de gros angulares 0,70 1,10

Areia bem graduada de gros angulares 0,45 0,75

Areia uniforme de gros arredondados 0,45 0,75

Areia bem graduada de gros arredondados 0,35 0,65

O estado de uma areia, ou a sua compacidade, pode ser expresso pelo ndice de vazios emque ela se encontra, em relao a esses valores extremos, pelo ndice de CompacidadeRelativa:

CR = emxenat/emx - emn

Quanto maior o CR, mais compacta a areia, com a seguinte terminologia:

Classificao quanto compacidade das areias

Classificao CR

Areia fofa abaixo de 0,33Areia de compacidade mdia entre 0,33 e 0,66


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Areia compacta acima de 0,66

4. Estado das argilas

4.1.Consistncia

O estado das argilas indicado pela sua resistncia. Diferentemente das areias, as argilas

apresentam consistncia. Isso pode ser quantificado por um ensaio de compressosimples, que consiste em romper um corpo de prova cilndrico de argila por compresso.

Essa carga de ruptura dividida pela rea desse corpo de prova a resistncia compresso simples. A consistncia das argilas em funo da resistncia compressosimples expressa pelos termos abaixo:

Consistncia das argilasConsistncia Resistncia em kPa

muito mole < 25

Mole 25 a 50Mdia 50 a 100

Rija 100 a 200

muito rija 200 a 400

Dura > 400

4.2. Sensitividade

A resistncia das argilas depende do arranjo entre os gros e do ndice de vazios em quese encontra. Foi observado eu quando a argila manuseada a sua resistncia diminui,

ainda que eseja mantido. Sua consistncia aps amolgada pode ser menor do que noestado natural, indeformado. Isso que ocorre de maneira diferenciada em relao formao argilosa chamado de Sensitividade da Argila - S.

A Sensitividade da Argila ou ndice de Estrutura determinada pela relao entre aresistncia compresso simples de duas amostras, uma no estado natural e outra apscompleto remoldamento.

S = Resistncia no estado indeformadoResistncia no estado amolgado

Sensitividade das argilas

Sensitividade Classificao

1 Insensitiva

1 a 2 baixa sensitividade

2 a 4 mdia sensitividade

4 a 8 sensitiva

>8 ultrasensitiva (quick clay)


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Exemplo de uma argila ultrasensitiva ou quick clay:

AULA 05

PERMEABILIDADE DOS SOLOS

1. Introduo

Com muita frequncia, a gua ocupa a maior parte ou a totalidade dos vazios do solo.Submetida a diferenas de potenciais, a gua desloca-se no seu interior. Esta aula faz umestudo da migrao da gua e das tenses provocadas por ela.

O estudo da percolao da gua nos solos muito importante porque ela intervm numgrande nmero de problemas prticos, que podem ser agrupados em trs tipos:

1. No clculo das vases, como por exemplo, na estimativa da quantidade de guaque se infiltra numa escavao;

2. Na anlise de recalques, porque, frequentemente, o recalque est relacionado diminuio de ndice de vazios, que ocorre pela expulso da gua desses vazios;

3. Nos estudos de estabilidade, porque a tenso efetiva (que comanda a resistnciado solo) depende da presso neutra, que, por sua vez, depende das tenses

provocadas pela percolao da gua.

Este estudo abordar o fluxo de gua em um permemetro.No um permemetro como um dispositivo de ensaio, mascomo um modelo do fluxo dgua em problemas deengenharia.

A permeabilidade a propriedade que o solo apresenta depermitir o escoamento de gua atravs dele. Conhecer o seuvalor importante porque os problemas mais graves deconstruo civil esto relacionados com a presena da gua.

Em algumas obras de engenharia conhecer a permeabilidadedo terreno uma iniciativa essencial. Para iniciar as obras de fundao, por exemplo, fundamental conhecer a vazo que ira percolar atravs do macio do solo, isso ajudar aestimar a estabilidade do solo que, por sua vez, auxiliar na anlise que determinar se oterreno est ou no apto implantao da obra desejada. Os conhecimentos sobre a

permeabilidade so tambm indispensveis na construo de barragens de terra, em obrasde drenagem, nos estudos de adensamento, etc.


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A determinao da permeabilidade obtida atravs da mensurao do coeficiente depermeabilidade (k), o qual pode ser determinado atravs de ensaios de laboratrio ou pormeio de ensaios in situ.

Sabemos que o solo constitudo basicamente por gros minerais, matria orgnica, ar egua. em funo dessa constituio que d-se o movimento da gua no solo. Em solosarenosos o nmero de poros maior e no h a interferncia qumica (estrutural)caracterstica das argilas, por isso, a gua armazenada nos macroporos e microporos,devido ao equilbrio hidrosttico, se desloca atravs desses canalculos sob a ao dagravidade.

J nos solos de textura fina, como as partculas so muito pequenas, o dimetro dos poros bem reduzido dificultando a movimentao da gua por gravidade. Alm disso, nasargilas, a movimentao da gua entre suas partculas dificultada por outras forasdevidas composio estrutural dos minerais que as compem. Todavia, embora omodelo de um meio poroso para percolao de gua nas argilas seja ineficiente, a quasetotalidade das teorias referentes percolao dos solos baseada nesse modelo.

2. Fatores que influenciam a permeabilidade dos solos

Os principais fatores que influenciam o coeficiente de permeabilidade so: granulometria,ndice de vazios, composio mineralgica, estrutura, fludo e temperatura. Vejamosabaixo como se d essa relao.

Granulometria - O tamanho das partculas que constituem os solosinfluencia no valor de k (Coeficiente de Permeabilidade). Em solosconstitudos unicamente por pedregulhos o valor de k superior a 0,01cm/s; j nos solos finos os valores de k so bem inferiores a este valor.

Ou seja, Quanto maior a granulometria do solo, mais rpida ser apercolao da gua;

ndice de vazios - A permeabilidade dos solos est relacionada com ondice de vazios, logo, com a sua porosidade. Quanto mais poroso for umsolo (maior a dimenso dos poros), maior ser o ndice de vazios, porconseguinte, mais permevel;

Composio mineralgica- A predominncia de alguns tipos de mineraisna constituio dos solos tem grande influncia na permeabilidade. Porexemplo, argilas moles que so constitudas predominantemente de argilo-

minerais (caulinitas, ilitas e montmorilonitas) possuem um valor de kmuito baixo, que varia de 10-7 a 10-8 cm/s. J nos solos arenosos,cascalhentos sem finos, que so constitudos, principalmente, de mineraissilicosos (quartzo) o valor de k da ordem de 1,0 a0,01cm/s;

EstruturaRelaciona-se com o arranjo estrutural entre as partculas. Nasargilas existem as estruturas isoladas e em grupo sobre as quais atuam asforas de natureza capilar (ao dos poros) e molecular. Quando se tratade solos finos, dependendo do tipo de arranjo estrutural, a ao capilar

pode ser significativamente reduzida (podendo at ser nula) e, se isso

acontece, a permeabilidade acaba sendo prejudicada. Nas areias o arranjoestrutural mais simplificado o que permite a presena em maior nmero


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e variedade dos poros do solo, sendo a conexo entre esses canaisconstituda mais facilmente permitindo, assim, que a gua percole commaior agilidade no interior do solo;

Fludo- O tipo de fludo que se encontra nos poros. Nos solos, em geral,o fludo a gua com ou sem gases (ar) dissolvidos. Porm, outros fludoscomo, por exemplo, chorume e petrleo, podem percolar pelo interior dosolo. Quanto maior for a viscosidade de um lquido menor ser seucoeficiente de permeabilidade e

Temperatura- Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade da gua,portanto, maior a permeabilidade, isto significa que a gua mais facilmenteescoar pelos poros do solo em altas temperaturas. Por isso, valores de kobtidos nos ensaios so geralmente referidos temperatura de 20C.

3. Ordem de grandeza do Coeficiente de Permeabilidade dos Solos

A TABELA 02 apresenta valores tpicos do coeficiente de permeabilidade (mdios) emfuno dos materiais (solos arenosos e argilosos). Consideram-se solos permeveis, ouque apresentam drenagem livre, aqueles que tm permeabilidade superior a 10-7cm/s. Osdemais so solos impermeveis ou com drenagem impedida.

TABELA 02 - Valores tpicos do coeficiente de permeabilidade.Permeabilidade Tipo de Solo k (cm/s)

Solos PermeveisAlta Pedregulhos > 10-3Alta Areias 10-3 a 10-5

Baixa Siltes e Argilas 10-5a 10-7

SolosImpermeveis

Muito Baixa Argila


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O permemetro de parede rgida constitudo por um tubo metlico, plstico ou de vidro,onde colocado o corpo de prova para o ensaio. Esse tipo de permemetro no se utilizaem ensaios com solos de baixa permeabilidade.

Em geral os permemetros de parede rgida apresentam como vantagens:

Simplicidade de construo, operao e baixo custo da clula; Amostras com dimenses maiores podem ser ensaiadas; Podem ser aplicadas as tenses verticais nulas se desejado.

J as principais desvantagens que estes permemetro apresentam so:

Problemas de fluxo lateral nas amostras; No h controle da tenso horizontal; No possvel confirmar o grau de saturao pelo parmetro B; No possvel obter a saturao por contrapresso; Necessita-se de um grande tempo para ensaiar o material de baixa permeabilidade.

Dentre os modelos de permemetros de parede rgida mais utilizados esto: o molde decompactao, tubo amostrador e clula de adensamento. Vejamos agora cada um deles.

a) Permemetro do tipo molde de compactao

O ensaio com permemetro do tipo molde de compactao realizado em corpos de provacompactados. O corpo de prova contido por um cilindro que, por sua vez, encontra-sefixo entre duas placas (tampas) cujas extremidades so vedadas por anis de borracha. Notopo e base so colocados materiais drenantes.

Em geral estes permemetros utilizam corpos de prova compactados, porm a NBR

14545/00 descreve um tipo de ensaio onde so executadas uma vedao com argilaplstica (bentonita) nas laterais do corpo de prova. Neste caso o corpo de prova pode sercompacto ou natural. A bentonita ter como funo o selamento anelar evitando o fluxode gua pelas lateriais. Na FIGURA 01 pode-se observar o modelo de um permemetrode parede rgida.

b) Permemetro do tipo tubo amostrador

O permemetro do tipo tubo amostrador consiste de um tubo que coleta amostrasindeformadas em campo. Vrias vezes o tubo cortado no laboratrio e fixo entre as

placas, sendo o corpo de prova percolado com lquidos diretamente no interior do tubo.Ao utilizar-se esse equipamento deve-se ter cuidado, pois, podem ocorrer danos naamostra quando na coleta devido perturbao do solo na cravao do tubo amostradore tambm na retirada do mesmo.

c) Permemetro do tipo clula de adensamento

O permemetro do tipo clula de adensamento formado por uma clula, pela qual ofluxo dgua do corpo de prova conectado ao ensaio. utilizado para mensurar o kquando o terreno ser submetido a grandes volumes de lquido. Uma das vantagens na

utilizao deste ensaio a possibilidade de medir alm da condutividade hidrulica a


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tenso vertical efetiva inicial (v0), ndice de vazios (e), mas tambm a lei da variaode kem funo do ndice de vazios com o aumento da tenso vertical efetiva.

Permemetro do tipo clula de adensamento montado em um experimento de campo parainstalao de um aterro sanitrio.

4.1.2. Permemetro de Parede Flexvel

Consiste de uma cmara triaxial simplificada adaptada ao ensaio de permeabilidade. Estesistema pode ser usado com gua, chorume ou com outro lquido. Quando usado comlquido de origem qumica, necessita-se verificar a possibilidade de alterao damembrana que reveste o corpo de prova e os componentes do permemetro.

O corpo de prova de solo colocado no interior da clula triaxial envolvido por umamembrana, e disposto entre a base e o pedestal, sendo confinado entre pedras porosas, na

parte superior e inferior do corpo de prova. A clula triaxial preenchida com gua,aplicam-se tenses de confinamento, que comprimem a membrana flexvel ao corpo de

prova. Desta forma o fluxo lateral (entre a membrana e o corpo de prova) minimizado.Uma linha de drenagem conectada na parte inferior do corpo de prova (onde entrar ofluxo dgua), e outra na parte superior (onde sair o fluxo).

As principais vantagens do permemetro de parede flexvel so:

Saturao da amostra por contrapresso e tem-se a possibilidade de verificar oparmetro B = u / ;

Possibilidade de controle das tenses principais; Realizar ensaios com materiais de baixa condutividade hidrulica; Ensaios mais rpidos; A membrana que envolve a amostra reduz o risco de percolao lateral devido

tenso de confinamento aplicada; As mudanas volumtricas e deformaes podem ser medidas.

J como principais desvantagens citam-se:


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Os custos da clula e dos equipamentos envolvidos para realizao dos ensaiosso elevados;

Problemas de compatibilidade qumica da membrana com lquidos utilizados napercolao;

Dificuldades de execuo do ensaio com tenses de compresso muito baixas; Problemas de difuso atravs da membrana.

4.2. Mtodos de ensaio de permeabilidade dos solosOs mtodos de ensaio de condutividade hidrulica ou permeabilidade so nomeados emfuno do sistema de aplicao de carga hidrulica, que podem ser do tipo: cargaconstante e carga varivel.

4.2.1. Ensaios de permeabilidade com carga constante

Neste ensaio a amostra submetida a uma carga hidrulica constante durante o ensaio(permemetro de nvel constante). O coeficiente de permeabilidade determinado pelaquantidade de gua que percola a amostra para um dado intervalo de tempo. A quantidade

de gua medida por uma proveta graduada, determinando-se a vazo (Q), conformemostra a FIGURA 03. Este ensaio muito utilizado para solos de granulao grossa (solosarenosos).

Permemetro de nvel constante.

Q = k . (h/L) . A(Darcy, 1850)

h/L = i

Q = k . i . A

Q/A = v

v = k . i

k = Q/i . A


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Onde:k = permeabilidadeQ = vazoi = gradiente hidrulicoA = rea da amostra ou do permemetroh = diferena de nvel ou cargaL = comprimento ao longo do qual ocorre a percolaov = velocidade da percolao

4.2.2. Ensaios de permeabilidade com carga varivel

Em se tratando de solos finos (solos argilosos e siltosos), o ensaio com carga constantetorna-se invivel, devido baixa permeabilidade destes materiais acontece pouca

percolao de gua pela amostra dificultando a determinao do coeficiente depermeabilidade. Para tais solos mais vantajosa a utilizao de ensaios com cargavarivel, conforme mostra a FIGURA 04.

FIGURA 04Permemetro de carga varivel.

h = f (t)

Q = V/t = k . i . A

V = k . i . A . t

k = [a . L/A . (t2t1)] . 2,3 log(h1/h2)

Onde:

k= permeabilidadea = rea da buretaL = comprimento da amostra ao longo da qual ocorre a percolaoA = rea da amostra ou do permemetroh1e h2= leituras na buretaa diferena a altura manomtrica ou cargat = tempo entre s leituras h1e h2


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4.2.2.1 Ensaio in situ

O Ensaio de Permeabilidade executado em furos de sondagem a percusso,genericamente conhecido por ensaio de infiltrao, tem por finalidade a determinao docoeficiente de permeabilidade do solo. Juntamente com o ensaio de perda d'gua sob

presso (aplicvel em sondagens rotativas), constitui o conjunto de ensaios depermeabilidade executados em furos de sondagens, mais comumente utilizado no campopara a caracterizao hidrogeotcnica dos terrenos naturais.

O referido ensaio consiste na medida da vazo, representada pelo volume d'guaabsorvido ou retirado, durante um intervalo de tempo, em funo da aplicao dediferenciais de presso induzida por colunas d'gua, resultante da injeo ou da retiradade gua do furo.

AULA 06

COMPACTAO DOS SOLOS

1. Introduo

A compactao de um solo a sua densificao por meio de equipamento mecnico,embora em alguns casos, como em pequenas valetas, at soquetes manuais possam serempregados.

Para que as obras de terraplenagem possam ser efetuadas os solos que sero trabalhadosdevem atender certos requisitos, ou seja, apresentar propriedades que melhorem seucomportamento sob o aspecto tcnico. Dentre as condies que solo deve apresentar a

compactao um dos aspectos de maior relevncia, pois, essa a caracterstica queregula:

O nvel de resistncia dos solos s rupturas provocadas pela ao de forasexternas;

A ocorrncia das possveis variaes volumtricas, quer pela ao de cargas, querpela ao da gua que, eventualmente, percola pela sua massa e

A impermeabilizao dos solos, pela reduo do coeficiente de permeabilidade,resultante da diminuio do ndice de vazios.


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De modo geral, chama-se compactao de um solo os processos manuais ou mecnicosque promovem reduo do ndice de vazios, resultando da o aumento da resistncia ruptura e a diminuio das variaes de volume. Em suma, solos bem compactadosapresentam:

Uma maior aproximao e entrosamento entre as partculas, o que aumenta aresistncia ao cisalhamento e, consequentemente, a capacidade de suporte e

A reduo do ndice de vazios que, por sua vez, reflete na diminuio dacapacidade de absoro de gua e da possibilidade de haver percolao tornandoo solo mais estvel.

Em 1933, o engenheiro americano Ralph Proctor, pela primeira vez, apontou osparmetros que influenciavam significativamente a compactao:o teor de umidade dosolo e a energia empregada na aproximao dos gros (energia de compactao). E a

partir de seus estudos Proctor formulou um dos mais importantes princpios da Mecnicados Solos:

A densidade coma qual um solo compactado, sob uma determinada energiade compactao, depende da umidade do solo no momento da compactao.

Proctor verificou que, quando compactados, solos com maiores quantidades de guaapresentavam uma maior aproximao e entrosamento entre as partculas reduzindo,consequentemente, o volume de vazios. Todavia, o estudioso observou tambm quedepois de um determinado ponto (quando o solo atingia um peso especfico mximo),ainda que se adicionasse mais gua, o volume de vazios passava a aumentar.

As tcnicas de compactao so relativamente recentes e baseiam-se no lanamento deaterros em camadas horizontais e passagem de rolos compressores pesados, que evitam o

solo fofo e a formao de vazios entre torres. Por isso, muitos autores definemcompactao como sendo um processo mecnico pelo qual se procura, por aplicao depeso ou apiloamento, aumentar a densidade aparente do solo lanado e, comoconsequncia, aumentar-lhe a resistncia.

2. Tcnicas e equipamentos de compactao dos solos

Os solos so compactados pelo efeito de um dos seguintes esforos: presso(compresso), amassamento, impacto, vibrao, ou pela combinao de dois ou maisesforos.

2.1. Tcnicas de compactao

2.1.1. Compresso ou presso

A compresso consiste na aplicao de uma fora (presso) vertical exercida pelo pesoelevado de um equipamento. Essa fora, por sua vez, comprime a massa superficial dosolo resultando na compactao.

A compresso obtida pelos rolos compressores de rodas metlicas (FIGURA 01)dotados de grande peso prprio e cuja superfcie de contato relativamente grande,gerando-se, por consequncia, presses de contato elevadas que produzem adensamento.Apesar do peso do equipamento, as presses elevadas so obtidas apenas no fim daoperao de compactao. Isso acontece porque, como o solo apresenta baixa capacidade


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de suporte, de incio h um afundamento pronunciado das rodas metlicas. Com odecorrer do processo, o afundamento diminui e a presso (fora) exercida aumenta.

FIGURA 01Rolo compressor de rodas metlicas.

Estabilizada a intensidade da fora aplicada, as presses passam ento a serem exercidas

de forma gradativa: nas camadas superficiais so empregadas s presses mais elevadase nas mais profundas foras mais fracas. Devido a essa desigualdade de distribuio deforas tal processo s recomendado para compactar solos cuja espessura da camada aser compactada no ultrapasse 10 cm de profundidade. No caso de haver a presena decamadas de estrutura laminar desaconselha-se realizar a compactao do solo com essetipo de equipamento. Ele bastante eficiente quando empregado na compactao decamadas granulares.

2.1.2. Amassamento

O amassamento o processo que combina a fora vertical com uma componente

horizontal oriundo de efeitos dinmicos gerados a partir do movimento do equipamentoou de eixos oscilantes. A resultante das duas foras conjugadas provoca uma compactaomais rpida, com menor nmero de passadas.

A compactao por amassamento obtida pelos rolos pneumticos com rodas oscilantes(FIGURA 02) ou pelos rolos p-de-carneiro (FIGURA 03), mquinas que atuam gerando

presses verticais e horizontais.

FIGURA 02 - Rolo pneumtico com rodas oscilantes.


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FIGURA 03 - Rolo p-de-carneiro.

2.1.3. Vibrao

A vibrao consiste numa fora vertical aplicada de maneira repetida, com frequnciaselevadas, superiores a 500 golpes por minuto. Isto significa que fora vertical se somauma acelerao produzida por uma massa excntrica que empregada com determinadafrequncia.

A compactao por vibrao obtida com

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Apostilha Mecânica Dos Solos