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Universidade Jean Piaget de Cabo Verde Geotecnia (Prospecção Geotécnica)

1

Autor: Etson Edyr Silva Tavares

GEOTECNIA

(PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA)


2


3

Autor: Etson Edyr Silva Tavares

GEOTECNIA

(PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA)


4

Etson Edyr Silva Tavares autor da monografia intitulada Geotecnia (Prospecção

Geotécnica), declaro que, salvo fontes devidamente citadas e referidas, o presente

documento é fruto do meu trabalho pessoal, individual e original.

Praia, 15 de Setembro de 2006

Etson Edyr Silva Tavares

___________________________________________

“Memória Monográfica apresentada à Universidade Jean Piaget de Cabo Verde como

parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Construção

Civil”

AGRADECIMENTOS


5

Como reconhecimento

de uma primeira fase alcançada,

agradeço aos meus colegas

ÍNDICE


6

Conteúdo----------------------------------------------------------------------------------------pág.

Introdução-------------------------------------------------------------------------------------------1

Metodologia-----------------------------------------------------------------------------------------3

Memória descritiva e justificativa----------------------------------------------------------------4

Capítulo I

1) Programação e requisitos para uma conveniente prospecção geotécnica----------5

Capítulo II

2) Ensaios de penetração dinâmica---------------------------------------------------------7

Capítulo III

3) Terminologia e simbologia mais usada em Mecânica dos Solos--------------------14

Capítulo IV

4) Ensaios para a caracterização do estado físico do solo--------------------------------20

Capítulo V

5) – Ensaios para a identificação dos solos------------------------------------------------30

Capítulo VI

6) Ensaios de compactação dos solos-------------------------------------------------------55

Capítulo VII

7) Classificação dos terrenos (solos) ------------------------------------------------------63

Capítulo VIII

8) Impulso de terras; dimensionamento de muros de suporte--------------------------71

Conclusão------------------------------------------------------------------------------------------78

Bibliografia----------------------------------------------------------------------------------------80

Anexo

ÍNDICE DE QUADROS/GRÁFICOS


7

Referência---------------------------------------------------------------------------------------pág.

Quadro 1-Resultados do PDL N.º1-------------------------------------------------------------10

Gráfico 1-Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra 1----------------11

Quadro 2-Resultados do PDL N.º2-------------------------------------------------------------12

Gráfico 2-Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra 2----------------13

Quadro 3-Massa volúmica-----------------------------------------------------------------------23

Quadro 4-Densidade dos grãos------------------------------------------------------------------25

Quadro 5-Determinação do teor em água------------------------------------------------------29

Quadro 6-Análise Granulométrica n.º1--------------------------------------------------------42



Gráfico 3-Curva granulométrica n.º1-----------------------------------------------------------45



Quadro 9-Limite de Consistência n.º1----------------------------------------------------------52

Quadro 10-Limite de Consistência n.º2--------------------------------------------------------53

Quadro 11-Limite de Consistência n.º3--------------------------------------------------------54

Gráfico 6-Baridade seca máxima/Teor em água óptimo-------------------------------------62

Quadro 12-Mapa de resultados n.º1------------------------------------------------------------65



ÍNDICE DE FIGURAS


8

fig.------------------------------------------------------------------------------------------------pág.

1-Ensaio de penetração dinâmica-----------------------------------------------------------------7

2-Esquema do PDL---------------------------------------------------------------------------------7

3-Etiqueta de identificação-----------------------------------------------------------------------15

4-Selagem do frasco------------------------------------------------------------------------------15

5-Esquartelamento manual-----------------------------------------------------------------------16

6-Areia fina----------------------------------------------------------------------------------------19

7-Argila---------------------------------------------------------------------------------------------19

8-Terra ---------------------------------------------------------------------------------------------19

9- Rocha (Basalto) -------------------------------------------------------------------------------19

10-Balança com limite de erro de 0,01g-------------------------------------------------------21

11-Estufa para secagem, capas de manter a temperatura a 105 a 110ºC-------------------21

12-Picnómetro+provete+água destilada em ebulição----------------------------------------25

13-Excicador---------------------------------------------------------------------------------------28

14-Estufa-------------------------------------------------------------------------------------------28

15-Cápsulas----------------------------------------------------------------------------------------28

16-Peneiros n.º10 e n.º40-------------------------------------------------------------------------30

17-Repartidores------------------------------------------------------------------------------------30

18-Série de peneiros ASTM---------------------------------------------------------------------32

19-Aparelhos para ensaio de sedimentação----------------------------------------------------37

20-Proveta com densímetro----------------------------------------------------------------------37

21-Leitura no densímetro------------------------------------------------------------------------37

22-Aparelhos para determinação L.L.----------------------------------------------------------47

23-Concha de Casagrande-----------------------------------------------------------------------48

24-Amostra de um filamento cilíndrico--------------------------------------------------------50

25-Preparação da pasta de solo------------------------------------------------------------------51


9

26-Equipamentos para compactação tipo Proctor--------------------------------------------57

27-Compactador-----------------------------------------------------------------------------------57

28-Preparação do ensaio de compactação-----------------------------------------------------59

29-Colocação do material no molde------------------------------------------------------------59

30-Compactação manual com pilão leve-------------------------------------------------------59

31-Rasamento do material-----------------------------------------------------------------------59

32-Apresentação do molde e do pilão de compactação--------------------------------------61

33-Solo mal graduado----------------------------------------------------------------------------64

34- Estrutura a suportar um maciço terroso---------------------------------------------------71

35- Hipóteses referentes à formulação original do Método de Rankine-------------------73

36- Ponto de aplicação dos impulsos activos e passivos-------------------------------------74

37- Dimensões do muro--------------------------------------------------------------------------77

38- Ruptura por derrubamento------------------------------------------------------------------77

39- Representação do muro em 3D-------------------------------------------------------------77

INTRODUÇÃO


10

Como nota introdutiva, é de referir que o tema escolhido para Memória

Monografia do Curso de Engenharia de Construção Civil, para a obtenção do grau de

Bacharel abrange a área da Geotecnia (área da engenharia civil que estuda o

comportamento dos solos sob a intervenção de qualquer tipo de obra civil. Sua

finalidade é a de proporcionar interacção solo/obra (estrutura) no que se refere a

estabilidade, resistência (vida útil compatível) e viabilidade económica. Ramo que

interessa muito estudar pois, qualquer construção deve começar a partir de um estudo do

terreno onde se implantará a obra, por outras palavras, uma prospecção geotécnica do

local.

Com um relevo universitário, visando transmitir o que se faz em termos de uma

prospecção geotécnica, apresenta-se “um estudo de caso”, com publicações das

condições do terreno situ em São Francisco, que foi tomada como referência,

“adaptando-se” ao terreno a que se refere a memória descritiva do referente trabalho.

Constitui pois uma exigência prévia para o projecto de qualquer obra de vulto,

(barragem, túnel, aterro, infra estruturação, etc.) o conhecimento da formação geológica

do local, o estudo das rochas, dos solos, dos minerais componentes destes, bem como a

influência da água sobre os mesmos, mas neste caso, abordar-se-á apenas o estudo do

solo e o dimensionamento de um muro de suporte.

O estudo geotécnico de terrenos aqui desenvolvido exerce a sua actividade no

estudo do comportamento dos solos em barragens de terra e em fundações,

compreendendo os seguintes aspectos da Norma Portuguesa:

-Terminologia e simbologia mais usada em Mecânica dos Solos;

-Ensaios para a caracterização do estado físico do solo;

-Ensaios para a identificação dos solos;

-Compactação dos solos;

-Ensaios para a classificação dos solos;


11

Quanto ao muro de gravidade aplica-se o teorema dos impulsos e o

dimensionamento do mesmo, com base no método de Rankine (opção do aluno).

Dentro do âmbito desta investigação requerendo aos ensaios devidamente

normalizados e publicados em especificações do LNEC apresenta-se uma “compilação”

de várias publicações, com técnicas publicadas em relatórios do Laboratório Nacional

de Engenharia Civil (LNEC) de Portugal e Laboratório de Engenharia Civil (LEC) de

Cabo Verde, sendo os de uso corrente. Complementando, conjuntamente com as

especificações dos ensaios, encontram-se demonstrações práticas e teorias consideradas

de interesse para um correcto entendimento das matérias abordadas, de modo a serem

facilmente interpretadas e, sobretudo adquirir uma linguagem técnica precisa e prática.

Nesta investigação procurou-se encontrar, fontes (bibliografias, acompanhado de

pesquisas) de maneira que, depois de sintetizado as ideias de cada um, ver na prática

como se processam através dos ensaios disponíveis no L.E.C. e seus respectivos

resultados, de modo a ter no final um trabalho rico e coeso com elucidações

pormenorizadas acompanhado de fotografias e exemplos práticos.


12

METODOLOGIA

O primeiro passo (primeira fase) foi discutir com o coordenador do curso de

Engenharia de Construção Civil da Universidade Jean Piaget de Cabo Verde, as

condições do projecto a serem desenvolvidas, anotando as áreas abrangidas e, deste

modo propor o tema a desenvolver (Geotecnia). Quanto ao mesmo definiu-se os

aspectos a serem estudados, chegando a uma conclusão que não seria possível ter acesso

ao terreno onde se irá implantar a obra (projecto). Deste modo considerou-se como

sendo um “projecto fictício”, contudo, com todos os incrementos práticos para uma

correcta prospecção geotécnica, ou seja, que teria de se estudar um terreno local, com

um contacto directo levando assim a optar para o estudo das condições do terreno situ

em São Francisco na cidade da Praia em Cabo Verde.

Posto isto, numa segunda fase recorreu-se ao LEC (Laboratório de Engenharia Civil

de Cabo Verde), incrementando como estagiário (técnico experimentador), de modo a

acompanhar de perto todo o processo de uma correcta Prospecção Geotécnica.

A procura do material necessário (bibliografias, relatórios, pesquisas na Internet, entre

outros), de modo a elaborar fichas de trabalho, com elucidações pormenorizadas dos

ensaios e estudos a fazer, que serviram para acompanhar o desenvolvimento do

projecto, constituíram a segunda fase do projecto. De uma forma geral, este processo se

estendeu até à conclusão do trabalho final.

Para a prosseguimento do trabalho, elaborou-se um programa de investigação

acompanhado de um cronograma mensal. O primeiro mês, foi tido em conta como uma

preparação (formulação) do projecto geotécnico. Na segunda etapa considerado de

algum modo teórico-prático, iniciou-se aos estudos, com a integração na equipa do

Laboratório Nacional de Engenharia (L.E.C.). Primeiramente “in situ”, com sondagens

penetrométricas, prosseguindo com recolha de amostras para um posterior estudo

laboratorial.

Numa última e terceira fase, os resultados dos ensaios tanto “in situ” como

laboratoriais foram interpretados e, com sucessivas corrigendas nos mesmos

(resultados), conseguiu-se adaptar os ensaios feitos ao projecto final, fornecendo os

dados necessários para o seu desenvolvimento.


13

MEMÓRIA DESCRITIVA E JUSTIFICATIVA

(Características Físicas)

A proposta representa um “projecto” que modela as futuras construções e lotes à

fisionomia própria do terreno. Desta forma pretende-se implantar em 23.990,00m² de

terreno, moradias unifamiliares em banda com cérceas que variam entre os dois e os três

pisos de acordo com a topografia do terreno onde se implantam.

O terreno de morfologia complexa sito no extremo Norte da Freguesia de Urgeses,

Guimarães, a cota alta e de acessibilidade imediata, confrontando a Sul com a estrada

Municipal para Abação e lateralmente, com áreas quase descomprometidas – depósito

de água e além das construções, espaços expectantes.

Assim sendo o empreendimento caracteriza-se pela categoria geotécnica 1 com base

na Pré-Norma Europeia- Eurocódico 7 ENV 1997-1: 1991. Como objectivo deste

projecto geotécnico abordar-se-á as especificações detalhadas das situações do projecto,

incluindo: a adequação geral do terreno onde se implanta a estrutura, exigindo o

dimensionamento de um “muro de gravidade” para o suporte de terras na zona de

aparcamento exterior, bem como a disposição e classificação das várias zonas do solo.

Na zona de aparcamento exterior no eixo das vias de acesso onde existe uma baia de

estacionamento temos o “muro de gravidade” com os perfis apresentados no capítulo

VIII, construída em alvenaria de pedra (basalto) sobre uma camada de regularização e

fundação em enrocamento

Para o estudo do solo, exigiu-se uma sondagem geotécnica do local, com abertura de

8 “furos” predefinidos pelo projectista, com dimensões de 1m³ levando à realização de 8

sondagens mecânicas, e recolha de amostras para um posterior estudo laboratorial,

encontrando-se os resultados disponíveis ao longo do trabalho (no presente trabalho faz-

se referência a apenas 3 “furos”).

O técnico

Praia, 09 de Setembro de 2005 Etson E. S. Tavares


14

CAPÍTULO I

1) PROGRAMAÇÃO E REQUISITOS PARA UMA CONVENIENTE

PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA

Relativamente à programação do trabalho por prospecção, existem princípios ou

regras orientadoras, mas não definitivas, pois cada caso dependerá do tipo de terreno, da

complexidade geológica e do tipo da obra a construir.

Assim sendo e conhecendo o tipo de trabalho a desenvolver, procede-se à sua

localização, as vias de acesso e a bibliografia do local acerca dos assuntos em estudo e

deste modo efectuar com maior rigor a programação propriamente dita de estudos

geotécnicos.

O estudo do local para uma construção deve ser feito com o desenvolvimento

adequado e em conexão com o anteprojecto. Compreende geralmente um

reconhecimento do local, e uma prospecção geotécnica com ensaios “in situ” e de

laboratório. Sempre que possível, a prospecção deve ser iniciada antes da escolha

definitiva do local da obra, pois que, no decorrer dela poderá concluir-se que será mais

vantajoso escolher outro local.

O custo de uma prospecção geotécnica situa-se geralmente, entre 0,5 a 1,0 % do preço

total da obra1.

Com a prospecção e o estudo de terrenos pretende-se fundamentalmente investigar os

solos para obter os elementos necessários à elaboração dos projectos, à análise dos

custos, e ao controlo da construção de forma a assegurar boas condições de segurança,

de preço, e de garantia da duração útil prevista, com reduzidos custos de manutenção.

Para isso devem verificar-se as condições gerais de adequação do local ao fim em vista,

nos aspectos da vegetação, variações climáticas e da humidade do ar, efeitos de erosão

atmosférica e do solo, de origem química, por acção do gelo, e por efeitos da erosão das

águas pluviais que tenham modificado a geometria da superfície do solo. Possibilidade

de inundações, bem como da erosão provocada pela ruptura de canalizações.

1 L. M. Ferreira Gomes, Covilhã, Fevereiro de 1997, pág. 1.11, Universidade da Beira Interior, Departamento de Engenharia Civil, Fundações


15

Averiguação quanto à existência de poços ou minas de cavidades no subsolo, restos de

antigas construções, caves ou estruturas subterrâneas de qualquer natureza.


16

CAPITULO II

Ensaios In Situ

2) ENSAIO DE PENETRAÇÃO DINÂMICA

2.1) SONDAGENS PENETROMÉTRICAS (DP-“Dinamic Probing”), usando PDL

(Penetrómetro Dinâmico Ligeiro)

Os ensaios com os penetrómetros dinâmicos, são provavelmente os meios mais

antigos de que o Homem se serviu para averiguar as características do subsolo.

A penetração dinâmica é efectuada pelos penetrómetros dinâmicos; estes

aparelhos são constituídos da seguinte maneira: uma barra de aço, com a extremidade

inferior em forma cónica, que é cravada por uma acção dinâmica devido ás pancadas

sucessivas de um martelo (pilão); este é geralmente cilíndrico e com um furo no seu

centro, que lhe permite deslizar ao longo de uma barra de aço, de modo a ser elevado

até a uma certa altura (constante) e de seguida cair livremente, sob a acção da

gravidade, sobre uma “espera” solidária com a barra de aço.

fig.1 Ensaio de penetração dinâmica fig.2 Esquema do PDL

2.1.1-Notas preliminares

Estando classificadas consoante as características, o que aqui se refere é o PDL

(Penetrómetro Dinâmico Ligeiro) definido pelo LNEC, com um alcance de 10m; o

diâmetro do cone e das varas são de 30mm e 20mm respectivamente; o peso do (cone +


17

esfera +guia) dá um total de 2,67 Kgf; o peso da vara de 1m é de 2,90 Kgf; o peso do

pilão é 10,053 Kgf; com uma altura de queda do pilão de 50cm.

2.1.2-Cálculos

Com o uso da fórmula, devidamente adaptada da sonda Holandesa, calcula-se a

resistência do terreno à rotura (penetração) através da expressão:

Rp = n/a x {(M² x h)/ [S(M + P)]}

O ensaio consiste em determinar a resistência do terreno (Rp), com um certo número

de pancadas (n) do pilão com um peso (M), totalizando (P) peso total da estaca

(penetrómetro) em queda livre a uma altura (h) sobre o conjunto constituído de cima

para baixo, por um batente, um trem de varas e uma ponta cónica (cuja base tem secção

S), para que ocorra determinado comprimento de penetração (L) num intervalo de

leitura ((a) avanço do penetrómetro). O diâmetro das varas é inferior ao da base da

ponta cónica, pelo que, teoricamente, a resistência à penetração resulta apenas de forças

de reacção do terreno sobre a superfície cónica da ponta.

A simplicidade do sistema de ensaio, bem como o facto de ser um sistema de

prospecção muito antigo, aspectos esses que se relacionam, apresentando grandes

limitações principalmente devido ao atrito lateral “solo/vara”, à ocorrência de camadas

muito duras ou mesmo de seixos, “dificultando” que se atinja grandes profundidades.

Com os resultados apresentados a condizerem com a realidade, nos quadros e gráficos 1

e 2 podemos evidenciar algumas destas limitações, justificadas nas definições

(resultados).

2.1.3-Resultados

A interpretação que se pode fazer do quadro 1 e do gráfico 1, é que a camada

rígida situ entre 1,30 e 1,60m de profundidade, têm uma resistência de ponta que

aumenta com a profundidade, oscilando entre os 10 (S.I.: 9,8KN/mm² ≈10Mpa) e 17

kg/cm² (17Mpa) e o número (n) de pancadas necessário para provocar tal tensão é 90

(máximo). Contrariamente no gráfico 2 que é a sondagem feita de um outro furo, é

visível uma das deficiências deste ensaio, pois a existência de seixos causa uma

variação na resistência do solo que perturba interpretação, dificultando de alguma


18

maneira, pois, não se tem uma percepção real dos constituintes do subsolo. O estrato

rígido encontra-se a 1,30m de profundidade aproximadamente, e, sendo assim, para

complementar futuras conclusões os estratos constituintes do solo serão previamente

estudados, prosseguindo com recolha de amostras do local.

Com base nas resistências mecânicas calculadas, podemos fazer a seguinte avaliação:

Valores da resistência Avaliação qualitativa do terreno

De 0 a 2 kg/cm²---------------------------------------------------mole ou brando

2 a 4 kg/cm²---------------------------------------------------menos mole

4 a 8 kg/cm²---------------------------------------------------duro ou firme

8 a 12 kg/cm²---------------------------------------------------muito duro


Quadro 1- Mapa de resultados amostra n.º12

2 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde (LEC), Setembro de 2006, Mapa de Resultados do PDL, amostra n.º 1

DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL MAPA DE RESULTADOS Ponto 1 - (início do ensaio a partir de 1,00 metro de profundidade)

Profundidade em

(cm)

Peso do pilão (kg)

Altura de queda (cm)

M2 * h (kg/cm²)

Área da secção

transversal do cone (cm²)

Peso da vara (kg)

N.º de varas

(n)

Peso do guia (kg)

Peso do batente

(kg) P S(M+P)

Número de pancada

(n)

Avanço a

(cm) n/a Rp

(kg/cm²)

110 10,053 50 5053,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135,69 29 10,0 2,90 5,4

120 10,053 50 5053,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135,70 25 10,0 2,50 4,7

130 10,053 50 5053,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135,70 31 10,0 3,10 5,8

140 10,053 50 5053,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135,69 55 10,0 5,50 10,2

150 10,053 50 5053,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135,70 90 10,0 9,00 16,8

Camada muito dura ou firme


Gráfico 1- Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra nº 13

3 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Resultados do PDL, amostra n.º 1

DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL GRÁFICOS Ponto 1 – (início do ensaio a partir de 1,00 metro de profundidade) – Loteamento habitacional


Quadro 2- Mapa de resultados amostra n.º24

4 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Mapa de Resultados do PDL, amostra n.º 2

DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL MAPA DE RESULTADOS Ponto 2 (início do ensaio a partir de 1,00 metro de profundidade)

Profundidade em (cm)

Peso do pilão (kg)

Altura de queda (cm)

M2 * h (kg/cm2)

Área da secção transversal do

cone (cm²)

Peso da vara (kg)

N.º de varas

(n)

Peso do guia (kg)

Peso do batente

(kg) P S (M+P)

Número de pancada

(n)

Avanço a

(cm) n/a Rp

(kg/cm²)

110 10,053 50 5053,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135,69 40 10,0 4,00 7,4

120 10,053 50 5053,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135,70 45 10,0 4,50 8,4

130 10,053 50 5053,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135,70 60 10,0 6,00 11,2

140 10,053 50 5053,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135,69 62 10,0 6,20 11,5

150 10,053 50 5053,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135,70 89 10,0 8,90 16,6

Camada muito dura ou firme


Gráfico 2- Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra 25

5 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Resultados do PDL, amostra n.º 2

DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL GRÁFICOS Ponto 2 (início do ensaio a

partir de 1,00 metro de profundidade) – Loteamento habitacional


CAPITULO III

Ensaios de Laboratório

3) TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA MAIS USADA EM MECÂNICA DOS

SOLOS

A presente especificação faz parte dum conjunto relativo à prospecção de terrenos,

constituído por: Colheita de amostras, vocabulário e simbologia. No presente trabalho

só foram abordados os dois primeiros não requerendo o último ser mencionado.

As especificações LNEC – E 218, 219-1968, “Prospecção geotécnica de terrenos:

Colheita de amostras e vocabulário” indicam-nos as técnicas de colheita de amostras e

os respectivos vocabulários utilizados no presente capítulo e, ao longo do trabalho.

3.1) PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA DE TERRENOS: E 218-1968 LNEC

Colheita de amostras

3.1.1-Meios de acesso

Os meios de acesso ás amostras foram através de furos abertos por meio de trado

mecânico, por ser mais vantajoso devido ao número de furos (oito) e por se tratar de um

terreno com seixo.

3.1.2- Poços e valas

Tratando-se de um terreno seco não exigiu grandes cuidados em relação ao

“regulamento de segurança no trabalho da construção civil” (decreto nº 41821 de

11/08/1958), nem quanto ao suporte de terras. Para pequenas profundidades, os poços e

as valas de prospecção constituem os meios de acesso mais adequados.

3.1.3-Amostras

3.1.3.1-Amostras remexidos do solo

Quanto às amostras de solos consideram-se deformadas (ou remexidas), colhidas

através da escavação com trado mecânico e recolhidos com o auxílio de uma pá e uma


24

colher de pedreiro para uma posterior observação laboratorial. O restante material

removido foi disposto ordenadamente na superfície do terreno de modo a permitir a sua

fácil identificação.

Tratando-se de amostras para ensaios de identificação foram precisos sacos de 4kg

de cada furo (terreno incoerente com seixo), que foram devidamente identificadas de

acordo com a natureza do respectivo local da colheita através de uma etiqueta tipo da

fig.3

À chegada ao laboratório, procede-se ao

registo com o preenchimento dos principais

requisitos: Amostra n.º; data de entrada; local da

colheita; identificação do trabalho; ensaios

pretendidos.

3.1.3.2-Manuseamento e protecção das amostras fig. 3- Etiqueta6

Para o caso em que as amostras são direccionadas para ensaios de determinação em

laboratório do teor em água, estas são devidamente colocadas em frascos estanques de

vidro ou plástico, deixando o mínimo volume de ar possível no seu interior, permitindo

a conservação da humidade natural da amostra por uma ou duas semanas. A

estanquicidade da tampa do frasco pode ser garantida através da utilização de fita

adesiva ou de um banho em parafina fig.4.

Fig.4- Garantia de estanquicidade

6 António Gomes Correia, Lisboa 1980, pág. 22, Ensaios para controlo de terraplanagens


25

Outros casos são de amostras que não requerem do cuidado para a conservação da

humidade natural podendo ser acondicionadas em sacos desde que não percam os

elementos finos.

Quando se pretende separar dum certo volume de solo uma amostra nas

quantidades estritamente necessárias para os ensaios que se vão realizar, é fundamental

garantir que essa porção de solo tenha as características do conjunto desse volume

(amostra representativa).

Isto consegue-se por uso de um repartidor ou aplica-se o método de

esquartelamento, este último que foi o mais utilizado, consistindo no seguinte:

Mistura-se e amontoa-se com uma pá a amostra

de solo colocada sobre um plástico ou lona colocada

em superfície plana. As pasadas devem verter-se no

centro, formando um cone, para que o material

espalhe em todas as direcções(a).Com a pá, alisa-se o

material de modo a estendê-lo com uma forma

circular de espessura uniforme (b).

Separa-se o solo em duas partes iguais,

podendo se usar um pau ou tubo debaixo da lona ou

plástico, passando pelo centro da amostra, que se

levanta em ambos os extremos (c). Fig.5- Esquartelamento manual7

Um outro processo será fazer esta separação com a pá. Repete-se o procedimento

em direcção perpendicular ficando assim a amostra dividida em quatro partes.

Retira-se todo o material de duas partes em posição diagonalmente oposta. O

material que fica volta a misturar-se, recomeçando o procedimento até que a amostra

fique na quantidade desejada.



26

3.2) PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA DE TERRENOS: E219-1968 LNEC Vocabulário

Uma possível uniformização de terminologia própria dos diversos domínios da

engenharia civil é preocupação dominante da actividade normalizadora do Laboratório

Nacional de Engenharia Civil.

Aqui apresenta-se uma “selecção” dos termos mais usados neste trabalho de

prospecção, e que também já foram referidos. A partir da referente norma, e ao longo de

todo o trabalho, refere-se apenas aos termos mais abordados.

Amostra remexida

Amostra de terreno que não mantêm

todas as características que se verificam

“in situ”.

Amostrador

Utensílio destinado à colheita de

amostras de terreno.

Areia

Solos cujas partículas tem diâmetro

equivalentes compreendidos entre 0,06

e 2mm.

Areia fina

Areia cujas partículas tem diâmetro


e 0,2mm.

Areia grossa


equivalentes compreendidos entre 0,6 e

2mm.

Areia média


equivalentes compreendidos entre 0,2 e

0,6mm.

Argila

Solos cujas partículas tem diâmetro

equivalentes inferiores a 0,002 mm.

Aterro

Obra constituída por um maciço

artificial de terras.

Camada

Em geologia preferido estrato


27

Compacidade

Quociente do volume ocupado pelas

partículas de um solo, pelo volume

aparente deste.

Ensaio com sonda normalizada

Preferido ensaio de penetração

dinâmica.

Entulho

Depósito superficial constituído por

terras ou outros materiais acumulados

pelo homem.

Estrato

Depósito sedimentar limitado por

planos de estratificação sensivelmente

paralelos.

Muro

Terreno abaixo de uma superfície de

falha, dum filão ou dum estrato.

Prospecção geotécnica

Conjunto de operações realizadas no

local da futura obra, visando a

determinação da natureza e

características do terreno, sua

disposição e acidentes com interesse

para essa obra.

Reconhecimento

Exame preliminar do terreno e das

condições locais, para determinado fim.

Rocha

Material resultante de um dado

processo geológico, que apresenta para

cada espécie certa constância de

propriedades e modo de agrupamento

dos seus componentes e que se

distingue geralmente dos solos por não

se desagregar quando agitado dentro de

água.

Seixo

Material constituído por fragmentos

de rocha com diâmetro equivalente

compreendidos entre 2 e 60 mm.

Silte

Solo cujas partículas tem diâmetros


e 0,06mm.

Solo

Conjunto natural de partículas

minerais que podem ser separados por

agitação na água. Os vazios entre as

partículas contem água e ar separada ou

conjuntamente.


28

Sondagem

Operação destinada a reconhecer, em

profundidade e a partir da superfície, a

natureza e as características ou

acidentes das formações geológicas.

Sondagem de penetração

Sondagem mecânica em que não há

extracção de material. Pode ser estática

ou dinâmica, consoante a natureza da

força que a faz avançar.

Terra

Solo ou mistura de um solo com

fragmentos de rocha.

Terreno

Porção da crosta terrestre, quer se

trate dum solo quer duma rocha.

Trado

Ferramenta de forma helicoidal

destinada à abertura de furos de

sondagem.

fig. 6 Areia fina fig. 7 Argila

fig. 8 Terra fig. 9 Basalto


29

CAPITULO IV

4) ENSAIOS PARA A CARACTERIZAÇÃO DO ESTADO FÍSICO DO SOLO

Este conjunto de ensaios realizados no Laboratório, destinam-se a caracterizar o estado

físico do solo.

A caracterização do estado físico de um solo é fundamental para a compreensão do estado

do solo no campo e para a previsão do seu comportamento em determinadas situações. A

avaliação das características físicas de um solo, quantificadas pelos diversos índices físicos,

é feita, na prática, do seguinte modo:

(i) quantificação experimental de 3 grandezas físicas: teor em água (ω), massa volúmica (γ)

e densidade das partículas sólidas (G);

Tal como em relação a outras propriedades dos solos, é de esperar que qualquer depósito

de solos naturais evidencie variação mais ou menos significativa das suas propriedades

físicas, pelo que, para além da definição de valores médios ou característicos para cada

propriedade, é importante avaliar a sua variabilidade. Assim, foi sempre conveniente realizar

um número suficiente (mínimo dois) para determinações experimentais de cada propriedade

para evitar interpretações incorrectas ou insuficientes.

4.1) E15-1953 LNEC SOLOS: Determinação da Massa Volúmica das partículas de

um solo


As partículas dos solos têm em geral massa volúmica que pouco variam de caso para caso.

A adopção do valor de 2,65 g/cm³ (26,5 KN/m³) conduz normalmente, nas aplicações

práticas correntes, a resultados com suficiente precisão.

Havendo casos que exijam um maior esclarecimento e, para tal elaborou-se a presente

especificação na qual se tem em atenção, além dos dados da experiência do Laboratório

Nacional de Engenharia Civil (LNEC), as normas da “American Society for Testing

Material” (ASTM) e “American Association of State Highways Officials” (AASHO).


30

4.1.2- Definição

Massa volúmica das partículas de um solo é a massa das partículas que ocupariam a

unidade de volume, depois de excluídos os vazios.

4.1.3-Aparelhos e utensílios

-Picnómetro de 100cm³

-Balança com limite de erro de 0,01g (fig. 10)

-Termómetro com limite de erro de 1ºC Fig.10- Balança com limite de erro de 0,01g

-Estufa de secagem capas de manter a

temperatura de 105-110ºC (fig. 11)

-Exsicador com sílica-gel anidra

-Peneiro de malha quadrada de 4,76mm (n.º4)

-Cápsula de porcelana

Fig.11- Estufa de secagem capas de manter a temperatura de 105-110ºC

4.1.4-Quantidade da amostra

Toma-se uma porção de 25g do solo seco na estufa constituído por partículas que passam

no peneiro de 4,76mm (n.º4).

4.1.5-Técnica do ensaio

Um provete de solo com cerca de 25g, seco ao ar, cujos torrões devem ter sido desfeitos

num almofariz, é colocado num picnómetro, onde se lhe adiciona 50cm³ de água destilada. É

em seguida levado à ebulição, durante 10min. (fig. 12); entretanto agita-se o picnómetro

para obrigar a libertar o ar aderido às partículas. Deixa-se arrefecer até à temperatura

ambiente, acaba-se de encher o picnómetro com água destilada até ao traço de referência e

pesa-se o conjunto, tendo o cuidado de limpar previamente o exterior do picnómetro. Toma-


31

se a nota da temperatura t da dispersão. O provete é depois passado para uma cápsula e seco

na estufa, à temperatura de 10573ºC, até o peso constante.

Por fim limpa-se cuidadosamente o picnómetro, enche-se de água destilada até ao traço de

referência e determina-se o peso do conjunto

A massa volúmica das partículas é dada pela expressão

γs = γw.m4/(m4+m2-m5)

em que

γs - massa volúmica das partículas de um solo

γw - peso volúmico da água à temperatura t do ensaio

m4 – peso da amostra depois de seco na estufa

m2– peso do picnómetro contendo água destilada

m5 – peso do picnómetro contendo a amostra e água destilada à temperatura t

4.1.6- Resultados

A massa volúmica do solo em estudo, de uma forma geral considera-se bastante

aceitável, já que, encontra-se dentro do padrão normal, ou seja, abaixo das três gramas por

centímetro cúbico (< 3g/cm³), com uma variação entre 2,78 e 2,81 décimas (g/cm³),

S.I.: 27,8 KN/m³ e 28,1 KN/m³ (aproximadamente).


32

Quadro 3- Massa volúmica Data: 15/05/05 Local: São Francisco

MASSA VOLÚMICA DOS GRÃOS Amostra n.º1

γs = 2,81 g/cm³ Amostra N.º 2

γs = 2,78 g/cm³ Amostra Nº3

γs = 2,80 g/cm³

Provetes

Designação

Símbolo 72 67

Picnómetro+Provetes+Água destilada (g) m5 153,61 154,27 Picnómetro+Água destilada (g) m2 139,61 140,27 Cápsula Nº 40 36 Peso da cápsula (g) 90,47 96,68 Provete seco+Cápsula (g) 112,37 118,65 Peso do provete seco (g) m4 21,90 21,97 Temperatura de ensaio (ºC) T 28 28 Peso específico da água à temperatura T γw 10 10 Peso específico dos grãos (g/cm³) γs 2,80 2,83

Provetes

Designação

Símbolo

69 81


Provetes

Designação

Símbolo 10 59



33

4.2) NP 83-1965 LNEC SOLOS: Densidade das partículas -Método do picnómetro.

4.2.1- Definição

É a relação entre a massa volúmica das partículas sólidas e o peso de igual volume de

água a uma temperatura de 20ºC.

G = γs/γw

4.2.2- Notas complementares

Para o caso em que as partículas constituintes do solo terem dimensões inferiores às do

peneiro de 4,75mm (n.º 4), a técnica de ensaio descrita para a determinação da massa

volúmica , pode ser ajustada à determinação da densidade das partículas, segundo a Norma

Portuguesa NP-83-1965-SOLOS: Densidade das partículas (método do picnómetro).

4.2.3.-Cálculo

4.2.3.1- Calibragem do picnómetro

Lava-se o picnómetro com água, seca-se, pesa-se e regista-se (m1=43,95 g). Enche-se

com água destilada até atingir o traço de referência, pesa-se, registando de novo como

(m2=139,61 g). Como forma de adquirir uma água destilada isenta de ar, coloca-se em

ebulição durante 30 minutos, deixando arrefecer com o recipiente cheio e fechado, até à

temperatura ambiente.

Depois de pesado, determina-se a temperatura da água representado por t1=28º C e

despeja-se o picnómetro. A massa (m3) expressa em gramas, do picnómetro cheio de água, à

temperatura tx é:

m3 = d4tx/d4t1 (m2-m1) + m1

onde

d4tx-densidade da água à temperatura tx

d4t1- densidade da água à temperatura t1


34

4.2.4- Resultados

É de ter em consideração que da definição da densidade das partículas, advém que esta é a

relação entre a massa volúmica das partículas de um solo e o peso volúmico da água a 20ºC

(G = γs/γw), com γw = 9,81 KN/m³ (998,2Kg/m³).

Com a massa volúmica das partículas consegue-se a densidade das partículas, que por sua

vez intervêm na determinação do diâmetro das partículas com dimensões inferiores a

0,074mm, mais concretamente na parte da sedimentação, para análise granulométrica. Na

maioria dos casos a densidade das partículas oscila entre 2,65 e 2,85. Todos estes resultados

podem ser conferidos no quadro 4.

γs amostra n.º 1 => γs = 2,81 g/cm³ G = 2,81

γs amostra n.º2 => γs = 2,78 g/cm³ G = 2,78

γs amostra n.º3 => γs = 2,80 g/cm³ G = 2,80

Quadro 4- Densidade dos grãos8

fig. 12 Picnómetro + Provete + Água destilada em ebulição

8Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde (LEC), Setembro de 2006, Densidade das partículas obtidos a partir da determinação da Massa Volúmica das partículas


35

4.3) NP 84-1965 LNEC SOLOS: Determinação do Teor em Água


Das principais entidades que publicam normas e especificações como por exemplo a

American Association of State Highways Officials (AASHO), American Society for Testing

Material (ASTM) e a British Standarts Institution (BS), só esta última publicou até à data

uma especificação referente exclusivamente à determinação de teores de humidade de solos.

4.3.2- Definição

Teor de humidade de um provete de solo é o quociente expresso em percentagem, da massa

de água que se evapora do provete entre a temperatura de 105ºC e 110ºC, pela massa do

provete depois de seco.

4.3.3- Objectivos

Tal ensaio destina-se a fixar o modo de efectuar a determinação do teor em água de um

provete de solo, quando este não se destine a ser utilizado noutras determinações

normalizadas, tais como as dos limites de consistência.


-Balança com uma precisão de 0,0025%

-Cápsula ou recipientes tarados com peso inferior a 20% do peso do provete a ensaiar (fig.

15)

-Estufa para secagem entre 105-110ºC. (fig. 14)

-Exsicador (fig. 13)

4.3.5- Quantidade da amostra

Atendendo que mais de 80% da massa das partículas passam no peneiro de malha

quadrada de 2,38mm de abertura (ASTM n.º 8), tomou-se um provete de, pelo menos, 30g.


36

4.3.6-Principio do método de estufa

O método de estufa é um método padrão, e como tal dá resultados precisos e fiéis. Ele

consiste em termos uma amostra de solo, cuja quantidade é função das dimensões das

partículas sólidas, depois de pesada (W =Ws + Ww) é submetida a um processo de secagem

para que toda a água existente nos vazios se evapore.

O teor em água será:

ω = Ww/Ws

4.3.7-Técnica do ensaio

O provete é desagregado, colocado numa cápsula ou recipiente de peso conhecido e

tapado. Esta operação deve ser efectuada rapidamente de forma a não haver trocas de

humidade com o ambiente.

Pesa-se o conjunto, regista-se, introduzindo na estufa sem a tampa e deixa-se secar (perda

de humidade) à temperatura entre 105-110ºC durante 24h.

Uma outra pesagem será feita colocando novamente a tampa antes do provete ser retirado

da estufa e deixa-se arrefecer no exsicador. O exsicador pode ser dispensado se a tampa do

recipiente fechar suficientemente bem e se o tempo de espera pela pesagem for pequeno.

4.3.8- Resultado

O teor em água ou teor de humidade do provete expresso em percentagem é dado pela

expressão: ω = 100 x (m 2- m3) /m3-m1)

Onde o resultado aparece arredondado ás décimas e as massas expressas na mesma

unidade, sendo:

m1 massa do recipiente,

m2 massa do recipiente mais o provete antes da secagem,

m3 massa do recipiente e do provete depois de seco,


37

No boletim de ensaio da página seguinte (do teor em água) podemos conferir que o

teor de humidade deste solo é um índice físico que oscila nos três furos, não deixando de ser

valores altos, pois o solo é húmido. Para um terreno onde se pretende implantar qualquer

loteamento, neste caso do tipo de (“Urgeses”) o mais aconselhável seria fazer a remoção

daquele terreno, caso a camada não excede-se os 3m de profundidade, o que não é ocaso,

podendo sim optar por um sistema de ensoleiramento geral do local este último que é

“sublinhado”, pois não implica ter na obra, grandes movimentos de terras que normalmente

seriam muito dispendiosas.

fig.13 Exsicador fig.14 Estufa fig.15 Cápsulas


38

Quadro 59 Local: São Francisco

Data: 30/05/05 Amostra N.º 1

DETERMINAÇÃO DO TEOR EM ÁGUA

m1 (g) Cápsula 12 4 m2 (g) Amostra húmida + cápsula 98,22 100,42 m3 (g) Amostra seca + cápsula 86,43 88,12 Ws (g) Peso da cápsula 21,58 21,83 Ww (g) Peso da água 11,79 12,30

Amostra seca 64,85 66,29 ω (%) Teor em água 18,2 18,6 ω (%) Teor em água médio da amostra 18,4

Amostra N.º 2


Amostra seca 79,06 79,82 ω (%) Teor em água 11,1 11,8 ω (%) Teor em água médio da amostra 11,5 Amostra N.º 3


Amostra seca 70,77 73,11 ω (%) Teor em água 14,1 14,2 ω (%) Teor em água médio da amostra 14,2

9 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Resultados dos teores em água


39

CAPITULO V

5) - ENSAIOS PARA A IDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS

Através de ensaios laboratoriais foi-nos permitido a identificação de uma dada espécie de

solo e são eles rígidas por diversos campos; uma delas é a Norma Portuguesa -NP que refere

a Solos: Preparação por via seca para ensaios de identificação; Composição granulométrica

e limites de consistência ou de Atterberg.

5.1) E195-1966 LNEC SOLOS: Preparação por via seca de amostras para ensaios de

identificação

5.1.1-Objectivos

Tal especificação destina-se a fixar o modo de preparar as amostras de solo, tal como são

recebidas do campo, para análise granulomética e determinação dos limites de consistência e

determinação do equivalente centrífugo de humidade.


-Balança com limites de erro de 0,1g

-Peneiros ASTM de malha quadrada de 2,00mm (nº10) e

0,420mm (nº 40) de abertura. ( fig. 16) Fig.16 Peneiros ASTM

-Almofariz e pilão com mão revestida de borracha

-Repartidores (fig. 17)

-Estufa controlada termoestáticamente, capaz de mover

temperaturas de 105-110ºC. Fig.17 Repartidores

5.1.3-Quantidade da amostra

A quantidade da amostra de material seco ao ar varia consoante o ensaio a executar que

foram os seguintes:


40

Para a análise granulométrica foi necessário uma quantidade de material que passa no

peneiro de 2,00mm (n.º10) de aproximadamente 65kg que é o ideal pois trata-se de um solo

siltoso.

Para determinação dos limites de consistência e equivalente centrífugo de humidade,

foram precisos 100g para a determinação do limite de liquidez, 15g para limite de

plasticidade e 10g para equivalente centrífugo de humidade.

É de referenciar que será necessário fazer com que haja uma quantidade de material

sobrante com finalidades nas verificações.

5.1.4-Preparação geral da amostra

A amostra tal como é recebida do campo, deve ser bem seca ao ar, e os torrões

desagregados por meio de um almofariz e pilão com mão de borracha de forma a não reduzir

o tamanho individual das partículas. Selecciona-se pelo método de esquartelamento ou por

uso de um repartidor as quantidades representativas de cada ensaio.

Pesa-se a quantidade de amostra seleccionada, registrando-a como a massa total da

amostra, não corrigida da humidade higroscópica. Separa-se então a amostra em duas

porções por meio do peneiro de 2,00mm (n.º 10). Desagrega-se a porção retida em tal

peneiro, separando-a de novo no mesmo (2,00mm).

Lava-se de todo o material a fracção retida no peneiro n.º 10 depois de uma segunda

peneiração, seca-se na estufa a 105-110ºC pesando de seguida. Este será o valor da massa do

material grosso.

5.1.4.1- Preparação da amostra para a análise granulométrica

As fracções que passam no peneiro de 2,00mm (n.º 10) são misturadas, aplicando-se o

método de esquartelamento. Selecciona-se para análise granulométrica de finos uma porção

da amostra com aproximadamente 65kg (solo siltoso).

Para análise granulométrica dos grossos utiliza-se o material obtido directamente da

preparação geral da amostra numa quantidade igual à utilizada para finos (65kg).


41

5.1.4.2- Preparação da amostra para a determinação dos limites de consistência e

equivalente centrífugo de humidade

Separa-se a porção restante do material que passa no peneiro de 2,00mm (n.º10) em duas

partes por meio do peneiro de 0.420mm (n.º40). A fracção retida neste peneiro deve ser

desagregada por meio do almofariz e pilão revestida com mão de borracha, de modo a levar

as partículas ao seu tamanho individual. Tal solo deve ser de novo separado através do

peneiro de 0,420mm (n.º 40), repetindo o processo caso a desagregação das partículas seja

possível, em caso de dúvidas o conveniente é lançar uma pequena porção do solo na água e

ver qual o comportamento a seguir. O material que não for possível a sua desagregação deve

ser rejeitado.

As diversas fracções do material passado no peneiro de 0,420mm (n.º 40), obtidas pelas

operações de desagregação e peneiração, são misturados e guardados para a realização dos

tais ensaios: limites de consistência e equivalente centrífugo de humidade.

5.2) E 239-1970 LNEC SOLOS: Análise granulométrica por peneiração húmida

5.2.1-Objectivos

Esta especificação destina-se a fixar o modo de determinar quantitativamente a

distribuição por tamanhos das partículas que constituem o solo retidas no peneiro de

0,074mm (n.º 200) da série ASTM e a percentagem de material passado neste peneiro.

5.2.2- Agente dispersivo

Solução de hexametafosfato de sódio comercial– Dissolvem-se 33g

de hexametafosfato e 7g de carbonato de sódio em água destilada, até

perfazer o volume de 1000 cm3 (antifloculante)

5.2.3- Aparelhos e utensílios Fig.18 Série de peneiros ASTM

-Série de peneiros ASTM de malha quadrada com as seguintes aberturas; 76,1mm

(n.º4´´), 50,8mm (n.º3´´), 38,10mm (n.º2´´), 25,40mm (n.º1´´), 19,00mm (n.º3/4´´), 9,52mm

(n.º3/8´´), 4,76mm (n.º4), 2,00mm (n.º10), 0,841mm (n.º20), 0,42mm (n.º40), 0,25mm

(n.º60), 0,177mm (n.º80), 0,105mm (n.º140) e 0,074mm (n.º200), (fig. 18).


42

-Balança com limite de erro de 0.01g

-Estufa de secagem, capaz de manter a temperatura entre 105-110ºC

-Almofariz e pilão revestido de borracha

-Repartidores

-Cápsulas de porcelana com 15cm de diâmetro

-Copo de precipitação de 500 cm³

-Exsicador de 25cm de diâmetro

-Frasco de lavagem por esguicho

5.2.4- Preparação da amostra

A quantidade de material necessário e o modo de efectuar a sua preparação são definidos

na especificação do LNEC E 195 “solos preparação por via seca de amostras para ensaios de

identificação”.

5.2.5- Técnica

A composição granulométrica da fracção do solo com partículas de dimensões superiores

a 0,075mm (75 µm) (seixo e areia) é efectuada agitando uma dada massa de solo sobre uma

série de peneiros com malhas de diferentes dimensões (método de peneiração).

5.2.5.1- Análise granulométrica da fracção retida no peneiro de 2,00mm (n.º 10)

Faz-se passar uma dada quantidade de material grosso seco na estufa, adquirida a partir de

uma preparação geral da amostra feita segundo a norma E 195 (“preparação por via seca

para ensaios de identificação”) através de uma série de peneiros, de malha superior a

2,00mm (n.º10), começando pelo peneiro mais largo registrando-se a massa de solo retido

em cada um deles, que fazendo o somatório nos dará a massa m10, que corresponde à massa

total da fracção retida no peneiro de 2,00mm (n.º10).

A peneiração deve ser feita executando movimentos horizontais de translação e rotação, de

forma a manter o material de malha superior a 2,00mm (n.º10), em movimento contínuo; os


43

movimentos devem ser feitos no sentido directo e no sentido retrógrado. Nunca se devem

manipular os fragmentos e a peneiração deve prolongar-se até que, em qualquer peneiro, não

passe, durante 1 minuto, mais de 1% do material retido desse peneiro.

5.2.5.2-Análise granulométrica da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º 10)

Seca-se na estufa o material passado no peneiro de 2,00mm (n.º10), pesa-se e regista-se

como a massa total da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º10) tendo como

nomenclatura (m´10).

Neste caso é necessário antes de fazer passar o material através de uma série de peneiros,

compreendidos entre o n.º10 e o n.º200, recorrer a um tratamento prévio do solo no sentido

de dispersar o mais possível as partículas constituintes desse solo. Solo este com uma

amostra representativa de 50g, por se tratar de um solo siltoso. Pesa-se e regista-se como

massa da amostra (ma).

Coloca-se o solo no copo de precipitação, juntam-se 250 cm3 de água onde foi dissolvido

previamente 0,5g de hexametafosfato de sódio comercial (antifloculante). Agita-se bem com

uma vareta de vidro e deixa-se repousar durante pelo menos 1 hora, agitando de vez em

quando.

Seguidamente transfere-se a suspensão para o peneiro de 0,074mm (n.º 200), onde é

lavado por meio de um jacto de água. Deve haver o cuidado em transferir todos os resíduos

da suspensão aderentes aos corpos, passando-os para uma cápsula que é levada para a estufa

a 105-110 ºC até à massa constante.

Peneira-se em seguida pelos peneiros de 0,841mm (n.º20), 0.420mm (n.º40), 0.250mm

(n.º60), 0,150mm (n.º140), 0,074mm (n.º200), utilizando a técnica de fazer movimentos

horizontais de translação e rotação com os peneiros, pesando também as massas das fracções

retidas em cada peneiro.

O controlo da validade dos ensaios é feito somando a quantidade de solo acumulada sobre

todos os peneiros e verificando se essa é igual à massa total ensaiada com limites de erro de

aproximadamente 0,5%.


44

5.2.6-Resultados

5.2.6.1-Cálculos

5.2.6.1.1-Material grosso – retido no peneiro de 2,00mm (n.º 10)

A percentagem de material grosso é:

N´10 = m10/mt x 100

sendo:

mt = m10 + m´10

A percentagem de material retido no peneiro n.º x é:

Nx = mx / mt x 100

A percentagem retida acumulada N´x referente a cada peneiro n.º x é calculada somando

a percentagem retida neste peneiro Nx às percentagens retidas nos peneiros de malha mais

larga.

A percentagem acumulada do material que passa em cada peneiro n.º x é:

N´´x = 100 – N´x

5.2.6.1.2 – Material fino – passado no peneiro de 2,00mm (n.º 10)

A percentagem de material fino é:

N´´10 = m´10/mt x 100

A percentagem desse material retido no peneiro n.º x, referida à massa total da amostra, é:

Nx = mx/ma x N´´10

A percentagem acumulada do material que passa em cada peneiro n.ºx é:

N´´x = 100 – N´x


45

em que

N´´x – percentagem retida acumulada, calculada na aliínea anterior

N´x – percentagem retida acumulada referente a cada peneiro n.º x

m10 - massa total da fracção retida no peneiro de 2,00mm (n.º10)

m´10 - massa total da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º10)

mt – massa total da amostra

mx – massa do material retido no peneiro n.º x

ma – massa do material passado no peneiro de 2,00mm (n.º 10) (amostra de 50g)

N´10 – percentagem de material grosso

N´´10 – percentagem de material fino

5.3) E 196-1966 LNEC SOLOS: Análise granulométrica

5.3.1-Generalidades

Entende-se por análise granulométrica, composição granulométrica ou granulometria de

um solo a distribuição expressa em peso consoante o número de peneiros, das partículas

constituintes desse solo com tamanhos inferiores a determinadas dimensões.

5.3.2-Objectivos

A presente especificação destina-se a fixar o modo de determinar quantitativamente a

distribuição por tamanhos das partículas que constituem um solo, para o caso, vai

complementar a análise granulométrica feita pela peneiração húmida para as partículas com

dimensões inferiores a 0,074mm, ou seja, que passam no peneiro da série ASTM n.º 200.


46

5.3.3-Reagentes

-Solução de água oxigenada a 20 volumes

-Solução de hexametafosfato de sódio comercial –

Dissolvem-se 33g de hexametafosfato e 7g de

carbonato de sódio em água destilada, até perfazer o

volume de 1000 cm3 (antifloculante).

5.3.4-Aparelhos e utensílios fig. 19 Aparelhos para ensaio de sedimentação

-Série de peneiros ASTM de malha quadrada com as seguintes aberturas; 76,1mm (n.º4´´),

50,8mm (n.º3´´), 38,10mm (n.º2´´), 25,40mm (n.º1´´),

19,00mm (n.º3/4´´), 9,52mm (n.º3/8´´), 4,76mm (n.º4),

2,00mm (n.º10), 0,841mm (n.º20), 0,42mm (n.º40),

0,25mm (n.º60), 0,177mm (n.º80), 0,105mm (n.º140) e

0,074mm (n.º200).

-Proveta graduada de 1000 cm3 (fig.20);

-Densímetro graduado em intervalos de densidade de

0,001(fig.21);

-Termómetro graduado de 0 a 50ºC com limites fig.20 Proveta com Densímetro

de erro de 0,5 ºC

-Cronómetro(fig.19);

-Régua graduada em milímetros

- Vareta de vidro de 15cm de comprimento, 4 de

diâmetro com ponta de borracha

-Exsicador com 25cm de diâmetro fig.21 Fase de leitura

-Balança para pesagem com limites de erro de 0,01g


47

-Estufa controlada termoestáticamente, capaz de manter a temperatura de 105-110ºC

-Almofariz e pilão revestido de borracha

-Repartidores

-Cápsulas de porcelana com 15cm de diâmetro

-Frasco de Erlenmeyer de boca larga de 1000cm³

5.3.5-Correcção do menisco

Introduz-se o densímetro na proveta de 1000cm³ contendo cerca de 700cm³ de água

destilada. Coloca-se o olho ligeiramente abaixo do plano da superfície do líquido e sobe-se

lentamente até que a superfície deixe de ser vista como uma elipse e apareça como uma

linha recta; determina-se o ponto em que o plano intersecta a escala do densímetro

(742,075cm³).

Repetindo o processo agora no sentido inverso, ou seja, colocando o olho ligeiramente

acima do plano da superfície do líquido, determina-se o ponto em que o limite superior do

menisco intersecta a escala do densímetro (742,074cm³).

A correcção do menisco CM é feita, fazendo a diferença entre as duas leituras e a

correcção será (0,001).

5.3.6-Preparação da amostra

A quantidade de amostra necessário e o modo de efectuar a sua preparação são indicados

na especificação E 195 “Solos – Preparação por via seca de amostras para ensaios de

identificação”.

5.3.7-Técnica

5.3.7.1-Análise granulométrica da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º10),

incluindo partículas de dimensões inferiores a 0,075mm (75 :m) (silte e argila).

Nesta última fracção a análise granulométrica é determinada a partir da velocidade de

queda das partículas de solo, postas em suspensão numa proveta com água, obtida através da


48

medição do peso volúmico da suspensão a diferentes intervalos de tempo – método da

sedimentação.

5.3.7.1.1-Teor em água

Tomam-se 10 a 15g de material passado no peneiro de 2,00mm (n.º10) e determina-se o

seu teor em água (Τ) de acordo com a norma NP-84.

5.3.7.1.2-Preparação do solo

Pesa-se uma quantidade com cerca de 50g (solos siltosos ou argilosos), como é o caso

registando como a massa de solo seco ao ar ma.

5.3.7.1.3- Sedimentação

Tapa-se a boca da proveta com uma rodela de borracha, sobre a qual se coloca a mão, e

agita-se vigorosamente com sucessivas inversões da posição da proveta. Logo que se acaba

esta operação, coloca-se a proveta na bancada e põe-se o cronómetro em funcionamento.

Introduz-se o densímetro na suspensão até uma profundidade ligeiramente superior à

posição de flutuação e deixa-se flutuar livremente. Lê-se ao fim de 1 min., 2 min e 5 min.

Remove-se o densímetro lentamente, lava-se com água destilada e conserva-se numa

proveta com água destilada à mesma temperatura de suspensão. Introduz-se o densímetro na

suspensão para leituras aos 15 min, 30 min, 60 min, 250 min, 1440 min (24 horas) e 2880

min (48 horas). Depois de cada leitura Ls, remove-se o densímetro, lava-se e coloca-se na

proveta com água destilada. A inserção e remoção do densímetro deve ser feita

cuidadosamente para evitar perturbar a suspensão. Normalmente quer a introdução quer a

remoção levam 10 s. Deve-se evitar também qualquer vibração da suspensão.

Regista-se a temperatura da suspensão com limite de erro a menos de 0,5 ºC, após cada

leitura do densímetro. No intervalo das leituras, a proveta deve estar coberta com uma rodela

de papel de filtro.

Determina-se a correcção do antifloculante colocando 50cm³ da solução antifloculante

num pesa filtros de vidro, evaporando a água numa estufa a 105-110 ºC e determina-se a

massa do antifloculante ma (2g) numa balança com limite de erro de 0,01g. A correcção

será: Ca=2.ma/1000


49

5.3.8- Resultados

5.3.8.1- Cálculos

5.3.8.1.1- Sedimentação

Calcula-se a correcção da temperatura Ct por meio do quadro I e a partir das leituras

directas do densímetro, calculam-se as leituras corrigidas dos efeitos do menisco, do

antifloculante e da temperatura:

Lc = Ls + Cm – Ca + Ct

A percentagem de partículas de diâmetro inferior a D, referida à massa seca do solo

usado na sedimentação, é:

nd = [100000/mb x G/ (G – 1)] x (Lc – 1)

A percentagem de partículas de diâmetro inferior a D, referida à massa total da amostra,

é:

Nd = nd x (100 – N´10) /100

O diâmetro das partículas correspondente às percentagens nd e Nd, referida nas alinhas

anteriores, é dado, em milímetros, pela expressão da lei de Stokes:

D = √ [30.:. Zs] /980 (G-G1). t = K√Zs/t

em que

Ls – leitura directa feita na parte superior do menisco

Cm – correcção do menisco

Ca – correcção do antifloculante

Ct – correcção da temperatura

G – densidade das partículas, calculada de acordo com a norma NP-83

mb – massa seca do solo usado na sedimentação


50

Lc – leitura do densímetro corrigido

nd – percentagem de partículas de diâmetro inferior a D, referida à massa seca do

solo usado na sedimentação

: - Viscosidade da água, em poises (dependente da temperatura)

G – densidade das partículas

G1 – densidade do meio da suspensão (pode tomar-se igual a 1,000)

Zs – profundidade efectiva (distância do nível da suspensão ao centro de

impulsão do densímetro), em centímetros, calculada como se indica na

calibração do densímetro

t – intervalo de tempo, em minutos, medido desde o início da sedimentação

até a leitura do densímetro.

5.3.8.2- Apresentação

Os resultados são registados no impresso próprio e com eles traça-se a curva

granulométrica em papel semilogarítmico. Podendo ainda ser registados num quadro, a

menos de 1%, discriminando as seguintes fracções granulométricas:

Seixo grosso – 60 a 20mm

Seixo médio – 20 a 6mm

Seixo fino – 6 a 2mm

Areia grossa – 2 a 0,6mm

Areia média – 0,6 a 0,2mm

Areia fina – 0,2 a 0,06mm

Silte grosso – 0,06 a 0,02mm

Silte médio – 0,02 a 0,006mm

Silte fino – 0,006 a 0,002mm

Argila - < 0,002mm


51

Quadro 610 Data:05/06/06 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA Local: São Francisco

I-PENEIRAÇÃO GROSSA (grãos > 2000 :) Amostra # 1 Nº do peneiro 1´´ ¾´´ 3/8´´ 4 10 Malha (mm) 25,40 19,10 9,52 4,76 2,00 Massa do material retido (g) ----------- 68,00 27,30 32,81 22,90 % do material retido ----------- 8,2 3,3 4,0 2,8 %acumuladas (retidas) ----------- 8,2 11,5 15,5 18,3 Massa total da amostra mt = 825 g Massa do material retido no peneiro 10 m10 =151,01 g Massa do material passado no peneiro 10 m´10 = mt-m10 = 673,99 g Percentagem de finos N´´10 =100 x m´10/mt = 81,7 % Percentagem de material grosso N´10 = m10/mt x 100 = 18,3 % II – SEDIMENTAÇÃO Proveta 001 Água oxigenada 150 cm³ Fervura 10 min. Densímetro ____ Antifloculante _100 cm³ Agitação _15_ min. Correcções{ Menisco C = 0,001 Humidade higroscópica {Ps = 66,29 g Antifloculante C´ = 0,004 Pa = 78,59 g Peso específico dos grãos (g/cm³) γs = 2,81 Provete seco ao ar PA = 50__ g Temp. médio do ensaio (ºC) T= 20 Provete seco PS = PA x Ps/Pa = 42,17 g K = 0,01287 A = 100/PS x G/(G-1) = 3,67

T min.

Temp ºC

Correcção devido à

temp. C´´

Leitura no densímetro

L

Lc = L+C+C´+C´´

Z cm Z/T

D = k√Z/T

mm B=10³(Lc-1) %

A x B

% retidas ao

total (passados)

1 21 0,0002 1,028 1,0252 13,30 13,30 0,0469 25,2 92,5 75,9 2 " " 1,027 1,0242 13,50 6,75 0,0334 24,2 88,8 72,6 5 " " 1,026 1,0232 13,65 2,75 0,0213 23,2 85,1 69,6 15 " " 1,024 1,0212 13,25 0,88 0,0121 21,2 77,8 63,7 30 " " 1,023 1,0202 13,40 0,45 0,0086 20,2 74,1 60,6 60 " " 1,022 1,0192 13,60 0,23 0,0061 19,2 70,5 57,6 250 " " 1,019 1,0167 14,05 0,06 0,0031 16,7 61,3 50,1 1440 " " 1,017 1,0142 14,45 0,01 0,0013 14,2 52,1 42,6

III – PENEIRAÇÃO FINA (grãos entre 2000 e 74 :) N.º do peneiro 20 40 60 80 140 200 Malha (mm) 0,84 0,42 0,25 0,177 0,105 0,074 Massa do material retido (g) 0,68 0,86 0,30 0,36 0,49 0,33 % do material retido 1,6 2,0 0,7 0,9 1,2 0,8 % referentes ao total 1,3 1,7 0,6 0,7 0,9 0,6 % acumulados (retidos) 19,6 21,3 21,9 22,6 23,5 24,1

10 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde, Junho de 2006, Análise Granulométrica, amostra n.º 1


52

Quadro 711 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA Data:05/06/06 Local: São Francisco

I-PENEIRAÇÃO GROSSA (grãos > 2000 :) Amostra # 2

N.º do peneiro 1´´ ¾´´ 3/8´´ 4 10 Malha (mm) 25,40 19,10 9,52 4,76 2,00 Massa do material retido (g) 98,72 110,30 97,65 62,91 46,98 % do material retido 11,5 12,8 11,4 7,3 5,5 % acumuladas (retidas) 11,5 24,3 35,7 43,0 48,5 Massa total da amostra mt = 860 g Massa do material retido no peneiro 10 m10 = 416,56 g Massa do material passado no peneiro 10 m´10 = mt-m10 = 443,44 g Percentagem de finos N´´10 =100 x m´10/mt = 51,6 % Percentagem de material grosso N´10 = m10/mt x 100 = 48,5 % II – SEDIMENTAÇÃO Proveta __002____Água oxigenada 150 cm³ Fervura _10 min. Densímetro ____Antifloculante 100_ cm³ Agitação 15_ min. Correcções{ Menisco C = __0,001_Humidade higroscópica {Ps = __79,82_ g Antifloculante C´ = _0,004__ Pa = __89,21 g Peso específico dos grãos (g/cm³) γs = 2,78___ Provete seco ao ar PA = __50_ _ g Temp. médio do ensaio (ºC) T= __20___Provete seco PS = PA x Ps/Pa = _44,7 g K = 0,01268 A = 100/PS x G/(G-1) = 3,49

T min.

Temp ºC


temp. C´´


L

Lc = L+C+C´+C´´

Z cm Z/T

D = k√Z/T

mm B=10³(Lc-1) %

A x B

% retidas ao

total (passados)

1 23 0,0006 1,025 1,0226 13,75 13,75 0,0470 22,6 78,9 40,6 2 " " 1,024 1,0216 13,95 6,98 0,0335 21,6 75,4 38,8 5 " " 1,023 1,0206 14,10 2,82 0,0213 20,6 71,9 37,0 15 " " 1,021 1,0186 13,70 0,91 0,0121 18,6 64,9 33,4 30 " " 1,020 1,0176 13,85 0,46 0,0086 17,6 61,4 31,6 80 " " 1,018 1,0156 14,20 0,24 0,0062 15,6 54,4 28,0 250 " " 1,015 1,0126 14,75 0,06 0,0031 12,6 44,0 22,6 1440 " " 1,012 1,0096 15,25 0,01 0,0013 9,6 33,5 17,3

III- PENEIRAÇÃO FINA (grãos entre 2000 e 74 :) Nº do peneiro 20 40 60 80 140 200 Malha (mm) 0,84 0,42 0,25 0,177 0,105 0,074 Massa do material retido (g) % do material retido % referentes ao total % acumulados (retidos)



53

Quadro 812 Local: São Francisco Data:05/06/06 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

I-PENEIRAÇÃO GROSSA (grãos > 2000 :) Amostra # 3

Nº do peneiro 1´´ ¾´´ 3/8´´ 4 10 Malha (mm) 25,40 19,10 9,52 4,76 2,00 Massa do material retido (g) ----------- 38,14 81,86 98,66 86,17 % do material retido ----------- 4,8 10,2 12,3 10,8 % acumuladas (retidas) ----------- 4.8 15,0 27,3 38,1 Massa total da amostra mt = 800 g Massa do material retido no peneiro 10 m10 = 304,83 g Massa do material passado no peneiro 10 m´10 = mt-m10 = 495,17 g Percentagem de finos N´´10 =100 x m´10/mt = 61,9 % Percentagem de material grosso N´10 = m10/mt x 100 = 38,1 % II – SEDIMENTAÇÃO Proveta 003 Água oxigenada 150 cm³ Fervura 10 min. Densímetro _____Antifloculante _100_____ cm³ Agitação 15____min. Correcções{ Menisco C = _0,001_Humidade higroscópica {Ps = 73,11 g Antifloculante C´ = _0,004_ Pa = 83,48 g Peso específico dos grãos (g/cm³) γs = __2,80__ Provete seco ao ar PA = 50 g Temp. médio do ensaio (ºC) T= __20___Provete seco PS = PA x Ps/Pa = 43,8 g K = 0,01261 A = 100/PS x G/(G-1) = 3,55

T min.

Temp ºC


temp. C´´


L

Lc = L+C+C´+C´´

Z cm Z/T

D = k√Z/T

mm

B=10³(Lc-1)

% A x B

% retidas ao

total (passados)

1 23 0,0006 1,024 1,0216 13,95 13,95 0,0471 21,6 76,7 47,5 2 // // 1,023 1,0206 14,10 7,05 0,0335 20,6 73,1 45,3 5 // // 1,022 1,0196 14,30 2,86 0,0231 19,6 69,6 43,1 15 // // 1,020 1,0176 13,85 0,92 0,0121 17,6 62,5 38,7 30 // // 1,0181 1,0161 14,15 0,47 0,0087 16,1 57,2 35,4 80 // // 1,017 1,0146 14,40 0,24 0,0062 14,6 51,8 32,1 250 // // 1,0135 1,0171 15,50 0,06 0,0031 11,1 39,4 24,4 1440 // // 1,0105 1,0081 15,55 0,01 0,0013 8,1 28,8 17,8

III- PENEIRAÇÃO FINA (grãos entre 2000 e 74 :) Nº do peneiro 20 40 60 80 140 200 Malha (mm) 0,84 0,42 0,25 0,177 0,105 0,074 Massa do material retido (g) 33,62 21,19 10,66 13,33 12,54 8,03 % do material retido 4,2 2,7 1,3 1,7 1,6 1,0 % referentes ao total % acumulados (retidos) 42,3 45,0 46,3 48,0 49,6 50,6



54

CURVA GRANULOMETRICA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

Log do diâmetro das partículas (mm)

Mat

eria

l pas

sado

(%)

Gráfico 313 Amostra # 1



13 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados da Análise Granulométrica das amostras


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000


Mat

eria

l pas

sado

(%)


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000


Mat

eria

l pas

sado

(%)


55

5.4) NP 143- 1969 LNEC SOLOS: Determinação dos limites de consistência

5.4.1-Objectivo

A presente norma destina-se a definir e a fixar os processos de determinar os limites

de liquidez, de plasticidade e de retracção, de solos para efeitos de engenharia civil.

5.4.2-Generalidades

No caso de solos constituídos essencialmente por silte e argila (solos finos), a variação

do teor em água pode conduzir a diferentes estados destes solos. Assim um solo argiloso

com baixo teor em água não será moldável; se entretanto adicionarmos água ele passa

por um estado em que se desfaz em fragmentos quando se tenta moldá-lo, estado semi-

sólido ou de comportamento friável, se continuar a adicionar água o solo atingirá um

estado em que será possível a moldagem, sem a variação de volume e sem fragmentação

– estado plástico; se acrescentarmos ainda mais água o solo transforma-se numa pasta

com o comportamento de um líquido – estado líquido ou de comportamento fluido.

Os teores em água limites inferiores dos diferentes estados ou fase de comportamento

do solo acabados de referir, são designados por limites de Atterberg ou limites de

consistência e são no sentido crescente dos teores em água; o limite de retracção (LR ou

WS), limite de plasticidade (LP ou WP), e limite de liquidez (LL ou WL).

ESTADOS DE COMPORTAMENTO

Teor em água crescente

Sólido

Semi-sólido ou de

comportamento

friável

Plástico ou de

comportamento

moldável

Líquido ou de

comportamento

fluído

LR ou Ws LP ou Wp LL ou Wl


56

Pelo quadro acima, verifica-se que o solo apresentará comportamento moldável para

teores em água compreendidos entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade. A

respectiva diferença numérica designa-se por índice de plasticidade: Ip = Wl – Wp

5.4.3-Campo de aplicação no conteúdo geral

Os ensaios são realizados com o material que passa no peneiro de 0,425mm (n.º 4) da

série ASTM, preparados conforme a norma E-195-Solos:Preparação por via seca de

amostras para ensaios de identificação. Deve-se ter o cuidado para o caso de amostras

que contem matéria orgânica, pois estes não secam na natureza por isso devem ser

transportados para o laboratório em recipientes fechados e ensaiados antes que sequem

como forma a não perderem as respectivas propriedades e consequentemente a

plasticidade.

5.4.4- Determinação do limite de liquidez

5.4.4.1-Campo de aplicação

A determinação do limite de liquidez é somente aplicável a solos com cerca de 30%

ou mais, em massa de partículas com dimensões inferiores a 0.05mm.

5.4.4.2- Definição e símbolo

Limite de liquidez de uma amostra de solo é o teor em água correspondente a 25

pancadas, obtido por interpolação numa curva que relaciona o teor em água de cada um

de 4 provetes da amostra, com o número de pancadas para o qual os bordos inferiores de

um sulco aberto num provete se unem numa extensão de 1cm, quando o ensaio é feito

na concha de Casagrande.

Tal limite é especificado com o símbolo LL.

5.4.4.3-Aparelhos e utensílios (fig. 22)

-Concha de Casagrande (fig.23);

-Riscador

-Almofariz e pilão revestido com mão de borracha Fig.22 Aparelhos para L.L.


57

-Peneiro de malha quadrada de 0,42mm (n.º 40 da série ASTM)

-Cápsula de porcelana com 10cm de diâmetro

-Espátula

Fig.2314 Concha de Casagrande em duas dimensões

5.4.4.4- Preparação dos provetes

Toma-se 500g da amostra a ensaiar, que se pisam no almofariz com mão de borracha,

com o objectivo de promover a separação das suas partículas sem alteração da

granulometria, e passam-se através do peneiro de 0,42mm (n.º40). Do material passado

neste peneiro tomam-se 100g que se amassam à espátula com água destilada até se

formar uma pasta homogénea e consistente. De cada vez que se adiciona água, a

amassadura deve durar 5 min.

Toma-se uma porção da pasta preparada e colocada na concha de Casagrande de

modo que se tenha uma camada, não muito comprimida, com a espessura de 1cm e com

a superfície nivelada.

Ensaiada o primeiro provete, serão sucessivamente preparados mais três por adição de

novas quantidades de água destilada à pasta anteriormente obtida, para que torne mais

fluida.



58

Os teores em água dos 4 provetes devem ser escolhidos de modo que o número de

pancadas necessárias para unir os bordos dos sulcos não varie entre 10 a 40, e se

distribuam, em dois ensaios, abaixo de 25 pancadas e outros dois, acima.

5.4.4.5-Técnica do ensaio

Antes do início do ensaio, deverá proceder-se, com o auxílio do calibre, à regulação

da altura de queda da concha e também a um treino do operador com o fim de que a

manivela da concha de Casagrande seja accionada, durante o ensaio, de modo que dê 30

voltas em 15 s.

Preparado o primeiro provete, faz-se nele um sulco que deverá ser obtido deslocando

o riscador segundo o diâmetro da concha normal ao eixo da manivela e mantendo-o

perpendicular à superfície da concha.

Acciona-se em seguida a manivela, à razão de 2 voltas por segundo, até que as duas

porções do provete, devido às pancadas da concha sobre a base, entrem em contacto

pela parte inferior do sulco numa extensão de cerca de 1cm, e anota-se o número de

pancadas correspondente.

Retira-se, então, com a ponta da espátula, cerca de 10g do provete da zona do sulco

em que se deu a união, e procede-se à determinação do seu teor em água, segundo a

norma NP-84.

Repete-se sobre cada um dos restantes três provetes as tais operações.

5.4.4.6-Resultados

Anotado o número de pancadas correspondente a cada um dos ensaios, traça-se uma

curva, relacionando o teor em água de cada um dos provetes com o correspondente

número de pancadas, num diagrama em que se marca, em ordenadas, o teor em água em

escala aritmética, e em abcissas o número de pancadas em escala logarítmica.

O limite de liquides da amostra ensaiada é dado pelo teor em humidade

correspondente a 25 pancadas, obtido por interpolação na curva traçada como se

indicou.


59

O resultado é expresso em percentagem e apresenta-se arredondado às unidades.

Havendo casos em que não se consegue determinar o limite de liquides sendo tal solo

mencionado como “não plástico”.

5.4.5-Determinação do limite de plasticidade

5.4.5.1- Campo de aplicação

A determinação do limite de plasticidade é somente aplicável a solos com cerca de

30%, ou mais, em massa, de partículas de dimensões inferiores a 0,05 mm.

5.4.5.2-Difinição e símbolo

Limite de plasticidade de uma amostra de solo,

é a média dos teores em água de 4 provetes da

amostra a ensaiar, cada um dos quais é o maior teor

em água com que rompe cada provete ao pretender-

se transformá-lo num filamento cilíndrico com

cerca de 3mm de diâmetro (fig. 24), por rolarem

entre a palma da mão e uma placa de vidro.

Representa-se pelo símbolo LP. Fig.24 Amostra de filamento cilíndrico

5.4.5.3-Aparelhos e utensílios

-Almofariz

-Peneiro de malha quadrada de 420 : (n.º 40) da série ASTM

-Placa de vidro

-Espátula

5.4.5.4-Preparação do provete

Tomam-se 100g da amostra seca na estufa, que será pisado no almofariz com a

simples finalidade de separar as partículas, e peneira-se no peneiro n.º 40.


60

Do material que passar em tal peneiro toma-se 20g, que será amassado à espátula com

água destilada, até que a massa se torne suficientemente plástica para permitir a

moldagem com facilidade de quatro pequenas esferas de diâmetro sensivelmente iguais.

5.4.5.5-Técnica do ensaio

Rolam-se um dos provetes da mistura obtida entre a palma da mão e a placa de vidro,

com a pressão suficiente para a transformar num filamento cilíndrico. Quando o

diâmetro do filamento atinge cerca de 3mm, caso não rompa, volta-se a formar a esfera

e a torná-la de novo, num filamento cilíndrico continuando estas operações até que

devido à progressiva secagem do provete, se dê a ruptura do filamento quando o seu

diâmetro atingir os 3mm.

Neste caso já, recolhe-se os aglomerados do filamento, determinando o seu teor em

água segundo a norma NP-84.

A técnica será repetida para os restantes três provetes.

5.4.5.6- Resultados

O limite de plasticidade da amostra ensaiada é a média dos teores em água

determinados para os quatro provetes.

O resultado é expresso em percentagem e apresenta-se arredondado às unidades.

fig.25 Preparação da pasta de solo


61

Quadro 915 Data: 15/06/05

Amostra N.º 1 Local: São Francisco

LIMITE DE LÍQUIDEZ Cápsula (N.º) 24 13 29 11

m2 Amostra hum. + cápsula (g) 18,51 17,23 18,02 17,57 m3 Amostra seca + cápsula (g) 14,61 13,81 14,52 14,25 m1 Peso da cápsula (g) 8,77 8,50 8,63 8,47

Ww = m2-m3 Peso da água (g) 3,90 3,42 3,50 3,32 Ws = m3-m1 Amostra seca (g) 5,84 5,31 5,89 5,78 Ww/Ws x 100 Teores de humidade (%) 66,8 64,4 59,4 57,4

N.º de golpes 11 22 31 41

ω(%) 68 66 64 62 60 58 56 54 52

LIMITE DE PLASTICIDADE

Cápsula (N.º) 3 9 21 22 m2 Amostra hum. + cápsula (g) 10,76 9,98 10,79 10,46 m3 Amostra seca + cápsula (g) 10,29 9,55 10,28 10,09 m1 Peso da cápsula (g) 8,92 8,32 8,81 9,01 Ww = m2-m3 Peso da água (g) 0,47 0,43 0,51 0,37 Ws = m3-m1 Amostra seca (g) 1,37 1,23 1,47 1,08 Ww/Ws x 100 Teor de humidade (%) 34,3 34,9 34,7 34,3 Teor de hum. Médio (%) 34,6

RESUMO LL (%) 61 LP (%) 34,6 IP = LL-LP (%) 26,4

15 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados dos Limites de Consistência, amostra n.º 1


62

Quadro 1016 Data: 15/06/05

Amostra Nº2 Local: São Francisco

LIMITE DE LÍQUIDEZ Cápsula (Nº) 24 13 29 11




ω (%) 55 54 52 50 48 46 44 42

LIMITE DE PLASTICIDADE Cápsula (N.º) 3 9 21 22 m2 Amostra hum. + cápsula (g) 10,52 10,11 10,29 10,77 m3 Amostra seca + cápsula (g) 10,19 9,74 9,98 10,40 m1 Peso da cápsula (g) 8,92 8,32 8,81 9,01 Ww = m2-m3 Peso da água (g) 0,33 0,37 0,31 0,37 Ws = m3-m1 Amostra seca (g) 1,27 1,42 1,17 1,39 Ww/Ws x 100 Teor de humidade (%) 26,0 26,0 26,5 26,6 Teor de hum. Médio (%) 26,3

RESUMO LL (%) 49 LP (%) 26,3 IP = LL-LP (%) 22,7

16 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados dos Limites de Consistência, amostra n.º 2


63

Quadro 1117 Data: 15/06/05

Amostra N.º 3 Local: São Francisco

LIMITE DE LÍQUIDEZ Cápsula (N.º) 31 25 37 7




ω(%) 53 52 51 50 49 48 47 46

LIMITE DE PLASTICIDADE

Cápsula (N.º) 36 39 40 --------m2 Amostra hum. + cápsula (g) 6,37 6,49 6,36 --------m3 Amostra seca + cápsula (g) 10,31 10,66 10,92 --------m1 Peso da cápsula (g) 9,54 9,86 10,03 --------Ww = m2-m3 Peso da água (g) 3,17 3,37 3,67 --------Ws = m3-m1 Amostra seca (g) 0,77 0,80 0,84 --------Ww/Ws x 100 Teor de humidade (%) 24,3 23,7 24,3 -------- Teor de hum. Médio (%) 24,1

RESUMO LL (%) 50,3 LP (%) 24,1 IP = LL-LP (%) 26,2 17 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados dos Limites de Consistência, amostra n.º 3


64

CAPITULO VI

6) ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO DOS SOLOS

A utilização dos solos como material de construção faz-se desde o início da

civilização Humana. Com a compactação procura-se melhorar as características dos

solos, de forma a satisfazer os requisitos de uma determinada obra. Tem como principal

objectivo, prever e evitar assentamentos futuros, melhorar a capacidade do solo em

suportar cargas e garantir uma maior estabilidade do material em obra.

Designa-se por compactação de um solo a acção manual ou mecânica que visa

provocar nesse solo uma diminuição do seu índice de vazios, a qual é conseguida,

fundamentalmente, à custa da redução do volume da sua fase gasosa, melhorando as

suas características de resistência, deformabilidade e permeabilidade. A diminuição de

índice de vazios do solo, ou seja um aumento do peso volúmico aparente seco, conduz a

uma maior área de contacto entre as partículas sólidas constituintes do solo, e

consequentemente a um aumento da respectiva capacidade de suportar cargas.

Em geral, o comportamento dos solos dependem do seu índice de vazios,

nomeadamente as suas características de resistência ao corte, deformabilidade e

permeabilidade, pelo que, quanto menor for o seu índice de vazios, maior será a sua

resistência ao corte e menores serão a sua deformabilidade e permeabilidade.

Mediante a redução do índice de vazios e densificação de um solo através da

compactação, é possível melhorar as suas condições de resposta a futuras solicitações, já

que a compactação consegue promover nos solos um aumento da sua resistência estável

e a diminuição da sua compressibilidade e permeabilidade.

Os fundamentos da compactação de solos foram desenvolvidos por Ralph Proctor, que,

na década de 30, postulou ser a compactação uma função de quatro variáveis:

-Peso específico seco (γd);

-Tipo de solo.

- Teor de humidade (w);

- Energia de compactação;


A compactação é um processo de estabilização de solos utilizado em diversos tipos de

obras de engenharia, nomeadamente em aterros rodoviários e barragens de terra, em que

o solo é o próprio material resistente ou de construção.

Na construção de uma obra de terra há um variado conjunto de decisões que é

necessário tomar e que vão desde a escolha do tipo de materiais mais adequados para a

obra em causa, à fixação dos parâmetros de cálculo, escolha dos equipamentos de

construção e dos métodos de execução dos próprios aterros, bem com as operações de

controle e fiscalização da construção.

Conclusão, quanto mais compacto ou denso for o solo menos susceptível será em

sofrer assentamentos e dificulta ainda mais a passagem da água ou seja torna-se

impermeável.

6.1- Ensaio de compactação tipo Proctor

6.1.1- Finalidade

Os ensaios laboratoriais de compactação tipo Proctor têm como finalidade controlar os

resultados conseguidos durante os trabalhos de compactação. Esses ensaios tentam

reproduzir em laboratório as condições de campo, confirmando o que a experiência já

tinha revelado, ou seja, perante um determinado teor em água do solo, com uma

determinada energia de compactação, se consegue melhores resultados na compactação

(baridade seca- γd). Tais ensaios permitem determinar para uma dada energia de

compactação, qual o teor em água necessário para se obter o peso volúmico aparente

seco máximo (γdmáx.).

6.1.2- Princípio do ensaio

O ensaio consiste em compactar num molde normalizado, e com ajuda de pilões de

compactação também normalizados, uma amostra de solo, determinando-se o peso

volúmico aparente seco e o teor em água do solo em análise.

Com uma compactação por camadas mas com quantidades aproximadas repete-se o

processo de compactação que nos vai dar uma curva, que se designa por curva de

compactação, num diagrama em que, em abcissas, se representam os teores em água e,


66

em ordenadas, as baridades secas. Esta curva tem geralmente um máximo cujas

coordenadas são: em abcissas o teor em água óptimo (Wopt.) e em ordenada o peso

volúmico aparente seco máximo ou baridade seca máxima (dmáx.).

A documentação normativa numa especificação do LNEC (Laboratório Nacional de

Engenharia civil) define:

6.2- E 197-1966 LNEC SOLOS: Ensaio de compactação

6.2.1- Objectivos

A presente especificação destina-se a fixar o modo de determinar a relação entre o

teor em água e a baridade seca dos solos.

Além de outras aplicações, o ensaio de compactação permite fixar um termo de

comparação para o controle da baridade e da humidade no campo.

6.2.2- Tipo de compactação efectuado

Compactação leve em molde grande

6.2.3- Aparelhos e utensílios (fig. 26)

-Molde grande

-Pilão de compactação leve fig.26 Equipamentos para compactação tipo Proctor

-Extractor de provetes

-Balança para pesagem

-Peneiros ASTM

-Rasoira com aresta biselada

fig.27 Compactador


67

6.2.4- Técnica

Compactação leve com molde grande

Seca-se a amostra ao ar, espalhando-a em camada pouco espessa sobre um tabuleiro,

desfazendo os torrões com cuidado de modo a não reduzir o tamanho natural das

partículas.

Passa-se o material através do peneiro de 50,8mm (n.º3´´) e rejeita-se a fracção retida.

Esquartela-se a amostra até obter a quantidade de solo necessária para o ensaio (seis

provetes).

Utilizando o peneiro de 19,0mm (n.º3/4´´) divide-se o material assim obtido em duas

fracções que se pesam; se a fracção retida for superior a 20% deve-se considerar que o

ensaio de compactação não tem significado. Existindo contudo a possibilidade com base

em ensaios clássicos de compactação determinar a baridade seca máxima corrigida.

Caso contrário, substitui-se esta fracção por igual massa de material passado no

peneiro de19,0 mm (n.º3/4´´) e retido no peneiro de 4,76mm (n.º4), e juntam-se à

fracção passada no peneiro de 19,0mm. Homogeneíza-se a mistura que depois é

separada em seis fracções no mínimo com 4,5kg cada.

Mistura-se bem cada uma destas fracções de solo com a quantidade de água

considerada suficiente para que os provetes fiquem com teores em água diferindo cerca

de 2% entre si, ou seja, uma primeira quantidade de 150dl que se vai adicionando à

mesma para as restantes provetas; quatro destes valores devem situar-se abaixo do valor

provável do teor óptimo em água.

Na compactação dos diferentes provetes com teores em água crescentes, o

estacionamento ou a diminuição da massa dos provetes é indicação de se ter

ultrapassado o teor óptimo em água.

Compacta-se cada uma das fracções de solo no molde efectuando as seguintes

operações:


68

fig.28 Preparação do ensaio (compactação) fig.29 Colocação do material no molde

fig.30 Compactação manual com pilão leve fig.31 “Rasamento do molde”

-Coloca-se o espaçador sobre a base e aperta-se o molde com a alonga fixada;

-Estende-se o solo sobre o tabuleiro e divide-se em três partes iguais (fig. 28);

-Deita-se uma primeira parte que se dividiu no molde e com o molde assente sobre uma

base rígida, compacta-se o solo com 55 pancadas do pilão de compactação leve (fig. 29),

distribuídas uniformemente sobre a superfície; a camada depois de compactada deve ficar

com 4 a 4,5cm de espessura;

-Deita-se uma outra parte da camada de solo e procede-se à compactação com 55 pancadas

(fig. 30);

-Repete-se a operação para a formação da terceira camada; a superfície desta deve exceder

o bordo do molde, dentro da alonga, cerca de 1cm;


69

-Retira-se a alonga e rasa-se cuidadosamente o molde, preenchendo-se qualquer

concavidade eventualmente formada (fig. 31).

-Retira-se o molde da base e o espaçador. Escova-se para limpar o molde contendo o

provete e pesado imediatamente.

-Extrai-se provetes no molde, retirando três porções do solo contidas no seu interior; a

cerce de 2cm de cada topo e no meio, para determinação, por média do teor em água de

acordo com a norma NP-84.

6.2.5-Resultados

6.2.5.1-Cálculos

A baridade seca do solo (s é calculada, para cada provete, pela seguinte expressão:

((w x 100) / (100 + ω)

em que

(w – Baridade húmida do solo, que é o quociente entre a massa do provete,

expressa em gramas, pela capacidade do molde utilizado, expressa em centímetros cúbicos

ω- Teor em água do solo expresso em percentagem

Traça-se a curva baridade seca-teor em água, marcando em ordenadas os valores das

baridades secas e em abcissas os respectivos teores em água, e determina-se nesta os

valores do teor óptimo em água e da baridade seca máxima, que corresponde ao ponto

máximo da curva.

Atendendo a esses resultados (teor em água óptimo/baridade seca máxima),

comparando a baridade in situ (E 204-1967 LNEC- Determinação da baridade seca “in

situ” pelo método da garafa de areia) conseguimos determinar a eficiência da compactação

de um terreno já compactado.


70

Num outro processo, os mesmos resultados permite-nos, saber qual a quantidade de

água necessário para a moldagem dos provetes para o ensaio de CBR (E 198-1967 LNEC),

permitindo assim determinar a resistência de um determinado solo.

6.2.6-Apresentação

A baridade seca máxima apresenta-se em gramas por centímetros cúbicos, arredondados

às centésimas e o teor óptimo em água apresenta-se em percentagem, arredondado às

décimas.

fig.32 Apresentação em duas dimensões do molde e do pilão de compactação18

18 Laboratório Nacional de Engenharia Civil, E 197-1966 SOLOS: Ensaio de Compactação


71

Gráfico 6- Baridade seca máxima/teor em água óptimo

Entidade: Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde Local: São Francisco Amostra # 1

NÚMERO DO ENSAIO 1 2 3 4 4

Volume do molde (cm3) 2113,0 2113 2113 2113 2113 Peso do molde (g) 4810,0 4810,0 4810,0 4810,0 4810,0

Peso do molde + solo húmido (g) 8973,0 9347,0 9534,0 9416,0 9416,0

Peso do solo húmido (g) 4163,0 4537,0 4724,0 4606,0 4606,0

Baridade húmida (g.cm-3) 1,970 2,147 2,236 2,180 2,180 Baridade seca (g.cm-3) 1,895 1,997 2,017 1,902 1,902

Número do tabuleiro A B C D D Peso do tabuleiro (g) 131,0 134,0 129,0 141,0 141,0

Tabuleiro + Solo húmido (g) 1200,0 1233,0 1276,0 1208,0 1208,0 Tabuleiro + Solo seco (g) 1159,0 1156,0 1164,0 1072,0 1072,0

Peso da água (g) 41,0 77,0 112,0 136,0 136,0 Peso do solo seco (g) 1028,0 1022,0 1035,0 931,0 931,0

TEO

RES

EM Á

GUA

Teor em água (%) 3,99 7,53 10,82 14,61 14,61 3,99 1,895

7,53 1,997

10,82 2,017

14,61 1,902

14,61 1,902

#REF! #REF!

Baridade seca g/cm³ Ensaio 2,03 Teor óptimo Ensaio 9,80

Máxima Corrigida % Corrigido


72

CAPITULO VII

7) CLASSIFICAÇÃO DOS TERRENOS (SOLOS)

A designação terreno aplica-se tanto a solos como às rochas, distinguindo-se os primeiros

das segundas porque se desagregam quando agitados em água durante um curto período de

tempo.

Os solos são constituídos por um conjunto de partículas sólidas de vários tamanhos,

deixando entre si, vazios que poderão estar totalmente ou parcialmente preenchidos por

água ou outro fluído.

Quanto ás dimensões das partículas que os constituem podem os solos classificar-se do

seguinte modo: argilas <0,002mm; silte -0,002mm a 0,06mm; areia fina – 0,06mm a

0,2mm; areia média – 0,2mm a 0,6mm; areia grossa -0,6mm a 2mm; seixo – 2 mm a

60mm.

A determinação das dimensões das partículas e das proporções relativas destas foram

realizados por intermédio de ensaios para a identificação dos solos segundo as normas

E 196-1966 LNEC (SOLOS: Análise granulométrica), E 239-1970 LNEC (SOLOS:

Análise granulométrica por peneiração húmida) e SOLOS: Determinação dos limites de

consistência (NP 143- 1969).

Os resultados da peneiração e sedimentação (partes constituintes dos ensaios),

apresentam-se sob a forma gráfica através da curva granulométrica, coincidindo com a

dimensão que separa a areia do silte (0,06mm). No gráfico da curva granulométrica, as

abcissas representam o diâmetro equivalente das partículas (comprimento do lado da malha

quadrada de menores dimensões através do qual passa a partícula).

A situação das curvas no gráfico revela os tipos de materiais ai representados. As curvas

que ficam mais elevadas ou mais para a esquerda indicam granulometrias de material

relativamente mais fino, enquanto que as curvas que ficam mais para baixo ou à direita

indicam o material mais grosso.


73

A inclinação geral da curva é uma indicação da granulometria ou gama dos tamanhos das

partículas que compõem o solo. Sob o ponto de vista da Engenharia, uma mistura bem

graduada é aquela que contem uma variedade de partículas cobrindo uma grande gama de

tamanhos. Este tipo de solos tem geralmente uma resistência e estabilidade mais elevada do

que um solo mal graduado (fig. 33), em que os grãos são de tamanho mais uniforme.

fig.33 Solo mal graduado (amostra n.º 2)

A ideia de classificar os solos vem da possibilidade de reduzir custos na previsão de seu

comportamento. Se conseguirmos definir através de ensaios simples em que grupo se

encontra um solo, basta sabermos o comportamento dos solos daquele grupo para termos

uma boa noção do seu comportamento. A classificação dos solos, pode ser feita com base

em diversos critérios.

Com base nos resultados obtidos dos ensaios de determinação da composição

granulométrica e dos limites de Atterberg, procedemos à classificação das amostras do solo.

(Ver mapa de resultados)


74

Quadro 12- Mapa de resultados amostra n.º 1

19 Expansibilidade linear - Variação de volume, expressa em percentagem, da fracção de um solo que passa no peneiro de 0,420 mm (n.º40) ASTM, quando em condições bem definidas de compactação, absorve água por capilaridade através de uma placa porosa.

LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE ÁREA DA GEOTECNIA

ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL

ENTIDADE REQUISITANTE:

OBRA: Loteamento habitacional

IDENTIFICAÇÃO DO SOLO: AMOSTRA nº1 DATA : Praia, 20 de Maio de 2005

MAPA DE RESULTADOS

TEOR EM ÁGUA 18,4%

ANÁLISE PASSADO # 10 ASTM (2,00 mm) 81,7%

GRANULOMÉTRICA PASSADO # 40 ASTM 78,7%

(VER CURVA GRANULOMÉTRICA) PASSADO # 200 ASTM 75,9%

% ARGILA 42,6%

LIMITES DE LIMITE DE LIQUIDEZ 61,0%

ATTERBERG LIMITE DE PLASTICIDADE 34,6%

INDICE DE PLASTICIDADE 26,4%

CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA DOS SOLOS OH

COMPACTAÇÃO PROCTOR TEOR EM ÁGUA OPTIMO 9,8%

MODIFICADO PESO VOLÚMICO APARENTE SECO MÁXIMO 2,05g.cm³

PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS DO SOLO 2,81 g/cm³

EXPANSIBILIDADE LINEAR *19 22,4%

OBSERVAÇÕES:

OH - Argilas orgânicas de média a alta plasticidade.

* De acordo com a especificação LNEC - 200, é considerado solo expansivo aquele que exibe índice de expansibilidade superior a 8 %. O Técnico / Experimentador, O Engenheiro Orientador,

Etson E. S. Tavares


75

LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE

ÁREA DA GEOTECNIA ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL


OBRA: Loteamento habitacional


MAPA DE RESULTADOS TEOR EM ÁGUA 11,5%




% ARGILA 17,3%




CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA DOS SOLOS SC COMPACTAÇÃO

PROCTOR TEOR EM ÁGUA OPTIMO -

MODIFICADO PESO VOLÚMICO APARENTE SECO MÁXIMO -


EXPANSIBILIDADE

LINEAR * 24,9%

OBSERVAÇÕES:

SC - Areias argilosas e misturas de areia e argila, mal graduadas.


Etson E. S. Tavares Quadro 13- Mapa de resultados amostra n.º 2


76

LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE

ÁREA DA GEOTECNIA ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL


OBRA: : Loteamento habitacional


MAPA DE RESULTADOS

TEOR EM ÁGUA 14,2%




% ARGILA 17,8%




CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA DOS SOLOS OH

COMPACTAÇÃO PROCTOR TEOR EM ÁGUA OPTIMO -

MODIFICADO PESO VOLÚMICO APARENTE SECO MÁXIMO -


EXPANSIBILIDADE LINEAR * 22,0%

OBSERVAÇÕES:

SC - Areias argilosas e misturas de areia e argila, mal graduadas.


Etson E. S. Tavares Quadro 14- Mapa de resultados amostra n.º 3


77

7.1- E 240-1970 LNEC SOLOS: Classificação para fins rodoviários

A sua especificação destina-se a classificar os solos e suas misturas em grupos, com base

nos resultados de ensaios de determinação de algumas das suas características físicas e

atendendo ao seu comportamento em estradas. Sistema de Classificação H.R.B. É um

sistema de classificação muito usado pelos engenheiros de estradas. Os solos seguem uma

ordem decrescente de qualidade de A1 a A8. São também divididos em três grupos:

• Solos Granulares – A1, A2 e A3

• Solos Finos – A4, A5, A6 e A7

• Turfa – A8

7.1.1- Cálculo do índice de grupo

O índice de grupo IG, expresso por um número inteiro, é calculado pela fórmula empírica

seguinte:

IG = 0,2. a + 0,005.a.c + 0,01.b.d

em que

a – diferença arredondada à unidade, entre o valor da percentagem do material

que passa no peneiro de 0,074mm (n.º 200) da série ASTM e 35; porém adoptar-se-á a

igual a 40 se aquela percentagem for maior que 75 e a igual a 0 se for menor que 35.

b – diferença arredondada à unidade, entre o valor da percentagem do material que

passa no peneiro de 0,074mm (n.º 200) e 15; porém, adoptar-se-á b igual a 40 se aquela

percentagem for maior que 55 e b igual a 0 se for menor que 15.

c – diferença entre o valor do limite de liquidez e 40; porém, adoptar-se-á c igual a

20 se aquele limite for maior que 60 e c igual a 0 se for menor que 40.

d - diferença entre o valor do índice de plasticidade e 10; porém, adoptar-se-á d

igual a 20 se aquele índice for maior que 30 e d igual a 0 se for menor que 10.


7.1.2- Classificação

A classificação é feita com base na presente norma e na tabela de classificação de

solos do Regulamento de Pequenas Barragens de terra, Decreto n.º48373 de 8/5/68.

Procurando, a partir da esquerda para a direita, o primeiro grupo que satisfaça aos

resultados dos ensaios.Cada grupo é referenciado pela letra A seguida de um número ou

números e de um parêntesis encerrando o seu índice de grupo pela já referida fórmula

IG.

7.2- Resultados

7.2.1- Cálculos

Amostra nº 1

a = 75,9 - 35 = 40,9

b = 75,9 – 15 = 61 => 40

c = 61 – 40 = 21 => 0

d = 26,4 – 10 = 16,4

Amostra nº 2

a = 40,6 - 35 = 5,6 => 0

b = 40,6 – 15 = 25,6

c = 49 – 40 = 9 => 0

d = 22,7 – 10 = 12,7

Amostra nº 3

a = 47,5 - 35 = 12,5 => 0

b = 47,5 – 15 = 32,5

c = 50,3 – 40 = 10,3 => 0

d = 26,2 – 10 = 16,2

I.G. (1) = 0,2 x 40,9 + 0,005 x 40,9 x 0 + 0,01 x 40 x 16,4 = 14,74

I.G. (2) = 0,2 x 0 + 0,005 x 0 x 0 + 0,01 x 25,5 x 12,7 = 3,24

I.G. (3) = 0,2 x 0 + 0,005 x 0 x 0 + 0,01 x 40 x 16,2 = 6,48


79

7.2.2- Descrição dos grupos

Amostra nº1

Grupo A-7 (Materiais silto-argilosos) - O material característico deste grupo é um solo

argiloso plástico, tendo 75,9% de partículas passadas no peneiro de 0,074mm (n.º200)

ASTM. Com um limite de liquidez alto (61%), pode ser elástico e estar a grandes

variações de volumes, sendo por isso considerado um solo expansivo.

Subgrupo A-7-5- É constituído por materiais com índice de plasticidade moderado em

relação ao limite de liquidez, (Ip =< L.L.-30 26,4 < 31) denominado de argila

orgânica com média a alta plasticidade.

Amostra n.º2

Grupo A-2 (Materiais granulares) – No caso em que a percentagem de materiais

passados no peneiro de 0,074mm (n.º200) ASTM ser superior a 35% (para a referida

amostra 56,3%). Abrangendo uma larga variedade de materiais que não podem ser

classificados nos restantes grupos, contendo pois elevado teor de finos (40,6%) e do

índice de plasticidade 22,7 tem como respectivo subgrupo:

Subgrupo A-2-7- Constituídos por materiais granulares contendo 35% ou menos de

partículas passando no peneiro de 0,074mm (n.º200)ASTM, onde a fracção que passa

no peneiro de 0,42mm (n.º40) ASTM tem características de um solo argiloso plástico.

Com o índice de grupo compreendido entre 0 a 4 (3,24), devido ao efeito combinado

dos valores de índice de plasticidade superiores a 10 (22,7) e dos valores da

percentagem passando no peneiro de 0,074mm (n.º200) ASTM superiores a 15

(40,6%).

Amostra n.º3

Classificou-se de forma idêntica à amostra n.º 2,


80

CAPÍTULO VIII

8) IMPULSO DE TERRAS; DIMENSIONAMENTO DE MUROS DE SUPORTE

As estruturas que interactuam com o solo através de forças de componente

predominantemente horizontais, que no caso, aqui se vai referir, a estrutura é construída

para suportar um maciço terroso. Diz-se que um maciço esta suportado quando a

respectiva superfície lateral tem uma inclinação em relação à horizontal maior do que

aquela que assumiria sem o auxílio de qualquer acção exterior comunicado pela

estrutura de suporte (fig. 34). Nesse caso, as forças que o solo exerce sobre as estruturas

são denominadas acções ou solicitações20.

fig. 34 Estrutura a suportar um maciço terroso

A avaliação de tais acções é um problema que se considera resolvido de forma

satisfatória e, nalguns casos, sendo mesmo muito antiga, remontando aos séculos XVIII

e XIX, respectivamente por Coulomb e Rankine. Estas teorias desenvolvidas com o

objectivo de determinar as acções (solicitações) são por vezes genericamente designadas

por “Teorias dos Estados de Equilíbrio Limite”.

8.1- Coeficiente de impulso

8.1.2-Nota Preliminares

No âmbito de introduzir essas teorias e aplica-las no caso do dimensionamento de

muros de suporte rígidos, também designados por “muros-gravidade” é fundamental

abordar os conceitos de coeficiente de impulso.

20 Manuel de Matos Fernandes, FEUP 1995, pág. 7.1, Mecânica dos Solos vol. II


81

O coeficiente de impulso (K) é o factor que relaciona as tensões efectivas horizontais

e verticais num dado ponto (K=σ´h/σ´v), sendo dependente das deformações

horizontais experimentadas pelo maciço quando sujeito a dadas solicitações, para um

solo com determinadas características mecânicas.

O coeficiente de impulso em repouso (Ko), ocorre no estado natural do terreno, ou

seja, quando são aplicadas solicitações sem que ocorram deformações horizontais.

- Coeficiente de impulso em repouso, Ko:

Ko = 1- senφ; (Teoria de Jacky)

- O coeficiente de impulso activo (Ka), ocorre quando uma estrutura se desloca

descomprimindo o maciço, provocando um alívio de tensões no solo.

Coeficiente de impulso activo, Ka (Rankine);

Para um terrapleno horizontal

Ka = (1 - senφ)/(1 + senφ)

- O coeficiente de impulso passivo (Kp), ocorre quando uma estrutura se desloca

comprimindo o maciço, provocando um aumento de tensões.

Coeficiente de impulso passivo, Kp (Rankine)


Kp = (1 + senφ)/(1 - senφ)

Kp = 1/Ka

8.1.2.1- Método de Rankinne

8.1.2.2- Hipótese e formulação originais

O método original desenvolvido por Rankinne (1857) pressupõe os estados de

equilíbrio limite, coeficientes de impulso activo e passivo. Sendo corrente designar estes

estados de equilíbrio limite por “ estados de equilíbrio limite de Rankine”. Este método


82

permite determinar as pressões sobre determinado paramento quando este entra em

contacto com um maciço em estado de equilíbrio limite.

O método de Rankine baseia-se nas seguintes hipóteses(fig.35):

i) O maciço é de natureza puramente friccional;

ii) A superfície do terreno (terrapleno) é horizontal;

iii) O paramento é vertical e rígido;

iv) É nulo o atrito entre o solo e o paramento.

Assim, sendo γ o peso específico (massa volúmica) do solo, as tensões horizontais

(Método de Rankine) para um maciço puramente friccional à altura z serão:

σ´h(z) = K.σ´v(z) = K.γ. z

Fig.35 Hipóteses referentes à formulação original do Método de Rankine

Em que K é o coeficiente de impulso (activo ou passivo, conforme o caso),

concluindo assim, que se o maciço for homogéneo o diagrama das pressões é

triangular, linearmente crescente em profundidade, dado que γ e φ´ (logo k) são

constantes.

A resultante das pressões correspondentes a uma dada profundidade, h, constitui o

chamado impulso (activo ou passivo, conforme o caso), e calcula-se integrando as

mesmas entre a superfície e aquela profundidade:

I =0

h

∫ K.σ´v.dz = ½.K.γ.h²


83

O ponto de aplicação do impulso, caso o maciço seja homogéneo, estará

obviamente, a uma profundidade de 2/3h.

O impulso passivo é uma relação do solo contra qualquer acção ou solicitação

aplicada por uma estrutura ou parte dela; e o impulso activo constitui uma acção ou

solicitação do solo sobre a estrutura, chamada, neste caso, estrutura de suporte.

8.1.2.3- Cálculos

8.1.2.3.1- Resultados

Com uma ilustração representativa da amostra n.º2, atendendo que os resultados

leva-nos a concluir que trata-se de uma areia argilosa mal graduada podemos

considerar que o seu ângulo de atrito varia de 26 a 30º (para o caso Ø = 28º), o peso

volúmico do solo admitido é de γ = 26,5 KN/m³ e tratando-se de uma areia a coesão é

nula C = 0.

-Coeficiente de impulso activo, Ka (Rankine);


Ka = (1 - senφ)/(1 + senφ) Ka = (1 – sen28º)/(1 + sen28º) = 0,36

-Coeficiente de impulso passivo, Kp (Rankine)


Kp = 1/Ka Kp = 1/0,36 = 3

Ia

Ip

Fig. 36 Ponto de aplicação dos impulsos activos e passivos

Ia = ½.Ka.γh² Ia = ½ x 0,36 x 26,5 x 5² =119,25 KN/ml

Ip = ½.Kp.γ.h² Ip = ½ x 3 x 26,5 x1² = 39,75KN/ml


84

8.2- DIMENSIONAMETO DE MUROS DE SUPORTE

As estruturas de suporte são usadas para estabilizar um maciço de terras, no qual não é

possível obter a estabilidade através de pequenas obras, como uso de bancadas,

materiais estabilizantes, diminuição da inclinação do talude ou mesmo reflorestamento.

Os murros são estruturas de suporte de terras rígidas, cujas deformações de flexão são

relativamente pequenas ou desprezíveis. Os murros de suporte de terras são

dimensionados através dos métodos dos estados limites últimos por derrubamento,

escorregamento pela base, ruptura do solo de fundação e escorregamento global. Como

observação é de referir que apenas o primeiro é que será abordado no presente capítulo.

8.2.1- Muros de suporte de tipo gravidade

O dimensionamento de muros de suporte de tipo gravidade, sendo estruturas de

suporte de terra, em geral de pedra ou de betão (simples ou armado), nas quais o peso

próprio, ou este combinado com o de parte de terras suportadas, desempenha um papel

fundamental na respectiva estabilidade.

O dimensionamento consiste, na prática, num processo iterativo por meio do qual,

partindo de determinada geometria estrutural, se procede:

1) à estimativa dos impulsos de terra;

2) às verificações da segurança em relação aos diversos estados limites.

A geometria do muro vai sendo ajustada ao longo do processo, de forma a conseguir

um satisfatório compromisso entre os critérios de segurança e de economia.

A estimativa dos impulsos é em geral baseada nas teorias clássicas de pressões de

terras (Método de Rankine) e as verificações da segurança serão feitas prevendo a rotura

por derrubamento e o escorregamento pela base. A ruptura por derrubamento ocorre

quando o muro, sob a acção do impulso de terras suportadas, roda em torno da aresta

exterior da sua base. Contrariam esta rotação o peso próprio e o impulso passivo

mobilizável em frente do muro, caso este esteja parcialmente enterrado. È em geral


85

conveniente, contudo, desprezar o efeito do impulso passivo, já que as terras em frente

do muro podem vir a ser, por qualquer razão, total ou parcialmente retiradas.

No estado limite por escorregamento pela base, o muro experimenta uma translação

para a exterior provocada pelo impulso de terras suportadas. A força que tende a opor-se

é composta pela força de atrito mobilizável entre a base do muro e o maciço de

fundação e pelo impulso passivo em frente do muro. Pelas mesmas razões apontadas

acima, este impulso é, em geral, desprezado.

8.2.2- Verificação da segurança em relação aos estados limites por derrubamento e por

escorregamento pela base

8.2.2.1- Processo convencional. Coeficientes globais de segurança

A forma tradicional de proceder à verificação da segurança ao derrubamento e ao

escorregamento pela base consiste no cálculo do respectivo coeficiente de segurança

global pelos processos apresentados seguidamente, com base na referida figura.

-Verifica-se o factor de segurança ao derrube em relação ao pé do muro;

FS = ∑Mr/Mt = (P x b)/(Iah x c – Iav x b) >= 1,5

Onde

Mr é o momento estabilizador, definindo-se como o momento do peso próprio do

muro em relação ao ponto a;

Mt é o momento derrubador, definido como o momento do impulso activo em

relação ao mesmo ponto.

-Verifica-se o factor de segurança ao deslizamento ao longo da base;

FS = Fr/Fe = (W x tanδ)/(Iah – Iav x tanδ)>=1,5

Em que δ representa o ângulo de atrito entre a base do muro e o maciço de fundação,

que é considerado nulo no Método de Rankine, não permitindo assim tal verificação.


86

8.3- DIMENSIONAMENTO

-Verificação do factor de segurança ao derrube em relação ao pé do muro;

FS = ∑Mr/Mt >= 1,5

Onde Mt = Ia x c = 119,25 x 1/3H Mt = 119,25 x 1/3 x 5 = 198,75 KN.m

W = [(2,5 +1)/2 x 4 + (2,5 x 1)] x 2721= 256,5 KN/m

Mr = W x b = 256,5x1,25 = 320,63 KN.m;

FS = 320,63/198,75 = 1,61 > 1,5 (condição verificada)

fig. 37-Dimensões do muro fig. 38-Ruptura por derrubamento

23m

2,5m

fig. 39- Representação do muro em 3D

21 Peso volúmico do basalto, adquirido através de técnicos experientes da área (Instituto Superior de Engenharia do Porto)


87

CONCLUSÃO

È possível concluir que tanto os ensaios “in situ” como laboratoriais, constituem vias

de grande utilidade para o projecto geotécnico, devendo em cada caso conjugar-se a sua

utilização, de modo a tirar o melhor partido das respectivas potencialidades, pois, ambos

os ensaios apresentam vantagens e limitações.

A vantagem fundamental dos ensaios laboratoriais já estudados, prende-se no facto

de, a partir da caracterização do estado físico do solo (densidade, teor em água, peso

específico) sua identificação (granulometria e limites de Atterberg) classificação,

compactação, bem como a terminologia e simbologia. Consegue-se determinar

naturalmente os restantes índices físicos e estabelecer, em conjugação com os

parâmetros mecânicos, uma imagem impressiva, digamos, das formações terrosas

envolvidas no projecto.

Já o ensaio “in situ” como uma primeira vantagem fundamental pode apontar-se que a

sua realização não esta excluída em nenhum tipo de solo, embora naturalmente, não

possa realizar em todos os tipos de terrenos. Aspecto também a ter em conta é o facto de

o solo ser ensaiado no seu próprio meio, logo sem alteração do seu estado de tensão. O

factor custo é mais reduzido e, em especial, a sua execução é muito mais rápida do que

a dos ensaios em laboratório.

O terreno que nos foi dado a estudar em São Francisco para a construção do

loteamento habitacional, é plano e caracterizado pela presença em grande parte do

terreno, de seixos misturados com o solo que se distribui aparentemente homogénea,

motivo pelo qual não foi possível realizar sondagens em todos os pontos (furos).

Da análise dos resultados e das observações feitas nos furos abertos, verifica-se a

existência de uma camada de superfície cuja espessura varia de 25 a 35 centímetros.

Esta camada de cor acastanhada com tonalidades que vão do castanho claro a castanho

avermelhado. Depois desta camada encontra-se um basalto vacuolar bastante duro

constituindo uma camada de solo muito duro, situado a partir de 1,50 metros de

profundidade.


88

A parte superficial é francamente má, não devido à sua resistência mas porque

apresenta um elevado índice de expansibilidade.

A compilação de todos os conhecimentos adquiridos ao longo desses doze meses

exigiu uma grande interpretação e definição do que realmente se pretendia, pois nem

sempre foi fácil organizar os resultados conseguidos durante este período no

Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde (LEC) na estruturação do trabalho. A

Prospecção Geotécnica foi realizada e importante será dizer que os ensaios referidos

apenas dizem respeito ao tipo do solo estudado, omitindo eventuais outros casos.

O técnico Etson E. S. Tavares Praia, 15 de Setembro de 2006


89

BIBLIOGRAFIA

Manuel de Matos Fernandes, Mecânica dos Solos Vol. I e II, FEUP, 1995

António Gomes Correia, Ensaios para controlo de terraplanagens, Lisboa, 1980

Norma Portuguesa, Especificação LNEC-SOLOS

Carlos de Sousa Pinto, Curso básico de Mecânica dos Solos 2ª edição, editora gráfica

L. M. Ferreira Gomes, Fundações, Covilhã, Fevereiro de 1997

J. S. Brazão Farinha, M. Brazão Farinha, J. P. Brazão Farinha, A. Correia dos Reis,

Tabelas Técnicas, Edições Técnicas E.T.L., L.da, 2003

Pré-Norma Europeia, Eurocódico 7: Projecto Geotécnico, CEN 1994

Sostware: Microsoft Office, Autocad 2006, CorelDraw11,

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