GRANULOMERIA - Professora Moema Castro - HOME · Material de apoio PINTO, C. de S. “CursoBásico de Mecânica dos Solos”,Editora Oficina de Textos, São Paulo, 2006. MASSAD, F

Universidade PaulistaInstituto de Ciências Exatas e Tecnologia

Departamento de Engenharia CivilProfessora Moema Castro, MSc.

G o i â n i a , 2 0 1 6 / 2 .

C O M P L E M E N T O S D E M E C Â N I C A D O S S O L O S E F U N D A Ç Õ E S

NATUREZA DOS SOLOSG R A N U L O M E R I A

A U L A 02

Material de apoio

PINTO, C. de S. “Curso Básico de Mecânica dosSolos”, Editora Oficina de Textos, São Paulo, 2006.

MASSAD, F. “Mecânica dos SolosExperimental”, Editora Oficina de Textos, 2016.

Notas de aula da Prof. MSc. Moema Castro

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Granulometria do Solo


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Primeira característica que diferencia o solo.

Não é fácil identificar pelo simples manuseio.

Recebe Denominações específicas para faixas de

tamanhos de grãos.



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Conceito:

A granulometria do solo representa uma de suascaracterísticas mais estáveis, sendo determinada por meio deanálise granulométrica.

A granulometria do solo vem a ser a distribuição de suaspartículas constituintes, de natureza inorgânica ou mineral,em classes de tamanho.

As classes de tamanho das partículas inorgânicas são tambémchamadas de frações granulométricas.



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Fração Granulométrica:

Uma fração granulométrica representa uma classe de tamanhode partícula, que é definida por um limite superior e um limiteinferior de acordo com a escala adotada.

As partículas de uma mesma classe ou fração podem variarquanto à forma, estrutura e composição granulométrica,podendo ser cristalinas ou amorfas.



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Fração fina do solo

Argila:

inferior a 0,005mm

(normalmente abaixo de

0,002mm)

Silte:

de 0,005mm a 0,05mm

Fração grossa do solo

Areia:

de 0,05mm a 4,8mm

Pedregulho:

de 4,8mm a 7,6cm

Pedregulho > Areia > Silte > Argila



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Fração Limites definidos pela ABNT

Matacão De 25 cm a 1 m

Pedra De 7,6 cm a 25 cm

Pedregulho De 4,8 mm a 7,6 cm

Areia grossa De 2 mm a 4,8 mm

Areia média De 0,42 mm a 2 mm

Areia fina De 0,05 mm a 0,42 mm

Silte De 0,005 mm a 0,05 mm

Argila Inferior a 0,005 mm

Limites das frações de solo pelo tamanho dos grãos:

Quartzo Feldspatos


Resistente à desagregação

Forma grãos de silte e areia

Composição química simples SiO2

Partículas equidimensionais Cubos e esferas

Baixa atividade superficial

Mais atacado pela natureza Dão origem ao argilominerais Apresentam um estrutura

complexa Comportamento bem distintos Exemplo:

caulinita – firmemente empacotadas, comligações de hidrogênio que impedem suaseparação e a introdução de moléculas de águaentre elas.

ilita - devido a presença de íons de potássio,não absorve água entre as camadas(comportamento intermediário).

esmectita – superfície específica(1.000m²/g) e substituições isomórficas de umátomo de Al3+ por um de Si4+ ou Mg++ (carganegativa) que são neutralizados por cátions livresno solo (Ca++ ou Na+) cujas forças não impede aentrada de água entre as camadas.

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Constituição Mineralógica

Sistema Solo-Água


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Sistema Solo Água Solos saturados; Origem da água no solos (ciclo hidrológico); Formas de ocorrência da água nos solos;

Água higroscópica

É fixada na superfície dos colóides, por absorção;

Água capilar

É sujeita a fenômenos de capilaridade no solo e desloca-se nosespaços intersticiais;

Água gravitacional

Não é retida no solo, deslocando-se apenas nos macroporos, por açãoda gravidade;

Água de constituição

Integrante da estrutura química da fração sólida do solo.

Sistema Solo-Água


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No sistema solo-água atuam tanto forças gravitacionais, decorrentes dopeso das partículas, como forças de natureza superficial, de atração erepulsão entre as partículas de solo, a água e os íons presentes.

A interação físico-química entre as moléculas de água, as partículas desolo e os íons presentes, dão origem à formação da chamada “camadadupla”.

Da combinação das forças de atração e de repulsão entre as partículasresulta a estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículasna massa de solo e às forças entre elas.

Sistema Solo-Água


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Lambe (1953) identificoudois tipos básicos deestrutura:

Estrutura Floculada:

Os contatos se fazementre faces e arestas, aindaque através da águaadsorvida.

Estrutura Dispersa:

Quando as partículas seposicionamparalelamente, face a face.

Exemplo de estruturas de solossedimentares: (a) floculada em águasalgada, (b) floculada em água nãosalgada, (c) dispersa.

Sistema Solo-Água-Ar


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Solos não saturados;

Formas de ocorrência do ar nos solos: Bolhas oclusas

Canalículos intercomunicados

Formação de meniscos nos contatos ar-água

Tensão de sucção;

Fenômeno da capilaridade.

Análise Granulométrica


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Seqüência de procedimentos de ensaiosnormatizados que visam determinar a distribuiçãogranulométrica dos solos.

Ensaios (NBR 7181/84)

Peneiramento – se aplica a solos granulares, pois a malha maisfina exequível de fabricação é a da peneira 200.

Sedimentação – solo com predominância de finos

Lei de Stokes (1850)



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Curva granulométrica (sedimentação e peneiramento)



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ENSAIO DE PENEIRAMENTO

Série padrão de peneiras.

Peneira n° Abertura (mm) Peneira n° Abertura (mm)

4 4,75 30 0,600

5 4,00 35 0,500

6 3,35 40 0,425

7 2,80 50 0,355

8 2,36 60 0,250

10 2,00 70 0,212

12 1,70 80 0,180

14 1,40 100 0,150

16 1,18 120 0,125

18 1,000 140 0,106

20 0,850 170 0,090

25 0,710 200 0,075



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ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO

LEI DE STOKES (1850)

Determina a velocidade limite de esferas em queda livre numfluido viscoso.

Ao colocar-se uma certa quantidade de solo (uns 60g) emsuspensão em água (cerca de um litro), as partículas cairão comvelocidades proporcionais ao quadrado de seus diâmetros.



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LEI DE STOKES (1850)



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LEI DE STOKES (1850) – Expressão:

Donde:

υ – é a velocidade limite

γs – peso específico do material

γw – peso específico do fluido

μ – viscosidade do fluido

D – diâmetro da esfera

𝑣 = 𝛾𝑠 − 𝛾𝑤

18𝜇×𝐷2



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LEI DE STOKES

Exemplo 01: para grãos esféricos de solos (γs= 27,0 kN/m³)com diâmetro de 0,074mm (peneira n.200) sedimentando emágua na temperatura de 20ºC, tem-se:

μ = 0,010009 dina s/cm² = 1,029 × 10-6kPa·s

γw= 9,982 kN/m³

Isto é, grãos de solos com diâmetros equivalentes aos da aberturas das malhas da peneira nº.200 caem com velocidade de 0,50 cm/s em água na temperatura de 20ºC.

𝑣 =27− 9,98

18(1,029 × 10−6)× (7,4 × 10−5)2 = 0,50𝑐𝑚/𝑠



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LEI DE STOKES

Para Taylor (1948), para materiais com densidades próximasàs dos solos a lei de Stokes é aplicável desde que o diâmetrodas esferas esteja na faixa de 0,2 mm à 0,2 µm;

Limite superior: Evitar turbulência provocada pela queda degrandes esferas;

Limite inferior: Evitar um fenômeno chamado movimentoBrowniano.

Abaixo de 0,2 µm as forças de superfície da partícula passam a interagir com asforças de volume, gravitacionais, resultando no movimento aleatório destas nofluído, em conseqüência da colisão destas partículas suspensas com átomos emoléculas presentes na solução.

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