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(Frankipile Australia Pty Ltd GeoEng 2000)

FUNDAMENTOS DE MECNICA DOS SOLOS

IDENTIFICAO e CLASSIFICAO DOS SOLOS

INVESTIGAES GEOTCNICAS

COMPACTAO DOS SOLOS

HIDRULICA DOS SOLOS: CAPILARIDADE, PERMEABILIDADE e PERCOLAO.

DISTRIBUIO DE TENSES NO SUBSOLO

RESISTNCIA AO CISALHAMENTO

COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO UNIDIRECIONAL

Belo Horizonte, 2o semestre de 2010.

(15a edio)

INSTITUTO POLITCNICO - IPUC

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

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Apresentao

O presente trabalho de compilao tem por objetivo orientar os alunos no estudo dos solos, levando-os a conhec-los sob o interesse especfico da Engenharia Civil, qual seja o de comporem ou interagirem com as obras objetos dela. O contedo parte da classificao dos solos, passa pelas principais propriedades mecnicas desses, at alcanar aplicaes prticas como estabilizao de taludes. Este estudo dos solos prende-se ao aspecto essencialmente geotcnico, ou seja, direcionado s aplicaes da Engenharia Civil, tais como fundaes (particularmente as prediais), muros de arrimo, escavaes, taludes, aterros em geral etc. Enquanto na disciplina Materiais de Construo III o enfoque era o solo como material de construo (abordando caracterizao, identificao de jazidas, amostras deformadas, material amolgado, estabilizado, compactado etc.), em Fundamentos da Mecnica dos Solos j abrange tambm o solo nas condies naturais. Para efeitos didticos, o comportamento mecnico dos solos perante as obras correntes de Engenharia Civil, analisado basicamente segundo trs principais propriedades interativas, quais sejam a permeabilidade, a resistncia ao cisalhamento e a compressibilidade, objetivando-se alcanar ao final, uma viso sistmica do assunto. Especial importncia atribuda relao tenso "versus" deformao dos solos, frente condio limite de ruptura. Os princpios tericos expostos e as respectivas aplicaes prticas podero ser acompanhados por experincias em laboratrio e eventualmente, verificaes de campo, nas visitas a obras. A boa assimilao da disciplina exige razovel embasamento matemtico, bem como de Mecnica, Fenmenos de Transporte, Hidrulica e Resistncia dos Materiais. A abordagem adotada a da Mecnica dos Solos moderna, a partir da sistematizao dos conhecimentos creditada a KARL TERZAGHI. Desta forma, pretende-se apresentar aos estudantes os correspondentes ensinamentos organizadores, ou seja, os fundamentos tidos como mais bem consolidados, aceitos e difundidos da referida tcnica no contexto mundial, ainda que sob um olhar crtico e confrontado com a nossa realidade prxima. Enfim, visa-se contribuir na habilitao dos futuros Engenheiros nas atribuies que lhe so inerentes, bem como propiciar-lhes condies de prosseguir seus estudos da prpria graduao - no mesmo ramo ou no - e em nveis mais avanados, valendo-se da bibliografia indicada. Na oportunidade, no custa salientar que a Matemtica - juntamente com a Fsica - constitui o mais importante embasamento terico da Engenharia. Ela exerce papel estruturante do pensamento, promove o desenvolvimento do raciocnio lgico e proporciona ao estudante competncias e habilidades indispensveis aos estudos posteriores. Portanto, ela permeia todo o curso e referir-se apenas a alguns de seus tpicos pode significar uma viso compartimentada, bitolada, limitante e empobrecedora das cincias da Engenharia. No obstante, vale destacar alguns assuntos de aplicao mais explcita e rotineira em Mecnica dos Solos, com os quais o aluno deve estar em dia, para um melhor aproveitamento da matria: - Sistema Legal de unidades de medidas, - Elementos de geometria plana, - Funes exponenciais e logartmicas, - Funes trigonomtricas, - Solues de equaes algbricas, - Derivadas. Integrais, - Matrizes, determinantes (resoluo de um sistema de equaes lineares com o auxlio de matrizes), - Elementos de Geometria Analtica Plana. Cnicas (circunferncia, elipse, parbola, hiprbole); - Clculo Numrico, - Regresso linear simples. Ogiva.

Bons estudos ! Prof. MARCUS SOARES NUNES

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BIBLIOGRAFIA NACIONAL (e tradues) Em ordem cronolgica

- Mecnica dos Solos ROBERT F. CRAIG. 7 ed., LTC Editora / GEN, RJ, 2007. - Fundamentos de Engenharia Geotcnica BRAJA M. DAS. Traduo da 6 edio norte-americana. Thomson

Learning. SP, 2007. - Curso Bsico de Mecnica dos Solos Com Exerccios Resolvidos CARLOS DE SOUSA PINTO. 3 edio.

Oficina de Textos SP, 2006. - Obras de Terra Curso Bsico de Geotecnia FAIAL MASSAD. Oficina de Textos. SP, 2003. - Fundaes Teoria e Prtica WALDEMAR HACHICH e outros.Editora PINI Ltda. SP, 1996. - Introduo Mecnica dos Solos dos Estados Crticos J. A. R. ORTIGO. Livros Tcnicos e Cientficos Editora

S.A. RJ, 1995. - Mecnica dos Solos e suas aplicaes - HOMERO PINTO CAPUTO. Vol. 1: Fundamentos (6 ed., RJ 1988),

vol.2: Fundaes e Obras de Terra (6 ed., RJ 1987) e vol.3: Exerccios (4 ed., RJ 1987) Livros Tcnicos e Cientficos Editora S.A.

- Propriedades Mecnicas dos Solos Uma introduo ao projeto de fundaes FERNANDO EMMANUEL BARATA - Livros Tcnicos e Cientficos Editora S.A. RJ, 1984.

- Fundaes, Estruturas de Arrimo e Obras de Terra GREGORY P. TSCHEBOTARIOFF. Traduo de EDA FREITAS DE QUADROS - Editora McGraw-Hill do Brasil. SP, 1978.

- Introduo Mecnica dos Solos MILTON VARGAS. McGraw-Hill do Brasil / Editora da Universidade de So Paulo. SP, 1977.

- Mecnica dos Solos na prtica da engenharia K. TERZAGHI & R. B. PECK Traduo de A. J. DA COSTA NUNES Ao Livro Tcnico, RJ 1962.

- Solos e Rochas Revista Brasileira de Geotecnia ABMS (Associao Brasileira de Mecnica dos Solos e Engenharia Geotcnica) & ABGE (Associao Brasileira de Geologia de Engenharia). Desde Janeiro de 1978.

Normas da ABNT / INMETRO: - NBR 6497 - Levantamento geotcnico - NBR 6502 - Rochas e Solos - NBR 7250 - Identificao e descrio de amostras de solos obtidas em sondagens de simples reconhecimento dos solos. - NBR 6484 - Execuo de sondagens de simples reconhecimento dos solos - NBR 9303 - Sondagem a trado. - NBR 9604 - Abertura de poo e trincheira de inspeo em solo com retirada de amostras deformadas e indeformadas. - NBR 6457 - Amostras de solo - Preparao para ensaios de compactao e ensaios de caracterizao. - NBR 6508 - Gros de solo que passam na peneira de 4,8 mm - determinao da massa especfica - NBR 7181 - Solo - anlise granulomtrica - NBR 7180 - Solo - determinao do Limite de Plasticidade - NBR 6459 - Solo - determinao do Limite de Liquidez - NBR 7182 - Solo - Ensaio de Compactao - NBR 5681 - Controle tecnolgico da execuo de aterros em obras de edificaes

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Disciplinas do currculo 706/708 do CEC PMG N vinculadas rea de Geotecnia: Materiais de Construo III (3 per., 32 h-a teo.): Origem e formao dos solos. Solos residuais e sedimentares. ndices fsicos. Caracterizao do solo. Estabilizao do solo. Aplicaes do solo como material de construo. Resistncia dos Materiais I (4 per., 32 h-a teo. + 16 h-a lab.): Conceito de esforos solicitantes. Conceito de tenso e de deformaes axiais e angulares. Trao, compresso e cisalhamento. Diagrama tenso-deformao. Lei de Hooke. Efeito Poisson. Lei de Hooke generalizada. Geotcnica Viria (4 per., 32 h-a teo., pr-req. MC III): Estruturas geolgicas principais, guas subterrneas e superficiais. Aplicao da geologia em obras virias. Diretrizes para estudos geotcnicos de projetos virios. Estabilidade de aterros e cortes. Aterros sobre solos moles. Laboratrio de Pavimentao (4 per., 48 h-a teo., 16 h-a lab., pr-req. MC III): Caracterizao de solos atravs de ensaios geotcnicos. Controle de compactao de solos. Aplicao dos resultados dos ensaios nos estudos geotcnicos de projeto. Caracterizao de materiais betuminosos atravs de ensaios normalizados. Metodologia de dosagem de misturas. Critrios para controle tecnolgico de revestimentos betuminosos. Interpretao de resultados dos ensaios de materiais e sua aplicao em projetos de engenharia. Fundamentos de Mecnica dos Solos (5 per., 64 h-a teo.): Identificao e classificao dos solos. Compactao dos solos. Hidrulica dos solos. Capilaridade, permeabilidade e percolao. Distribuio de tenses no subsolo. Resistncia ao cisalhamento. Compressibilidade e adensamento. Ensaios de Laboratrio e de Campo (5 per., 32 h-a teo. + 32 h-a lab.): Prospeo do subsolo. Preparao de amostras para ensaios de caracterizao e especiais. Ensaios de caracterizao. Ensaios especiais: permeabilidade carga constante e carga varivel, adensamento edomtrico, cisalhamento direto, compresso simples, compresso triaxial - Q, R e S. Controle de compactao. Ensaios penetromtrico, pressiomtrico e dilatomtrico. Estruturas de Fundaes e Contenes (6 per., 64 h-a teo., pr-req. FMS): Tipos de fundaes. Prova de carga direta. Fundaes rasas e profundas: dimensionamento (detalhes). Tipos de estruturas de conteno. Barragens de terra e enrocamento: fatores condicionantes de projeto, estudo de emprstimo, compactao, anlise de estabilidade e fundaes. Aplicao de instrumentao em obras de terra. Tpicos Especiais em Mecnica dos Solos (6 per., 64 h-a teo. , pr-req. FMS): Capacidade de carga de fundaes rasas e profundas. Dimensionamento geotcnico de fundaes. Rebaixamento de lenol de gua: dimensionamento e execuo. Empuxos. Escavaes e escoramentos. Projeto de aterros e cortes. Geotecnia Ambiental (7 per., 96 h-a teo.): Mecanismos de movimentao de massas. Estabilidade de taludes (corte e aterro) e encostas. Aterros sanitrios. Disposio de resduos, rejeitos e estreis. Aplicaes de geossintticos em geotecnia ambiental. Eroso. Anlise-diagnstico de problemas ambientais. Recuperao de reas degradadas. Aspectos bsicos da legislao ambiental. Tecnologia das Construes (9 per., 64 h-a teo. , pr-req. MC III): Conceitos bsicos de construo e sistemas construtivos. Implantao de obras, execuo e acompanhamento de fundaes, contenes, estruturas de concreto e vedaes. Revestimentos verticais, horizontais e acabamentos. Equipamentos e ferramentas utilizados em edificaes. Noes gerais sobre funcionamento dos equipamentos, custos horrios e locao. Produtividade dos equipamentos e dimensionamento.

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SIMBOLO SIGNIFICADO(S)

A

rea Grau de Aerao Atividade coloidal (de SKEMPTON) Linha A do Grfico de Plasticidade de CASAGRANDE rea da seo transversal da proveta Designao principal do grupo de solo na classificao HRB/AASHTO

AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas AC Airfield Classification System ASTM American Society for Testing Materials

a

rea da seo transversal da bureta (tubo de carga do permemetro) Termo da frmula do ndice de Grupo Distncia entre duas linhas de fluxo Dimenso linear (comprimento ou largura) Subgrupo do grupo A-1 do mtodo HRB Atto (10-18)

av Coeficiente de compressibilidade

B Termo da Equao de STOKES, funo de , g, a (CAPUTO: A) Largura BPR Bureau of Public Road BR Bureau of Reclamation (Departamento de Recuperao)

b Termo da frmula do ndice de Grupo Subgrupo do grupo A-1 do mtodo HRB Dimenso linear horizontal (comprimento ou largura)

C

Argila (clay) Teor de argila Correo (da leitura do densmetro) Constante emprica da frmula de HAZEN (tanto a de k quanto a de hc) Centro do crculo de MOHR

CBR California Bearing Ratio (ou ISC) CC Carga constante (permemetro) CCR Concreto Compactado a Rolo (Roller Compacted Concrete) CD Ensaio triaxial adensado-drenado (consolidated-drained) CP Corpo-de-prova

CPT Cone Penetration Test - Ensaio de penetrao dinmica ou diep sondering CPTu Piezocone Penetration Test CREA Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia CS Coeficiente de segurana (ou FS, fator de segurana) CU Ensaio triaxial adensado-no drenado (consolidated-undrained) CV Carga varivel (permemetro)

Cc Coeficiente de curvatura (ou Cz) ndice de Compresso (ou K) Ce ndice de expanso (ou Cs) Cr ndice de recompresso

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Cs ndice de expanso (ou Ce) ou descarregamento ou descompresso ou inchamento Cu Coeficiente de Uniformidade (ou D, desuniformidade)

Cv Coeficiente de adensamento Coeficiente de viscosidade

c

Coeso total Coeficiente Termo da frmula do ndice de Grupo Centi (10-2)

c` Coeso efetiva D Coeficiente de Desuniformidade (ou Cu, de Uniformidade) DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes DPL Penetrmetro Dinmico Ligeiro

d

Correo de L (leitura do densmetro) devido ao defloculante Dimetro (do CP) Distncia Diferencial Dia Deci (10-1) Espessura de camada Termo da frmula do ndice de Grupo

da Deca (101) d ef. Dimetro efetivo (ou d10) dyn Dina (=10-5 N) d10, d30, d60 Dimetro correspondente a 10, 30 ou 60% que passa

E

Energia de compactao Empuxo (de ARQUIMEDES) Mdulo de Elasticidade Mdulo de deformabilidade (ou deformao) Exa (1018)

EA Equivalente de Areia EC Energia Cintica Ef Eficincia da compactao

e ndice de vazios (ou ) Espessura Base natural de logaritmo = 2,718281828459045235360287...

eo ndice de vazios original, natural (enat.), inicial ou na tenso i ei ndice de vazios num determinado instante ef ndice de vazios final enat. ndice de vazios natural (ou eo)

F Fator (ou Relao) de forma (Nf / Nd) da rede de fluxo Dimenso de fora

Fc Fator de converso (ou de correo) Fora geradora da tenso superficial FS Fator de segurana (ou CS, coeficiente de segurana) FHWA Federal Highway Administration

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f

Porcentagem de empolamento Coeficiente de atrito (interno, no caso dos solos) Funo Femto (10-15)

G

Grau de Saturao (ou S) Pedregulho (gravel) Densidade (relativa), ou Giga (109)

GC Grau de Compacidade Gc Grau de Compactao Gs Grau de sensibilidade ou sensitividade (ou Is, ndice de estrutura)

g Acelerao da gravidade Grama

H

Altura Carga hidrulica total Horizontal Alta (high) compressibilidade

Hd Altura de drenagem Hf Altura final (ou H1) no permemetro de carga varivel Ho Altura inicial (ou Hi) no permemetro de carga varivel H1 Altura final (ou Hf) no permemetro de carga varivel Hq Altura de queda HRB Highway Research Board Hs Altura de slidos (ou dos gros) Hv Altura de vazios

h Teor de umidade (ou w) Hora Hecto (102)

hc Altura de ascenso capilar hot Umidade tima I Fator de influncia IPR Instituto de Pesquisas Rodovirias IC ndice de Consistncia (ou Ic) Ic ndice de Consistncia (ou IC) IF ndice de Fluidez (ou de Fluncia) IG ndice de Grupo IP ndice de Plasticidade ISC ndice de Suporte Califrnia (ou CBR)

i Gradiente hidrulico (ou J ) Unidade imaginria Subscrito significando condio num determinado instante

i c Gradiente hidrulico crtico

J Fora de percolao Joule (Nm) J Gradiente Hidrulico (ou i)

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j Presso de percolao

K

Constante da prensa CBR ou do conjunto dinamomtrico ndice de Compresso (ou Cc) Coeficiente de tenso lateral Kelvin

Ka Coeficiente de empuxo ativo Kp Coeficiente de empuxo passivo Ko Coeficiente de empuxo em repouso

k

Coeficiente de permeabilidade ou Condutividade hidrulica Termo que multiplicado pela leitura do densmetro fornece % Quilo (103) Constante

hk , vk Coeficientes equivalentes de permeabilidade em terrenos estratificados, na direo horizontal (h) ou vertical (v)

kp Coeficiente de percolao

L

Leitura do densmetro Leitura do extensmetro Comprimento Altura do CP Dimenso linear Baixa (low) compressibilidade

LC (ou wS) Limite de Contrao LL (ou wL) Limite de Liquidez LP (ou wP) Limite de Plasticidade (ele manuscrito)

Litro

log Logaritmo vulgar, decimal ou de BRIGGS ln Logaritmo neperiano, natural ou hiperblico

M Mega (106) Dimenso de massa Silte (mo)

MPU Movimento Permanente Uniforme MT Ministrio dos Transportes

m

Correo de L (leitura do densmetro) devida ao menisco Massa Metro Mili (10-3) Termo da frmula de NEWMARK

m v Coeficiente de variao volumtrica

N

Nmero de camadas ndice SPT Newton (kg.m/s2) Nmero Fora normal

N Nmero de golpes mdio, do relatrio de sondagem SPT NA Nvel de gua

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Normalmente adensado (OCR = 1) NBR Norma Brasileira aprovada pela ABNT Nd Nmero de quedas de potencial (Number of equipotential drops) Nf Nmero de canais de fluxo (Number of flow channels) NL No lquido NP No plstico Np Nmero de passadas NT Nvel do terreno N Valor de fluncia (flow factor)

n

Porosidade Expoente emprico de TALBOT Nmero de camadas drenantes Nmero de golpes (no LL e na compactao PROCTOR) Coeficiente de restituio elstica na teoria do choque de NEWTON Termo da frmula de NEWMARK Nano (10-9)

O Orgnico OCR Over consolidation ratio (ou RSA ou RPA) = `a / `i

P

Peso Peso do solo mido (ou Ph ou Pt) Peso passado (no ensaio de granulometria) Ponto qualquer Poise Mal (poorly) graduado Peta (1015)

PA Pr-adensado (OCR > 1) Pa Peso de gua (ou Pw) Pascal Ps Peso de slidos ou dos gros ou do solo seco Ph Peso do solo mido (ou P ou Pt) Psat Peso do solo saturado Psub Peso do solo submerso Pw Peso de gua (ou Pa)

PPA Presso (ou tenso) de pr-adensamento ou de sobreadensamento ou de pr-consolidao (ou `a) PPM Plano Principal Maior PI Proctor intermedirio PM Proctor modificado PMT Ensaio pressiomtrico PN Proctor normal PRA Public Road Administration

Pt Turfa (peat) Peso do solo mido (ou Ph) PWP Poro-presso (pore-water pressure) P4 Porcentagem que passa na peneira nmero 4

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P10 Porcentagem que passa na peneira nmero 10 P40 Porcentagem que passa na peneira nmero 40 P200 Porcentagem que passa na peneira nmero 200

p Presso Tenso resultante da ao conjunta de e no plano Pico (10-12)

patm. Presso atmosfrica pc Presso corrigida (no ensaio CBR) pp Peso prprio ppm Plano Principal Menor

Q

Volume Vazo (ou Q/t) Carga (peso, fora) Ensaio triaxial rpido (quick)

Q/t Vazo (ou Q) q Vazo especfica

q u Resistncia compresso simples ou no confinada (ou RCS ou Rc)

R

Ensaio triaxial rpido (rapid) Peso retido Raio Termo da frmula de STEINBRENNER

REL Regime de escoamento laminar (ou lamelar) RCS Resistncia compresso simples ou no confinada (ou Rc ou q u) Rc Resistncia compresso simples ou no confinada (ou RCS ou q u ) Rm Raio do menisco RN Referncia de nvel (ou datum ) RPA Razo de pr-adensamento (ou OCR ou RSA) ou razo de cedncia RSA Razo de sobreadensamento (ou OCR ou RPA) ou razo de cedncia

r Raio (do crculo de MOHR) Recalque parcial (ou ) Coordenada cilndrica, polar ou esfrica.

rad Radiano (1 rd = 180/)

S Grau de saturao (ou G) Ensaio triaxial lento (slow) Areia (sand)

SI Sistema Internacional de Unidades SPT Ensaio de Penetrao Padro (Standart Penetration Test) SUCS Sistema Unificado de Classificao de Solos

s Superfcie especfica Segundo sc Sobrecarga

T

Temperatura Fator tempo Correo de L (leitura do densmetro) devida temperatura Fora tangencial

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Tera (1012) Carga transiente Dimenso de tempo

T.E. Tenso efetiva TRB Transportation Research Board Ts Tenso superficial T.T. Tenso total

t Tempo Tonelada U Porcentagem de adensamento ou Grau de adensamento URL Localizador Uniforme de Recursos (Uniform Resource Locator) USBR United States Bureau of Reclamation USP Universidade de So Paulo UU Ensaio triaxial no adensado-no drenado (uncons.-undrained) u Tenso neutra (ou sobre presso hidrosttica) u/a Carga piezomtrica ou de presso u o Presso hidrosttica

V Volume Velocidade de descarga Vertical

Va Volume de gua Var Volume de ar Vb Volume do bulbo do densmetro Vp Volume da pastilha (no LC) Vs Volume de slidos (ou dos gros) VST Ensaio de palheta ou vane test Vt Volume total Vv Volume de vazios

v Velocidade Velocidade de sedimentao v2/2g Carga cintica v b Velocidade da gua na bureta (ou tubo de carga) no permemetro CV v Velocidade de percolao (ou pv )

pv Velocidade de percolao (ou v )

W Peso Bem (well) graduado Watt

w Teor de umidade (ou h) x Coordenada y Coordenada

Z

Carga altimtrica ou geomtrica ou de posio Porcentagem de gua em relao ao peso do solo mido Distncia entre o centro do bulbo do densmetro e uma leitura qualquer da sua escala. Profundidade (ou z)

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z Profundidade (ou Z) Coordenada

(delta maiscula)

Desvio Diferena Deslocamento Incremento Determinante da regra de CRAMER Laplaciano ou operador de Laplace (operador diferencial de 2 ordem)

e Variao do ndice de vazios H

Perda de carga hidrulica (entre equipotenciais adjacentes) Deformao absoluta Recalque total (ou recalque a tempo infinito), ou

Ht Perda de carga total (montante / jusante) h Desvio de umidade L Comprimento R Variao de resistncia t Intervalo de tempo a Diferena de tenses principais (deviator stress) a r Resistncia compresso 2 Laplaciano ou operador de LAPLACE (operador diferencial de 2 ordem) (ou ) (sigma maiscula) Somatrio

%P Porcentagem que passa (no ensaio de granulometria) %R Porcentagem retida (no ensaio de granulometria)

Versus Vezes (multiplicao) Proporcionalidade Derivada (fi maisculo)

Fator de empolamento ngulo de atrito interno total

` ngulo de atrito interno efetivo (fi) Dimetro Dimetro (equivalente) dos gros 10 Dimetro (equivalente) efetivo (ou ef.) 30 Dimetro correspondente a 30% que passa 60 Dimetro correspondente a 60% que passa ef. Dimetro (equivalente) efetivo (ou 10 ) mx. Dimetro mximo de gros presentes no solo (da Equao de TALBOT) (pi) 3,141592653589793238462643... (ro) Massa especfica ou Densidade absoluta Recalque parcial (ou r)

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(nu) Viscosidade cinemtica [m2/s]

Coeficiente de POISSON (ou ) (tau) Tenso tangencial ou cisalhante (eta) Viscosidade Coeficiente de POISSON (ou )

(alfa) ngulo de inclinao do plano ngulo de contato ou de tenso capilar ngulo de propagao ou espraiamento ngulo de posio

(teta) ngulo de posio (beta) ngulo de posio (delta) Densidade (relativa) Recalque diferencial (gama) Peso especfico (aparente) Peso especfico (aparente) mido ` Peso especfico (aparente) submerso (ou sub) a Peso especfico da gua (ou w) a uma temperatura T qualquer conv. Peso especfico (aparente) convertido d Peso especfico (aparente) seco (ou s) g Peso especfico (real) dos gros ou dos slidos h Peso especfico (aparente) mido (ou ) o Peso especfico da gua pura a 4 graus centgrados s Peso especfico (aparente) seco s, mx. Peso especfico (aparente) seco mximo sat Peso especfico (aparente) saturado sub Peso especfico (aparente) submerso (ou `) w Peso especfico da gua (ou a) a uma temperatura T qualquer (sigma) Tenso normal Tenso total adm. Tenso admissvel (ou Capacidade de Carga da fundao) ` Tenso efetiva `a Tenso (ou presso) de pr-adensamento ou de sobreadensamento ou de pr-consolidao (ou PPA) ou ainda, de cedncia. c Tenso confinante 1 Tenso (normal) principal maior 3 Tenso (normal) principal menor (psilon) Deformao linear (tangencial) especfica ou unitria ndice de vazios (ou e) (mu) Viscosidade absoluta ou dinmica [N.s/m

2] Micro (10-6)

r Resistncia ao cisalhamento Infinito

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Alfabeto grego

Maiscula Minscula Equivalente Nome a Alfa b Beta g Gama d Delta e Epsilon z Zeta e Eta th Teta i Iota k Kapa l Lambda m Mu n Nu x Csi o Omikron p Pi r Ro s Sigma t Tau y Ypsilon ph Fi ch Qui ps Psi o Omega

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Unidade 1 IDENTIFICAO e CLASSIFICAO de solos

O enfrentamento de praticamente todos os problemas de Engenharia Civil envolvendo solos deve partir da identificao e/ou classificao destes, pois s assim ficaremos aptos a equacion-los e solucion-los. Tal procedimento procurar enquadrar o solo numa classe com caractersticas peculiares e ento ser possvel prever o seu provvel comportamento mecnico. Na Engenharia Civil, classificar solos particularmente importante nos casos de prospeco de jazidas ou sempre que o solo empregado como material de construo. Fraes constituintes dos solos, de acordo com a NBR 6502 da ABNT: A distribuio granulomtrica do solo (variao do tamanho dos seus gros) influi no seu comportamento mecnico e uma informao importante na sua descrio. A ABNT padronizou a seguinte Escala Granulomtrica:

Argila Silte Areia fina Areia mdia Areia grossa Pedregulho 0,005 0,05 0,42 2 4,8 76

Dimetro equivalente do gro (mm)

Outras designaes complementares:

Pedra (-de-mo) (cobble) Mataco (boulder) Bloco de rocha 7,6 25 100

Tamanho (cm) Identificao granulomtrica dos solos Raramente se encontra na natureza as partculas primrias do solo de modo isolado. Em geral so encontradas agrupadas, com seus constituintes individuais independentes porm cimentadas entre si em agregaes secundrias ou torres, por meio de ligantes orgnicos ou inorgnicos. Estes solos assim agrupados so designados pelo nome do tipo da frao predominante seguido do nome daquele de proporo imediatamente inferior. A designao baseia-se nas quantidades percentuais (em peso) das fraes presentes no solo, a partir de 10 %, possibilitando as seguintes combinaes: Areia Silte Argila Areia siltosa Silte arenoso Argila arenosa Areia argilosa Silte argiloso Argila siltosa Areia silto-argilosa Silte areno-argiloso Argila areno-siltosa Areia argilo-siltosa Silte argilo-arenoso Argila silto-arenosa Caso os percentuais sejam iguais, adota-se a seguinte ordenao: 1) argila, 2) areia e 3) silte. Quando a frao comparecer com menos de 5 %, usa-se o termo com vestgios de... e se estiver entre 5 e 10 %, usa-se com pouco .... Se a presena de pedregulho for de 10 a 30 %, acrescenta-se com pedregulho; alm disto, acrescenta-se com muito pedregulho. Obs.: A NBR 7250 da ABNT recomenda que no se utilize nomenclatura onde aparecem mais do que duas fraes (por exemplo: argila silto-arenosa). Porm, quando for o caso, pode-se acrescentar com pedregulhos.

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Alguns exemplos: Argila (%) Areia (%) Silte (%) Pedregulho (%) Identificao

12 61 27 Areia silto-argilosa 22 22 56 Silte argilo-arenoso 03 39 04 54 Areia c/ vestgios de silte, argila e muito pedregulho 18 42 23 17 Areia silto-argilosa com pedregulho

Testes de identificao dos solos pela inspeo expedita

Consistem na descrio de todos os aspectos perceptveis da amostra do solo, como a textura, a cor, o odor (solos orgnicos), a presena de minerais evidentes etc., a partir de uma anlise simples baseada principalmente nos sentidos (viso, olfato, tato, at mesmo o paladar!) e/ou uso de instrumentos comuns ou rudimentares (lmina de gilete, folha de papel, gua ou saliva!)... e na experincia pessoal. Exemplo: Silte argiloso marrom escuro, com pedregulhos. Procura-se em especial distinguir entre solos grossos e finos, ou melhor, entre solos de comportamento argiloso ou arenoso. Teste visual (exame de granulometria)

Consiste na observao visual do tamanho, forma, cor e constituio mineralgica dos gros do solo. Permite distinguir entre solos grossos e finos.

Teste do tato Consiste em apertar e/ou friccionar entre os dedos, a amostra de solo: os solos speros" so de comportamento arenoso e os solos "macios" so de comportamento argiloso.

Teste do corte Consiste em cortar a amostra com uma lmina fina e observar a superfcie do corte: sendo "polida" (ou lisa), trata-se de um solo de comportamento argiloso; sendo "fosca" (ou rugosa), trata-se de um solo de comportamento arenoso.

Teste da dilatncia (ou da mobilidade da gua ou ainda, da "sacudidela"). Consiste em colocar na palma da mo uma pasta de solo (em umidade escolhida) e sacudi-la batendo leve e rapidamente uma das mos contra a outra. A dilatncia se manifesta pelo aparecimento de gua superfcie da pasta e posterior desaparecimento ao se amassar a amostra entre os dedos: os solos de comportamento arenoso reagem sensvel e prontamente ao teste, enquanto que os de comportamento argiloso no reagem.

Teste de resistncia seca Consiste em tentar desagregar (pressionando com os dedos) uma amostra seca do solo: se a resistncia for pequena, trata-se de um solo de comportamento arenoso; se for elevada, de solo de comportamento argiloso.

Teste de desagregao do solo submerso Consiste em colocar um torro de solo em um recipiente contendo gua, sem deixar o torro imerso por completo: desagregao da amostra rpida quando os solos so siltosos e lenta quando so argilosos.

Teste de sujar as mos Consiste em umedecer uma amostra de solo, amass-la fazendo uma pasta e esfreg-la na palma da mo, colocando, em seguida, sob gua corrente: o solo arenoso lava-se facilmente, isto , os gros de areia limpam-se rapidamente das mos. O solo siltoso s limpa depois que bastante gua correu sobre a mo, sendo necessrio sempre alguma frico para limpeza total. J o solo mais argiloso oferece dificuldade de se desprender da palma da mo, porque os gros muito finos impregnam-se na pele, sendo necessrio friccionar vigorosamente para a palma da mo se ver livre da pasta.

Teste de disperso em gua Consiste em desagregar completamente uma amostra de solo e colocar uma poro num recipiente de vidro contendo gua. Agita-se o conjunto, em seguida imobiliza-se o recipiente, deixando-o em repouso e observa-se o tempo de deposio da maior parte das partculas do solo: os solos mais

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arenosos assentam suas partculas em poucos segundos enquanto que os argilosos podem levar horas.

Teste de plasticidade (ou da "cobrinha") Consiste em umedecer uma amostra de solo, manipular bastante essa massa entre os dedos e tentar moldar com ela uma cobrinha": se isto no for possvel, o solo arenoso. Se for possvel, mas ela se quebrar ao se tentar dobr-la, o solo areno-argiloso. Se a cobrinha se dobrar, mas se quebrar ao se tentar fazer um crculo, o solo argilo-arenoso. Se a cobrinha for dobrada em forma de crculo sem se quebrar, o solo argiloso.

Identificao trilinear Consiste num diagrama triangular (um grfico de 3 eixos) Fig. 1.1-a, artifcio atribudo a FERET, em que cada lado corresponde quantidade percentual (de 0 a 100) das fraes areia, silte e argila contidas no solo analisado. As 3 coordenadas (bastam duas) definem um ponto no interior do diagrama, inserido numa rea poligonal pre-delimitada empiricamente, correspondente ao tipo de solo, como no exemplo da Fig. 1.1-b, do Bureau of Public Roads.

Matriz

Fig. 1.1-a

Fig. 1.1-b

18

Existem inmeras verses deste tipo de diagrama. Um outro exemplo pode ser visto na Fig. 3-9 do livro Mecnica dos Solos e suas aplicaes - Vol. 1, H. P. CAPUTO L.T.C., R.J. 88, que a proposta do FHWA. Voc poder encontrar outras semelhantes, em outros livros que consultar. Procure obter pelo menos mais uma. Segue abaixo Fig. 1.1-c, um exemplo de outro tipo de grfico, equivalente Fig. 1.1-b, parecido com o trilinear, mas na verdade um grfico comum (sistema cartesiano de eixos ortogonais) de dupla entrada.

Obs.: Aplica-se para mx. = 2 mm. A frao ARGILA % no aparece. CLASSIFICAO DE SOLOS Consiste em se efetuar ensaios de laboratrio com a amostra do solo e com os resultados obtidos enquadr-los num critrio tcnico padronizado por normas, reconhecido regional, nacional ou internacionalmente, dentro da especialidade, no caso a Engenharia Civil. Existem diversos sistemas de classificao geotcnica, sendo os mais difundidos mundialmente inclusive aqui no Brasil - os que sero apresentados abaixo. Em geral os sistemas exigem dados sobre a granulometria do solo (tais como: P4, P10, P40, P200, 10, 30, 60) e plasticidade (LL e LP). Lembre-se que: - P4, P10, P40, P200 = Porcentagem que passa na peneira n 4 (4,8 mm), 10 (2mm), 40 (0,42 mm) ou

200 (0,075 mm), extradas da curva granulomtrica. - 10, 30, 60 = dimetro dos gros correspondente a 10%, 30% e 60% que passam, tambm extrados

da curva granulomtrica. - LL = Limite de Liquidez, que o teor de umidade para o qual o sulco se fecha com 25 golpes no

Aparelho de Casagrande (concha que bate numa base dura medida que se gira a manivela). o teor de umidade que separa os estados de consistncia plstico e lquido.

- LP = Limite de Plasticidade, que o teor de umidade de um bastonete de solo com 3 mm de dimetro e 10 cm de comprimento, o mais seco possvel sem se fragmentar, ao ser rolado sobre uma placa de vidro. o teor de umidade que separa os estados de consistncia semi-slido e plstico.

Fig. 1.1-c

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PRINCIPAIS SISTEMAS DE CLASSIFICAO GEOTCNICA

Sistema Rodovirio de Classificao TRB (ou HRB / AASHTO). O sistema original foi desenvolvido pelo US Bureau of Public Road (na dcada de 20, baseado em trabalhos de TERZAGHI e HOGENTOGLER) e publicado pelo US Public Roads Administration (atual AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials) em 1942. Posteriormente (1945) foi adotada, com alteraes, pelo US Highway Research Board, que hoje o TRB Transportation Research Board. Assim, todas estas siglas (em negrito) so usadas para designar o mtodo. Divide os solos em grupos e subgrupos, conforme o quadro abaixo (Fig. 1.2):

SISTEMA RODOVIRIO DE CLASSIFICAO TRB ( HRB / AASHTO ) Granulometria Plasticidade Tipo de

material GrupoSub-

grupo P10 P40 P200 LL IP IG

a 50 30 15 A.1 b 50 25 6

A.3 > 50 10 NP 4 40 5 > 40 10

0

6 40

Granular A.2

7

35 > 40 > 10 4

A.4 40 8 A.5 > 40 10 12 A.6 40 > 10 16

5 10 < IP (LL - 30)

Silto-

argiloso A.7 6

> 35

> 40 10 < IP > (LL - 30) 20 Turfoso A.8 Cor e odor tpicos, partculas fibrosas, fofo, altamente compressvel, muito leve e inflamvel quando seco, no-plstico. Testes.

Fig. 1.2

(O sistema compreendia, inicialmente, dois grupos, A e B, sendo os solos A de bom comportamento e os B de mau comportamento. Abandonou-se o smbolo B, ficando apenas com o A, que no tem hoje nenhum significado especfico.) IP = ndice de Plasticidade = LL LP NP = No-plstico. IG = ndice de Grupo, elemento definidor da capacidade de suporte do terreno de fundao do pavimento, representado por um nmero inteiro variando de 0 a 20 que retrata o duplo aspecto de plasticidade e graduao do solo. Calculado por frmula emprica, segundo mtodo concebido por D.J. STEELE, engenheiro do antigo US Bureau of Public Roads, baseada nos estudos e verificaes de materiais de subleito examinadas por diversas organizaes rodovirias. Em condies normais de boa drenagem e forte compactao, a capacidade-suporte de um material para subleito inversamente proporcional ao seu ndice de Grupo, isto , um IG = 0 representa um bom material e um IG = 20 representa um material muito fraco para subleito.

20

Geralmente os solos granulares apresentam IG menores (at 4), os siltosos valores intermedirios (at 12) e os argilosos maiores (at 20). Clculo do IG (a) analiticamente: IG = 0,2.a + 0,005.a.c + 0,01.b.d Eq. 1.1, onde: a = P200 35 Devem variar s de 0 a 40 (se der negativo, coloque zero e se b = P200 15 for maior que 40, coloque 40) c = LL 40 Devem variar s de 0 a 20 (se der negativo, coloque zero e se d = I P 10 for maior que 20, coloque 20)

P200 15% IG = 0 A Eq. 1.1 pode ento ser apresentada da seguinte forma:

IG = (P200 - 35)[0,2 + 0,005(LL - 40)] + 0,01(P200 - 15)(IP - 10) Eq. 1.1 0 a 40 0 a 20 0 a 40 0 a 20 (b) graficamente: - veja a figura 13-3 do livro Mecnica dos Solos e suas aplicaes - Vol. 1 - H. P. CAPUTO L.T.C., R.J. 88 e tambm o baco Fig. III-24 do livro Pavimentao Rodoviria M. L. DE SOUZA 2a ed. Vol.1 LTC IPR / DNER / MT R.J. 80. A classificao neste sistema feita simplesmente enquadrando-se os dados do solo (P10, P40, P200, LL e IP obtidos em laboratrio) no quadro da Fig. 1.2. A 1a linha de cima para baixo do quadro em que todos os dados se encaixarem, fornece a classificao grupo, subgrupo (se houver) e sempre se indica, entre parnteses, o valor do IG. Exemplos: A.1-b (0), A.5(10). O livro Prospeco geotcnica do subsolo de M. J. C. P. A. DE LIMA - L.T.C., R.J. 79, apresenta, na Fig. 3.2 pg. 15, um relatrio de sondagem onde os solos foram classificados por estes sistema.[H um erro na designao de um dos solos (encontre-o) e faltam, em todas, a indicao dos IG`s]. Os campos em branco nas colunas Granulometria e Plasticidade significam que qualquer valor serve.

No caso dos solos finos (silto-argilosos, P200 > 35%) as condies de plasticidade do quadro podem ser representadas pelo seguinte grfico LL versus IP: 70 A.6 A.7-6 Equao desta linha: IP IP = LL - 30 A.7-5 (Eq. 1.2) 10 A.4 A.5 0 40 100 LL Fig. 1.3 (fora de escala)

21

SISTEMA DE CLASSIFICAO UNIFICADA USC / ASTM. Este sistema, chamado originalmente de sistema de classificao para aeroportos (Airfield Classification System AC) foi proposto por ARTHUR CASAGRANDE (em 1942/48) e em 1952 o US Bureau of Reclamation e o Corps of Engineers of the United State Army o apresentaram com ligeiras modificaes, como Unified Soil Classification System USC, ou Sistema Unificado de Classificao de Solos SUCS. Foi homologado pela ASTM American Society for Testing Materials. A Fig. 1.4, apresenta um quadro sntese que permite classificar solos por este sistema, conforme descrio a seguir. As classificaes so representadas por combinaes de letras (provenientes de termos estrangeiros), sendo que algumas se referem designao principal do solo e outras s designaes complementares ou secundrias. So elas: - designao principal: G = pedregulho (gravel) ou S = areia (sand) - designao complementar: W = bem graduado (well graded) ou P = mal graduado (poorly

graded). M = silte (mo em sueco, j que em ingles silt e o S j foi empregado para areia), C = argila (clay). O = orgnico (organic). L = baixa (low) ou H = alta (high) compressibilidade. Pt = turfa (peat).

O processo de classificao consiste no seguinte: 1) Comece pelo P200. Se ele for menor ou igual a 50 trata-se de solo grosso e ento tem-se que definir

se ele G ou S. Para isto basta verificar qual destas fraes predomina no solo, calculando: G = 100 P4 e S = P4 P200. O que for maior define o tipo de solo.

2) Se o P200 for menor ou igual a 5, deve-se dizer se o solo W ou P (alm de G ou S). Para isto calculam-se os coeficientes de curvatura (Cc = 302 / 60.10) e de Uniformidade (Cu = 60 / 10). Para que o solo seja W, necessrio que o Cu seja maior que 4 no caso do G e maior que 6 no caso do S e, simultaneamente, que o Cc esteja compreendido entre 1 e 3, em ambos os casos. Caso uma ou as duas condies no sejam atendidas, ele P. As alternativas so, portanto: GW, GP, SW ou SP.

3) Se o P200 estiver entre 5 e 12, o solo grosso (G ou S) recebe dupla classificao. Alm de dizer se ele W ou P, tem-se que acrescentar se ele M ou C. Para isto utiliza-se o Grfico de Plasticidade de CASAGRANDE ( Fig 1.5) ou apenas a Eq. 1.3. Se o ponto LL x IP cair acima da Linha A C, se cair abaixo M. As alternativas so, portanto: GW-GC, GW-GM, GP-GC, GP-GM, SW-SC, SW-SM, SP-SC, SP-SM.

4) Se o P200 for maior que 12 (e menor que 50), no precisa mais dizer nada sobre a granulometria, isto , se ele W ou P, mas continua sendo necessrio dizer se ele M ou C. Para isto basta, do mesmo modo anterior, usar o Grfico de Plasticidade de CASAGRANDE (Fig 1.5). As alternativas so: GC, GM, SC ou SM.

5) Se o P200 for maior que 50 (mas naturalmente menor que 100), ele fino. Nestes casos basta usar o Grfico de Plasticidade de CASAGRANDE (Fig 1.5). A regio que contiver o ponto LL x IP do solo define a classificao. Acima da Linha A est o C. Abaixo da Linha A esto o M e o O. esquerda de LL = 50 est o L e direita o H. As alternativas so, portanto: CH, CL, MH, ML, OH e OL. Existe ainda uma regio de transio, acima da Linha A, com IP entre 4 e 7, que CL-ML. Para distinguir entre solo M ou O, necessrio dispor de mais informaes, geralmente fornecidas pelo laboratrio, do tipo: cor, odor e outras caractersticas que permitam deduzir que o solo seja orgnico (mas no propriamente turfoso, este altamente orgnico). Um dos elementos de diferenciao consiste em comparar os Limites de Liquidez do solo, sob o seguinte critrio:

75,0sec 50, a regra favorecer a classificao mais plstica. Exemplo: um solo de granulometria fina com LL = 50 e IP = 22 ser classificado com mais razo como CH-MH que como CL-ML. (b.1) se o ponto LL x IP cair sobre, ou praticamente sobre a Linha A ou mesmo caindo acima mas tendo IP entre 4 e 7, dever ser dada ao solo uma classificao intermediria adequada, tal como CL-ML ou CH-OH. (b.2) se o ponto LL x IP cair sobre ou praticamente sobre a linha LL = 50, dever ser dada ao solo uma classificao intermediria apropriada, tal como CL-CH ou ML-MH. No deixe de conhecer as tabelas de comparaes que Liu (1967) fez entre as classificaes obtidas pelos dois sistemas e que podem ser encontradas no item 11 pg. 71 Cap. III do livro Pavimentao Rodoviria M. L. de Souza 2a ed. Vol.1 LTC IPR / DNER / MT RJ, 80 ou nas Tabelas 4.4 e 4.5 do livro de Braja M. Das, indicado na Bibliografia.

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SISTEMA DE CLASSIFICAO UNIFICADA ( USC / ASTM )

Granulometria Plasticidade Tipo de Material P200 (%) P4 (%) Cc, Cu IP LL

Classificao

5

GW GP SW SP

5

4 (para G) W Cu > 6 (para S) Fora destas faixas: P

7 < IP > 0,73(LL 20) : C

IP 0,73 (LL 20) M ou IP 7

GW GC GW GM GP GC GP GM SW SC SW SM SP SC SP SM

Grosso

1

2

(

P

4

P

2

0

0

)

:

G

(

1

0

0

P

4

)

50 : H

Fino

> 50

7 < IP > 0,73(LL 20) : C IP 0,73 (LL 20) M ou IP 4 (4 < IP 7 ) e [ IP > 0,73 (LL 20)] : C M

50 : L

CH MH ou OH

CL

ML ou OL CL - ML

Turfoso

Caracterizado pela cor e odor tpicos, partculas fibrosas, fofo, altamente compressvel, muito leve e inflamvel quando seco, no-plstico. Teste de perda ao fogo (rubro). Limites de consistncia antes e depois da secagem. Segundo a NBR 6502, so solos com grande porcentagem de partculas fibrosas de material carbonoso ao lado de matria orgnica no estado coloidal.

Pt

Fig. 1.4

24

Grfico (ou Carta) de Plasticidade de CASAGRANDE (para ser usado sempre que P200 > 5%):

IP Limite terico*: CH IP = LL Equao desta linha (denominada Linha A): IP = 0,73(LL-20) (Eq. 1.3) CL 7 CL ML 4 ML ou OL MH ou OH 50 LL

Fig. 1.5 (fora de escala) * Segundo o US Corps of Engineeres, existe tambm um limite prtico (upper-limit line), verificado para os solos naturais, dado pela equao IP = 0,9(LL - 8). Compare o grfico da Fig. 1.3 com o da Fig. 1.5 Referncias bibliogrficas adicionais: - DNER (atual DNIT) - Manual de Pavimentao vol. 1. Edies Engenharia 16/77. - GENE STANCATI, JOO BAPTISTA NOGUEIRA, ORNCIO MONJE VILAR - Ensaios de Laboratrio em Mecnica dos Solos.

Departamento de Geotecnia da Escola de Engenharia de So Carlos / USP, 1981 - SAMUEL DO CARMO LIMA - Como Observar e Interpretar Solos. Revista Sociedade & Natureza. Uberlndia MG, 1994 - Item 1.4 do CRAIG. - Captulo 4 do BRAJA. - Captulo 3 do CARLOS DE SOUSA PINTO..

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CLASSIFICAO MCT (Noes) uma proposta brasileira (NOGAMI e VILLIBOR, 1981) de classificao geotcnica ajustada a solos tropicais, originalmente desenvolvida para fins rodovirios. Ela parte do princpio que os sistemas tradicionais, importados, baseados na granulometria e caractersticas plsticas dos solos no devem ser aplicados diretamente aos solos tropicais, pois isto leva frequentemente a resultados no condizentes com o desempenho real nas obras, no caso de solos tipicamente tropicais, face s suas peculiaridades. A metodologia baseia-se na obteno de propriedades de corpos de provas de dimenses reduzidas compactados, da a sigla MCT Miniatura, Compactados, Tropicais. A classificao MCT divide os solos tropicais em duas grandes classes, quais sejam, os solos de comportamento latertico e de comportamento no-latertico (classe esta na qual se incluem os saprolticos, os transportados e outros) e ento enquadra os solos tropicais em 7 grupos: NA, LA, NS`, NA`, NG` e LG`, onde L significa latertico, N = no-latertico, A = areia, A` = arenoso, G`= argiloso e S= siltoso. A separao nas duas classes no se baseia em critrios geolgicos ou pedolgicos, mas sim em consideraes essencialmente tecnolgicas ou geotcnicas. As propriedades dos solos utilizadas na classificao so provenientes de ensaios mecnicos e hidrulicos simplificados, como o mtodo de compactao mini-MCV Moisture Condition Value, (sem imerso / perda por imerso), expanso / contrao, coeficiente de permeabilidade, coeficiente de soro e algumas correlaes. Uma das limitaes do mtodo a ainda baixa representatividade estatstica (... apenas meia centena de solos tpicos das rodovias do Estado de So Paulo). Outra no se aplicar a solos granulares, por no serem compactveis. Fontes de consultas: - Uma nova classificao de solos para finalidades rodovirias JOB SHUJI NOGAMI e DOUGLAS FADUL VILLIBOR. Simpsio Brasileiro de Solos Tropicais em Engenharia COPPE/UFRJ, CNPq, ABMS. Rio de Janeiro, 21 a 23/09/1981. - Classificao Geotcnica MCT para solos tropicais VERA M. N. COZZOLINO e JOB S.NOGAMI. Solos e Rochas revista brasileira de Geotecnia, vol. 16, n. 2, agosto de 1993.

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Prtica

1) O que so os Testes de Identificao pela Inspeo Expedita dos Solos ? Qual seu objetivo principal? 2) Em que consiste a Identificao Trilinear dos solos?

3) Quais so as diferenas geotcnicas mais marcantes entre um solo arenoso e um argiloso?

4) Em que consiste a identificao dos solos ? Cite exemplos.

5) Descreva detalhadamente, quais procedimentos voc adotaria para identificar amostras de solos no campo,

caso no pudesse contar com qualquer apoio de um laboratrio no momento.

6) Como so obtidos e para que servem os Limites de ATTERBERG? 7) Qual a importncia e a utilizao prtica de se fazer a classificao (geotcnica) dos solos e quais so os

elementos necessrios para tal ?

8) O que e para que serve o Grfico de Plasticidade de A. CASAGRANDE adotada no SUCS? 9) Um mesmo solo pode ser classificado como grosso pelo sistema TRB / AASHTO e fino pelo sistema

USC / ASTM? E o contrrio? Por qu?

10) Pesquise e fornea o significado dos seguintes termos da Geotecnia: Solos tropicais, solos saprolticos e solos laterticos. Pesquise tambm e apresente uma breve sntese sobre a Classificao Resiliente (Pinto, Preussler, Medina, COPPE/UFRJ 1976).

11) Recolha com cuidado uma pequena amostra de solo; anote a localizao precisa de onde foi extrada (num mapa)

e identifique-a. Faa um relatrio descrevendo todos os procedimentos adotados para tal. Recorra a profissionais mais experientes. Acondicione a amostra num saquinho plstico ou vidro de boca larga, bem fechado e etiquetado e leve para a sala de aula.

12) Identifique, usando o diagrama trilinear do FHWA , o do BPR e mais um outro geotcnico (a seu critrio), um solo

que apresentou em laboratrio, a seguinte composio granulomtrica: Areia = _ _ _ %, Silte = _ _ _ % e Argila = _ _ _% (Atribua valores a seu critrio, lembrando que a soma dos 3 deve totalizar 100). Agora responda: - voc acha que os 3 resultados so coerentes entre si?

13) Classifique todos os 16 solos (Mi) abaixo, pelos Sistemas TRB / AASHTO e USC / ASTM, cujas

caractersticas geotcnicas determinadas em laboratrio, esto informadas nos quadros. % Solo M1 Solo M2 Solo M3 Solo M4

Peneira n 4 97 98 85 100 Peneira n 10 96 94 80 93 Peneira n 40 93 80 60 69 Peneira n 200 87 57 28 32 Peneira n 270 84 50 27 26 0,005 mm 50 20 9 9

Granulometria

0,001 mm 25 15 3 3 Limite de Liquidez 32 47 21 42 Plasticidade Limite de Plasticidade 23 35 16 34

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Solo P4 (%) P10 (%) P40 (%) P200 (%) 2 (%) LL (%) LP (%) M5 100 40 10 2 0 - - M6 72 62 55 48 10 36 26 M7 100 100 95 86 39 50 22 M8 48 32 8 0 0 - - M9 100 98 80 62 27 64 38 M10 81 60 32 10 01 26 16 M11 90 82 65 50 31 25 22

2 (%) significa porcentagem de gros do solo com tamanho inferior a dois microns. 1 = 10-6m = 10-3 mm

Granulometria Plasticidade Solo P4 (%) P10 (%) P40 (%) P200(%) 10(mm) 30(mm) 60(mm) LL (%) LP (%) M12 82,5 52,8 23,8 10 0,075 0,66 2,57 50 30 M13 100 100 78 43 25,5 20,5 M14 66 44 21 09 0,1 0,9 4,0 75 67 M15 47 37 23 14 0,03 1,0 10 15 10 M16 100 100 100 86 0,005 0,01 0,022 80 55

Legenda: P = porcentagem que passa. = dimetro equivalente do gro. LL = Limite de Liquidez. LP = Limite de Plasticidade.

14) Classifique, pelos sistemas USC / ASTM e TRB / AASHTO o solo M17 que apresentou os seguintes

resultados em laboratrio: - Equao da Curva Granulomtrica: onde P = porcentagem que passa (em %) = dimetro equivalente do gro do solo (em mm) mx.= dimetro equivalente da maior partcula presente no solo = 1,1.N - 0,6 = _ _ _ mm n = expoente emprico = (N + 14)/100 = _ _ _ (adimensional).

- Plasticidade: Limite de Liquidez, LL = 93 - 2 N = _ _ _ % Limite de Plasticidade, LP = 10%. Apresente todos os passos da sua resoluo.

15) Classifique, pelos sistemas USC e TRB, os 2 solos que apresentaram os resultados de laboratrio expostos

a seguir. Apresente todos os passos necessrios resoluo, inclusive marque no grfico os pontos usados.

100.

xPn

mx

=

GRANULOMETRIA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

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

Dimetro (mm)

% P

assa

Solo M18 Solo M19

PLASTICIDADE

Solo LL IP M18 71 61 M19 NP

28

16) Classifique, pelos sistemas USC e TRB, os 2 solos que apresentaram os seguintes resultados em laboratrio:

- Granulometria:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

Dimetro (mm) - Esc. log.

Porc

enta

gem

que

pas

sa (%

)

- Plasticidade (vale para ambos os solos):

Limite de Liquidez = (3.No +7) /2 = _ _ _ % Limite de Plasticidade = 3(No -1) / 4 = _ _ _%. Apresente todos os passos da sua resoluo, inclusive marque no grfico os pontos que voc utilizou.

17) Classifique, pelos sistemas USC e TRB, um solo (M22) cuja curva granulomtrica pode ser expressa

com suficiente preciso, pela equao P = ( / 76)n 100, onde P a porcentagem que passa (%), o dimetro equivalente do gro (mm) e n um expoente emprico adimensional = (No + 9) / 100 = _ _ _ O Limite de Plasticidade = 66 - No = _ _ _% e o Limite de Liquidez = 2 LP.

Obs.: N deve ser substitudo por um nmero especfico para cada aluno, conforme indicao do professor.

Abertura de algumas peneiras: N 4 = 4,8 mm N 10 = 2,0 mm N 40 = 0,42 mm N 200 = 0,075 mm

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Unidade 2 INVESTIGAES GEOTCNICAS

Manuais Poos Trincheiras Trados manuais

Diretos

Mecnicos

Sondagens percusso com circulao de gua (SPT) Sondagens rotativas Sondagens mistas Sond. especiais com extrao de amostras indeformadas

Semi-diretos Ensaio de palheta ou vane test (VST) Ensaio de penetrao dinmica ou diep sondering (CPT)Ensaio pressiomtrico (PMT)

Mtodos de prospeco

Indiretos (geofsicos)

Ssmico Gravimtricos Magnticos Eltricos

(Prospeco geotcnica do subsolo - Maria Jos C. Porto A. de Lima)

Trataremos aqui apenas do mtodo SPT - Standard Penetration Test, j que ainda o mais difundido no Brasil, como um processo de simples reconhecimento do subsolo. Tambm por atender suficientemente ao interesse mais imediato desta disciplina e em vista do assunto ser abordado na Unid. III da disciplina associada Ensaios de Laboratrio e de Campo. SONDAGEM A PERCUSSO SPT, COM CIRCULAO DE GUA As finalidades deste mtodo para fins da Engenharia Civil so: - explorao por perfurao e amostragem do solo, - medidas do ndice de resistncia penetrao (N), - determinao da profundidade do nvel de gua (NA) e - identificao dos horizontes do terreno. As principais vantagens do mtodo so: - Custo relativamente baixo. - Facilidade de execuo e possibilidade de trabalho em locais de difcil acesso. - Permite a coleta de amostras do terreno, a diversas profundidades, possibilitando o conhecimento

da estratigrafia do mesmo. - Atravs da maior ou menor dificuldade oferecida pelo solo penetrao de ferramenta padronizada,

fornece indicaes sobre a consistncia ou compacidade dos solos investigados. - Possibilita a determinao da profundidade de ocorrncia do lenol fretico. Equipamento padro Peas principais: - Trip equipado com sarilho, roldana e cabo de ao ou corda de sisal - Tubos de revestimento em ao, com dimetro interno mnimo de 66,5 mm - Haste de ao para avano - Martelo de 65 kg para cravao das haste de perfurao e dos tubos de revestimento

30

- Amostrador padro de dimetro externo de 50,8 mm e interno 34,9 mm. O corpo do amostrador bipartido. A cabea tem dois orifcios laterais para sada da gua e ar e contm interiormente uma vlvula de bola

- Bomba de gua motorizada para circulao de gua no avano da perfurao - Trpano ou pea de lavagem (pea de ao terminada em bisel e dotada de duas sadas laterais para a

gua) - Trado concha com 100 mm de dimetro e trado espiral de dimetro mnimo de 56 mm e mximo de

62 mm Descrio da tcnica de execuo da sondagem. a) Perfurao A perfurao iniciada com o trado cavadeira at a profundidade de 1 (um) metro, instalando-se o primeiro segmento do tubo de revestimento. Nas operaes subsequentes de perfurao utiliza-se o trado espiral, at que se torne inoperante ou at encontrar o nvel de gua . Passa-se ento ao processo de perfurao por circulao de gua no qual, usando-se o trpano de lavagem como ferramenta de escavao, a remoo do material escavado se faz por meio de circulao de gua, realizada pela bomba de gua motorizada. Durante as operaes de perfurao, caso a parede do furo se mostre instvel procede-se a descida do tubo de revestimento at onde se fizer necessrio, alternadamente com a operao de perfurao. O tubo de revestimento deve ficar no mnimo a 50 cm do fundo do furo, quando da operao de amostragem. Em sondagens profundas, onde a descida e a posterior remoo dos tubos de revestimentos for problemtica, poder ser empregada lama de estabilizao em lugar do tubo de revestimento. Durante a operao de perfurao so anotadas as profundidades das transies de camadas detectadas por exame tctil-visual e da mudana de colorao dos materiais trazidos boca do furo pelo trado espiral ou pela gua de lavagem. Durante a sondagem o nvel de gua no interior do furo mantido em cota igual ou superior ao nvel lenol fretico. b) Amostragem Ser coletada, para exame posterior, uma parte representativa do solo colhido pelo trado concha durante a perfurao at um metro de profundidade. Posteriormente, a cada metro de perfurao, a contar de um metro de profundidade, so colhidas amostras dos solos por meio do amostrador padro. Obtm-se amostras cilndricas, adequadas para a classificao porem evidentemente comprimidas. Este processo de extrao de amostras oferece entretanto a vantagem de possibilitar a medida da consistncia ou compacidade do solo por meio de sua resistncia penetrao no terreno. Os recipientes das amostras devem ser providos de uma etiqueta, na qual, escrito com tinta indelvel, devem constar: - designao ou nmero do trabalho - local da obra - nmero da sondagem - profundidade da amostra - nmero de golpes do ensaio de penetrao. c) Ensaio de Penetrao Dinmica O amostrador padro conectado extremidade da haste de perfurao, descido no interior do furo de sondagem e posicionado na profundidade atingida pela perfurao. A seguir, a cabea de bater

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colocada no topo da haste, o martelo apoiado suavemente sobre a cabea de bater e anotada a eventual penetrao do amostrador no solo. Utilizando-se o topo do tubo de revestimento como referncia, marca-se na haste de perfurao, com giz, um segmento de 45 cm dividido em trs trechos iguais de 15 cm. Para efetuar a cravao do amostrador padro, o martelo deve ser erguido at a altura de 75 cm , marcada na haste-guia, por meio de corda flexvel que se encaixa com folga no sulco da roldana. No tendo ocorrido penetrao igual ou maior do que 45 cm no procedimento descrito, inicia-se a cravao do barrilete por meio de impactos sucessivos do martelo, at a cravao de 45 cm do amostrador . Devem ser anotados, separadamente, os nmeros de golpes necessrios cravao de cada 15 cm do amostrador. Boletim de campo Nas folhas de anotaes de campo devem ser registrados: - nome da obra e interessado - identificao e localizao do furo - dimetro de sondagem - data de execuo - descrio e profundidade das amostras coletadas - medidas de nvel de gua com data, hora e profundidade do furo por ocasio da medida - ferramenta utilizada na perfurao e respectiva profundidade . Consideraes sobre o lenol fretico Durante a perfurao o operador deve estar atento a qualquer aumento aparente da umidade do solo, indicativo da presena prxima do nvel de gua (NA), bem como um indcio mais forte, tal como de estar molhado um determinado trecho inferior do trado . Durante a execuo da sondagem percusso so efetuadas observaes sobre o nvel de gua, registrando-se a sua cota, a presso que se encontra e as condies de permeabilidade e drenagem das camadas atravessadas . Ao se atingir o nvel de gua interrompe-se a operao de perfurao, anota-se a profundidade e passa-se a observar a elevao do nvel de gua no furo, efetuando-se leituras a cada 5 minutos, durante 30 minutos. Deve ser medida, caso ocorra, a vazo de gua ao nvel do terreno. O nvel de gua tambm dever ser medido 24 horas aps a concluso do furo. Composio do relatrio final Os resultados das sondagens devem ser apresentados em relatrios, numerados, datados e assinados por responsvel tcnico pelo trabalho perante o Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia - CREA . O relatrio deve ser apresentado em formato A4 . Devem constar do relatrio: - nome do interessado - local e natureza da obra - descrio sumria do mtodo e dos equipamentos empregados na realizao das sondagens - total perfurado, em metros - declarao de que foram obedecidas as Normas Brasileiras relativas ao assunto - outras observaes e comentrios, se julgados importantes - referncias aos desenhos constantes do relatrio.

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Anexo ao relatrio deve constar desenho contendo: - planta do local da obra, cotada e amarrada a referncias facilmente encontradas e pouco mutveis,

de forma a no deixar dvidas quanto a sua localizao - nesta planta deve constar a localizao das sondagens cotadas e amarradas a elementos fixos e bem

definidos no terreno . A planta deve conter , ainda, a posio da referncia de nvel (RN) tomada para o nivelamento das bocas das sondagens, bem como a descrio sumria do elemento fsico tomado como RN .

Os resultados das sondagens devem ser apresentados em desenhos contendo o perfil individual de cada sondagem e sees do subsolo, nos quais devem constar, obrigatoriamente: - o nome da firma executora das sondagens, o nome do interessado, local da obra, indicao do

nmero do trabalho e os vistos do desenhista, do engenheiro ou gelogo responsvel pelo trabalho - dimetro do tubo de revestimento e do amostrador empregados na execuo das sondagens - nmero(s) da(s) sondagem(ns) - cota(s) da(s) boca(s) dos furos de sondagem, com preciso de 1 cm - linhas horizontais cotadas a cada 5 m em relao referncia de nvel - posio das amostras colhidas - os ndices de resistncia penetrao (N), calculados como sendo a soma do nmero de golpes

necessrios penetrao no solo dos 30 cm finais do amostrador - identificao dos solos amostrados - a posio do nvel de gua encontrado e a respectiva data de observao - conveno grfica dos solos que compem as camadas do subsolo - datas de incio e trmino de cada sondagem - indicao dos processos de perfurao empregados e respectivos trechos, bem como as posies

sucessivas do tubo de revestimento. Fatores que influem no valor de N - O estado de conservao do barrilete amostrador e das hastes; uso de hastes de diferentes pesos. - A maneira com que so contados os golpes (desde o incio da cravao do amostrador ou aps certa

penetrao) - Variao na energia de cravao. A calibrao do peso de bater e a sua altura de queda, alm da

natureza da superfcie do impacto (ferro sobre ferro, ou adoo de uma superfcie amortecedora - coxim de madeira). No lcito variar o peso e a altura de queda mantendo a mesma energia por golpe.

- O uso de martelo automtico e hastes AW (no lugar de tubos Schedule 80), mais rgidas, conduz a resultados mais confiveis.

- M limpeza do furo ou no alargado suficientemente, para a livre passagem do amostrador. - Emprego de tcnica de avano por circulao de gua acima do NA. Programao das sondagens Quantidade de furos Lotes de terrenos urbanos: mnimo de 3, no alinhados Edifcios, pontes, barragens, portos: mais prximos, mais profundos. Estradas, canais, galerias: mais distanciados, mais rasos. Distncia entre sondagens: de 15 a 20 m (V. MELLO). Prximas aos limites. Distanciamento entre furos no deve ultrapassar 25 m (MARCELLO e BAPTISTA)

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NBR 8036: rea construda (projeo, em m2) Nmero mnimo de furos

< 200 2 200 400 3 400 600 3 600 800 4 800 1000 5

1000 - 1200 6 1200 1600 7 1600 2000 8 2000 2400 9 > 2400 A critrio

Locao exemplos: (Fora de escala) 30 20m 40

10 m 10 20 20 20 20 30 20 30 15

60 35 Fig. 2.1

Profundidade: - 15 a 20 m para obras mdias e subsolo em condies normais - Existem 3 consideraes principais que governam a profundidade das sondagens (V. MELLO):

a) Profundidade na qual o solo significativamente solicitado pelas tenses devidas construo, dependendo da intensidade da carga aplicada por ela e do tamanho e forma da rea carregada.

b) Profundidade na qual o processo de alterao afeta o solo. o caso da eroso do solo pela corrente de um rio, junto fundao de uma ponte ou de um edifcio junto ao mar.

c) Profundidade para alcanar estratos impermeveis. o caso de barragens. - NBR 8036: z 8 m z = c B (Eq. 2.1) z = profundidade a ser atingida na sondagem e que para fundaes rasas contada da superfcie do terreno e para fundaes por estacas ou tubules ser contada a partir da metade do comprimento estimado para os mesmos. B = largura do retngulo de menor rea que circunscreve a planta de edificao.

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c = coeficiente, funo da taxa mdia sobre o terreno (peso da obra dividido pela rea da construo). Pode-se tomar o valor 12 kPa por andar para edifcios normais com estrutura de concreto armado.

Taxa mdia (kPa) Coeficiente c < 100

100 a 150 1,0 1,5

150 a 200 2,0 > 200 A critrio

Critrio de paralisao (NBR 6484): O processo de perfurao por lavagem, associado aos ensaios penetromtricos, deve ser utilizado at : - quando, em 3 m sucessivos, se obtiver ndices de penetrao maior do que 45/15 - quando, em 4 m sucessivos, forem obtidos ndices de penetrao entre 45/15 e 45/30 - quando, em 5 m sucessivos, forem obtidos ndices de penetrao entre 45/30 e 45/45 Caso a penetrao seja nula dentro da preciso da medida na seqncia de cinco impactos do martelo, o ensaio deve ser interrompido. Recomendaes (KGLER e SCHEIDIG 1930 apud M. VARGAS) - Levar em conta na escolha ou compra de um terreno, as caractersticas do solo que interessam s

fundaes. - Providenciar sempre, no caso de dvida, as pesquisas necessrias para se por a salvo de surpresas

desagradveis. - Levar sempre em considerao as verbas necessrias para pesquisas geotcnicas, por ocasio do

anteprojeto, para que as mesmas possam ser executadas a tempo. - Prever sempre largo espao de tempo para os estudos geotcnicos. - No decidir sobre as fundaes de uma obra sem o conhecimento prvio de pesquisas geotcnicas. - Lembrar-se que um estudo geotcnico executado com as fundaes j em andamento pode conduzir

a um impasse na construo. - Lembrar-se que a retirada de amostra indeformada na ocasio ou logo aps a execuo de

sondagens de reconhecimento evita, em geral, a execuo de novas sondagens. - Lembrar-se que as amostras indeformadas s tem valor quando a sua retirada e proteo for

impecvel. - Lembrar-se que o pesquisador de solo deve estar a par do projeto a ser executado, a fim de evitar

trabalhos inteis. - Lembrar-se que ensaios de laboratrio de solos s trazem vantagens, mesmo durante a construo

da obra, se o subsolo estiver explorado (e se as amostras a serem ensaiadas tiverem sido extradas impecavelmente).

SP i-A SP i Impenetrvel

SP i-D SP i-B 2 (a 3) m

SP i-C Fig. 2.2

Caso ocorra a situao acima antes da profundidade de 8 m, a sondagem deve ser deslocada at o mximo de quatro vezes em posies diametralmente opostas, a 2 m da sondagem inicial.

35

Estimativa da capacidade de carga ou tenso admissvel (adm.) em funo do N Em solos coesivos aplicam-se na prtica, para fins estimativos, as seguintes correlaes empricas:

- Argila ........................................... adm. N / 4 kg/cm2 - Argila siltosa ................................ adm. N / 5 kg/cm2 - Argila arenosa .............................. adm. N / 7,5 kg/cm2

comum adotar adm. N /5 kg/cm2 ou N /50 MPa (tal que 6 N 20), para fundaes superficiais acima do NA, onde N a mdia dos Ns na vizinhana da base da sapata, sendo mais relevante a regio situada a uma profundidade cuja ordem de grandeza igual a duas vezes o lado menor da base da sapata (no caso de base circular toma-se o dimetro), contando a partir da cota de apoio (ALONSO, U.R.). J que no se tem a dimenso da sapata, necessrio arbitrar uma primeira medida, estimar o SPT mdio e calcular a base. Este clculo deve ser repetido at a convergncia entre o valor arbitrado para base da sapata e o valor obtido aplicando-se a frmula emprica. (GeoFast). (Se N > 20 adm. = 4 kg/cm2)

Tambm usual a relao: adm. = N -1 kg/cm2 (conf. Eng. Mauro Hernandez Lozano, Dynamis Engenharia Geotcnica) Tabelas teis

SPT CARACTERSTICA 3 Mnimo trabalhvel 4 Mnimo para uso de fundao direta 8 Alta resistncia para perfurao a trado manual (limite)

15 Mnimo recomendvel para assentamento de fundaes profundas 20 Mximo para aplicao da estimativa N/50 MPa para fundaes diretas 25 Comeam a surgir dificuldades em cravar estacas (franki, pr-moldadas)50 Mximo trabalhvel (impenetrvel)

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ESTIMATIVA DOS PARMETROS DO SOLO A PARTIR DO SPT

Tipo de solo Classificao

N de golpes N SPT

Peso especfico (kN/m3)

ngulo de atrito ( )

Coeso c (kPa)

Mdulo de Elasticidade E (103 kPa)

Presso admissvel

Fund. direta (kg/cm2)

Coeficiente de Poisson

Fofa < 4 16 25 a 30 1 a 5 Pouco compacta 4 10 18 30 a 35 5 a 14 0,8 Medianamente compacta 10 30 19 35 a 40 14 a 40 0,8 a 3,0 Compacta 30 50 20 40 a 45 40 a 70 3,0 a 5,0

Areias e solos

arenosos Compacidade

Muito compacta > 50 > 20 > 45 > 70 > 5,0

0,3 a 0,4

Muito mole < 2 13 < 12 0,3 a 1,2 < 0,45 Mole 2 4 15 12 a 25 1,2 a 2,8 0,45 a 0,90 Mdia 4 8 17 25 a 50 2,8 a 5 0,90 a 1,80 Rija 8 15 19 50 a 100 5 a 10 1,80 a 3,60 Dura 15 30 20 100 a 200 10 a 20 3,60 a 7,20

Argilas e solos

argilosos Consistncia

Muito dura > 30 > 20 > 200 > 20 > 7,20

0,4 a 0,5

ESTIMATIVA DA CAPACIDADE DE CARGA DOS SOLOS DE FUNDAES (kg/cm2) Tipo de solo

Resistncia penetrao N SPT

Pedregulhos Areias grossas

Areias mdias

Areias finas Siltes

Argilas puras

Misturas de

areias e argilas

Argilas arenosas coesivas

2 0 0 0 0 0 4 0,3 0 0,3 0,3 0 8 1,0 0,5 0,3 0,5 0,5 1,2 15 1,5 1,0 0,6 0,9 1,0 2,0 25 5,0 3,0 2,5 2,0 1,8 2,0 3,0 30 7,0 5,0 2,5 2,0 3,6 4,0 5,0

Fonte: Anexo IV Resoluo 26 de 19/12/50 da Prefeitura do D.F. (D.O. de 23/12/50)

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Prtica

1) Cite 5 dos principais componentes ou peas de um equipamento de sondagem percusso SPT.

2) Quais so as 3 etapas bsicas de uma sondagem a percusso SPT ? 3) Como se obtm o ndice de resistncia SPT (cuja notao NSTP), segundo a norma da

ABNT ?

4) Cite 4 informaes sobre o subsolo prospectado que um relatrio final de sondagem SPT deve conter.

5) A partir de um relatrio de sondagem SPT, como voc pode estimar a cota de fundao?

6) Qual deve ser a profundidade a ser atingida pela sondagem a percusso SPT ? (Cite pelo

menos 2 critrios).

7) Cite 3 informaes sobre o subsolo que um relatrio final de sondagem SPT deve conter.

8) Em um terreno com 20 x 60 m vai ser construdo um prdio cuja projeo em planta de

15 m 40 m, com 12 pavimentos, cada pavimento com 3m de p direito. Determine: a) o nmero de furos de sondagem b) a disposio e profundidade dos furos.

9) Qual o preo mnimo (em reais) que poderia ser cobrado para se executar o servio de

sondagem SPT no terreno da figura abaixo (fora de escala), o qual vai ser ocupado por um prdio, na RMBH Regio Metropolitana de Belo Horizonte. Apresente a planilha de composio de custos, eventuais explicaes e indique na mesma figura, a locao dos furos.

Soluo: rea do terreno = 750 m2 NBR 8036: Terreno de 200 a 1200 m2 1 sondagem para cada 200 m2 3,75 4 furos. Profundidade mnima = 8 m (fundaes rasas) Preo por metro de perfurao = R$ 50,00 (mnimo de 30 m, ou seja, R$ 1.500,00)

15 m

15 m

30 m

35 m

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Para 4 furos de sondagem com pelo menos 8 m cada = R$ 1.600,00 Taxa de mobilizao e desmobilizao do equipamento e pessoal na RMBH = R$ 500,00 Preo total = R$ 2.100,00 (valor mnimo, em condies normais) Locao dos furos:

Melhor: 6 furos

Bibliografia adicional MARIA JOS C. PORTO A. DE LIMA - Prospeco geotcnica do subsolo RJ: Livros Tcnicos e Cientficos Editora S.A. 1979. FERNANDO SCHNAID Ensaios de Campo e suas aplicaes Engenharia de Fundaes So Paulo: Oficina de textos, 2000. RUY THALES BAILLOT e ANTNIO RIBEIRO JNIOR - Sondagem a Percusso: comparao entre processos disponveis para ensaios SPT - Revista Solos e Rochas volume 22, N.3, dezembro 1999. CARLOS VON SPERLING GIESEKE Sondagem percusso para investigao geotcnica um enfoque necessrio Publicao tcnica n 23 ano XXIII dez. 87 AUGUSTO OLIVEIRA JNIOR Especificao para servios de sondagem percusso (SPT) Servio de Geologia e Sondagem DER-MG DE/DMP/SGS 08/08/99 RAGONI DANZIGER, BERNADETE Estudo de Correlaes entre os Ensaios de Penetrao Esttica e Dinmica e suas aplicaes ao projeto de fundaes profundas. Tese UFRJ Set. 1982 (itens I-5 e I-6) DE MELLO, V.F.B. - The Standard Penetration Test State of the Art Paper Proc. 4th PanAmerican Conf. on Soil Mech. and Fdn. Eng. Puerto Rico, vol.1, pp. 1-86 TEIXEIRA, ALBERTO HENRIQUES. A padronizao da sondagem de simples reconhecimento Anais do V Congresso Brasileiro de Mecnica dos Solos, SP, out. 74, Vol. III, Tema I. MASSAD, FAIAL, PINTO, C.DE SOUZA, MASSAD, EMIR e KOSHIMA, AKIRA. Efeito da profundidade nos valores do SPT Vol. IV, Tema I Sondagens. BERBERIAN, DICKRAN. Sondagens do subsolo para fins de engenharia. Vol. 1, UnB / INFRASOLO, 1986 ABEF - Manual de Especificaes de Produtos e Procedimentos - Sondagem percusso - 1a ed. ASSOCIAO BRASILEIRA DE GEOLOGIA DE ENGENHARIA. Diretrizes para execuo de sondagens. 1990 ABNT / INMETRO. Normas: - NBR 8036: Programao de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundaes de edifcios Procedimento. - NBR 9820: Coleta de amostras indeformadas de solo em furos de sondagem Procedimento. - MB 3406: Solo- Ensaio de penetrao de cone in situ (CPT) Mtodo de ensaio.

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Unidade 3 COMPACTAO

Histrico. Consideraes gerais. Antigamente os aterros eram executados simplesmente lanando-se o material pelas pontas e ento aguardava-se o chamado tempo de consolidao que poderia durar anos, at dcadas. Enquanto isto, sofriam deformaes que eram corrigidas medida da necessidade. O desenvolvimento dos meios de transporte, em especial o rodovirio (que se tornaram inclusive mais pesados) e o advento da pavimentao asfltica, bem como a urgncia da utilizao, com maior conforto para os usurios, provocou o surgimento de uma tcnica mais apurada do servio de compactao e do seu controle de qualidade. Os primeiros estudos mais racionais foram desenvolvidos pelo Engenheiro da Califrnia R.R. PROCTOR (1933, Los Angeles Bureu of Water Works U.S.A.), ao analisar a relao entre a energia, a umidade e o peso especfico, visando conciliar a natureza do solo com o tipo de equipamento empregado na compactao e as caractersticas estruturais pretendidas para a obra. Naturalmente a tcnica aplica-se para o solo como material de construo e, muitas vezes associado ao processo de correo ou mistura granulomtrica, constitui um mtodo de melhoria das caractersticas do solo (Estabilizao Mecnica). Definio Compactao a operao pela qual se obtm para um solo uma estrutura estvel, por meio de esforos mecnicos e em condies econmicas. Um solo estvel quando conserva suas caractersticas mecnicas sob condies previstas, tais como solicitaes a esforos, intempries etc. Na compactao as partculas do solo so foradas a agruparem-se mais estreitamente atravs de uma reduo nos vazios de ar. pois um processo de densificao, na qual a gua age como lubrificante. Objetivos Visa melhorar as seguintes propriedades geotcnicas : - resistncia (melhora a estabilidade dos taludes; aumenta a capacidade de suporte); - permeabilidade (reduz a tendncia do solo em absorver gua); - compressibilidade (reduz o recalque); - variao volumtrica (expanso e contrao). Campo de aplicao Obras de: - barragens de terra, de rejeito de minerao, diques, canais, rodovias, ferrovias, aeroportos, encontro de pontes, fechamento de valas, aterros sanitrios, aterros em geral.

Fig. 3.1

No exemplo da Fig. 3.1 so mostradas trincas numa edificao decorrentes de recalques de fundao assente em terreno de corte e aterro mal compactado.

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Curvas de Compactao, Saturao e Resistncia a) Curva de Compactao Compactando-se um determinado solo () com uma energia de compactao (E) constante, medida que o teor de umidade (h) aumenta o peso especfico aparente seco (s) tambm aumenta, at atingir um valor mximo (s,mx.) e da, passa a cair, dando origem chamada Curva de Compactao (Fig. 3.2), a qual s pode ser obtida atravs de procedimentos prticos, em laboratrio ou campo. A abscissa correspondente ao ponto s,mx. chamada de (teor de) umidade tima hot., que a melhor umidade para se compactar aquele solo, com aquela energia.

Fig. 3.2

A compactao se processa principalmente pela reduo do ar existente no solo. Com o aumento da quantidade de gua, a sada do ar vai ficando cada vez mais difcil, provocando a gerao de ar ocluso. A partir desta umidade, a adio de gua ao sistema s tende a aumentar o volume de vazios saturados e em consequncia diminuir o peso especfico seco. (GEOFAST)

b) Curva de Saturao uma curva traada no mesmo sistema de eixos (h versus s) que a de Compactao e representa um limite da posio da Curva de Compactao no grfico. Ela correlaciona e h quando o solo se encontra saturado. Sua equao : (Eq. 3.1)

que vem daquela conhecida frmula de correlao de ndices Fsicos dos solos: 1=s

ge

, onde

g = .a e e = h./S, sendo S o Grau de Saturao, em %.

.1.h

as +=

O formato desta curva um trecho de uma hiprbole equiltera (Fig. 3.3). Para tra-la basta conhecer o valor da densidade () das partculas do solo, considerar a = 10 kN/m3, atribuir valores para uma das variveis (s ou h) e calcular a outra pela Eq. 3.1

Fig. 3.3:

hh

s += 1

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c) Curva de Resistncia (ou de Estabilidade) Representa a variao do valor da resistncia do solo compactado em funo do seu teor de umidade de compactao. Esta resistncia (R) pode ser o CBR California Bearing Ratio, a Resistncia Compresso no-confinada qu, a Resistncia Compresso Triaxial, a resistncia da Agulha Proctor ou outras. A resistncia cai com o aumento da umidade de moldagem (Fig. 3.4). Esta curva s pode ser traada a partir de ensaios de laboratrio ou de campo.

Fig. 3.4

As 3 curvas em conjunto explicam porque se deve compactar o solo na chamada condies timas, ou seja, na hot., at se atingir s,mx. Acompanhe na Fig. 3.5 o seguinte raciocnio : - compactar o solo numa umidade baixa (ponto 1) parece vantajoso, pois a resistncia inicial alta

(ponto 2); - porm o peso especfico baixo (ponto 3), o que significa elevado ndice de vazios (solo muito

poroso) e assim, em poca de chuvas, absorve muita gua e alcana uma umidade elevada (ponto 4), saturando-se. Ento a resistncia cai muito (ponto 5), R1.

- Compactar o solo numa umidade alta (ponto 4) j fica descartado pois a resistncia inicial baixa (ponto 5).

- Agora, compactar na hot. (ponto 6) a princpio no leva a nenhum valor notvel de resistncia (ponto 7) (nem muito alto, nem muito baixo). Porm, o peso especfico mximo (ponto 8), o que significa que o ndice de vazios mnimo, levando a absorver pouca gua ao se saturar (ponto 9). A resistncia no deixa de cair um pouco (ponto 10), mas esta a menor variao de resistncia possvel, R2.

R2

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Influncia do tipo de solo na compactao Quanto mais arenoso for o solo, menor a hot. e maior o s,mx. (Como se a curva fosse deslocando para a esquerda e para cima): Fig. 3.6-a Influncia do valor da energia da compactao Quanto maior for a energia de compactao, menor a hot. e maior o s,mx. (idem): Fig. 3.6-b.

Fig. 3.6-a Fig. 3.6-b Mtodos de Compactao (Formas de transferencia da energia para o solo) a) Dinmico vibrao impacto (ou percusso) Caracteriza-se pela ao da energia cintica; o solo compactado por intermdio de um peso (soquete) que cai de uma certa altura. ainda o mais empregado em laboratrio. Exemplos: - Proctor (Normal PN, Intermedirio PI,

Modificado PM); - CSP Carlos Sousa Pinto - Iowa State University - Mini-CBR / DER-SP

P Hq Fig. 3.7-a EC = P. Hq

b) Esttico (compresso) Consiste na aplicao de uma carga F que cresce gradativamente desde zero at seu valor mximo, no qual mantido durante certo tempo, aps o que aliviada. No h ao da energia cintica (EC).De modo geral, ensaios estticos de laboratrio, o pisto que comprime o solo tem rea igual da seo transversal do cilndro.

F Fig. 3.7-b 0 F 0 ( num tempo t) EC = 0

Solo (CP)

Solo (CP)

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c) Amassamento (pisoteamento ou kneading) devido a HVEEM. Aplica-se uma carga T transiente, isto , de ao rpida; no h tambm EC. o mtodo de laboratrio cujos resultados mais se aproximam dos de campo. Exemplo: Harvard miniatura

T Fig. 3.7-c 0 T 0 (num tempo t muito pequeno)

So usadas tambm, combinaes destes mtodos. Compactao no laboratrio O objetivo do ensaio de compactao determinar uma curva umidade peso especfico comparvel que corresponde ao mesmo material quando compactado por meio de equipamentos e procedimentos empregados na obra. De acordo com o objetivo da obra e do equipamento ali empregado, define-se o mtodo de compactao a ser utilizado no laboratrio, cada qual caracterizado por sua energia de compactao (E). O ensaio padronizado Proctor Normal (ou AASHTO Standard), por exemplo, fornece uma energia prxima de 6 kg.cm/cm3. Utiliza-se ainda, de acordo com as situaes, energias superiores a esta, como o Proctor Modificado E = 27 kg.cm/cm3 e o Proctor Intermedirio (do antigo DNER), E = 13 kg.cm/cm3. Na execuo do ensaio em condies de laboratrio, todos os fatores que o influenciam podem ser controlados com exatido, mas normalmente isso no possvel nas condies existentes no campo durante os trabalhos de construo. Assim, devido a inmeros fatores, os ensaios de laboratrio no so necessariamente exatamente representativos dos resultados de campo mas apesar disso tem sido amplamente adotados e considerados satisfatrios. Compactao no campo (obra) executada com o solo numa umidade dentro da faixa especificada pelo laboratrio, em torno da tima (por exemplo, h = hot. 2%, ver item 3.11) - lisos

- rolos tracionados (ou rebocados) e autopropelidos - pneumticos - com patas - compactadores manuais Consideraes gerais: Os equipamentos autopropelidos permitem maior maneabilidade e eliminam o problema de manobra no fim da cancha, compactando para frente e r, descongestionando a pista. Por outro lado, em reas menores de trabalho, quase sempre mais econmico usar um rolo rebocado, porque normalmente estar em operao apenas parte do dia e assim o trator poder ser usado em outros servios enquanto o rolo fica parado. A escolha do equipamento adequado para um servio prende-se a questes econmicas (preo, manuteno, gasto de combustvel etc.) e a questes tcnicas (peso especfico do solo e resistncia desejados). A compactao deve ser feita na umidade tima para se atingir o peso especfico mximo possvel, para uma determinada energia de compactao. Uma vez atingido o s,mx. intil continuar a passar o rolo, pois o aterro no mais se compactar. Na prtica, o que interessa ao empreiteiro da obra saber quantas vezes deve passar o rolo compressor para que o Grau de Compactao GC (ver item 3.11) atinja o mnimo especificado. Uma forma de

Solo (CP)

Compactadores usuais

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determinar este nmero de passadas fazer um ensaio em escala natural no campo (pista experimental). A quantidade de gua a ser adicionada ao solo calculada em funo da descarga da barra de distribuio e da velocidade do carro-pipa. A espessura das camadas determinada pelo tipo de compactao e tambm pode ser obtida na pista experimental Fig. 3-8 (fazendo-se uma rampa e verificando-se o alcance em diferentes profundidades).

Fig. 3-8 Uma forma de se determinar a capacidade mxima do rolo verificar a melhor relao entre a espessura da camada (e) e o nmero de passadas (Np) na rampa de prova. Por exemplo, sendo as pistas na rampa de prova compactadas com 3, 4 e 5 passadas a certa velocidade e supondo que a de 3 passadas apresente o grau correto de compactao a uma profundidade de 30 cm, a de 4 a 55 cm e a de 5 a 80 cm, a melhor relao e/Np 80/5 = 16.

(Engo.Wim Kam, Produtos Vibro, Sucia / Revista Engenheiro Moderno, maro 73) No ensaio Proctor Normal, a energia de compactao corresponde a um rolo compressor do tipo denominado p-de-carneiro de 3 a 5 toneladas de peso total, passando cerca de 10 a 15 vezes em cima de camadas cujas espessuras variam de 15 a 30 centmetros. O rolo liso constitudo por uma ou mais rodas cilndricas pesadas, de cargas aproximadamente 10 toneladas. Sua rea de impresso muito pequena, o que restringe o seu emprego para a compactao de camadas de no mximo 10 cm de espessura, pois esta mquina no distribuiu a carga a profundidades maiores. O rolo pneumtico constitudo por rodas geralmente de grande dimetro, ligadas a um eixo comum, que suporta um vago pesado, totalizando 25,5 ou at 100 toneladas. So rolos compressores de grande rea de impresso, podendo compactar camadas de espessura at 50 centmetros.

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No quadro a seguir, adaptado de Earth Compactation M.D. MORRIS McGraw-Hill Co. Inc., encontram-se os tipos mais apropriados de equipamentos para vrios solos (em carter meramente indicativo).

Tipo de rolo Peso (t)

Espessura da camada aps a compactao (cm)

Tipo de solo

P de carneiro esttico 20 40 Argilas e siltes P de carneiro vibratrio 30 40 Pneumtico leve 15 15 Misturas: areia com silte e argilas

Pneumtico pesado 35 35 Praticamente todos Vibratrio com rodas metlicas lisas 30 50 Areias, cascalhos, materiais granularesLiso metlico (3 rodas) 20 10 Materiais granulares, brita Grade (malhas) 20 20 Materiais granulares ou em blocos Combinados 20 20 Praticamente todos Controle da compactao Realizado o ensaio e traada a curva de compactao, determina-se, a partir do ponto culminante, os valores da umidade tima (hot.) a ser compactado na obra e o valor do peso especfico aparente seco mximo (s,mx.) a ser alcanado. No campo o valor deve ser prximo quele de laboratrio, ou seja, deve ser alcanado um certo Grau de Compactao (GC), expresso genericamente pela relao: (Eq. 3.2) Normalmente o valor mnimo admissvel para o GC especificado empreiteira pelo projetista e fica sujeito fiscalizao. A tolerncia no valor do s,mx. reflete-se no da hot., sendo admissvel um correspondente desvio de umidade - h, dado por: (Eq. 3.3) onde h o teor de umidade da obra. O controle da compactao consiste em verificar, atravs de determinaes in loco, se o GC e o h esto respeitando as especificaes de projeto.

100.).(,

)(

labmxs

obrasGC =

h = h hot.

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Prtica

1) Por qu a curva de co