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MECÂNICA DOS SOLOS E GEOLOGIA
CLASSIFICAÇÃO E COMPACTAÇÃO DO SOLO
CAMPUS BRASÍLIADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Estado das areia - Compacidade
• Índice de vazio não é suficiente para representar o estado de uma areia
0
0,5
1
1,5
0 0,5 1
índice de vazio
Areia A
Areia B
1. SOLOS
Estado das areia - Compacidade
Descrição da areia emin emax
Areia uniforme de grãos angulares 0,70 1,10
Areia bem graduada de grãos angulares
0,45 0,75
Areia uniforme de grão arredondados 0,45 0,75
0,65Areia bem graduada de grãos arredondados
0,35 0,65
1. SOLOS
Estado das areia - Compacidade
Classificação CR
Areia fofa <0,33
Areia de média compacidade
0,33<CR<0,66
Areia compacta >0,66
minmax
max
ee
eeCR nat
1. SOLOS
Estado das argilas – Consistência
• O estado das argilas são indicados pela resistência.
1. SOLOS
Estado das argilas – Consistência
• ClassificaçãoClassificação R(kPa)
Muito mole <25
Mole 25 a 50
Média 50 a 100
Rija 100 a 200
Muito rija 200 a 400
Dura > 400
1. SOLOS
Estado das argilas – Sensitividade
• Conceito – redução da resistência quando a argila é manuseada. Está associada a estrutura das partículas.
Sensitividade Classificação1 Insensitiva
1 a 2 Baixa sensitividade
2 a 4 Média sensitividade
4 a 8 Sensitiva
>8 Ultra-sensitividade
Amolgada
aindeformad
R
RS
1. SOLOS
CLASSIFICAÇÃO DO SOLOSO objetivo da classificação dos solos, sob o ponto de
vista de engenharia, é poder estimar o provável
comportamento do solo ou, pelo menos , o de orientar o
programa de investigação necessário para permitir a
adequada análise de um problema geotécnico.
A classificação dos solos é feita em duas etapas:A classificação dos solos é feita em duas etapas:
1a Etapa (Classificação preliminar) – durante a coleta no campo é
feita com base na textura, aparência da amostra, cor, cheiro, presença
de matéria orgânica, provável composição mineralógica, história
geológica, etc.
2a Etapa – consiste na determinação das características físicas do
solo, através dos ensaios de laboratório, chamados de ensaios de
caracterização.
Os solos são classificados de modo a formular métodos de projeto baseados em algumas propriedades de cada grupo. Deste modo foram desenvolvidos diversos sistemas de classificação, cada um adequado a uma utilização ou método de projeto.
Existem vário sistemas de classificação:
Classificação granulométrica
Classificação trilinear
Sistema Unificado (SUCS)
Classificação TRB (antiga HRB)
Classificação MCT ( Metodologia de solos tropicais)
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
Classificação Granulométrica
Solos GrossosSolos Grossos:: solos com 0,074mm e suas partículas tem forma arredondada poliédrica, e angulosa.
Pedregulho: São classificados como pedregulho as partículas de solo com dimensões maiores que 2,0mm (DNER, MIT, ABMT)
Areia: as partículas com dimensões entre 2,0mm e 0,074mm (DNER), 2,0mm e 0,05mm (MIT) ou ainda 2,0mm e 0,06mm (ABNT).
Solos FinosSolos Finos:: quando as partículas que constituem o solo possuem dimensões menores que 0,074mm (DNER), ou 0,06mm (ABNT)
Argila: A fração granulométrica do solo classificada como argila (diâmetro inferior a 0,002mm) se caracteriza pela sua plasticidade marcante.
Silte: solos de granulação fina apresentam pouca ou nenhuma plasticidade.
CLASSICAÇÃO TRILINEAR
Diagrama TrilinearDiagrama Trilinear
SISTEMA UNIFICADO (SUCS)
Considera porcentagens de pedregulhos, areias e finos, forma da curva granulométrica, plasticidade e compressibilidade.
A classificação unificada fundamenta-se:• Na textura;• Na plasticidade;
1. SOLOS
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS (SUCS)
SISTEMA UNIFICADO (SUCS)
PedregulhoGW Pedregulhos bem graduados ou misturas de areia
e pedregulho com nenhum fino
SOLOS DEPedregulhos
50% ou mais da
sem finos GP Pedregulhos mau graduados ou misturas de areiae pedregulho com pouco ou nenhum fino
GRADUAÇÃOGROSSA
fração graúda retidana peneira n o 4 Pedregulho
GM Pedregulhos siltosos ou misturas de pedregulho,areia e silte
com finos GC Pedregulhos argilosos ou misturas depedregulho, areia e argila
mais de 50%retido na Areias Areias sem
SW Areias bem graduadas ou areiaspedregulhosas,com pouco ou nenhum finos
peneira n o 200 mais de 50% dafração graúda
finos SP Areias mal graduadas ou areias compedregulhosas com pouco ou nenhum finos
passando na Areias com SM Areiassiltosas – misturas de areia e siltepeneira n o 4 finos SC Areias argilosas – misturas de areia e argila
ML Siltes inorgânicos – areias muito finas – areiasfinas siltosas e argilosas
SOLOS DEGRADUAÇÃO
Siltes e Argilasw L< 50
CL Argilas inorgânicas de baixa e média plasticidade- argilaspedregulhosas, arenosas e siltosas
FINA OL Siltes orgânicos – argilas siltosas orgânicas debaixa plasticidade
50% ou maispassando na Siltes e Argilas
MH Siltes – Areias finas ousiltes mecânicos – Siltesplásticos
peneira w L> 50 CH Argilas inorgânicas de alta plasticidade
n o 200 OH Argilas orgânicas de alta e média plasticidade
Solos altamente orgânicos PT Turfas e outros solos altamente orgânicos
PedregulhoGW Pedregulhos bem graduados ou misturas de areia
e pedregulho com nenhum fino
SOLOS DEPedregulhos
50% ou mais da
sem finos GP Pedregulhos mau graduados ou misturas de areiae pedregulho com pouco ou nenhum fino
GRADUAÇÃOGROSSA
fração graúda retidana peneira n o 4 Pedregulho
GM Pedregulhos siltosos ou misturas de pedregulho,areia e silte
com finos GC Pedregulhos argilosos ou misturas depedregulho, areia e argila
mais de 50%retido na Areias Areias sem
SW Areias bem graduadas ou areiaspedregulhosas,com pouco ou nenhum finos
peneira n o 200 mais de 50% dafração graúda
finos SP Areias mal graduadas ou areias compedregulhosas com pouco ou nenhum finos
passando na Areias com SM Areiassiltosas – misturas de areia e siltepeneira n o 4 finos SC Areias argilosas – misturas de areia e argila
ML Siltes inorgânicos – areias muito finas – areiasfinas siltosas e argilosas
SOLOS DEGRADUAÇÃO
Siltes e Argilasw L< 50
CL Argilas inorgânicas de baixa e média plasticidade- argilaspedregulhosas, arenosas e siltosas
FINA OL Siltes orgânicos – argilas siltosas orgânicas debaixa plasticidade
50% ou maispassando na Siltes e Argilas
MH Siltes – Areias finas ousiltes mecânicos – Siltesplásticos
peneira w L> 50 CH Argilas inorgânicas de alta plasticidade
n o 200 OH Argilas orgânicas de alta e média plasticidade
Solos altamente orgânicos PT Turfas e outros solos altamente orgânicos
SISTEMAS HRBA classificação H.R.BH.R.B. (Highway Research Board) tem origem na
classificação do Public Roads Administration. Fundamenta-se na
granulometria, limite de liquidez e índice de plasticidade e foi
proposta para analisar materiais para base e sub-base de pavimentos
Os solos são classificados em grupos, de A-1 a A-7.
Sistema de Classificação Rodoviário
CLASSIFICAÇÃO TRB (ANTIGA HRB)
A classificação TRB fundamenta-se:
• Na textura;
• Na plasticidade;
• No Índice de Grupo: O índice de grupo é calculado a partir dos resultados granulométricos e de plasticidade.
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
CLASSIFICAÇÃO MCT
A metologia MCT teve origem nos estudos elaborados por Parsons (1976) e foi introduzida no Brasil por Nogami e Villibor (1980). Este sistema de classificação, pelas próprias dimensões dos corpos de prova (50x50 mm) se destina aos solos finos.
0,5
1
1,5
2
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Coeficiente c'
Índi
ce e
' NA
NA'
LA'
NG'
LG'LA
NS' L = Laterítico
N = Não Laterítico
A = Areia
A’ = Arenoso
G’ = Argiloso
S’ = Siltoso
1. SOLOS
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
CLASSIFICAÇÃO MCT
CLASSE N - Solos de comportamento nãolaterítico
L - Solos de comportamentolaterítico
GRUPOS NAAreias
NA’Arenosos
NS’Siltosos
NG’Argilosos
LAAreias
LA’Arenosos
LG’Argilosos
GRANULOMETRIA TÍPICA
(MINERAIS) (1)
areias,areiassiltosas,siltes
(q)
areiassiltosas,
areiasargilosas
siltessiltes
arenososargilosos
(k, m)
argilas,argilas
arenosas esiltosas
areiascom
poucaargila
areiasargilosas,
argilasarenosas
argilas,argilas
arenosas
Capacidadede
MINI CBRsem
imersão(%)
muito alto > 30alto 12 - 30médio 4 – 12baixo < 4
alto amédio
alto médio aalto
alto alto alto amuito alto
alto
Suporte (2) Perda desuporte porimersão (%)
alta > 70média 40-70baixa < 40
médiaa baixa baixa alta alta baixa baixa baixa
Expansão (%) (2) alta > 3média 0,5 – 3
baixa baixa alta alta amédia
baixa baixa baixa
Contração (%) (2) média 0,5 – 3baixa < 0,5
baixa -média
baixa amédia
média alta amédia
baixa baixa amédia
média aalta
Permeabilidadelogk (cm/s) (2)
alta > (-3)média (-3)a(-6)baixa < (-6)
médiaa
altabaixa
médiaa
baixa
baixaa
média
médiaa
baixabaixa baixa
Plasticidade(%)
altamédiabaixa
IP> 307 - 30< 7
wL> 70
30 - 70< 30
baixaa NP
média aNP
média aalta
alta NP abaixa
baixa amédia
média aalta
PROPRIEDADES TÍPICAS DOS GRUPOS DOS SOLOS(1) q = quartzo, m = micas, k = caulinitas(2) corpos de prova compactados na umidade ótima da energia normal, com sobrecarga padrão quandopertinente, sem fração retida na peneira de 2mm de abertura
CLASSE N - Solos de comportamento nãolaterítico
L - Solos de comportamentolaterítico
GRUPOS NAAreias
NA’Arenosos
NS’Siltosos
NG’Argilosos
LAAreias
LA’Arenosos
LG’Argilosos
GRANULOMETRIA TÍPICA
(MINERAIS) (1)
areias,areiassiltosas,siltes
(q)
areiassiltosas,
areiasargilosas
siltessiltes
arenososargilosos
(k, m)
argilas,argilas
arenosas esiltosas
areiascom
poucaargila
areiasargilosas,
argilasarenosas
argilas,argilas
arenosas
Capacidadede
MINI CBRsem
imersão(%)
muito alto > 30alto 12 - 30médio 4 – 12baixo < 4
alto amédio
alto médio aalto
alto alto alto amuito alto
alto
Suporte (2) Perda desuporte porimersão (%)
alta > 70média 40-70baixa < 40
médiaa baixa baixa alta alta baixa baixa baixa
Expansão (%) (2) alta > 3média 0,5 – 3
baixa baixa alta alta amédia
baixa baixa baixa
Contração (%) (2) média 0,5 – 3baixa < 0,5
baixa -média
baixa amédia
média alta amédia
baixa baixa amédia
média aalta
Permeabilidadelogk (cm/s) (2)
alta > (-3)média (-3)a(-6)baixa < (-6)
médiaa
altabaixa
médiaa
baixa
baixaa
média
médiaa
baixabaixa baixa
Plasticidade(%)
altamédiabaixa
IP> 307 - 30< 7
wL> 70
30 - 70< 30
baixaa NP
média aNP
média aalta
alta NP abaixa
baixa amédia
média aalta
PROPRIEDADES TÍPICAS DOS GRUPOS DOS SOLOS(1) q = quartzo, m = micas, k = caulinitas(2) corpos de prova compactados na umidade ótima da energia normal, com sobrecarga padrão quandopertinente, sem fração retida na peneira de 2mm de abertura
COMPACTAÇÃO
DEFINIÇÃO: Ação mecânica
por meio da qual se impõe ao
solo uma redução de seu índice
de vazios (Vv/Vs).
Similaridade com
Adensamento quanto à redução
de vazios Solo
Água
Ar
Solo
Água
Ar
Antes da Compactação
Após a Compactação
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
Diferença do processo de Adensamento– quanto ao meio
• adensamento --> expulsão de água• compactação --> expulsão de ar
– quanto ao tempo• adensamento --> lento• compactação --> rápido
Efeito da compactação– melhoria das propriedades mecânicas e
hidráulicas do solo d (ef) = função (tipo de solo, tipo de compactação,
energia aplicada, estado inicial do solo)
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
Tipos de compactação– Estática
• compressão (rolo liso)• amassamento (rolo pé de carneiro)
– Dinâmica• impacto• vibratória
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
TEORIA DA COMPACTAÇÃO
Proctor, 1933 Compactação, uma função de 4 variáveis:
– peso específico aparente seco, d
– teor de umidade, w
– energia (incluindo método de compactação e nº de passadas)
– tipo de solo (gradação, mineralogia, química)
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
Relação d (d) x w, como ela varia:
– Ramo seco – Com o aumento de w a sucção diminui e/ou a lubrificação entre os grãos aumenta, com isso diminui permitindo a compactação e conseqüente aumento de d
– Ramo úmido – Continuando o aumento de w, com a oclusão da fase ar gera-se pressão neutra positiva, diminuindo a energia efetiva de compactação e, portanto, d
INFLUÊNCIA DA ENERGIA DE COMPACTAÇÃO
Linha Ótima
Linha de Saturação
INFLUÊNCIA DA ENERGIA
INFLUÊNCIA DO TIPO DE SOLO
Laboratório
PROPRIEDADES DO SOLO COMPACTADO
Permeabilidade
• k e anisotropia de k é função de (w, d)
• kmín wót (geralmente)
Compressibilidade - função do nível de tensões
• função do nível de tensões e de (w, d)
- solos compactados no ramo úmido são mais compressíveis que os compactados no ramo seco
- solos compactados com menor energia são mais
compressíveis
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
Resistência: regra geral
- as amostras compactadas no ramo seco têm resistências superiores àquelas compactadas no ramo úmido
- a resistência no ramo úmido sofre influência do método de compactação devido às diferenças de estrutura induzidas por esses métodos.
PROPRIEDADES DO SOLO COMPACTADO
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
12,0
12,5
13,0
13,5
14,0
14,5
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30w (%)
d (
kN/m
3 )
Figura 3 - Curvas de saturação
wS
S
sw
Wsd ..
..
CURVA DE SATURAÇÃO
ESTRUTURA DOS SOLOS COMPACTADOS
Ramo seco
pouca água, predominância de forças de atração --> estrutura floculada
Ramo úmido
muita água, predominância de forças de repulsão --> estrutura dispersa (orientada)
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
ESTRUTURA DO SOLO COMPACTADO
INFLUÊNCIA DA SATURAÇÃO
Ri
w
d
wwi wot wf
Ri’
Rf’
Rf
R
S = 100%
Figura 6. Influência da saturação no solo compactado
ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (CBR)
Generalidades
– ensaio base de método de dimensionamento de pavimentos rodoviários
– origem: EUA, 1939, Engo. Porter
– introduzido no Brasil pelo Eng Murilo Lopes (dec. 60)
Princípio
– Procura-se obter um número (CBR) que expressa a relação entre a resistência a penetração de um pistão de diâmetro definido no solo em estudo e em um material padrão, no caso a brita.
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (CBR)
Consiste na determinação da relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo-de-prova compactado e a pressão necessária para produzir a mesma penetração numa brita padronizada..
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
OBJETIVOS:
– Obter as condições especificadas para o campo (d, w)– Obter um material cujo comportamento é o desejado
• Resistência
• Compressibilidade / Deformabilidade
• Permeabilidade
• Inchamento / contração
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
IMPORTANTE : Para que o comportamento seja o desejado é necessário
que:
– no campo o material seja semelhante ao do laboratório;
– A umidade de compactação seja a prevista;
– O tipo de compactação e a energia seja semelhante a de laboratório.
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
EQUIPAMENTOS DE
COMPACTAÇÃO
• Rolo pé de carneiro
• patas longas• compactação de baixo para cima• desnecessário preparar superfície para nova camada• Cilindros ocos com lastros de areia ou água
(permite regular pressão)• baixa velocidade --> baixa produtividade• sempre que possível são substituídos por outros
equipamentos de maior produção• adequados para solos coesivos
• Rolos tipo “tamping”e de pneus
– são os mais utilizados atualmente– patas curtas tronco cônicas (“tamping”)– compactação de cima para baixo– pressões mais elevadas– camadas de pequena espessura (20 a 30 cm)– tratamento de superfície (umidecimento e
gradeamento)
• Problemas na compactação:
– solos muito argilosos• dificuldades de secagem
• dificuldades de homogeneização
– solos muito úmidos• formação de “borrachudos”
• equipamento afunda
• empolamento lateral
• volta parcialmente à situação inicial (elástico)
• estrutura é afetada
– Soluções para o caso de solos muito úmidos
• aeração nas áreas de empréstimo (escarificação e gradeamento)
• drenagem (NA alto) com valetas e trincheiras
• proteção de superfície (lonas, camada asfáltica, compactação)
• secamento artificial (secagem em usina)
• Solos muito secos, são de difícil compactação– correção de umidade
• irrigação (aspersão) e gradeamento na praça • irrigação na área de empréstimo• umedecimento por submersão
• Deve-se fazer o selamento da superfície para evitar o umedecimento por chuva
• rolo liso ou de pneus• inclinação da praça
