Capítulo 2 O estado do solo -...

Geotecnia I – SLIDES 04

Capítulo 2

Prof. MSc. Douglas M. A. [email protected]

O estado do solo

SLIDES 04 – Capítulo 2 – O Estado do Solo

GEOTECNIA I – Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt

Introdução

Solo:

O comportamento de um solo depende da quantidade

relativa de cada uma das três fases (sólidos, água e ar).

A água no solo pode se apresentar sob as seguintes formas:

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Sólidos Água Ar

a) Água de constituição: faz parte da molécula;

b) Água adsorvida ou adesiva: é a película de água que envolve e

adere fortemente a partícula sólida;

c) Água higroscópica: é água que se encontra em um solo seco ao ar

livre (fracamente ligada às partículas). Água que o solo possui quando

em equilíbrio com a umidade atmosférica e à temperatura ambiente.



Introdução

A água no solo pode se apresentar sob as seguintes formas:

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d) Água livre: é a água que se encontra desligada das partículas,

preenchendo os vazios deixados pelos grãos (abaixo do N. A.);

e) Água capilar: é aquela que em solos finos sobe pelos tubos capilares

além do N. A. Quanto mais fino o solo, maior a sucção capilar.

Obs.:

Secar ao ar livre: retira água livre

Secar em estufa: retira água livre + higroscópica



Índices Físicos

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Pa = peso do ar (desprezível)

Pw = peso da água (livre + higroscópica)

Ps = peso dos sólidos

P = peso total do solo úmido

Va = volume do ar

Vw = volume da água

Vs = volume dos sólidos

V = volume total do solo úmido



Índices Físicos

Teor de umidade (h ou w, em %)

Índice de vazios (e)

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s

w

P

Pw Depende do tipo de solo e situam-se,

geralmente, entre 10 e 40%.

s

v

V

Ve Calculado a partir de outros índices;

Situa-se, geralmente, entre 0,5 e 1,5.



Índices Físicos

Porosidade (n)

Grau de Saturação (S)

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V

Vn v Depende do tipo de solo e situam-se,

geralmente, entre 30 e 70%.

v

w

V

VS

Não é determinado diretamente, mas

calculado.

Varia de zero (solo seco) a 100%

(solo saturado).



Índices Físicos

Peso específico dos sólidos (ou dos grãos) – γs

Densidade real dos grãos (adimensional) – δ

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s

ss

V

P

w

s

seco solo de volumemesmo o ocupa que água da Peso

seco solo do Peso

Método do picnômetro



Índices Físicos

Peso específico da água – γw

Peso específico natural – γn

Peso específico aparente seco – γd

Peso específico aparente saturado – γsat

Peso específico submerso – γsub

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w

ww

V

P

V

Pn

V

Psd

V

Psatsat

wsatsub



Índices Físicos

Correlações obtidas a partir das definições anteriores:

9

w

nd

1

e

wsn

1

1

weS

e

eSwn

1

1d

se

w

s

e

wS

n

ne

1 e

en

1


GEOTECNIA I – Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt10



Exemplo 1

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Dada uma quantidade de solo, P = 22kgf (220N) e um volume

respectivo de 12,2 litros. Deste material, extrai-se uma

amostra para a qual se determina:

= 2,67, Peso úmido = 70 gf (0,7N) e Peso seco = 0,58 N.

Determine:

a) teor de umidade

b) índice de vazios

c) grau de saturação

d) peso específico saturado



Exemplo 2

12

Em uma área de empréstimo são escavados 150.000 m³ de

solo, o qual tem no campo um índice de vazios de 1,5.

a) Qual será o volume correspondente de aterro compactado,

se o índice de vazios especificado para o aterro for de 0,75.

b) Sabendo-se que o teor de umidade no empréstimo é de

2%, e que o aterro depois de pronto terá uma umidade de

8%, calcule o volume d’água que deverá ser adicionado ao

material escavado.

Considerar = 2,67 e γw = 10 kN/m³



Compacidade das Areias

O estado das areias é expresso pelo seu índice de

vazios:

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Índice de vazios mínimo

Estado mais denso

emin

Índice de vazios máximo

Estado mais fofo

emax

Índice de vazios naturalenat




Define-se Compacidade Relativa (CR) ou Grau de

Compacidade (GC), como a relação:

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minmax

max

ee

eeCR nat

0

1

max

min

CRee

CRee

nat

natCompacta

Fofa

CR Estado

CR ≤ 0,33 Fofo

0,33 < CR ≤ 0,66 Compacidade média

CR > 0,66 Compacto




Valores típicos de e:

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Consistência das Argilas

A consistência é uma forma de caracterizar o estado

natural das argilas

A análise é feita em função do teor de umidade relativo

aos Limites de Consistência

Índice de Consistência (IC) – solos sedimentares:

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LPLL

wLLIC




17

LPLL

wLLIC

Consistência IC Estado

Mole < 0,5 Plástico, tendendo a viscoso

Média 0,5 – 0,75 Plástico

Rija 0,75 – 1,0 Plástico, tendendo a semi-sólido

Dura > 1,0 Semi-sólido ou sólido




Outra maneira é expressar o estado natural em função

da “resistência” da argila

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Consistência Resistência (kPa)

Muito mole < 25

Mole 25 – 50

Média 50 – 100

Rija 100 – 200

Muito rija 200 – 400

Dura > 400



Propriedades da fração argilosa dos solos

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A fração argilosa é constituída por:

Um ou mais argilo-mineral, sílica coloidal, microcristais de quartzo,

óxido de ferro, matéria orgânica, etc

Tais componentes refletirão no comportamento do solo

a) Natureza mineralógica

Caulinitas, ilitas e montmorilonitas: plasticidade e coesão

crescentes;

Argilas marinhas – halloysitas (silicato hidratado de alumínio)

Solos lateríticos – gibsitas (hidróxidode alumínio)




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b) Troca Catiônica

As partículas de argila possuem carga elétrica negativa

quando dispersas em água.

Presença de cátions adsorvidos (Na+, K+, Ca++) – comportamento

Estes cátions podem ser trocados

c) Atividade

mm

IPI A

002,0%

IA ≤ 0,75 → fração argilosa inativa

0,75 < IA < 1,25 → fração argilosa normal

IA ≥ 1,25 → fração argilosa ativa




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d) Coesão

É a resistência que a fração argilosa confere ao solo;

Capacidade de se manter coeso, em torrões ou em blocos.

Resistência ao cisalhamento de um solo quando nenhuma

pressão externa atua sobre ele

Origem da coesão:

Cimentação natural, aglutinando os grãos entre si

Atração química das partículas/moléculas (coesão verdadeira)

Pressão capilar e sucção (coesão aparente)




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e) Grau de Sensibilidade




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f) Tixotropia

Ao se agitar se comporta

como líquido, em repouso

adquire resistência coesiva.

Bentonita – lama bentonítica



Exemplo 3

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Depois de executado um aterro de areia para a implantação

de uma fábrica, foram obtidos os seguintes dados: = 2,7,

h = 9% e n = 17 kN/m³. Determinou-se, em laboratório, o

índice de vazios da areia correspondente ao estado mais fofo

(emax = 0,787) e o estado mais denso (emin = 0,510). O grau

de compacidade (compacidade relativa) especificado para o

aterro é de 0,5 (± 0,01). Verifique se o aterro está dentro do

especificado.



Exemplo 4

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Ensaios de caracterização de dois solos indicaram que um solo A

tinha LL = 70% e IP = 30, enquanto que um solo B tinha LL = 55%

e IP = 25%. Amostras destes dois solos foram almogadas e água

foi adicionada de forma que os dois ficassem com teor de umidade

de 45%. É possível provar qual dos dois solos ficará mais

consistente neste teor de umidade? Classifique os solos quanto à

consistência em função do IC.



Identificação tátil-visual dos solos

É um processo que exige experiência individual

Permite classificações preliminares

Procedimentos:

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Tato

Esfrega-se uma porção de solo na mão.

As areias são ásperas, as argilas parecem com um

pó quando secas e com sabão quando úmidas.

Plasticidade

Moldar bolinhas ou cilindros de solo úmido.

As argilas são moldáveis enquanto as areias e siltes

não são moldáveis.



Identificação tátil-visual dos solos

Procedimentos (continuação):

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Dispersão

em água

Misturar uma porção de solo seco com água em

uma proveta, agitando-a.

As areias depositam-se rapidamente, enquanto que

as argilas turvam a suspensão e demoram a

sedimentar.

Impregnação

Esfregar solo úmido na palma da mão.

Colocar a mão embaixo de uma torneira aberta e

observar a facilidade com que a palma da mão fica

limpa.

Solos finos impregnam e não saem com facilidade.



Prospecção do subsolo

Reconhecimento do subsolo

Investigação preliminar

Verificação das principais características do subsolo

Investigação complementar ou de projeto

Esclarecimento de feições relevantes

Outros tipos de sondagens

Investigação para a fase de execução

Confirmar as condições de projeto em áreas críticasou de grande variabilidade




Definição do programa de investigação:

Planta do terreno (planialtimétrico)

Dados sobre estrutura (tipo de obra)

Informações geotécnicas disponíveis

Normas e códigos locais

Número e locação das sondagens:

Tipo de estrutura

Tipo de fundação

Características geotécnicas




Quantidade de furos de sondagem (NBR 8436)

Conforme área de projeção em planta:

Quantidade mínima:

Área de projeção < 200 m²: 2 sondagens

200 m² < Área de projeção < 400 m²: 3 sondagens

Área de projeção (m²) Quantidade de furos

< 1200 1 a cada 200 m²

Entre 1200 e 2400 1 a cada 400 m² que excederem 1200 m²

> 2400 De acordo com o plano da obra




Processo executivo

Locação dos furos de sondagem

Marcado com a cravação de um piquete de madeira

Anotar coordenadas e cota (amarração com RN)




Poços

Sondagens a trado

Sondagens à percussão com SPT

Sondagem SPT com medição do torque (SPTT)

Sondagem rotativa

Sondagens mistas

Ensaios de cone (CPT e CPTU)

Ensaio de pressiométrico (PMT)

Ensaio dilatométrico (DMT)

Ensaio de palheta




Poços (NBR 9604):

Escavações manuaisque avançam até que seencontre o nível d’águaou até onde for estável

Exame visual dasparedes e fundo daescavação

Permite a retirada deamostras indeformadastipo bloco




Sondagem a trado (NBR 9603)

Perfurações executas com trados

Limitada ao nível d’água

Amostras deformadas




Sondagem a trado

(NBR 9603)




SPT – Standard Penetration Test

Determinação dos tipos de solo em suasprofundidades de ocorrência;

Posição do nível d’água;

Índice de resistência à penetração – N. ABNT NBR 6184 (2001): Solo – Sondagens de simples

reconhecimento com SPT – Método de ensaio

ABNT NBR 6502 (1995) e NBR 13441 (1995): Rochas e Solos

ABNT NBR 7181 (1984): Análise granulométrica de solos

ABNT NBR 8036 (1983): Programação de sondagens desimples reconhecimento do solo para fundações de edifícios




SPT – Standard Penetration Test

N – Índice de resistência à penetração:

Número de golpes correspondente à cravação de de 30cm

de amostrador padrão, após a cravação inicial de 15cm,

utilizando-se corda de sisal para levantamento do martelo

padronizado, que possui 65 kg e que cai em queda-livre

de uma altura de 75 cm

Baixo Custo

Fácil Execução

Pode ser realizado em locais de difícil acesso





Atravessa solos relativamente compactos ou duros

Não ultrapassa blocos de rocha/pedregulhos

O ensaio SPT é feito a cada metro de perfuração

Obtenção do Índice de resistência à penetração

A amostra é deformada

Sondagem SPT-T



Sondagem SPT

40



Sondagem SPT

41



(PINTO, 2006)




Amostragem indeformada

Blocos indeformados

Cilindro de Hilf

Amostrador Shelby

Pistão estacionário

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Amostrador Shelby



Amostrador de

Pistão Estacionário

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