capítulo 2 o estado do solo -...
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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.
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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
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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
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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.
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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).
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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
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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
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Índices Físicos
Correlações obtidas a partir das definições anteriores:
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w
nd
1
e
wsn
1
1
weS
e
eSwn
1
1d
se
w
s
e
wS
n
ne
1 e
en
1
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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
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Exemplo 2
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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
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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
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Compacidade das Areias
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
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Compacidade das Areias
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
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Consistência das Argilas
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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
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Consistência das Argilas
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
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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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Propriedades da fração argilosa dos solos
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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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Propriedades da fração argilosa dos solos
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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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Propriedades da fração argilosa dos solos
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e) Grau de Sensibilidade
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Propriedades da fração argilosa dos solos
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f) Tixotropia
Ao se agitar se comporta
como líquido, em repouso
adquire resistência coesiva.
Bentonita – lama bentonítica
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Prospecção do subsolo
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
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Prospecção do subsolo
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
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Prospecção do subsolo
Processo executivo
Locação dos furos de sondagem
Marcado com a cravação de um piquete de madeira
Anotar coordenadas e cota (amarração com RN)
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Prospecção do subsolo
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
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Prospecção do subsolo
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
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Prospecção do subsolo
Sondagem a trado (NBR 9603)
Perfurações executas com trados
Limitada ao nível d’água
Amostras deformadas
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Prospecção do subsolo
Sondagem a trado
(NBR 9603)
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Prospecção do subsolo
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
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Prospecção do subsolo
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
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Prospecção do subsolo
Sondagens à percussão com SPT
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
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Sondagem SPT
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Sondagem SPT
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Prospecção do subsolo
Sondagens à percussão com SPT
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(PINTO, 2006)
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Prospecção do subsolo
Amostragem indeformada
Blocos indeformados
Cilindro de Hilf
Amostrador Shelby
Pistão estacionário
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Amostrador Shelby