Mecânica dos Solos IProf. (a): Alcineide Xavier da S. Segato

Engenheira Civil

O estudo da textura dos solos é realizado por intermédio do ensaio de granulometria, do qual falaremos adiante. Pela sua textura os solos podem ser classificados em dois grandes grupos: solos grossos (areia, pedregulho, matacão) e solos finos (silte e argila). Esta divisão é fundamental no entendimento do comportamento dos solos, pois a depender do tamanho predominante das suas partículas, as forças de campo influenciado em seu comportamento serão gravitacionais (solos grossos) ou elétricas (solos finos).

CARACTERÍSTICAS DO SOLO EM FUNÇÃO DO TAMANHO DA PARTÍCULA

Nos solos grossos, por ser predominante a atuação de forças gravitacionais, o comportamento mecânico e hidráulico está principalmente condicionado a sua capacidade, que é uma medida de quão próximas estão as partículas sólidas umas das outras, resultando em arranjos com maiores ou menores quantidades de vazios. Os solos grossos possuem uma maior porcentagem de partículas visíveis a olho nu (φ≥0,074mm) e suas partículas têm formas arredondadas, poliédricas e angulosas.

SOLOS GROSSOS

São classificados como pedregulho as partículas de solo com dimensões maiores que 2,0mm (ABNT). Os pedregulhos são encontrados em geral nas margens dos rios, em depressões preenchidas por materiais transportados pelos rios ou até mesmo em uma massa de solo residual.

PEDREGULHOS

As areias se distinguem pelo formato dos grãos que pode ser angular, subangular e arredondado, sendo este ultimo uma característica das areias transportadas por rios ou pelo vento. O transporte das partículas dos solos tende a arredondar as suas arestas, de modo que quanto maior a distância de transporte, mais esféricas serão as partículas resultantes.

Areias grossas: Φ entre 0,60 mm e 2,0 mm; Areias médias: Φ entre 0,20 mm e 0,60 mm; Areias finas: Φ entre 0,06 mm e 0,20 mm.

AREIAS

Os solos finos possuem partículas com formas lamelares, fibrilares e tubulares e é o mineral que determina a forma da partícula. O comportamento dos solos finos é definido pelas forças de superfície (moleculares, elétricas) e pela presença de água, a qual influi de maneira marcante nos fenômenos de superfície dos argilo - minerais.

SOLOS FINOS

Se caracteriza pela sua plasticidade marcante (capacidade de se deformar sem apresentar variações volumétricas) e elevada resistência quando seca. É a fração mais ativa dos solos.

ARGILAS

O comportamento dos siltes é governado pelas mesmas forças dos solos grossos (forças gravitacionais). Estes possuem granulação fina, pouca ou nenhuma plasticidade e baixa resistência quando seco.

SILTES

Tato:- Plasticidade: Moldar bolinhas ou cilindros de solo úmido. As

argilas são moldáveis enquanto as areias e siltes não são moldáveis.

- Resistência do solo seco: As argilas são resistentes a pressão dos dedos enquanto os siltes e areias não são.

- Dispersão da água: Misturar uma porção de solo seco com água em uma proveta, agitando – a. As areias depositam – se rapidamente, enquanto que a as argilas turvam a suspensão e demoram para sedimentar.

- Impregnação: Esfregar uma pequena quantidade de solo úmido na palma de uma das mão. Colocar a mão em baixo de uma torneira aberta e observar a facilidade com que a palma as mão fica limpa, solos finos se impregnam e não saem da mão com facilidade.

IDENTIFICAÇÃO TÁTIL DOS SOLOS

Objetiva determinar os tamanhos dos diâmetros equivalentes das partículas sólidas em conjunto com a proporção de cada fração constituinte do solo em relação ao peso de solo seco.

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

É o gráfico semilogarítmico, cujos pontos representam: em ordenadas, em porcentagem, a massa dos grãos ou partículas de dimensões inferiores às indicadas, por seus logaritmos, nas abscissas. A escala das ordenadas é crescente, de baixo para cima e a das abscissas cresce a partir da esquerda. Alguns sistemas de classificação utilizam a curva granulométrica para auxiliar na previsão do comportamento de solos grossos. Para tanto, estes sistemas de classificação lançam mão de alguns índices característicos da curva granulométrica, para uma avaliação de sua uniformidade e curvatura.

CURVA GRANULOMÉTRICA

Tabela 3.2 Representação de diferentes curvas granulométricas

Neste texto, utilizaremos a escala granulométrica adotada pela ABNT 6502/95 na nomenclatura das partículas.

Obs.: A classificação granulométrica de um solo deve ser feita pelo comportamento do solo, não pela predominância de grãos de um determinado tamanho.

De acordo com a curva granulométrica obtida, o solo pode ser classificado como bem graduado, caso ele possua uma distribuição contínua de diâmetros equivalentes em uma ampla faixa de tamanho de partículas ou mal graduada, caso ele possua uma curva granulométrica uniforme ou uma curva granulométrica que apresente ausência de uma faixa de tamanhos de grãos.

O grau de uniformidade indica a falta de uniformidade, sendo tanto menor quanto mais uniforme for o solo.

D10-Diâmetro efetivo -Diâmetro equivalente da partícula para o qual temos 10% das partículas passando (10% das partículas são mais finas que o diâmetro efetivo).

D30 e D60-O mesmo que o diâmetro efetivo, para as percentagens de 30 e 60%, respectivamente.

CU = D60 / D10

GRAU DE UNIFORMIDADE

Quanto menor, maior é a inclinação da curva granulométrica, e o solo é melhor graduado, segundo a seguinte classificação:

CU < 5 →muito uniforme5 < CU < 15 →uniformidade média

CU > 15 → desuniforme

Coeficiente De Curvatura (CC):

CC = (D 30) 2 / (D60 . D10)

Solo bem graduado têm 1 < CC < 3.Solo mal graduado têm CC < 1 ou CC < 3.

Conjunta para o levantamento da curva granulométrica do solo. É realizado com base em dois procedimentos distintos: peneiramento e sedimentação. O ensaio de granulometria é realizado empregando – se os seguintes equipamentos: jogo de peneiras, balança, estufa, destorroado, quarteador, bandejas, proveta, termômetro, decímetro, cronômetro, dispersor, defloculante, etc. a preparação das amostras de solo se dá pelos processos de secagem ao ar, quarteamento, destorroamento.

ENSAIO DE GRANULOMETRIA

Peneiramento: utilizado para a fração grossa do solo (grãos com até 0,074mm de diâmetro equivalente)

Sedimentação: os solos muito finos, com granulometria inferior a 0,074mm, são tratados de forma diferenciada, através do ensaio de sedimentação desenvolvido por Arthur Casagrande.

O ensaio de sedimentação é realizado medindo-se a densidade de uma suspensão de solo em água, no decorrer do tempo. A partir da medida da densidade da solução no tempo, calcula-se a percentagem de partículas que ainda não sedimentaram e a velocidade de queda destas partículas (a profundidade de medida da densidade é calculada em função da curva de calibração do decímetro). Com o uso da lei de Stokes, pode-se inferir o diâmetro máximo das partículas ainda em suspensão, de modo que com estes dados, a curva granulométrica é completada.

Lei de Stokes:

Estufa capaz de manter a temperatura entre 60o C e 65o C e entre 105oC e 110oC;

APARELHAGEM PARA O ENSAIO DE GRANULOMETRIA

Recipientes adequados, tais como dessecadores, que permitam esfriar amostras sem absorção de umidade;

Aparelho de dispersão, com hélices substituíveis e copo munido de chicanas (a rotação da hélice do aparelho não deverá ser inferior a 9.000 rpm);

Desímetro de bulbo simétrico, calibrado a 20oC com resolução de 0,001, graduado de 0,995 a 1,050;

Agitador mecânico de peneiras com dispositivo para fixação de até seis peneiras, inclusive tampa e fundo;

Bisnaga de borracha (Piceta);

Peneiras de 50, 38, 25, 19, 9,5, 4,8, 2,0 mm (peneiramento grosso), 1,2, 0,6, 0,42, 0,25, 0,15,e 0,075mm (peneiramento fino), conforme a NBR 5734;

Balanças que permitam pesar nominalmente 200 g, 1,5 kg, 5 kg e 10 kg, com resoluções de 0,01g, 0,1g, 0,5g e 1g, respectivamente, e sensibilidades compatíveis;

Proveta de vidro, com cerca de 450 mm de altura, com traço de referência indicando 1.000 cm3 a 20o C;

Proveta de vidro, c/ capacidade de 250 cm3 e resolução de 2 cm3;

Béquer de vidro, com capacidade de 250 cm3;

Tanque para banho, com dimensões adequadas à imersão das provetas até o traço de referência, capaz de manter a temperatura da suspensão aproximadamente constante durante a fase de sedimentação. Este banho é dispensável quando o ensaio for efetuado em ambiente com temperatura aproximadamente constante;

Termômetro graduado de 0oC a 50oC, com resolução 0,1o C;

Relógio com indicação de segundos;Escova de cerdas metálicas;Baqueta (bastão) de vidro;

O solo é constituído de uma fase fluida (água e/ou ar) e se uma fase sólida. A fase fluida ocupa os vazios deixados pelas partículas sólidas.

1. Fase sólidaCaracteriza-se pelo seu tamanho, forma, distribuição e composição mineralógica dos grãos.

2. Fase gasosaFase composta geralmente pelo ar do solo em contato com a atmosfera, podendo-se também apresentar na forma oclusa (bolhas de ar no interior da fase água). A fase gasosa é importante em problemas de deformação de solos e é bem mais compressível que as fases sólida e líquida.

FASES SÓLIDO – ÁGUA - AR

3. Fase líquidaFase fluida composta em sua maior parte pela água, podendo conter solutos e outros fluidos imiscíveis. Pode-se dizer que a água se apresenta de diferentes formas no solo, sendo contudo extremamente difícil se isolar os estados em que a água se apresenta em seu interior. A seguir são apresentados os termos mais comumente utilizados para descrever os estados da água no solo.

3.1. Água livrePreenche os vazios dos solos. Pode estar em

equilíbrio hidrostático ou fluir sob a ação da gravidade ou outros gradientes de energia.

3.2. Água capilarÉ a água que se encontra presa às partículas do solo por meio de forças capilares. Esta se eleva pelos interstícios capilares formado pelas partículas sólidas, devido a ação das tensões superficiais nos contatos ar-água-sólidos, oriundas a partir da superfície livre de água.

3.3. Água adsorvida (adesiva)É uma película de água que adere ás partículas dos solos finos devido a ação de forças elétricas desbalanceadas na superfície dos argilo-minerais. Está submetida a grandes pressões, comportando-se como sólido na vizinhança da partícula de solo.

3.4. Água de constituiçãoÉ a água presente na própria composição química das partículas sólidas.

3.5. Água higroscópicaÁgua que o solos possui quando em equilíbrio com a umidade atmosférica e a temperatura ambiente.

Um solo argiloso pode se apresentar em um estado líquido, plástico, semi-sólido ou sólido, a depender de sua umidade.

No estado plástico, o solo apresenta uma propriedade denominada de plasticidade, caracterizada pela capacidade do solo se deformar sem apresentar ruptura ou trincas e sem variação de volume.

CONSISTÊNCIA DO SOLO

Umidade: Existe uma faixa de umidade dentro da qual o solo se comporta de maneira plástica. Valores contidos nesta faixa farão o solo se comportar como semi-sólido.

Tipo de argilo- mineral: O tipo de argilo- mineral (sua forma, constituição mineralógica, tamanho, superfície específica, etc.) influi na capacidade do solo de se comportar de maneira plástica.

A depender da quantidade de água presente no solo, teremos os seguintes estados de consistência:

SÓLIDO→ Ws

SEMI – SÓLIDO→ Wp

PLÁSTICO→ WL

FLUIDO - DENSO→ W%

ESTADOS DE CONSISTÊNCIA

Estado Sólido – dizemos que um solo está em um estado de consistência sólido quando o seu volume “não varia” por variações em sua umidade.

Estado Semi – Sólido – O solo apresenta fraturas e se rompe ao seu trabalho. O limite de concentração, Ws, separa os estados de consistência sólido e semi – sólido.

Estado Plástico – dizemos que um solo está em um estado plástico quando podemos moldá-lo sem que o mesmo apresente fissuras ou variações volumétricas. O limite de plasticidade, Wp, separa os estados de consistência semi-sólido e plástico.

Estado Fluido – Denso(Líquido) – quando o solo possui propriedades e aparência de uma suspensão, não apresentado resistência ao cisalhamento. O limite de liquidez, WL, separa os estados plástico e fluido.

LIMITE DE LIQUIDEZ