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SolosCaracterização, classificação e utilização
Universidade do Minho Departamento de Engenharia Civil
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Carlos Palha, 2008
Solos-Amostragem-Preparação das amostras-Composição granulométrica-Limites de consistência-Classificação-Compactação
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Amostragem
-Amostras remexidas
Amostras colhidas com pá, trados manuais, etcPodem ir ate 6m de profundidade (estrutura do solo destruída).
-Amostras intactas
Amostras colhidas com amostradores apropriados (minimizar a alteração estrutural do solo)Colheitas superficiais (permeabilidade dos solos) ou profundas (ensaios edométricos e/ou triaxiais)
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Amostragem
Redução de amostras
Deve ser feita por forma a garantir que a amostra reduzida contenha as características da amostra inicial
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Redução de amostras (esquartelamento manual)
Repartidor de amostras automático
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Composição granulométrica
Análise granulométrica
Partículas superiores a 0.075mm (LNEC E 239)
- Material retido no peneiro 2mm
- Material passado no peneiro 2mm(Peneiração húmida da toma)
Partículas inferiores a 0.075mm (LNEC E 196)
(sedimentação)
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Composição granulométrica
Areia bem graduadaGranulometria descontínua
(mistura aberta)Areia monogranular
(solo muito uniforme)
% p
assa
dos
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Análise granulométrica – Sedimentação (LNEC E 196)Medição da densidade da solução antifloculante a diferentes intervalos de
tempo.Através da lei de Stokes é possível traçar a curva granulométrica da
fracção ensaiada
Solução antifloculante
Densímetro
Partículas de solo dispersas
Partículas de solo sedimentadas
2
18Dws ×
×−
=ηγγν
tGGZD
w
s
×−×××
=)(980
30 η
D – Diâmetro das particulas em mmη – coef. de viscosidade da solucao (poises)Zs – profundidade efectiva (distancia do nivel da
suspensao ao centro de impulsao do densimetro), cmG – densidade das particulas solidasGw– densidade da solucao à temp. de ensaio
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Análise granulométrica – Sedimentação (LNEC E 196)
100ml, 10 mint, aquecer<#10 Agitar durante 15 mint
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(**) Posição do Centro de Gravidade do Densímetro(*) Leitura no Densímetro
2.110.0007415.691.006519.002880
2.410.0010415.551.007019.001440
3.290.0024715.161.008519.00250
4.850.0049314.511.011019.8060
6.050.0068413.991.013020.0030
6.680.0095813.731.014020.4015
7.820.0162813.211.016020.075
9.070.0252412.701.018020.702
9.970.0351412.311.019520.901
10.270.0494312.181.020021.000.5
% DO TOTAL PASSADASD=K*SQRT(Z/t)
(mm)Z (cm) (**)L (*)T (ºC)t (min)
Análise granulométrica – Sedimentação (LNEC E 196)
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100
DIÂMETROS (mm)
% P
ASS
AD
A (t
otal
)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% R
ETID
A (a
cum
ulad
a)
76.1
50.8
38.1
25.419.1
12.7
9.52
6.35
4.76
2.382
1.19
0.84
0.42
0.297
0.177
0.105
0.074
3"2"
11/2"
1"3/4"
1/2"
3/8"
1/4"
48101620405080140
200
ABERTURAmm
Nº
0.005 0.05 0.5 50
_________________________________________________________________
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___________________________PENEIROS ASTM 60
0.25
Análise granulométrica – Sedimentação (LNEC E 196)
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Limites de consistência (LNEC E 143)Um solo com baixo teor em água não será moldável ( estado sólido);se juntarmos água ele passa por um estado em que se desfaz em fragmentos (estado semi-sólido);se continuarmos a adicionar água o solo atingirá um estado em que será possível moldá-lo, sem variação de volume (estado plástico); se acrescentarmos ainda mais água o solo transforma-se numa pasta com comportamento de um liquido (estado líquido)
→→→→→→→→ Teor em água crescente →→→→→→→→
LR ou WS → LP ou WP → LL ou WL(Limite de retracção) (Limite de plasticidade) (Limite de liquidez)
LL – LP = Índice de Plasticidade (IP)
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Limites de Liquidez (100g solo <#40 ASTM)Menor teor em água com que uma amostra de solo pode ser capaz de fluirA determinação deste teor é efectuada através da concha de Casagrande
28
30
32
34
36
38
Nº DE GOLPES
Teor
em
águ
a %
6050403025201510
LL
Equipamento de Casagrande(eléctrico)
Concha
Ponta de calibração
Riscador para solos arenosos
Riscador para solos argilosos
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Limites de Liquidez
10mm
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Limites de Plasticidade (100g solo <#40 ASTM)Teor em água a partir da qual um solo começa fracturar quando se tenta moldar com ele, um cilindro com diâmetro de 3 mm e cerca de 10 cm de comprimento
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Limites de Plasticidade (100g solo <#40 ASTM)
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Classificação de solos para propósitos de engenharia(Classificação Unificada Revista de Solos)
A classificação unificada de solos é feita por um conjunto de duas letras ou associação de conjuntos. A primeira letra indica o nome do solo e a segunda qualifica uma característica do solo, granulometria ou plasticidade.
G – “Gravel” – cascalho ou seixoS – “Sand” – areiaM – “Mo” – silteC – “Clay” – argilaO – “Organic” – orgânicoPt – “Peat” – turfaW – “Well graded” – bem graduadoP – “Poor graded” – mal graduadoL – “Low plasticity” – baixa plasticidadeH – “High plasticity” – alta plasticidad
GW – cascalho bem graduadoGP – cascalho mal graduadoGM – cascalho siltosoGC – cascalho argilosoSW – areia bem graduadaSP – areia mal graduadaSM – areia siltosaSC – areia argilosaML – silteOL – silte orgâncico ou argila orgânicaCH – argila gordaMH – silte elásticoOH - silte orgânico ou argila organica
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Classificação de solos para propósitos de engenharia(Classificação Unificada de Solos)
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Classificação de solos para propósitos de engenharia(Classificação Unificada Revista de Solos)
Tabela completa
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Compactação de solos
Solo solto(Baixa capacidade de suporte)
Solo compactado(Melhoria da capacidade de suporte)
A compactação é um processo mecânico que por acção de cargas repetidas, conduz a uma diminuição de volume de uma dada massa de solo.
Ar
Sólido
Água
Sólido
ÁguaAr
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Métodos de ensaio para determinação do teor em água óptimo e da baridade seca máxima em solos EN 13286-1
Compactação de solos
Máxima dimensão de 80 mmMenos de 12% passados no peneiro 0.063 mm
Mesa vibradora
90 a 100% passados no peneiro 20 mm70 a 100% passados no peneiro 40 mm
Martelo vibrador
Máxima dimensão de 31.5 mmVibrocompressão com parâmetros controlados
75 a 100% passados no peneiro 63 mmMolde de 250 mmMartelo 15kg
75 a 100% passados no peneiro 31.5mmMolde de 150 mm
Máxima dimensão de 16 mmMolde de 100 mm
Martelo 4.5 kg
75 a 100% passados no peneiro 31.5mmMolde de 150 mm
Máxima dimensão de 16 mmMolde de 100 mm
Martelo 2.5 kg
Compactação Proctor
Tamanho do agregadoTipo de Ensaio
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Resumo das características para o ensaio de Proctor e Proctor Modificado
Compactação de solos – Ensaio de Proctor EN 13286-2
985625--Número de pancadas por camada
355--Número de camadas
600457457mmh2Altura de queda
1255050mmd2Diâmetro da base do martelo
154.54.5kgmRMassa do martelo
ProctorModificado
225625--Número de pancadas por camada
333--Número de camadas
600305305mmh2Altura de queda
1255050mmd2Diâmetro da base do martelo
152.52.5kgmRMassa do martelo
Proctor
CBA
Molde do ProctorUnidad
esiglaCaracterísticas do ensaioTipo de ensaio
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Curva de compactação, relação da baridade seca com o teor em água
Compactação de solos – Ensaio de Proctor EN 13286-2
1 – Baridade seca máxima (ρdmax)2 – Curva de compactação3 – Curva de sarturação para o G do material4 – Teor em água óptimo (Wopt)
)100()100(
wd +×
=ρρ
ρd (Mg/m3)
W (%)
ρdmax
Wopt
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Ensaio de Proctor EN 13286-2
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Avaliação da capacidade de suporte dos solosCalifornia Bearing Ratio (CBR) - EN 13286-47
Força aplicada1.27mm/min
Pistão com Ø 50 mm
Moldenormalizado
Amostra
Anéis decarga
Deflectómetro ou transdutor de deslocamento
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Avaliação da capacidade de suporte dos solos (CBR) - EN 13286-47
Imediato Embebido In situ
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Avaliação da capacidade de suporte dos solosCalifornia Bearing Ratio (CBR) - EN 13286-47
29.1205.85
23.813.23.152.5
CBR(%)
Força Standard(kN)
Força(kN)
Penetração(mm)
1002.13)(5.2
5.2 ×=kNFCBR mm
mm
10020
)(55 ×=
kNFCBR mmmm
Q – Origem corrigidaS – Ponto de inflexãoQST – Curva de ensaio corrigida
Irregularidades da superfície/Equipamento
de ensaio
Esf = 10 x CBR – ShellEsf = 17,6 x CBR0,64 – PowellEsb = k Esf (k = 0,2 x hg0,45 )
Exemplo de cálculo do valor de CBR
Expressões para o cálculo dos módulos de deformabilidade em camadas granulares
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Controlo de compactações
Métodos de determinação do Teor em água
- Ensaios de laboratório- método da estufa
- Ensaios de campo- Método do speedy- Método do álcool- Método radioactivo
Métodos de determinação da baridade seca
- Ensaios de campo- Garrafa de areia- Método do balão- Método radioactivo (Gamadensímetro)
- Ensaio macro
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Controlo de compactações – Determinação do teor em água
Speedy – Carbureto de Cálcio (ASTM D4944)
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Controlo de compactações – Determinação da baridade seca
Garrafa de areia (E 204)
TORNEIRA
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Controlo de compactações – Determinação da baridade seca
Garrafa de areia (E 204)
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Controlo de compactações – Determinação da baridade seca
Volumímetro (ASTM D2167)
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Controlo de compactações – Determinação da baridade seca
Volumímetro (ASTM D2167)
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Controlo de compactações – Determinação da baridade húmida, baridade seca, teor em água e grau de compactação
Método Nuclear – Gamadensímetro (ASTM D2922)
Ensaio Nuclear
Receptor
Transmissão indirectaDisplay Display
Transmissão directa
Emissor Emissor
Receptor
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Controlo de compactações – Determinação da baridade seca
GC = 98% GC = 105%
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Controlo de compactações – Determinação da baridade seca
Ensaio macro (ASTM D4914)
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Controlo de compactações/Capacidade de carga – Ensaio de carga com placa (AFNOR NF 94-117-1 2000)
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Controlo de compactações/Capacidade de carga – Ensaio de carga com placa (AFNOR NF 94-117-1 2000)
1º Carregamento
2ºCarr
egam
ento Determinação do
módulo de deformabilidade
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Controlo de compactações/Capacidade de cargaGeogauge (ASTM D6758)
Vibrador
BateriasBaterias
Sensores
SoloCaracterísticas:- Módulo de deformabilidade da camada – 26 a 610 MPa- Rigidez da camada – 3 a 70 MN/m- Profundidade de medições – 230 a 310 mm- Tempo de medição – 75 segundos- Funciona a baterias recarregáveis
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Controlo de compactações – Light Falling Weight Deflectometer (LFWD)
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Controlo de compactações/Capacidade de carga – PORTANCEMETREPrincípio de funcionamento Exemplo de resultados
Massa suspensa
Roda de açoMassa vibrante
Vídeo
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Ensaio de corte directo – Caixa de corte (ASTM D3080)
Limitações:Dificuldade ou impossibilidadede controlar a drenagem, especialmente em solos finos.Plano de corte imposto, podenão ser o mais fraco.Área de corte não é constante
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Ensaio de corte directo – Caixa de corte (ASTM D3080)Tensão - Deslocamento
tensão normaltensão normaltensão normal
Tens
ão d
e co
rte
Deslocamento horizontal (in)
Deslocamento horizontal (in)
Tens
ão d
e co
rte
horiz
onta
l
tensão normal
tensão normaltensão normal
Tensão normal
Tens
ão d
e co
rte
Areias: c=0 Ø ≈ 45º
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Ensaio de corte directo – Caixa de corte (ASTM D3080)
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Tipos de trajectórias de tensões para ensaios triaxiais
2hvp σσ +
=2
hvq σσ −=
σv
σhσh
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Consolidação de solos - Ensaio edométrico (ASTM D2435)
Amostra indeformada
Pedra porosa
Pedra porosa
Deflectómetro
Carga aplicada
Anel rígido(impede deformações laterais)
Construção de Casagrande para determinação da tensão de pré-consolidação (σ’p)
Metodologia:1- Encontrar ponto de menor curvatura (O)2-Traçar uma tangente a este ponto (B)3-Traçar uma horizontal a esse ponto (C)4-Traçar a bissectriz entre as duas rectas anteriores (D)5-Prolongar a parte recta da curva de consolidação ate intersectar a bissectriz6-a abcissa deste ponto corresponde à tensão de pré-consolidação
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