apostila de solos[1]

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    1. ORIGEM E FORMAO DOS SOLOS

    1.1 Introduo

    A poro externa e superficial da crosta terrestre formada por vrios tipos de corpos rochosos que constituem o manto rochoso. Estas rochas esto sujeitas a condies que alteram a sua forma fsica e sua composio qumica. Estes fatores que produzem essas alteraes so chamados de agentes de intemperismo. Pode-se ento conceituar o intemperismo como o conjunto de processos fsicos e qumicos que modificam as rochas quando expostas ao tempo.

    O processo do intemperismo se d em duas fases: - intemperismo fsico que a desintegrao da rocha; - intemperismo qumico que a decomposio da rocha. A desintegrao (intemperismo fsico) a ruptura das rochas inicialmente em

    fendas, progredindo para partculas de tamanhos menores, sem, no entanto, haver mudana na sua composio. Nesta desintegrao, atravs de agentes como gua, temperatura, presso, vegetao e vento, formam-se os pedregulhos e as areias (solos de partculas grossas) e at mesmo os siltes (partcula intermediria entre areia e argila). Somente em condies especiais so formadas as argilas (partculas finas), resultantes da decomposio do feldspato das rochas gneas.

    A decomposio (intemperismo qumico) o processo onde h modificao mineralgica das rochas de origem. O principal agente a gua, e os mais importantes mecanismos modificadores so a oxidao, hidratao, carbonatao e os efeitos qumicos resultantes do apodrecimento de vegetais e animais.

    Normalmente a desintegrao e a decomposio atuam juntas, uma vez que a ruptura fsica da rocha permite a circulao da gua e de agentes qumicos. Os organismos vivos concorrem tambm na desagregao puramente fsica e na decomposio qumica das rochas.

  • 2

    1.2 Formao dos solos

    Cada rocha e cada macio rochoso se decompem de uma forma prpria. Pores mais fraturadas se decompem mais intensamente do que as partes macias, e certos constituintes das rochas so mais solveis que outros. As rochas que se dispem em camadas, respondem ao intemperismo de forma diferente para cada camada, resultando numa alterao diferencial. O material decomposto pode ser transportado pela gua, pelo vento, etc. Os solos so misturas complexas de materiais inorgnicos e resduos orgnicos parcialmente decompostos. Para o homem em geral, a formao do solo um dos mais importantes produtos do intemperismo. Os solos diferem grandemente de rea para rea, no s em quantidade (espessura de camada), mais tambm qualitativamente. Os agentes de intemperismo esto continuamente em atividade, alterando os solos e transformando as partculas em outras cada vez menores. O solo propriamente dito a parte superior do manto de intemperismo, assim, as partculas diminuem de tamanho conforme se aproximam da superfcie. Os fatores mais importantes na formao do solo so: - ao de organismos vivos; - rocha de origem; - tempo (estgio de desintegrao/decomposio); - clima adequado; - inclinao do terreno ou condies topogrficas.

    1.3 Classificao dos solos quanto sua origem

    Quanto sua formao, podemos classificar os solos em trs grupos principais: solos residuais, solos sedimentares e solos orgnicos.

    Solos residuais so os que permanecem no local da rocha de origem (rocha-me), observando-se uma gradual transio da superfcie at a rocha. Para que ocorram os solos residuais, necessrio que a velocidade de decomposio de rocha seja maior que a velocidade de remoo pelos agentes externos. Estando os solos residuais apresentados em horizontes (camadas) com graus de intemperismos decrescentes, podem-se identificar as seguintes camadas: solo residual maduro, saprolito e a rocha alterada.

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    Solos sedimentares ou transportados so os que sofrem a ao de agentes transportadores, podendo ser aluvionares (quando transportados pela gua), elicos (vento), coluvionares (gravidade) e glaciares (geleiras).

    Solos orgnicos originados da decomposio e posterior apodrecimento de matrias orgnicas, sejam estas de natureza vegetal (plantas, razes) ou animal. Os solos orgnicos so problemticos para construo por serem muito compressveis. Em algumas formaes de solos orgnicos ocorre uma importante concentrao de folhas e caules em processo de decomposio, formando as turfas (matria orgnica combustvel).

    1.4 Fsica dos solos

    O solo constitudo de uma fase fluida (gua e/ou gases) e de uma fase slida. Pode-se dizer que solo um conjunto de partculas slidas que deixam espaos vazios entre si, sendo que estes vazios podem estar preenchidos com gua, com gases (normalmente o ar), ou com ambos.

    1.4.1 Partculas slidas: As partculas slidas do caractersticas e propriedades ao solo conforme sua

    forma, tamanho e textura. A forma das partculas tem grande influncia nas suas propriedades. As principais formas das partculas so:

    a) poligonais angulares so irregulares, exemplo de solos: areias, siltes e pedregulhos.

    b) poligonais arredondadas possuem a superfcie arredondada, normalmente devido ao transporte sofrido quando da ao da gua. Exemplo: seixo rolado.

    c) lamelares possuem duas dimenses predominantes, tpicas de solos argilosos. Esta forma das partculas das argilas responde por alguma de suas propriedades, como por exemplo, a compressibilidade e a plasticidade, esta ltima, uma das caractersticas mais importantes.

    d) Fibrilares possuem uma dimenso predominante. So tpicas de solos orgnicos.

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    As partculas poligonais (areia) apresentam menor superfcie especfica que as lamelares (argila), proporcionando s areias atrito interno.

    1.4.2 gua: A gua contida no solo pode ser classificada em: a) gua higroscpica a que se encontra em um solo mido ou seco ao ar livre, ocupando os vazios do solo, na regio acima do lenol fretico. Pode ser totalmente eliminada quando submetida a temperaturas acima de 100C. b) gua adsorvida tambm chamada de gua adesiva, aquela pelcula de gua que envolve e adere fortemente s partculas de solos muito finos (argila), devido a ao de foras eltricas desbalanceadas na superfcie dos argilo-minerais slida. c) gua de constituio a que faz parte da estrutura molecular da partcula slida. d) gua capilar a que, nos solos finos, sobe pelos vazios entre as partculas, at pontos acima do lenol fretico (ascenso capilar). Pode ser totalmente eliminada quando submetida a temperaturas acima de 100C. e) gua livre aquela formada pelo excesso de gua no solo, abaixo do lenol fretico, e que preenche todos os vazios entre as partculas slidas. Pode ser totalmente eliminada quando submetida a temperaturas acima de 100C.

    1.4.3 Gases: Dependendo do tipo de solo e das suas propriedades (principalmente porosidade), podemos ter os vazios preenchidos com ar. Em algumas regies pantanosas (EUA), podemos ter gases (alguns txicos) preenchendo estes vazios.

    1.5 Diferena entre solo para construo do solo para agronomia

    Pode-se afirmar que quando um solo apropriado para construo civil, deve ser imprprio para fins de agricultura. Assim um solo muito compacto, conveniente para obras civis, mas pssimo para agricultura. Do mesmo modo que um solo poroso, com muitos vazios, bom para a agricultura, mas inadequado para construo.

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    2. NDICES FSICOS DOS SOLOS

    2.1 Introduo

    Como vimos, o solo composto por partculas slidas que apresentam vazios entre si. Estes vazios podem estar preenchidos por gua e/ou ar. Assim, temos 3 fases: * fase slida formada por partculas slidas; * fase lquida formada pela gua; * fase gasosa formada pelo ar (vapor, gases).

    FIGURA I EXEMPLO DA COMPOSIO DE UM SOLO

    O comportamento de um solo depende das quantidades relativas de cada uma das fases constituintes. Chamamos de ndices fsicos as relaes entre as fases.

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    FIGURA II ESQUEMA DE VOLUMES/PESOS

    Devemos ter em mente os diversos estados que um solo pode estar sujeito, sendo afetados por fatores naturais (chuvas, insolao) ou no (compactao mecnica, cortes, aterros). Assim, por exemplo, aps um perodo chuvoso, um determinado solo apresentar um estado em que os vazios sero preenchidos pela gua, e o ar anteriormente presente ser expulso. No vero, aps a evaporao da gua, este mesmo solo apresentar um novo estado, com o ar penetrando nos vazios deixados pela gua. Para identificar o estado em que se encontra um determinado solo, num dado momento, utilizamos os ndices fsicos.

    2.2 Grandezas envolvidas: As principais grandezas de um solo so: Ps peso das partculas slidas; Pa peso da gua; * o peso do ar considerado desprezvel. Vs volume das partculas slidas; Va volume da gua; Var volume do ar; Vv - volume de vazios; Teremos sempre:

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    Pt = Ps + Pa;

    Vv = Va + Var;

    Vt = Vs + Va + Var = Vs + Vv;

    As unidades mais usuais so: - para o peso: g; kg ; t.

    - para o volume: cm3; dm3; m3.

    2.3 Umidade (h%): a relao, expressa na forma percentual, entre o peso da gua contida num

    certo volume de solo e o peso da parte slida existente neste mesmo volume.

    100% =PsPah

    Para se determinar o teor de umidade de um solo, em laboratrio, pesamos uma amostra do solo no seu estado natural (devemos ter o cuidado na retirada e no transporte para o laboratrio de no alterarmos a umidade da amostra) e o peso aps a completa secagem em estufa (T = 105oC). Assim teremos P1 e P2.

    P1 peso da amostra natural mais o peso da embalagem (tara); P2- peso da amostra seca mais o peso da embalagem (tara). Pa = P1-P2 e

    Ps = P2 Ptara.

    Um outro meio muito simples e rpido a utilizao do aparelho Speedy. Este aparelho consiste num reservatrio metlico fechado que se comunica com um manmetro destinado a medir a presso interna. Dentro do reservatrio colocada uma quantidade determinada da amostra de solo, juntamente com uma poro determinada de carbureto de clcio (CaC2). A reao da gua contida na amostra de solo com o carbureto, resulta em gs acetileno, de acordo com a expresso:

    CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2 H2. Assim, estabelecemos uma relao entre a variao da presso interna no reservatrio, com o teor de umidade da amostra de solo. Outro mtodo utilizado o chamado mtodo expedito do lcool. grande a variao de umidade de um solo para outro, algumas argilas do Mxico, por exemplo, apresentam umidade da ordem de 400%. A umidade um ndice muito expressivo, principalmente para os solos argilosos, que tm sua resistncia

    dependente do teor de gua presente nos mesmos.

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    Na natureza no existem solos com teor de umidade igual a zero. Esta condio apenas obtida em laboratrio, mesmo assim, aps um determinado perodo exposto ao tempo, a amostra ir absorver a umidade do ar.

    2.4 Peso especfico aparente do solo natural (): a relao entre o peso total (Pt) e o volume total (Vt). A umidade h diferente

    de zero.

    VtPt

    =

    No campo, a determinao de pode ser feita entre outros mtodos, pelo processo do frasco de areia.

    A unidade padro o kN/m3, mas as mais usadas so: g/cm3; kg/dm3; t/m3. OBS: Se o solo estiver saturado, ou seja, com todos os seus vazios preenchidos pela gua, teremos o peso especfico saturado sat, se o solo, alm de saturado, estiver submerso, as partculas slidas sofrero o empuxa da gua, e o peso especfico efetivo

    do solo ser o sat menos o a. Assim, 1== satasatsub .

    2.5 Peso especfico aparente do solo seco (s): a relao entre o peso das partculas slidas (Ps) e o volume total (Vt). A

    umidade (h) da amostra retirada.

    VtPs

    s =

    A sua determinao feita a partir do peso especfico do solo natural () e da umidade (h).

    A unidade padro o kN/m3, mas as mais usadas so: g/cm3; kg/dm3; t/m3.

    2.6 Peso especfico real ou das partculas slidas (g):

    a relao entre o peso das partculas slidas (Ps) e o volume das partculas slidas (Vs). Varia pouco de um solo a outro, oscilando entre 25 e 29 kN/m3, tendo valor menor para um solo com elevado teor de matria orgnica, e valor maior para solo rico em xido de ferro.

    VsPs

    g =

    A unidade padro o kN/m3, mas as mais usadas so: g/cm3; kg/dm3; t/m3.

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    2.7 Peso especfico da gua (a): a relao entre o peso (Pa) e o volume da gua (Va).

    VaPa

    a = = 1,00g/cm3 = 1,00kg/dm3 = 1,00t/m3 = 10,00kN/m3

    2.8 Densidade relativa das partculas ():

    a relao entre o peso especfico das partculas slidas (g) e o peso especfico da gua (a).

    gg

    a

    g

    ===

    0,1

    adimensional. Para a maioria dos solos varia entre 2,50 e 3,00.

    2.9 ndice de vazios (): a relao entre o volume de vazios (Vv) e o volume das partculas slidas

    (Vs).

    VsVv

    =

    adimensional e expresso em percentagem. 2.10 Porosidade ():

    a relao entre o volume de vazios (Vv) e o volume total (Vt).

    VtVv

    =

    adimensional e expresso em percentagem.

    2.11 Grau de saturao (S%): a porcentagem de gua que preenche os vazios do solo.

    100% =VvVaS

  • 10

    2.12 Relao entre os ndices:

    I - ( )hS += 1 ;

    II- ( )+

    =

    1;

    III- 1=s

    g

    ;

    IV -

    =

    Sh ;

    V - ( )( ) gh

    +

    +=

    11

    ;

    VI - ( )( )

    +

    +=

    1S

    ;

    EXERCCIOS:

    1) Uma amostra de um solo pesa 22kg. O volume correspondente a esta amostra 12,20 litros. Desta amostra subtrai-se uma parte, para a qual determina-se: Pt = 70g; Ps = 58g;

    g = 2,67g/cm3. Pede-se determinar: a) h%; b) Ps da amostra maior; c) Pa; d) Vs; e) Vv; f) ; g) ; h) ; i) s da amostra maior; j) S%; k) hsat% (ou seja h% para quando tivermos S%=100%); l) sat (ou seja para S%=100%).

  • 11

    2) O peso total de uma amostra saturada (Va = Vv) 805g. O volume correspondente 500 cm3. Esta amostra depois de seca passou a pesar 720g. Pede-se calcular: a) h%; b) Ps; c) Pa; d) Vs; e) Vv; f) ; g) ; h) ; i) s; j) S%;

    3) Uma determinada amostra de solo tem peso especfico aparente de 1,8g/cm3 e teor de umidade de 30%. Qual o peso especfico aparente seco?

    4) Uma determinada amostra de um solo tem peso especfico aparente seco de 1,7g/cm3 e teor de umidade de 23%. Qual o peso especfico aparente?

    5) Demonstre matematicamente as seguintes relaes:

    ( )%1 hS += ; ( )

    +

    =

    1; 1=

    s

    g

    ;

    =

    Sh ; ( )( ) gh

    +

    +=

    11

    ;

    6) Uma determinada amostra de um solo tem peso especfico aparente de 1,8g/cm3 e peso especfico aparente seco de 1,6g/cm3. Qual o teor de umidade da amostra?

    8) Um solo saturado tem teor de umidade igual a 42% e densidade de 2,68. Calcular: a) ; b) ; c) ; d) quantidade de gua por m3 de solo.

  • 12

    8) O peso especfico de um solo no estado natural 1,8g/cm3, o teor de umidade de 25% e a densidade relativa das partculas slidas 2,65. Determinar:

    a) ; b) s; c) g; d) ; e) ; f) S; g) Qual deve ser a quantidade de gua, que deve chover, por m3 de solo, para que

    se obtenha a saturao do solo?

    h) Qual ser o peso da parte slida de uma amostra que tem peso total = 3,5t?

    9) O peso especfico de um solo 1,75g/cm3 e seu teor de umidade de 6%. Qual a quantidade de gua a ser adicionada, por m3 de solo, para que o teor de umidade passe a 13%?

    10) Do corte feito no terreno do novo Hospital de Palmas, foram retirados 17.000,00 m3 de solo, com ndice de vazios igual a 1,25. Quantos m3 de aterro com 0,85 de ndice de vazios podero ser adicionados a um terreno defronte ao terreno do Hospital?

    11) Calcular o volume da escavao feito em um poo cilndrico, com raio de base de 0,60 m e altura de 40m, sabendo-se que o ndice de vazios do solo, aps a escavao, aumentou 30%

    12) O teor de umidade de uma amostra de 25%, o peso inicial da amostra de 300 g. Qual a quantidade de gua existente na amostra?

    13) O peso de uma amostra de solo saturado de 870g. O volume correspondente de 520 cm3. Sendo o ndice de vazios igual a 65%, determinar o peso especfico real do solo?

  • 13

    14) Uma amostra de solo mido pesa 920 g, com o teor de umidade de 30%. Que quantidade de gua necessria acrescentar nessa amostra, para que o teor de umidade passe para 35%?

    3. GRANULOMETRIA DE UM SOLO

    3.1 Introduo

    Granulometria a distribuio, em porcentagem, dos diversos tamanhos de

    gros. Para se proceder a uma anlise granulomtrica de um solo, faz-se necessrio fazer com que os componentes deste atravessem peneiras, as quais so dispostas

    ordenadamente, superpondo-as na ordem de srie, sempre iniciando com a de maior abertura de malha. A anlise granulomtrica consiste, em geral, em duas fases

    distintas: peneiramento e sedimentao. a determinao das dimenses das partculas do solo e das propores relativas em que elas se encontram,

    representada, graficamente, pela curva granulomtrica. Esta curva traada por pontos em um diagrama semi-logartmico, no qual, sobre os eixos das abscissas, so

    marcados os logaritmos das dimenses das partculas e sobre o eixo das ordenadas as porcentagens, em peso, de material que tem dimenso mdia menor que a

    dimenso considerada.

  • 14

    3.2 Peneiramento: (NBR 7181)

    PENEIRAS CONFORME A EB-22:

    Abertura de malha

    76

    50

    38

    25

    19

    9,5

    4,8

    2,4

    2,0

    1,2

    0,6

    0,42

    0,30

    0,15

    0,075

    PENEIRAS NORMAIS DA A.S.T.M.:

    NMERO ABERTURA (mm) NMERO ABERTURA (mm) 3 76,20 18 1,00

    2 50,80 20 0,84

    1.1/2 38,10 25 0,71

    1 25,40 30 0,59

    3/4" 19,00 35 0,50

    1/2 12,70 40 0,42

    3/8 9,50 45 0,35

    4 OU 3/16 4,76 50 0,297

    5 4,00 60 0,250

    6 3,36 70 0,210

    7 2,83 80 0,177

  • 15

    8 2,38 100 0,149

    10 2,00 120 0,125

    12 1,68 140 0,105

    14 1,41 200 0,074

    16 1,19 270 0,037

    DEFINIES IMPORTANTES:

    PORCENTAGEM QUE PASSA o peso de material que passa em cada peneira, referido ao peso seco da amostra;

    PORCENTAGEM RETIDA a percentagem retida numa determinada peneira. Obtemos este percentual, quando conhecendo-se o peso seco da amostra, pesamos o

    material retido, dividimos este pelo peso seco total e multiplicamos por 100;

    PORCENTAGEM ACUMULADA a soma dos percentuais retidos nas peneiras superiores, com o percentual retido na peneira em estudo;

    MDULO DE FINURA a soma dos percentuais acumulados em todas as peneiras da srie normal, dividida por 100. Quanto maior o mdulo de finura, mais grosso ser o solo;

    DIMETRO MXIMO Corresponde ao nmero da peneira da srie normal na qual a porcentagem acumulada inferior ou igual a 5%, desde que essa porcentagem seja superior a 5% na peneira imediatamente abaixo;

    DIMETRO EFETIVO Segundo Allen-Hazen, o dimetro correspondente a 10% em peso total, de todas as partculas menores que ele; def = d10

    COEFICIENTE DE UNIFORMIDADE Ainda segundo Allen-Hazen, a razo entre os dimetros correspondentes a 60% e 10%, tomados na curva granulomtrica. Esta relao indica, na realidade, falta de uniformidade, pois seu valor diminui ao

    ser mais uniforme o material; efd

    dCu 60=

  • 16

    Cu

  • 17

    4.2 Limites de consistncia

    Quando um solo tem umidade muito elevada, apresenta-se como um fluido denso (lama lquida), isto , no estado lquido. medida que a gua evapora, ele se endurece e, para um certo teor de umidade h, ele perde sua capacidade de fluir, porm

    poder ser moldado e conservar a sua forma. Este teor de umidade h = LL, isto , o Limite de Liquidez, e o solo encontra-se no estado plstico. A gua continuar a evaporar at que o estado plstico desaparecer e o solo se desmanchar ao ser trabalhado. Este o estado semi-slido, com h = LP, isto , o

    Limite de Plasticidade. Continuando-se a secagem, o solo atingir, gradualmente, o estado slido. O limite entre os estados semi-slido e slido o Limite de Contrao. Os limites LL e LP foram estabelecidos pelo cientista sueco Albert Atterberg, enquanto o LC foi estabelecido por Haines.

    O LL determinado atravs do Aparelho de Casagrande (em homenagem ao cientista Arthur Casagrande), o qual usa a energia potencial para fazer a acomodao de uma amostra de solo. - Estado slido no h variao de volume do solo com a secagem;

    - Estado semi-slido verifica-se variao de volume com a secagem; - Estado plstico facilmente moldvel;

    - Estado lquido comportamento de um fluido denso.

    FIGURA 4.1. ESTADOS DO SOLO.

  • 18

    FIGURA 4.2. LIMITES DE CONSISTNCIA.

    4.3 Mtodo do Aparelho de Casagrande (NBR 6459/84)

    O LL equivale ao teor de umidade no qual se fecha uma ranhura feita no solo disposto em uma concha metlica, por meio de 25 golpes, a uma velocidade constante, desta concha contra uma base fixa.

    FIGURA 4.3. DETERMINAO DO LIMITE DE LIQUIDEZ LL.

    Aumento de Umidade Reduo de Umidade

  • 19

    ).particular (eq. 25loggeral); (eq. log

    C-ILLLCNILh+=

    +=

    onde: h umidade; IL ndice de liquidez; N nmero de golpes; C coeso do solo.

    Assim, com apenas 2 umidades diferentes, encontramos os respectivos nmeros de golpes. Podemos ento encontrar IL e C, usando a equao geral e, usando a equao particular, calculamos o LL.

    Note que quanto maior for o teor de umidade, menor ser o nmero de golpes necessrio para fechar o sulco. O Limite de Liquidez LL definido como o teor de umidade para o qual temos que dar 25 golpes no Aparelho de Casagrande, para que se feche 1,00cm de comprimento de sulco. Os teores de umidade utilizados na experincia de Casagrande so manipulados. Normalmente a umidade inicial coincide com a natural (obtida in loco), j a segunda provocada adicionando-se ou retirando-se gua da amostra colhida.

    4.4 Ensaio do Limite de Plasticidade (NBR 7180/84)

    Determina-se o teor de umidade no qual um cilindro de solo executado com a palma da mo, por meio de movimentos regulares de vaivm, sobre uma placa de vidro fosco, comea a fissurar ao atingir dimenses padres: = 3mm, e L = 10cm.

    4.5 Ensaio do Limite de Contrao (NBR 7183/82)

    4.5.1. Mtodo do deslocamento de mercrio: Busca-se determinar o teor de umidade que ainda ocuparia os vazios de um solo colocado a secar em estufa at no mais contrair.

  • 20

    s

    agini

    s

    s

    ini

    PVV

    PPPiniLC

    hhLC

    =

    =

    )( secsec

    onde: hini teor de umidade inicial da amostra; hsec teor de umidade associado reduo de volume com a secagem; P peso inicial da amostra mida; Ps peso da amostra seca; Vini volume inicial da amostra; Vsec volume da amostra aps seca em estufa;

    4.5.2. Determinao do LC atravs dos ndices fsicos:

    =

    11s

    LC

    4.6 ndices de consistncia

    IP = LL LP;

    IP ndice de plasticidade;

    Solos fracamente plsticos 1 < IP < 7;

    Solos medianamente plsticos 7 < IP < 15; Solos altamente plsticos IP > 15.

    IPhLLIC = ;

    IC ndice de consistncia;

    Solos muito moles IC

  • 21

    Solos rijos 0,75 < IC 1,00.

    ( )Vini

    VViniC sec=

    C grau de contrao do solo; Solos bons C

  • 22

    EXERCCIOS:

    1) Na determinao do LL de um solo, utilizou-se o mtodo do aparelho de Casagrande. Assim, foram obtidos os seguintes valores: - para um teor de umidade de 22%, foram necessrios 36 golpes; - para um teor de umidade de 28% foram necessrios 30 golpes. - Qual o valor do LL deste solo?

    2) Para um determinado solo foi colhida uma amostra, a qual foi analisada no laboratrio, sendo obtidos os seguintes dados: - teor de umidade natural da amostra igual a 30%; - experincia de Casagrande: h1 = 30% N1 = 30golpes; h2 = 45% N2 = 20; - LP = 24%; - peso especfico aparente do solo seco igual a 26,00kN/m3; - densidade relativa das partculas igual a 3,00; - o volume inicial da amostra que era de 5,00dm3, passou a ser de 4,50dm3 aps a secagem na estufa.

    Determinar:

    a) LL; b) IP; c) IC; d) LC; e) C (grau de contrao do solo); f) As caractersticas do solo quanto plasticidade, consistncia e contrao; g) Se tivermos um perodo de estiagem prolongado, com a umidade do solo

    passando a ser de 15%, o que aconteceria com a consistncia do solo? h) Se tivssemos um perodo chuvoso, no qual o teor de umidade do solo passasse

    a ser de 50%, o que aconteceria com a consistncia do solo?

  • 23

    5. IDENTIFICAO E CLASSIFICAO DOS SOLOS

    5.1 Materiais constituintes do solo

    PEDREGULHOS: Solos cujas propriedades dominantes so devidas sua parte constituda pelos

    gros minerais de dimetro mximo superior a 4,8mm e inferior a 76mm. So caracterizados pela sua textura, compacidade e forma dos gros.

    AREIAS: Solos cujas propriedades dominantes so devidas sua parte constituda pelos

    gros minerais de dimetro mximo superior a 0,05mm e inferior a 4,8mm. So caracterizados pela sua textura, compacidade e forma dos gros. Quanto textura, a areia pode ser:

    - grossa: gros cujo dimetro mximo compreendido entre 2,00mm e 4,80mm; - mdia: gros cujo dimetro mximo compreendido entre 0,42mm e 2,00mm; - fina: gros cujo dimetro mximo compreendido entre 0,05mm e 0,42mm.

    Quanto compacidade, a areia pode ser: - fofa (pouco compactada); - medianamente compacta; - compacta.

    SILTE: Solo que apresenta apenas a coeso necessria para formar, quando seco, torres

    facilmente desagregveis pela presso dos dedos. Suas propriedades dominantes so devidas sua parte constituda pelos gros minerais de dimetro mximo superior a 0,005mm e inferior a 0,05mm. So caracterizados pela sua textura e compacidade.

    ARGILA: Solo que apresenta caractersticas marcantes de plasticidade; quando

    suficientemente mido, molda-se facilmente em diferentes formas; quando seco, apresenta coeso bastante para constituir torres dificilmente desagregveis por presso dos dedos; suas propriedades dominantes so devidas sua parte constituda pelos gros

  • 24

    minerais de dimetro mximo inferior a 0,005mm. So caracterizados pela sua plasticidade, textura e consistncia em seu estado e umidade naturais. Quanto textura, so as argilas identificadas quantitativamente pela sua distribuio granulomtrica. Quanto plasticidade, podem ser subdivididas em:

    - gordas; - magras.

    Quanto consistncia, podem ser subdivididas em: - muito moles (vazas); - moles;

    - mdias; - rijas; - duras.

    Os trs grupos principais de minerais arglicos so: caolinitas, ilitas e montmorilonitas. As montimorilonitas so as que causam mais preocupao, pois so

    muito expansivas e, portanto, instveis em presena de gua. As bentonitas so argilas muito finas, formadas, em sua maioria, pela alterao fsica de cinzas vulcnicas. Este material foi descoberto em 1888, em Fort Benton (EUA), da a sua denominao. Em sua composio predomina a montmorilonita, o que explica a sua tendncia ao inchamento. Graas a esta propriedade, as injees de bentonita so usadas para vedao em barragens e escavaes. A bentonita um material que exibe propriedades tixotrpicas. Tixotropia propriedade que possui alguns solos finos coesivos, de, aps ter a sua estrutura molecular destruda (amassando-se o solo, por exemplo), quando deixado em repouso, recuperar a sua resistncia coesiva (atravs da sua reordenao da estrutura molecular). As lamas tixotrpicas, ou sejam, suspenso, em gua, desta argila especial, que a bentonita, so muito usadas em perfuraes petrolferas, fundaes profundas, etc.

  • 25

    MATRIA ORGNICA: Cada solo pode apresentar teor de matria orgnica, oriundo de restos vegetais e

    animais. So de fcil identificao, pois possuem cor escura e odor caracterstico. A norma D2487 da ASTM classifica como solo orgnico quele que apresenta LL de uma amostra seca em estufa menor que 75% do LL de uma amostra natural sem secagem em estufa. Geralmente so problemticos, devido sua grande compressibilidade. Apresentam elevados ndices de vazios. As turfas so solos orgnicos com grande porcentagem de partculas fibrosas de material carbonoso (folhas e caules) ao lado de matria orgnica no estado coloidal. Esse tipo de solo pode ser identificado por ser fofo e no plstico e ainda combustvel.

    SOLO RESIDUAL Solo que se origina da decomposio da rocha-me no prprio local aonde esta se encontra. Assim, dependendo da distncia at a rocha original, poderemos encontrar caractersticas diferentes entre os solos originrios da mesma rocha. Para que ocorram se faz necessrio que a velocidade de decomposio da rocha seja maior que a velocidade de remoo por agentes externos. Nas regies tropicais a velocidade de composio das rochas elevada, motivo pelo qual encontramos grandes quantidades de solos residuais no Brasil. As camadas dos solos residuais originam as diferenciaes abaixo: - solo residual maduro superficial, e que perdeu toda a estrutura original da rocha-me, tornando-se relativamente homogneo; - saprolito mantm a estrutura original da rocha-me, mas perdeu a consistncia de rocha, tambm conhecido como solo residual jovem ou solo de alterao de rocha. Solo proveniente da desintegrao de rocha, in situ, pelos diversos agentes geolgicos. descrito pela respectiva textura, plasticidade e consistncia ou compacidade, sendo indicados ainda o grau de alterao e, se possvel, a origem de rocha. - rocha alterada horizonte em que a alterao progrediu ao longo de fraturas ou zonas de menor resistncia, deixando intactos grandes blocos da rocha original. Solos residuais de basalto so predominantemente argilosos, os de gnaisse so siltosos, os de granito apresentam teores aproximadamente iguais de areia mdia, silte e argila.

  • 26

    SOLO TRANSPORTADO Solo que foi carregado do seu lugar original por algum agente de transporte (vento, gua, gravidade). - solo coluvionar transportado, atravs da ao da gravidade, de regies altas para regies mais baixas; - solo aluvionar transportado pela gua dos rios.

    SOLO LATERTICO Solo tpico da evoluo de solos em clima quente, com regime de chuvas moderadas a intensas. Apresenta elevada concentrao de ferro e alumnio na forma de xidos e hidrxidos, da a sua colorao avermelhada. Encontram-se, geralmente, recobrindo agregaes de partculas argilosas. Apresentam-se na natureza, geralmente, no-saturados, com ndice de vazios elevado, resultando disto sua baixa capacidade de suporte. Quando compactados, porm sua capacidade de suporte elevada, sendo por isto muito empregados em pavimentao. Depois de compactado, apresenta contrao se o teor de umidade diminuir, mas no apresenta expanso na presena de gua.

    SOLO CONCRECIONADO: Massa de solo que apresenta alta resistncia, cujos gros so ligados,

    naturalmente entre si, por um cimento qualquer. designado pelo respectivo tipo seguido pela palavra concrecionado.

    5.2 Principais diferenas entre argila e areia

    AREIA:

    - no apresenta plasticidade; - permevel;

    - poucas deformaes; - ndice de vazios de mdio a baixo; - no retm gua;

    - baixa superfcie especfica; - no se expande.

  • 27

    ARGILA:

    - apresenta plasticidade; - impermevel;

    - grandes deformaes; - alto ndice de vazios; - retm bastante gua; - grande superfcie especfica (devido ao dimetro reduzido); - pode ser expansiva.

    SUPERFCIE ESPECFICA a soma das superfcies de todas as partculas contidas na unidade de volume (ou peso) do solo. Imaginando-se uma partcula de forma cbica, com 1cm de aresta, e subdividindo-a, decimalmente, em cubos cada vez menores, poderemos organizar o quadro de valores abaixo:

    Aresta Volume

    total

    Nmero de cubos

    rea total Superfcie especfica

    1cm 1cm3 1 6cm2 6cm2/cm3

    0,1cm 1cm3 1000 60cm2 60cm2/cm3

    0,01cm 1cm3 1000000 600cm2 600cm2/cm3

    0,001cm 1cm3 1000000000 6000cm2 6000cm2/cm3

    Conclui-se, portanto, que quanto mais fino for o solo, maior ser a sua superfcie especfica, o que constitui uma das razes da diferena entre as propriedades fsicas dos solos argilosos e arenosos.

    Para os minerais arglicos, as superfcies especficas so:

    - Caolinita 10m2/g; - Ilita 80m2/g; - Montmorilonita 800m2/g.

  • 28

    5.3 Sistema Unificado de classificao:

    Este sistema de classificao foi elaborado por Casagrande, para obras de aeroporto,

    E atualmente utilizado principalmente pelos geotcnicos que trabalham com barragens de terra.

    Em linhas gerais, os solos so classificados, neste sistema, em trs grandes grupos:

    a) Solos grossos aqueles cujo dimetro da maioria absoluta dos gros maior que 0,074mm (mais que 50% em peso, dos seus gros, so retidos na peneira n. 200); Pedregulhos areias solos pedregulhosos ou arenosos com pouca quantidade de finos (silte e argila).

    b) Solos finos aqueles cujo dimetro da maioria absoluta dos gros menor que 0,074mm; Siltes - argilas

    c) Turfas solos altamente orgnicos, geralmente fibrilares e extremamente compressveis.

    Neste sistema, todos so identificados pelo conjunto de duas letras. A primeira letra indica o principal tipo de solo, podendo ser:

    G ........................ .Pedregulho (do ingls Gravel); S ..........................Areia (do ingls Sand); M .........................Silte (do sueco Mo); C .........................Argila (do ingls Clay); O .........................Solo orgnico (do ingls Organic).

  • 29

    A segunda letra indica as caractersticas complementares do solo:

    W ........................ Bem graduado (do ingls Well graded); P ..........................Mal graduado (do ingls Poorly); H .........................Alta compressibilidade (do ingls High compressibility); L ..........................Baixa compressibilidade (do ingls Low compressibility); Pt .........................Turfas (do ingls Organic).

    Exemplos:

    CL solo argiloso de baixa compressibilidade; SM solo argiloso com certa quantidade de siltes (finos no plsticos); SW solo arenoso, bem graduado; CH solo argiloso, altamente compressvel.

    5.3.1. Solos de granulao grossa (pedregulhos e areias):

    Sendo de granulao grosseira, o solo ser classificado como pedregulho ou areia, dependendo de qual destas duas fraes granulomtricas predominar. Por exemplo, se o solo possui 30% de pedregulho, 40% de areia e 30% de finos, ele ser classificado como areia S. Os solos granulares devero ainda ser classificados em bem graduados ou mal graduados. A expresso bem graduado expressa o fato de que a existncia de gros com diversos dimetros confere ao solo, em geral, melhor comportamento sob o ponto de vista de engenharia. As partculas menores ocupam os vazios correspondentes s maiores, criando um maior entrosamento (vide figura), do qual resulta menor compressibilidade e maior resistncia. O Sistema Unificado considera o pedregulho bem graduado quando o seu coeficiente de uniformidade (Cnu) superior a 4, e que uma areia bem graduada quando seu Cnu superior a 6. Alm disso, necessrio que o coeficiente de curvatura (Cc) esteja entre 1 e 3. Quando o solo de graduao grosseira tem mais de 12% de finos, a uniformidade da granulometria j no aparece como caracterstica secundria, pois importa saber mais sobre as propriedades destes finos. Neste caso, os pedregulhos ou areias sero

  • 30

    identificados secundariamente como argilosos (GC ou SC) ou como siltosos (GM ou SM). Quando o solo de granulao grosseira tem de 5 a 12% de finos, o Sistema Unificado recomenda que se apresentem as duas caractersticas secundrias, uniformidade da granulometria e propriedade dos finos. Assim, ter-se-o classificaes intermedirias, como por exemplo: SP-SC - areia mal graduada, argilosa.

    5.3.2 Solos de granulao fina (siltes e argilas):

    Quando a frao fina predominante, o solo ser classificado em silte (M), argila (C) ou solo orgnico (O), no em funo da porcentagem das fraes granulomtricas silte ou argila, mas pela atividade da argila. So os ndices de consistncia que melhor indicam o comportamento argiloso. Analisando os ndices e o comportamento de solos, Casagrande notou que colocando o IP do solo em funo do LL, num grfico, como apresentado na figura, os solos de comportamento argiloso se faziam representar por um ponto acima de uma reta inclinada, denominada linha A. Solos orgnicos, ainda que argilosos, e solos siltosos, so representados por pontos abaixo da linha A, que tem como equao a reta: IP = 0,73x(LL-20), que no seu trecho inicial substituda por uma faixa horizontal correspondente a IP de 4 a 7. Este grfico denominado de Carta de Plasticidade, e para a classificao destes solos, basta localizar o ponto correspondente ao par de valores IP e LL. Os solos orgnicos se distinguem dos siltes pelo seu aspecto visual, pois se apresentam com uma colorao escura tpica (marrom escuro, cinza escuro ou preto). Como caracterstica complementar dos solos finos, indica-se a sua compressibilidade, definindo-se como de alta compressibilidade (H) os solos possuem LL>50. Da mesma forma, defini-se como de baixa compressibilidade (L) os solos que apresentam LL

  • 31

    %P#200 < 50 G > S : G %P#200 < 5 GW Cnu>4 e 1 < Cc < 3

    GP Cnu Cc > 3

    %P#200 > 12 GC

    GM

    5 < %P#200 < 12

    GW-GC, GP-GM, ......

    G > G : S %P#200 < 5 SW Cnu>6 e 1 < Cc < 3

    SP Cnu Cc > 3

    %P#200 > 12 SC

    SM

    5 < %P#200 < 12

    SW-SC, SP-SC, ......

    %P#200 > 50 C CL DE ACORDO COM A CARTA

    CH

    M ML

    MH DE PLASTICIDADE

    O OL

    OH

    6. SISTEMA DE CLASSIFICAO DO H.R.B (SISTEMA RODOVIRIO)

    Este sistema de classificao se diferencia da classificao unificada em trs pontos:

    d) Considera a diferena entre solos granulares e finos a partir de 35% de percentual passante na peneira 200;

    e) Considera os percentuais passantes das peneiras no 10 e no 40;

    f) No oferece parmetros qualitativos de graduao e compressibilidade.

  • 32

    Mas este sistema se assemelha ao Sistema Unificado pela sistemtica de classificao baseada na granulometria e nos limites de Atterberg. Neste sistema, os solos com menos de 35% passando na peneira 200 (solos grossos ou granulares) so divididos nos grupos A-1a, A-1b, A-2 e A-3. Os solos com percentual mnimo passante na peneira 200 igual a 35% (solos finos) so classificados em A-4, A-5, A-6 e A-7. Abaixo se apresentam as caractersticas desta classificao:

    A-1a solos grossos, com menos de 50% passando na peneira no 10 (2,0mm), menos de 30% passando na peneira de no 40 (0,42mm) e menos de 15% passando na peneira 200. O IP dos finos deve ser menor do que 6. Correspondem aproximadamente aos pedregulhos bem graduados, GW, do Sistema Unificado. Predominam fragmentos de pedra ou pedregulho com ou sem ligante, bem graduado de material fino.

    A-1b solos grossos, com menos de 50% passando na peneira no 40 e menos de 25% na peneira 200, tambm com IP menor que 6. Corresponde areia bem graduada, SW, do Sistema Unificado. Predomina areia mdia, com ou sem ligante, bem graduado.

    Obs: Os solos A-1 apresentam ligeira proporo de finos, suficiente apenas para preencher parcialmente os vazios entre os gros de areia e cimentar os gros entre si, porm muito pequena para induzir mudana de volume na massa de solo, isto , expanso ou contrao, como conseqncia das variaes do teor de umidade. Consistem numa mistura bem graduada de fragmentos de pedra ou pedregulho, areia grossa, areia mdia, areia fina e um ligante no-plstico ou fracamente plstico.

    A-2 so areias em que os finos presentes constituem a caracterstica secundria. So subdivididos em A-2-4, A-2-5, A-2-6 e A-2-7, em funo dos ndices de consistncia. Os solos finos, a exemplo do Sistema Unificado, so subdivididos s em funo dos ndices. O que distingue um solo A-4 de um solo A-2-4 apenas a porcentagem de finos. So semelhantes aos solos A-1, porm menos graduados, ou

  • 33

    so mais susceptveis s variaes de volume decorrentes de mudanas no teor de umidade.

    A-2-4 e A-2-5 contm vrios materiais granulares, com 35% ou menos passando na peneira 200, e com uma parte mnima passando na peneira no 40, tendo caractersticas dos materiais dos solos A-4 (caso A-2-4) ou A-5 (caso A-2-5). Inclui tambm pedregulhos com porcentagem de silte ou ndice de plasticidade acima dos limites dos solos A-1, e areia fina com silte no plstico em porcentagem acima dos limites dos solos A-3.

    A-2-6 e A-2-7 - contm materiais semelhantes aos dos solos A-2-4 e A-2-5, exceto a percentagem passando na peneira no 40, que contm argila plstica, tendo as caractersticas dos solos A-6 (caso A-2-6) ou A-7 (caso A-2-7).

    A-3 areias finas, com mais de 50% passando na peneira de no 40 e menos de 10% na peneira 200. So, portanto, areias finas mal graduadas, com IP nulo. Correspondem s SP do Sistema Unificado. So solos constitudos de areias e pedregulhos sem finos, capazes de ciment-los. Areia fina de praia ou de deserto, sem material siltoso ou argiloso, inclui tambm areia fina mal graduada.

    A-4 solos formados por siltes e argilas com graus variveis de plasticidade. Contm material siltoso no-plstico ou moderadamente plstico, geralmente com 75%, ou mais, passando na peneira 200. Pode conter eventualmente, misturas de material siltoso e mais de 64% de areia e pedregulho.

    A-5 contm material semelhante ao do solo A-4, sendo todavia, do tipo diatomceo ou micceo e podendo ser altamente plstico, como indica o seu alto ndice de liquidez.

    A-6 contm argila, tendo normalmente 75% ou mais passando na peneira 200. Pode conter misturas de materiais argilosos e mais de 64% de areia e pedregulho. Materiais deste tipo de solo tm normalmente alta variao de volume entre os estados mido e seco.

  • 34

    A-7 contm material semelhante ao descrito para o solo A-6, tendo, entretanto, alto limite de liquidez, caractersticas dos solos A-5, podendo ser elstico, bem como sofrer grande variao de volume.

    A-7-5 contm materiais com moderado ndice de plasticidade em relao ao limite de liquidez e podendo ser altamente plstico, bem como sofrer grande variao de volume.

    A-7-6 contm materiais com alto ndice de plasticidade em relao ao limite de liquidez e sujeitos a excessivas variaes de volume.

    6.1. ndices a serem observados

    P10 percentual passante na peneira no 10;

    P40 percentual passante na peneira no 40; P200 percentual passante na peneira 200;

    LL limite de liquidez; IP ndice de plasticidade; IG ndice de grupo, nmero inteiro variando de 0 a 20, definidor da capacidade de suporte do terreno de fundao de um pavimento. Quanto maior o IG, mais pobre ser o material do subleito.

    dbcaaIG ++= 01,0005,020,0

    onde: a e b - coeficientes granulomtricos; c e d coeficientes de plasticidade.

    a = P200 35, para 35

  • 35

    b = 0, para 15200 P ;

    b = 40, para 55200 P .

    c = LL-40, para 40

  • 36

    B) Se a percentagem passante na peneira 200 for maior que 50, ser um solo fino, assim devemos proceder da seguinte maneira:

    I-DETERMINAO DO LL: a) Atravs da equao geral, usar h1, N1, h2, N2 (lembrando que as umidades manipuladas, h1 e h2, na forma decimal);

    geral); (eq. log CNILh += onde:

    h1 umidade 1 manipulada no ensaio de Casagrande; N1 nmero de golpes necessrios, usando h1;

    h2 umidade 2 manipulada no ensaio de Casagrande; N2 nmero de golpes necessrios, usando h2;

    IL ndice de liquidez; C fator de coeso do solo.

    Assim teremos um sistema de 2 equaes lineares:

    CNilhCNilh

    +=

    +=

    2log21log1

    multiplicamos uma das equaes por (-1) e somamos outra, eliminamos o C, achamos o iL. Com o valor de iL, entramos em uma das equaes e achamos o valor de C. Com o valor de C e iL, entramos na equao particular, e obtemos LL.

    )particular (eq. 25log C-ILLL += ; o valor de LL usado na forma percentual, portanto deve-se multiplicar por 100.

    II DETERMINAO DO IP: IP = LL LP; com este valor determina-se o grau de plasticidade do solo (fraco, mdio ou alto);

    III DETERMINAO DO IC:

    IPhLLIC = ;

    onde h o teor de umidade em que se encontra o solo. Com o IC determinamos a

    consistncia do solo (muito mole, mole, mdio, rijo ou duro);

  • 37

    IV DETERMINAO DO LC:

    =

    11s

    LC ;

    onde o peso especfico do solo seco dado, e a densidade real dada ou obtida do peso

    especfico das partculas slidas (g).

    Com os valores de LL, LP e LC, poderemos determinar o estado do solo para qualquer teor de umidade.

    V CARTA DE PLASTICIDADE:

    Com os valores de LL e IP, entramos na Carta de Plasticidade, e determinamos o tipo de solo, lembrando que solos com LL50 tero alta compressibilidade (H). Solos acima da Linha A, sero argilosos (C), e solos abaixo desta linha sero siltosos (M) ou orgnicos (O).

    C) Se a percentagem passante na peneira 200 for menor que 50, ser um solo grosso, assim devemos proceder da seguinte maneira: I-DETERMINAO DE Cu E Cc: a) Atravs da percentagem passante e da abertura de malha (log), traamos o grfico no papel milimetrado, achando d10, d30 e d60, assim:

    ( )( )6010

    30

    ;1060

    2

    dddCc

    ddCu

    =

    =

    I-DETERMINAO DOS PERCENTUAIS DOS COMPONENTES: a) Atravs da percentagem passante, isolada, de cada peneira, determinam-se os percentuais dos gros menores que a peneira, e observando-se as dimenses de cada

    componente do solo, acham-se os percentuais de cada componente do solo.

  • 38

    Com os valores de %P200, Cu e Cc, e os percentuais dos componentes do solo, entramos no quadro de classificao e determinamos o tipo do solo: GW, GP,GC, GM, GW-GC, GP-GM, SW, SP, SC, SM, SW-SC, SP-SC, etc.

    7.2) CLASSIFICAO DE SOLOS PELO HRB:

    A) Observar o valor da percentagem passante na peneira 200, obtido atravs da anlise granulomtrica;

    I ANLISE GRANULOMTRICA: a) Achar a percentagem retida em cada peneira: a percentagem retida numa peneira P, ser o peso retido na peneira P, dividido

    pelo peso total da amostra, multiplicado por 100;

    b) Achar a percentagem passante em cada peneira: a percentagem passante numa peneira P, ser 100 menos a percentagem retida

    na peneira P;

    B) Se a percentagem passante na peneira 200 for maior que 35, ser um solo silto-argiloso, se no ser um solo granular. De qualquer forma devemos proceder da

    seguinte maneira:

    I-DETERMINAO DO LL: a) Atravs da equao geral, usar h1, N1, h2, N2 (lembrando que as umidades manipuladas, h1 e h2, na forma decimal);

    geral); (eq. log CNILh += onde:

    h1 umidade 1 manipulada no ensaio de Casagrande; N1 nmero de golpes necessrios, usando h1;

    h2 umidade 2 manipulada no ensaio de Casagrande; N2 nmero de golpes necessrios, usando h2;

    IL ndice de liquidez; C fator de coeso do solo.

    Assim teremos um sistema de 2 equaes lineares:

    CNilhCNilh

    +=

    +=

    2log21log1

  • 39

    multiplicamos uma das equaes por (-1) e somamos outra, eliminamos o C, achamos o iL. Com o valor de iL, entramos em uma das equaes e achamos o valor de C. Com o valor de C e iL, entramos na equao particular, e obtemos LL.

    )particular (eq. 25log C-ILLL += ; o valor de LL usado na forma percentual, portanto deve-se multiplicar por 100.

    II DETERMINAO DO IP: IP = LL LP; com este valor determina-se o grau de plasticidade do solo (fraco, mdio ou alto);

    III DETERMINAO DO IG: Primeiro devemos determinar os coeficientes a, b, c e d, conforme lista de aula, e

    depois calcular o IG.

    IV CLASSIFICAO DO SOLO: Com os valores de %P200, %P40 e %P10, LL, IP e IG, entramos em uma das tabelas

    dadas e, da esquerda para a direita, por eliminao, classificamos o solo.

    8. COMPACTAO DOS SOLOS

    Vimos nos itens anteriores que o solo apresenta vazios entre as partculas

    slidas. Em construo civil, se desejarmos que um solo resista s cargas, devemos minimizar estes vazios, isto , compact-los. Quando se compacta o solo, tem-se como objetivo deix-lo com o menor ndice de vazios possvel. Assim, quando receber carga ele ir apresentar uma menor deformao. Em outras palavras, compactao o

    processo manual ou mecnico, que visa reduzir o volume dos vazios do solo, aumentando a resistncia deste, tornando-o mais estvel. Na prtica, o estado do solo,

    aps compactao, expresso pelo seu peso especfico seco, s, por ser um ndice de fcil obteno, que no se altera, praticamente, se ocorrer pequena variao do teor de

    umidade.

  • 40

    Em 1933, Ralph Proctor divulgou suas observaes sobre a compactao de solos, mostrando que, para uma determinada energia de compactao (energia potencial), s varia em funo da umidade em que o solo estiver. A existncia de maior quantidade de gua, a partir de um valor baixo, provoca um certo efeito como que de

    lubrificao entre as partculas slidas, o que favorece a compactao. Com a energia aplicada, as partculas deslizam mais facilmente e se acomodam com menor ndices de

    vazios. A partir de um certo ponto, porm, o grau de saturao se torna elevado, a compactao no consegue expulsar o ar existente nos vazios, que se encontra em forma

    de bolhas fechadas (a curva de compactao no poder alcanar nunca a curva de saturao). Assim, existe, portanto, para a energia aplicada, um certo teor de umidade, denominado umidade tima, a qual conduz a um peso especfico seco mximo. Dos trabalhos de Proctor surgiu um ensaio universalmente padronizado,

    freqentemente citado como Ensaio de Proctor, que no Brasil foi padronizado como Ensaio Normal de Compactao (Mtodo MB-33, da ABNT). O solo, em diferentes umidades, compactado em um cilindro com 10 cm de dimetro e 1000cm3 de

    capacidade, por meio da aplicao de 26 golpes (na norma antiga eram 25 golpes) de um soquete pesando 25N e caindo de 30,5cm, em trs camadas. Os teores de umidade e os pesos especficos secos de cada determinao so colocados num grfico (vide figura), donde os parmetros de interesse so determinados. Neste grfico podem ser representados, tambm, os pares de valores correspondentes aos diversos graus de saturao. Observa-se que os pontos timos das curvas de compactao se situam em

    torno de 80% a 90% de saturao. Os resultados dos ensaios de compactao dependem de diversos fatores. De

    particular importncia, para os solos brasileiros, tem sido a preparao do solo a compactar. Com freqncia, a amostra previamente seca ao ar, mas tal procedimento

    provoca alteraes sensveis em alguns solos, modificando seu comportamento quando compactados. Considerando que na construo dos aterros o solo no tem sua umidade

    muito alterada em relao ao seu estado na rea de emprstimo, recomendvel que a amostra no seja seca ao ar. Esta secagem geralmente tende a provocar menores umidades timas e maiores pesos especficos secos, em relao aos resultados de ensaios com amostras a partir de sua umidade natural.

    Para um mesmo solo, aumentando-se a energia de compactao, a curva se desloca para a esquerda e para cima (vide figura). Quando o solo se encontra com umidade abaixo da tima, a aplicao de mais energia provoca aumento de densidade;

  • 41

    quando a umidade maior do que a tima, entretanto, maior esforo de compactao

    tem pouco efeito, pois no consegue expelir o ar dos vazios, nica forma de aumentar a densidade. Quando isto ocorre na compactao de campo, o fenmeno referido como a ocorrncia de borrachudo, expresso que descreve o aspecto do solo. Por esta razo que no se compacta a base de um pavimento aps a ocorrncia de chuva.

    Existem inmeras energias de compactao. A norma brasileira contempla, alem da energia Normal, duas outras, denominadas Intermediria e Modificada, de emprego comum em pavimentao. As energias de compactao usuais so de 6 kgf/cm3 para o Proctor Normal, 12,6 kgf/cm3 para o Proctor Intermedirio e 25 kgf/cm3 para o Proctor Modificado. De maneira geral, os solos apresentam densidades mximas baixas e umidades

    timas elevadas quando so muito argilosos. Solos siltosos apresentam tambm valores baixos de densidade, freqentemente com curvas de laboratrio mal definidas, e so de

    difcil compactao no campo. Densidades secas mximas elevadas e umidades timas baixas so tpicas de solos granulares, pouco argilosos.

    O solo compactado fica com uma estrutura que depende da energia aplicada e da umidade do solo por ocasio da compactao. A figura mostra este comportamento.

    Vemos que, para uma baixa energia de compactao, teremos uma umidade tima maior e um peso especfico seco menor, quando comparada a uma energia de compactao

    maior.

    To importante quanto uma boa densidade de um solo compactado, pois dela

    dependem suas propriedades mecnicas, a obteno de material razoavelmente uniforme. Isto obtido, no campo, com um bom planejamento do emprego dos equipamentos, e, dependendo das caractersticas do projeto, verificando periodicamente a umidade e a densidade seca do solo, em relao aos parmetros de laboratrio, por

    meios de ensaios de campo. As especificaes no fazem referncia ao teor de umidade em si, ou ao peso

    especfico seco a ser obtido, mas a um desvio de umidade em relao umidade tima de laboratrio e a um grau de compactao, definido pela relao entre o peso especfico seco obtido e o peso especfico seco mximo de laboratrio. Isto porque

    numa rea de emprstimo o solo sempre apresenta uma certa heterogeneidade. O comportamento de dois solos de uma mesma rea, com curvas de compactao um

    pouco diferentes, mais semelhante se os dois forem compactados com o mesmo

  • 42

    desvio de umidade e o mesmo grau de compactao, do que se os dois forem

    compactados com a mesma umidade e a mesma densidade seca. Areias puras no so objetos de ensaios de compactao; sua compacidade obtida por meio de equipamentos vibratrios, tanto no laboratrio quanto no campo. A tcnica de compactao pode ser empregada para aumentar a capacidade de

    suporte dos solos. Destacamos um caso (descrito por Vargas em 1951) em que um solo, originalmente com presso admissvel de 80kPa, depois de compactado, passou a

    250kPa. No devemos confundir compactao com adensamento. Na compactao temos

    a expulso do ar dos vazios, enquanto no adensamento h a expulso da gua. Temos como fato comprovado, que a resistncia do solo est vinculada

    diretamente sua densidade, ou seja, quanto mais conseguirmos compactar o solo, aumentando sua densidade, maior resistncia e estabilidade obteremos. Para cada 1% de

    incremento de densidade h um aumento correspondente de 10-15% em resistncia deste solo. Em contrapartida medida que a densidade aumenta diminui a sua

    compressibilidade e permeabilidade. A compactao funo de quatro variveis: a) Peso especfico seco; b) Umidade; c) Energia de compactao e d) Tipo de solo.

    maxs

    scampoGC

    =

    Figura 8.1: Equipamento de Compactao

  • 43

    Figura 8.2: Curva de Compactao

    Figura 8.3: Influncia da energia de compactao dmx e htimo

  • 44

    Figura 8.4: Curva de Resistncia, compactao e ndice de vazios

    EQUIPAMENTOS DE CAMPO Os princpios que estabelecem a compactao dos solos no campo so

    essencialmente os mesmos discutidos anteriormente para os ensaios em laboratrios. Assim, os valores de peso especfico seco mximo obtidos so fundamentalmente

    funo do tipo do solo, da quantidade de gua utilizada e da energia especfica aplicada pelo equipamento que ser utilizado, a qual depende do tipo e peso do equipamento e do nmero de passadas sucessivas aplicadas.

    A energia de compactao no campo pode ser aplicada, como em laboratrio, de trs maneiras diferentes: por meios de esforos de presso, impacto, vibrao ou por

    uma combinao destes. Os processos de compactao de campo geralmente combinam a vibrao com a presso, j que a vibrao utilizada isoladamente se mostra pouco eficiente, sendo a presso necessria para diminuir, com maior eficcia, o volume de vazios interpartculas do solo.

    Os equipamentos de compactao so divididos em trs categorias: os soquetes mecnicos; os rolos estticos e os rolos vibratrios.

    Soquetes So compactadores de impacto utilizados em locais de difcil acesso para os rolos

    compressores, como em valas, trincheiras, etc. Possuem peso mnimo de 15Kgf,

  • 45

    podendo ser manuais ou mecnicos (sapos). A camada compactada deve ter 10 a 15cm para o caso dos solos finos e em torno de 15cm para o caso dos solos grossos.

    Rolos Estticos Os rolos estticos compreendem os rolos p-de-carneiro, os rolos lisos de roda de

    ao e os rolos pneumticos.

    P-de-Carneiro Os rolos p-de-carneiro so constitudos por cilindros metlicos com

    protuberncias(patas) solidarizadas, em forma tronco-cnica e com altura de aproximadamente de 20cm. Podem ser alto propulsivos ou arrastados por trator. indicado na compactao de outros tipos de solo que no a areia e promove um grande entrosamento entre as camadas compactadas.

    A camada compactada possui geralmente 15cm, com nmero de passadas variando entre 4 e 6 para solos finos e de 6 e 8 para solos grossos. A Figura 05 ilustra um rolo compactador do tipo p-de-carneiro.

    As caractersticas que afetam a performance dos rolos p-de-carneiro so a

    presso de contato, a rea de contato de cada p, o nmero de passadas por cobertura e estes elementos dependem do peso total do rolo, o nmero de ps em contato com o

    solo e do nmero de ps por tambor.

    Figura 8.5: Rolo P-de-Carneiro

    Rolo Liso Trata-se de um cilindro oco de ao, podendo ser preenchido por areia mida ou

    gua, a fim de que seja aumentada a presso aplicada. So usados em bases de estradas, em capeamentos e so indicados para solos arenosos, pedregulhos e pedra britada,

    lanados em espessuras inferiores a 15cm.

  • 46

    Este tipo de rolo compacta bem camadas finas de 5 a 15cm com 4 a 5 passadas. Os rolos lisos possuem pesos de 1 a 20t e freqentemente so utilizados para o acabamento superficial das camadas compactadas. Para a compactao de solos finos

    utilizam-se rolos com trs rodas com pesos em torno de 7t para materiais de baixa plasticidade e 10t, para materiais de alta plasticidade. A Figura 06 ilustra um rolo compactador do tipo liso.

    Os rolos lisos possuem certas desvantagens como, pequena rea de contato e em

    solos mole afunda demasiadamente dificultando a trao.

    Figura 8.6: Rolo Liso

    Rolo Pneumtico Os rolos pneumticos so eficientes na compactao de capas asflticas, bases e

    subbases de estradas e indicados para solos de granulao fina e arenosa. Os rolos pneumticos podem ser utilizados em camadas de at 40 cm e possuem rea de contato

    varivel, funo da presso nos pneus e do peso do equipamento. Pode-se usar rolos com cargas elevadas obtendo-se bons resultados. Neste caso,

    muito cuidado deve ser tomado no sentido de se evitar a ruptura do solo. A Figura 07 ilustra um rolo pneumtico.

    Figura 8.7: Rolo Pneumtico

  • 47

    Rolos Vibratrios Nos rolos vibratrios, a freqncia da vibrao influi de maneira extraordinria no processo de compactao do solo. So utilizados eficientemente na compactao de

    solos granulares (areias), onde os rolos pneumticos ou p-de-carneiro no atuam com eficincia. Este tipo de rolo quando no so usados corretamente produzem super

    compactao. A espessura mxima da camada de 15cm. O rolo vibratrio pode ser visto na figura 08.

    Figura 8.8: Rolo Vibratrio

    ESCOLHA DOS EQUIPAMENTOS DE COMPACTAO

    a) Solos Coesivos Nos solos coesivos h uma parcela preponderante de partculas finas e muito finas

    (silte e argila), nas quais as foras de coeso desempenham papel muito importante, sendo indicado a utilizao de rolos p-de-carneiro e os rolos conjugados.

    b) Solos Granulares Nos solos granulares h pouca ou nenhuma coeso entre os gros existindo,

    entretanto atrito interno entre os gros existindo, entretanto atrito interno entre eles, sendo indicado a utilizao rolo liso vibratrio.

  • 48

    c) Mistura de Solos Nos solos misturados encontra-se materiais coesivos e granulares em pores

    diversas, no apresenta caracterstica tpica nem de solo coesivo nem de solo granular,

    sendo indicado a utilizao de p-de-carneiro vibratrio

    d) Mistura de argila, silte e areia Rolo pneumtico com rodas oscilantes.

    e) Qualquer tipo de solo Rolo pneumtico pesado, com pneus de grande dimetro e largura.

    13. CONTROLE DE COMPACTAO Para que se possa efetuar um bom controle de compactao do solo em campo,

    temos que atentar para os seguintes aspectos:

    - tipo de solo;

    - espessura da camada; - entrosamento entre as camadas;

    - nmero de passadas; - tipo de equipamento;

    - umidade do solo; - grau de compactao alcanado.

    Assim alguns cuidados devem ser tomados:

    1) A espessura da camada lanada no deve exceder a 30cm, sendo que a espessura da camada compactada dever ser menor que 20cm.

    2) Deve-se realizar a manuteno da umidade do solo o mais prximo possvel da umidade tima.

    3) Deve-se garantir a homogeneizao do solo a ser lanado, tanto no que se refere umidade quanto ao material.

  • 49

    Bibliografia.

    CAPUTO, Homero Pinto. Mecnica dos solos e suas aplicaes. So Paulo: Livros Tcnicos e Cientficos Editora Ltda, 6 edio, v. 1, 1989.

    PINTO, Carlos de Souza. Curso Bsico de Mecnica dos Solos. So Paulo: Oficina de Textos, 2000.

    KOSHIMA, Akira. et al. FUNDAES: teoria e prtica. -- 2.ed.--So Paulo: Pini, 1998

  • 50

    LISTA DE EXERCCIOS

    1) Uma determinada amostra de solo tem peso especfico aparente de 1,8g/cm3 e teor de umidade de 30%. Qual o peso especfico aparente seco?

    2) O peso especfico de um solo no estado natural 1,8g/cm3, o teor de umidade de 25% e a densidade relativa das partculas slidas 2,65. Determinar:

    i) ; d) ; j) s; e) ; k) g; f) S;

    3) Para uma amostra de areia de origem aluvial do estado de So Paulo foram obtidos = 2,72; = 0,75 e S = 50%. Pede-se determinar: sat; sub e s.

    4) Para se construir um aterro, dispe-se de uma quantidade de terra, que chamada pelos engenheiros de rea de emprstimo, cujo volume foi estimado em 3.000m3. Ensaios mostraram que o peso especfico natural da ordem de 1,78 g/cm3 e que a umidade cerca de 15,8 %. O projeto prev que no aterro o solo seja compactado com umidade de 18%, ficando com um peso especfico seco de 1,68 g/cm3. Que volume de aterro possvel construir com o material disponvel e que volume de gua deve ser acrescentado?

  • 51

    5) A planilha abaixo apresenta o resultado do processo de peneiramento de um ensaio de granulometria de uma areia mdia do rio Verde Santa Maria.

    LABORATRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUO CIVIL Ensaios Fsicos de Agregados Midos

    Interessado: Prontomix Certificado N: 00123424 Amostra: Areia mdia do Rio Verde Data: 16/07/2009

    Com base nos resultados acima classifique o solo quanto a sua distribuio granulomtrica e e determine seus parmetros:

    a) Coeficiente de no uniformidade; b) Coeficiente de curvatura; c) Dimetro mximo; d) Dimetro efetivo; e) Mdulo de Finura;

    Cnu < 5 muito uniforme 5 < Cnu < 15 uniformidade mdia Cnu > 15 no uniforme

    efddCnu 60=

    ( )1060

    230

    dddCc

    =

    1< CC < 3 solo bem graduado CC < 1 ou CC > 3 solo mal graduado

  • 52

    6) Determine o Coeficiente de curvatura e o Coeficiente de No Uniformidade das curvas abaixo.