apostila solos

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA

    FACULDADE DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES

    Caracterizao Fsica e Classificao dos Solos

    Gil Carvalho Paulo de Almeida

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    NDICE 3 Prlogo 6 Captulo 1 Principais Instrumentos 15 Captulo 2 Terminologia (introduo) 20 Anexo Inspeo Visual Primeiro Contato 26 Captulo 3 Propriedades ndices ndices Fsicos 36 Captulo 4 Coleta e Preparao de Amostras 39 Ensaios para determinao dos ndices Fsicos 40 Captulo 5 - Teor de Umidade 41 Processo da Estufa 42 Processo do Banho de Areia 43 Processo do lcool Etlico 44 Processo do Densmetro Nuclear 45 Processo do Speedy 49 Captulo 6 Peso Especfico e Densidade dos Gros 61 Captulo 7 Peso Especfico Aparente 64 Anexo 1 Mtodo do Cilindro de Cravao 66 Anexo 2 Mtodo do Frasco de Areia 69 Anexo 3 Mtodo do leo Grosso 70 Anexo 4 Mtodo do Balo de Borracha 72 Captulo 8 Textura Granulometria 92 Captulo 9 Estados e Limites de Consistncia 96 Limite de Plasticidade 98 Limite de Liquidez 105 Limite e Grau de Contrao 110 Captulo 10 Sistemas de Classificao dos Solos 111 Classificao granulomtrica 113 Sistema AASHO 114 Sistema de classificao do TRB 116 Sistema unificado de classificao de solos (SUCS) 121 Classificao para solos tropicais (MCT) 122 Classificao pela pedologia 125 Classificao pela movimentao de sedimentos 126 Captulo 11 - Compacidade de Solos Granulares 128 Viso geral (simplificada) 129 ndice de vazios mximo 132 ndice de vazios mnimo

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    APRESENTAO Este trabalho tem a inteno de facilitar ao estudante uma consulta sistemtica a normas tcnicas, durante aulas prticas, permitindo concentrar sua ateno nos procedimentos sem se preocupar em fazer muitas anotaes. A verso digital deve ser copiada para o computador, para que possa ser atualizada. Cada assunto deve ser lido ANTES das aulas, para que dvidas aflorem com maior facilidade. ADVERTNCIA No se tem inteno de plagiar inadvertidamente as normas tcnicas da ABNT, DNER, DERs, livros de que figuras e trechos foram reproduzidos, ou quaisquer outros trabalhos, como apostilas ou artigos. Pelo contrrio, as citaes so explcitas, e remetemos os leitores s fontes originais, principalmente no caso de normas tcnicas, pois o engenheiro tem obrigao de consult-las no original. Nossa obrigao ensinar, formar e informar. Por isso, onde algumas simplificaes so introduzidas, queremos induzir o aluno a pensar e criticar, para que as cincias do solo continuem, por meio dele, a evoluir, e com rapidez. Qualquer sugesto, crtica, ou correo a omisses e erros cometidos, ser recebida com humildade e respeito.

    Fevereiro de 2004 AGRADECIMENTOS todos os que colaboraram ou venham a colaborar neste trabalho, com crticas, sugestes, participao na discusso e elaborao dos textos, identificao e correo de erros. Aos amigos, professores e profissionais que tiveram a pacincia de ler e opinar quanto ao contedo e a forma. Em especial aos Professores Avelino Gonalves Koch Torres, Jane Azevedo da Silva, Mitsuo Tsutsumi, Mario Barraza Larios, Ronaldo da Silva Ferreira. PRLOGO Este livro tem por objetivo principal organizar e discutir, de forma didtica, atitudes e procedimentos de engenheiros atuando em laboratrio de solos, com maior nfase no aprendizado que no ensino. Nas palavras de Avelino Gonalves Kock Torres, Estudar engenharia no saber apenas o como. Quem tem que sab-lo so os tcnicos de nvel mdio e os operacionais. O engenheiro tem que conceituar para indicar as solues para problemas nunca antes enfrentados. Deve saber usar naturalmente seu potencial, pela conscincia objetiva de ser um profissional do conhecimento conceitual. ele quem define para gestores e executores o qu fazer, quando e como fazer. O estudante evita a mediocridade, pela prtica dos seguintes tpicos: APRENDER A DESAPRENDER H que ter um compatvel medo do novo, mas conviver produtivamente com ele. APRENDER A CONCEITUAR Definir o porque, frente a possveis opes, para assim justificar sempre o como. APRENDER A CORRER RISCOS Ousar e inovar (ou seja, ser criativo, agregando valor. Todos ns somos criativos, mas poucos somos inovadores). APRENDER A ASSUMIR RESPONSABILIDADES Aceitar desafios como oportunidade para o crescimento pessoal e para a realizao profissional. Assumir sua dimenso de incompetncia, quando for o caso, como um procedimento de retomada e exerccio de perseverana. APRENDER A DECIDIR FRENTE A INCERTEZAS Encarar o erro como uma oportunidade de melhoria, no se inibindo pela necessidade demonstrativa de no errar. Exercitar sempre a busca do maior nmero possvel de dados e fatos, para o exerccio de cada deciso a ser tomada. Eliminar qualquer interferncia para suas decises. APRENDER A VENCER DIFICULDADES Ao assumir, consigo mesmo, o compromisso de fazer prova (de ser avaliado e melhor se avaliar), honestamente e assim, ter o insucesso como desafio a ser vencido (no aceitar o faz de conta, a mentira institucionalizada). Satisfeitas essas condies, cada um ter melhor embasamento para acionar suas potencialidades.

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    No primeiro captulo ser feita uma recordao sobre o uso de alguns instrumentos de medida. Destina-se a prevenir e evitar os erros e vcios mais comuns no dia a dia de um laboratrio de solos.

    No segundo captulo apresentamos a nomenclatura utilizada em Geotcnica (ou Geotecnia), e uma

    viso introdutria dos ensaios de caracterizao fsica dos solos que determinam as Propriedades ndices (compostas pelos ndices Fsicos, Granulometria e ndices de Consistncia). A seguir feita uma primeira abordagem classificao visual de um solo, denominada primeiro contacto e que ser revista e ampliada ao final do trabalho.

    As propriedades ndices so apresentadas no terceiro captulo.

    A partir do quinto captulo, so detalhados e comentados ensaios especficos. Os primeiros so procedimentos simples, que geram resultados que sero utilizados em ensaios posteriores, ou fazem parte desses outros. muito importante que esses primeiros ensaios sejam bem treinados e perfeitamente compreendidos, principalmente quanto ao contexto que define a preciso necessria (ou no) em seus resultados. Para isto, o controle de qualidade especificado para cada ensaio deve ser analisado com ateno. No se aprende a conhecer solos apenas em textos. preciso ter contato fsico, olhar, apalpar, cheirar, ouvir o som que produz ao ser esfregado ou socado e at em certas circunstncias conhecer seu sabor. preciso criar experincia ao repetir experimentos e analisar seus resultados, aprender com os erros cometidos, comparar ndices e propriedades com comportamentos e sempre ter em mente uma importante diferena entre os solos e os outros materiais utilizados na engenharia: solos so extremamente heterogneos. Por causa dessa heterogeneidade, as principais ferramentas de anlise para estudar e conhecer um solo so estatsticas. Imagine que a figura seguinte represente o resultado dos tiros desferidos, em um torneio entre campees de tiro ao alvo. Onde estaria o centro do alvo?

    Supondo serem poucos os tiros errados, j que se trata de um torneio entre campees, e que os desvios sejam pequenos, grande a probabilidade de que o centro do alvo esteja prximo do baricentro da figura formada por pontos. Dois pontos foram considerados tiros perdidos (errados). (Sups-se no existir tendncias ou vcios nas armas ou nos atiradores).

    Um exame de laboratrio muito semelhante, j que o resultado no conhecido a priori (no se sabe onde est o alvo). A concentrao de resultados prximos ou parecidos indica a preciso (proximidade de cada observao de sua prpria mdia), mas nem sempre a acurcia (proximidade de cada resposta ao valor correto) desta resposta. Ao contrrio, uma grande disperso nos resultados indicaria impreciso no processo.

    Um dos princpios gerais da Estatstica que O RESULTADO ISOLADO DE UMA MEDIO OU ENSAIO TEM POUCA CONFIABILIDADE. Uma mdia entre resultados mais confivel que um resultado simples. Alem disso, a qualidade dos ensaios s poder ser constatada havendo repeties em seus resultados.

    Outro conceito estatstico que deve estar sempre na mente do estudante e do profissional o de que

    uma amostra tem de ser representativa do objeto de estudo. Uma amostragem pobre sempre produz resultados pobres.

    As normas tcnicas que regem os mtodos e processos de obteno de ndices em Mecnica dos Solos usam grande parte dos seus textos para detalhar os procedimentos para obteno de amostras

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    Repartidor de amostras

    (tambm conhecido como quarteador)

    representativas. Para cada ensaio ou grupo de ensaios, existe uma quantidade de material mnima necessria execuo de cada determinao, uma quantidade mnima de repeties do experimento, e uma (ou mais) especificao para analisar e interpretar os resultados, incluindo recusa ou aceitao (validao) do resultado.

    Alguns ensaios exigem como uma das condies para obter amostras representativas, que a amostra bruta seja preparada e homogeneizada *. este, por exemplo, o caso das amostras deformadas, que devem SEMPRE ser colhidas de uma amostra maior, que tenha sido homogeneizada. No havendo esse cuidado, a preciso dos resultados, verificada pela repetio de ensaios, muito prejudicada. Outros ensaios no permitem qualquer tipo de preparao ou alterao nas condies originais da amostra. De modo geral no possvel executar homogeneizao em amostras indeformadas * A homogeneidade de uma amostra conseguida com uma mistura bem feita, sendo a amostra revolvida com cuidados que seguem certas especificaes. Uma boa mistura, em laboratrio, pode ser obtida passando a amostra inteira por duas vezes em um repartidor de amostras (j foi demonstrado que duas vezes suficiente para uma boa homogeneizao). Existem outros procedimentos para a homogeneizao de amostras. Para conseguir melhoras na acurcia de resultados, em cada tipo de ensaio so utilizadas diferentes formas para se obter mdias** entre os resultados individuais desses ensaios. ** A MDIA SIMPLES a mais conhecida: somam-se os resultados de n ensaios, e divide-se o resultado da soma pelo nmero n. No clculo de uma MDIA APARADA, so excludos alguns valores (invalidados) e calculada a mdia simples daqueles que foram considerados vlidos (por alguma regra). Alguns processos grficos ou de regresso tm conceituao semelhante.

    A criao dos mtodos e processos utilizados no estudo dos solos comea pela observao do comportamento desses solos sob condies controladas. Depois de serem identificadas as variveis que influem de forma significativa no comportamento que est sendo estudado, tenta-se criar MODELOS que expliquem o fenmeno. Cada modelo testado para ser validado ou descartado.

    Uma vez que um modelo seja aprovado, isto , que seja considerado capaz de explicar o fenmeno, so criados MTODOS que permitam efetuar medies ou avaliaes.

    A definio clara dos objetivos a serem alcanados, a lista dos instrumentos a serem utilizados

    durante a execuo de um ensaio, o detalhamento das operaes e da seqncia em que so realizadas e a definio de domnios so as partes principais do PROCESSO de execuo de um ensaio.

    A definio de critrios de interpretao e a anlise dos resultados fazem parte do DIAGNSTICO.

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    Sondagem percusso

    (SPT)

    Captulo 1 PRINCIPAIS INSTRUMENTOS Para fazer ensaios de solos com sucesso necessrio ter o instrumental adequado. possvel montar uma unidade excelente, sem o custo de um grande laboratrio de solos. fundamental estar totalmente equipado - para alcanar os objetivos desejados. Mais importante que tudo o mais, cada elemento do pessoal do auxiliar de laboratrio ao engenheiro-chefe deve estar suficientemente treinado para as tarefas de sua competncia. Uma corrente que tenha um elo partido est quebrada, uma mquina a que falta uma pea no funciona, uma equipe tcnica no sobrevive se faltar competncia ou perfeita honestidade a um de seus elementos. Para PROSPECO, os instrumentos principais so simples, fortes e de baixo custo: Trados (incluindo cabo e extenses) e escavadeiras;

    Ferramentas de uso geral, como enxadas, ps e picaretas; Balanas de campo (capacidade na ordem de grandeza 30 Kg); Baldes e bacias; Recipientes para transporte de amostras sem perda de umidade (sacos plsticos, caixas, potes com

    tampa); Fontes de calor portteis (fogareiro a gs, gasolina, querosene...); Parafina (para impermeabilizar amostras indeformadas); Conjuntos para obter amostras indeformadas (martelos, talhadeiras e

    esptulas, arco de serra, conjunto cilindro de cravao, etc.);

    Outros ensaios de campo, como os de penetrao, provas de carga, cisalhamento com a palheta (Vane Test), empregam equipamentos especiais.

    Dentre os ensaios que medem a resistncia do solo penetrao, um dos mais utilizados o Standard Penetration Test (SPT). Esse ensaio determina parmetros para a avaliao da capacidade do solo em resistir a esforos de cisalhamento e permite obter amostras (deformadas). Auxiliando as prospeces executadas em grandes reas, muitas indicaes teis para a engenharia podem ser obtidas por aerofotogrametria ou geoprocessamento.

    Escavadeira, p, trados, picareta.

    Tipos de trados

    conjunto cilindro de cravao

    penetrmetro Vane Test

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    Estufa eltrica

    Peneiras para solos Agitador de peneiras Dispersor

    Para CONTROLE de servios executados no campo, principalmente em compactao de solos, so utilizados:

    Conjuntos para determinar o peso especfico aparente; Conjuntos para determinar a umidade de amostras no campo.

    Em grandes obras, a necessidade de efetuar grande nmero de ensaios em curtos perodos de tempo pode indicar o uso de equipamentos nucleares para estes dois controles, embora tenham custo elevado de aquisio e manuteno. Como outros instrumentos especiais, sero mencionados oportunamente. Em LABORATRIO (fixo ou de campo), so necessrios: Estufa para secar amostras (atualmente so eltricas, e com regulagem para manter

    temperaturas razoavelmente estveis. As faixas de temperatura mais usadas so entre 100 e 105 ou entre 60 e 65 graus centgrados). J foram populares estufas base de combustveis.

    Dessecador (recipiente contendo material hidrfilo, utilizado para arrefecer amostras que foram aquecidas, antes de sua pesagem, para que no absorvam umidade do ar enquanto perdem calor);

    Peneiras especiais para laboratrio de solos; Agitador de peneiras; Dispersor;

    Bomba de vcuo; Balanas aferidas ou calibradas, com capacidades e preciso compatveis com o objetivo de sua

    utilizao; Instrumentos de uso geral, como picnmetros, provetas, pipetas, copos (bquer), picetas (seringas de

    borracha), conta-gotas, bastes de vidro, moldes, cronmetro, termmetro, alarme de tempo (despertador), cpsulas metlicas, bandejas metlicas;

    Almofariz e mo-de-gral (gral e mo-de-pilo); Instrumentos especficos para execuo de ensaios especiais, como os de consistncia, compactao,

    CBR (Califrnia Bearing Ratio), cisalhamento, permeabilidade, compresso simples e triaxial, etc. Ao listar as ferramentas necessrias em um laboratrio, no se deve esquecer de acrescentar as

    ferramentas de uso geral, como arco de serra (para cortar amostras indeformadas), escovas de ao e trinchas (tipo de pincel), formes, facas e esptulas, alicate, chaves de fenda, rgua de ao graduada, colher, limas (para afiar trados e outras ferramentas), chave para tubos, chave inglesa, etc.

    Os materiais de consumo mais notveis so parafina, mercrio, lcool e ter sulfricos, gua destilada, solues floculantes e defloculante, leo (fino e grosso), folhas de serra, fitas para impermeabilizar (isolante, gomada, de vedao), sacos de lona, sacos plsticos, lpis de cera, lpis e caneta, toalhas de papel, toalha, panos de limpeza, etiquetas, cadernos de notas, papis (fichas para anotar dados de ensaios, nomogramas, folhas impressas especiais), cordas e barbante, ingredientes de limpeza, material para vedar (celofane, folhas plsticas).

    A organizao de um laboratrio fundamental para sua eficincia.

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    Da organizao fazem parte a localizao, a disposio (lay-out), e regras de utilizao. Bons locais so pores (por causa do ar fresco e mido) e andar trreo de prdios (compactao de amostras em andares superiores incomoda outros ocupantes do prdio).

    Recomendaes (laboratrio) a) Um lugar para cada coisa, cada coisa em seu lugar; b) Manter ambiente de trabalho limpo; c) Manter equipamentos em perfeitas condies de uso; d) Manter em nvel suficiente o estoque de materiais de consumo; e) Respeitar as especificaes e os limites dos instrumentos; f) Ter em estoque formulrios para registro de dados, etiquetas, etc. Exemplos de formulrios:

    ETIQUETA DE IDENTIFICAO DE AMOSTRAS Cliente: Obra: Furo ou estaca: Amostra n: Profundidade: Camada: Posio: BE EIXO BD Local da coleta: Pr-classificao e cor: Fornecedor: Coletado por: Data: / /

    TEOR DE UMIDADE E FATOR DE CONVERSO DE SOLOS Amostra:

    Cpsula nmero: Tempo em estufa: (preenchimento opcional ) Massa do solo mido + tara M1 Massa do solo seco + tara: M2 Massa do recipiente [com tampa]: M 3 Massa de solo seco Ms = [ M 2 M 3 ] Massa dgua Ma = [ M 1 M 2 ] Teor de umidade: h = H = 100 X [ ma / ms ] Teor de umidade (mdia entre determinaes vlidas*) % Fator de converso: Fc = 100 / [ 100 + h ] Responsvel e data:

    123

    4

    5 6

    sem escala

    7

    8

    DISPOSIO TPICA DE UM PEQUENO LABORATRIO DE CAMPO

    1. Mesa de balanas 2. Bancada de trabalho 3. Estufa 4. Bancada (CBR, Hilf, compactao) 5. Estante 6. Bancada e estante 7. Bancada para amostras e preparo 8. Lavatrio

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    PRINCIPAIS INSTRUMENTOS DE MEDIDA

    Os primeiros instrumentos usados para conhecer um solo so os cinco sentidos: tato, viso, audio, olfato e paladar. Fornecem informaes qualitativas e quantitativas, e acionam o mais perfeito computador que existe: a mente. Infelizmente sua preciso varia conforme o indivduo, e exige extenso treinamento para que esses dados sejam confiveis. O treinamento tem base na observao de erros cometidos e no exerccio contnuo e repetitivo dos procedimentos para a identificao de caractersticas do solo.

    Os instrumentos de medida citados a seguir fornecem principalmente dados quantitativos, mas necessrio estar consciente de que TODO ATO DE MEDIR TEM IMPLCITO UM OU MAIS ERROS, CAUSADO PELO INSTRUMENTO, PELO OPERADOR, OU AMBOS. Um erro s pode ser corrigido se for identificado. Todos os processos e cuidados prescritos em normas tcnicos tm por finalidade minimizar tais erros.

    Leitura errada, brao de balana tocando lateral do suporte, pesagem prxima fonte de calor, pesagem de material quente, anotao ilegvel de dados, erro de cpia, audio imperfeita causam erros grosseiros, evitados por treinamento.

    BALANAS so os equipamentos mais utilizados, no dia a dia do laboratorista. Caracterizam-se por sua capacidade (maior massa que podem medir) e por sua preciso ou sensibilidade. As balanas mais comuns, atualmente, so mecnicas ou eletrnicas.

    As balanas mecnicas mais precisas tm sua sensibilidade restrita a uma ordem de grandeza de

    0,01g. As eletrnicas podem ter preciso de 0,0001g. Em ambos os casos, a capacidade mxima de uma balana no ultrapassa muito o limite de 10000 ou 20000 vezes o valor da sensibilidade. Em todas as balanas, pesagens prximas da capacidade mxima acarretam erros de tendncia, alm da reduo da vida til do instrumento. Para boa utilizao, devem estar niveladas e ter manuteno e calibrao peridica.

    Os DEFEITOS ou VCIOS que uma balana pode apresentar so de dois tipos: erros de tendncia e defeitos localizados. Balanas mecnicas costumam apresentar erros localizados: por exemplo, uma balana trplice escala pode apresentar um erro positivo ou negativo sempre que for utilizada a marca de 9 gramas de sua segunda escala.

    Provavelmente o vcio localizado no exemplo devido ao desgaste causado na ranhura (9g) pelo peso cursor, que est a apoiar-se em local diferente do correto. A correo do defeito s pode ser feita em oficinas especializadas, retificando-se a ranhura. Mas a balana, mesmo estando defeituosa, pode ser utilizada com preciso, se for feita sua calibrao. CALIBRAO DE UMA BALANA MECNICA (EXEMPLO)

    Para calibrar uma balana mecnica necessrio ter um conjunto de pesos confiveis. Tomemos como exemplo a calibrao de uma balana trplice escala, de preciso 0,01 g.

    Para nivelar esta balana, todos os pesos cursores so colocados no ponto zero das escalas e ajusta-

    se o parafuso de nivelamento para zerar o fiel da balana.

    Balana trplice escala fabricada na EEUFJF

    Balanas eletrnicas

  • 10

    Primeiro confere-se a escala mais delicada, cujo cursor pode mover-se continuamente de 0 a 1

    grama. Em geral, nesta escala no aparecem defeitos, e a conferncia se reduz a verificar se existe erro na pesagem mxima (1 grama). Caso haja impreciso, ser devida a erro na massa do cursor, que dever ser substitudo ou retificado.

    Depois de conferida a primeira escala, verificam-se os eventuais erros nas dez posies possveis para o cursor da segunda escala. Para isso so colocados os pesos do conjunto padro e os erros da segunda escala so medidos com auxlio da primeira (que j foi calibrada) e anotadas as correes (positivas ou negativas) a serem feitas para cada posio do segundo cursor.

    Igual procedimento ser tomado com a terceira escala, ainda usando a primeira (j calibrada) para

    medir os erros. O resultado da calibrao pode ser apresentado, por exemplo, como uma matriz onde cada clula

    fornece a soma dos erros observados nas segunda e terceira escalas que ser a correo a ser somada ou subtrada da leitura da balana, obtendo-se assim uma pesagem quase correta.

    Primeira escala

    Terceira escala

    Parafuso de nivelamento

    Zerando o fiel

    Cursores no zero

    Segunda escala

    Terceira escala Primeira escala

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    EXEMPLO DE MATRIZ DE CORREO DE ERROS LOCALIZADOS DE UMA BALANA TRPLICE ESCALA

    Exemplo: o peso real correspondendo a pesagem 151,43 g 151,44 g. (Esta planilha para calibrao est disponvel no site www.geotecnia.ufjf.br e no cd-rom) Por que quase correta?.

    Tratamos at agora apenas da correo de defeitos localizados. Os erros de tendncia so mais evidentes em pesagens prximas da capacidade mxima da balana, sendo tanto maiores quanto maior o peso* que est sendo medido, e ocorrem tanto em balanas mecnicas quanto em eletrnicas. So muito difceis de serem eliminados, mas podem ser bastante atenuados pela prtica de apenas fazer PESAGENS INDIRETAS. Em laboratrio, NUNCA SE DEVE FAZER PESAGEM DIRETA (colocar na balana e verificar o valor do peso do objeto).

    (*) Balanas medem pesos ou massas? Lembre-se que massas tm por unidade quilos ou quilogramas, toneladas, gramas. Pesos so foras e tem por unidades quilogramas-fora, newtons, kilonewtons. A no existncia de verbo especfico para designar a medida de massas na lngua portuguesa induz ao equvoco: por exemplo calcular a massa especfica de um objeto, expressa-la (corretamente) em g/cm3, mas relatar o resultado como peso especfico.

    Para uma pesagem correta, raciocine sempre como se o objeto fosse lquido. Como se pesa uma

    quantidade qualquer de um lquido? Voc o coloca em um recipiente e pesa o conjunto (recipiente + lquido). Depois pesa o recipiente. A diferena entre os dois valores a massa do lquido. Se denominarmos E ao erro de tendncia:

    Massa medida (recipiente + objeto) = Massa real (recipiente + objeto) + E Massa medida (recipiente) = Massa real (recipiente) + E

    Subtraindo o segundo peso medido do primeiro, obtemos o peso do objeto e o erro eliminado ou muito reduzido (se o recipiente for leve em relao ao objeto a ser pesado no haver diferena significativa no valor E). Este procedimento chamado PESAGEM INDIRETA.

    Observao: Impreciso existe sempre, mas s considerada erro ao produzir ms conseqncias. O que se deseja a reduo da impreciso a uma ordem de grandeza em que esta deixe de ser relevante. (Estes exemplos ilustram o tortuoso modo como raciocinam os engenheiros de laboratrio... Talvez parea complicado para um leigo, mas uma maneira eficiente de reduzir erros.).

    Exerccio: use os conceitos adquiridos para criar um processo que permita obter com preciso o peso da fumaa de um cigarro, utilizando uma balana (calibrada) de trs escalas.

    BALANA TRPLICE ESCALA ESCALA 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    ERRO 0,01 -0,01 0,02 0 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0

    10 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 20 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 30 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 40 0,02 -0,02 -0,03 -0,02 -0,02 -0,02 -0,02 -0,02 -0,01 -0,02 -0,04 -0,02 50 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 60 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 70 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 80 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 90 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 100 0,01 -0,01 -0,02 -0,01 -0,01 -0,01 -0,01 -0,01 0 -0,01 -0,03 -0,01 110 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 120 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 130 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 140 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 150 -0,02 0,02 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,02 0 0,02 160 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 170 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 180 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 190 0 -0,01 0 0 0 0 0 0,01 0 -0,02 0 200 -0,02 0,02 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,02 0 0,02

  • 12

    Densmetro

    de bulbo simtrico

    menisco

    DENSMETROS medem a densidade de lquidos. Tambm so sujeitos a grandes erros e vcios. Em laboratrio de solos, por exemplo, podem medir a variao da densidade de uma soluo (gua + defloculante) com um solo em suspenso, enquanto as partculas slidas deste esto se sedimentando. O mtodo utilizado para sua utilizao semelhante ao usado na pesagem indireta: chamando L a medio feita com o densmetro e R ao eventual erro do densmetro, a influncia da presena do solo na densidade da soluo ter por medida:

    I (solo)=L (soluo + solo + R) L (soluo pura + R)

    (Como a temperatura tambm influencia a densidade, ambas as leituras devem ser feitas a uma mesma

    temperatura).

    Outro motivo de erro surge ao usar o densmetro: ao serem feitas leituras na soluo de solo, a gua est geralmente escura, devido presena do solo. Isto obriga o laboratorista a fazer leituras na parte mais alta do menisco (causado por o lquido molhar a haste do densmetro), quando o correto ler na base do menisco. Mas quando feita a leitura na soluo pura, que clara e transparente como a gua, no possvel enxergar claramente o ponto mais alto do menisco, e a leitura feita (corretamente) no nvel da soluo (base do menisco).

    Verifica-se experimentalmente que o erro causado pela diferena entre os dois modos de leitura tem

    valor mdio -0,0012 (pouco mais de uma subdiviso na escala do densmetro). Este erro facilmente corrigido, somando o valor 0,0012 a todas as diferenas de leitura mencionadas.

    O resultado de L(soluo+solo+R)-L(soluo+R)+0,0012 denominado leitura corrigida e utilizado nos clculos da fase de sedimentao do ensaio de granulometria completa. PAQUMETROS so instrumentos utilizados para medir grandezas lineares. Os erros devidos ao instrumento so em geral desprezveis, quando comparados a erro de leitura ou de posicionamento, cometido pelo operador.

    Nvel da soluo, onde deveria ser feita a leitura

    Leitura no densmetro

    Haste do densmetro

    medidas internas

    medidas externas

    para medir profundidades

  • 13

    Ao fazer uma medida, o plano que contm o paqumetro dever coincidir ou ser perpendicular ao plano que contem o segmento que est sendo medido. O posicionamento incorreto produz grandes erros nas medidas. Cuidado: medir dimetros no o mesmo que medir cordas... Leitura de medidas no paqumetro:

    Na posio superior encontram-se as leituras em polegadas e na parte inferior, as leituras em centmetros. Como adotado no Brasil o sistema mtrico decimal, detalharemos leituras com a escala inferior. No paqumetro do exemplo: A escala principal ou limbo tem a menor subdiviso em milmetros. O vernier permitir avaliar 0 a 10 dcimos de milmetro (mcron). A leitura de uma medida feita em duas etapas: Em uma primeira aproximao, ler no limbo a posio ocupada pelo zero do vernier. Em seguida, ler no vernier o valor correspondente posio em que um dos traos do limbo coincida com (ou aparente ser o prolongamento de) um dos traos do vernier. Os algarismos dessa segunda leitura sero acrescentados em continuao primeira leitura. (na impossibilidade de decidir entre dois traos consecutivos do vernier, qualquer deles pode ser escolhido, ou sua mdia). Por exemplo: Observe a posio do zero da escala secundria (cm):

    NONIO OU VERNIER

    LIMBO (escala principal)

    polegadas

    centmetros

  • 14

    A posio do zero da escala secundria fornece como primeira aproximao para a medida que est sendo executada o valor 3,9 (cm). Em seqncia, identificado o trao da escala secundria que coincide com um trao da escala principal. Isto observado no valor 2,5. A leitura refinada para 3,925 cm. Como exerccio, faa as leituras seguintes:

    Resposta: 1,635 cm.

    Resposta: 1,400 cm. Exerccios:

    1. Para que se repetem ensaios? Em outras palavras, por que o resultado isolado de um ensaio de laboratrio no considerado confivel?

    2. Um experimento foi repetido por nove vezes. Os resultados apresentaram os valores 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 (ordenados depois). Apenas com essas informaes, algo pode ser concludo?

    3. Uma medida foi repetida por nove vezes. Os resultados apresentaram os valores 1216, 1217, 1217, 1218, 1218, 1218, 1219, 1219, 1247. Apenas com essas informaes, o que se pode concluir?

    4. No experimento anterior, considera ser possvel considerar algum dos resultados isolados como provavelmente no confivel? E no caso do segundo exerccio?

    5. Defina o que necessrio para que um instrumento de medida merea confiana. Aplique o conceito anterior, definido por voc, aos cinco sentidos: tato, olfato, paladar, audio e viso. O que ser necessrio fazer para que cada um desses instrumentos de medida merea confiana?

    6. Em que consiste calibrar uma balana? Qual o objetivo dessa calibrao?

    7. Leituras efetuadas com o mesmo densmetro, em solues puras e com solo em suspenso tiveram como valores: 1,0236 e 1,0035. Qual o valor da leitura corrigida? R: 0,0213

    8. Usando a balana 14, cuja matriz de calibrao foi apresentada algumas pginas atrs, foram obtidos em pesagens diretas os valores apresentados abaixo. Complete a tabela com os verdadeiros pesos dos objetos. (suponha no existir de erro de tendncia nessa balana).

    Valor lido (g) 76.14 107,13 43,11 159,20 Peso verdadeiro (g)

    R: 76,14 - 107,15 - 43,09 - 159,20

  • 15

    CAPTULO 2- TERMINOLOGIA DE ROCHAS E SOLOS REFERENCIAS: NBR 6502/95 e 6502/80 (ABNT) Obs: Os textos em itlico so comentrios, no fazendo parte da norma NBR 6502/95. Aqui feita uma primeira apresentao da terminologia, extrada das NBR 6502/80, e 6502/95 (ABNT). Deve ser usada uma linguagem tcnica to cedo quanto possvel, para que se possa utilizar um idioma bsico comum. So usados no dia a dia muitos outros termos, de uso popular ou local, ou devidos ao estreito relacionamento do engenheiro com gelogos, profissionais da terraplanagem, de minas, etc., e que sero agregados - aos poucos - ao vocabulrio inicial. Recomendamos a leitura da NBR 6502/95. 2.1 TERMINOLOGIA DE ROCHAS (incompleta) 2.1.1. Rocha Material slido, consolidado e constitudo por um ou mais minerais, com caractersticas

    fsicas e mecnicas especficas para cada tipo. So provenientes do magma ou de lava, ou da consolidao de sedimentos, com elevada resistncia s modificvel por gua e ar em condies especiais. So designadas pelo nome corrente em geologia, mencionando (quando possvel) seu estado de fraturamento e alterao.

    Quanto a suas dimenses, so denominadas:

    Bloco de Rocha: fragmento de rocha com dimetro () > 1 m; Mataco: entre 20 e 100 cm;

    Pedra ou Pedra-de-mo: entre 6 cm e 20 cm. A NBR 6502/05 bem mais extensa que o extrato aqui apresentado, agrupando os termos relacionados a rochas por: definies, origem, forma de ocorrncia, colorao, textura, composio qumica, estrutura, principais tipos e propriedades. Sendo esta uma apresentao inicial com nfase em solos, o texto completo e comentado ser apresentado em momento e local mais oportunos. 2.2. TERMINOLOGIA DE SOLOS (tambm incompleta) Solos so Materiais provenientes da decomposio das rochas ou sedimentao no consolidada de seus gros, sem ou com matria orgnica. So identificados pela textura, granulometria, plasticidade, consistncia, compacidade, estrutura, forma dos gros, cor, cheiro, friabilidade, presena de outros materiais (conchas, matria vegetal, mica, etc.). Pela textura (conjunto de caractersticas de forma, dimenso e propores dos elementos mineralgicos constituintes do solo, avaliado pela granulometria), denominam-se: Pedregulho: solo formado por minerais ou partculas de rocha, com comportamento dominante devido frao pedregulho, onde as partculas tm dimetros () compreendidos entre 2,0 mm e 60 mm. Quando arredondadas ou semi-arredondadas, so denominadas seixos rolados. caracterizado por sua textura.

    Pedregulhos grossos tm gros com dimetros entre 20,0 e 60,0 mm; Pedregulhos mdios: entre 6,0 e 20,0 mm;

    Pedregulho fino: entre 2,0 e 6,0 mm. Areia: Solo no coesivo e no plstico com comportamento predominantemente devido frao areia,

    constituda por minerais ou partculas de rochas com dimetros () compreendidos entre 0,06 mm e 2 mm. caracterizado por sua textura, compacidade (estado de maior ou menor concentrao de gros ou partculas de um solo no coesivo em um dado volume) e forma dos gros. Quanto textura, as areias podem ser:

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

  • 16

    Pelo Grau de Compacidade*, as areias so classificadas em: Fofas, medianamente compactas, ou compactas.

    *Compacidade o estado de maior ou menor concentrao de gros ou partculas de um solo no coesivo em um dado volume. Qualitativamente, a compacidade pode ser avaliada pela dificuldade de penetrao de um instrumento de sondagem ou dificuldade de escavao.

    Quanto forma dos gros, lembremos que os gros de areia de praia costumam ser arredondados e lisos, enquanto os de areia de rio so angulosos ou sub-angulosos. Os gros de areia proveniente de jazidas so geralmente mais speros (sub-angulosos ou angulosos) que os de origem fluvial.

    Siltes: Solo que apresenta baixa ou nenhuma plasticidade e que exibe baixa resistncia quando seco ao ar .

    (mostram apenas a coeso* necessria para formar, quando secos, torres facilmente desagregveis pelos dedos.). Suas propriedades dominantes so devidas parte constituda pela frao silte, que formada por partculas com dimetros entre 0,002 mm e 0,06 mm. Caracterizam-se pela textura e compacidade.

    *Coeso a parcela de resistncia ao cisalhamento de um solo, independente da tenso efetiva normal atuante, provocada pela atrao fsico-qumica entre partculas ou pela cimentao destas. A coeso tanto maior quanto menores forem os dimetros das partculas e maior o seu grau de achatamento. Em linguagem popular, o grudar ou colar entre partculas. Observe que s existe coeso (entre partculas muito pequenas) havendo gua, que muita gua diminui a coeso e pouca gua a aumenta. Argilas: Solos de granulao fina constituda principalmente por partculas com dimenses menores que

    0,002 mm, apresentando coeso e plasticidade. Suas propriedades dominantes so devidas parte constituda pela frao argila. Quando suficientemente midas, moldam-se facilmente e secas formam torres de difcil desagregao pelos dedos. Caracterizam-se por sua plasticidade, textura, sensibilidade e consistncia em sua umidade natural.

    Quanto Plasticidade (facilidade em ser moldada por presso externa sem alterao de volume), as argilas podem ser Gordas (muito plsticas) ou Magras (pouco plsticas).

    Sua textura analisada no ensaio de granulometria, na fase de sedimentao.

    Quanto Consistncia, podem ser quantitativamente definidas conforme o ndice de Consistncia. A consistncia difere para cada solo, mas depende muito do teor de umidade. Qualitativamente, a consistncia de uma argila avaliada como:

    Muito mole, se escorre entre os dedos, quando apertada nas mos; Mole, se pode ser facilmente moldada pelos dedos; Mdia, se pode ser moldada pelos dedos; Rija, se requer grande esforo para ser moldada pelos dedos; Dura, se no pode ser moldada, e quando submetida grande esforo os torres desagregam-se.

    Argilas com grande volume de vazios, cujos poros estejam parcialmente cheios de ar recebem ainda a complementao porosa. Os solos devem ser designados pelo nome do tipo de sua frao granulomtrica seja mais ativa, seguida dos adjetivos referentes s fraes que influenciam seu comportamento.

  • 17

    Exemplos: Argila arenosa, com consistncia mdia; Argila areno-siltosa, rija. Silte argiloso; Argila silto-arenosa, porosa; areia argilosa. No primeiro exemplo, o comportamento do solo semelhante argila, com influncia da frao areia. Ainda que haja presena de silte, este no altera o comportamento do solo. No segundo exemplo, a presena de silte influi em suas propriedades, notada. No existe uma concordncia universal quanto ao intervalo de variao dos dimetros de cada uma das fraes que compem os solos. Vejam-se a seguir algumas escalas granulomtricas:

    Neste trabalho ser adotada a ESCALA DA NBR 6502/95 Classificao granulomtrica de um solo:

    Apenas nos solos grossos a distribuio granulomtrica dita o comportamento. Apesar disto, classificaes baseadas na granulometria tornaram-se universalmente empregadas, ainda que sua utilidade geotcnica seja pequena.A classificao granulomtrica de solos (pela textura) pode ser auxiliada pelo diagrama triangular de Feret, desde que mencionada a verso (ou origem) do diagrama. Existem outras classificaes: geolgicas, geotcnicas, pedolgicas. Embora hoje seja usada quase exclusivamente na agronomia, comentamos a seguir uma das verses do triangulo de Feret:

    Em um solo constitudo apenas por areia, silte e argila, a soma das porcentagens destas trs fraes 100%. Entrando no grfico com a porcentagem com que cada uma destas fraes compe o solo, obtm-

  • 18

    se a localizao de um ponto em uma das reas demarcadas, obtendo assim a classificao conforme esta verso do tringulo de Feret.

    Em solos com pedregulhos, geralmente se soma a porcentagem deste da areia.

    Observar que a linha que representa a porcentagem de argila paralela escala do silte, a que representa a porcentagem de areia paralela escala da argila e a linha que representa a porcentagem de silte paralela escala da areia. Verifique que um solo com 28% de argila, 23% de silte e 49% de areia ser classificado lemo argiloso. (o comportamento do lemo menos previsvel que o da areia). O termo LEMO uma adaptao do ingls LOAM (cujo significado literal barroou terra designa uma mistura em proporo varivel de areia, silte e argila, com propriedades mal definidas). Existem muitas verses do tringulo de Feret. A verso mostrada em seguida ilustra apenas o excesso do uso do termo lemo (que pela definio anterior expressa mais ignorncia que conhecimento sobre o comportamento do solo).

    % ARGILA

    % AREIA+

    PEDREGULHO

    AREIAARGILOSA

    ARGILASILTOSA

    AREIA

    LEMO

    SILTE ARENOSO

    SILTEARGILOSO

    SILTE

    LEMOARGILOSO

    ARGILAARENOSA

    AREIA SILTOSA

    10

    10

    10

    20

    20

    20

    30

    30

    30 40

    40

    40

    5050

    50

    60

    60

    60

    70

    70

    70

    80

    80

    80

    90

    90

    90% SILTE

    ARGILA

  • 19

    Lemo arenoso

    Lemo siltoso SilteAreia

    ARGILA

    Silte lemo-argilosoLemo

    Lemo argiloso

    Argila Siltosa

    Areia lemo-argilosa

    Argila arenosa

    Tringulo de Feret, em uma verso do meio do sculo XX.

    Se as porcentagens de areia, silte e argila, obtidas no ensaio de granulometria, forem divididas pela porcentagem de material passante na peneira de 2,0 mm, para que sua soma seja 100%, a classificao dever ento mencionar ser referente frao fina do solo. No caso, a peneira de 2,0mm foi usada para excluir a frao pedregulho da amostra.

    Solo orgnico: Solo formado pela mistura homognea de matria orgnica decomposta e de elementos de origem mineral, apresentando geralmente cor preta ou cinza-escuro. Quando houver um teor aprecivel de matria orgnica, deve ser indicada sua presena, pelo acrscimo da expresso com matria orgnica designao dada ao solo. Se forem muito moles, pode ser adicionado, entre parnteses, o termo lodo.

    Exemplos: Areia grossa, fofa, com matria orgnica. Argila siltosa, com matria orgnica (lodo).

    Turfa: Solo com grande porcentagem de partculas fibrosas e matria orgnica no estado coloidal, com colorao marrom escura a preta. um material mole, altamente compressvel, no plstico, combustvel, e com cheiro caracterstico.

    Alterao de rocha ou solo de alterao: Material proveniente da alterao de rochas in situ, que se

    encontra em estgio avanado de desintegrao. Possui a estrutura original da rocha e a ela se assemelha em todos os aspectos visuais perceptveis, salvo na colorao. Sua constituio varivel, mostrando o conjunto em geral, anisotropia ou heterogeneidade acentuada, decorrente da presena de ncleos de material consistente entremeados a uma massa com caractersticas de solo. descrita pela textura, plasticidade e consistncia ou compacidade, com indicao do grau de alterao e, se possvel, rocha de origem. Tambm denominada saprolito ou saprlito.

    Solo Superficial: Zona abaixo da superfcie do terreno natural, geralmente mistura de areias, argilas e

    matria orgnica, exposta ao dos fatores climticos e agentes vegetais e animais. Aterro: Depsito artificial de qualquer tipo de solo ou outro material. Descrito pelo tipo de material e, se

    possvel, o processo de execuo.

    Sugere-se consultar a NBR 6502/85 original, com mais de 300 verbetes sobre a terminologia de rochas e solos.

    Outras consultas: Glossrio de termos de geologia, Universidade Federal de Braslia:

    http://www.unb.br/ig/glossario Glossrio de termos rodovirios, DNIT (DNER).

    http://www.pr.gov.br/mtm/informacoes/glossario.shtml LEMBRETE: Os termos ARGILA, SILTE e AREIA tm duplo significado, pois designam SOLOS e tambm FRAES DO SOLO. Raramente so encontrados na natureza solos compostos exclusivamente por uma destas fraes.

  • 20

    ANEXO - INSPECO VISUAL PRIMEIRO CONTATO

    O objetivo deste anexo promover um primeiro contato com os solos, sem rigor cientfico. O estudante dever comparar amostras de solos (argilas gordas, siltes, areias) cujas caractersticas so bem ntidas. So oferecidas sugestes sobre como olhar, apalpar, cheirar ou ouvir o bvio que tais amostras podem informar. Os sentidos devero ser usados para executar uma identificao grosseira, usando esta primeira tentativa para facilitar a compreenso das aulas tericas. Mais tarde ser estudada a classificao dos solos de forma rigorosa. Recomenda-se ao futuro engenheiro praticar os termos usados em sua profisso e (repetir com freqncia os procedimentos), para descobrir e aprender sem necessitar memorizaes fatigantes. O QUE OBSERVAR? 1. TEOR DE UMIDADE (h) ou (w): A relao percentual do peso de gua contida em uma amostra de solo e o peso das partculas dessa amostra de solo, cuja determinao precisa ser vista mais tarde, pode ser qualitativamente estimada pela cor (mais escura ou mais clara) de um solo, por comparao, se j o tivermos observado completamente seco e saturado. Tambm pelo tato, apertando-o nas mos, esfregando-o e observando o aparecimento do brilho caracterstico de umidade. A facilidade de moldagem, no caso de argilas, d uma boa indicao do teor de umidade de solos que j conhecemos. At o odor caracterstico. 2. TEXTURA o tamanho relativo dos gros que constituem a fase slida dos solos. Sua medida chamada GRANULOMETRIA. A textura de um solo pode ser avaliada de forma grosseira pelo tato.

    Pedregulhos tm dimetros mximos entre 2,0 mm e 60 mm e podem ser identificados visualmente.

    Sua forma e compacidade so importantes do ponto de vista de sua utilizao. Outras partculas macro , como as de mica (ou malacacheta), tm forma de lminas delgadas e flexveis, com brilho caracterstico.

    Areias (dimetro dos gros varia de 0,06 a 2,00 mm) do ao tato uma sensao de aspereza. Apenas

    seus maiores gros so visveis a olho nu. A audio pode auxiliar a identificao: as areias, quando esfregadas, produzem um rangido caracterstico.

    Partculas de tamanho igual ou menor que as do silte no podem ser identificadas a olho nu, e

    individualmente so imperceptveis ao tato. O tamanho dos gros de silte (0.002 a 0,06 mm) os torna invisveis ao olho nu, como as argilas. O formato dos gros de silte tambm difere do formato dos de argila:

    AREIA

    FINOS (AREIA FINA, SILTE, ARGILA)

    PEDREGULHO

  • 21

    so arredondados como os gros de areia de praia (e menores), enquanto a maior parte dos de argila tem semelhana com placas de vidro ou lminas gilete. Seca e destorroada, a sensao tctil de uma poro de silte ou de argila assemelha-se a de talco para bebs.

    Argilas (dimetro mximo dos gros < 0,002 mm) molhadas escorregam como sabo. Ao secar

    tendem a formar torres de difcil desagregao.

    3. COESO a resistncia que a frao argilosa empresta ao solo, pela qual ele se torna capaz de se manter coeso, em forma de torres ou blocos, podendo ser cortado ou moldado em formas diversas e manter essa forma. A coeso definida por Milton Vargas como a maior ou menor resistncia que um torro de argila apresenta ao se tentar deform-lo. Solos com essa propriedade denominam-se coesivos. Solos no coesivos, como areias e pedregulhos, esboroam-se facilmente ao serem cortados ou escavados. A NBR6502/95 define coeso como: parcela de resistncia ao cisalhamento de um solo, independente da tenso efetiva normal atuante, provocada pela atrao fsico-qumica entre partculas ou pela cimentao destas. Vrias teorias explicam a coeso, sendo uma das mais simples a que se baseia na gua adsorvida pelos gros de argila, descrita na pgina 30 do livro Introduo Mecnica dos Solos, de Milton Vargas:

    A gua, em contato com a superfcie de uma partcula adere a

    ela, com tal fora que se torna slida e passa a ter a mesma carga eletrosttica que ela. Essa fora de adeso pode enorme: nas menores partculas de argila pode atingir a ordem de grandeza de vinte toneladas por centmetro quadrado. Em contato com a gua adesiva de outra partcula (de sinal contrrio), gruda nesta, com fora inversamente proporcional ao dimetro das partculas e distancia entre seus pontos mais prximos (aqui chamados pontos de contato).

    Parece evidente que tambm seja diretamente proporcional ao

    nmero de pontos de contato (ou rea de contato). Se as partculas so arredondadas, so poucos esses pontos. Quando as partculas so lamelares, a rea em contato grande. Por isso, as partculas lamelares das argilas aumentam sua coeso aps serem amassadas quando midas (arrumadas), e perderem parte de sua umidade (o que as aproxima, provocando contrao dos torres). Observe que uma alta umidade nas argilas diminui a coeso, por aumentar a distancia entre as partculas, mas quando completamente seca, no h gua adesiva colando-se outra gua adesiva, e os torres se fraturam ou pulverizam com facilidade. Por exemplo, telhas, tijolos ou cermicas atingem sua maior resistncia a esforos quando so retirados dos fornos de secagem quando esto quase secos. Se ficassem totalmente secos, teriam sua resistncia muito diminuda. 4. COMPACIDADE um ndice para os solos grossos que indica se as partculas slidas esto mais ou menos arrumadas e prximas umas das outras, com conseqente reduo no volume de vazios e na porosidade. A compacidade altera a permeabilidade (capacidade do solo de deixar-se atravessar pela gua). Nos solos finos tm como correspondente o grau de COMPACTAO. 5. PLASTICIDADE, uma caracterstica dos solos finos, a capacidade do solo de poder ser moldado sem alterao de volume. Depende da umidade presente e da forma, do tamanho e da composio qumica dos gros que o constituem, bem como de sua granulometria. Numa amostra de solo, podemos obter uma primeira avaliao de sua plasticidade amassando-a nas mos: uma areia molhada pode ser razoavelmente

    Gro de silte

    (entre 0,06 e 0,002 mm)

    Gros de argila

    (menores que 0,002 mm)

  • 22

    Munsell soil color charts

    Munsell Color Company, Inc.

    Baltimore, USA, 1954.

    esculpida, mas no lhe podemos dar forma suficientemente elaborada para que possa ser considerada plstica. No ensaio para a determinao da plasticidade, veremos no ser possvel moldar (por rolamento) uma massa de areia na forma padro que define a condio de plasticidade. Argilas midas podem ser moldadas, mantendo sua forma depois de cessada a presso que lhes deu forma. Ao perder umidade, as argilas passam do estado plstico para o estado semi-slido, em que no mais podem ser moldadas, e tem desagregao difcil. Secando mais, para um estado slido (quando no mais sofrem retrao com a perda de umidade), como as telhas e cermicas. Se demasiadamente molhadas, podem atingir o estado lquido, passando a fluir como um lquido viscoso.

    No confundir coeso com plasticidade, nem plasticidade com compressibilidade. A compressibilidade de um solo (fino) funo do volume de vazios que ele apresenta, que, por uma presso ativa exercida sobre ele (compactao) pode ser reduzido, por aproximao dos gros. Tanto argilas quanto areias, pedregulhos e at massas de blocos de rocha podem ter diminudo o volume de vazios, com a finalidade de aumentar sua estabilidade e resistncia ao cisalhamento. Nos solos coesivos, isto conseguido por compresso e amassamento. Nos granulares, por vibrao. 6. Alm da umidade, a intensidade da COR de um solo oferece indicao da presena de matria orgnica (origem vegetal ou animal), indicada por cor escura, com partculas pretas, pardas ou roxas. A presena de manchas variegadas ou cinzentas (observadas ao natural, no campo) pode indicar a presena de impedimentos drenagem. Matizes avermelhados ou amarelos sugerem presena de xidos de ferro, que por sua vez so indicadores de boa permeabilidade. Serpentinas e cloritas (tom esverdeado), e o talco, branco ou branco-esverdeado, so silicatos, parentes prximos do quartzo (SiO2), que se apresenta sob cores diversas, funo dos minerais presentes na ocasio de sua cristalizao. A partir da cor, pode ser economizado bastante tempo na identificao (qumica) da origem de um solo (1). As cores do solo matriz e de manchas so definidas por comparao, empregando a carta de Munsell, semelhante a cartas de fabricantes de tintas. Geralmente, a cor de um solo definida durante o ensaio para a determinao do Limite de Contrao, para o solo seco e para o solo saturado. (1) Ref. Notas de Aula, Professor Avelino Gonalves Koch Torres. 7. DUREZA a capacidade de riscar outro material mais mole ou ser riscado por um material mais duro. A dureza um dos atributos dos gros dos minerais, utilizada em sua identificao, por comparao pela escala de Mohs.

    Escala de Mohs NMER0 MINERAL OBSERVAO

    1 Talco 2 Gesso cristalizado Riscado pela unha

    3 Calcita 4 Fluorita Riscados pelo ao

    5 Apatita 6 Ordsia 7 Quartzo 8 Topzio 9 Corindo

    10 Diamante

    Riscam o vidro

    (Cada mineral risca o anterior e riscado pelo subsequente)

    8. O ODOR de solos orgnicos caracterstico. At o SABOR poderia ser usado na identificao de solos cidos (azedos) ou bsicos (sabor semelhante ao do sabo), se no existissem os indicadores qumicos.

  • 23

    9. FRIABILIDADE a capacidade de fragmentao de uma partcula ou de um torro. Torres quase secos de silte apresentam fcil desagregao por presso dos dedos, enquanto os de argila so muito menos friveis. A observao da friabilidade feita no ensaio de resistncia a seco. EXERCCIOS e pontos para discusso: 1. Defina UMIDADE de uma amostra de solo. 2. Qual a diferena entre TEXTURA E GRANULOMETRIA? E a relao? 3. Qual a diferena entre PLASTICIDADE e COESO? Um solo pode ser plstico e no ser coesivo? Pode ser coesivo e no ser plstico? 4. Amassando nas mos uma poro de argila siltosa mida e fazendo o mesmo com um pouco de

    silte argiloso no mesmo teor de umidade, como poderamos, em uma classificao prvia do solo, diferenciar as duas amostras? Se estas amostras estivessem secas e destorroadas, seria possvel diferenci-las visualmente?

    5. A coeso nos siltes finos pode ser menor que nas argilas? Defenda sua opinio. 6. Uma areia pura mida no tem plasticidade, embora quando muito molhada possa ser

    esculpida, por exemplo, em uma escultura de praia. Se a ela for acrescentada, aos poucos, argila pura, ter sua classificao modificada para areia argilosa. Essa mistura ter imediatamente sua plasticidade aumentada, ou ser necessrio muita argila para que a plasticidade seja notada? E quando for notada, ser ainda uma areia argilosa, ou j se ter transformado em uma argila arenosa?

    7. Um torro de argila, com dimetro 6,0 mm, muito seco e duro ao tato, pode ser considerado

    pedregulho? Por qu? 8. O que entende por compactao? sempre sinnimo de compresso? Que objetivos se procura

    alcanar compactando um solo? 9. Todos os solos podem ser comprimidos? Pores de argila podem ser compactadas? E de areia?

    E de pedregulhos? E de mataces e blocos de rocha? 10. Uma amostra de solo spera ao tato, e quando comprimida e seca forma torro muito duro.

    escura e apresenta cheiro desagradvel. Como voc a identificaria? 11. Uma amostra de solo tem granulometria to fina e delicada que seca e peneirada, tem a maciez

    de um talco de perfumaria, e molhada, produz a sensao ttil de um sabonete molhado, e seus torres so muito friveis. Que solo parece ser?

    12. Um solo pode ser muito plstico, mas pouco compressvel? Explique sua resposta. 13. Um solo pode ser muito compressvel, mas pouco plstico? Explique sua resposta.

  • 24

    Partculas slidas

    gua

    Ar

    Captulo 3 - PROPRIEDADES NDICES O solo um material constitudo por partculas slidas e pelo espao (vazios) entre elas, que pode estar preenchido por gua ou ar. Constitui assim um sistema de trs fases: slida, liquida e gasosa. Fase Slida A fase slida constituda por gros minerais, com ou sem presena de matria orgnica. As principais caractersticas a observar nos gros so tamanho, peso especfico, forma e composio qumica.

    Um gro visvel a olho nu em geral tem origem de natureza mecnica, e as trs dimenses na mesma ordem de grandeza (como exceo se pode citar as micas). Quimicamente, os silicatos (feldspato, mica, quartzo, serpentina, clorita, talco) compem a maioria, seguida pelos xidos (hematita, magnetita, limonita), pelos carbonatos (calcita, dolomita), e pelos sulfatos (gesso, anidrita).

    Partculas presentes nas fraes argilosas tm menores dimenses, em maioria com gnese de

    natureza qumica e formato lamelar (uma dimenso muito menor que as outras duas). Os principais minerais arglicos so as caolinitas, as montmorilonitas e as ilitas.

    Partculas de forma fibrilar (uma dimenso dominante) so mais raras, encontradas principalmente em solos turfosos.

    As maneiras como as partculas slidas se arrumam em um solo natural tem influncia em algumas de suas propriedades. Seu estudo feito no assunto Estrutura dos solos. Fase Lquida: A gua, sempre presente nos solos, responsvel por grande parte de suas propriedades e do seu comportamento. Na gnese de um solo, a gua atua fsica e quimicamente, provocando ruptura de rochas ao congelar-se, erodindo e transportando partculas, por dissoluo e lixiviao, pela ao de cidos nela presentes, por exemplo. Pode participar da composio qumica de minerais arglicos, faz parte da composio das presses a que um solo fica submetido, altera sua consistncia (e sua resistncia ao cisalhamento) e peso especfico (aparente) de uma massa de solo.

    A gua pode aparecer nos solos como: 1. gua de constituio - faz parte da estrutura molecular de partculas slidas, principalmente nos

    minerais arglicos; 2. gua adesiva - pelcula de gua que adere fortemente superfcie de cada partcula (com espessura

    mdia 0,005 , as foras eletrostticas que unem suas molculas mais prximas aos slidos as submetem a presses na ordem de grandeza de 20.000 Kg/cm2, tornando-a semi-slida. Por isso chamada tambm gua dura. As mais afastadas apenas apresentam alta viscosidade.);

    3. gua higroscpica a que permanece em uma amostra de solo que foi seca ao ar livre; 4. gua livre encontrada em algumas zonas de macios terrosos, enchendo todos os seus vazios. 5. gua capilar nos solos finos, a gua sobe pelos interstcios finos (dimetro inferior ao de um fio de

    cabelo) existentes entre as partculas slidas, acima do nvel mximo da gua livre em locais onde esta exista. A altura de ascenso inversamente proporcional ao dimetro dos vazios que formam esses canais capilares, j tendo sido observados valores superiores a setenta metros.

    Observaes:

  • 25

    A gua adere superfcie de cada partcula, por foras de natureza eletrosttica. A proporo de gua

    adesiva (e capilar tambm) tende a ser tanto maior quanto maior for a sua superfcie especfica (relao entre a superfcie de um corpo e sua massa).

    Por exemplo: Suponha que um corpo tenha forma cbica, com arestas de 10 cm, e massa 3000 g. Sua superfcie ter rea 6x10x10 = 600 cm2 e rea especfica 600/3000=0,2 cm2/g. Fracionando este corpo em pedaos cbicos com 0,1 cm de aresta, o peso no se altera, mas a rea total torna-se 1.000.000x6x0,1x0,1=6.000.000 cm2, e a rea especfica passa a ser 2.000 cm2/g.

    Partculas de solo do tamanho do silte tm dimenso mxima entre 0,05 mm e 0,005 mm. Supondo possvel dividir o corpo do exemplo em partes com a dimenso mdia do silte (0,001 cm), sua rea especfica seria de

    1.000.000.000.000x6x0,001x0,001/3000=2.000.000 cm2/g. Experimente calcular a superfcie especfica para partculas de dimenses 0,0000001 x 0,00025 x 0,0004 cm (ordem de grandeza das partculas de argila). As guas livre e higroscpica evaporam por efeito do calor, lentamente a partir de 60 C, e rapidamente

    a partir de 100 C. Mas alguns solos (principalmente orgnicos) podem perder gua adesiva e de constituio a partir de 75C (aproximadamente). Quando perdida gua de constituio por excesso de calor, ocorre um fenmeno denominado cracking (quebra), que altera a constituio qumica das partculas slidas, o que pode falsificar o resultado de ensaios. Ao secar solos em ensaios, preciso utilizar faixas de temperatura eficientes, mas que no alterem a natureza das partculas.

    No existir gua capilar onde no existir gua livre. Por isso amostras levadas para um laboratrio no apresentam gua capilar.

    Fase Gasosa: constituda por ar, vapor dgua e carbono combinados. Tem interesse em casos especiais de consolidao de aterros, no calculo de presses neutras desenvolvidas em decorrncia da reduo de volume da fase gasosa. Sua densidade aproximadamente 0,0012 g / cm3.

    ndices fsicos, granulometria e consistncia definem as principais propriedades de um solo, denominadas propriedades ndices. Neste captulo sero apresentados os ndices fsicos dos solos, e sero apenas mencionados os processos que permitiro sua obteno. A granulometria (que estuda a textura), a consistncia (que trata da influncia do teor de umidade na frao fina dos solos) e outras propriedades ndices sero objeto de captulos especiais.

    As propriedades permitiro indicar o tipo de solo que dever ser utilizado para um determinado

    objetivo, classific-lo, prever seu comportamento em determinadas condies, aprovar ou descartar jazidas (emprstimos), obter parmetros para clculos de presses, permeabilidade, resistncia a esforos, etc. So usados no clculo em todas as reas da Geotecnia: fundaes, dispositivos de drenagem, estabilidade de taludes, barragens de terra, muros de arrimo, bases de rodovias e ferrovias, estudo e preveno de acidentes, composies (misturas) de materiais e outros.

  • 26

    NDICES FSICOS:

    Quantificam as propores das trs fases de um solo, entre pesos, volumes, pesos e volumes.

    Elementos fundamentais para o clculo dos ndices fsicos: Vt = Volume total de uma amostra de solo; Vs = Volume dos slidos (soma dos volumes das partculas slidas); Vv = Volume dos vazios (soma dos volumes no ocupados por slidos); Va = Parte do volume de vazios que ocupada por gua; Var = Parte do volume de vazios que est ocupada pelo ar; Pt = Peso total de uma amostra; Ps = Peso das partculas slidas (peso da amostra completamente seca); Pa = Peso da gua presente nos vazios da amostra.

    No esquema, pode ser visualizado que:

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

    Pt = Ps + Pa O ar existente nos vazios de uma amostra de solo tem peso muito pequeno em relao ao dos slidos e da gua. Como est sujeito ao empuxo da atmosfera, seu peso no pode ser medido diretamente (mas pode ser calculado), e habitualmente desprezado. 1) Teor de umidade (smbolo: h ou w) Definimos teor de umidade (h) de uma amostra de solo como a razo entre a massa da gua (Ma) contida em um certo volume de solo e a massa da parte slida (Ms) existente nesse mesmo volume, expressa em porcentagem. Tambm pode ser calculada pela razo entre pesos.

    h = w = 100.Ma / Ms = 100.Pa / Ps (%)

    Conhecido o teor de umidade de um solo, pode ser imediatamente calculado o fator de correo de umidade (fc), que ao ser multiplicado pelo peso de uma amostra com esse teor de umidade informa o peso que tal amostra teria se estivesse seca.

    Fc = 100 / (100 + h)

    Teores de umidade devem expressos em porcentagem com preciso de centsimos, e o fator de correo com quatro casas decimais, quando fazem parte de clculos em ensaios que exigem preciso.

    No campo, os processos mais rpidos so os calcados em mtodos nucleares e o que utiliza o aparelho Speedy.

    O teor de umidade de um solo, embora expresso como tal, no uma porcentagem. Imagine uma amostra de solo seco, qual se adicionar gua. O peso da gua aumenta, mas o peso das partculas slidas

    Partculas slidas

    gua

    Ar

    slidos

    ar

    gua

    V s

    Var

    V a

    P s

    P t P a

    V t

    V v

  • 27

    constante. Portanto h tem limite inferior 0 %, mas no h limite superior para a umidade. A umidade natural de algumas argilas vulcnicas do Mxico, por exemplo, pode superar a marca de 400 %.

    A determinao do teor de umidade de uma amostra de solo pode ser feita por vrios mtodos, sendo o mais utilizado: a) Determinar o peso total (Pt) da amostra; b) Secar completamente a amostra; c) Determinar o peso da amostra seca (Ps). d) Por diferena, obter o peso original da gua na amostra (Pa = Pt Ps) e) Calcular o teor de umidade h = 100.Pa / Ps. Express-lo em porcentagem.

    A umidade no se distribui uniformemente nos solos, nem em amostras. A superfcie especfica de

    partculas pequenas maior que a das maiores. Em uma amostra preparada e homogeneizada, se separarmos por peneiramento as fraes de partculas grandes das menores (por exemplo, usando uma peneira de 2,0 mm de malha), o teor de umidade ser muito maior na frao de partculas menores.

    Discuta outras causas de variao na distribuio da umidade em amostras ou no campo.

    2) Peso especfico (g), massa especfica (g) e densidade () das partculas slidas

    O peso especfico (g) de uma partcula slida , por definio, o peso da substncia que a forma, por unidade do volume que ocupa no espao. O peso especfico da partcula determinado pela razo entre seu peso (seco) e seu volume.

    g = Ps / Vs

    Massa especfica (g) de uma partcula slida obtida pela razo entre sua massa e o volume que a partcula ocupa no espao. expressa em g/cm3, kg/l, t/m3.

    g = Ms / Vs

    muito comum utilizar-se a expresso peso especfico e utilizar como unidade g/cm3. Trata-se de um erro compreensvel: tambm comum (e errado) responder pergunta Quanto voc pesa? com a resposta X quilos, j que quilograma uma unidade de massa. Engenheiros no os devem cometer.

    Densidade () ou densidade relativa de uma partcula a razo entre seu peso especfico e o peso especfico da gua (a) destilada e isenta de ar 4 C. Como este ltimo vale 1,000 g/cm3, a densidade e o peso especfico so expressos pelo mesmo valor numrico.

    = g / a = g / a

    (Com base nestas definies clssicas, pode ser concludo que os ndices peso especfico e densidade dos gros so valores aproximados: o peso varia conforme o local onde so determinados, principalmente quanto altitude, e o volume conforme a temperatura e a presso a que estiverem submetidos. Para aplicaes normais da Mecnica dos Solos, tais variaes so muito pequenas, podendo ser desprezadas).

    A determinao do peso especfico e da densidade de partculas isoladas de grandes tamanhos (como pedras ou os maiores pedregulhos) estudada na Fsica, e ser objeto de uma seo especial.

    Como em um solo podem ocorrer partculas de natureza variada, em geral h mais interesse em

    determinar o peso especfico mdio das partculas slidas que o compem. Alm disso, a frao mais fina dos solos costuma ter natureza diversa da de maior tamanho, j que gerada mais por desintegrao qumica (oxidao, hidratao, carbonatao) que mecnica (ruptura e desgaste, causados por temperatura, atrito, etc.). Por isso, as normas sempre se referem determinao do peso especfico mdio ou da densidade mdia das partculas menores que um tamanho especificado. Todas as normas exigem que o valor da densidade seja expresso com preciso de milsimos (trs casas decimais).

    A ABNT adota o processo do picnmetro para a determinao da massa especfica das partculas menores que 4,8 mm, enquanto o DNIT (antigo DNER) o faz para a determinao da densidade das partculas menores que 2,0 mm.

  • 28

    A densidade dos gros depende principalmente dos seus constituintes mineralgicos. Para os solos mais comuns, a densidade dos gros varia de 2,650 a 2,900; valores menores em solos com elevados teores de matria orgnica e maiores nos que tem xidos de ferro. A presena de minrios ou metais com densidade muito elevada, como o smio (22,480) ou o ferro (7,880) pode aumentar muito o valor de . Como exemplo de exceo, a vermiculita (solo rico em silicatos e xido de ferro) tem densidade na ordem de grandeza de 0,750.

    3) Peso Especfico Aparente () e Massa Especfica Aparente () O peso especfico aparente de uma amostra de solo determinado pela razo entre o peso total da amostra e seu volume.

    = Pt / Vt A massa especfica aparente de uma amostra obtida pela razo entre sua massa total e seu volume.

    = Mt / Vt Existem vrios processos para sua determinao.

    So chamados processos diretos queles em que uma amostra colhida sem deformao, sendo ento determinados sua massa e seu volume. Os principais so o do cubo esculpido e o do cilindro de cravao.

    Nos processos indiretos, a amostra retirada do solo e pesada. Seu volume determinado pelo volume da escavao (volume do buraco). A maneira escolhida para medir esse volume determina o equipamento e o nome do processo (processo do frasco de areia, do leo grosso, do balo de borracha).

    Em todos os casos, determinado o teor de umidade das amostras, para que possa ser calculado o peso especfico aparente seco.

    Alm dos mencionados, a partir do meio do sculo vinte comearam a ser empregados mtodos

    nucleares, que se baseiam: a) Na emisso de raios gama, para obter o peso especfico aparente; b) No uso de fonte de nutrons, para determinar a umidade. 4) Peso Especfico Aparente Seco (s) e Massa Especfica Aparente Seca (d)

    s = Ps / Vt s = Ms / Vt

    Dividindo por Pt ambos os termos da equao e substituindo Pt por Ps+Pa,

    [Ps/(Ps+Pa)]/[Vt/Pt] =1/[(Ps+Pa)/Ps]/[1/] = [1/(1+h)][ ] s = / (1+h) ou s = . fc

    Analogamente, s = . fc

    Na deduo desta frmula, o teor de umidade foi expresso em decimais. Embora o resultado seja correto, a ABNT exige que o teor de umidade seja sempre expresso em porcentagem. Exemplo de utilizao direta: A qualidade da compactao de aterros controlada pela necessidade de obter um valor para o s, no campo, que atinja pelo menos- uma porcentagem (definida para cada obra) do s mximo, obtido em laboratrio no ensaio de compactao, feito com o mesmo solo. 5) ndice de vazios (e) ou () a razo entre o volume de vazios Vv e o volume ocupado pela parte slida (Vs) do solo

    e = = Vv / Vs

  • 29

    Geralmente calculado em funo do peso especfico das partculas e do peso especfico aparente seco, pois

    = (Vt-Vs)/Vs = Vt/Vs-Vs/Vs=(Vt/Ps)/(Vs/Ps)-1= (1/ s)/(1/ g)-1

    e = g / s 1

    Nos solos mais comuns, o ndice de vazios varia de 0 a 20. O ndice de vazios tem aplicao direta, alm do clculo de outros ndices fsicos, no estudo da densificao de solos. Quando um macio terroso diminui de volume, isto se d pela reduo do volume de vazios, pois o volume dos slidos varia muito pouco durante o fenmeno.

    Densificar significa tornar mais denso, isto , diminuir o volume de vazios. Uma densificao pode ser causada por vibrao, em solos no coesivos, compactao (presso e amassamento) em solos coesivos. Grande parte dos autores denomina adensamento apenas ao fenmeno de reduo lenta do volume de vazios de um solo, quando presses causam o escoamento da gua que os preenche.

    6) Porosidade a razo entre o volume de vazios (Vv) e o volume total (Vt) de uma amostra de solo, sempre expressa em porcentagem.

    n = 100 Vv / Vt (%)

    A porosidade pode ser determinada em funo do ndice de vazios, pois Vt=Vs+Vv e dividindo ambos os termos da equao anterior por Vs, temos Vv/Vt =(Vv / Vs)/[(Vs+Vt)/Vs] = / (1+ )

    n = 100 . / 1+ (%)

    A porosidade tambm pode ser calculada por:

    n = 100 (1 - s / g) 7) Grau de Saturao e Grau de Aerao Grau de Saturao (ou Saturao) de um solo a porcentagem volumtrica de gua existente nos vazios desse solo.

    S = Sr = 100.Va / Vv (%)

    Como h = Pa / Ps = Va.a / (Vs.s) = a.S.Vv / (.a.Vs) = S. /

    S = h. / = h.(1-n)/n

    Observe que quando o solo est saturado, = 100..h Grau de Aerao (ou Aerao) , por definio, a porcentagem do volume de ar em relao ao volume de vazios do solo.

    A = 100.Var / Vv (%) Da,

    A = (Vv-Va) / Vv = 1 S

    interessante observar que, com o mesmo teor de umidade, um solo pode apresentar diferentes valores para a saturao. Antes de uma compactao, por exemplo, o solo revolvido, tendo muito ar ocupando vazios. Depois de compactado, o volume de gua pouco se altera, ao contrrio do volume ocupado pelo ar, que diminui drasticamente.

  • 30

    n 1 slidos

    gua

    8) Peso Especfico Saturado O peso especfico aparente de um solo j foi descrito como =Pt/Vt, que podemos rescrever:

    = Pt/Vt = (Ps+Pa)/(Vs+Va) = Ps(1+h)/Vs(1+) = g(1+h)/(1+) / (1+h) = g / (1+e) = s

    Como g = . a e h. = S.,

    = a(+S.)/(1+ )

    Quando o solo est seco, Sr=0, e a formula se torna: s = a. / (1+ ) (seco)

    Um solo saturado quando todos os vazios esto preenchidos por gua, sendo obtido o valor mximo de . Para Sr = 100 %,

    sat = a(+)/(1+ )

    O peso especfico de um solo saturado tambm pode ser obtido pelas relaes sat = s+n.a

    sat = a [ n+((1-n) ] 9) Peso Especfico Submerso

    Quando um solo est imerso em um lquido (gua), suas partculas slidas sofrem a ao do empuxo. O valor do empuxo obtido multiplicando o volume das partculas pelo peso especfico do liquido que as submerge. No caso da gua, sub = (1-n) a (1-n) a

    sub = (-1)(1-n) a sub = sat - a

    Um bom exemplo para tornar clara a diferena entre solo saturado e submerso mostrado no livro

    Mecnica dos Solos e suas aplicaes, de Homero Pinto Caputo: Imagine um reservatrio (por exemplo, uma barragem de terra) cheio, com o nvel dgua marcado

    por Na:

    Quando o reservatrio esvaziado rapidamente, os vazios continuam preenchidos por gua, mas o

    empuxo (E) deixa de existir. Na segunda situao, o solo continua saturado, sem estar submerso (o peso especfico de uma partcula s pode ser considerado submerso se o nvel do lenol fretico tiver cota superior dela).

    Observe que neste caso ocorre a situao mais desfavorvel para a estabilidade da barragem de terra, uma vez que sobre cada camada inferior a outras, e sobre o terreno, atua o peso mximo. Neste momento a probabilidade de desabamento do talude de montante a maior possvel.

    Fazendo analogias, imagine causas provveis para avalanches e desabamento de encostas.

    P P

    E Reservatrio cheio

    Reservatrio esvaziado rapidamente

    solo submerso solo saturado

    sub sat

    Na

  • 31

    PRINCIPAIS RELAES BSICAS (resumo)

    NDICES FSICOS RELAES PARA CLCULO

    Teor de umidade h ou h%

    0 < h% < 500% (solos comuns)

    h% = 100.Pa / Ps Pt = Ps + Pa

    ndice de vazios

    0 < < 20 (solos comuns)

    = Vv / Vs = (g / s) 1

    = n / (1 - n) Vv = V a + Var

    Vv = Vt - Vs

    Porosidade n 0 < n < 100% n = 100 Vv / Vt

    n =100 / (1 + ) n =100.(1 - s / g)

    Grau de saturao S 0 < S < 100% S = 100 Va / Vv S = h /

    Grau de aerao A 0 < A < 100% A = 100% S

    Massa especfica (ou nat)

    1

  • 32

    A determinao dos principais ndices fsicos pode ser feita a partir de apenas dois ensaios:

    Depois de executar esses dois ensaios, experimente utilizar a planilha de clculo ndices Fsicos para conferir todos os ndices fsicos calculados a partir de Pt, Vt, Ps e .

    Outras propriedades dos solos so provenientes de sua textura, estrutura, forma dos gros e sua

    composio qumica. Sero descritas e estudadas em momento mais conveniente. Comentaremos agora, superficialmente, outras propriedades ndices mais importantes.

    a) A TEXTURA de um solo trata dos tamanhos das partculas e das propores em que tais tamanhos ocorrem no solo. (Nas palavras de Costa Nunes, textura ou composio granulomtrica a distribuio da freqncia das massas dos gros de um solo em funo dos dimetros dos mesmos.). Representa-se a composio granulomtrica por meio de curvas. avaliada no Ensaio de Granulometria, a partir de amostras, e fundamental na execuo das classificaes geotcnicas. b) O estado natural de solos no coesivos (areias e pedregulhos) tem a COMPACIDADE como caracterstica mais notvel. Apenas para este tipo de solos h objetivo em descrev-los como estando mais compactos (mais densos, com menor ndice de vazios) ou mais fofos (maior ndice de vazios). Por ser uma caracterstica determinada apenas dos granulares, no considerada como ndice fsico. Tanto o ndice de vazios como o peso especfico aparente seco de um solo granular pode ser usado para definir seu Grau de Compacidade (GC).

    GC = ( mx nat) / ( mx - mn) ou

    GC = s max (s nat- smn) / s nat (s max- smin) Cada um dos parmetros acima, usados para calcular o grau de compacidade, obtido em ensaios executados com cada solo granular em estudo. A determinao do ndice de vazios mximo feita em ensaio descrito na norma MB-3324, e a do ndice de vazios mnimo na MB-3388 (ABNT). No tem sentido

    S

    Ensaio para a determinao do peso especfico das partculas slidas

    Ensaio para a determinao do peso especfico

    aparente

    g

    Pt Vt Ps

    h

    Pa

    s

    a

    n

    sat

    sub

    A

  • 33

    a comparao por exemplo entre areias diferentes, com granulometria ou gros com formato (e aspereza) diversos. Uma areia considerada (segundo Terzaghi).

    Fofa (solta) GC0,7

    c) Os solos coesivos so aqueles que contm uma frao significativa de argila, capaz de lhes conferir comportamento coesivo. Nos solos coesivos, o que mais determina o comportamento do solo a sua CONSISTNCIA. A rigidez de um solo argiloso inversamente proporcional ao seu teor de umidade. Se o teor de umidade de um torro de argila aumenta, este fica mais mole (menos consistente). Quando diminui, a argila torna-se mais rgida.

    Conforme seu teor de umidade, um solo coesivo pode apresentar caractersticas de um dentre quatro estados: lquido (caracterizado grosso modo pela possibilidade de fluir), plstico (pela possibilidade de ser moldado), semi-slido ou slido (nestes estados a tentativa de moldagem fragmenta a amostra, mas no estado slido o volume de uma amostra no se altera quando o teor de umidade varia). Os teores de umidade que definem fronteiras entre esses estados so chamados limite de liquidez (LL), limite de plasticidade (LP) e limite de contrao (LC), cada um determinado por um ensaio especfico. Uma vez identificados os limites de consistncia, o ndice de plasticidade IP = LL-LP permite a classificao do solo (Jenkins) em:

    Fracamente plstico 1< IP < 7 Medianamente plstico 7 < IP < 15 Altamente plstico IP > 15

    Um solo coesivo que tenha em certo momento o teor de umidade h ter seu NDICE DE CONSISTNCIA (IC) definido por:

    IC = (LL h) / IP

    O ndice de consistncia IC permite a classificao dos solos coesivos em Muito mole IC < 0 Mole 0 < IC < 0,5 Mdio 0,5 < IC < 0,75 Rijo 0,75 < IC < 1 Duro IC > 1

    A consistncia pode ser avaliada pelo ensaio de compresso simples, em que um corpo de prova cilndrico comprimido at se romper. A resistncia compresso (Rs) definida pela razo entre a carga (kgf) que o rompe e a rea da seo reta do cilindro (cm2). Neste ltimo caso, a consistncia do solo pode ser classificada como:

    Mole Rs < 0,5 kgf / cm2

    Mdia 0,5 < Rs < 1,5 Rija 1,5 < Rs < 4 Dura Rs > 4

    A consistncia tambm pode ser definida pela resistncia a penetrao de um cone padronizado (medida pela presso necessria para que o cone penetre por exemplo, 1 cm em uma amostra).

    Os ensaios mencionados sero estudados em momento oportuno.

    Exerccios sobre ndices Fsicos de um solo 1) De uma quantidade Pt = 22,00 kg e volume respectivo Vt = 12,2 l, extrai-se uma pequena amostra,

    para a qual se determina: peso mido = 70 g, peso seco = 58 g e peso especfico das partculas s = 2,67 g/ cm3. Pede-se calcular: teor de umidade (h), peso da parte slida (Ps), peso da gua (Pa),

  • 34

    volume da parte slida (Vs), volume de vazios (Vv), ndice de vazios (e), porosidade (n), grau de saturao (S), grau de aerao (A), peso especfico aparente (), o teor de umidade considerando o solo saturado e o peso especfico saturado (sat).

    2) Trace a curva da funo = f (n), onde o ndice de vazios, e n a porosidade. 3) O peso especfico de um solo 1,75 g/cm3 e seu teor de umidade 6%. Calcule a quantidade de gua a

    adicionar, por m3 de solo, para que o teor de umidade passe a 13%. Considere constante o ndice de vazios.

    4) Uma amostra de 200 g de solo tem teor de umidade 32,5 %. Calcule a quantidade de gua a adicionar

    para que o teor de umidade se torne 41 % . 5) O peso especfico de uma argila 1,7 g/cm3, seu teor de umidade 34 % e a densidade das partculas

    2,65. Qual o ndice de vazios do material? 6) O peso especfico de um solo 1,6 g/cm3, seu teor de umidade 33% e a densidade das partculas 2,65.

    Calcule: a)ndice de vazios e, b)porosidade n, c)grau de saturao S. d) Que quantidade de gua deve-se acrescentar, por m3 de solo, para satur-lo?

    7) Uma amostra de areia no estado natural pesa 875 g e seu volume 512 cm3. Tem peso seco 803 g e

    densidade relativa dos gros 2,66. Determine ndice de vazios, porosidade, teor de umidade e grau de saturao.

    8) O peso especfico dos slidos de uma areia 2,650 g/cm3 e seu ndice de vazios 0,57. Calcule os pesos

    especficos: da areia seca; da areia quando estiver saturada; da areia quando se encontrar submersa.

    9) Uma argila saturada tem peso especfico saturado sat = 1,84 g/cm3 e umidade h = 39,3 % .Calcule a densidade das partculas e o ndice de vazios.

    10) O peso especfico de um solo 1,6 g/cm3, o peso especfico das partculas 2,6 g/cm3 e o teor de

    umidade 12 %. Calcule: a) peso especfico do solo seco; b) porosidade; c) ndice de vazios; d) grau de saturao; e) grau de aerao.

    11) So conhecidos, para um solo:

    = 1,8 g/cm3 h = 12 % g = 2,7 g/cm3 Calcule: s, S, A, e n.

    12) Um cm3 de solo mido pesa 1,8 g. Seu peso seco 1,5 g. O peso especfico das partculas slidas 2,72 g. Calcule o teor de umidade e o ndice de vazios. 13) De uma amostra indeformada de solo so obtidos os seguintes dados:

    Volume total 1.150 cm3; peso total mido 2,6 kg; peso seco 2,4 kg; = 2,73. Pede-se o grau de saturao.

    12) De um solo saturado so conhecidos sat = 1,85 g/cm3 e h = 38,7 %. Calcule o peso especfico das partculas.

    13) Uma amostra de solo pesa 2,75 kg e tem volume 1,5 dm3. A densidade das partculas 2,7. Os pesos de

    uma pequena amostra, antes e depois de seca em estufa, so respectivamente 5 g e 4,35 g. Calcule:umidade, ndice de vazios, porosidade, grau de saturao e grau de aerao.

    14) Dados: Pt = 1010 g, Vt = 558 cm3, g = 2,68 g/cm3, e Ps = 918g, Calcule: , h, S, A, e n.

    15) A porosidade de uma areia 34%. Densidade das partculas, 2,7. Calcule seu peso especfico quando estiver seca, saturada e submersa.

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    16) A porosidade de uma areia 37% e o peso especfico dos gros 2,66 g/cm3. Determine: a) ndice de vazios; b) Peso especfico aparente seco; c) Peso especfico quando S = 30 %; d) Peso especfico saturado.

    17) Uma amostra de argila saturada tem volume 162 cm3 e pesa 290 g. Sendo = 2,790, determine o ndice de vazios, porosidade, teor de umidade e peso especfico do material (gros).

    18) Um centmetro cbico de areia seca pesa 1,8 g. Supondo = 2,65, calcule o peso especfico, supondo S = 50 % e S = 100 %.

    19) Sendo dados o peso especfico mido 1,8 g/cm3 e o teor de umidade 10%, determines e S. Considere =2,67.

    20) Um solo saturado tem teor de umidade 42% e a densidade das partculas 2,68. Calcule o ndice de vazios, a porosidade e o peso especfico do solo.

    21) Uma amostra de solo tem peso 132,2 g e volume 62,3 cm3 no estado natural. Seu peso seco 118,2 g.

    O peso especfico das partculas 2,67 g/cm3. Calcule a umidade, ndice de vazios, porosidade e grau de saturao.

    22) Conhecidos Pt = 5,1 kg, Vt = 2 605 cm3, h = 13,6 % e g = 2,65 g/cm3, determine s, S e . 23) Dados: Peso total de uma amostra de solo = 72,49 g; peso aps secagem em estufa = 61,28 g; peso da

    cpsula = 32,54 g; densidade das partculas = 2,69. Pede-se: teor de umidade, porosidade, ndice de vazios, peso especfico aparente (com h = 0 e na umidade original) e peso especfico do solo submerso.

    24) Dados: A = 51,7 %, h = 12,4 % e = 2,7, calcule n. 25) Uma amostra de areia seca enche um cilindro. Determine o ndice de vazios do solo em funo do

    volume do cilindro V, da densidade dos gros , do peso especfico da gua a e do peso Ps da areia contida no cilindro.

    Resposta:: = [( V a ) / Ps ] - 1

    26) De um corte so removidos 180 000 m3 de solo, com ndice de vazios 1,22. Quantos m3 de aterro com ndice de vazios 0,76 podero ser construdos?

    27) Para a construo de uma pequena barragem de terra ser necessrio fazer um aterro de 300000 m3

    com ndice de vazios 0,8. Existem trs jazidas disponveis. O ndice de vazios do solo em cada uma delas, bem como a estimativa de custo do movimento de terra at o local da barragem, so indicados no quadro abaixo. Que jazida produzir maior lucro ao empreiteiro?

    Jazida ndice de vazios Custo do movimento de

    terra R$ / m3

    A 0,9 10,20 B 2,0 9,00 C 1,6 9,40

    28) Como voc determinaria a densidade aparente de um pedregulho que tenha maior dimenso em torno

    de duas polegadas? Detalhe diferenas de procedimento na determinao de seu volume, se o pedregulho: a) tiver densidade maior que a da gua. b) tiver densidade menor que a da gua.

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    Captulo 4 - COLETA E PREPARAO DE AMOSTRAS

    Para estudar um solo, precisamos primeiro definir o objetivo do estudo. O solo pode ser usado como material de construo, onde importante o conhecimento das suas

    propriedades - que podero ou no ser aproveitadas integralmente ou modificadas. Esse conhecimento pode at conduzir deciso de no utiliza-lo. Quando em um determinado terreno vai ser construda uma obra de engenharia, o tipo de obra e sua interao com o solo definem quais os estudos a serem feitos. Conforme a obra de engenharia que ser executada, podem nos interessar as camadas mais profundas e/ou mais prximas da superfcie. Estruturas naturais como taludes de corte ou encostas naturais facilitam o estudo do comportamento do solo sob condies diversas, como variaes das condies de umidade, intemperismo, etc.

    A topografia da regio, a vegetao e o aspecto superficial nos do algumas indicaes sobre as camadas (horizontes) mais superficiais, mas isto insuficiente para a tomada de decises.

    Do estudo da explorao do subsolo, principalmente no que se refere s camadas profundas, faz parte coletar amostras, operao comum tanto prospeco superficial quanto profunda. Essas amostras tm que ser REPRESENTATIVAS do solo, e a deciso sobre seu tamanho, nmero de amostras, locais de onde so retiradas, responsabilidade do Engenheiro. Uma amostragem mal executada leva fatalmente resultados tendenciosos, e a quantidade e qualidade dos ensaios de laboratrio no podem corrigir seus resultados pobres.

    A coleta de amostras feita durante a prospeco, durante o projeto e durante a execuo de obras (controle). Pode ser superficial ou profunda.

    De um modo geral, podemos classificar as amostras em dois tipos: amostras deformadas e amostras

    indeformadas. AMOSTRAS DEFORMADAS Conservam todos os constituintes minerais do solo, inclusive, se possvel, sua umidade natural, mas no conservam sua estrutura original que alterada pelo processo de extrao. Em uma amostragem superficial as coletas so feitas com auxlio de trados, ps, escavadeiras manuais, talhadeiras e martelos e as amostras so transportadas para o laboratrio preferencialmente em recipientes que evitem perda significativa de umidade. Na amostragem profunda, necessrio equipamento especial, sendo a perfurao rotativa ou por percusso (ou a escavao de poos ou trincheiras). Para fins de engenharia, pouco interessa a camada superficial, (horizonte A) da qual participam componentes orgnicos e elementos transportados. Geralmente esta retirada por terraplanagem para a execuo de uma obra, e por isso antes de ser colhida uma amostra, a superfcie do solo normalmente raspada. Mas o horizonte A no deve ser desprezado, pois a base de sustentao da vida no planeta. Suas caractersticas podem fornecer importantes indicaes sobre o subsolo. Esse horizonte estudado na Pedologia. AMOSTRAS INDEFORMADAS:

    Diferem das amostras deformadas por manterem sua estrutura original, embora percam as tenses a

    que estavam submetidas em seu local de origem. So colhidas tanto em sondagens superficiais quanto profundas.

    Sua coleta feita pela cravao (e posterior retirada) de um cilindro metlico no solo, ou pela escultura de uma forma prismtica (como o cubo), executada no local de amostragem.

    Cuidados especiais com seu acondicionamento para transporte at o laboratrio onde sero analisadas so tomados para evitar perda de umidade e deformao (incluindo ruptura) da amostra. Esses detalhes incluem o uso de sacos plsticos, banho de parafina, forma de recipientes para transporte, material de acondicionamento, etc.

    Veja mais em peso especfico aparente.