Apostila Solos

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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA FACULDADE DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES</p> <p>Caracterizao Fsica e Classificao dos Solos</p> <p>Gil Carvalho Paulo de Almeida</p> <p>NDICE 3 6 15 20 26 36 39 40 41 42 43 44 45 49 61 64 66 69 70 72 92 96 98 105 110 111 113 114 116 121 122 125 126 128 129 132 Prlogo Captulo 1 Principais Instrumentos Captulo 2 Terminologia (introduo) Anexo Inspeo Visual Primeiro Contato Captulo 3 Propriedades ndices ndices Fsicos Captulo 4 Coleta e Preparao de Amostras Ensaios para determinao dos ndices Fsicos Captulo 5 - Teor de Umidade Processo da Estufa Processo do Banho de Areia Processo do lcool Etlico Processo do Densmetro Nuclear Processo do Speedy Captulo 6 Peso Especfico e Densidade dos Gros Captulo 7 Peso Especfico Aparente Anexo 1 Mtodo do Cilindro de Cravao Anexo 2 Mtodo do Frasco de Areia Anexo 3 Mtodo do leo Grosso Anexo 4 Mtodo do Balo de Borracha Captulo 8 Textura Granulometria Captulo 9 Estados e Limites de Consistncia Limite de Plasticidade Limite de Liquidez Limite e Grau de Contrao Captulo 10 Sistemas de Classificao dos Solos Classificao granulomtrica Sistema AASHO Sistema de classificao do TRB Sistema unificado de classificao de solos (SUCS) Classificao para solos tropicais (MCT) Classificao pela pedologia Classificao pela movimentao de sedimentos Captulo 11 - Compacidade de Solos Granulares Viso geral (simplificada) ndice de vazios mximo ndice de vazios mnimo</p> <p>2</p> <p>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.</p> <p>3</p> <p>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 4</p> <p>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.</p> <p>Repartidor de amostras (tambm conhecido como quarteador)</p> <p>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.</p> <p>5</p> <p>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.</p> <p>Para PROSPECO, os instrumentos principais so simples, fortes e de baixo custo: Trados (incluindo cabo e extenses) e escavadeiras;</p> <p>Escavadeira, p, trados, picareta.</p> <p>Tipos de trados</p> <p>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.);conjunto cilindro de cravao</p> <p>Outros ensaios de campo, como os de penetrao, provas de carga, cisalhamento com a palheta (Vane Test), empregam equipamentos especiais.</p> <p>Vane Test</p> <p>penetrmetro</p> <p>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.</p> <p>Sondagem percusso (SPT)</p> <p>6</p> <p>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.</p> <p>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;</p> <p>Estufa eltrica</p> <p>Agitador de peneiras</p> <p>Dispersor</p> <p>Peneiras para solos</p> <p>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,...</p>