aula 3_4 - Índices físicos_jg

Índices Físico

Geote

cnia

I

Prof.: João Guilherme Rassi Almeida

Disciplina: Geotecnia 1

Pontifícia Universidade Católica de Goiás

O ESTADO DO SOLOSÍndices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de três fases:• Partículas sólidas;• Água;• Ar

Comportamento do solo – F(quantidade relativa de cada fase)

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O ESTADO DO SOLOS

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TEOR DE UMIDADE (w): • dependem do tipo de solo;• dado em %;• variam de 10 a 40%*

* Solos orgânicos (w > 150%)

100P

Pw

s

w

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ÍNDICE DE VAZIOS (e): • adimensional;• varia de 0,5 a 1,5;• argila orgânica (e > 3);• não é obtido, mas sim calculado;• não pode ser zero.

POROSIDADE (n):• relação entre volume de vazios e volume total• unidade em (%);• varia de 30 a 70%;• não pode ser 0 nem maior que 100%.

s

v

V

Ve

100V

Vn v

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GRAU DE SATURAÇÃO (S ou Sr): • unidade em (%);• varia de 0 a 100%.

PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS OU SÓLIDOS (γS):• unidade em (kN/m³);• varia de 24 a 30 kN/m³;• determinado em Laboratório

PESO ESPECÍFICO DA ÁGUA (γw):• unidade em (kN/m³);• função da temperatura;• valor adotado de 10 kN/m³.

100V

VS

v

w

s

ss V

P

w

ww V

P

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I

PESO ESPECÍFICO NATURAL (γn):• unidade em (kN/m³);• varia de 17 a 21 kN/m³;• exceção argilas moles com 14 kN/m³;• obtido em Laboratório (volume conhecido ou balança

hidrostática)

PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (γd):• unidade em (kN/m³);• varia de 13 a 19 kN/m³;• exceção argilas moles com 4 kN/m³.

PESO ESPECÍFICO SATURADO (γsat):• unidade em (kN/m³);• da ordem de 20 kN/m³.

V

Pn

V

Psd

V

Psatsat

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PESO ESPECÍFICO SUBMERSO (γsub):• unidade em (kN/m³);• cálculos de tensões efetivas;• da ordem de 10 kN/m³.

RELAÇÃO ENTRE OS ÍNDICESApenas três dos índices apresentados são obtidos diretamente em laboratório: w, γs e γn .Os demais são calculados por correlações (equações).

wnatsub

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I • Vs = 1

• Vv = e

• Vw = S.e

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RELAÇÕES DIRETAS:

EQUAÇÕES DEDUZIDAS:

e

en

1

e

ws

1

1e

sd

1

e

e wssat

1

wn

d

1

1d

se

w

s

e

wS

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VALORES TÍPICOS

*Loess = solto, fofo / formados em ambientes desérticos e glaciais / pouco intemperizados quimicamente / Ocorrência: China, Alemanha, EUA*Till glacial = material depositado por geleiras e contendo partículas de todos os tamanhos

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TODAS EQUAÇÕES PODEM SER ESCRITAS EM TERMOS DE MASSA ESPECÍFICA (ρ)

w

s

w

ss ouG

e

G

oue

wsd

sd

1

1

e

wG

oue

w

ws

s

1

1

1

1

e

Gw

oue

e

wssat

wssat

1

)1(

1

Densidade relativa:

Adimensional

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Exercício 1: O peso específico natural de um solo é 16,5 kN/m3. Sabendo que w = 15% e Gs = 2,7, determine:

a) Peso específico seco

b) Porosidade

c) Grau de saturação

e

en

1

e

ws

1

1

es

d

1

e

e wssat

1

wn

d

1

1d

se

w

s

e

wS

wnatsub

w

s

w

ss ouG

ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE

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O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu índice de vazios.• para se saber o estado é necessário comparar o e com relação ao emax e emin .

• emax é obtido colocando-se cuidadosamente o material em um frasco, com uma queda controlada. Determina-se o peso específico e calcula-se o emax

• emin é obtido vibrando-se a areia dentro de um molde.

Os índices de vazios máximos e mínimos dependem das características das areias.

Descrição da areia emin emax

Areia uniforme de grãos angulares 0,70 1,10

Areia bem graduada de grãos angulares 0,45 0,75

Areia uniforme de grãos arredondados 0,45 0,75

Areia bem graduada de grãos arredondados

0,35 0,65


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Estando as duas areias com e = 0,65. Qual areia é mais compacta?

nnn

nnnCRouDr

1

1

minmax

maxmin

minmax

max

ee

eeCRouD nat

r

COMPACIDADE RELATIVA

- Maior o CR; mais compacta é a areia


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I

Quanto maior o CR, mais compacta é a areia.

CLASSIFICAÇÃO CR

Areia fofa abaixo de 0,33

Areia de compacidade média entre 0,33 e 0,66

Areia compacta acima de 0,66

Areia compacta: maior resistência;

deformabilidade


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Exercício 2:

No campo obteve-se que um solo arenoso foi compactado numa massa específica úmida de 1.720 g/cm3 e num teor de umidade de 9,0%. Em laboratório, determinou-se que Gs = 2,66, emax = 0,82 e emin = 0,42. Pede-se para determinar sua compacidade relativa quando compactado.

e

ws

1

1

e

en

1w

s

e

wS

e

e wssat

1

1d

se

wnatsub

es

d

1

w

nd

1

w

s

w

ss ouG

minmax

max

ee

eeCR nat

ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA

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Característica relacionada a firmeza, aderência e resistência.A resistência das argilas é expressa por meio do ensaio de compressão simples, devido a isso tem-se:

CONSISTÊNCIA RESISTÊNCIA, EM kPa

Muito mole <25

Mole 25 a 50

Média 50 a 100

Rija 100 a 200

Muito rija 200 a 400

Dura >400

Arranjo entre os grãos; Índice de vazios.

Manuseio: Areia se desfaz ≠ Argila possui consistência


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SENSITIVIDADE DA ARGILA

adoamo

oindeformad

R

RS

lg

Resistencia da argila natural (Ri) > Resistência de argila amolgada (Ra)e_i = e_A

Resistência medida pelo ensaio de compressão simples

- Solos Sedimentares (arranjo estrutural das partículas)- Solo Residual (características da rocha mãe; ou sais

depositados entre as partículas, causando efeito cimentante em solos lateríticos)

- CP Amolgado = CP moldado (rompe-se a estrutura do solo e molda-o)- Maior a sensitividade; menor resistência amolgada


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SENSITIVIDADE DA ARGILA

SENSITIVIDADE CLASSIFICAÇÃO

1 Insensitiva

1 a 2 Baixa sensitividade

2 a 4 Média sensitividade

4 a 8 Sensitiva

>8 Ultra-sensitiva (quick clay)

Indica que se argila vier a sofrer uma ruptura, sua resistência após esta ocorrência é bem menor.

Baixada Santista → Suporta um aterro natural de 1,5m → Após a ruptura (amolgada), não suporta mais do que 0,5m de altura.


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I

Índice de consistênciaEstado em f(e) → f (w)

Da mesma forma que o e, por si só das areias não diz nada, o teor de umidade, por si só, não indica o estado das argilas.(Limites de consistência)

wp

wp

wL

wL

w

w

Indica a posição relativa da umidade aos limites de mudança de estado.

pL

L

ww

wwIC

Argila B

Argila A

Comportamento Semelhante:Argila A (wL = 80) Argila B (wL = 50)


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Índice de consistência

CONSISTÊNCIA ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA

Mole < 0,5

Média 0,5 a 0,75

Rija 0,75 a 1,0

Dura > 1,0

Exercício 3: Com os dados de uma argila apresentados a seguir, determine seu índice de consistência e sua sensitividade:◦wnatural = 50%;

◦wL = 60%;

◦wP = 35%;

◦Rnatural = 82 kPa;

◦Ramolgado = 28 kPa. pL

L

ww

wwIC

adoamo

oindeformad

R

RS

lg

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO

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I

Para projetos de engenharia, deve ser feito um reconhecimento dos solos:

Identificação; Avaliação do estado; Amostragem (ensaios de lab.)

SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO (NBR-6484)A sondagem consiste em dois tipo de operação: PERFURAÇÃO E AMOSTRAGEM.

PERFURAÇÃO ACIMA DO NÍVEL D’ÁGUA- Furos com trado (10cm de diâmetro);- Esforço da penetração dá ideia da consistência ou compacidade do solo;- Utiliza-se tubo de revestimento para amostragem.


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I

DETERMINAÇÃO DO NÍVEL D’ÁGUA

- Surgimento de água no interior da perfuração- Registra-se a cota do N.A

- Ocorre elevação do N.A. → água sob pressão → nova cota

- Diferença de cota = pressão de água (ocorre geralmente em areias recobertas por argila, ou camadas de argila)

- Pressões influenciam na estabilidade de escavações- Nivel de água varia durante o ano


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I

PERFURAÇÃO ABAIXO DO N.A: Atingido o N.A a perfuração pode continuar com a

técnica de circulação de água (percussão e lavagem); Uma bomba d’água injeta água na extremidade do

tubo, através de uma haste; A água sai sobre pressão; Metro em metro ou com alteração do solo, recolhe-se

amostra para identificação Perf. Lavagem + rápida que por trado (acima alteraria

as condições de umidade)


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I

AMOSTRAGEM

Na sondagem com amostrador padrão, utiliza-se um tubo com 50,8 mm de diâmetro externo e 34,9 mm de diâmetro interno, com extremidade cortante biselada.


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AMOSTRAGEM

- Coleta de amostra de metro em metro.- Exame tátil-visual


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AMOSTRAGEM

- Martelo = 65kg;- 75 cm de queda livre;- alteamento manual ou mecânico;- penetração de 45cm.


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I

RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard Penetration Test) – NBR 6484/97

Resitência do solo à penetração do amostrador Nº golpes cravar cada trecho de 15 cm do amostrador; Primeiros 15cm desprezado Resistência à penetração Nº de golpes para cravar

30cm; Resistência a penetração = N SPT (relação direta com o

estado do solo) Solo Frágil (1 golpe penetra > 45 cm) Ex.: 1 golpe /

58cm


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I


A cravação é interrompida antes dos 45cm quando:

em qualquer dos 3 segmentos de 15cm, o n° de golpes ultrapassar 30;

um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda cravação (impenetrável ao SPT);

não se observar cravação durante 5 golpes consecutivos.


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I


Critérios de parada:

quando, em 3m sucessivos, se obtiver 30 golpes para penetração dos 15 cm iniciais;

quando, em 4m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 30cm iniciais;

quando, em 5m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos 45cm.


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RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard Penetration Test)

Resistência à penetração (NSPT)

Compacidade da areia

0 a 4 Muito fofa

5 a 8 Fofa

9 a 18Compacidade

média

18 a 40 Compacta

Acima de 40 Muito compacta

Resistência à penetração

(NSPT)

Consistência da argila

< 2 Muito mole

3 a 5 Mole

6 a 10 Consistência média

11 a 19 Rija

>19 Dura


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I

SPT – NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS FUROS – NBR 8036/86

2 (duas) para área da projeção em planta do edifício até 200m²

3 (três) para área de projeção entre 200m² e 400m²


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I

Número de Sondagens (NBR 8036/83)

NBR 8036/83 – Programação de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos para Fundações de Edifícios.

Área da Projeção do Edifício em Planta

Número de Sondagens

Até 1200m² 1 para cada 200m²De 1200 a 2400m²

1 para cada 400m² que excederem 1200m²

Acima de 2400m² Plano particular da obra


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I

SPT – NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS FUROS - NBR 8036/86

PROFUNDIDADE DOS FUROS: deve considerar a profundidade provável das fundações e do bulbo de tensões gerados pela fundação prevista e as condições geológicas locais. VANTAGENS DO SPT:

- Custo relativamente baixo;- Facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso;- Permite obter perfil estatigráfico do local e coleta amostras;- Fornece o índice de resistência a penetração;- Possibilita determinar o NSPT


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I

Perfil de Sondagem


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I

Perfil de Sondagem


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I

Normas Referentes:

NBR 9603/1986 – Sondagem a trado

NBR 6484/2001 - Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio

NBR 8036/1983 - Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios

OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO

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I -

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CPT (Cone Penetration Test);Ensaio Pressiométrico (PMT); Sondagem rotativa (rocha);Dilatômetro de Marchetti (DMT) Ensaio de palheta (Vane Test).

Determinam parâmetros mais confiáveis que o SPT, mas não permitem coleta de amostras e são onerosos.


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CPT (Cone Penetration Test)


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SONDAGEM ROTATIVA


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Dilatômetro de Marchetti (DMT)


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Ensaio de palheta (Vane Test).

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