caracterização geotécnica dos solos

8/19/2019 Caracterização Geotécnica dos Solos

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Prática de Fundações e Geotecnia em Empreendimentos Imobiliários

CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA

DOS SOLOS


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solo = sólidos + vazios = sólidos + água + ar

ÍNDICES FÍSICOS


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Índices físicos: relações entre pesos, entre volumes e entre pesos e volumes das 3 fases. Servem para identificar o estado emque o solo se encontra.


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-grau de saturação, Sr , %0≤ Sr ≤ 100%

s

w

P

Pw =

t

v

V

V n =

eV

V

v

s

=

v

wr V

VS =

Relação entre pesos:

- teor de umidade, w, %

-porosidade, n, %

0≤ n ≤ 100%

Relações entrevolumes:

- índice de vazios, e


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- peso específico aparente saturado, γsat, kN/m3

s

ss

V

P=γ

w

ww

V

P=γ

t

wVSsat VVP γ+=γ

t

tn V

P=γ

t

sd

V

P=γ

Relações entre pesos e volumes

- peso específico natural, γn, kN/m3

- peso específico aparente seco, γd, kN/m3

- peso específico dos grãos, γs, kN/m3

- peso específico da água, γw, kN/m3

γw= 9,8 kN/m3 ≅ 10 kN/m3


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Determinação dos Índices Físicos em Laboratório

- Determina-se a massa novamente (Ps)

(%)s

st

t

w

s

w

M

M M

M

M

P

Pw

−===

a)Umidade

- Determina-se a massa de uma certa quantidade de solo em seu estado natural (Mt)

- Seca-se o solo em estufa a 105oC até constância de peso.


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Amostragem indeformada


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b) Peso específico natural

gV

M

V

P

t

t

t

t n ==γ

Molda-se um cilindro de solo de formatomais regular possível;

medindo-se as suas dimensões calcula-seo volume (Vt)

- Determina-se a massa do cilindro desolo (M

t)


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Relações entre Índices Físicos

w1n

d+γ=γ

1ed

s −γγ=

n ee

=+1

w

sr

ewS γ

γ =

e

e wssat +

+

= 1

γ γ

γ


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fibrilar - solos turfosos

Forma dos Grãos

esferoidal - pedregulhos, areias e maioria dos siltes

lamelar - argilas


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Sedimentação: utilizado em solos com partículas menores que0,075 mm. Esse processo é fundamentado na Lei de Stokes.

Ensaio de Granulometria

- peneiramento

- sedimentação

Peneiramento: aplicável para solos com diâmetros maiores do que 0,075mm


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Exemplo:Peso totalda amostraseca: 200g.


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Curva Granulométrica

Peneira(mm)

Peneira(no)

% que passa

4,8 4 100

2,0 10 92

1,2 16 60

0,6 30 10

0,42 40 0

0,30 50 0


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Sedimentação

Baseia-se na Lei de Stokes, que trata da velocidade limite de queda de partículas esféricas num fluido.

2

18 Dv

f

f s

µ

ρ ρ −=


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A partir da curva granulométrica define-se:

- diâmetro efetivo (De = D10): diâmetro tal que apenas 10% das partículasdo solo, em peso, tem diâmetros menores do que ele. Importância: as

partículas mais finas são as que têm maior efeito no comportamento dosolo.

D DDu

=60

10

Se Du = 1 (solo absolutamente uniforme) - corresponde a uma curvagranulométrica vertical; quanto maior Du, mais desuniforme ou mais bemgraduado é o solo.

- índice de desuniformidade (Du ou CNU), dado pela relação:


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LIMITES DE CONSISTÊNCIA

estado sólido estado semi-sólido estado plástico estado líquido

umidade

LC LP LL

Plasticidade: propriedade que o solo fino possui de ser submetido a grandesdeformações sem sofrer ruptura ou fissuramento, mantendo o seu volume.

Para a caracterização de um solo fino:-granulometria-propriedades de plasticidade.


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Limite de

liquidez

13mm


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40

45

50

55

60

65

70

75

80

10 50

Número de golpes (log)

LL=61

25


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Limite deplasticidade

Se ao atingir o diâmetro de 3 mm, o cilindro apresenta fissuras→LP


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Índice de Plasticidade

IP = LL - LP

Quanto maior o IP, maior é a faixa de umidades em que osolo apresenta comportamento plástico.

á G á


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Argilo-Minerais

Principais grupos de argilo-minerais: caulinita, ilita e montmorilonita.

Partículas de argila: carga elétrica negativa, o que provoca a atração de cátions (Na+,K +, Ca++) e moléculas de água.

Na+ Na+ Na+

Na+ Na+

Na+

partícula de argila

Na+ Na+

Na+ Na+

distância da partícula

água adsorvida

água livre concentração decátions na água livre

partícula

partícula

água adsorvida

água adsorvida

água livre

Maior a carga elétrica do argilo-mineral, maior a quantidade de íons atraídos pela partícula e maior a espessura da camada de água adsorvida. Tem-se

portanto uma maior capacidade de retenção de água pelo solo.

água adsorvida e água livre

P áti d F d õ G t i E di t I biliá i


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montmorilonita

caulinita

distância da partícula

concentração decátions na água livre

Carga elétrica da montmorilonita > carga elétrica da ilita > carga elétrica da caulinita



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montmorilonita com w = 600% → estado plásticocaulinita com w = 60% → estado líquido



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AC1,25 argila ativa

Atividade Coloidal

ACIP

fração ila=

% argA atividade coloidal fornece uma indicação do tipo de argilo -mineral presente no solo. Tem-se:

Caulinita pura AC ≈ 0,3ilita pura AC ≈ 0,9montmorilonita pura AC ≈ 5



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Atividade Coloidal



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CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS



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CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA

Desenvolvida por Arthur Casagrande para problemas de pavimentação de

aeroportos durante a 2a Guerra Mundial, tendo sofrido aprimoramentos aolongo dos anos.

Solos são identificados pelo conjunto de 2 letras, a primeira indicando o tipo de

solo e a segunda fornecendo informação complementar.

G:pedregulho (gravel)

S:areia (sand)C:argila (clay)M: silte (mo - pó em sueco)O: solo orgânico (organic)

W: bem graduado (well graded)P: uniforme (poorly graded)H: alta compressibilidade (high compressibility)L: baixa compressibilidade (low compressibility)



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ç p

- solos grossos (pedregulhos e areias), sendo os subgrupos definidos basicamente a partir da curva granulométrica.

- solos finos (siltes, argilas e solos orgânicos), sendo os subgruposdefinidos a partir da granulometria e da plasticidade; é necessário utilizar aCarta de Plasticidade.

-solos turfosos, que formam um grupo a parte, sem subdivisões; recebem naClassificação Unificada o símbolo Pt (peat) e são facilmente identificados

pela cor muito escura e textura fibrosa.

Três grandes grupos:



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ç p



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•Outra classificação muito utilizada: AASHTO (American Association of State

Highway and Transportation Officials), conhecida também por BPR (Bureau of Public Roads). Separa os solos em grupos de A-1 a A-8, em ordem decrescentede qualidade para estradas de rodagem.

•Tanto a Classificação Unificada quanto a da AASHTO, tiveram sua origem eminvestigações realizadas em solos transportados de clima temperado, e têm semostrado deficientes quando aplicadas a solos de clima tropical, principalmenteno caso de solos residuais.

•Uma classificação para solos tropicais, denominada MCT, para uso principalmente em estradas, foi proposta por Nogami e Villibor em 1981.

•Outra forma de classificar um solo, é utilizar as classificações regionais.



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As classificações são pouco utilizadas em obras pontuais (fundações deedifícios, escavações, barragens). Os solos disponíveis nesses casos podemser exaustivamente ensaiados de forma a se determinar com precisão as suas

propriedades de engenharia.

Em obras de grande extensão como estradas, por exemplo, as classificações são

muito úteis, pois não se pode fazer ensaios especiais sobre grande número detipos de solos diferentes.



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Classificação dos Solos da Cidade de São Paulo(informal, muito usada pelos engenheiros de fundações)

•BACIA SEDIMENTAR DE SÃO PAULO

•Areias basais

•Argilas duras cinza esverdeadas (taguá)

•Solos variegados

•Argilas vermelhas rijas

•Argilas vermelhas porosas•Argilas orgânicas



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• Solos residuais de xistos, filitos, de gnaisses e granitos.



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COMPACIDADE DAS AREIAS E CONSISTÊNCIA DAS ARGILAS



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Estado das Areias - Compacidade

índice de vazios máximo (emax) - índice de vazios correspondente ao estadomais fofo possível de uma areia.

índice de vazios mínimo (emin) - índice de vazios correspondente ao estadomais compacto possível de uma areia.

(arranjo cúbico) (arranjo tetraedral)nmax = 47,6%; emax = 0,91 nmin = 25,9%; emin = 0,35



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Ensaios para Determinação de emax e emin

Valorestípicos deemax e emin

característica 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

Compacidade Relativa

minmax

max

eeeeCR

−−=

CR compacidade

CR


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Exemplo

CR compacidadeCR


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Estado das Argilas - Consistência

Ensaio de Compressão Simples

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Deformação específica, ε (∆H/H), %

Prupt/AP

área A

H

Consistência Resistência

da Argila (kPa)

muito mole < 25

mole de 25 a 50média de 50 a 100

rija de 100 a 200

muito rija de 200 a 400

dura > 400



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Índice de Consistência

IP

w LL IC

−=

IC CONSISTÊNCIA1,0 dura

estado semi-sólido estado plástico estado líquido

umidadeLP LL

cons. de vazacons. molecons. médiacons. rijacons. duraIC=1 IC=0,75 IC=0,5 IC=0

Argila saturada



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ICA = −

=60 40

220 91,

ICB = −

=32 30

170 12,

Exemplo:Solo A: LL = 60% LP = 38% w = 40%Solo B: LL = 32% LP = 15% w = 30%Qual dos solos apresenta maior consistência (maior resistência a compressão simples)?

→ consistência rija

O solo A, embora mais úmido, é muito mais consistente do que solo B.

→consistência mole



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O índice de consistência não tem significado quando aplicado a solos nãosaturados, pois o solo pode estar com elevado índice de vazios, e portantoapresentar baixa resistência, e sua umidade ser baixa, indicando um índice deconsistência alto.

O IC, mesmo para solos saturados, pode não ser um bom índice paraavaliação da consistência, como se verá a seguir.



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Estrutura e Sensibilidade das Argilas

Estrutura: arranjo ou disposição das partículas na massa de solo.Dois tipos extremos de estruturas de argila: floculada e dispersa.Estrutura floculada: os contactos se fazem entre faces e arestasEstrutura dispersa: as partículas se posicionam paralelamente, face a face.

estrutura floculada estrutura dispersa(contacto canto - face) (contacto face - face)

A estrutura floculada de uma argila pode ser destruída, passando à estruturadispersa, se a mesma for submetida a remoldamento (amolgamento completo por amassamento, mantendo-se a umidade constante).



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A consistência de uma argila após remoldamento é em geral menor do que a queela apresenta quando em seu estado natural. A este fenômeno, resultante da

alteração na estrutura, denomina-se sensibilidade da argila.

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Deformação específica ε

Rc indef.

Rc amolg. SR indeformadaR amo adaeC

C=

( )( lg )



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A sensibilidade avalia o efeito da estrutura da argila em seu comportamento.

As argilas de São Paulo são de baixa sensibilidade, apresentando Seentre 1 e 2. As argilas marinhas de Santos são sensíveis (Se entre 4 e 8).

Na Escandinávia, são encontradas argilas com Se superior a 100.



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Avaliação da Consistência através do IC

Nos ensaios de LL e LP, a argila é totalmente amolgada pelodestorroamento, umedecimento e espatulação, ficando com estruturadispersa. Por essa razão, o IC sempre mede a consistência da argila noseu estado amolgado.

O IC é útil para a medida da consistência da argila somente se a mesmaapresentar baixa sensibilidade. Em argilas de maior sensibilidade, o IC

não se aplica.

Argilas de alta sensibilidade, com estrutura complexa, podem apresentarresistência relativamente alta mesmo em umidades acima do LL.

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