Pontifícia Universidade Católica de Goiás. Índices Físico. Disciplina: Geotecnia 1. Prof a. : Melina Freitas Rocha. Geotecnia I

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1 Pontifícia Universidade Católica de Goiás Índices Físico Disciplina: Geotecnia 1 Prof a. : Melina Freitas Rocha

2 O ESTADO DO SOLOS Índices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de três fases: Partículas sólidas; Água; Ar O comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma das três fases (sólidos, água e ar). 2

3 O ESTADO DO SOLOS Índices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de três fases: Partículas sólidas; Água; Ar TEOR DE UMIDADE (w): dependem do tipo de solo; P dado em %; w = w variam de 10 a 40% Ps com exceções de solos muito secos e úmidos

4 ÍNDICES FÍSICOS 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. e = V V v s POROSIDADE (n): unidade em (%); varia de 30 a 70%; não pode ser 0 nem maior que 100%. V n = v 100 V 4

5 ÍNDICES FÍSICOS GRAU DE SATURAÇÃO (S ou S r ): unidade em (%); varia de 0 a 100%. S = V V w v 100 PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS OU SÓLIDOS (γ S ): unidade em (kn/m³); varia de 24 a 30 kn/m³. P γ = s s Vs PESO ESPECÍFICO DA ÁGUA (γ w ): unidade em (kn/m³); função da temperatura; valor adotado de 10 kn/m³. γ w = P V w w 5

6 ÍNDICES FÍSICOS PESO ESPECÍFICO NATURAL (γ n ): unidade em (kn/m³); varia de 17 a 21 kn/m³; exceção argilas moles com 14 kn/m³. γ n = P V PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (γ d ): unidade em (kn/m³); varia de 13 a 19 kn/m³; exceção argilas moles com 4 kn/m³. γ d = PESO ESPECÍFICO SATURADO (γ sat ): unidade em (kn/m³); da ordem de 20 kn/m³. γ sat = P s V P sat V 6

7 ÍNDICES FÍSICOS PESO ESPECÍFICO NATURAL (γ sub ): unidade em (kn/m³); cálculos de tensões efetivas; da ordem de 10 kn/m³. γ sub = γ nat γ w RELAÇÃO ENTRE OS ÍNDICES Apenas três dos índices apresentados são obtidos diretamente em laboratório: w,γ s eγ n. Os demais são calculados por correlações (equações). 7

8 ÍNDICES FÍSICOS V s = 1 V v = e V w = S.e 8

9 ÍNDICES FÍSICOS RELAÇÕES DIRETAS: n γ s ( w) = 1 e + e 1+ γ = 1 + e γ d γ s = 1 + e γ sat γ s + γ = 1 + e e w EQUAÇÕES DEDUZIDAS: = 1 γ n s γ e = 1 d + w γ d γ S γ s w = e γ w 9

10 VALORES TÍPICOS ÍNDICES FÍSICOS 10

11 ÍNDICES FÍSICOS TODAS EQUAÇÕES PODEM SER ESCRITAS EM TERMOS DE MASSA ESPECÍFICA (ρ) ρ = ou ρ = ( 1+ w) ρs 1+ e G ρ w 1 s + ( 1 + w ) e ρ ou ρ sat sat = = ρ d ou ρ d ρs + eρ w 1+ e ρs = 1+ e G s ρ = w 1 + e (1 + w) Gsρw 1+ e Densidade relativa: γ s G s = ou γ w ρs ρ w 11

12 ÍNDICES FÍSICOS Exercício 1: O peso específico natural de um solo é 16,5 kn/m 3. Sabendo que w = 15% e Gs = 2,7, determine: a) Peso específico seco b) Porosidade c) Grau de saturação 12

13 ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE 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 e max e e min. e max é obtido colocando-se cuidadosamente o material, com uma queda controlada. Determina-se o peso específico e calcula-se o e max e min 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 e min e max 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 13

14 ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE Estando as duas areias com e = 0,65. Qual areia é mais compacta? D r ou CR = e e COMPACIDADE RELATIVA max max e e nat min D r ou CR = ( 1 nmin ) ( nmax n) ( n n ) ( 1 n) max min 14

15 ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE 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 15

16 ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE Exercício 2: No campo obteve-se que um solo arenoso foi compactado numa massa específica úmida de g/cm 3 e num teor de umidade de 9,0%. Em laboratório, determinou-se que Gs = 2,66, e max = 0,82 e e min = 0,42. Pede-se para determinar sua compacidade relativa quando compactado. 16

17 ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA 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. 17

18 ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA SENSITIVIDADE DA ARGILA Quando se manuseia as argilas, a resistência diminui, consistência (amolgada), com índice de vazios constante, essa argila pode ter menor resist. que no estado natural (indeformado). Esse fenômeno é conhecido como sensitividade da argila. S = R R indeformado amo lg ado Resistência medida pelo ensaio de compressão simples. 18

19 ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA 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. Região dos mangues natural aterro de 1,5m amolgada 0,5m 19

20 ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA Índice de consistência Como a maioria das argilas encontra-se saturada, o seu estado costuma ser expresso pelo teor de umidade. 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) Argila B Argila A w p w p w w L w w L Indica a posição relativa da umidade aos limites de mudança de estado. IC = w w L L w w p 20

21 ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA 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: w natural = 50%; w L = 60%; w P = 35%; R natural = 82 kpa; R amolgado = 28 kpa. 21

22 PROSPECÇÃO DO SUBSOLO 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. 22

23 PROSPECÇÃO DO SUBSOLO 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; Quando ocorre alteração do solo, recolhe-se amostra para um identificação prévia. 23

24 AMOSTRAGEM PROSPECÇÃO DO SUBSOLO 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. 24

25 AMOSTRAGEM PROSPECÇÃO DO SUBSOLO - Coleta de amostra de metro em metro. - Exame tátil-visual 25

26 AMOSTRAGEM PROSPECÇÃO DO SUBSOLO - 65kg; - 75 cm de queda livre; - alteamento manual; - penetração de 45cm. -Escavação do 1 metro (trado); - Cravação (1,00-1,45m): - Contagem de golpes para 15cm. - Fase de avanço (1,45-2,00m): 26

27 PROSPECÇÃO DO SUBSOLO RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO SPT (Standard Penetration Test) NBR 6484/97 Durante a cravação são anotados os golpes para cravar cada trecho de 15 cm do amostrador; O primeiro 15cm é desprezado e define-se resistência à penetração como sendo o número de golpes necessários para cravar 30cm do amostrador; Resistência a penetração = N SPT (relação direta com o estado do solo) A cravação é interrompida antes dos 45cm quando: - em qualquer dos 3 segmentos de 15cm, o n de golpes ultrapassar 30; 27

28 PROSPECÇÃO DO SUBSOLO RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO SPT (Standard Penetration Test) NBR 6484/97 - um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda cravação (impenetrável ao SPT); - não se observar cravação durante 5 golpes consecutivos. 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. 28

29 PROSPECÇÃO DO SUBSOLO 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 18 Compacidade 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 29

30 PROSPECÇÃO DO SUBSOLO SPT (Standard Penetration Test) C:\Users\MELINA\Desktop\Projetos\Sond \SPT01.xls C:\Users\MELINA\Desktop\Projetos\Sond \SPT02.xls 30

31 PROSPECÇÃO DO SUBSOLO SPT NÚMERO, FUROS LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS NBR 8036/83 Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios - NÚMERO DE FUROS: f (área projetada da construção) 31

32 PROSPECÇÃO DO SUBSOLO SPT NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS FUROS NBR 8036/86 - LOCAÇÃO DOS FUROS: devem cobrir toda a área carregada. A distância entre furos não deve ser superior a 30 m. 32

33 PROSPECÇÃO DO SUBSOLO 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 o perfil estatigráfico do local e coletar amostras; - Fornece o índice de resistência a penetração; - Possibilita determinar o NSPT 33

34 OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Determinam parâmetros mais confiáveis que o SPT, mas não permitem coleta de amostras e são onerosos CPT (Cone Penetration Test); Sondagem rotativa (rocha); Ensaio Pressiométrico (PMT); Dilatômetro de Marchetti (DMT); Ensaio de palheta (Vane Test). 34