UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GEOTECNIA I

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GEOTECNIA I Aula 03 Granulometria dos solos Augusto Romanini Sinop - MT 2017/1

2 Análise Granulométrica Curva Granulométrica Ensaio Granulométrico Compacidade Relativa 17/04/2017 Granulometria dos solos 2

3 Análise Granulométrica A análise granulométrica consiste na determinação das porcentagens, em peso, das diferentes frações constituintes da fase sólida do solo. A análise granulométrica dos solos é prescrita pela NBR-7181/84, realizada por peneiramento ou por uma combinação de sedimentação e peneiramento. Através dos resultados obtidos desse ensaio é possível a construção da curva de distribuição granulométrica, tão importante para a classificação dos solos, bem como a estimativa de parâmetros para filtros, bases estabilizadas, permeabilidade, capilaridade, etc. 17/04/2017 Granulometria dos solos 3

4 Análise Granulométrica A classificação das partículas segundo seus diâmetros equivalentes, de acordo com a escala granulométrica (NBR 6502, ABNT 1995) é dada por: Fração Limites (mm) Matacão Pedra-de-mão Pedregulho 60-2 Areia Grossa 2,00-0,60 Areia média 0,60-0,20 Areia fina 0,20-0,06 Silte 0,06-0,002 Argila < 0,002 17/04/2017 Granulometria dos solos 4

5 Análise Granulométrica ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas MIT- Massachusetts Institute of Technology USDA - Department ofagriculture AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials USCS - Unified Soil Classification System (USACE - U.S. Army Corps of Engineers, U.S. Bureau of Reclamation e ASTM - American Society for Testing and Materials) Fonte: Das, /04/2017 Granulometria dos solos 5

6 Curva Granulométrica A curva granulométrica indica a porcentagem, em peso, do solo para cada diâmetro do grão. A curva de distribuição granulométrica é representada por um gráfico semi-log, onde a abscissa representa o log do diâmetro da partícula e a ordenada a porcentagem de material com diâmetro menor que o considerado. A porcentagem do material é calculada pela relação entre a massa seca das partículas com diâmetro menor que o considerado e a massa seca total do solo, Porcentagem que passa. 17/04/2017 Granulometria dos solos 6

7 Curva Granulométrica 100 Porcentagem que Passa (%) Classificação: ABNT Argila 7 % Silte 43 % Areia 47 % Pedregulho 4 % ,0001 0,0010 0,0100 0,1000 Areia 1, , ,0000 ABNT - NBR 6502 (1995) Argila Silte fina média grossa Pedregulho Diâmetro da Partícula (mm) 17/04/2017 Granulometria dos solos 7

8 % que passa Curva Granulométrica Segundo a forma da curva, podemos distinguir os seguintes tipos de granulometria: Uniforme (curva A) 100 Bem graduada (curva B) Mal graduada (curva C) C B A 0 Dimensão das partículas 17/04/2017 Granulometria dos solos 8

9 Curva Granulométrica Alguns parâmetros podem ser definidos a partir da curva granulométrica: Diâmetro efetivo - D 10 diâmetro tal que o peso correspondente a partículas menores que este é 10% do peso total da amostra seca Coeficiente de uniformidade C u = D 60 / D 10 D 60 é definido como o diâmetro tal que o 60% do peso seco do solo tenha partículas com diâmetro menores ou igual a ele D 10 é definido como o diâmetro tal que o 10% do peso seco do solo tenha partículas com diâmetro menores ou igual a ele C u dá uma ideia da inclinação da curva. Quanto maior o coeficiente de uniformidade, maior é a presença de partículas de variados diâmetros. 17/04/2017 Granulometria dos solos 9

10 % que passa Curva Granulométrica Os solos se classificam segundo a curva granulométrica como se segue: C u < 5 - solo uniforme 5 < C u < 15 - solo medianamente uniforme 100 C u > 15 - solo não-uniforme Cu>15 5<Cu<15 Cu<5 0 Dimensão das partículas 17/04/2017 Granulometria dos solos 10

11 Curva Granulométrica Coeficiente de curvatura - C c O coeficiente de curvatura da curva granulométrica e permite identificar eventuais descontinuidades ou concentração muito elevada de grãos mais grossos no conjunto C c D D.D 10 D 30 é definido como o diâmetro tal que o 30% do peso seco do solo partículas com diâmetro menores ou igual a ele tenha 17/04/2017 Granulometria dos solos 11

12 Porcentagem que Passa (%) Curva Granulométrica Exemplo numérico I Coeficiente de curvatura - C c D 60 = D 30 = D 10 = ,0001 0,0010 0,0100 0,1000 Areia 1, , ,0000 ABNT - NBR 6502 (1995) Argila Silte Pedregulho fina média grossa Diâmetro da Partícula (mm) Areia média 17/04/2017 Granulometria dos solos 12

13 Curva Granulométrica Exemplo numérico I Coeficiente de curvatura - C c Considera-se que um material é bem graduado quando 1 C c 3 (curva suave) Porcentagem que Passa (%) ,0001 0,0010 0,0100 0,1000 Areia 1, , ,0000 ABNT - NBR 6502 (1995) Argila Silte Pedregulho fina média grossa C c C u D 60 = 0,1995 D 30 = 0,1081 D 10 = 0,0272 D D D30 D.D ,1995 0,0272 7,3 0,1081 0,1995 * 0, ,2 Diâmetro da Partícula (mm) Cc 2,2 Cu 7,3 17/04/2017 Granulometria dos solos 13

14 Porcentagem que Passa (%) Curva Granulométrica Exemplo numérico II Coeficiente de curvatura - C c D 60 = D 30 = D 10 = ,0001 0,0010 0,0100 0,1000 Areia 1, , ,0000 ABNT - NBR 6502 (1995) Argila Silte Pedregulho fina média grossa Diâmetro da Partícula (mm) Areia média 17/04/2017 Granulometria dos solos 14

15 Curva Granulométrica Exemplo numérico II Coeficiente de curvatura - C c Quando o C c é menor que 1, a curva tende a ser descontínua (há falta de grãos de determinado diâmetro) Porcentagem que Passa (%) ,0001 0,0010 0,0100 0,1000 Areia 1, , ,0000 ABNT - NBR 6502 (1995) Argila Silte Pedregulho fina média grossa C c C u D 60 = 0,1977 D 30 = 0,0521 D 10 = 0,0281 D D D30 D.D ,1977 0,0281 7,0 0,0521 0,5 0,1977 * 0, Diâmetro da Partícula (mm) Cc 0,5 Cu 7,0 17/04/2017 Granulometria dos solos 15

16 Curva Granulométrica Exemplo numérico III Coeficiente de curvatura - C c Porcentagem que Passa (%) D 60 = D 30 = D 10 = ,0001 0,0010 0,0100 0,1000 Areia 1, , ,0000 ABNT - NBR 6502 (1995) Argila Silte Pedregulho fina média grossa Diâmetro da Partícula (mm) 17/04/2017 Granulometria dos solos 16

17 Curva Granulométrica Exemplo numérico III Coeficiente de curvatura - C c Quando o C c é maior que 3, a curva tende a ser muito uniforme na sua parte central. Porcentagem que Passa (%) C c C u D 60 = 0,2382 D 30 = 0,2004 D 10 = 0,0339 D D D30 D.D ,2382 0,0339 7,0 0,2004 0,2382 * 0, ,0 0 0,0001 0,0010 0,0100 0,1000 Areia 1, , ,0000 ABNT - NBR 6502 (1995) Argila Silte fina média grossa Pedregulho Diâmetro da Partícula (mm) Cc 5,0 Cu 7,0 17/04/2017 Granulometria dos solos 17

18 Ensaio Granulométrico Ensaio de granulometria conjunta (NBR 7181/84 Peneiramento Para as partículas de solo maiores que 0,075 mm (peneira #200), o ensaio é feito passando uma amostra do solo por uma série de peneiras de malhas quadradas e de dimensões padronizadas Peneiramento Sedimentação Pesam-se as quantidades retiradas em cada peneira e calculam-se as porcentagens retidas e/ou passantes 17/04/2017 Granulometria dos solos 18

19 Ensaio Granulométrico Ensaio de granulometria conjunta (NBR 7181/84 Peneiramento Procedimento: Seleciona-se uma quantidade representativa P1 de material seco ao ar ou úmido e determina-se sua umidade. Esta quantidade deve ser em torno de: 10,0 kg para material com pedregulho grosso 2,0 kg para material com pedregulho fino 1,0 kg para material arenoso 0,5 kg para material siltoso/argiloso Passa-se a massa P1 na peneira #10 (2,0mm) Do material que passar, separam-se 03 quantidades: P2 = 200g para a determinação do peso específico dos sólidos ( s ) P3 = 50 a 100g para a sedimentação P4 = 200 a 600g para o peneiramento fino 17/04/2017 Granulometria dos solos 19

20 Ensaio Granulométrico Ensaio de granulometria conjunta (NBR 7181/84 Peneiramento Procedimento: Com o material retido na peneira #10 (2,0mm) Lava-se o material na peneira #10 (2,0mm), em seguida coloca-o na estufa Peneira-se o material seco, mecânica ou manualmente, até a peneira #200 (0,074mm) Pesa-se a fração retida em cada peneira 17/04/2017 Granulometria dos solos 20

21 Ensaio Granulométrico Ensaio de granulometria conjunta (NBR 7181/84 Peneiramento 17/04/2017 Granulometria dos solos 21

22 Ensaio Granulométrico Ensaio de granulometria conjunta (NBR 7181/84 Peneiramento 17/04/2017 Granulometria dos solos 22

23 Ensaio Granulométrico Ensaio de granulometria conjunta (NBR 7181/84 Sedimentação Para partículas de solo menores que 0,075 mm utilizase o método de sedimentação contínua em meio líquido. Este método é baseado na lei de Stokes, que estabelece uma relação entre o diâmetro das partículas (D) e a sua velocidade de sedimentação (v) em um meio líquido de viscosidade (h) e peso específico () conhecidos. v D² z t z t D² Lei de Stokes γs γ w.d² η z z 0,990 1,000 1,010 1,020 1,030 1,040 1,050 L L Densímetro 17/04/2017 Granulometria dos solos 23

24 Ensaio Granulométrico Ensaio de granulometria conjunta (NBR 7181/84 Sedimentação Lei de Stokes: Supondo uma esfera caindo através de uma massa líquida de extensão infinita, após os primeiros instantes da queda,a esfera atinge uma velocidade constante, que é função do quadrado do diâmetro da esfera. v z t s w h D 2 D h s w z. t D - diâmetro equivalente da partícula, isto é, o diâmetro de uma esfera de mesmo peso específico e que sedimenta com a mesma velocidade (cm). h - coeficiente de viscosidade do meio dispersor (g s/cm 2 ) z - altura de queda das partículas, correspondente à leitura do densímetro (cm) t - tempo de sedimentação (s) s - massa específica das partículas do solo (g/cm 3 ) w - massa específica do meio dispersor, no caso, a água (g/cm 3 ) As partículas finas do solo têm forma bastante diferente da esfera, por isso calcula-se seu diâmetro equivalente. 17/04/2017 Granulometria dos solos 24

25 Ensaio Granulométrico Ensaio de granulometria conjunta (NBR 7181/84 Sedimentação Do material passado na peneira de 2,0 mm tomar cerca de 120 g, no caso de solos arenosos, ou 70 g, no de solos siltosos e argilosos Transferir o solo para um béquer e adicionar o defloculante Como defloculante é usado 125 cm 3 de solução de hexametafosfato de sódio com a concentração de 45,7 g do sal por 1000 cm 3 de solução Deixar em repouso, por no mínimo, 12 horas Verter a mistura, solo mais defloculante, no copo de dispersão, e completar com água destilada e submeter à ação do aparelho dispersor durante cerca de quinze minutos Após a dispersão, transferir a mistura para uma a proveta de 1000 ml e juntar água destilada até atingir a marca correspondente a 1000 cm 3. Em seguida, tampando-lhe a boca com uma das mãos, executar, com auxílio da outra, movimentos enérgicos de rotação, durante 1 minuto, de forma que a boca da proveta passe de cima para baixo e vice-versa. 17/04/2017 Granulometria dos solos 25

26 Ensaio Granulométrico Ensaio de granulometria conjunta (NBR 7181/84 Sedimentação Após a dispersão, transferir a mistura para uma a proveta de 1000 ml e juntar água destilada até atingir a marca correspondente a 1000 cm 3. Em seguida, tampando-lhe a boca com uma das mãos, executar, com auxílio da outra, movimentos enérgicos de rotação, durante 1 minuto, de forma que a boca da proveta passe de cima para baixo e vice-versa. Imediatamente depois de terminada a agitação, colocar a proveta sobre uma mesa, anotar a hora exata do início da sedimentação e mergulhar cuidadosamente o densímetro na dispersão Efetuar as leituras do densímetro correspondentes aos tempos de sedimentação (t) de 0,5, 1 e 2 minutos Retirar lenta e cuidadosamente o densímetro da dispersão Fazer as leituras subsequentes a 4, 8, 15 e 30 minutos, 1, 2, 4, 8 e 24 horas, a contar do início da sedimentação 17/04/2017 Granulometria dos solos 26

27 Compacidade Relativa O termo compacidade relativa geralmente é utilizado para indicar o estado mais fofo ou mais compacto do solo granular in situ. D r = e máx e e máx e mín D r = Compacidade Relativa e = Índice de Vazios e máx = Índice de Vazios no estado mais fofo e min = Índice de Vazios no estado mais compacto Os valores da compacidade relativa vão de 0% até 100%. Os valores dos depósitos de solos granulares são classificados como na tabela ao lado. No Brasil utiliza-se as NBR 12004/90 e 12051/91, para índices máximos e mínimos, respectivamente. Sugestão de leitura no Professor Interativo: COMPACIDADE RELATIVA DE AREIAS: UMA PROPOSTA PRÁTICA PARA CONTROLE DE CAMPO Lira,Castro,Filho, /04/2017 Granulometria dos solos 27

28 Porcentagem que Passa (%) Ensaio Granulométrico Exemplo 01 Foi conduzido um ensaio de peneiramento. É Solicitado que seja traçada a curva de distribuição granulométrica. Os dados estão apresentados a seguir: Nº da peneira (Padrão americano) Massa de solo retida em cada peneira (g) Fundo ,0001 0,0010 0,0100 0,1000 Areia 1, , ,0000 ABNT - NBR 6502 (1995) Argila Silte Pedregulho fina média grossa Diâmetro da Partícula (mm) 17/04/2017 Granulometria dos solos 28

29 Porcentagem que Passa (%) Ensaio Granulométrico Exemplo 01 Foi conduzido um ensaio de peneiramento. É Solicitado que seja traçada a curva de distribuição granulométrica. Os dados estão apresentados a seguir: Nº da peneira (Padrão americano) Massa de solo retida em cada peneira (g) Fundo ,0001 0,0010 0,0100 0,1000 Areia 1, , ,0000 ABNT - NBR 6502 (1995) Argila Silte Pedregulho fina média grossa Diâmetro da Partícula (mm) 17/04/2017 Granulometria dos solos 29

30 Ensaio Granulométrico Exemplo 02 Para a curva obtida no exemplo anterior, é solicitado: a) Coeficiente de uniformidade, Cu b) Coeficiente de curvatura, Cc 17/04/2017 Granulometria dos solos 30

31 Ensaio Granulométrico Exemplo 03 Um solo granular, tem e máx = 0,75 e e min = 0,40. O γ s é de 26,80 kn/m³. Para a construção de um aterro, o peso especifico úmido obtido foi de γ = 17,97 kn/m 3 e o teor de umidade foi de 12%. Deseja-se saber qual é a compacidade relativa deste solo. 17/04/2017 Granulometria dos solos 31

32 Exercícios Sugeridos: Curso Básico de Mecânica dos Solos 3ed. Capitulo 1 Origem e natureza do solo Exercício: 1.15 Completo ( O exercício já esta resolvido, tente fazer sem olhar a solução) Fundamentos da Engenharia Geotécnica 6ed/7ed Capitulo 2 Origem do solo e tamanho dos grãos Exercícios : 2.1; 2.2 ; 2.3 e 2.6 (a,c e d) Capitula 3 Relações Peso e Volume 3.20,3.21 e /04/2017 Granulometria dos solos 32

33 REFERÊNCIAS CAPUTO, H.P. Mecânica dos solos e suas aplicações - Volumes I, II, III. DAS, B.M. Fundamentos de engenharia geotécnica. 7ª ed. Cengage Learning, 632 p., PINTO, C.S. Curso básico de mecânica dos solos. 3ª Ed. Oficina de Textos, 356 p., /04/2017 Granulometria dos solos 33

34 Obrigado pela atenção. Perguntas? 17/04/2017 Granulometria dos solos 34