Parte 1: Conceitos Básicos GEOTÉCNICA. Granulometria

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1 Parte 1: Conceitos Básicos GEOTÉCNICA Granulometria

2 Conceitos Geotécnicos Básicos Grãos individuais Tamanho, forma, rugosidade, mineralogia, superfície específica Relações entre fases Porosidade, índice de vazios, grau de saturação, teor de umidade, massas específicas total e seca, densidade relativa dos grãos, compacidade relativa Solo como um todo Distribuição granulométrica, limites de consistência, atividade coloidal

3 FORMA DAS PARTÍCULAS 1 Volumosa : associadas a intemperismo físico de rochas e minerais 2 Laminar : têm esfericidade muito pequena, predominantemente argilominerais; 3 - Fibrilar : raros, exemplo: depósito de corais e argila de atapulgita (Fabricação de Absorventes químicos em remédios e medicamentos, inseticidas e pesticidas.)

4 Propriedades Índice: Grãos Individuais Formas dos Grãos ou Partículas EQÜIDIMENSIONAL (poliédrica) Forma tipicamente encontrada nas frações pedregulho, areia e silte. Pode ser encontrada, tipicamente em baixas proporções, na fração argila. Grão de quartzo aumentado 200 vezes

5 Propriedades Índice: Grãos Individuais Formas dos Grãos ou Partículas LAMELAR OU PLACA (uma dimensão predomina sobre as outras duas) Tipicamente encontrada na fração argila. Pode ocorrer nas frações silte (argilominerais, mica) e areia (mica). Mica na fração fina: aumento de vezes

6 Propriedades Índice: Grãos Individuais T.M.P. de Campos (2011) Fotomicrografia Eletrônica Fotomicrografia Eletrônica Formas dos Grãos ou Partículas TUBULAR E CILÍNDRICA (duas dimensões predominam sobre a terceira) Encontrada na fração argila (argilominerais) Haloisita Atapulgita Largura da foto: 2mm Largura da foto: 4,7mm

7 Formas dos Grãos ou Partículas ANGULOSIDADE- descreve a angulosidade de solos grossos (areias e pedregulhos). Descrição angular sub-angular sub-arredondada arredondada Critério partículas têm pontas agudas e faces relativamente planas com superfícies rugosas partículas têm pontas arredondadas e faces relativamente planas com superfícies rugosas partículas têm faces quase planas mas têm pontas arredondadas partículas não apresentam pontas Araruna (2006) Geotecnia na Arquitetura 7

8 Propriedades Índice: Grãos Individuais Forma de partículas Volumosas: Rugosidade dos Grãos (fração grossa Muller, 1967) Angular Sub-angular Sub-redonda Redonda Bem-redonda

9 Formas dos Grãos ou Partículas FORMA - descreve a forma dos solos grossos em plana, alongada, e plana e alongada. Descrição Critério plana partículas com largura/espessura 3 alongada partículas com comprimento/largura 3 plana e alongada partículas com largura/espessura > 3 partículas com comprimento/espessura > 3 Araruna (2006) 9

10 Propriedades Índice: Grãos Individuais Superfície Específica (S s ) Definições: A s / V ou A s / M A s = área da superfície da partícula V = volume da partícula M = massa da partícula Forças de superfície / Força gravitacional Forças de superfície: forças eletrostáticas, forças eletro magnéticas, hidratação de íons Quanto maior S s maior a influência relativa de forças de origem elétrica

11 Superfície Específica (S s ) Exercício: Calcular a superfície específica de de argila um metro cúbico de terra com densidade (Da) igual a 1,4 g/cm 3 e com 40% de argila (que possui superfície específica igual a 100 m 2 /g). r = 1,4 g/cm 3 = kg/m 3 40% de argila = 560 kg de argila/m 3 de terra = g argila/m 3 de terra 1 g = 100 m g = X X = m 2 /m 3 ou 56 km 2 /m 3 de terra

12 Propriedades Índice: Grãos Individuais Superfície Específica (S s ) Lado de Partícula Cúbica (cm) Número de Partículas Volume Total (cm 3 ) Área de Superfície (cm 2 ) As / V (1/cm) m = mm = cm 3, r 2.65g / cm 3 S s 1cm cm 2.65g / cm m 2 / g 1 1 1mm 3, r 2.65g / cm 3 S s 2 6 1mm 3 1mm 2.65g / cm m 2 / g A superfície específica aumenta com a diminuição do tamanho das partículas

13 Propriedades Índice: Grãos Individuais Superfície Específica (S s ) Partícula Superfície Específica (m 2 /g) Areia (0,1mm) 0,03 Caulinita Ilita Montmorilonita 800 Haloisita 40 Vermiculita Clorita g de montmorilonita têm aproximadamente a mesma área de superfície de um campo oficial de futebol!

14 Propriedades Índice: Grãos Individuais Tamanho de Grãos Diâmetro dos Grãos (mm) argila silte areia pedregulho calhau matacão fina media grossa 0,002 0,05 0,4 2 4, Solos Coesivos Solos Granulares Solos de Granulação Fina Análise por Sedimentação Solos de Granulação Grossa Análise por Peneiramento Classificação ABNT

15 Propriedades Índice: Grãos Individuais Pedregulho Tamanhos relativos Areia Silte Invisíveis à olho nu Argila invisível nesta escala

16 Esfera de 8m de diâmetro Esfera de 12000Km de diâmetro 1,52x10 6 vezes partícula de argila de 0,05mm partícula de pedregulho de 76mm

17 areias na Geotecnia a areia se refere a materiais granulares com reduzida percentagem de finos que não interferem significativamente no seu comportamento 17

18 areias solos em que a fração areia é superior a 50% (classificação geotécnica) areias com teor de finos com 20%, 30% ou 40% têm o seu comportamento influenciado pela fração argila e o seu modelo de comportamento é mais semelhante ao das argilas 18

19 areias areia - teor de finos reduzido (menor que 12%), cujo comportamento é função do contato entre os grãos (mineral-mineral), geralmente quartzo, de diâmetro superior a 0,05 mm Souza Pinto (2000) 19

20 extração de areia para construção civil proximidades do Rio Guandú 20

21 extração de areia para construção civil proximidades do Rio Guandú 21

22 argila e silte a separação entre as frações argila e silte é freqüentemente tomada como 0,075mm que corresponde a peneira #200, que é a mais fina peneira usualmente empregada em Laboratórios de Geotecnia ao conjunto de silte e argila denomina-se fração de finos dos solos 22

23 argila rija boulder clay 23

24 argila lamelar 24

25 argila mole Norwegian quick clay natural amolgada Muir Wood (1990) 25

26 depósitos de argila mole Barra da Tijuca 26

27 depósitos de argila mole Barra da Tijuca e Recreio dos Bandeirantes 27

28 depósitos de argila mole Barra da Tijuca (península e arredores) 28

29 solos residuais Duque de Caxias 29

30 solos residuais talude na rodovia Washington Luís (D. de Caxias) dobra 30

31 identificação dos solos por meio de ensaios 31

32 Tamanhos de Partículas de Solos Areia Silte Argila grossa média fina grosso médio fino Comportamento controlado por forças de massa Colóide Comportamento controlado por forças elétricas Espessura da folha de caulinita Espessura da folha de ilita Esp. da folha de montmorilonita Diâmetro da molécula d água Limite do microscópio óptico Peneiramento Limite de visibilidade a olho nu Sedimentação Gama de ultramicroscopia Centrifugação Limite do microscópio eletrônico Comprimento de onda do Raio X

33 Propriedades Índice: Grãos Individuais Análise Granulométrica Peneiramento Percentual em peso do solo que passa por peneiras com aberturas préestabelecidas em Normas Técnicas Jogo de peneiras Amostra de solo Peneirador

34 Propriedades Índice: Grãos Individuais Porcentagem que passa (%) Porcentagem que passa (%) Porcentagem retida )%( /2" 1" 3" 2" 6" 12" 30" Distribuição Granulométrica 100 Peneira N o (SUCS) Sedimentação Peneiramento Porcentagem retida (%) ABNT SUCS MIT 0 0,0001 0,001 0,01 0, Diâmetro dos Grãos (mm) Argila Argila Argila Silte Silte Silte fina fina Areia média Areia Pedregulho grossa fino médio grosso Pedregulho Pedra fina média grossa Areia média grossa Pedregulho Matacão 100

35 Propriedades Índice: Grãos Individuais Análise Granulométrica Sedimentação Lei de Stokes: velocidade de queda de partículas sólidas em suspensão em uma solução água-solo é proporcional ao quadrado do diâmetro das partículas

36 Análise Granulométrica Sedimentação v s 18 w m D 2

37 Informações necessárias a classificação percentagem de pedregulho, areia e finos - requer análise granulométrica forma da curva de distribuição granulométrica (CNU e CC) CNU (coeficiente de não uniformidade) - indica quão graduada é uma curva de distribuição granulométrica. onde D 60 e D 10 são os diâmetros de partícula correspondente a 60% e 10% da percentagem que passa na curva de distribuição granulométrica. CC (coeficiente de curvatura) - indica a forma da curva de distribuição granulométrica entre D 60 e D 10. onde D 60, D 30 e D 10 são os diâmetros de partícula correspondente a 60%, 30% e 10% da percentagem que passa na curva de distribuição granulométrica. plasticidade ( L, P e IP) - limites de Atteberg. D D 60 C NU C 10 C D D 30 2 x D

38 Índices Físicos: Solo como um todo T.M.P. de Campos (2011) Porcentagem que passa (%) Propriedades das Curvas de Distribuição Granulométrica /2" 1" 3" 2" 6" 12" 30" Porcentagem retida )%( 100 Peneira N o (SUCS) Coeficiente de Não Uniformidade CNU = D 60 /D Coeficiente de Curvatura CC = D 302 /(D 60 xd 10 ) ABNT SUCS MIT 0 0,0001 0,001 0,01 0, Diâmetro dos Grãos (mm) Argila Argila Argila D 10 D 70 Areia média Pedregulho Silte fina Areia Silte Pedregulho D i = Diâmetro fina média Efetivo grossa 2 Silte Areia Pedregulho fina média grossa fino médio grosso grossa Pedra Matacão 100

39 classificação de solos grossos O Sistema Unificado considera que um pedregulho é bem graduado quando seu coeficiente de não uniformidade é superior a 4 e que uma areia é bem graduada quando o seu coeficiente de não uniformidade é superior a 6. Além disto, é necessário que o coeficiente de curvatura, esteja entre 1 e 3 39

40 D 60 e D 10 40

41 Índices Físicos: Solo como um todo T.M.P. de Campos (2011) Porcentagem que passa (%) Porcentagem retida )%( /2" 1" 3" 2" 6" 12" 30" Solos: Propriedades Índice Curvas de Distribuição Granulométrica Peneira N o (SUCS) Argila Areia Silte-areno-argiloso ABNT SUCS MIT 0 0,0001 0,001 0,01 0, Diâmetro dos Grãos (mm) Argila Argila Argila Silte Silte Silte fina fina Areia média Areia Pedregulho grossa fino médio grosso Pedregulho Pedra fina média grossa Areia média grossa Pedregulho Matacão 100

42 Índices Físicos: Solo como um todo T.M.P. de Campos (2011) Porcentagem que passa (%) Porcentagem retida )%( /2" 1" 3" 2" 6" 12" 30" Solos: Propriedades Índice Curvas de Distribuição Granulométrica 100 Peneira N o (SUCS) ABNT SUCS MIT 0 0,0001 0,001 0,01 0, Diâmetro dos Grãos (mm) Argila Argila Argila Silte Silte Silte fina fina Areia média Areia Pedregulho grossa fino médio grosso Pedregulho Pedra fina média grossa Areia média grossa Pedregulho Matacão 100