Material de apoio. Granulometria do Solo. Granulometria do Solo

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1 Universidade Paulista Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Professora Moema Castro, MSc. Material de apoio 2 PINTO, C. de S. CursoBásicodeMecânicados Solos, Editora Oficina de Textos, São Paulo, COMPLEMENTOS DE MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES NATUREZA DOS SOLOS GRANULOMERIA MASSAD, F. Mecânica dos Solos Experimental, Editora Oficina de Textos, AULA 02 Goiânia, 2016/2. Primeira característica que diferencia o solo. Não é fácil identificar pelo simples manuseio. Recebe Denominações específicas para faixas de tamanhos de grãos. 3 Conceito: 4 A granulometria do solo representa uma de suas características mais estáveis, sendo determinada por meio de análise granulométrica. A granulometria do solo vem a ser a distribuição de suas partículas constituintes, de natureza inorgânica ou mineral, em classes de tamanho. As classes de tamanho das partículas inorgânicas são também chamadas de frações granulométricas.

2 5 6 Fração fina do solo Fração Granulométrica: Fração grossa do solo Argila: Uma fração granulométrica representa uma classe de tamanho de partícula, que é definida por um limite superior e um limite inferior de acordo com a escala adotada. Areia: inferior a 0,005mm (normalmente abaixo de 0,002mm) de 0,05mm a 4,8mm Pedregulho: de 4,8mm a 7,6mm Silte: de 0,005mm a 0,05mm As partículas de uma mesma classe ou fração podem variar quanto à forma, estrutura e composição granulométrica, podendo ser cristalinas ou amorfas. Pedregulho > Areia > Silte > Argila Constituição Mineralógica 7 8 Quartzo Feldspatos Limites das frações de solo pelo tamanho dos grãos: Fração Limites definidos pela ABNT Matacão De 25 cm a 1 m Pedra De 7,6 cm a 25 cm Pedregulho De 4,8 mm a 7,6 cm Areia grossa De 2 mm a 4,8 mm Areia média De 0,42 mm a 2 mm Areia fina De 0,05 mm a 0,42 mm Silte De 0,005 mm a 0,05 mm Argila Inferior a 0,005 mm Resistente à desagregação Forma grãos de silte e areia Composição química simples SiO2 Partículas equidimensionais Cubos e esferas Baixa atividade superficial Mais atacado pela natureza Dão origem ao argilominerais Apresentam um estrutura complexa Comportamento bem distintos Exemplo: caulinita firmemente empacotadas, com ligações de hidrogênio que impedem sua separação e a introdução de moléculas de água entre elas. ilita - devido a presença de íons de potássio, não absorve água entre as camadas (comportamento intermediário). esmectita superfície específica (1.000m²/g) e substituições isomórficas de um átomo de Al3+ por um de Si4+ ou Mg++ (carga negativa) que são neutralizados por cátions livres no solo (Ca++ ou Na+) cujas forças não impede a entrada de água entre as camadas.

3 Sistema Solo-Água Sistema Solo Água Solos saturados; Origem da água no solos (ciclo hidrológico); Formas de ocorrência da água nos solos; Água higroscópica É fixada na superfície dos colóides, por absorção; Água capilar 9 É sujeita a fenômenos de capilaridade no solo e desloca-se nos espaços intersticiais; Água gravitacional Não é retida no solo, deslocando-se apenas nos macroporos, por ação da gravidade; Água de constituição Integrante da estrutura química da fração sólida do solo. Sistema Solo-Água 10 No sistema solo-água atuam tanto forças gravitacionais, decorrentes do peso das partículas, como forças de natureza superficial, de atração e repulsão entre as partículas de solo, a água e os íons presentes. A interação físico-química entre as moléculas de água, as partículas de solo e os íons presentes, dão origem à formação da chamada camada dupla. Da combinação das forças de atração e de repulsão entre as partículas resulta a estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo e às forças entre elas. Lambe (1953) identificou dois tipos básicos de estrutura: Estrutura Floculada: Os contatos se fazem entre faces e arestas, ainda que através da água adsorvida. Estrutura Dispersa: Quando as partículas se posicionam paralelamente, face a face. Sistema Solo-Água 11 Exemplo de estruturas de solos sedimentares: (a) floculada em água salgada, (b) floculada em água não salgada, (c) dispersa. Solos não saturados; Sistema Solo-Água-Ar Formas de ocorrência do ar nos solos: Bolhas oclusas Canalículos intercomunicados Formação de meniscos nos contatos ar-água Tensão de sucção; Fenômeno da capilaridade. 12

4 13 Seqüência de procedimentos de ensaios normatizados que visam determinar a distribuição granulométrica dos solos. Curva granulométrica (sedimentação e peneiramento) 14 Ensaios (NBR 7181/84) Peneiramento se aplica a solos granulares, pois a malha mais fina exequível de fabricação é a da peneira 200. Sedimentação solo com predominância de finos Lei de Stokes (1850) ENSAIO DE PENEIRAMENTO Série padrão de peneiras. 15 Peneira n Abertura(mm) Peneira n Abertura(mm) 4 4, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,075 LEI DE STOKES (1850) 16 Determina a velocidade limite de esferas em queda livre num fluido viscoso. Ao colocar-se uma certa quantidade de solo (uns 60g) em suspensão em água (cerca de um litro), as partículas cairão com velocidades proporcionais ao quadrado de seus diâmetros.

5 LEI DE STOKES (1850) 17 LEI DE STOKES (1850) Expressão: 18 = 2 18 Donde: υ é a velocidade limite γ s peso específico do material γ w peso específico do fluido µ viscosidade do fluido D diâmetro da esfera LEI DE STOKES 19 Exemplo01: para grãos esféricos de solos (γ s = 27,0 kn/m³) com diâmetro de 0,074mm (peneira n.200) sedimentando em água na temperatura de 20ºC, tem-se: = µ = 0, dina s/cm² = 1, kpa s γ w = 9,982 kn/m³ 27 9,98 181, , =0,50/ Isto é, grãos de solos com diâmetros equivalentes aos da aberturas das malhas da peneira nº.200 caem com velocidade de 0,50 cm/s em água na temperatura de 20ºC. LEI DE STOKES 20 Para Taylor (1948), para materiais com densidades próximas às dos solos a lei de Stokes é aplicável desde que o diâmetro das esferas esteja na faixa de 0,2 mm à 0,2 µm; Limite superior: Evitar turbulência provocada pela queda de grandes esferas; Limite inferior: Evitar um fenômeno chamado movimento Browniano. Abaixo de0,2µm as forças de superfície da partícula passam a interagir com as forças de volume, gravitacionais, resultando no movimento aleatório destas no fluído, em conseqüência da colisão destas partículas suspensas com átomos e moléculas presentes na solução.