Capítulo 2. O estado do solo

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1 Capítulo 2 O estado do solo Geotecnia I SLIDES 03 Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt [email protected]

2 Introdução Solo: Sólidos Água Ar O comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma das três fases (sólidos, água e ar). A água no solo pode se apresentar sob as seguintes formas: a) Água de constituição: faz parte da molécula; b) Água adsorvida ou adesiva: é a película de água que envolve e adere fortemente a partícula sólida; c) Água higroscópica: é água que se encontra em um solo seco ao ar livre (fracamente ligada às partículas). Água que o solo possui quando em equilíbrio com a umidade atmosférica e à temperatura ambiente. 2

3 Introdução A água no solo pode se apresentar sob as seguintes formas: d) Água livre: é a água que se encontra desligada das partículas, preenchendo os vazios deixados pelos grãos (abaixo do N. A.); e) Água capilar: é aquela que em solos finos sobe pelos tubos capilares além do N. A. Quanto mais fino o solo, maior a sucção capilar. Obs.: Secar ao ar livre: retira água livre Secar em estufa: retira água livre + higroscópica 3

4 Índices Físicos P a = peso do ar (desprezível) P w = peso da água (livre + higroscópica) P s = peso dos sólidos P = peso total do solo úmido V a = volume do ar V w = volume da água V s = volume dos sólidos V = volume total do solo úmido 4

5 Índices Físicos Teor de umidade (h ou w, em %) w P P Índice de vazios (e) w s Depende do tipo de solo e situam-se, geralmente, entre 10 e 40%. e V V v s Calculado a partir de outros índices; Situa-se, geralmente, entre 0,5 e 1,5. 5

6 Índices Físicos Porosidade (n) n V V Grau de Saturação (S) v Depende do tipo de solo e situa-se, geralmente, entre 30 e 70%. S V V w v Não é determinado diretamente, mas calculado. Varia de zero (solo seco) a 100% (solo saturado). 6

7 Índices Físicos Peso específico dos sólidos (ou dos grãos) γ s Densidade real dos grãos (adimensional) δ s P V s s s w Peso da Peso do solo seco água que ocupa o mesmo volume de solo seco Método do picnômetro 7

8 Índices Físicos Peso específico da água γ w Peso específico natural γ n Peso específico aparente seco γ d Peso específico aparente saturado γ sat Peso específico submerso γ sub sub sat w w P V w w n P V d P s V sat P sat V 8

9 Índices Físicos Correlações obtidas a partir das definições anteriores: 9 w n d 1 e w s n 1 1 w e S e e S w n 1 1 d s e w s e w S n n e 1 e e n 1

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11 Exemplo 1 Dada uma quantidade de solo, P = 22kgf (220N) e um volume respectivo de 12,2 litros. Deste material, extrai-se uma amostra para a qual se determina: = 2,67, Peso úmido = 70 gf (0,7N) e Peso seco = 0,58 N. Determine: a) teor de umidade b) índice de vazios c) grau de saturação d) peso específico saturado 11

12 Exemplo 2 Em uma área de empréstimo são escavados 500 m³ de solo, o qual tem no campo um índice de vazios de 1,4. a) Qual será o volume correspondente de aterro compactado, se o índice de vazios especificado para o aterro for de 0,7. b) Sabendo-se que o teor de umidade no empréstimo é de 2%, e que o aterro depois de pronto terá uma umidade de 8%, calcule o volume d água que deverá ser adicionado ao material escavado. Considerar = 2,65 e γ w = 10 kn/m³ 12

13 Compacidade das Areias O estado das areias é expresso pelo seu índice de vazios: e nat Índice de vazios natural e min e max Índice de vazios mínimo Estado mais denso Índice de vazios máximo Estado mais fofo 13

14 Compacidade das Areias Define-se Compacidade Relativa (CR) ou Grau de Compacidade (GC), como a relação: CR e e max max e e nat min e e nat nat e e min max CR CR 1 0 Compacta Fofa CR Estado CR 0,33 Fofo 0,33 < CR 0,66 Compacidade média CR > 0,66 Compacto 14

15 Compacidade das Areias Valores típicos de e: 15

16 Consistência das Argilas A consistência é uma forma de caracterizar o estado natural das argilas A análise é feita em função do teor de umidade relativo aos Limites de Consistência Índice de Consistência (IC) solos sedimentares: IC LL w LL LP 16

17 Consistência das Argilas Consistência IC Estado Mole < 0,5 Plástico, tendendo a viscoso Média 0,5 0,75 Plástico Rija 0,75 1,0 Plástico, tendendo a semi-sólido Dura > 1,0 Semi-sólido ou sólido IC LL w LL LP 17

18 Consistência das Argilas Outra maneira é expressar o estado natural em função da resistência da argila Consistência Resistência (kpa) Muito mole < 25 Mole Média Rija Muito rija Dura >

19 Propriedades da fração argilosa dos solos A fração argilosa é constituída por: Um ou mais argilo-mineral, sílica coloidal, microcristais de quartzo, óxido de ferro, matéria orgânica, etc Tais componentes refletirão no comportamento do solo a) Natureza mineralógica Caulinitas, ilitas e montmorilonitas: plasticidade e coesão crescentes; Argilas marinhas halloysitas (silicato hidratado de alumínio) Solos lateríticos gibsitas (hidróxido de alumínio) 19

20 Propriedades da fração argilosa dos solos b) Troca Catiônica As partículas de argila possuem carga elétrica negativa quando dispersas em água. Presença de cátions adsorvidos (Na +, K +, Ca ++ ) comportamento Estes cátions podem ser trocados c) Atividade IP I A % 0, 002 mm I A 0,75 fração argilosa inativa 0,75 < I A < 1,25 fração argilosa normal I A 1,25 fração argilosa ativa 20

21 Propriedades da fração argilosa dos solos d) Coesão É a resistência que a fração argilosa confere ao solo; Capacidade de se manter coeso, em torrões ou em blocos. Resistência ao cisalhamento de um solo quando nenhuma pressão externa atua sobre ele Origem da coesão: Atração química das partículas/moléculas (coesão verdadeira) Cimentação natural, aglutinando os grãos entre si Pressão capilar e sucção (coesão aparente) 21

22 Propriedades da fração argilosa dos solos e) Grau de Sensibilidade 22

23 Propriedades da fração argilosa dos solos f) Tixotropia Ao se agitar se comporta como líquido, em repouso adquire resistência coesiva. Bentonita lama bentonítica 23

24 Exemplo 3 Depois de executado um aterro de areia para a implantação de uma fábrica, foram obtidos os seguintes dados: = 2,7, w = 9% e n = 17 kn/m³. Determinou-se, em laboratório, o índice de vazios da areia correspondente ao estado mais fofo (e max = 0,79) e o estado mais denso (e min = 0,51). O grau de compacidade (compacidade relativa) especificado para o aterro é de 0,5 (± 0,02). Verifique se o aterro está dentro do especificado. 24

25 Exemplo 4 Ensaios de caracterização de dois solos indicaram que um solo A tinha LL = 70% e IP = 30%, enquanto que um solo B tinha LL = 55% e IP = 25%. Amostras destes dois solos foram amolgadas e água foi adicionada de forma que os dois ficassem com teor de umidade de 45%. É possível provar qual dos dois solos ficará mais consistente neste teor de umidade? Classifique os solos quanto à consistência em função do IC. 25

26 Identificação tátil-visual dos solos É um processo que exige experiência individual Permite classificações preliminares Procedimentos: Tato Esfrega-se uma porção de solo na mão. As areias são ásperas, as argilas parecem com um pó quando secas e com sabão quando úmidas. Plasticidade Moldar bolinhas ou cilindros de solo úmido. As argilas são moldáveis enquanto as areias e siltes não são moldáveis. 26

27 Identificação tátil-visual dos solos Procedimentos (continuação): Dispersão em água Misturar uma porção de solo seco com água em uma proveta, agitando-a. As areias depositam-se rapidamente, enquanto que as argilas turvam a suspensão e demoram a sedimentar. Impregnação Esfregar solo úmido na palma da mão. Colocar a mão embaixo de uma torneira aberta e observar a facilidade com que a palma da mão fica limpa. Solos finos impregnam e não saem com facilidade. 27

28 Prospecção do subsolo Reconhecimento do subsolo Investigação preliminar Verificação das principais características do subsolo Investigação complementar ou de projeto Esclarecimento de feições relevantes Outros tipos de sondagens Investigação para a fase de execução Confirmar as condições de projeto em áreas críticas ou de grande variabilidade 28

29 Prospecção do subsolo Definição do programa de investigação: Planta do terreno (planialtimétrico) Dados sobre estrutura (tipo de obra) Informações geotécnicas disponíveis Normas e códigos locais Número e locação das sondagens: Tipo de estrutura Tipo de fundação Características geotécnicas

30 Prospecção do subsolo Quantidade de furos de sondagem (NBR 8036) Conforme área de projeção em planta: Área de projeção (m²) Quantidade de furos < a cada 200 m² Entre 1200 e a cada 400 m² que excederem 1200 m² > 2400 De acordo com o plano da obra Quantidade mínima: Área de projeção < 200 m²: 2 sondagens 200 m² < Área de projeção < 400 m²: 3 sondagens

31 Prospecção do subsolo Processo executivo Locação dos furos de sondagem Marcado com a cravação de um piquete de madeira Anotar coordenadas e cota (amarração com RN)

32 Prospecção do subsolo Poços Sondagens a trado Sondagens à percussão com SPT Sondagem SPT com medição do torque (SPTT) Sondagem rotativa Sondagens mistas Ensaios de cone (CPT e CPTU) Ensaio de pressiométrico (PMT) Ensaio dilatométrico (DMT) Ensaio de palheta 32

33 Prospecção do subsolo Poços (NBR 9604): Escavações manuais que avançam até que se encontre o nível d água ou até onde for estável Exame visual das paredes e fundo da escavação Permite a retirada de amostras indeformadas tipo bloco 33

34 Prospecção do subsolo Sondagem a trado (NBR 9603) Perfurações executas com trados Limitada ao nível d água Amostras deformadas 34

35 Prospecção do subsolo Sondagem a trado (NBR 9603) 35

36 Prospecção do subsolo SPT Standard Penetration Test Determinação dos tipos de solo em suas profundidades de ocorrência; Posição do nível d água; Índice de resistência à penetração N. ABNT NBR 6184 (2001): Solo Sondagens de simples reconhecimento com SPT Método de ensaio ABNT NBR 6502 (1995) e NBR (1995): Rochas e Solos ABNT NBR 7181 (1984): Análise granulométrica de solos ABNT NBR 8036 (1983): Programação de sondagens de simples reconhecimento do solo para fundações de edifícios 36

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38 Prospecção do subsolo SPT Standard Penetration Test N Índice de resistência à penetração: Número de golpes correspondente à cravação de de 30cm de amostrador padrão, após a cravação inicial de 15cm, utilizando-se corda de sisal para levantamento do martelo padronizado, que possui 65 kg e que cai em queda-livre de uma altura de 75 cm Baixo Custo Fácil Execução Pode ser realizado em locais de difícil acesso 38

39 Prospecção do subsolo Sondagens à percussão com SPT Atravessa solos relativamente compactos ou duros Não ultrapassa blocos de rocha/pedregulhos O ensaio SPT é feito a cada metro de perfuração Obtenção do Índice de resistência à penetração A amostra é deformada Sondagem SPT-T 39