CCE0255 MdeSolos U-3

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CCE0255 
MECÂNICA DOS SOLOS
Unidade 3 - Características Gerais
Prof. Dr. Guillermo Ruperto Martín Cortés
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Unidade 3 - Propriedades e índices dos solos
3.1. Índices físicos
3.2. Granulometria
3.3. Estados de consistência
3.4. Ensaios de laboratório
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Unidade 3 - Propriedades e índices dos solos. Introdução.
Objetivos do estudo dos solos:
– conhecer a totalidade de suas propriedades físicas e químicas, por ser nos solos, com os solos e sobre os solos que são efetuadas as construções
– como o conhecimento dessa totalidade de propriedades é caro e demorado,
procuram-se inferir tais propriedades a partir de outras mais simples, mais gerais e mais facilmente determináveis, denominadas propriedades índices.
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3.1. Índices físicos
Na mecânica dos solos, adotam-se como propriedades índices:
– as propriedades físicas dos solos mais imediatas, tais como: granulometria, plasticidade, atividade da fração fina 
– as propriedades relacionadas à compacidade, à consistência e à estrutura dos solos
Através dos resultados obtidos com o uso dos conhecimentos provenientes da mecânica dos solos, pode-se:
– inferir propriedades mais particulares dos solos
– classificar os solos em grupos, com o objetivo de inferir seu
comportamento.
Índices Físicos: São relações entre as diversas fases do solo (sólida, líquida e gasosa) em termos de massa e volume; procuram caracterizar as condições físicas em que um solo se encontra.
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3.1. Índices físicos
Relações entre volumes mais utilizadas:
porosidade (n): Definida pela relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume total da amostra (V)
					n = Vv / V
índice de vazios (e): Definido pela relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume de sólidos (Vs)
					e = Vv / Vs
grau de saturação (Sr): Representa a relação entre o volume de água (Vw) e o volume de vazios (Vv), para um mesmo volume de solo
					Sr = Vw / Vv
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3.1. Índices físicos
Relação entre massas mais utilizada:
 teor de umidade (w): Relação entre a massa da água (Mw) e a massa de sólidos (Ms) presentes na amostra
				w = Mw / Ms
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3.1. Índices físicos
Relações entre massas e volumes mais utilizadas:
massa específica natural ou massa específica do solo (γ): relação entre a massa do elemento (M) e o volume deste elemento (V)
					γ = M / V
massa específica dos sólidos (γs): relação entre a massa dos sólidos (Ms) e o volume ocupado por esses sólidos (Vs)
					γs = Ms / Vs
massa específica da água (γw)
					γw = Mw / Vw
(A massa específica da água é função da temperatura)
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3.1. Índices físicos
Descrição das grandezas básicas descritivas do estado dos solos
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Na prática se determinam experimentalmente: teor de umidade, peso volumétrico e o peso volumétrico das partículas.
3.2 Granulometria
– um solo pode ser considerado como um conjunto formado por partículas de diversos tamanhos
– a medida do tamanho das partículas constituintes de um solo é feita por meio da granulometria e para representação dessa medida costuma-se utilizar uma curva de distribuição granulométrica
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3.2 Granulometria
– de acordo com seu tamanho, as partículas de um solo podem ser classificadas como:
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FRAÇÃO
DIÂMETRO DA PARTÍCULA (Φ) (mm)
pedregulho
2,0 mm < φ < 76,0 mm
areia
0,075 mm < φ < 2,00 mm
areia grossa
0,42 mm < φ < 2,00 mm
areia fina
0,075 mm < φ < 0,42 mm
silte
0,005 mm < φ < 0,075 mm
argila
φ < 0,005 mm
3.2 Granulometria 27/02/2013
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3.2 Granulometria ( e composição)
Em geral os solos naturais estão constituídos por partículas cujos tamanhos podem variar amplamente, sendo algumas classificadas como argilas, outras a silte, etc. Por isso, as denominações dos solos podem ir de areias siltosas, siltes argilosos, argilosos arenosos e muitos mais.
O diagrama de figura a seguir pode ilustrar um procedimento para facilitar a escolha da denominação dos solos naturais após a determinação da curva granulométrica.
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3.2 Granulometria ( e composição)
3.3. Estados de consistência
Um determinado solo, dependendo do seu teor de argilas e do seu teor de umidade, pode apresentar iguais características às de um líquido ou de um sólido. 
Entre esse dois estados limites, o solo passa por um estado plástico e por um estado semi-sólido. 
São esses os denominados estados de consistência do solo.
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Estado líquido - o solo apresenta as propriedades e a aparência de uma suspensão. Não possui forma própria e não apresenta nenhuma resistência ao cisalhamento.
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3.3. Estados de consistência
Estado plástico - o solo apresenta a propriedade de plasticidade. Pode sofrer deformações rápidas, sem que ocorra variação volumétrica apreciável, ruptura ou fissuramento.
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3.3. Estados de consistência
Estado semi-sólido - o solo tem a aparência de um sólido, entretanto ainda passa por variações de volume ao ser secado (o solo ainda encontra-se saturado).
Estado sólido - o solo não sofre mais variações volumétricas por secagem.
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3.3. Estados de consistência
3.3. Estados de consistência
Limites de consistência ou limites de Atterberg
Foram definidos pelo Eng. Atterberg, em 1908, para caracterizar as mudanças entre os estados de consistência. Posteriormente Casagrande apresentou uma padronização da forma de se proceder nos ensaio para a determinação desses limites.
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3.3. Estados de consistência
Limite de Liquidez (LL) - é o teor de umidade que indica a passagem do estado plástico para o estado líquido.
– Está relacionado com a capacidade do solo em absorver água.
– É realizado no aparelho de Casagrande.
– Procedimento: a cuba do aparelho é preenchida com o solo úmido, procurando-se obter uma espessura constante de 1cm, aproximadamente. Com um cinzel é feita uma ranhura no centro. Gira-se então a manivela do aparelho, com uma rotação constante de 2 golpes por segundo, até que a ranhura se feche numa extensão de 1,0 cm; aproximadamente. Anota-se o número de golpes até esse ponto e retira-se uma amostra do local onde o solo se uniu, para determinação do teor de umidade.
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3.3. Estados de consistência
Seqüência do ensaio de limite de liquidez, realizado no aparelho de Casagrande.
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– O limite de liquidez é igual ao teor de umidade correspondente a 25 golpes.
– Para a sua determinação deve-se realizar o ensaio até que se tenha, no mínimo, 4 pontos, 2 acima e 2 abaixo de 25 golpes.
3.3. Estados de consistência
Os valores obtidos são lançados em gráfico semi-logarítmico.
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3.3. Estados de consistência
Equipamentos para determinar o Limite de liquidez (LL): 
		a) Casagrande, 			b) fall – cone test.
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3.3. Estados de consistência
Método do fall – cone test
O aparelho consiste num cone metálico com 30º de ângulo no vértice e 35 mm de comprimento ligado a uma haste metálica vertical que pode ser fixada o deixada deslizar.(Fig. slide 19).
Com o solo se faz uma pasta para preencher a taça até a borda. O cone ligado à haste é situado ao nível da amostra e deixado cair livre por 5 segundos penetrando a pasta de solo.
O ensaio é repetido por 5 vezes. Os resultados da penetração são representados na abscissa (X) em escala logarítmica em tanto que no eixo da ordenadas se coloca o valor do teor de umidade.
Considera-se LL o valor do teor de umidade onde a penetração do cone seja 20 mm.
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3.3. Estados de consistência
Limite de Plasticidade (LP) - é o teor de umidade que indica a passagem do estado semisólido para o estado plástico.
– Equipamento: placa de vidro com uma face esmerilhada e cilindro padrão com 3 mm de diâmetro.
– Ensaio: faz-se uma pasta com o solo passado na peneira 0,42 mm, com um teor de umidade inicial próximo ao limite de liquidez. Em seguida rola-se esta pasta até que duas condições sejam simultaneamente alcançadas:
o rolinho tenha um diâmetro igual ao do cilindro padrão, e
aparecimento de fissuras.
– O teor de umidade do rolinho, nesta condição, representa o limite de plasticidade do solo (LP).
– Quando não é possível se obter o LP de um solo, ele é denominado não plástico (NP)
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3.3. Estados de consistência
Seqüência do ensaio de limite de plasticidade
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Cilindro de solo moldado Retirada de amostra para determinar
umidade
3.3. Estados de consistência
Limite de Contração (LC) - é definido como a fronteira entre os estados de consistência sólido e semi-sólido. Corresponde ao teor de umidade do solo no momento em que este deixa de apresentar redução de volume, quando submetido à secagem (lenta e à sombra).
Índice de Plasticidade (IP) - É calculado pela diferença entre LL e LP 
IP = LL – LP
– Mede a plasticidade dos solos e fisicamente representa a quantidade de água necessária para que um solo passe do estado plástico ao líquido.
– Mede a tendência à expansão do solo.
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3.3. Estados de consistência
Classificação USCS (Unified Soil Classification System)
– O Sistema Unificado de Classificação de Solos surgiu como uma evolução do “Airfield Classification System” (classificação AC)
– Apresenta uma tabela de classificação onde se identificam três principais divisões de solos:
 solos de granulometria grossa
 solos de granulometria fina e
 solos altamente orgânicos
– Essas três divisões são ainda subdivididas em 15 grupos básicos
– Os parâmetros determinantes para a classificação são a granulometria e os limites de Atterberg
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3.3. Estados de consistência
– Os solos são classificados quanto ao tamanho das partículas em pedregulho, areia,
silte ou argila
 os pedregulhos e as areias subdividem-se em bem graduados, mal graduados, siltosos ou argilosos
 os siltes subdividem-se em siltes de baixa plasticidade, orgânicos de baixa plasticidade, orgânicos de alta plasticidade ou elásticos
 as argilas subdividem-se em pouco plásticas, orgânicas e de alta plasticidade.
– Processo para classificação
 inicialmente deve-se determinar se o solo é orgânico, de graduação grossa ou fina em seguida, com os dados de granulometria e com os limites de Atterberg, define-se a que grupo pertence, consultando-se a Tabela de Classificação USCS.
 para classificação da fração fina, utilizam-se os valores dos limites de Atterberg e o chamado gráfico de plasticidade.
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Tabela para classificação de Solos da USCS (ASTM, 1990)
(continuação)
Tamanho das partículas
Fração
Limites definidos pela ABNT
Matacão
De 25 cm a 1m
Pedra
De 7,6 cm a 25 cm
Pedregulho
De 0,4 mm a 7,6 cm
Areia grossa
De 2 mm a 4,8 mm
Areia media
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
Argila
Inferior a 0,005
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Alguns exemplos de solos
Matacão ou boulder.
São o primeiro produto do intemperismo e/ou da erosão (pelo desgaste de blocos arrastados por correntes fluviais ). 
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Alguns exemplos de solos
Alteração de rochas granitóides (areia Viterbo)
Região Parelheiros
32Km ao Sul de SP 
Desmonte hidráulico
Produção de areia bloco de granito e paralelepípedos 
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Mina Viterbo. Parelheiros
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Desmonte de areia e matacões
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Blocos de granito e área recuperada
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PRODUÇÃO DE PARELEPIPEDOS
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SISTEMA SOLO-ÁGUA-AR
Os solos são compostos por partículas sólidas, e espaços vazios, as partículas são referidas no esqueleto mineral e pelos espaços vazios. 
Os espaços vazios são usualmente preenchidos por ar e/ou água. 
O solo cujos espaços vazios são totalmente preenchidos com água é chamado de solo saturado.
 Se algum gás estiver presente nos espaços porosos o solo é chamado como solo não saturado. 
O termo parcialmente saturado é usado em algumas ocasiões, e quando é empregado em substituição de um ou outro termo, não é um termo satisfatório.
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3.4. Ensaios de Laboratório
Para identificar os solos os principais ensaios de laboratório, são:
 Granulometria: 
 Peneiramento > 0,075 mm e Sedimentação
 Índices de consistência. Limites de Atterberg.
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3.4. Ensaios de Laboratório
Em todo solo, geralmente convivem partículas de tamanhos diversos. 
Para o reconhecimento do tamanho dos grãos de um solo, realiza-se a análise granulométrica, que consiste de duas fases: peneiramento e sedimentação. 
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3.4. Ensaios de Laboratório
O peso do material que passa em cada peneira, referido ao peso seco da amostra, é considerado como a “porcentagem que passa”, representado graficamente em função da abertura nominal da peneira em escala logarítmica. 
A abertura nominal da peneira é considerada como o “diâmetro” das partículas. 
Trata-se de um diâmetro equivalente, pois as partículas do solo não são esféricas.
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3.4. Ensaios de Laboratório
Quando há interesse no conhecimento da distribuição granulométrica da porção mais fina dos solos, emprega-se a técnica da sedimentação. 
Ou seja, o ensaio e feito por via a úmido com ajuda da água em peneiras de malha muito mais fina que 0,075 mm (#200). Exemplo pode ser consultado no gráfico do próximo slide.
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3.4. Ensaios de Laboratório
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3.4 Ensaios de Laboratório
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Aparelho de Casagrande para determinar o LL
3.4 Ensaios de Laboratório
1: O Limite de Liquidez é definido como o teor de umidade do solo com o qual uma ranhura nele feita requer 25 golpes para se fechar numa concha.
2: Diversas tentativas são realizadas com o solo em diferentes umidades: anota-se o número de golpes para fechar a ranhura e obtém-se o limite pela interpolação dos resultados.
3: O Limite de Plasticidade é definido como o menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um cilindro com 3 mm de diâmetro, rolando-se o solo com a palma da mão. 
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3.4 Ensaios de Laboratório. 
Índices de Atterberg de alguns solos brasileiros.
A maior LL mais compressíveis os solos, ou seja, apresentam maior recalque para igual carga.
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SOLOS
LL %
IP %
Residuais de arenito (arenosos finos)
29-44
11-20
Residual de gnaisse
45-55
20-25
Residual de basalto
45-70
20-30
Residual de granito
45-55
14-18
Argilas orgânicas de várzeas quaternárias
70
30
Argilas orgânicas de baixadas litorâneas
120
80
Argila porosa vermelha de São Paulo
85
40
Argilas variegadas de São Paulo
80
45
Areias argilosas variegadas de São Paulo
40
15
Argilas duras, cinzas, de São Paulo
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3.4 Ensaios de Laboratório
Determinação da Atividade das argilas
A argila presente num solo é considerada normal quando seu índice de atividade situa-se entre 0,75 e 1,25. Quando o índice é menor que 0,75, considera-se a argila como inativa e, quando o índice é maior de 1,25, ela é considerada ativa.
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3.4 Ensaios de Laboratório
Emprego dos índices de consistência
Uma primeira correlação foi apresentada por Terzaghi, resultante da observação de que os solos são tanto mais compressíveis (sujeitos a recalques) quanto maior for o seu LL. Com a compressibilidade expressa pelo índice de compressão (Cc), estabeleceu-se a seguinte correlação.
Cc = 0,009. (LL-10)
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