Aula 4 - Amostragem e Preparação de Amostra (3)

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Mecânica dos Solos I
Amostragem e preparação de amostra
Campus Alto Paraopeba
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Introdução
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A Mecânica dos Solos busca determinar características de comportamento mecânico dos maciços terrosos por meio de ensaios em amostras representativas. A obtenção de amostras de fato representativas tem sido uma preocupação de investigadores das mais diversas partes do mundo. No final da década de 50, entre os congressos de Mecânica dos Solos de Londres (1957) e o de Paris (1961), um grupo de pesquisadores começou a atuar no sentido de dar uma nova dimensão ao problema da amostragem. Este grupo, o IGOSS - Internacional Group on Soil Sampling, surgiu do esforço de alguns pesquisadores que notaram um progresso acentuado nos métodos de cálculo e nas técnicas experimentais da Mecânica dos Solos, sem ter havido um progresso paralelo das técnicas de amostragem.
Introdução
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Conceito de amostra de solo:
 Amostra de solo é uma porção ou um pedaço pequeno de solo retirado de um maciço terroso, o qual é estudado no laboratório com o objetivo de obter as sua propriedades físicas e mecânicas. Obs:. Maciço terroso é uma camada de solo de grandes dimensões.
As amostras de solo são importantes, pois a partir delas são obtidas as propriedades físicas do solo, as quais são utilizadas para as seguintes principais finalidades: 
Realização de ensaios; e
Analise do comportamento mecânico dos maciços terrosos por meio dos seus parâmetros geotécnicos; e
Introdução
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AMOSTRAS DE SOLO 
 Para quantificar ou classificar o solo é necessário coletar amostras representativas para que seja possível desenvolver os ensaios laboratoriais específicos;
 Genericamente podemos classificar as amostras em dois grupos:
• Amostras indeformadas - mantém-se a estrutura e o teor de umidade naturais (Blocos / Testemunhas);
• Amostras deformadas - não se mantém a estrutura nem o teor de umidade naturais (Solo destorroado).
Amostragem
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A nova tendência da Mecânica dos Solos, a partir do trabalho do IGOSS, é classificar as amostras em cinco categorias, distintas:
 CLASSE 1: Amostras que não passaram por distorção nem alteração de volume e que, portanto, apresentam compressibilidade e características de cisalhamento inalteradas. 
 CLASSE 2: Amostras em que o teor de umidade e a compacidade não experimentaram alterações, porém foram distorcidas e, portanto, as características de resistência ficaram alteradas. 
 CLASSE 3: Amostras em que a composição granulométrica, e o teor de umidade não experimentaram alterações, mas a massa específica passou por alteração. 
 CLASSE 4: Amostras em que a composição granulométrica, foi respeitada, mas o teor de umidade e massa específica experimentaram alteração. 
 CLASSE 5: Amostras em que até na composição granulométrica houve alteração, por causa da perda de partículas finas ou por esmagamento das partículas maiores.
Amostragem
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As amostras classe 1 são amostras indeformadas destinadas aos seguintes ensaios: -> Ensaio de adensamento; -> Ensaio de resistência ao cisalhamento; -> Ensaios de classificação; -> Ensaio de peso específico; e -> Ensaio de teor de umidade. 
Amostras classe 2 são amostras indeformadas destinadas aos seguintes ensaios: -> Ensaios de classificação; -> Ensaio de peso específico; e -> Ensaio de teor de umidade. 
Amostras classe 3 são amostras deformadas destinadas aos seguintes ensaios: -> Ensaios de classificação; e -> Ensaio de teor de umidade. 
Amostras classe 4 são amostras deformadas destinadas, apenas, aos ensaios de classificação (táctil visual).
Amostras classe 5 são amostras deformadas destinadas, apenas, aos ensaios de identificação das camadas de solo. 
Amostragem
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Amostragem
Normas
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Amostragem
Amostras deformadas 
A coleta de amostra deformada é feita a partir da obtenção de uma porção de solo desagregado, que tem por objetivo representar o solo quanto à textura e constituição mineral. As amostras são coletadas a cada metro, possibilitando a identificação de mudanças no material identificadas de acordo com a sua identificação visual e táctil do solo. No laboratório essas amostras são preparadas e separadas para os ensaios de: i) Ensaios de Caracterização (granulometria, limites de consistência e massa específica dos sólidos); ii) Ensaio de compactação; e iii) Preparação de corpos de prova para ensaios de permeabilidade.
A amostra deverá ser colocada em saco de lona ou plástico resistente, identificada através de uma etiqueta amarrada à boca do saco e contendo informações sobre o local, número, profundidade e data da amostragem. Além dessas informações deve-se fazer uma planta do local indicando os dados necessários a recuperação do ponto amostrado. 
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Amostragem
Processos de coleta de amostra 
Amostras deformadas 
Até um metro abaixo da superfície do terreno, poderão ser obtidas através de ferramentas simples (pás, enxadas, picaretas e outras mais apropriadas a cada caso). Para profundidade maior que um metro abaixo da superfície do terreno, deve-se utilizar ferramentas especiais (trados, abrir um poço ou trincheira..)
Escavação
Escavação
Escavação
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Amostragem
Amostras deformadas 
Escavação
Armazenamento
 Coletada nos pontos de interesse;
 Coletar amostras dos diferentes tipos de solos que forem detectados no local de estudo;
 Coleta em quantidade variável em função da necessidade;
 Acondicionadas em sacos ou recipientes adequados;
 Identificação (nome da obra, local, número do “poço”, data, locação em planta, responsável e etc.
 Para amostras que devem ser mantidas a umidade natural acondiciona em recipiente plástico, vidro ou alumínio;
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A partir das amostras deformadas podem ser realizados os seguintes ensaios: a) Ensaio de adensamento (em amostra previamente compactada); b) Ensaios de resistência ao cisalhamento (em amostras previamente compactadas); c) Ensaios de resistência à compressão (em amostras previamente compactadas); d) Ensaio de permeabilidade (em amostra previamente compactada); e) Ensaios de caracterização (LL, LP, análise granulométrica, etc.); f) Ensaio de compactação; g) Ensaio CBR (California Bearing Ratio); h) Ensaio MCT (Miniatura Compactado Tropical); i) Ensaios de identificação visual e táctil; e j) Etc. 
Amostragem
Amostras deformadas 
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• Tipo bloco - Retirada a pouca profundidade, ou exige antes a escavação de um poço ou trincheira, Bloco cortado em forma retangular (ou cilíndrico) e deve ser impermeabilizado com parafina (Amostra Indeformada);
• Tipo testemunha, também para camadas mais profundas utiliza-se amostradores especiais (Amostra Indeformada especial);
Para alguns pesquisadores, a amostragem indeformada é um ideal almejado, porém jamais alcançado, pois, ainda que se consiga uma amostra que tenha todas as características da camada, pelo menos o estado de tensão da amostra retirada é sensivelmente diferente daquele que ela possuía quando pertinente ao maciço.
Amostragem
Amostras indeformadas 
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A coleta de amostras indeformadas, para serem analisadas em laboratório, será necessária quando os dados fornecidos pelos processos de investigação geológicos geotécnicos (ensaios de campo) utilizados mostrarem-se insuficientes na análise do problema em foco. 
São colhidas na forma de blocos e suas superfícies expostas são parafinadas, e transferidas com cuidado, para os laboratórios e ali armazenadas em câmara úmidas, até o instante de serem ensaiadas. 
Amostragem
Amostras indeformadas - Blocos 
Escavação
Armazenamento
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Para as amostras superficiais, pode-se utilizar de cilindros metálicos cortantes (os quais são cravados no solo), ou escavação com moldagem do bloco em formato idêntico ao dispositivos de armazenamento.
Amostragem
Amostras indeformadas - Blocos 
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Amostragem
Amostras indeformadas - Blocos 
Processos de amostragem em Bloco indeformado
Amostragem
Amostras indeformadas - Blocos 
Processos de amostragem em Bloco indeformado
Amostragem
Amostras indeformadas - Blocos 
Processos de amostragem em Bloco indeformado
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A partir das amostras indeformadas podemser realizados os seguintes ensaios: a) Ensaio de adensamento; b) Ensaios de resistência ao cisalhamento; c) Ensaios de resistência à compressão; d) Ensaio de permeabilidade; e) Ensaios de caracterização; f) Ensaio de compactação; g) Ensaios de identificação visual e táctil; e h) Etc
Em camadas subsuperficiais, situados acima do N.A., os poços e as trincheiras permitem a coleta de amostras indeformadas, em forma de blocos e anéis. As sondagens de simples reconhecimento, quando executadas com diâmetro de 4" e 6", possibilitam também a coleta de amostras indeformadas. Neste caso exige-se o uso de amostradores especiais e um processo de cravação em que o amostrador é forçado contra o terreno, num movimento contínuo e rápido com o auxílio de um dispositivo de reação acoplado ao revestimento ou com macaco hidráulico. 
Amostragem
Amostras indeformadas - Blocos 
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Amostras Indeformadas
 Pode ser retirada de um poço, trincheira ou de um talude de corte;
 Formato do bloco 0,15m de aresta, no mínimo, e 0,40m de aresta, no máximo ou em tubos amostradores;
 A partir de 0,10m da face do bloco deve-se ter o cuidado para não danificar o bloco;
 Identificar o topo;
 Depois de talhar o bloco, envolver o bloco com papel alumínio, filme plástico, tecido em algodão e em seguida parafinar todo o bloco;
 Identificação (nome da obra, local, número do “poço”, data, locação em planta, responsável e etc;
 Orientação (montante, jusante, norte, sul, etc);
 Profundidade do topo e da base do bloco; 
 Transportar para o laboratório evitando vibrações e choques ao bloco.
Amostragem
Amostras indeformadas - Blocos 
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Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
As amostras especiais são as amostras indeformadas coletadas com o uso de um dos seguintes amostradores: 
a) Amostrador Shelby; 
b) Amostrador de pistão; 
c) Amostrador sueco ou continuo; 
d) Amostrador de Deninson; 
e) Etc. 
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Em solos coesivos e de consistência de mole a média o amostrador de paredes finas, tipo Shelby, é grandemente empregado. É composto de um tubo de latão ou de aço inoxidável de espessura reduzida. Preferem-se os de latão aos de aço, por serem mais resistentes à corrosão. Quanto mais finas as paredes do amostrador, menor será o amolgamento (perturbação) da amostra, entretanto, deverá haver, em função do diâmetro, uma espessura mínima, para que o amostrador não flambe ou amasse durante a amostragem. 
Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo Shelby 
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Para que haja uma redução do atrito entre a amostra e as paredes do tubo, projetam-se os amostradores com uma folga interna de 1 %. Uma folga maior facilitaria a entrada da amostra no amostrador, mas aumentaria o risco desta cair, quando da operação de retirada da amostra do furo de sondagem. 
Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo Shelby 
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O amostrador Shelby pode coletar amostras da classe I, ou seja, pode coletar amostras destinadas aos ensaios de: 
-> Adensamento; 
-> Resistência ao cisalhamento; 
-> Ensaio de peso específico; 
-> Etc. 
O diâmetro interno do tubo do amostrador Shelby pode variar de 3,5 a 10 cm; e o comprimento do amostrador Shelby pode variar de 1 a 2 m. 
Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo Shelby 
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Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo Shelby 
Uma das formas de cravação do amostrador é a denominada cravação estáticia, conforme ilustração a seguir: 
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Uma quantificação do amolgamento poderia ser dada pela porcentagem de recuperação da amostra: “relação entre o comprimento da amostra recuperado e o comprimento cravado do amostrador”, dado em porcentagem. Quando esta relação for maior do que 100 % significam um deslocamento do solo, por causa da espessura das paredes do amostrador ou do desenvolvimento de atrito lateral interno, insuficiente para resistir à tendência de inchamento da amostra, resultado do alívio de tensões experimentadas por ela. Por outro lado, para porcentagens menores que 100 %, a causa pode ser o atrito lateral interno excessivo. Uma porcentagem ideal seria um pequeno intervalo de variação em torno de 95 a 100 %. 
Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo Shelby 
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O amostrador de pistão é um tubo de paredes finas, equipado com um pistão que corre no seu interior. A presença de pistão no amostrador favorece a amostragem, pois evita o encurtamento da amostra causado pelo atrito entre a amostra e as paredes do tubo amostrador. O uso do amostrador de pistão permite a obtenção de amostras casse 1. O amostrador de pistão é capaz de realizar amostragem em solos não coesivos ou arenosos. Isso é conseguido com a pressão negativa criada no interior do tubo de amostragem.
O amostrador de pistão tem um tubo de amostragem, que pode obter amostras de até 1 m de comprimento e diâmetros que podem variar entre 3,5 a 25 cm. 
Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo pistão estacionário 
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A Figura a seguiu ilustra um amostrador de pistão, antes e depois da cravação do amostrador no solo. Observe, que durante a amostragem apenas o amostrador de parede fina penetra no solo, sendo empurrado pela haste do amostrador. 
Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo pistão estacionário 
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Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo pistão estacionário 
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O amostrador sueco é um amostrador que permite a coleta de amostras indeformadas e continuas de até 25 m de comprimento sem tirar o amostrador do solo. Automaticamente, durante a amostragem com o amostrador sueco, a amostra de solo é envolta por papel alumínio, o que elimina o atrito entre a amostra e as paredes do tubo. 
OBS. O atrito entre a amostra de solo e o tubo é prejudicial, pois pode causar o encurtamento da amostra afetando a condição original do solo. O amostrador sueco possibilita retirada de amostras classe 1. 
No mercado, podem ser encontrados amostradores suecos com o diâmetro do tubo de amostragem de 29 mm e de 66 mm. 
Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo Sueco ou Continuo
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A Figura ilustra um amostrador sueco, onde são destacadas as suas principais partes. 
Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo Sueco ou Continuo
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O amostrador de Deninson destina-se a amostragem de solos resistentes, ou seja, onde por cravação os demais amostradores apresentados não penetram. O amostrador de Deninson pode ser fixado nas sondas rotativas. A amostra se fixa ao interior do amostrador pelos seguintes elementos: a) atrito existente entre a amostra e as paredes do amostrador; e b) existência de uma mola retentora que ajuda a manter a amostra no interior do tubo do amostrador. O processo de perfuração do solo com o amostrador de Deninson se dá por meio da circulação de lama, e pela rotação do cilindro externo do amostrador, que possui uma sapata cortante. O amostrador de Deninson possui 131 cm de comprimento total, e possui um diâmetro interno do tubo de amostragem com 15 cm. A Figura ao lado ilustra o amostrador de Deninson e suas partes principais
Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo Deninson
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O amostrador consiste em barrilete triplo dotado de sapata cortante de vídea. A camisa externa é cravada no terreno com sonda rotativa e injeção de água.
Detalhe do amostrador tipo Denison
Amostragem
Amostras indeformadas - Amostradores especiais
Tipo Deninson
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Amostragem
Armazenamento
Área de armazenamento de amostras deformadas, em tambores e/ou em sacos sobre pallets.
Câmara aclimatizada úmida, amostras indeformadas. 
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PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E COMPACTAÇÃO
Procedimento Geral:
Tomar conhecimento dos ensaios aos quais a amostra será submetida pelo Protocolo de Ensaios Geotécnicos ou especificação encaminhada.
Determinar a umidade natural do solo. No caso de não haver o pote coletor com amostra para a obtenção da umidade natural, retirar o solo da própria amostra ensacada imediatamenteapós sua abertura;
Dispor o material no pátio de secagem separando-o por sistema de baias;
Baias para secagem à sombra de amostras de solo.
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Secar a amostra ao ar e à sombra, a fim de se atingir a sua umidade higroscópica, revirando-a periodicamente com a enxada;
Desmanchar os torrões formados sem que haja a quebra dos grãos. Pode-se utilizar a enxada, pisoteamento ou soquete leve de madeira;
Passar toda amostra pela peneira de café, com tela de arame galvanizado malha #3,5 (5,64mm);
PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E COMPACTAÇÃO
Procedimento Geral:
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Destorroar o material retido com o auxílio do almofariz e da mão de gral com cuidado, evitando-se fragmentar grãos representativos da amostra;
Juntar o material retido, destorroado e o passante, homogeneizando-os por meio de tombamento do material com uso de enxada;
PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E COMPACTAÇÃO
Procedimento Geral:
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PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E COMPACTAÇÃO
Procedimento Geral:
Proceder ao quarteamento da amostra;
Retirar metade das partes obtidas (2/4) de forma cuzada;
 Proceder um novo quarteamento com o material obtido no item 10; 
Retirar metade das partes obtidas (2/4) de forma cruzada, junta-las e homogeneiza-las. Essa fração da amostra será usada nos ensaios de caracterização do material;
Redução de amostra
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PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E COMPACTAÇÃO
Procedimento Geral:
 Deverá ser retirada a quantidade de solo necessária (faltante) para o ensaio de compactação das partes descartadas no quarteamento, caso seja necessário;
Reduzir o material obtido no item 12, para realização dos ensaios de caracterização visando uma amostra total de aproximadamente 4,5 Kg com o uso do repartidor de amostras.
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Utilizando o processo de quarteamento, sobre um papel A3, reduzir a amostra para se obter os quantitativos listados abaixo. Após cada ciclo de redução juntar, homogeneizar e guardar a amostra em pote hermeticamente fechado:
PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E COMPACTAÇÃO
Procedimento Geral:
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 500 g para Massa Específica dos Grãos;
3500 g para Granulometria conjunta;
500 g para Limites de Consistência;
Para os ensaios de compactação, utilizar as quantidades de acordo com o tipo de compactação a ser executada e tipo de material. Cilindro Proctor (2,5 a 3,0 kg) e Califórnia (5,0 a 7,0 kg).
PREPARAÇÃO DE AMOSTRAS PARA ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E COMPACTAÇÃO
Procedimento Geral:
Obs: O excedente de material deve estar devidamente identificado, fechado e ser armazenado no tambor de origem a título de duplicata.
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