3 - O Estado do solo

Prévia do material em texto

Geotecnia I 
O estado do solo
Prof. Msc. Kaio Cézar Quemelli 
kaiosilva3@professor.multivix.edu.br
Introdução
 Solo:
 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:
2
Sólidos Água Ar
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.
Introdução
 A água no solo pode se apresentar sob as seguintes formas:
3
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
Índices Físicos
4
Pa = peso do ar (desprezível) 
Pw = peso da água (livre + higroscópica)
Ps = peso dos sólidos
P = peso total do solo úmido
Va = volume do ar
Vw = volume da água
Vs = volume dos sólidos
V = volume total do solo úmido
Índices Físicos
 Teor de umidade (h ou w, em %)
 Índice de vazios (e)
5
s
w
P
P
w  Depende do tipo de solo e situam-se,
geralmente, entre 10 e 40%.
s
v
V
V
e  Calculado a partir de outros índices;
Situa-se, geralmente, entre 0,5 e 1,5.
Índices Físicos
 Porosidade (n)
 Grau de Saturação (S)
6
V
V
n v Depende do tipo de solo e situa-se,
geralmente, entre 30 e 70%.
v
w
V
V
S 
Não é determinado diretamente, mas
calculado.
Varia de zero (solo seco) a 100%
(solo saturado).
Índices Físicos
 Peso específico dos sólidos (ou dos grãos) – γs
 Densidade real dos grãos (adimensional) – δ
7
s
s
s
V
P

w
s


 
seco solo de volumemesmo o ocupa que água da Peso
seco solo do Peso

Método do picnômetro
Índices Físicos
 Peso específico da água – γw
 Peso específico natural – γn
 Peso específico aparente seco – γd
 Peso específico aparente saturado – γsat
 Peso específico submerso – γsub
8
w
w
w
V
P

V
P
n 
V
Ps
d 
V
Psat
sat 
wsatsub  
Índices Físicos
 Correlações obtidas a partir das definições anteriores:
9
w
n
d


1


e
w
sn



1
1

weS  









e
eS
wn
1


1
d
se


w
s
e
w
S





n
n
e


1 e
e
n


1
10
Exemplo 1
11
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
Exemplo 2
12
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 γw = 10 kN/m³
Compacidade das Areias
 O estado das areias é expresso pelo seu índice de
vazios:
13
Índice de vazios mínimo
Estado mais denso
emin
Índice de vazios máximo
Estado mais fofo
emax
Índice de vazios naturalenat
Compacidade das Areias
 Define-se Compacidade Relativa (CR) ou Grau de
Compacidade (GC), como a relação:
14
minmax
max
ee
ee
CR nat



0
1
max
min


CRee
CRee
nat
nat
Compacta
Fofa
CR Estado
CR ≤ 0,33 Fofo
0,33 0,66 Compacto
Compacidade das Areias
 Valores típicos de e:
15
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:
16
LPLL
wLL
IC



Consistência das Argilas
17
LPLL
wLL
IC



Consistência IC Estado
Mole 1,0 Semi-sólido ou sólido
Consistência das Argilas
 Outra maneira é expressar o estado natural em função
da “resistência” da argila
18
Consistência Resistência (kPa)
Muito mole 400
Propriedades da fração argilosa dos solos
19
 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)
Propriedades da fração argilosa dos solos
20
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
mm
IP
I A
002,0% 

IA ≤ 0,75 → fração argilosa inativa
0,75Colocar 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.
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
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
Prospecção do subsolo
 Quantidade de furos de sondagem (NBR 8036)
 Conforme área de projeção em planta:
 Quantidade mínima:
 Área de projeção 2400 De acordo com o plano da obra
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
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
34
Prospecção do subsolo
 Sondagem a trado (NBR 9603)
 Perfurações executas com trados
 Limitada ao nível d’água
 Amostras deformadas
35
Prospecção do subsolo
 Sondagem a trado
(NBR 9603)
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 13441 (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
37
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
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
Sondagem SPT
40
Sondagem SPT
41
42
Prospecção do subsolo
 Sondagens à percussão com SPT
43
44
(PINTO, 2006)
45
Prospecção do subsolo
 Amostragem indeformada
 Blocos indeformados
 Cilindro de Hilf
 Amostrador Shelby
 Pistão estacionário
46
SLIDES 03 – Capítulo 2 – O Estado do Solo
GEOTECNIA I – Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt 47
SLIDES 03 – Capítulo 2 – O Estado do Solo
GEOTECNIA I – Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt 48
SLIDES 03 – Capítulo 2 – O Estado do Solo
GEOTECNIA I – Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt 49
SLIDES 03 – Capítulo 2 – O Estado do Solo
GEOTECNIA I – Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt 50
SLIDES 03 – Capítulo 2 – O Estado do Solo
GEOTECNIA I – Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt 51
Amostrador Shelby
52
Amostrador de 
Pistão Estacionário