Solos Aula 5 Classificações

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Mecânica dos Solos – Aula 5 – Granulometria e Classificações de Solos.
Por que classificar um solo?
Identificações Básicas de solos em campo.
Identificações Básicas de solos em campo.
Identificações Básicas de solos em campo.
Identificações Básicas de solos em campo.
Identificações Básicas de solos em campo.
Propriedades Físicas
Granulometria
Textura: tamanho dos grãos que formam a fase sólida dos solos.
Granulometria: medida das proporções relativas das texturas encontradas em um solo.
A primeira característica que diferencia os solos é o tamanho das partículas que os compõem. 
Propriedades Físicas
 Granulometria
 existem grãos de areia com dimensões de 1 a 2 mm, e existem partículas de argila com espessuras da ordem de 0,000001mm. 
 se uma partícula de argila fosse ampliada de forma a ficar com o tamanho de uma folha de papel, um grão de areia ficaria com dimensões da ordem de 100 a 200 metros, um quarteirão.
 num solo, geralmente convivem partículas de tamanhos diversos.
Propriedades Físicas
 Granulometria
 grãos de areia podem estar envoltos por uma grande quantidade de partículas argilosas, finíssimas, ficando com o mesmo aspecto de uma aglomeração de argila;
quando secas, as duas formações são semelhantes. 
quando úmidas a aglomeração de partículas argilosas se transforma em uma pasta fina, enquanto a partícula arenosa revestida é facilmente reconhecida pelo tato.
Propriedades Físicas
 Métodos de medição e representação
Denominações específicas são empregadas para as diversas faixas de tamanho de grãos; seus limites, entretanto, variam conforme os sistemas de classificação. 
Os valores adotados pela ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas – são os indicados na tabela abaixo:
Propriedades Físicas
 Métodos de medição e representação
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 2,0 mm a 4,8 mm
Areia média
de 0,42 mm a 2,0 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
Propriedades Físicas
 Métodos de medição e representação
 diferentemente desta terminologia adotada pela ABNT, a separação entre as frações silte e areia é frequentemente tomada como 0,075 mm, que corresponde à abertura da peneira 200, que é mais fina peneira usada nos laboratórios. 
 o conjunto de silte e argila é denominado como a fração de finos do solo;
 o conjunto areia e pedregulho é denominado fração grossa do solo.
Propriedades Físicas
 Métodos de medição e representação
Nos solos granulares a distribuição pode revelar o comportamento referente às propriedades físicas do material:
 solos granulares bem graduados apresentam melhor comportamento em termos de resistência e compressibilidade que os solos uniformes;
 o comportamento mecânico e hidráulico está principalmente relacionado com a sua compacidade, o tamanho e a forma das partículas, e a sua distribuição granulométrica.
Propriedades Físicas
 Métodos de medição e representação
Em solos finos, as propriedades mecânicas e hidráulicas dependem:
 da estrutura;
 da história geológica;
 da composição mineralógica; e 
 do teor de umidade.
Propriedades Físicas
 Curva Granulométrica
a permeabilidade de um solo pode ser relacionada com o diâmetro efetivo das partículas. 
 o controle do material a ser utilizado em aterros ou em pavimentação depende de ensaios periódicos de granulometria, com a verificação se a curva granulométrica dos solos a serem utilizados enquadra-se dentro da faixa granulométrica estabelecida.
Propriedades Físicas
 Curva Granulométrica
A classificação de um solo também está condicionada a sua distribuição granulométrica. 
As grandezas a serem utilizadas são o coeficiente de curvatura (Cc): e o coeficiente de uniformidade (Cu).
Propriedades Físicas
 Coeficiente de Curvatura
onde	
D60 – é o diâmetro correspondente a 60% em peso total de todas as partículas menores que ele;
D10 – diâmetro efetivo é o diâmetro correspondente a 10% (usado no dimensionamento de filtros e dados sobre a permeabilidade);
D30 – é o diâmetro correspondente a 30%
Propriedades Físicas
 Coeficiente de Curvatura
Para solos bem graduados, o valor do coeficiente de curvatura fica compreendido entre 1 e 3. 
Fora deste intervalo podemos caracterizar os solos como mal graduados, pois há uma predominância de partículas de tamanhos iguais.
Nos solos bem graduados os grãos menores cabem exatamente dentro dos vazios formados pelos grãos maiores. Esses solos quando bem compactados atingem pesos específicos muito altos e, portanto, elevadas resistências.
Propriedades Físicas
 Coeficiente de Uniformidade
A uniformidade de um solo pode ser expressa pelo coeficiente de uniformidade (Cu):
Um solo com coeficiente de uniformidade menor que 5 considera-se uniforme. Os valores compreendidos entre 5 e 15, solos medianamente uniformes e maiores que 15, solos desuniformes.
Propriedades Físicas
 Curva Granulométrica
A determinação da textura das partículas de um solo e das suas proporções relativas é feita através de uma análise granulométrica com base em dois ensaios:
 peneiramento: para partículas maiores que 0,075mm
 sedimentação: para partículas menores que 0,074mm. 
O resultado é representado pela curva granulométrica.
Propriedades Físicas
 Curva Granulométrica
Propriedades Físicas
 Curva Granulométrica
Peneiramento
 consiste em passar uma determinada quantidade de solo, de peso conhecido, por um conjunto de peneiras, com malhas de aberturas padronizadas (ABNT)
 a abertura nominal da peneira é considerada como o diâmetro das partículas. 
o peso do material que passa em cada peneira, referido ao peso seco da amostra, é considerado com a “porcentagem que passa”, e representado graficamente em função da abertura da peneira, esta em escala logarítmica.
Propriedades Físicas
 Peneiramento
Propriedades Físicas
 Peneiramento
Abertura das peneiras é padronizado pela ABNT :
Número
Abertura (mm)
Número
Abertura (mm)
200
0,074
20
0,84
140
0,105
16
1,19
100
0,149
10
2,0
60
0,25
4
4,75
50
0,297
3/8”
9,5
40
0,42
3/4"
19,0
30
0,59
1”
25,4
Propriedades Físicas
 Sedimentação
Este processo é baseado na lei de Stokes (1950) o qual estabelece uma relação entre o diâmetro da partícula e sua velocidade de sedimentação em um meio líquido de viscosidade e peso específico conhecidos.
A lei de Stokes é válida apenas para partículas menores que 0,2mm (maiores provocam turbulência) e maiores que 0,0002mm (abaixo deste limite as partículas estão sujeitas ao movimento browniano).
Propriedades Físicas
 Sedimentação
A expressão da lei de Stokes é a seguinte:
onde:	
m - coeficiente de viscosidade do meio líquido		
D – diâmetro equivalente da partícula
gw – peso específico da água para uma dada temperatura
gs – peso específico real dos grãos
v – velocidade de queda de uma partícula com diâmetro D em um meio viscoso
Propriedades Físicas
 Sedimentação
A expressão da lei de Stokes implica que todas as partículas de um mesmo diâmetro “D” estão uniformemente distribuídas em toda a suspensão e sedimentam-se na mesma velocidade. 
Ao passar um tempo “t” todas as partículas de mesmo diâmetro percorrem a mesma distância zi=vi*t. 
Medindo o peso específico da suspensão (com o densímetro) do solo, em tempos distintos, pode se obter qualquer número de pontos para a curva granulométrica através da expressão:
:
Propriedades Físicas
 Sedimentação
Propriedades Físicas
 Curva Granulométrica
Propriedades Físicas
 Exercício
Complete os percentuais de cada fração que compõe o solo analisado no gráfico de granulometria abaixo. 
Classificação dos Solos
Classificação Granulométrica
Diagramas triangulares:
muito utilizados para agricultura mas ineficientes para mecânica dos solos. 
 não levam em conta as propriedades
correlacionadas com a plasticidade, nem a forma das curvas granulométricas.
Classificação dos Solos
 Diagrama Triangular
Classificações de solos.
Diversas.
Iremos Abordar:
Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS)
American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) (leitura complementar)
Sistema Unificado - SUCS.
Orígem do SUCS:
O sistema foi desenvolvido pelo Professor A. Casagrande visando a construção de pistas de pouso e decolagem de aviões durante a 2ª Guerra Mundial. Posteriormente (1948) foi modificado pelo Prof. Casagrande, o U.S. Bureau of Reclamation, e o U.S. Army Corps of Engineers para estender seu emprego a barragens, fundações e outras construções.
Quatro divisões principais:
Granulares
Finos
Solos orgânicos
Turfas
Sistema Unificado - SUCS.
Solos granulares:
Pedreg. Areia
Solos finoss:
 Silte Argila
NO.200
0.075 mm
Granulometria
Cu
Cc
LP, LL
Gráfico da Plasticidade
50 %
NO. 4
4.75 mm
Ensaios necessários:
Peneiramento Limites de Atterberg 
Sistema Unificado - SUCS.
Símbolos de solos:
G: Gravel - Pedregulho
S: Sand - Areia
M: Silt - Silte
C: Clay - Argila
O: Organic - Orgânico
Pt: Peat - Turfa
Símbolos do LL:
H: High (Alto) LL (LL>50)
L: Low (Baixo) LL (LL<50)
Símbolos de graduação:
W: Well-graded (Bem-graduado)
P: Poorly-graded (Mal-graduado)
Exemplo: SW, Areia bem-graduada
	 SC, Argila arenosa
 SM, Areia siltosa, 
 MH, Silte com elevado LL
38
Sistema Unificado - SUCS. Procedimento para Classificação
Materiais granulares
Distribuição granulométrica
Solos finos
LL, IP
(Santamarina et al., 2001)
Highly
38
Peat: a soil composed of vegetable tissue in various stages of decomposition usually with an organic odor, a dark-brown to black color, a spongy consistency, and a texture ranging from fibrous to amorphous.
Organic clay: a clay with sufficient organic content to influence the soil properties. For classification, an organic clay is a soil that would be classified as a clay except that its liquid limit value after oven drying is less than 75% of its liquid limit value before oven drying.
Sistema Unificado - SUCS. Procedimento para Classificação
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Peat: a soil composed of vegetable tissue in various stages of decomposition usually with an organic odor, a dark-brown to black color, a spongy consistency, and a texture ranging from fibrous to amorphous.
Organic clay: a clay with sufficient organic content to influence the soil properties. For classification, an organic clay is a soil that would be classified as a clay except that its liquid limit value after oven drying is less than 75% of its liquid limit value before oven drying.
40
Sistema Unificado - SUCS. Gráfico da Plasticidade
(Holtz and Kovacs, 1981)
LL
PI
H
L
Linha A geralmente separa materiais mais argilosos de materiais siltosos, e os orgânicos dos inorgânicos.
Linha U indica o limite superior para solos em geral.
Nota: Se os limites medidos estão à esquerda da linha U, deve-se verificar os ensaios. 
40
The A-line generally separates the more claylike materials from those that are silty and also the organics from the inorganics.
The U-line indicates the upper range for natural soils
41
SUCS - Exemplo
30% passa peneira 200
70% passa peneira 4
LL=33%
IP=12%
IP= 0.73(LL-20), linha A IP=0.73(33-20)=9.49
SC 
(15% pedregulho)
Areia argilosa com pedregulho
(Santamarina et al., 2001)
% passando peneira 200 = 30 %
% passando peneira 4 = 70%
LL= 33%
IP= 12%
Highly
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Sistema Unificado - SUCS. Solos Orgânicos
Solos muito orgânicos - Peat (Group symbol PT) - Turfas
Se a amostra for composta primordialmente por tecido vegetal em vários estágios de decomposição, tiver textura de fibrosa a amorfa, cor de marrom escuro a preto e cheiro orgânico, deve ser designada como solo muito orgânico e classificado como turfa , peat, Pt.
Argila ou silte Orgânico (símbolo dos grupos OL or OH):
“O limite de liquidez (LL) do solo após secagem em estufa é menor do que 75% do LL antes da secagem.” Se isto se cumprir, o primeiro símbolo é O.
O segundo símbolo é obtido localizando-se os valores de IP e LL (sem secagem em estufa) no gráfico da plasticidade. 
Referências.
Granulometria:
Material de aula da Professora Eliana – UniRitter.
Manual de Pavimentação DNIT.
Curso Básico de mecânica dos solos. (Souza Pinto).
Classificações.
Material de aula do Professor Washington Perez Nunes (UFRGS).
Curso Básico de mecânica dos solos. (Souza Pinto).
Fundamentos de Engenharia geotécnica – Braja Das.