aula traduzida de caracterizacao de solos

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
*
Propriedades Físicas dos Solos
*
*
Sumário
Textura
Tamanho de Grão e Distribuição Granulométrica
Forma da Partícula
Limites de Atterberg
Considerações sobre Análise Granulométrica
Considerações sobre Sedimentação
*
*
1. Textura dos Solos
*
*
1.1 Textura
A textura de um solo é sua aparência ou “sensação ao toque” e depende dos tamanhos relativos e formas das partículas, bem como da faixa ou distribuição desses tamanhos.
Peneiramento
 Sedimentação
*
*
1.2 Características
(Holtz and Kovacs, 1981)
*
*
2. Tamanho de Grão e Distribuição Granulométrica
*
*
2.1 Tamanho de Grão
Pedreguho
Areia
Silte
Argila
4.75
Unit: mm
(Holtz and Kovacs, 1981)
USCS
BS
0.075
2.0
0.06
0.002
USCS: Unified Soil Classification
BS: British Standard
*
*
Nota:
Fração argila
Argilo-minerais
Exemplo:
Caolinita, Ilita, Montmorilonita, etc.
Exemplo:
Uma pequena partícula de quartzo pode ter tamanho similar ao de argilo-minerais.
*
*
2.2 Distribuição Granulométrica
(Das, 1998)
(Head, 1992)
Peneira
*
*
2.2 Distribuição Granulométrica (Cont.)
Ensaios
Peneiramento
 Sedimentação
(Head, 1992)
*
*
2.2 Distribuição Granulométrica (Cont.)
Escala logarítmica
(Holtz and Kovacs, 1981)
Tamanho efetivo D10: 0.02 mm
D30: D60:
*
*
2.2 Distribuição Granulométrica (Cont.)
Descreve a forma
Exempo: Bem graduada
Critérios
Pergunta
Qual é o Cu para um solo com um único tamanho de grão?
*
*
Pergunta
Pergunta
Qual é o valor de Cu para um solo com um único tamanho de grão?
Tamanho de partícula
% acumalada passante
Distribuição granulométrica
*
*
2.2 Distribuição Granulométrica (Cont.)
Aplicações na Engenharia
Auxilia a “sentir” a textura do solo (que solo é esse) e também será empregada na classificação de solos (próximo assunto).
Pode ser usada para definir a faixa granulométrica especificada para filtro de um dreno (para evitar a colmatação do mesmo) 
Pode ser um critério de seleção de materiais de enchimento e aterros de barragens, materiais para sub-base e base de pavimentos e agregados para concreto de CP e misturas asfálticas.
O Diâmetro efetivo, D10, pode ser correlacionado com a condutividade hidráulica (descrevendo a permeabilidade de solos). (Equação de Hazen).(Nota: controlada pelas partículas menores)
A distribuição granulométrica é mais importante para os solos granulares.
*
*
3. Forma da Partícula
Importante para solos granulares
Partículas angulares  maior atrito
Partículas arredondadas  menor atrito
Notar que as partículas de argila têm formato lamelar.
Arredondada
Subarredondada
Subangular
Angular
(Holtz and Kovacs, 1981)
Solos granulares
*
*
4. Limites de Atterberg
e Índices de Consistência
*
*
4.1 Limites de Atterberg
A presença de água nos solos finos pode afetar significativamente o comportamento de engenharia, portanto, são necessários índices de referência que evidenciem esses efeitos.
(Holtz and Kovacs, 1981)
Em %
*
*
4.1 Limites de Atterberg (Cont.)
Solo seco
Mistura fluida solo-água
Teor de umidade crescente
*
*
4.2 Limite de Liquidez-LL
Materiais
Solo passando na peneira No.40 (0,425 mm).
Água destilada
Método de Casagrande
(ASTM D4318-95a)
O Professor Casagrande normatizou o ensaio e desenvolveu o aparelho para determinação do limite de liquidez.
*
*
4.2.1 Método de Casagrande
N=25 golpes
Abertura da ranhura = 12,7mm (0.5 in)
(Holtz and Kovacs, 1981)
Aparelho
O Limite de Liquidez é o teor de umidade para o qual a ranhura de solo se fecha com 25 golpes, no aparelho de Casagrande.
*
*
4.2.1 Método de Casagrande (Cont.)
Das, 1998
*
*
4.3 Limite de Plasticidade - LP
O limite de plasticidade, LP, é o teor de umidade no qual um cilindro de solo com 3,2 mm de diâmetro começa a trincar quando moldado.
ASTM D4318-95a, BS1377: Part 2:1990:5.3
(Holtz and Kovacs, 1981)
*
*
4.4 Limite de Contração - LC
Definição do LC:
Teor de umidade abaixo do qual o solo não mais muda de volume ao variar seu teor de umidade
(Das, 1998)
SL
*
*
4.4 Limite de Contração - LC (Cont.)
(Das, 1998)
Volume de solo: Vi
Massa de solo: M1
Volume de Solo: Vf
Massa do solo: M2
*
*
4.4 Limite de Contração - LC (Cont.)
“Embora o limite de contração fosse bastante usado durante os anos 1920s, é atualmente considerado como sujeito a elevada incerteza e portanto sua determinação não é mais comum.”
“Um dos maiores problemas do ensaio de limite de contração é que a magnitude da contração depende não apenas do tamanho do grão mas também da estrutura inicial do solo. O procedimento padrão consiste em iniciar o ensaio com um teor de umidade próximo (mas inferior) ao LL. Entretanto, especialmente nas argilas siltosas e arenosas, isto resulta em valores de LC superiores ao LP, o que não tem sentido. Casagrande sugere que o teor inicial de umidade seja ligeiramente maior do que o LP, se possível, mas reconhece-se que nesta condição é difícil evitar a aprisionamento de bolhas de ar no solo moldados.” (Holtz and Kovacs, 1981) 
*
*
4.5 Típicos Valores dos Limites de Atterberg
(Mitchell, 1993)
*
*
4.6 Índices
Indice de Plasticidade IP 
Para descrever o intervalo de teor de umidade em que um solo é plástico
IP = LL – LPL
Índice de Consistência IC 
LC <0 (A), fratura frágil se cisalhado
0<LC<1 (B), sólido plástico se cisalhado
LC >1 (C), líquido viscoso se cisalhado
PI
A
B
C
*
*
4.6 Indices (Cont.)
Atividade A 
(Skempton, 1953)
Argilas de atividade normal: 0,75<A<1,25
Argilas inativas: A<0,75
Argilas ativas: A> 1.25
Elevada atividade:
Expandem muito ao serem umedecidas
Apresentam elevada contração quando secas
Muito reativas (quimicamente)
Propósito
Tanto o tipo quanto a quantidade de argila nos solos afetarão os limites de Atterberg limits. Este índice destina-se a separar os tipos de argilas. 
Mitchell, 1993
*
*
Soil classification 
(the next topic)
The Atterberg limits are usually correlated with some engineering properties such as the permeability, compressibility, shear strength, and others.
In general, clays with high plasticity have lower permeability, and they are difficult to be compacted.
The values of SL can be used as a criterion to assess and prevent the excessive cracking of clay liners in the reservoir embankment or canal.
4.7 Engineering Applications
The Atterberg limit enable clay soils to be classified.
*
*
5. Some Thoughts about the Sieve Analysis
The representative particle size of residual soils
The particles of residual soils are susceptible to severe breakdown during sieve analysis, so the measured grain size distribution is sensitive to the test procedures (Irfan, 1996).
Wet analysis
For “clean” sands and gravels dry sieve analysis can be used.
If soils contain silts and clays, the wet sieving is usually used to preserve the fine content.
*
*
6. Some Thoughts about the Hydrometer Analysis
 Stokes’ law
(Compiled from Lambe, 1991)
*
*
8. References
Main References:
Das, B.M. (1998). Principles of Geotechnical Engineering, 4th edition, PWS Publishing Company. (Chapter 2)
Holtz, R.D. and Kovacs, W.D. (1981). An Introduction to Geotechnical Engineering, Prentice Hall. (Chapter 1 and 2)
Others:
Head, K. H. (1992). Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 1: Soil Classification and Compaction Test, 2nd edition, John Wiley and Sons.
Ifran, T. Y. (1996). Mineralogy, Fabric Properties and Classification of Weathered Granites in Hong Kong, Quarterly Journal of Engineering Geology, vol. 29, pp. 5-35. 
Lambe, T.W. (1991). Soil Testing for Engineers, BiTech Publishers Ltd.
Mitchell, J.K. (1993). Fundamentals of Soil Behavior, 2nd edition, John Wiley & Sons.
*
Talk about the difference between
the clay-size particle or clay minerals.
*
Please remind students about the oxymoron of the cohesion and cohesionless.
Change this table
*
Mention sieve analysis and hydrometer analysis for different size of soils
There is not distinguish for silt and clay in the USCS system.
*
It is not necessary to use the full set of sieves, but the particle size should be distinguished.
*
Wet sieving:
According to the British standard, dry sieving may be carried out only on materials for which this procedure gives the same results as the wet-sieving procedure. This means that it is applicable only to clean granular materials, which usually implies clean sandy or gravelly soils-that is, soils containing negligible amounts of particles of silt or clay size. Normally the wet-sieving procedure (section 4.6.4) should be followed for all soils (Head, 1992).
*
Effective size (D10): This parameter is the diameter in the particle-size distribution curve corresponding to 10% finer. The effective size of a granular soil is a good measure to estimate the hydraulic conductivity an ddrainage through soils.
*
*
The comparison between the fall cone test and the Casagrande test, Page. 79 (Head’s book)
The definition of the liquid limit is dependent on he point at which the soil begins to acquire a recognizable shear strength (about 1.7 kN/m2) (Head, 1992).
The one-point methods are useful as “rapid” test procedures, or when only a very small amount of soil is available and when a result of lesser accuracy is acceptable (Head, 1992).
Drying, even air drying at laboratory temperature, can cause irresible changes in the physical behavior of some soils, especially tropical residuals, which can result in dramatic changes in their plasticity properties (Head, 1992).
ASTM D4318-95a. The sample is processed to remove any material retained on a 0.425 mm. (No.40) sieve .
Both the type and amount of clay in a soil influence the properties, and the Atterberg limits reflect both of these factors.
*
From Mitchell
The plastic limit has been interpreted as the water content below which the physical properties of the water no longer correspond to those of free water (Terzaghi, 1925) and as the lowest water content at which the cohesion between particles or groups of particles is sufficiently low to allow movement, but sufficiently high to allow particles to maintain the molded position (Yong and Warkentin, 1966).
 
*
If you have different clay minerals, you will have different Atterberg limit.
*
The PI is useful in engineering classification of fine-grained soils, and many engineering properties have been found to empirically correlates with the PI.
*
There is fair/good correlation of the activity and the type of clay mineral (chapter 4)
However, the Atterberg limits alone are usually sufficient for these purposes, and the activity provides no really new information.
*
In general, clays of high plasticity are likely to have a lower permeability, to be more compressible and to consolidate over a longer period of time under load than clays of low plasticity. High-plasticity clays are more difficult to compact when used as fill materials.
Relate to the permeability.
The values of SL are particular useful to in connection with the placing of puddle clay in reservoir embankments or canal linings. To prevent excessive cracking is some drying out of the clay is likely to occur, the shrinkage range can be limited. 
*
Clay minerals and clay-size particles