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Aula 7 – Roteiros Para Classificação UNIDADE 3 – DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES 63 Unidade 3 – Distribuição de Tensões Aula 7: Roteiros Para Classificação Nesta aula serão aplicados todos os conceitos das aulas anteriores para, de fato, classificar um solo. Uma roteirização das duas principais maneiras de se classificar o solo (Unificada e HBR) será apresentada como uma “receita” a ser executada, visto que todos os elementos a serem levados em consideração já são conhecidos. 1. Roteiro de Trabalho Conhecidas e estudadas as variáveis para a classificação de um solo, serão vistas agora duas maneiras de se fazer isso: quanto à classificação segundo o Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS) e Classificação Segundo à AASHTO – HBR. A aula visa resumir as teorias vistas nas partes introdutórias e fornecer melhor acesso às resoluções dos exercícios de maneira mais mecânica e acessível. Muitas vezes os dados são fornecidos pelos próprios exercício, porém, a aula desconsiderará este fato e traçará o roteiro de maneira que habilite o aluno a conseguir todos os dados com o mínimo de informações disponibilizadas. 1.1. Sistema Unificado (SUCS) Deve-se observar o valor da percentagem passante na peneira 200, obtido através da análise granulométrica. Na mesma, proceder: • Achar a percentagem retida em cada peneira: a percentagem retida numa peneira P, será o peso retido na peneira P, dividido pelo peso total da amostra, multiplicado por 100; • Achar a percentagem passante em cada peneira: a percentagem passante numa peneira P, será 100 subtraído da percentagem retida na peneira P; 1.1.1. Hipótese 1: Percentagem Passante na Peneira 200 > 50% Aula 7 – Roteiros Para Classificação MECÂNICA DOS SOLOS 64 Caso isto aconteça, será um solo fino, assim, devemos proceder da seguinte maneira: 1º Passo: Determinação do Limite de Liquidez (LL) ou (WL): A maioria dos problemas envolvidos com classificação de solos fornece uma tabela com a Umidade das amostras vinculadas ao Número de Golpes para a elaboração do gráfico e a interpolação dos resultados (será demonstrada em exercício). Caso contrário, utilizar a fórmula empírica do Federal Highway Administration. Caso isto não aconteça, deverão ser aproveitados os demais dados deste problema para que se encontre as umidades. • Desenhar o gráfico, traçar a reta média e interpolar a umidade a 25 golpes; • No caso de apenas um ponto (apenas uma amostra), submetê-lo à fórmula: LL = w (1,419 − 0,3 log n) • Desconsiderar a amostra que possuir umidade maior ou menor que 5% da umidade média (LP). 2º Passo: Determinar o Limite de Plasticidade (LP) ou (WP) Como dito acima e na aula 4, o Limite de Plasticidade é a média das umidades obtidas. Descartar a amostra que estiver a ± 5% da média e refazê-la (e reencontrar o LP). LP = ∑ wi n i=1 n 3º Passo: Determinar o Índice de Plasticidade (IP): Com este valor determina-se o grau de plasticidade do solo (fraco, médio ou alto); IP = LL – LP 4º Passo: Determinação do Índice de Consistência (IC): IC = LL − W IP Onde w é o teor de umidade em que se encontra o solo. Com o IC determinamos a consistência do solo (muito mole, mole, médio, rijo ou duro); 5º Passo: Determinação do Limite de Contração (LC) ou (WS): LC = ( V P − 1 γS ) . γW . 100 Aula 7 – Roteiros Para Classificação UNIDADE 3 – DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES 65 Com os valores de LL, LP e LC, poderemos determinar o estado do solo para qualquer teor de umidade. 6º Passo: Carta de Plasticidade: Com os valores de LL e IP, entramos na Carta de Plasticidade, e determinamos o tipo de solo, lembrando que solos com LL < 50 terão baixa compressibilidade (L), e solos com LL > 50 terão alta compressibilidade (H). Solos acima da Linha A, serão argilosos (C), e solos abaixo desta linha serão siltosos (M) ou orgânicos (O). 1.1.2. Hipótese: Percentagem Passante na Peneira 200 < 50% Caso isto aconteça, o solo será grosso, então procede-se da seguinte maneira: 1º Passo: Calcular o Coeficiente de uniformidade (Cu) e Calcular o Coeficiente de Curvatura (Cc): Através da percentagem passante e da abertura de malha (log), traçamos o gráfico no papel milimetrado, achando D10, D30 e D60, assim: Cu = D60/D10 e Cc = D30²/D60 . D10 2º Passo: Determinação dos Percentuais dos Componentes: Aula 7 – Roteiros Para Classificação MECÂNICA DOS SOLOS 66 Através da percentagem passante, isolada, de cada peneira, determinam-se os percentuais dos grãos menores que a peneira, e observando-se as dimensões de cada componente do solo, acham-se os percentuais de cada componente do solo. Com os valores de % #200, CU e CC, e os percentuais dos componentes do solo, entramos no quadro de classificação e determinamos o tipo do solo: GW, GP, GC, GM, GW- GC, GP-GM, SW, SP, SC, SM, SW-SC, SP-SC, etc. 1.2. Sistema HBR Para o Sistema HBR, o sistema é análogo, lembrando que aqui o que definirá se um solo é fino ou grosso é o percentual passante na peneira #200: • Se a percentagem passante na peneira 200 for maior que 35, será um solo silto-argiloso, • Se menor, será um solo granular. Após todos os passos apresentados no tópico 1.1.1 para o cálculo dos índices, deverá ser adicionado o Grupo: IG = F – 35 . [0,2 + 0,005 . (WL – 40)] + 0,01 . (F – 15) . (IP – 10) Onde F é % passante na peneira #200. Após isso, catalogar conforme imagens, já estuadas na aula 5. Aula 7 – Roteiros Para Classificação UNIDADE 3 – DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES 67 2. Exercícios Resolvidos Exemplo: Na determinação do Limite de Liquidez de um solo, de acordo com o Método Brasileiro NBR 6459, foram feitas cinco determinações do número de golpes para que a ranhura se feche, com teores de umidade crescentes como na tabela a seguir. Com a mesma amostra, foram feitas quatro determinações do Limite de Plasticidade, de acordo com o Método Brasileiro NBR 7180. Obtiveram-se as seguintes umidades quando o cilindro com diâmetro de 3 mm se fragmentava ao ser moldado: 22,3%; 24,2%; 21,9% e 22,5%. Pergunta-se: Qual o Limite de Liquidez do solo ensaiado? Qual o Índice de Plasticidade do solo ensaiado? Resolução: 1º Passo: Encontrar o LL Aula 7 – Roteiros Para Classificação MECÂNICA DOS SOLOS 68 Para a tabela dada, construímos um gráfico relacionando a umidade ao número de golpes. O LL, como sabido, é a umidade aos 25 golpes. Como o ensaio não nos forneceu este dado, precisaremos encontrá-lo por interpolação linear. Da matemática básica: y2 − y1 Y − y1 = x2 − x1 X − x1 56,7 − 51,3 LL − 51,3 = 36 − 16 25 − 16 5,4 (LL − 51,3) = 20 9 20LL − 1026 = 48,6 20LL = 1074,6 LL = 53,73 2º Passo: Encontrar LP Foram fornecidos 4 valores de umidade para o ensaio de LP. Encontraremos a média entre eles e descartaremos o valor que estiver com 5% de defasagem. Se necessário, recalcularemos a média. Pela fórmula: LP = ∑ wi n i=1 n → LP = 22,3 + 24,2 + 21,9 + 22,5 4 → LP = 22,73% Aula 7 – Roteiros Para Classificação UNIDADE 3 – DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES 69 3º Passo: Limitessuperiores e Inferiores de aceitação do dado da amostra: 22,73% { +5%: 23,86% −5%: 21,59% As umidades que estiverem fora deste intervalo deverão ser eliminadas. No caso, temos o valor de 24,2% da segunda amostra. 4º Passo: Recálculo da umidade média (LP) com eliminação de amostras anômalas: LP = ∑ wi n i=1 n → LP = 22,3 + 21,9 + 22,5 3 → LP = 22,23% 5º Passo: Cálculo do Índice de Plasticidade: IP = LL – LP → IP = 53,73 – 22,23 → IP = 31,5% Exemplo: Um corpo de prova cilíndrico de um solo argiloso tem uma altura de 12,5 cm e diâmetro de 5 cm. A massa úmida do corpo de prova é 478,25 g e após sua secagem passou para 418,32 g. Sabendo-se que a massa específica dos sólidos é de 2,70 g/cm³, determinar: massa específica aparente seca, teor de umidade, índice de vazios, porosidade e o grau de saturação. Resolução: 1º Passo: Calcular o Volume do Cilindro (que é o volume da amostra): Vcilindro = Abase . h → Vcilindro = πr² . h → Vcilindro = 3,14 . 2,5² . 12,5 → Vcilindro = 245,43 cm³ Vcilindro = Vt = 245,43 cm³ 2º Passo: Calcular as massas e os volumes: O exercício forneceu a massa total do sistema e a massa após secagem (ms). Como os índices podem ser dados em função da massa e do peso, podemos proceder com os cálculos, lembrando que teremos que encontrar todas as massas e todos os volumes para encontrar os índices. Massa da Água: mw = mt – ms → mw = 478,25 – 418,32 → mw = 59,93 g Aula 7 – Roteiros Para Classificação MECÂNICA DOS SOLOS 70 Volume da Água, sabendo que sua densidade é 1 sempre g/cm³: Vw = mw/ρw → Vw = 59,93 cm³ Volume dos Sólidos: Vt = Vw + Vs→ Vs = Vt – Vw → Vs = 245,43 – 59,93 → Vs = 185,5 cm³ Massa Específica do Solo: ρ = mt/Vt → ρ = 478,25/245,43 → ρ = 1,95 g/cm³ 3º Passo: Responder ao enunciado Com as variáveis encontradas, podemos responder as proposições do exercício. Umidade: w = mw/ms → w = 59,93/418,32 → w = 0,1432 = 14,32% 4º Passo: Massa Específica Aparente Seca Análoga ao Peso Específico Aparente Seco. É uma particularidade para quando Sr é zero. Tem-se da aula 6: ρd = ρ 1 + w → ρd = 1,95 1 + 0,1432 → ρd = 1,705 g/cm³ 5º Passo: Índice de Vazios e = ρS ρd − 1 → e = 2,7 1,705 − 1 → e = 0,58 = 58% 6º Passo: Porosidade n = e 1 + e → n = 0,58 1 + 0,58 → n = 0,37 = 37% 7º Passo: Grau de Saturação ρS . w = ρw . Sr . e → Sr = ρS . w ρw . e → Sr = 2,7 . 0,1432 1 . 0,58 → Sr = 0,66 = 66% Aula 7 – Roteiros Para Classificação UNIDADE 3 – DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES 71 Exemplo: Com os dados obtidos no laboratório em ensaios de granulometria e plasticidade para três amostras de solo (solo A, B e C), apresentados abaixo, determine: a) diâmetro efetivo; b) coeficiente de uniformidade; c) coeficiente de curvatura; d) índice de plasticidade; e) classifique estas amostras de acordo com o sistema textural SUCS. Resolução: a) Diâmetros Efetivos O diâmetro efetivo de amostras corresponde ao seu D10, que poderá ser extraído do gráfico: Aula 7 – Roteiros Para Classificação MECÂNICA DOS SOLOS 72 De acordo com o demonstrado no Gráfico, temos: Curva A: D10 = 0,07; D30 = 0,18; D60 = 0,38 Curva B: D10 = 0,007; D30 = 0,044; D60 = 0,1 Curva C: D10 = 0; D30 = 0, D60 = 0,011 b) Coeficientes de Uniformidade CuA = D60A/D10A → CuA = 0,38/0,07 → CuA = 5,43 CuB = D60B/D10B → CuB = 0,1/0,007 → CuB = 14,28 CuC = D60C/D10C → CuC = 0,11/0 → CuC = ∞ c) Coeficientes de Curvatura CcA = D²30A/D60A . D10A → CcA = 0,18²/(0,38 . 0,07) → CcA = 1,22 Aula 7 – Roteiros Para Classificação UNIDADE 3 – DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES 73 CcB = D²30B/D60B . D10B → CcB = 0,044²/(0,1 . 0,007) → CcB = 2,76 CcC = D²30C/D60C . D10C → CcC = 0²/(0,38 . 0) → CcC = 0 d) Índices de Plasticidade IPA = LLA – LPA → IPA = Não Possui IPB = LLB – LPB → IPB = 35 – 20 → IPB = 15 IPC = LLC – LPC → IPC = 65 – 35 → IPC = 30 e) Classificação dos Solos Seguiremos o seguinte critério (da figura) que teve sua parte teórica exposta nas primeiras aulas e o roteiro descrito acima. Resume-se nesta imagem e na tabela “Classificação de Solos SUCS”, que está nas próximas páginas. 1º Passo: Para classificarmos o solo neste método, deveremos, primeiramente, conforme roteiro, saber se ele é grosso ou fino. Para isto, devemos encontrar o percentual passante na peneira #200 e analisar se é maior ou menor que 50%. Analisando-se os números, temos que tudo que está à esquerda do corte da peneira #200 é partícula de dimensão menor que sua malha, ou seja, é percentual passante. O contrário, o que está à direita da linha de corte da peneira, é partícula maior que sua malha, portanto, não passante. Aula 7 – Roteiros Para Classificação MECÂNICA DOS SOLOS 74 Portanto, temos a seguinte disposição: • Solo A é grosso, pois % que passa é 11, portanto, menor que 50%; • Solo B é grosso, pois % que passa é 45, portanto, menor que 50%; • Solo C é fino, pois % que passa é 87%, portanto, maior que 50%. A saber, teremos caminhos distintos para a classificação dos solos, pois C é fino e terá outro “caminho” de definição. 2º Passo: Catalogação do Solo C: Como o exercício já forneceu os índices do roteiro e o IP foi calculado anteriormente, podemos ir direto à carta de Casagrande para catalogação. Temos que: • IP = 30; • LL = 65. Portanto, analisemos a tabela de Classificação de Solos SUCS e a Carta de Casagrande: Aula 7 – Roteiros Para Classificação UNIDADE 3 – DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES 75 Aula 7 – Roteiros Para Classificação MECÂNICA DOS SOLOS 76 A situação fornecida é LL > 50% (à direita da “curva B”) e abaixo da linha “A”, porém, é uma região em que não se pode afirmar se o solo é “MH” ou “OH”. Segundo o critério técnico (visto na aula 5), nestes casos a identificação é feita pelo odor e cor da amostra, e, ainda, se existirem dúvidas, deverá ser feito um teste de secagem. Como o exercício não forneceu a umidade e tampouco temos contato com o solo, encerraremos a classificação na dúvida, sabendo apenas que é um Silte ou Argila de Alta Compressibilidade. 3º Passo: Catalogação do Solo A: Para prosseguir com a análise do solo “grosso”, precisamos abordá-lo após a perspectiva da peneira #4 para poder classificá-lo em areia ou pedregulho. Note que pela ABNT, que é a escala utilizada no gráfico, considera-se pedregulho a partir do diâmetro dos grãos de 2 mm, o que não é o caso no exercício, pois vamos graduá-lo pelo SUCS. Segue-se: Aula 7 – Roteiros Para Classificação UNIDADE 3 – DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES 77 Ambos os Solos, tanto A quanto B, são areias, pois possuem percentual passante de 100% na peneira de 4,75 mm. O próximo passo é analisar novamente o percentual passante na peneira #200. Temos: • Solo A: 11% → entre 5% e 12% → Nomenclatura dupla: S – SW – SM (Aula 5); • Solo B: 45% → maior que 12% → cai em outro critério: ✓ IPB = 15 (maior que 7) → S – SC. Portanto, finalizando o exercício, temos: Solo A: Areia com certa quantidade de finos, semi-plástica e semi-graduada.Solo B: Areia com quantidades apreciáveis de finos plásticos.
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