PUC GEOI 03 Cap2 O Estado do solo

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Geotecnia I – SLIDES 03
Capítulo 2
Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt
prof.douglas.pucgo@gmail.com
O estado do solo
SLIDES 03 – Capítulo 2 – O Estado do Solo
GEOTECNIA I – Prof. MSc. Douglas M. A. Bittencourt
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:
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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.
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Introdução
 A água no solo pode se apresentar sob as seguintes formas:
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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
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Índices Físicos
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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
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Índices Físicos
 Teor de umidade (h ou w, em %)
 Índice de vazios (e)
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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.
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Índices Físicos
 Porosidade (n)
 Grau de Saturação (S)
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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).
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Índices Físicos
 Peso específico dos sólidos (ou dos grãos) – γs
 Densidade real dos grãos (adimensional) – δ
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s
s
s
V
P

w
s


 
seco solo de volumemesmo o ocupa que água da Peso
seco solo do Peso

Método do picnômetro
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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
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w
w
w
V
P

V
P
n 
V
Ps
d 
V
Psat
sat 
wsatsub  
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Índices Físicos
 Correlações obtidas a partir das definições anteriores:
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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
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Exemplo 1
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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
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Exemplo 2
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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
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Compacidade das Areias
 O estado das areias é expresso pelo seu índice de
vazios:
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Índice de vazios mínimo
Estado mais denso
emin
Índice de vazios máximo
Estado mais fofo
emax
Índice de vazios naturalenat
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Compacidade das Areias
 Define-se Compacidade Relativa (CR) ou Grau de
Compacidade (GC), como a relação:
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minmax
max
ee
ee
CR nat



0
1
max
min


CRee
CRee
nat
nat
Compacta
Fofa
CR Estado
CR ≤ 0,33 Fofo
0,33 < CR ≤ 0,66 Compacidade média
CR > 0,66 Compacto
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Compacidade das Areias
 Valores típicos de e:
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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:
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LPLL
wLL
IC



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Consistência das Argilas
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LPLL
wLL
IC



Consistência IC Estado
Mole < 0,5 Plástico, tendendo a viscoso
Média 0,5 – 0,75 Plástico
Rija 0,75 – 1,0 Plástico, tendendo a semi-sólido
Dura > 1,0 Semi-sólido ou sólido
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Consistência das Argilas
 Outra maneira é expressar o estado natural em função
da “resistência” da argila
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Consistência Resistência (kPa)
Muito mole < 25
Mole 25 – 50
Média 50 – 100
Rija 100 – 200
Muito rija 200 – 400
Dura > 400
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Propriedades da fração argilosa dos solos
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 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)
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Propriedades da fração argilosa dos solos
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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
0,75 < IA < 1,25 → fração argilosa normal
IA ≥ 1,25 → fração argilosa ativa
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Propriedades da fração argilosa dos solos
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d) Coesão
É a resistência que a fração argilosa confere ao solo;
Capacidade de se manter coeso, em torrões ou em blocos.
Resistência ao cisalhamento de um solo quando nenhuma
pressão externa atua sobre ele
Origem da coesão:
Atração química das partículas/moléculas (coesão verdadeira)
Cimentação natural, aglutinando os grãos entre si
Pressão capilar e sucção (coesão aparente)
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Propriedades da fração argilosa dos solos
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e) Grau de Sensibilidade
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Propriedades da fração argilosa dos solos
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f) Tixotropia
Ao se agitar se comporta
como líquido, em repouso
adquire resistência coesiva.
Bentonita – lama bentonítica
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Exemplo 3
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Depois de executado um aterro de areia para a implantação
de uma fábrica, foram obtidos os seguintes dados:  = 2,7,
w = 9% e n = 17 kN/m³. Determinou-se, em laboratório, o
índice de vazios da areia correspondente ao estado mais fofo
(emax = 0,79) e o estado mais denso (emin = 0,51). O grau de
compacidade (compacidade relativa) especificado para o
aterro é de 0,5 (± 0,02). Verifique se o aterro está dentro do
especificado.
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Exemplo 4
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Ensaios de caracterização de dois solos indicaram que um
solo A tinha LL = 70% e IP = 30%, enquanto que um solo B
tinha LL = 55% e IP = 25%. Amostras destes dois solos foram
amolgadas e água foi adicionada de forma que os dois
ficassem com teor de umidade de 45%. É possível provar
qual dos dois solos ficará mais consistente neste teor de
umidade? Classifique os solos quanto à consistência em
função do IC.
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Identificação tátil-visual dos solos
 É um processo que exige experiência individual
 Permite classificações preliminares
 Procedimentos:
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Tato
Esfrega-se uma porção de solo na mão.
As areias são ásperas, as argilas parecem com um
pó quando secas e com sabão quando úmidas.
Plasticidade
Moldar bolinhas ou cilindros de solo úmido.
As argilas são moldáveis enquanto as areias e siltes
não são moldáveis.
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Identificação tátil-visual dos solos
 Procedimentos (continuação):
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Dispersão 
em água
Misturar uma porção de solo seco com água em
uma proveta, agitando-a.
As areias depositam-se rapidamente, enquanto que
as argilas turvam a suspensão e demoram a
sedimentar.
Impregnação
Esfregar solo úmido na palma da mão.
Colocar 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.
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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
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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
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Prospecção do subsolo
 Quantidade de furos de sondagem (NBR 8036)
 Conforme área de projeção em planta:
 Quantidade mínima:
 Área de projeção < 200 m²: 2 sondagens
 200 m² < Área de projeção < 400 m²: 3 sondagens
Área de projeção (m²) Quantidade de furos
< 1200 1 a cada 200 m²
Entre 1200 e 2400 1 a cada 400 m² que excederem 1200 m²
> 2400 De acordo com o plano da obra
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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)
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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
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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
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Prospecção do subsolo
 Sondagem a trado (NBR 9603)
 Perfurações executas com trados
 Limitada ao nível d’água
 Amostras deformadas
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Prospecção do subsolo
 Sondagem a trado
(NBR 9603)
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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
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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
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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 Índicede resistência à penetração
 A amostra é deformada
 Sondagem SPT-T
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Sondagem SPT
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Sondagem SPT
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Prospecção do subsolo
 Sondagens à percussão com SPT
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(PINTO, 2006)
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Prospecção do subsolo
 Amostragem indeformada
 Blocos indeformados
 Cilindro de Hilf
 Amostrador Shelby
 Pistão estacionário
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51
Amostrador Shelby
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52
Amostrador de 
Pistão Estacionário