Aula 3_4 - Índices Físicos_JG

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Índices Físico
Geotecnia I
Prof.: João Guilherme Rassi Almeida
Disciplina: Geotecnia 1
Pontifícia Universidade Católica de Goiás
1
O ESTADO DO SOLOS
Índices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de três fases:
 Partículas sólidas;
 Água;
 Ar
Comportamento do solo – F(quantidade relativa de cada fase)
2
Geotecnia I
Evaporação e pluviosidade = reduz ou aumenta a quantidade de água
Compressão = reduz os vazios do solo, expulsando água e ar
Menor volume de vazios – aumenta a resistencia 
2
O ESTADO DO SOLOS
3
Geotecnia I
 TEOR DE UMIDADE (w): 
 dependem do tipo de solo;
 dado em %;
 variam de 10 a 40%*
* Solos orgânicos (w > 150%)
- Ps = Peso dos sólidos
- Explicar a determinação em laboratório
3
ÍNDICES FÍSICOS
4
Geotecnia I
 ÍNDICE DE VAZIOS (e): 
 adimensional;
 varia de 0,5 a 1,5;
 argila orgânica (e > 3);
 não é obtido, mas sim calculado;
 não pode ser zero.
 POROSIDADE (n):
 relação entre volume de vazios e volume total
 unidade em (%);
 varia de 30 a 70%;
 não pode ser 0 nem maior que 100%.
Vs = volume de sólidos
Ex.: e>3 (volume de água é 3 x o de sólidos)
4
ÍNDICES FÍSICOS
5
Geotecnia I
 GRAU DE SATURAÇÃO (S ou Sr): 
 unidade em (%);
 varia de 0 a 100%.
 PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS OU SÓLIDOS (γS):
 unidade em (kN/m³);
 varia de 24 a 30 kN/m³;
 determinado em Laboratório
 PESO ESPECÍFICO DA ÁGUA (γw):
 unidade em (kN/m³);
 função da temperatura;
 valor adotado de 10 kN/m³.
Ys = baixa variação entre os solos (argilas lateríticas são mais pesadas; presença de Fe)
Yw = ensaio de sedimentação (curva de calibração em função da temperatura)
5
ÍNDICES FÍSICOS
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Geotecnia I 
 PESO ESPECÍFICO NATURAL (γn):
 unidade em (kN/m³);
 varia de 17 a 21 kN/m³;
 exceção argilas moles com 14 kN/m³;
 obtido em Laboratório (volume conhecido ou balança hidrostática)
 PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (γd):
 unidade em (kN/m³);
 varia de 13 a 19 kN/m³;
 exceção argilas moles com 4 kN/m³.
 PESO ESPECÍFICO SATURADO (γsat):
 unidade em (kN/m³);
 da ordem de 20 kN/m³.
Yn = chamado também de somente peso específico
Yn = peso total / volume total
ARGILA MOLE = típica do litoral / deposição recente / BAIXA resistência / compressível / matéria orgânica (cor escura e cheiro característico)
Yd e Ysat = solo totalmente seco ou úmido (hipótese) e sem variação de volume
6
ÍNDICES FÍSICOS
7
Geotecnia I
 PESO ESPECÍFICO SUBMERSO (γsub):
 unidade em (kN/m³);
 cálculos de tensões efetivas;
 da ordem de 10 kN/m³.
 RELAÇÃO ENTRE OS ÍNDICES
Apenas três dos índices apresentados são obtidos diretamente em laboratório: w, γs e γn .
Os demais são calculados por correlações (equações).
7
ÍNDICES FÍSICOS
8
Geotecnia I
 Vs = 1
 Vv = e
 Vw = S.e
 
8
ÍNDICES FÍSICOS
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Geotecnia I
 RELAÇÕES DIRETAS:
 EQUAÇÕES DEDUZIDAS:
9
ÍNDICES FÍSICOS
10
Geotecnia I
 VALORES TÍPICOS
*Loess = solto, fofo / formados em ambientes desérticos e glaciais / pouco intemperizados quimicamente / Ocorrência: China, Alemanha, EUA
*Till glacial = material depositado por geleiras e contendo partículas de todos os tamanhos
Loess = solto, fofo / formados em ambientes desérticos e glaciais / pouco intemperizados quimicamente / Ocorrência: China, Alemanha, EUA
Till glacial = material depositado por geleiras e contendo partículas de todos os tamanhos
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ÍNDICES FÍSICOS
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Geotecnia I
 TODAS EQUAÇÕES PODEM SER ESCRITAS EM TERMOS DE MASSA ESPECÍFICA (ρ)
Densidade relativa:
Adimensional
11
ÍNDICES FÍSICOS
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Geotecnia I
	Exercício 1: O peso específico natural de um solo é 16,5 kN/m3. Sabendo que w = 15% e Gs = 2,7, determine:
Peso específico seco
Porosidade
Grau de saturação
12
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
13
Geotecnia I
O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu índice de vazios.
 para se saber o estado é necessário comparar o e com relação ao emax e emin .
 emax é obtido colocando-se cuidadosamente o material em um frasco, com uma queda controlada. Determina-se o peso específico e calcula-se o emax
 emin é obtido vibrando-se a areia dentro de um molde.
Os índices de vazios máximos e mínimos dependem das características das areias.
Descrição da areia
emin
emax
Areia uniformede grãos angulares
0,70
1,10
Areia bem graduada de grãosangulares
0,45
0,75
Areia uniforme de grãos arredondados
0,45
0,75
Areia bem graduada de grãos arredondados
0,35
0,65
- grãos angulares e mal graduados apresentam e_max.
13
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
14
Geotecnia I
Estando as duas areias com e = 0,65. Qual areia é mais compacta?
COMPACIDADE RELATIVA
Maior o CR; mais compacta é a areia
Maior o CR; mais compacta é a areia
CR_A = 0,83
CR_B = 0,166
14
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
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Geotecnia I
Quanto maior o CR, mais compacta é a areia.
CLASSIFICAÇÃO
CR
Areia fofa
abaixo de 0,33
Areia decompacidade média
entre0,33 e 0,66
Areia compacta
acimade 0,66
Areia compacta:
 
 maior resistência;
 deformabilidade
 
15
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
16
Geotecnia I
Exercício 2: 
No campo obteve-se que um solo arenoso foi compactado numa massa específica úmida de 1.720 g/cm3 e num teor de umidade de 9,0%. Em laboratório, determinou-se que Gs = 2,66, emax = 0,82 e emin = 0,42. Pede-se para determinar sua compacidade relativa quando compactado.
Tem-se o gama n ; acha-se o gama d; calcula-se o e ; e joga na eqç. De compacidade relativa.
- Ro_w = 1 g/cm³
- DR = 0,33
16
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
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Geotecnia I
Característica relacionada a firmeza, aderência e resistência.
A resistência das argilas é expressa por meio do ensaio de compressão simples, devido a isso tem-se:
CONSISTÊNCIA
RESISTÊNCIA,EMkPa
Muitomole
<25
Mole
25 a 50
Média
50 a 100
Rija
100 a 200
Muitorija
200 a 400
Dura
>400
 Arranjo entre os grãos;
 Índice de vazios.
Manuseio: Areia se desfaz ≠ Argila possui consistência
Ensaio de compressão simples (não confinado): ruptura de um CP (geralmente cilíndrico)
17
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
18
Geotecnia I 
 SENSITIVIDADE DA ARGILA
Resistencia da argila natural (Ri) > Resistência de argila amolgada (Ra)
e_i = e_A
Resistência medida pelo ensaio de compressão simples
Solos Sedimentares (arranjo estrutural das partículas)
Solo Residual (características da rocha mãe; ou sais depositados entre as partículas, causando efeito cimentante em solos lateríticos)
CP Amolgado = CP moldado (rompe-se a estrutura do solo e molda-o)
Maior a sensitividade; menor resistência amolgada
CP Amolgado = CP moldado (rompe-se a estrutura do solo e molda-o)
Maior a sensitividade; menor resistência amolgada
18
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
19
Geotecnia I
 SENSITIVIDADE DA ARGILA
SENSITIVIDADE
CLASSIFICAÇÃO
1
Insensitiva
1 a 2
Baixa sensitividade
2 a 4
Médiasensitividade
4a 8
Sensitiva
>8
Ultra-sensitiva(quickclay)
Indica que se argila vier a sofrer uma ruptura, sua resistência após esta ocorrência é bem menor.
Baixada Santista → Suporta um aterro natural de 1,5m → Após a ruptura (amolgada), não suporta mais do que 0,5m de altura.
 
- Maior a sensitividade; menor resistência amolgada
19
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
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Geotecnia I
 Índice de consistência
Estado em f(e) → f (w)
Da mesma forma que o e, por si só das areias não diz nada, o teor de umidade, por si só, não indica o estado das argilas.
(Limites de consistência)
 
wp
wp
wL
wL
w
w
Indica a posição relativa da umidade aos limites de mudança deestado.
Argila B
Argila A
Comportamento Semelhante:
Argila A (wL = 80) 
Argila B (wL = 50)
w = wL ; IC = 0
w < wP ; IC > 1
20
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
21
Geotecnia I
 Índice de consistência
 
CONSISTÊNCIA
ÍNDICEDE CONSISTÊNCIA
Mole
< 0,5
Média
0,5 a 0,75
Rija
0,75 a 1,0
Dura
> 1,0
 Exercício 3: Com os dados de uma argila apresentados a seguir, determine seu índice de consistência e sua sensitividade:
wnatural = 50%;
wL = 60%;
wP = 35%;
Rnatural = 82 kPa;
Ramolgado = 28 kPa. 
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PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
22
Geotecnia I
Para projetos de engenharia, deve ser feito um reconhecimento dos solos:
 Identificação;
 Avaliação do estado;
 Amostragem (ensaios de lab.)
 SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO (NBR-6484)
A sondagem consiste em dois tipo de operação: PERFURAÇÃO E AMOSTRAGEM.
PERFURAÇÃO ACIMA DO NÍVEL D’ÁGUA
 Furos com trado (10cm de diâmetro);
 Esforço da penetração dá ideia da consistência ou compacidade do solo;
- Utiliza-se tubo de revestimento para amostragem.
22
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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Geotecnia I
DETERMINAÇÃO DO NÍVEL D’ÁGUA
 Surgimento de água no interior da perfuração
 Registra-se a cota do N.A
 Ocorre elevação do N.A. → água sob pressão → nova cota
 Diferença de cota = pressão de água (ocorre geralmente em areias recobertas por argila, ou camadas de argila)
 Pressões influenciam na estabilidade de escavações
 Nivel de água varia durante o ano
23
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
24
Geotecnia I
PERFURAÇÃO ABAIXO DO N.A:
 Atingido o N.A a perfuração pode continuar com a técnica de circulação de água (percussão e lavagem);
 Uma bomba d’água injeta água na extremidade do tubo, através de uma haste;
 A água sai sobre pressão;
 Metro em metro ou com alteração do solo, recolhe-se amostra para identificação
 Perf. Lavagem + rápida que por trado (acima alteraria as condições de umidade) 
Percussão – batidas
Lavagem – por bomba d’água 
24
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
25
Geotecnia I
AMOSTRAGEM
 Na sondagem com amostrador padrão, utiliza-se um tubo com 50,8 mm de diâmetro externo e 34,9 mm de diâmetro interno, com extremidade cortante biselada.
25
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
26
Geotecnia I
AMOSTRAGEM
- Coleta de amostra de metro em metro.
- Exame tátil-visual
26
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
27
Geotecnia I
AMOSTRAGEM
 Martelo = 65kg;
 75 cm de queda livre;
 alteamento manual ou mecânico;
 penetração de 45cm.
Escavação do 1° metro (trado);
 Cravação (1,00-1,45m):
- Contagem de golpes para 15cm.
 Fase de avanço 
(1,45-2,00m):
Sondagem por PERCURSÃO
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PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
28
Geotecnia I
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard Penetration Test) – NBR 6484/97
Resitência do solo à penetração do amostrador 
Nº golpes  cravar cada trecho de 15 cm do amostrador;
Primeiros 15cm  desprezado 
Resistência à penetração  Nº de golpes para cravar 30cm;
Resistência a penetração = N SPT (relação direta com o estado do solo)
Solo Frágil (1 golpe penetra > 45 cm)  Ex.: 1 golpe / 58cm
- No caso do primeiro golpe ultrapassar os 45 cm; a NSPT= nº de golpes / prof. (cm) ; NSPT = 1/58 cm
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PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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Geotecnia I
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard Penetration Test) – NBR 6484/97
A cravação é interrompida antes dos 45cm quando:
em qualquer dos 3 segmentos de 15cm, o n° de golpes ultrapassar 30;
um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda cravação (impenetrável ao SPT);
 não se observar cravação durante 5 golpes consecutivos.
29
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
30
Geotecnia I
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard Penetration Test) – NBR 6484/97
Critérios de parada:
 quando, em 3m sucessivos, se obtiver 30 golpes para penetração dos 15 cm iniciais;
 quando, em 4m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 30cm iniciais;
 quando, em 5m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos 45cm.
30
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
31
Geotecnia I
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard Penetration Test)
Resistência à penetração (NSPT)
Compacidade da areia
0 a 4
Muito fofa
5 a 8
Fofa
9 a 18
Compacidade média
18 a 40
Compacta
Acima de 40
Muito compacta
Resistência à penetração (NSPT)
Consistência da argila
< 2
Muito mole
3 a 5
Mole
6 a 10
Consistência média
11 a 19
Rija
>19
Dura
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PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
32
Geotecnia I
SPT – NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS FUROS – NBR 8036/86
2 (duas) para área da projeção em planta do edifício até 200m²
3 (três) para área de projeção entre 200m² e 400m²
32
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
33
Geotecnia I
Número de Sondagens (NBR 8036/83)
NBR 8036/83 – Programação de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos para Fundações de Edifícios.
Área da Projeção do Edifício em Planta
Número de Sondagens
Até 1200m²
1 para cada 200m²
De 1200 a 2400m²
1 para cada 400m² que excederem 1200m²
Acima de 2400m²
Plano particular da obra
33
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
34
Geotecnia I
SPT – NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS FUROS - NBR 8036/86
 
PROFUNDIDADE DOS FUROS: deve considerar a profundidade provável das fundações e do bulbo de tensões gerados pela fundação prevista e as condições geológicas locais.
 
VANTAGENS DO SPT:
- Custo relativamente baixo;
 Facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso;
 Permite obter perfil estatigráfico do local e coleta amostras;
 Fornece o índice de resistência a penetração;
 Possibilita determinar o NSPT
34
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
35
Geotecnia I
Perfil de Sondagem
Qual é o numero do SPT?
35
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
36
Geotecnia I
Perfil de Sondagem
Até aonde ensaio realizado a percursão? 
Aonde começa a lavagem com bomba dágua?
36
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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Geotecnia I
Normas Referentes:
NBR 9603/1986 – Sondagem a trado
NBR 6484/2001 - Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio 
NBR 8036/1983 - Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios
Até aonde ensaio realizado a percursão? 
Aonde começa a lavagem com bomba dágua?
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OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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Geotecnia I - 2012
 CPT (Cone Penetration Test);
Ensaio Pressiométrico (PMT);
 Sondagem rotativa (rocha);
Dilatômetro de Marchetti (DMT)
 Ensaio de palheta (Vane Test).
Determinam parâmetros mais confiáveis que o SPT, mas não permitem coleta de amostras e são onerosos.
 CPT e PMT  equipamento que aplica tensão no solo (sem rotatividade)
Ensaio de Palheta  solos moles
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OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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Geotecnia I
 CPT (Cone Penetration Test)
- Medição da poropressão
39
OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
40
Geotecnia I
 SONDAGEM ROTATIVA
40
OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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Geotecnia I
 Dilatômetro de Marchetti (DMT)
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OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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Geotecnia I
Ensaio de palheta (Vane Test).
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