Aula Geo I_Índices Físicos

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Índices Físico
Pontifícia Universidade 
Católica de Goiás
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I
Profa. : Melina Freitas Rocha
Disciplina: Geotecnia 1
O ESTADO DO SOLOS
�Índices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de
três fases:
• Partículas sólidas;
• Água;
•Ar
O comportamento de um solo depende da quantidade relativa
de cada uma das três fases (sólidos, água e ar).de cada uma das três fases (sólidos, água e ar).
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I
O ESTADO DO SOLOS
�Índices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de
três fases:
• Partículas sólidas;
• Água;
•Ar
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I
� TEOR DE UMIDADE (w): 
• dependem do tipo de solo;
• dado em %;
• variam de 10 a 40%
• com exceções de solos muito secos e úmidos.
100
P
P
w
s
w ×=
ÍNDICES FÍSICOS
� 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.
s
v
V
V
e =
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I
� POROSIDADE (n):
• unidade em (%);
• varia de 30 a 70%;
• não pode ser 0 nem maior que 100%.
100
V
V
n v ×=
ÍNDICES FÍSICOS
� 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.
100
V
VS
v
w ×=
P
=γ
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I
• varia de 24 a 30 kN/m³.
� PESO ESPECÍFICO DA ÁGUA ((((γw):):):):
• unidade em (kN/m³);
• função da temperatura;
• valor adotado de 10 kN/m³.
s
s
s V
P
=γ
w
w
w V
P
=γ
ÍNDICES FÍSICOS
� PESO ESPECÍFICO NATURAL ((((γn):):):):
• unidade em (kN/m³);
• varia de 17 a 21 kN/m³;
• exceção argilas moles com 14 kN/m³.
� PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO ((((γd):):):):
• unidade em (kN/m³);
V
P
n =γ
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I
 
• 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.
V
Ps
d =γ
V
Psat
sat =γ
ÍNDICES FÍSICOS
� PESO ESPECÍFICO NATURAL ((((γsub):):):):
• unidade em (kN/m³);
• cálculos de tensões efetivas;
• da ordem de 10 kN/m³.
wnatsub γγγ −=
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I
� 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).
wnatsub γγγ −=
ÍNDICES FÍSICOS
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I • Vs = 1
• Vv = e
• Vw = S.e
ÍNDICES FÍSICOS
� RELAÇÕES DIRETAS:
� EQUAÇÕES DEDUZIDAS:
e
e
n
+
=
1
( )
e
ws
+
+
=
1
1γγ
e
s
d +
=
1
γγ
e
e ws
sat +
+
=
1
γγγ
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I
w
n
d +
=
1
γγ 1−=
d
se
γ
γ
w
s
e
wS
γ
γ
⋅
⋅
=
ÍNDICES FÍSICOS
� VALORES TÍPICOS
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ÍNDICES FÍSICOS
� TODAS EQUAÇÕES PODEM SER ESCRITAS EM 
TERMOS DE MASSA ESPECÍFICA (ρ)
ss
s ouG ρ
ρ
γ
γ
=
G
ou
e
s
d +
=
1
ρ
ρρ( )
( )wG
ou
e
ws
+
+
+
=
1
1
1
ρ
ρρ
Densidade relativa:
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ww
s ργ
e
G ws
d +
=
1
ρρ( )
e
wG ws
+
+
=
1
1ρρ
e
Gw
ou
e
e
ws
sat
ws
sat
+
+
=
+
+
=
1
)1(
1
ρρ
ρρρ
ÍNDICES FÍSICOS
Exercício 1: O peso específico natural de um solo 
é 16,5 kN/m3. Sabendo que w = 15% e Gs = 2,7, 
determine:
a) Peso específico seco
b) Porosidade
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b) Porosidade
c) Grau de saturação
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
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, 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.
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I
Os índices de vazios máximos e mínimos dependem das características das 
areias.
Descrição da areia emin emax
Areia uniforme de grãos angulares 0,70 1,10
Areia bem graduada de grãos angulares 0,45 0,75
Areia uniforme de grãos arredondados 0,45 0,75
Areia bem graduada de grãos 
arredondados
0,35 0,65
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
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I
Estando as duas areias com e = 0,65. Qual areia é mais
compacta?
( ) ( )
( ) ( )nnn
nnnCRouDr
−⋅−
−⋅−
=
1
1
minmax
maxmin
minmax
max
ee
eeCRouD natr
−
−
=
COMPACIDADE RELATIVA
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
Quanto maior o CR, mais compacta é a areia.
CLASSIFICAÇÃO CR
Areia fofa abaixo de 0,33
Areia de compacidade média entre 0,33 e 0,66
Areia compacta acima de 0,66
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Areia compacta:
maior resistência;
deformabilidade
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
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
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g/cm 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.
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
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, EM kPa
Muito mole <25
Mole 25 a 50
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Mole 25 a 50
Média 50 a 100
Rija 100 a 200
Muito rija 200 a 400
Dura >400
� Arranjo entre os grãos;
� Índice de vazios.
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
� SENSITIVIDADE DA ARGILA
Quando se manuseia as argilas, a resistência diminui, consistência
(amolgada), com índice de vazios constante, essa argila pode ter menor resist.
que no estado natural (indeformado). Esse fenômeno é conhecido como
sensitividade da argila.
adoamo
oindeformad
R
R
S
lg
=
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Resistência medida pelo ensaio de compressão simples.
adoamoR lg
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
� SENSITIVIDADE DA ARGILA
SENSITIVIDADE CLASSIFICAÇÃO
1 Insensitiva
1 a 2 Baixa sensitividade
2 a 4 Média sensitividade
4 a 8 Sensitiva
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4 a 8 Sensitiva
>8 Ultra-sensitiva (quick clay)
Indica que se argila vier a sofrer uma ruptura, sua resistência 
após esta ocorrência é bem menor.
Região dos mangues → natural aterro de 1,5m → amolgada 
0,5m
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
� Índice de consistência
Como a maioria das argilas encontra-se saturada, o seu estado 
costuma ser expresso pelo teor de umidade.
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)
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I
(Limites de consistência)
wp
wp
wL
wL
w
w
Indica a posição relativa da
umidade aos limites de mudança
de estado.
pL
L
ww
wwIC
−
−
=
Argila B
Argila A
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
� Índice de consistência
CONSISTÊNCIA ÍNDICE DE 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
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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. 
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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)
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I
� SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO (NBR-6484)
A sondagem consiste em dois tipo de operação: PERFURAÇÃO E
AMOSTRAGEM.
PERFURAÇÃOACIMA 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.
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
PERFURAÇÃOABAIXO 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;
� Quando ocorre alteração do solo, recolhe-se amostra
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� Quando ocorre alteração do solo, recolhe-se amostra
para um identificação prévia.
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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.
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PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
AMOSTRAGEM
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I - Coleta de amostra de 
metro em metro.
- Exame tátil-visual
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
AMOSTRAGEM
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- 65kg;
- 75 cm de queda livre;
- alteamento manual;
- 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):
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard
Penetration Test) – NBR 6484/97
� Durante a cravação são anotados os golpes para cravar
cada trecho de 15 cm do amostrador;
� O primeiro 15cm é desprezado e define-se resistência à
penetração como sendo o número de golpes necessários para
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penetração como sendo o número de golpes necessários para
cravar 30cm do amostrador;
� Resistência a penetração = N SPT (relação direta com o
estado do solo)
�A cravação é interrompida antes dos 45cm quando:
- em qualquer dos 3 segmentos de 15cm, o n° de golpes
ultrapassar 30;
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard
Penetration Test) – NBR 6484/97
- um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda
cravação (impenetrável ao SPT);
- não se observar cravação durante 5 golpes
consecutivos.
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consecutivos.
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.
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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 
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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
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
SPT (Standard Penetration Test)
C:\Users\MELINA\Desktop\Projetos\Sond 134-08\SPT01.xls
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C:\Users\MELINA\Desktop\Projetos\Sond 134-08\SPT02.xls
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
SPT – NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS
FUROS
NBR 8036/83 – Programação de sondagens de simples reconhecimento
dos solos para fundações de edifícios
- NÚMERO DE FUROS: f (área projetada da construção)
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PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
SPT – NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS
FUROS – NBR 8036/86
- LOCAÇÃO DOS FUROS: devem cobrir toda a área
carregada. A distância entre furos não deve ser superior a 30 m.
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PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
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:
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VANTAGENS DO SPT:
- Custo relativamente baixo;
-Facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil
acesso;
- Permite obter o perfil estatigráfico do local e coletar amostras;
- Fornece o índice de resistência a penetração;
- Possibilita determinar o NSPT
OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO 
SUBSOLO
� CPT (Cone Penetration Test);
� Sondagem rotativa (rocha);
Determinam parâmetros mais confiáveis que o SPT, mas
não permitem coleta de amostras e são onerosos.
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I
 
-
2
0
1
2
� Sondagem rotativa (rocha);
� Ensaio Pressiométrico (PMT);
� Dilatômetro de Marchetti (DMT);
� Ensaio de palheta (Vane Test).
OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO 
SUBSOLO
� CPT (Cone Penetration Test)
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OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO 
SUBSOLO
� SONDAGEM ROTATIVA
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OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO 
SUBSOLO
� Dilatômetro de Marchetti (DMT)
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OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO 
SUBSOLO
�Ensaio de palheta (Vane Test).
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