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CURSO TÉCNICO EM EDIFICAÇÕES MECÂNICA DOS SOLOS Apostila de Conceitos, Exercícios e Orientações Práticas. Profa. Dra. Joseleide Pereira da Silva Antunes Brasília/DF 2020 2 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos APRESENTAÇÃO A mecânica dos solos é um estudo dentro da construção civil que procura prever o comportamento de maciços terrosos quando sujeitos a solicitações de sobrecargas e/ou alívios, decorrentes de obras de engenharia. Todas as obras de engenharia civil, de uma forma ou de outra, apoiam-se sobre o solo, e muitas delas, além disso, utilizam o próprio solo como elemento de construção, como por exemplo as barragens e os aterros. Portanto, a estabilidade e o comportamento funcional e estético da obra serão determinados, em grande parte, pelo desempenho dos materiais usados nos maciços terrosos e dos dimensionamentos realizados pelo conhecimento deste solo de suporte. Karl Terzaghi é internacionalmente reconhecido como o fundador da mecânica dos solos, pois seu trabalho sobre adensamento de solos é considerado o marco inicial deste novo ramo da ciência na engenharia. Para os técnicos em edificações, o conhecimento da mecânica dos solos é ainda mais prático, pois um dos ramos de atividade é especificamente realizar em laboratório o estudo por meio de ensaios que caracterizam estes solos. Nesta apostila abordaremos os conceitos, as normas técnicas, exercícios e procedimentos dos ensaios necessários à caracterização dos solos em laboratório. O produto principal, desta componente “Mecânica dos Solos” no curso de edificações, é o conhecimento adquirido na prática de laboratório e na construção de um relatório técnico de caracterização de solos. https://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia_civil https://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia https://pt.wikipedia.org/wiki/Obra https://pt.wikipedia.org/wiki/Solo https://pt.wikipedia.org/wiki/Constru%C3%A7%C3%A3o https://pt.wikipedia.org/wiki/Barragem https://pt.wikipedia.org/wiki/Aterramento_mar%C3%ADtimo https://pt.wikipedia.org/wiki/Estabilidade https://pt.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A9tico https://pt.wikipedia.org/wiki/Karl_von_Terzaghi https://pt.wikipedia.org/wiki/Ci%C3%AAncia 3 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos SUMÁRIO ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS .............................................................................................. 6 1 1.1 Conceito de Solo .......................................................................................................................... 6 1.2 Tipos de Rochas .......................................................................................................................... 6 a) Rochas ígneas ou magmáticas: ...................................................................................................... 7 b) Rochas metamórficas: .................................................................................................................... 8 c) Rochas sedimentares ...................................................................................................................... 8 1.3 Intemperismo ............................................................................................................................... 9 a)Intemperismo Físico: ........................................................................................................................ 9 b) Intemperismo Químico: ................................................................................................................... 9 c) Intemperismo Biológico: .................................................................................................................. 9 1.4 Composição Química e Mineralógica dos Solos .......................................................................... 9 a) Silicatos: ........................................................................................................................................ 10 b) Óxidos ........................................................................................................................................... 10 c) Carbonatos .................................................................................................................................... 10 d) Sulfatos ......................................................................................................................................... 10 1.5 Solos Residuais, Transportados e Orgânicos ............................................................................ 10 a)Solos residuais: .............................................................................................................................. 10 b) Solos transportados: ..................................................................................................................... 11 c) Solos orgânicos ............................................................................................................................. 11 1.6 Erosão dos Solos ....................................................................................................................... 12 a)Erosão Laminar .............................................................................................................................. 12 b)Erosão Linear: ................................................................................................................................ 12 PROPRIEDADE DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS DO SOLO .............................................................. 13 2 2.1 Elementos Constituintes do Solo ............................................................................................... 13 a) Partículas sólidas .......................................................................................................................... 13 b) Água: ............................................................................................................................................. 13 c) Gases: ........................................................................................................................................... 14 2.2 Estrutura do Solo ....................................................................................................................... 14 2.3 Peso Específico das Partículas (g) ............................................................................................ 15 2.4 Superfície Específica ................................................................................................................. 15 2.5 Textura dos Solos ...................................................................................................................... 15 2.6 Amostragem ............................................................................................................................... 16 ESTADO DOS SOLOS ..................................................................................................................... 17 3 4 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos 3.1 Índices Físicos ........................................................................................................................... 17 a ) Fase sólida ................................................................................................................................... 17 b) Fase líquida ................................................................................................................................... 17 c) Fase gasosa .................................................................................................................................. 17 3.2 Teor de Umidade (W) ................................................................................................................. 19 3.3 Índice de Vazios (e) ...................................................................................................................20 3.4 Porosidade () ........................................................................................................................... 20 3.5 Massa Específica () ................................................................................................................. 20 3.5.1 Massa Específica do Solo Seco (s ou d) ......................................................................... 20 3.5.2 Massa Específica do Solo Saturado (sat) .......................................................................... 21 3.6 Massa Específica Submersa (sub) ............................................................................................ 21 3.7 Massa Específica dos Sólidos ou Solo Seco (s ou ) .............................................................. 21 3.8 Massa Específica da Água (w) ................................................................................................. 22 3.9 Peso Específico ......................................................................................................................... 22 3.10 Peso Específico Aparente do Solo ou Peso Específico Aparente do Solo Natural (nat ou n ou) 22 3.11 Peso Específico Aparente do Solo Seco (s ou d) .................................................................... 22 3.12 Peso Específico da Água (w) .................................................................................................... 23 3.13 Peso Específico Real dos Grãos ou das Partículas (g) ............................................................ 23 3.14 Peso Específico do Solo Saturado (sat) .................................................................................... 23 3.15 Peso Específico do Solo Submerso (sub) .................................................................................. 23 3.16 Grau de Saturação (S ou Sr) ...................................................................................................... 23 3.17 Densidade Relativa das Partículas (Gs) ..................................................................................... 24 3.18 Fórmulas de Correlação ............................................................................................................. 24 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS ............................................................................ 25 4 4.1 Amostragem ............................................................................................................................... 25 4.1.1 Amostra Deformada ............................................................................................................ 25 4.1.2 Amostra Indeformada ......................................................................................................... 27 4.2 Ensaio Táctil e Visual ................................................................................................................. 32 4.2.1 Classes de Solos ................................................................................................................ 32 4.2.2 Características Dos Solos ................................................................................................... 33 4.2.3 Identificação ........................................................................................................................ 35 5 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos 4.2.4 Testes para a Identificação dos Finos ................................................................................ 35 6 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS 1 1.1 CONCEITO DE SOLO O significado da palavra solo não é o mesmo para todas as ciências que estudam a natureza. Para fins de Engenharia Civil, ele é definido como uma mistura natural de um ou diversos minerais (às vezes com matéria orgânica) que podem ser separados por processos mecânicos simples, tais como, agitação em água ou manuseio. Em outras palavras, o solo é todo material que possa ser escavado, sem o emprego de técnicas especiais, como, por exemplo, explosivos. O solo também pode ser definido como o agregado não cimentado de grãos minerais e matéria orgânica decomposta, com líquido e gás nos espaços vazios entre as partículas sólidas. Ou seja, esse material forma a fina camada superficial que cobre quase toda a crosta terrestre e no seu estado natural apresenta-se composto de partículas sólidas (com diferentes formas e tamanhos), líquidas e gasosas. Para a Engenharia Civil, a necessidade do conhecimento das propriedades do solo vai além do seu aproveitamento como material de construção, pois o solo exerce um papel especial nas obras de Engenharia, uma vez que cabe a ele absorver as cargas aplicadas na sua superfície, e mesmo interagir com obras implantadas no seu interior. Todas as obras de Engenharia Civil se assentam sobre o terreno e, por isso, requerem que o comportamento do solo seja devidamente considerado. Assim, pode-se dizer que a Mecânica dos Solos estuda o comportamento do solo quando submetidos a tensões (como nas fundações) ou quando aliviados (como nas escavações) ou perante o escoamento de água nos seus vazios. 1.2 TIPOS DE ROCHAS A terra tem uma forma, aproximadamente, esférica sendo formada por três camadas com espessuras diferentes, como mostrado na Figura 1 e, com composição e natureza física variada. Das três camadas, apenas, uma pequena espessura da parte superficial da crosta terrestre tem interesse à engenharia civil, pois é onde estão os solos e as rochas que são utilizadas como material de construção e como suporte de estruturas. Figura 1 – Esquema simplificado da terra. 7 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos A litosfera, a camada superficial e sólida da Terra, é composta por rochas, que, por sua vez, são formadas por um ou mais minerais. Seu processo de formação é contínuo e as primeiras rochas surgiram após a formação e resfriamento da Terra. A forma mais conhecida de classificação é quanto à sua origem, isto é, a partir do processo que resultou na formação dos seus diferentes tipos. Nessa divisão, existem três tipos principais: as rochas ígneas ou magmáticas, as rochas metamórficas e as rochas sedimentares. a) Rochas ígneas ou magmáticas: são aquelas que se originam a partir da solidificação do magma. Elas costumam apresentar uma maior resistência e subtipos geologicamente recentes e de formações antigas. Elas dividem-se em dois tipos: a.1)Rochas ígneas extrusivas ou vulcânicas: são aquelas que surgem a partir do resfriamento do magma expelido em forma de lava por vulcões, formando a rocha na superfície e em áreas oceânicas. Como nesse processo a formação da rocha é rápida, ela apresenta características diferentes das rochas intrusivas. Um exemplo é o basalto (Figura 2). Figura 2 - Processo de constituição do basalto a partir da lava vulcânica a.2) Rochas ígneas intrusivas ou plutônicas: são aquelas que se formam no interior da Terra, geralmente nas zonas de encontro entre a astenosfera e a litosfera, em um processo constitutivo mais longo. Elas surgem na superfície somente através de afloramentos, que se formam graças ao movimento das placas tectônicas, como ocorre com a constituição das montanhas. Exemplo: gabro (Figura 3). Figura 3 - O gabro é um exemplo de rocha ígnea intrusiva 8 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos b) Rochas metamórficas: são as rochas que surgem a partir de outros tipos de rochas previamente existentes (rochas-mãe) sem que essas se decomponham durante o processo, que é chamado de metamorfismo. Quando a rocha original é transportada para outro ponto da litosfera que apresenta temperatura e pressão diferentes do seu local de origem, ela altera as suas propriedades mineralógicas,transformando-se em rochas metamórficas. Exemplo: mármore (Figura 4). Figura 4 - O mármore surge a partir do metamorfismo do calcário. c) Rochas sedimentares: são rochas que se originam a partir do acúmulo de sedimentos, que são partículas de rochas. Uma rocha preexistente sofre com as ações dos agentes externos ou exógenos de transformação do relevo, desgastando-se e segmentando-se em inúmeras partículas (meteorização); em seguida, esse material (pó, argila, etc.) é transportado pela água e pelos ventos para outras áreas, onde se acumulam e, a uma certa pressão, unem-se e solidificam-se novamente (diagênese), formando novas rochas. Esse tipo de constituição rochosa, em certos casos, favorece a preservação de fósseis, que, por esse motivo, só podem ser encontrados em rochas sedimentares. Além disso, nas chamadas bacias sedimentares, é possível a existência de petróleo, recurso mineral muito importante para a sociedade contemporânea. Exemplo: calcário (Figura 5). Figura 5 - O calcário é uma rocha sedimentar. Ao longo da história geológica da Terra, as rochas se formam e se modificam constantemente. Rochas antigas são transformadas em rochas novas. É o chamado "ciclo das rochas" (Figura 6). 9 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Figura 6 - Ciclo das Rochas. 1.3 INTEMPERISMO O intemperismo é o processo de transformação e desgaste das rochas ao longo do tempo, através de processos químicos, físicos e biológicos, e que geralmente formam o solo. Sua dinâmica acontece através da ação dos chamados agentes externos de transformação; como o relevo, a água, o vento, a temperatura e os seres vivos. Fortemente influenciado por condicionantes externos como o clima, o intemperismo acontece em três tipos diferentes: o intemperismo físico, o intemperismo químico e o intemperismo biológico. a)Intemperismo Físico: corresponde à quebra das rochas devido à grande variação de temperatura do ambiente, pelo congelamento da água nas frestas das rochas, através da cristalização de determinados sais ou outros processos que fragmentam as rochas sem alterar a sua estrutura química. b) Intemperismo Químico: O intemperismo é químico quando a desagregação das rochas ocorre por reações químicas, o que altera suas estruturas e provoca modificações nos seus constituintes minerais. A água é o seu principal agente, pois penetra por capilaridade nas rochas e reage com os componentes da estrutura mineral. c) Intemperismo Biológico: é a decomposição das rochas provocadas pelas bactérias, fungos, plantas e até mesmo pelos seres humanos. 1.4 COMPOSIÇÃO QUÍMICA E MINERALÓGICA DOS SOLOS Os Minerais encontrados nos solos são os mesmos das rochas de origem, além de outros que se formam na decomposição. 10 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Mineral é uma substância inorgânica e natural, com composição química e estrutura definida. Das suas propriedades físicas de maior interesse para a engenharia, destacam-se a densidade e a dureza. A dureza de um mineral refere-se, por comparação, ao número indicativo da conhecida escala de Mohs (Figura 7), onde um elemento risca todos os precedentes e é riscado pelos subsequentes: Figura 7 - Escala de Mohs. Quanto à composição química dos principais minerais componentes dos solos grossos, podemos agrupa-los em: a) Silicatos: feldspato, mica, quartzo, serpentina, clorita, talco; b) Óxidos: hematita, magnetita, limonita; c) Carbonatos: calcita, dolomita; d) Sulfatos: gesso, anidrita; Quanto aos solos finos (argilas), apresentam uma complexa constituição química. A sua análise revela serem constituídas basicamente de sílica (SiO2). 1.5 SOLOS RESIDUAIS, TRANSPORTADOS E ORGÂNICOS De acordo com a sua origem, os solos se dividem em: solos residuais, solos transportados e solos orgânicos. a)Solos residuais: são aqueles que permanecem no local de sua formação sobre a rocha de origem. O tamanho de suas partículas aumenta de cima para baixo (Figura 8). Para que ocorram os solos residuais, é necessário que a velocidade de decomposição de rocha seja maior que a velocidade de remoção pelos agentes externos. Nas regiões tropicais a velocidade de composição das rochas é elevada, motivo pelo qual encontramos grandes quantidades de solos residuais no Brasil. As camadas dos solos residuais originam as diferenciações abaixo: 11 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos a.1)solo residual maduro - superficial, e que perdeu toda a estrutura original da rochamãe, tornando-se relativamente homogêneo; a.2)saprolito - mantém a estrutura original da rocha-mãe, mas perdeu a consistência de rocha, também conhecido como solo residual jovem ou solo de alteração de rocha. Solo proveniente da desintegração de rocha, in situ, pelos diversos agentes geológicos. É descrito pela respectiva textura, plasticidade e consistência ou compacidade, sendo indicados ainda o grau de alteração e, se possível, a origem de rocha. a.3)rocha alterada - horizonte em que a alteração progrediu ao longo de fraturas ou zonas de menor resistência, deixando intactos grandes blocos da rocha original. Solos residuais de basalto são predominantemente argilosos, os de gnaisse são siltosos, os de granito apresentam teores aproximadamente iguais de areia média, silte e argila. Figura 8 – Perfil do solo residual. b) Solos transportados: são divididos de acordo com o agente de transporte: Aluvionares: são solos cujas partículas são transportadas pela água e se sedimentam quando a velocidade desta diminui. Coluvionares: são aqueles transportados por gravidade. Localizam-se nos pés dos montes, sendo chamados de depósitos coluviais ou tálus. Glaciais: transportados por geleiras. Eólicos: transportados pelo vento. Aterros: transportados pelo homem. c) Solos orgânicos: são formados pela mistura de matéria orgânica, animal ou vegetal, com sedimentos pré-existentes. Ocorrem em locais característicos, mais favoráveis ao acúmulo de matéria orgânica: áreas adjacentes aos rios, várzeas, baixadas litorâneas, depressões (pântanos, etc). Os solos orgânicos são problemáticos para construção por serem muito compressíveis. Em algumas formações de solos orgânicos ocorre uma importante concentração de folhas e caules em processo de decomposição, formando as turfas (matéria orgânica combustível). 12 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Cada solo pode apresentar teor de matéria orgânica, oriundo de restos vegetais e animais. São de fácil identificação, pois possuem cor escura e odor característico. A norma D2487 da ASTM classifica como solo orgânico àquele que apresenta LL de uma amostra seca em estufa menor que 75% do LL de uma amostra natural sem secagem em estufa. Geralmente são problemáticos, devido à sua grande compressibilidade. Apresentam elevados índices de vazios. As turfas são solos orgânicos com grande porcentagem de partículas fibrosas de material carbonoso (folhas e caules) ao lado de matéria orgânica no estado coloidal. Esse tipo de solo pode ser identificado por ser fofo e não plástico e ainda combustível 1.6 EROSÃO DOS SOLOS A Erosão é um processo de transformação dos solos oriundo das ações dos agentes externos ou exógenos que consiste no desgaste na superfície terrestre, prosseguido pelo transporte e deposição de sedimentos. Trata-se de um procedimento natural, entretanto, a ação humana contribui para a sua intensificação. O processo descontrolado de erosão traz grandes prejuízos para o meio ambiente, pois atua no desgaste do solo, dificulta a manutenção de espécies de animais e vegetais, além de atrapalhar as atividades humanas. Pela forma, podemos citar: a)Erosão Laminar: Processo inicial do arrasta de partículas ou lavagem superficial dos solos, também chamado de lixiviação. b)Erosão Linear: As erosões possuem vários estágios, dependendo do nível de profundidade e da gravidadede sua ocorrência. Elas se intensificam com o processo de ação das chuvas e dos ventos, surgindo algumas “linhas” denominadas sulcos, marcadas sobre a superfície. Quando os agentes modeladores continuam atuando na intensificação desse processo, ocorre a formação de ravinas (erosões mais profundas, Figura 9), voçorocas (extremamente profunda, Figura 10) e piping (quando a erosão atinge o lençol freático). Figura 9 – Ravinas. Figura 10 – Voçorocas. Entre as ações humanas que causam a formação de processos erosivos destaca-se a retirada das vegetações, que exercem a função de conter a força das águas e dos ventos (atuando como uma espécie de obstáculo) e ajudam a manter a firmeza do solo, através de suas raízes. 13 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos No meio urbano, as erosões acontecem em razão da falta de planejamento, com a formação de ruas que ocupam verticalmente toda uma vertente, por exemplo. Durante as chuvas, a enxurrada desce a vertente com muita velocidade, formando buracos em seu percurso e formando ravinas e voçorocas na porção inferior das vertentes, geralmente próximas a cursos d’água. PROPRIEDADE DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS DO SOLO 2 2.1 ELEMENTOS CONSTITUINTES DO SOLO O solo é um conjunto de partículas sólidas que deixam espaços vazios entre si, sendo que estes vazios podem estar preenchidos com água, com gases (normalmente o ar), ou com ambos. a) Partículas sólidas: As partículas sólidas dão características e propriedades ao solo conforme sua forma, tamanho e textura. A forma das partículas tem grande influência nas suas propriedades. As principais formas das partículas são (Figura 11): a.1) Equidimensionais – são irregulares, normalmente devido ao transporte sofrido quando da ação da água podendo variar conforme a superfície em: angulares, sub-angulares, sub- arredondada, arredondada. Exemplo de solos: areias, siltes e pedregulhos. a.2) Lamelares – possuem duas dimensões predominantes, típicas de solos argilosos. Esta forma das partículas das argilas responde por alguma de suas propriedades, como por exemplo, a compressibilidade e a plasticidade, esta última, uma das características mais importantes. a.3) Fibrilares – possuem uma dimensão predominante. São típicas de solos orgânicos. Figura 11 – Forma das Partículas. b) Água: A água contida no solo pode ser classificada em (Figura 12): b.1) Água higroscópica - a que se encontra em um solo úmido ou seco ao ar livre, ocupando os vazios do solo, na região acima do lençol freático. Pode ser totalmente eliminada quando submetida a temperaturas acima de 100ºC. b.2) água adsorvida - também chamada de água adesiva, é aquela película de água que envolve e adere fortemente às partículas de solos muito finos (argila), devido à ação de forças elétricas desbalanceadas na superfície dos argilominerais sólida. b.3) água de constituição - é a que faz parte da estrutura molecular da partícula sólida. b.4) água capilar - é a que, nos solos finos, sobe pelos vazios entre as partículas, até pontos acima do lençol freático (ascensão capilar). Pode ser totalmente eliminada quando submetida a temperaturas acima de 100ºC. b.5) água livre - é aquela formada pelo excesso de água no solo, abaixo do lençol freático, e que preenche todos os vazios entre as partículas sólidas. Pode ser totalmente eliminada quando submetida a temperaturas acima de 100ºC. 14 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Figura 12 – Água contida no solo. c) Gases: Dependendo do tipo de solo e das suas propriedades (principalmente porosidade), podemos ter os vazios preenchidos com ar, vapor d´água e carbono combinado. Em algumas regiões pantanosas (EUA), podemos ter gases (alguns tóxicos) preenchendo estes vazios. 2.2 ESTRUTURA DO SOLO Denomina-se estrutura dos solos a maneira pela qual as partículas minerais de diferentes tamanhos se organizam. A estrutura de um solo possui um papel fundamental em seu comportamento, seja em termos de resistência ao cisalhamento, compressibilidade ou permeabilidade. Os solos finos possuem o seu comportamento governado por forças elétricas, enquanto os solos grossos têm na gravidade o seu principal fator de influência. A figura 13 ilustra algumas das estruturas típicas desses solos. SOLOS GROSSOS SOLOS FINOS Areia Compacta Estrutura Floculada Areia Fofa Estrutura Dispersa Figura 13 – Estruturas dos solos grossos e finos. 15 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos 2.3 PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS (G) O peso específico das partículas (g) de um solo é, por definição a relação entre o peso das partículas sólidas (Ps) e o volume das partículas sólidas (Vs). Varia pouco de um solo a outro, oscilando entre 25 e 29 kN/m3, tendo valor menor para um solo com elevado teor de matéria orgânica, e valor maior para solo rico em óxido de ferro. 2.4 SUPERFÍCIE ESPECÍFICA Denomina-se superfície específica de um solo a soma da área de todas as partículas contidas em uma unidade de volume ou peso. A superfície específica dos argilo-minerais é geralmente expressa em unidades como m2/m3 ou m2/g. Quanto maior o tamanho do mineral menor a superfície específica do mesmo, e esta diretamente ligada as propriedade do solo como: estrutura, plasticidade, coesão, etc. (Figura 14). Figura 14 – Superfície específica. 2.5 TEXTURA DOS SOLOS Entende-se por textura o tamanho relativo e a distribuição das partículas sólidas que formam os solos. Cabe destacar, que existem diversas formas de classificação dos solos, na engenharia é mais utilizada à classificação quanto ao tamanho dos grãos (Figura 15). O estudo da textura dos solos é realizado por intermédio do ensaio de granulometria e identificado no ensaio visual e táctil, dos quais falaremos adiante. Pela textura os solos podem ser classificados em dois grandes grupos: solos grossos (areia, pedregulho, matacão) e solos finos (silte e argila). Esta divisão é fundamental no entendimento do comportamento dos solos, como já estudado, o tipo de intemperismo influencia na textura e estrutura do solo, partículas com dimensões até 0,001mm são obtidos por intemperismo físico e as partículas menores que 0,001mm provém do intemperismo químico. Figura 15 – Escala Granulométrica da ABNT NBR 6502 de 1995. 16 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos 2.6 AMOSTRAGEM Amostragem é o processo realizado in situ para a retirada de amostras em diferentes situações; para isso, devem ser usadas ferramentas apropriadas a cada situação. A amostra deve ser representativa do solo de onde foi retirada; uma amostra é considerada representativa de uma população, de onde foi extraída, quando tem as mesmas características dessa população, no que diz respeito às variáveis que estão sendo estudadas, mesmo levando em consideração as pequenas discrepâncias encontradas nos processos de amostragem. Como o solo, em decorrência de seu processo de formação, é um material heterogêneo a amostra retirada em um dado ponto e cota é representativa da natureza do solo, daquele ponto e cota e, da condição atual no momento em que foi amostrado. Como há sempre o interesse de se trabalhar com um material homogêneo, que tem soluções mais simples, é preciso que o programa de investigação defina um número de pontos e cotas, para amostragem, que possibilite depois um estudo estatístico dos resultados. No Capítulo mais as frentes estudarão os métodos de investigação do solo, por hora trataremos dos conceitos de amostragem. É essencial na amostragem que a localização dos pontos, em planta, e das cotas de ondeforam retiradas as amostras fiquem bem determinadas em relação a uma referência que não poderá ser destruída durante a construção da obra. A Figura 16, à esquerda, mostra a localização, em planta, dos pontos de onde foram retiradas as amostras representativas; a linha a. será considerada como referência para a localização dos pontos e o ponto A sobre essa linha, de cota arbitrada será tomado como a referência de nível. Na mesma Figura, à direita, estão mostradas as posições de retirada das amostras em perfil. Figura 16 – Localização das amostras: planta e perfil. 17 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos As amostras representativas podem ser de dois tipos: deformadas e indeformadas; a amostra deformada deve ser representativa do solo quanto às características naturais, não deve conter elementos que não entraram na formação do solo e como principal caraterística a desagregação estrutural, enquanto que, a amostra indeformada, além das características naturais deve, também, representar as condições atuais do solo, no momento da investigação, ou seja, manter intacta a estrutura natural do solo amostrado (Figura 17). Figura 17 – Amostras deformadas e indeformadas. ESTADO DOS SOLOS 3 3.1 ÍNDICES FÍSICOS Na Mecânica dos Solos, os índices físicos são utilizados na caracterização das condições do solo, em um dado momento, que pode ser alterado ao longo do tempo. O comportamento de um solo depende das quantidades relativas de cada uma das fases constituintes, como já explicado acima, o solo é composto por partículas sólidas que apresentam vazios entre si. Estes vazios podem estar preenchidos por água e/ou ar (Figura 18). Assim, temos 3 fases: a ) Fase sólida – formada por partículas sólidas; b) Fase líquida – formada pela água; c) Fase gasosa – formada pelo ar (vapor, gases). 18 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Figura 18 – Constituição do Solo. Chamamos de índices físicos as relações entre estas fases. Os Índices Físicos são definidos como grandezas que expressam as proporções entre Pesos e Volumes nas três fases constituintes do solo: sólidos, líquido e ar, para caracterizar o estado do solo (Figura 19). (a) (b) (c) Figura 19 – Representação esquemática do solo. A figura (a) mostra um corte longitudinal de uma amostra indeformada, com os elementos componentes de cada uma das fases; na figura (b) os elementos foram idealmente separados e, na figura (c) a água e o ar aparecem como representantes das fases líquida e gasosa, respectivamente, este esquema é muito usado na representação de uma amostra de solo e atende a uma conveniência didática para a definição dos índices físicos e, para a obtenção das equações de correlação entre eles. A simbologia usada para representar o volume e a massa de cada fase será usada na definição dos índices físicos e, também, sempre que necessário em qualquer parte do texto. - Grandezas Envolvidas: - VOLUME (cm3; dm3; m3) - MASSA (g; kg; t) Vt – volume total Mt – massa total Vs – volume das partículas sólidas Ms – massa das partículas sólidas Vw – volume da água Mw – massa da água Vt Mt 19 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Va – volume do ar Ma – massa do ar* Vv – volume de vazios Mv – massa de vazios - PESO (N; kN) Pt – peso total Ps – peso das partículas sólidas Pw – peso da água Pa – peso do ar* Pv – peso dos vazios *massa e peso do ar considerada desprezível. - Relações Matemáticas e Físicas: 1)Peso = Massa x Aceleração da gravidade => Peso (N) = Massa (kg) x Gravidade (10m/s2) => P = M x 10 2) Vt = Vs + Vw + Va 3) ) VV = Vw + Va => Vt = Vs + VV 3) Mt = Ms + Mw + Ma ->(Ma é desprezível -> Ma=0) => Mt = Ms + Mw Os valores calculados com essas relações, ao longo do tempo podem ser alterados e por isso os índices físicos caracterizam as condições de um solo em um dado momento. Os nomes, os símbolos e as unidades devem ser de conhecimento pleno e estarem incorporados ao vocabulário de uso diário do geotécnico. Devemos ter em mente os diversos estados que um solo pode estar sujeito, sendo afetados por fatores naturais (chuvas, insolação) ou não (compactação mecânica, cortes, aterros). Assim, por exemplo, após um período chuvoso, um determinado solo apresentará um estado em que os vazios serão preenchidos pela água, e o ar anteriormente presente será expulso. No verão, após a evaporação da água, este mesmo solo apresentará um novo estado, com o ar penetrando nos vazios deixados pela água. 3.2 TEOR DE UMIDADE (W) É a relação entre a massa ou o peso da água contida no solo e a massa ou o peso de sua fase sólida, expressa em percentagem (%). Sendo: Mt = Ms + Mw => Mw = (Mt - Ms) 20 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos A umidade varia teoricamente de 0 a . Os maiores valores conhecidos no mundo são os de algumas argilas japonesas que chegam a 1400%. Em geral os solos brasileiros apresentam umidade natural abaixo de 50%. Se apresentar matéria orgânica, esta umidade pode aumentar muito, podendo chegar até a 400% em solos turfosos. 3.3 ÍNDICE DE VAZIOS (E) Indica variação volumétrica ao longo do tempo (história das tensões e deformações ocorridas no solo). É a relação entre o volume de vazios e o volume de sólidos. Embora possa variar, teoricamente, de 0 a , o menor valor encontrado em campo para o índice de vazios é de 0,25 (para uma areia muito compacta com finos) e o maior de 15 (para uma argila altamente compressível). É adimensional e o valor do índice de vazios é indicado com três casas decimais; é maior do que zero em seu limite inferior, enquanto não há um limite superior bem definido. 3.4 POROSIDADE () É a relação entre o volume de vazios e o volume total. Seu valor é expresso em percentagem, com uma casa decimal, variando no intervalo aberto 0 a 100%, pois não há solo sem vazios nem sem sólidos. 3.5 MASSA ESPECÍFICA () A massa específica do solo é a grandeza definida como a relação entre a massa e o volume de uma amostra de solo. Para a massa específica determinada em laboratório a unidade é o grama por centímetro cúbico, g/cm3; para transformá-la em peso específico usa-se o quilograma por metro cúbico, kg/m3. Dependendo do grau de saturação do solo são definidas três massas específicas: do solo seco, do solo não saturado e do solo saturado, pelas relações: 3.5.1 Massa Específica do Solo Seco (s ou d) Para S = 0% 21 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos 3.5.2 Massa Específica do Solo Saturado (sat) Para S = 100% Onde a grandeza Msat é a massa do corpo de prova com a água ocupando todo o volume de vazios, sendo que nenhuma das condições extremas levou em consideração a variação de volume do solo, devido à secagem ou saturação. 3) MASSA ESPECÍFICA DO SOLO NÃO-SATURADO OU NATURAL (NAT ou N ou ) Para 0% < S < 100% Para a massa específica determinada em laboratório a unidade é o grama por centímetro cúbico, g/cm3; para transformá-la em peso específico usa-se o quilograma por metro cúbico, kg/m3. 3.6 MASSA ESPECÍFICA SUBMERSA (SUB) Quando a camada de solo está abaixo do nível d'água freático, a massa específica do solo submerso é definida como a relação entre a massa do solo submerso e o seu volume. Por hora, iremos encontrá-la por meio de correlações apresentadas mais a frente do conteúdo. 3.7 MASSA ESPECÍFICA DOS SÓLIDOS OU SOLO SECO (S OU ) A massa específica dos sólidos é a relaçãoentre a massa e o volume dos sólidos, ambos para um mesmo volume de solo. Na Tabela 1, estão mostrados intervalos de variação da massa específica de diversos minerais, sendo o quartzo o mais comum nos solos. A massa específica dos sólidos deve ser dada com três casas decimais, quando a unidade é g/cm3. Tabela 1 – Massa específica de diferentes minerais, g/cm 3. Mineral s Mineral s Caulinita 2,600 a 2,650 Magnetita 5,200 Clorita 2,600 a 2,900 Mica 2,700 a 3,200 Feldspato 2,550 a 2,900 Montmorilonita 2,740 a 2,780 Ilmenita 4,500 a 5,000 Quartzo 2,650 a 2,670 22 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos 3.8 MASSA ESPECÍFICA DA ÁGUA (W) Na maior parte dos problemas encontrados na mecânica dos solos a massa específica da água, ρw, é considerada constante e igual a 1 g/cm³ ou 1.000 kg/m³, mesmo variando com a temperatura; em alguns ensaios de laboratório a variação do valor da massa específica da água com a temperatura deve ser considerada. 3.9 PESO ESPECÍFICO Os valores das grandezas utilizadas no cálculo da massa específica são obtidos no laboratório, em gramas e centímetros cúbicos; na prática da engenharia o cálculo de pressões torna-se mais simples usando-se o peso específico que é igual ao produto da massa específica pela aceleração da gravidade (g), cujo valor pode ser aproximado para 10 m/s2, sem que, com isso, ocorram erros sensíveis. Utilizando esta relação os pesos específicos, simbolizados pela letra grega , com os mesmos subscritos usado na definição das massas específicas. A unidade para o peso específico é o quilonewton por metro cúbico, kN/m3; se o valor da massa específica de um solo, obtida em laboratório, é igual a ρ = 1,650 g/cm3 = 1.650 kg/m3 o peso específico é igual a = 16.500 N/m3 = 16,5 kN/m3, adotando-se g = 10,0 m/s2. 3.10 PESO ESPECÍFICO APARENTE DO SOLO OU PESO ESPECÍFICO APARENTE DO SOLO NATURAL (NAT OU N OU) É a relação entre o peso total (Pt) e o volume total (Vt). A umidade (W) é diferente de zero. No campo, a determinação de pode ser feita entre outros métodos, pelo “processo do frasco de areia”. 3.11 PESO ESPECÍFICO APARENTE DO SOLO SECO (S OU D) É a relação entre o peso das partículas sólidas (Ps) e o volume total (Vt). A umidade (W) da amostra é retirada. A sua determinação é feita a partir do peso específico do solo natural (g) e da umidade (W). 23 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos 3.12 PESO ESPECÍFICO DA ÁGUA (W) É a relação entre o peso (Pw) e o volume da água (Vw). w = 1,00g/cm3 = 1,00kg/dm3 = 1,00t/m3 = 10,00kN/m3. 3.13 PESO ESPECÍFICO REAL DOS GRÃOS OU DAS PARTÍCULAS (G) É a relação entre o peso das partículas sólidas (Ps) e o volume das partículas sólidas (Vs). 3.14 PESO ESPECÍFICO DO SOLO SATURADO (SAT) Se o solo estiver saturado (S = 100%), ou seja, com todos os seus vazios preenchidos pela água, teremos peso específico saturado sat, 3.15 PESO ESPECÍFICO DO SOLO SUBMERSO (SUB) Se o solo, além de saturado, estiver submerso, as partículas sólidas sofrerão o empuxa da água, e o peso específico efetivo do solo será o sat menos o w,. Assim: sat = sat − sat = sat − 10kN/m 3. A distinção entre solos saturado e submerso pode ser observada no exemplo da figura 20, notando-se que um solo submerso é saturado, sem que a recíproca seja verdadeira. Figura 20 – Solos saturado e submerso (Caputo, 1988). 3.16 GRAU DE SATURAÇÃO (S OU SR) É a relação entre o volume de água (Vw) e o volume de vazios (Vv) de um solo, expressa em percentagem. 24 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Os extremos do intervalo de variação do grau de saturação representam condições particulares de um solo com apenas duas fases; o extremo inferior, S = 0%, é de um solo seco enquanto que o extremo superior, S = 100%, indica um solo saturado. Para qualquer valor do grau de saturação diferente dos extremos mostra a condição de um solo não saturado. 3.17 DENSIDADE RELATIVA DAS PARTÍCULAS (GS) É a relação entre o peso específico das partículas sólidas (g) e o peso específico da água (w). É adimensional. Para a maioria dos solos varia entre 2,50 e 3,00. 3.18 FÓRMULAS DE CORRELAÇÃO Dos todos os índices físicos três deles, massa específica do solo, a massa específica dos sólidos e o teor de umidade, são obtidos em ensaios de laboratório, enquanto os demais índices são calculados através das fórmulas de correlação. As fórmulas de definição dos índices físicos não são práticas para a utilização em cálculos e assim recorrem-se às fórmulas de correlação entre eles. Para a obtenção dessas fórmulas pode-se partir da hipótese de um volume de sólidos conhecido e depois utilizando as fórmulas de definição calcular o valor das ordenadas representativas do volume de solo e de cada uma das fases; para calcular a massa de água e a de sólidos basta multiplicar o volume por sua respectiva massa específica, enquanto a massa do solo é igual à soma das massas das fases líquida e sólida. Partindo outra vez das fórmulas de definição resultam as que correlacionam os índices físicos e, que conhecidos os valores de três deles é possível calcular os demais, na figura 21 estão mostradas as fórmulas obtidas. Figura 21 – Fórmulas de Correlações de índices. 25 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS 4 Os termos, identificação, descrição, caracterização e classificação, muitas vezes estão sendo usados para significar um mesmo procedimento, mas, têm significados diferentes, como enfatizou Burmister (1950). A identificação é o passo inicial para o conhecimento do solo; ela é feita com base nas características naturais do solo, que não se modificam com o tempo. As informações sobre o solo são obtidas com os testes tátil-visuais cujos resultados são, apenas, qualitativos e, usados em uma primeira denominação do solo. Terminada a identificação passa-se a fase de descrição das características do solo, com base no resultado dos testes realizados e, complementado com o maior número disponível de informações sobre ele. A caracterização é feita com base nos resultados quantitativos dos ensaios de caracterização, se o objetivo for à classificação do solo ou nos resultados de ensaios específicos para a definição do comportamento do solo sob condições diversas. A classificação é um procedimento adotado para dar ao solo um nome, mais específico que o recebido quando da identificação; para isso, é preciso adotar um sistema de classificação e ter os resultados dos ensaios exigidos pelo sistema (veremos este tema no próximo capítulo). 4.1 AMOSTRAGEM A representatividade do solo investigado através da amostra e o processo de realização de cada ensaio são condições fundamentais para a obtenção dos parâmetros necessários à sua caracterização. Tanto para a retirada de uma amostra quanto para a realização dos ensaios existe normas, que os regem e devem ser seguidas, para garantir a validade dos resultados. Para este procedimento a NBR 9604 – Abertura de Poço e Trincheira de Inspeção em Solo, com Retirada de Amostras Deformadas e Indeformadas. Dois tipos de amostras, deformadas e indeformadas, são usadas na realização dos ensaios de mecânica dos solos. 4.1.1 Amostra Deformada A amostra deformada é uma porção de solo desagregado e, deve ser representativa do solo que está sendo investigado, quanto à composição granulométrica e constituição mineral; ela será usada na identificação visual e tátil, nos ensaios de granulometria, limites de consistência, massa específica dos sólidos, compactação e na compactação de corpos de prova para ensaios de permeabilidade, compressibilidade e resistência ao cisalhamento.No local escolhido para a retirada da amostra é feita, inicialmente, uma limpeza na área, retirando a vegetação superficial, raízes e qualquer outra matéria estranha ao solo, para só depois iniciar o processo de coleta. Para amostragem até um metro abaixo da superfície do terreno é feita uma escavação, com uma ferramenta apropriada, até a cota de interesse e, em seguida, a amostra pode ser coletada. Entre um e seis metros de profundidade e, desde que o furo não precise ser revestido pode ser usado o trado concha ou cavadeira, enquanto que para profundidade maior que seis metros ou quando o furo precisar de revestimento será usado o trado helicoidal (Figura 22). 26 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Figura 22 – Tipos de trado: concha e helicoidal. Quando há a necessidade de um volume maior de amostra pode ser escavado um poço com um diâmetro que permita o trabalho do operador, como mostrado na Figura 23. Na folha do serviço de amostragem deve ser deixado um espaço para o desenho da planta da área investigada indicando–se nela os dados necessários à recuperação do local onde a amostra foi retirada. Para a estimativa da massa da amostra deformada é preciso definir inicialmente, que ensaios serão realizados e o número de cada um deles, bem como, o processo de preparação das amostras. Essa estimativa deve levar em consideração a eventual necessidade de refazer um ou mais ensaios e, também, outros fatores como distância do laboratório, transporte, possibilidade ou não de se realizar uma nova amostragem e os custos do serviço. Figura 23 – Locação do ponto de retirada das amostras. 27 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Segundo texto da NBR 9604: Figura 24 – Amostras deformadas em sacos plásticos. 4.1.2 Amostra Indeformada A amostra indeformada, geralmente de forma cúbica ou cilíndrica, deve ser representativa da estrutura e do teor de umidade do solo, na data de sua retirada, além da composição granulométrica e mineral; ela é usada para a determinação das características físicas do solo na condição atual, como: os índices físicos, o coeficiente de permeabilidade, os parâmetros de compressibilidade e os de resistência ao cisalhamento. Uma amostra indeformada pode ser retirada de diversas maneiras dependendo da profundidade da amostragem, da densidade do solo e da posição do lençol freático; enquanto 28 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos que, para camadas de solos pouco densos e que se encontram abaixo do nível d'água é usado um amostrador de parede fina, para camadas de solos acima do nível d'água e mais densos é aberto um poço e retirada uma amostra de forma cúbica. O procedimento seguido durante a retirada, a dimensão necessária e os cuidados devido à amostra, desde a retirada até a utilização no laboratório. Segundo texto da NBR 9604: Na Figura 25 estão indicadas algumas posições de retirada de uma amostra com escavação manual; como a forma da amostra é cúbica ou cilíndrica ela é conhecida como amostra em bloco. As posições 1, 3 e 4, respectivamente, no talude de um corte, na superfície do terreno e no fundo de um poço são preferenciais, enquanto as posições 2 e 5 são alternativas às posições 1 e 4, quando, por um motivo qualquer não for possível fazer a amostragem nesses locais. Figura 25 – Localização de retiradas de blocos. O poço é aberto por um poceiro, até próximo à cota do topo da amostra a ser retirada, com um diâmetro que permite ao técnico encarregado de continuar o serviço, fazê-lo de forma apropriada, como mostrado na Figura 26. Caso não seja possível retirar a amostra na posição 4, da Figura 25, por ter o poço um diâmetro pequeno, ela pode ser retirada na parede do poço, como mostrado na posição 5. Segundo texto da NBR 9604: 29 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Figura 26 – Sequencia de atividades para tiradas de blocos. Segundo texto da NBR 9604: 30 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos 31 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos (a) (b) (c) (d) Figura 27 – Sequencia de retiradas de blocos. a) talhar; b)parafinar; c)murim e d)parafinar e etiquetar. Além da manutenção da umidade e da estrutura do solo, uma amostra indeformada, também informa a posição em que ela estava no maciço e, para isso, é essencial a colocação da etiqueta sobre o topo da amostra; com essa informação os corpos de prova poderão ser retirados na posição em que se encontram no maciço (Figura 28). 32 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Figura 28 – Retirada de amostra indeformada. 4.2 ENSAIO TÁCTIL E VISUAL A identificação de um solo, a partir do resultado qualitativo de testes tátil-visuais é o passo inicial na caracterização de uma jazida e, pode ser feita no campo ou no laboratório; a identificação vai permitir colocar o solo em uma classe, definir as frações predominantes e programar os ensaios de caracterização do solo. O procedimento que deve ser realizado para uma correta identificação tátil visual dos solos é descrito em algumas normas, sendo que no Brasil o procedimento é padronizado segundo a NBR 6484/2001. No entanto esta norma não esclarece o processo que deve ser realizado na identificação de algumas características. Com objetivo de orientar melhor este processo serão descritos alguns procedimentos da ASTM D2488 (2009) que apresenta os procedimentos necessários à identificação e descrição dos solos de uma forma mais ampla. A habilidade para que a identificação seja feita corretamente, com os testes tátil-visuais é adquirida com a prática e assistência inicial de um profissional experiente. A realização desses testes, por aqueles que estão iniciando seus estudos de mecânica dos solos, permite que seja adquirida a sensibilidade necessária para o reconhecimento das diferentes classes de solos e da criação de um banco de dados necessários à identificação de outras classes de solos. 4.2.1 Classes de Solos Os solos são divididos, em função do tamanho dos sólidos, em dois grandes grupos: solos grossos (pedregulhos e areias) e solos finos (siltes e argilas); para uma divisão geral basta acrescentar o grande grupo dos solos altamente orgânicos. Uma breve descrição de cada um dos grandes grupos será feita a seguir, para auxiliar no trabalho de identificação. 4.2.1.1 Solos grossos São aqueles cuja percentagem de ocorrência de grãos é maior que a de partículas; os grãos são visíveis a olho nu, maiores que 0,1 mm e menores que o limite superior da escala granulométrica adotada. O grande grupo de solos grossos pode ser dividido em dois grupos, o de pedregulhos e o de areias e cada um deles em duas classes: pedregulhos puros e solos pedregulhentos e areias 33 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos puras e solos arenosos. O termo puro significa que o tamanho de todos os sólidos do solo, estão dentro da faixa granulométrica da escala adotada. Os pedregulhos e as areias são solos com menos de 5% de sólidos passando na peneira de 0,075mm de abertura (#200) e, são chamados de materiais granulares. Os solos pedregulhentos e os arenosos têm mais de 5% de partículas passando na #200. 4.2.1.2 Solos finos São aqueles cuja percentagem de ocorrência de partículas é maior que a de grãos; as partículas não são visíveis a olho nu e aquelas com tamanho mais próximo do limite superior de 0,1 mm são percebidas pelo tato. Apresentam característica natural da plasticidade, em uma maior ou menor intensidade, dependendo do argilo-mineral presente no solo. Os solos finos são divididos em dois grupos: siltes e argilas, que geram quatro classes: ossiltes e as argilas puras e, os solos siltosos e os argilosos, respectivamente. 4.2.1.3 Solos altamente orgânicos São conhecidos como solos turfosos e na sua formação tiveram a presença forte de matéria orgânica junto com uma areia ou argila; são pouco usados como material de construção e, também, como suporte de estruturas por terem baixa resistência ao cisalhamento e alta compressibilidade. 4.2.2 Características Dos Solos Além das características naturais, granulometria e plasticidade, usadas na definição da classe em que o solo pode ser enquadrado outras características, naturais ou não, são, também, relevantes no processo de identificação. 4.2.2.1 Cor A cor do solo é a que ele apresenta no momento em que foi amostrado; se a cor não foi definida no momento da retirada e a amostra foi levada para o laboratório, ela precisará ser umedecida para a definição de sua cor. As cores utilizadas são as clássicas: branco, preto, cinza, marron, vermelho, roxo, amarelo, azul e verde podendo ser acrescentado o termo claro ou escuro (Figura 29). Figura 29 – Referência de cores. 34 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Outra forma de classificar a cor é utilizando a Cartela Munsell. No atual Sistema Brasileiro de Classificação de Solos pela EMBRAPA, a cor, determinada por comparação com os padrões da carta de Munsell, é atributo de diferenciação de algumas classes de solos. O sistema Munsell de cores tem três componentes: Matiz, Valor e Croma, onde o matiz é a cor espectral dominante, o valor é a tonalidade da cor e o croma é a pureza da cor (Figura 30). Figura 30 – Diversidade de cores dos solos. Apenas as duas cores predominantes devem ser incluídas na denominação do solo e, quando ele tem diferentes cores e nenhuma delas é predominante usa-se o termo variegado. 4.2.2.2 Forma dos grãos Os grãos de pedregulhos são grandes e visíveis a olho nu e, por isso, podem ter sua forma identificada de um modo fácil e rápido; os grãos de areia, embora, visíveis a olho nu têm tamanhos menores e, por isso, não são identificados quanto à forma, somente podem ter sua forma definida através da microscopia eletrônica. De um modo geral a forma de um grão está situada entre a forma cúbica, quando as três dimensões são aproximadamente iguais e, prismática quando isso não acontece; a Figura 31 esquematiza as formas limites. Figura 31 – Formas limites de um grão. 35 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos 4.2.2.3 Odor É característica marcante nos solos altamente orgânicos. Solo contendo uma quantidade de material orgânico usualmente tem um odor distinto de vegetação deteriorada. Isto é especialmente aparente em amostras frescas, mas se as amostras são secas, o odor pode frequentemente ser reanimado por aquecimento de uma amostra umedecida. Para qualquer classe de solo odores não usual precisam ser informados. 4.2.2.4 Umidade A umidade do solo, no momento em que ele é amostrado. É uma informação importante para indicar a condição atual no maciço e precisa ser feito para a realização dos outros testes tátil- visuais. A condição atual da umidade do maciço é identificada como: seca, quando, no teste tátil não é sentida a presença de água; úmida, quando no teste tátil a presença de água é sentida, porém, não é vista; molhada, quando a água é visível; é uma característica de solos abaixo do nível de água no solo. 4.2.3 Identificação Os solos, normalmente, são formados por sólidos cujos tamanhos se enquadram em mais de um grupo; o objetivo dos testes de identificação tátil-visual é definir os dois grupos que têm as maiores percentagens de ocorrência e, também fornecer os dados qualitativos visando a caracterização e, posterior, classificação segundo o sistema de classificação adotado. A Figura 32 mostra, nas duas primeiras colunas, os grupos e as classes de solos, com base, apenas no tamanho dos sólidos. Na terceira coluna estão mostrados os tipos de solos possíveis de serem encontrados e, a denominação de cada um deles, segundo o seguinte critério: o nome é o do grupo com maior percentagem de ocorrência seguido do adjetivo oriundo do nome do segundo grupo, quando existir. 4.2.4 Testes para a Identificação dos Finos 4.2.4.1 Sensação ao tato É um teste usado para definir a sensação predominante na palma da mão; com alguma experiência é possível definir se a amostra é de um solo grosso ou de um fino. Para realizar o teste uma porção úmida do solo, colocada na palma da mão, é esfregada com um dedo e a sensação produzida é avaliada. Os grãos são visíveis a olho nu e produzem uma sensação áspera e desagradável na palma da mão, enquanto as partículas de argila e as menores de silte produzem uma sensação de maciez. Se a sensação áspera existe e os grãos não são vistos ela é devido às partículas maiores de silte. 36 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Figura 32 – Tipos de solos para identificação tátil-visual.. 4.2.4.2 Sedimentação É um teste, também, usado para definir se o solo é grosso ou fino. Uma amostra do solo, que passa na peneira de abertura 2 mm (#10), é colocada em um tubo de ensaio ou em uma proveta pequena e, preenchido com água até a marca indicativa da capacidade útil do elemento. A suspensão é agitada e deixada em repouso. Os grãos sedimentam rapidamente formando uma camada no fundo do tubo de ensaio ou da proveta e, sobre eles as partículas de silte. As partículas de argila demoram mais para sedimentar e, a suspensão permanece turva durante algumas horas. Uma comparação entre o volume depositado dos grãos com o das partículas de silte e a cor da suspensão permite avaliar se o solo é grosso ou fino; se o solo foi avaliado como fino a cor da suspensão, se mais clara ou mais escura, permite identificar o grupo fino predominante, silte ou argila, respectivamente. 37 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Na Figura 33 estão mostradas três provetas com suspensões diferentes; à esquerda, a suspensão é de um solo fino argiloso, no meio um solo grosso arenoso e, à direita um solo siltoso, para um mesmo tempo de sedimentação. Figura 33 – Argila, areia e silte 4.2.4.3 Impregnação O teste é feito com os sólidos menores que 0,42 mm e, que passam na # 40; pode ser usada uma parte da amostra reduzida preparada para os ensaios de limites de consistência. Inicialmente, é preparada uma pasta e uma porção dela é colocada na palma de uma das mãos; com um dedo o solo é esfregado na palma e, em seguida, a mão é colocada embaixo de uma torneira aberta com uma vazão moderada, durante algum tempo, com isso, retirando o solo da mão, restando uma mancha sobre a palma. A cor da mancha indica o grupo fino predominante; se ela é clara o grupo fino predominante é o dos siltes, enquanto que se a mancha for escura e difícil de ser retirada o grupo é o das argilas. Na Figura 34, à esquerda está mostrada a mancha deixada por um solo siltoso e, à direita, por um solo argiloso; na parte superior das figuras estão mostradas os solos, preparados para o teste, na palma da mão antes dela ser lavada. Figura 34 – Teste de Impregnação. 38 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos 4.2.4.4 Desagregação Um torrão do solo fino, secado ao ar, é colocado em uma vasilha com água, porém, mantendo imerso apenas parte da altura do torrão. O grupo fino predominante é definido como o dos siltes se a desagregação é rápida e como das argilas se for lenta ou não ocorrer em um prazo razoável. Na Figura 35, à esquerda, está mostrado o resultado para um solo siltoso e, à direita, para um solo argiloso, no instante inicial e após alguns minutos. Figura 35 – Teste de Desagregação 4.2.4.5 Resistência à compressão O teste de resistência à compressão pode ser feito para definir se um solo é arenoso ou fino e, também, para definir o grupo fino predominante. Um torrãode solo, secado ao ar, é colocado entre o polegar e o indicador e submetido a uma pressão. Se o torrão se esfarela sob uma pressão baixa o solo é arenoso; um solo siltoso suporta uma pressão média, enquanto, um solo argiloso suporta uma pressão grande e, às vezes, não rompe (Figura 36). Na Figura 37, no alto estão mostrados os corpos de prova de um solo siltoso, à esquerda e, de um solo argiloso, à direita. 39 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Figura 36 – Critérios para Descrição de Resistência à Compressão. Figura 37 – Teste de Resistência à Compressão. 4.2.4.6 Dilatância Selecionar material suficiente para moldar uma bola de cerca de 1/2 polegada (12 mm) de diâmetro. Moldar o material, adicionando água se necessário, até que tenha uma consistência macia, mas não pegajosa. Espalhar a bola de solo na palma da mão com auxílio de uma espátula. Vibrar horizontalmente, golpeando o lado da mão vigorosamente contra a outra mão diversas vezes. Notar a reação da água aparecendo sobre a superfície do solo. Comprimir a amostra fechando a mão ou apertando o solo entre os dedos e anotar a reação de acordo com os critérios apresentados na Figura 38. Com os teste de resistência a seca e dilatância é possível identificar porção fina do solo conforme apresentado na Figura 39. 40 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Figura 38 – Critérios para descrição da dilatância. Figura 39 – Identificação dos solos finos. 4.2.4.7 Roteiro de Análise dos Solos Finos A rotina de observações e anotações que se faz em cada amostra é (Figura 40): 1. Verificar na amostra a ocorrência ou não de matéria estranha ao solo, por exemplo: raízes, pequenas conchas, matéria orgânica, etc. Se for o caso, destacar a presença de tais materiais. 2. Anotar a cor natural da amostra. 3. Anotar o estado de umidade natural do solo, como seco, pouco úmido, úmido, muito úmido. Nesse tipo de observação deve-se levar em conta e anotar a data de retirada da amostra, e a profundidade da mesma, Essas duas últimas observações servem de base para associar os resultados com as estações mais secas ou mais chuvosas da região e com o nível do lençol freático do solo. 4. Anotar a ocorrência de minerais e destacá-los, se eles forem reconhecíveis. 5. Certos tipos de solo apresentam odores característicos e particulares que devem ser observados em uma análise de campo, uma vez que pode servir de destaque individual do solo analisado. O cheiro de “pote molhado” do solo, quando este é misturado com água, não é característico ou particular, porque é próprio da argila e raros são os solos que não tem uma pequena porcentagem de grãos finos, o que é suficiente para apresentar o odor. Na classificação de rochas, contudo, o cheiro de “pote molhado” é uma característica que deve ser destacada porque a presença de argila na composição da rocha servirá para classificação individual da mesma. 6. Classificar o solo quanto ao tipo; para isso o solo deve ser analisado dentro de uma escala granulométrica. 41 IFB – Curso Técnico em Edificações – Mecânica dos Solos Figura 40 – Teste de Resistência à Compressão.
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