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de peso específico s, num fluido de viscosidade e peso específico w é proporcional ao quadrado do diâmetro dessas partículas. No ensaio de sedimentação, a velocidade é obtida indiretamente determinando-se a densidade da suspensão em tempos pré-determinados. Essa leitura de densidade, feita com um densímetro, fornece também a profundidade de queda da partícula (z) que é a distância entre a superfície da suspensão até o centro do bulbo do densímetro. Dessa forma, a velocidade de queda da partícula, enunciada anteriormente, pode ser calculada pela razão entre a profundidade de queda (z) e o tempo para que isso ocorra. Isso permite a determinação do diâmetro equivalente (Di) das partículas para a fração fina do solo. A expressão (1.2) apresenta uma forma prática para o cálculo do diâmetro das partículas. 2 1 .005530,0 t zD WS i (1.2) Di = diâmetro equivalente (mm); z = profundidade de queda da partícula (cm); S – W = diferença entre a massa específica dos sólidos e da água (g/cm3); = viscosidade dinâmica da água (em Pa.s; desprezando-se a potência 10-4) e, t = tempo de leitura (min). Mecânica dos Solos 24 Após um tempo t, admitindo-se a uniformidade da suspensão, as partículas com diâmetros maiores que D, estarão abaixo de z. A percentagem de partículas com diâmetros equivalentes menores que o valor calculado pela expressão anterior, após um tempo t qualquer, é obtida pela seguinte expressão: )()( 00,1 100)( HrHr M DP W S S S i (1.3) P(<Di) = Percentagem de partículas com diâmetros menores que Di; r (H) = leitura na suspensão a uma temperatura T e, rW (H) = leitura na solução (água destilada + defloculante) à mesma temperatura T Como os solos são constituídos por diferentes tamanhos de partículas, é comum adotar-se o processo de peneiramento em conjunto com o processo de sedimentação. Esse processo é chamado de análise granulométrica conjunta. No processo de sedimentação, há a necessidade de se usar uma substância defloculante (hexametafosfato de sódio, silicato de sódio, etc) para que as partículas possam sedimentar isoladamente. Isso porque as partículas podem se agregar umas às outras formando grãos maiores ou flocos falseando os valores reais dos diâmetros que devem ser apenas das partículas individuais. Normalmente, o defloculante atua por 24 horas na solução e, em seguida, é realizado um processo de agitação mecânica. Esses cuidados devem ser tomados também na fase do peneiramento para que as partículas mais finas não se aglutinem formando um diâmetro do agregado. Depois de obtida a curva granulométrica do solo, há a necessidade de classificá- lo de acordo com a sua textura (tamanho relativo dos grãos). Para tanto, existem diversas escalas granulométricas que adotam intervalos específicos dos diâmetros dos grãos das diferentes frações de solo. As escalas mais comuns são as escalas da ABNT e do MIT. A Figura (1.11) ilustra uma curva granulométrica com a respectiva escala da ABNT e as porcentagens obtidas para cada fração de solo. Pedregulho Composição: Areia grossa Areia média Areia fina Silte Argila 0 % 2 % 9 % 49 % 18 % 22 % 0 10 20 30 40 80 70 60 50 90 100 Po rc en ta g e m qu e pa ss a 270 200 140 100 60 40 20 10 4 Peneiras (ASTM) 0 10 20 30 40 50 60 100 70 80 90 Po rc en ta ge m re tid a Sedimentação Peneiramento 0,001 Argila Class. ABNT 56 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 Silte Areia fina Areia média Areia grossa Pedregulho Diâmetro dos grãos (mm) 0,01 0,1 1 10 Figura 1.11. Curva de distribuição granulométrica do solo (PINTO, 2000) Mecânica dos Solos 25 No caso de solos granulares (Figura 1.12), estes poderão ser denominados de “bem graduados” ou “mal graduados”. O solo bem graduado é caracterizado por uma distribuição contínua de diâmetros equivalentes em uma ampla faixa de tamanho de partículas (curva granulométrica a). As partículas menores ocupam os vazios deixados pelas maiores criando um bom entrosamento resultando em melhores condições de compactação e de resistência. No caso do solo ser mal graduado, sua curva granulométrica será uniforme (curva granulométrica c). Existem casos onde pode haver ausência de uma faixa de tamanhos de grãos (curva granulométrica b). Figura 1.12. Curvas granulométricas de solos com diferentes graduações (MACHADO, 2002) Essa característica do solo granular pode ser expressa em função de um coeficiente de não uniformidade (CNU) dado pela seguinte relação: 10 60 D DCNU (1.4) Outro coeficiente também utilizado é o coeficiente de curvatura (CC) da curva granulométrica. 6010 2 30 DD DCC (1.5) onde D10 (Diâmetro efetivo) = abertura da peneira para a qual temos 10% das partículas passando (10% das partículas são mais finas que o diâmetro efetivo). D30 e D60 – O mesmo que o diâmetro efetivo, para as percentagens de 30 e 60%, respectivamente. O coeficiente de não uniformidade (CNU) indica a amplitude dos grãos enquanto que o coeficiente de curvatura (CC) fornece a idéia do formato da curva permitindo detectar descontinuidades no conjunto. Mecânica dos Solos 26 Quanto maior é o valor de CNU mais bem graduado é o solo. Solos que apresentam CNU = 1 possuem uma curva granulométrica em pé (solo mal graduado – curva granulométrica c – Figura 1.12). Solos bem graduados apresentarão CC entre 1 e 3. Se o valor de CC for menor que 1, a curva será descontínua com ausência de grãos (curva granulométrica b – Figura 1.12). Dificilmente ocorrem areias com valores de CC fora do intervalo de 1 a 3. Daí, a pouca importância que se dá a esse coeficiente. A classificação da curva granulométrica pode ser feita acordo com os seguintes intervalos para CNU e CC: CNU < 5 muito uniforme 5 < CNU < 15 uniformidade média CNU > 15 não uniforme 1 < CC < 3 solo bem graduado CC < 1 ou CC > 3 solo mal graduado Finalmente, é importante ressaltar que somente o diâmetro efetivo (D10) e o CNU não são suficientes para representar por si só a curva granulométrica, uma vez que solos distintos podem apresentar os mesmos valores de D10 e CNU. Portanto, somente a curva granulométrica pode identificar um solo quanto à sua classificação textural. A Figura (1.13) ilustra exemplos de curvas granulométricas de alguns solos brasileiros. Figura 1.13. Curvas granulométricas de alguns solos brasileiros (PINTO, 2000) A Figura (1.14) ilustra os diferentes tamanhos de partículas assim como o detalhe dos ensaios de peneiramento e de sedimentação. Mecânica dos Solos 27 Figura 1.14. Diferentes tamanhos de partículas e detalhe dos ensaios de peneiramento e sedimentação Índices de Consistência Do ponto de vista de engenharia, apesar da análise granulométrica classificar texturalmente o solo, esta por si só não consegue retratar o comportamento do mesmo. A fração de finos presente exerce papel fundamental. O comportamento dos solos finos irá depender de diversos fatores como sua composição mineralógica, sua umidade, sua estrutura e até seu grau de saturação. Quanto menor a partícula de um solo, maior será sua superfície específica e, portanto, maior será sua plasticidade. As partículas de argilo-minerais presentes num solo diferem grandemente em sua estrutura mineralógica. Isso faz com que solos com a mesma quantidade da fração argila, apresentem comportamentos completamente diversos a depender do argilo-mineral presente. Como ressalta PINTO (2000), o estudo dos minerais-argilas é muito complexo e, por isso, o Engenheiro Químico Atterberg propôs alguns ensaios para quantificar,