(Frankipile Australia Pty Ltd – GeoEng 2000)
FUNDAMENTOS DE MECÂNICA DOS SOLOS
IDENTIFICAÇÃO e CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS
COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
HIDRÁULICA DOS SOLOS: CAPILARIDADE,
PERMEABILIDADE e PERCOLAÇÃO.
DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO SUBSOLO
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO UNIDIRECIONAL
Belo Horizonte, 2
osemestre de 2010.
(15
aedição)
INSTITUTO POLITÉCNICO - IPUC
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Apresentação
O presente trabalho de compilação tem por objetivo orientar os alunos no estudo dos solos, levando-os a conhecê-los sob o interesse específico da Engenharia Civil, qual seja o de comporem ou interagirem com as obras objetos dela. O conteúdo parte da classificação dos solos, passa pelas principais propriedades mecânicas desses, até alcançar aplicações práticas como estabilização de taludes.
Este estudo dos solos prende-se ao aspecto essencialmente geotécnico, ou seja, direcionado às aplicações da Engenharia Civil, tais como fundações (particularmente as prediais), muros de arrimo, escavações, taludes, aterros em geral etc. Enquanto na disciplina Materiais de Construção III o enfoque era o solo como material de construção (abordando caracterização, identificação de jazidas, amostras deformadas, material amolgado, estabilizado, compactado etc.), em Fundamentos da Mecânica dos Solos já abrange também o solo nas condições naturais. Para efeitos didáticos, o comportamento mecânico dos solos perante as obras correntes de Engenharia Civil, é analisado basicamente segundo três principais propriedades interativas, quais sejam a permeabilidade, a resistência ao cisalhamento e a compressibilidade, objetivando-se alcançar ao final, uma visão sistêmica do assunto. Especial importância é atribuída à relação tensão "versus" deformação dos solos, frente à condição limite de ruptura. Os princípios teóricos expostos e as respectivas aplicações práticas poderão ser acompanhados por experiências em laboratório e eventualmente, verificações de campo, nas visitas a obras. A boa assimilação da disciplina exige razoável embasamento matemático, bem como de Mecânica, Fenômenos de Transporte, Hidráulica e Resistência dos Materiais.
A abordagem adotada é a da Mecânica dos Solos moderna, a partir da sistematização dos conhecimentos creditada a KARL TERZAGHI. Desta forma, pretende-se apresentar aos estudantes os correspondentes “ensinamentos organizadores”, ou seja, os fundamentos tidos como mais bem consolidados, aceitos e difundidos da referida técnica no contexto mundial, ainda que sob um olhar crítico e confrontado com a nossa realidade próxima. Enfim, visa-se contribuir na habilitação dos futuros Engenheiros nas atribuições que lhe são inerentes, bem como propiciar-lhes condições de prosseguir seus estudos da própria graduação - no mesmo ramo ou não - e em níveis mais avançados, valendo-se da bibliografia indicada.
Na oportunidade, não custa salientar que a Matemática - juntamente com a Física - constitui o mais importante embasamento teórico da Engenharia. Ela exerce papel “estruturante do pensamento”, promove o desenvolvimento do raciocínio lógico e proporciona ao estudante competências e habilidades indispensáveis aos estudos posteriores. Portanto, ela permeia todo o curso e referir-se apenas a alguns de seus tópicos pode significar uma visão compartimentada, bitolada, limitante e empobrecedora das ciências da Engenharia. Não obstante, vale destacar alguns assuntos de aplicação mais explícita e rotineira em Mecânica dos Solos, com os quais o aluno deve estar “em dia”, para um melhor aproveitamento da matéria:
- Sistema Legal de unidades de medidas, - Elementos de geometria plana,
- Funções exponenciais e logarítmicas, - Funções trigonométricas,
- Soluções de equações algébricas, - Derivadas. Integrais,
- Matrizes, determinantes (resolução de um sistema de equações lineares com o auxílio de matrizes), - Elementos de Geometria Analítica Plana. Cônicas (circunferência, elipse, parábola, hipérbole); - Cálculo Numérico,
- Regressão linear simples. Ogiva.
Bons estudos ! Prof. MARCUS SOARES NUNES
BIBLIOGRAFIA NACIONAL (e traduções)
Em ordem cronológica- Mecânica dos Solos – ROBERT F. CRAIG. 7ª ed., LTC Editora / GEN, RJ, 2007.
- Fundamentos de Engenharia Geotécnica – BRAJA M. DAS. Tradução da 6ª edição norte-americana. Thomson Learning. SP, 2007.
- Curso Básico de Mecânica dos Solos – Com Exercícios Resolvidos – CARLOS DE SOUSA PINTO. 3ª edição. Oficina de Textos – SP, 2006.
- Obras de Terra – Curso Básico de Geotecnia – FAIÇAL MASSAD. Oficina de Textos. SP, 2003. - Fundações – Teoria e Prática – WALDEMAR HACHICH e outros.Editora PINI Ltda. SP, 1996.
- Introdução à Mecânica dos Solos dos Estados Críticos – J. A. R. ORTIGÃO. Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. RJ, 1995.
- Mecânica dos Solos e suas aplicações - HOMERO PINTO CAPUTO. Vol. 1: Fundamentos (6ª ed., RJ 1988), vol.2: Fundações e Obras de Terra (6ª ed., RJ 1987) e vol.3: Exercícios (4ª ed., RJ 1987) Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.
- Propriedades Mecânicas dos Solos – Uma introdução ao projeto de fundações – FERNANDO EMMANUEL BARATA - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. RJ, 1984.
- Fundações, Estruturas de Arrimo e Obras de Terra – GREGORY P. TSCHEBOTARIOFF. Tradução de EDA FREITAS DE QUADROS - Editora McGraw-Hill do Brasil. SP, 1978.
- Introdução à Mecânica dos Solos – MILTON VARGAS. McGraw-Hill do Brasil / Editora da Universidade de São Paulo. SP, 1977.
- Mecânica dos Solos na prática da engenharia – K. TERZAGHI & R. B. PECK Tradução de A. J. DA COSTA NUNES – Ao Livro Técnico, RJ 1962.
- Solos e Rochas – Revista Brasileira de Geotecnia – ABMS (Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica) & ABGE (Associação Brasileira de Geologia de Engenharia). Desde Janeiro de 1978.
Normas da ABNT / INMETRO: - NBR 6497 - Levantamento geotécnico - NBR 6502 - Rochas e Solos
- NBR 7250 - Identificação e descrição de amostras de solos obtidas em sondagens de simples reconhecimento dos solos.
- NBR 6484 - Execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos - NBR 9303 - Sondagem a trado.
- NBR 9604 - Abertura de poço e trincheira de inspeção em solo com retirada de amostras deformadas e indeformadas.
- NBR 6457 - Amostras de solo - Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. - NBR 6508 - Grãos de solo que passam na peneira de 4,8 mm - determinação da massa específica - NBR 7181 - Solo - análise granulométrica
- NBR 7180 - Solo - determinação do Limite de Plasticidade - NBR 6459 - Solo - determinação do Limite de Liquidez - NBR 7182 - Solo - Ensaio de Compactação
Disciplinas do currículo 706/708 do CEC PMG N vinculadas à área de Geotecnia:
Materiais de Construção III (3º per., 32 h-a teo.): Origem e formação dos solos. Solos residuais esedimentares. Índices físicos. Caracterização do solo. Estabilização do solo. Aplicações do solo como material de construção.
Resistência dos Materiais I (4º per., 32 h-a teo. + 16 h-a lab.): Conceito de esforços solicitantes.
Conceito de tensão e de deformações axiais e angulares. Tração, compressão e cisalhamento. Diagrama tensão-deformação. Lei de Hooke. Efeito Poisson. Lei de Hooke generalizada.
Geotécnica Viária (4º per., 32 h-a teo., pré-req. MC III): Estruturas geológicas principais, águas
subterrâneas e superficiais. Aplicação da geologia em obras viárias. Diretrizes para estudos geotécnicos de projetos viários. Estabilidade de aterros e cortes. Aterros sobre solos moles.
Laboratório de Pavimentação (4º per., 48 h-a teo., 16 h-a lab., pré-req. MC III): Caracterização de
solos através de ensaios geotécnicos. Controle de compactação de solos. Aplicação dos resultados dos ensaios nos estudos geotécnicos de projeto. Caracterização de materiais betuminosos através de ensaios normalizados. Metodologia de dosagem de misturas. Critérios para controle tecnológico de revestimentos betuminosos. Interpretação de resultados dos ensaios de materiais e sua aplicação em projetos de engenharia.
Fundamentos de Mecânica dos Solos (5º per., 64 h-a teo.): Identificação e classificação dos solos.
Compactação dos solos. Hidráulica dos solos. Capilaridade, permeabilidade e percolação. Distribuição de tensões no subsolo. Resistência ao cisalhamento. Compressibilidade e adensamento.
Ensaios de Laboratório e de Campo (5º per., 32 h-a teo. + 32 h-a lab.): Prospeção do subsolo.
Preparação de amostras para ensaios de caracterização e especiais. Ensaios de caracterização. Ensaios especiais: permeabilidade à carga constante e à carga variável, adensamento edométrico, cisalhamento direto, compressão simples, compressão triaxial - Q, R e S. Controle de compactação. Ensaios penetrométrico, pressiométrico e dilatométrico.
Estruturas de Fundações e Contenções (6º per., 64 h-a teo., pré-req. FMS): Tipos de fundações. Prova
de carga direta. Fundações rasas e profundas: dimensionamento (detalhes). Tipos de estruturas de contenção. Barragens de terra e enrocamento: fatores condicionantes de projeto, estudo de empréstimo, compactação, análise de estabilidade e fundações. Aplicação de instrumentação em obras de terra.
Tópicos Especiais em Mecânica dos Solos (6º per., 64 h-a teo. , pré-req. FMS): Capacidade de carga de
fundações rasas e profundas. Dimensionamento geotécnico de fundações. Rebaixamento de lençol de água: dimensionamento e execução. Empuxos. Escavações e escoramentos. Projeto de aterros e cortes.
Geotecnia Ambiental (7º per., 96 h-a teo.): Mecanismos de movimentação de massas. Estabilidade de
taludes (corte e aterro) e encostas. Aterros sanitários. Disposição de resíduos, rejeitos e estéreis. Aplicações de geossintéticos em geotecnia ambiental. Erosão. Análise-diagnóstico de problemas ambientais. Recuperação de áreas degradadas. Aspectos básicos da legislação ambiental.
Tecnologia das Construções (9º per., 64 h-a teo. , pré-req. MC III): Conceitos básicos de construção e
sistemas construtivos. Implantação de obras, execução e acompanhamento de fundações, contenções, estruturas de concreto e vedações. Revestimentos verticais, horizontais e acabamentos. Equipamentos e ferramentas utilizados em edificações. Noções gerais sobre funcionamento dos equipamentos, custos horários e locação. Produtividade dos equipamentos e dimensionamento.
ÍNDICE DE SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
DE MECÂNICA DOS SOLOS
SIMBOLO SIGNIFICADO(S)
A
Área
Grau de Aeração
Atividade coloidal (de SKEMPTON)
Linha “A” do Gráfico de Plasticidade de CASAGRANDE Área da seção transversal da proveta
Designação principal do grupo de solo na classificação HRB/AASHTO
AASHTO “American Association of State Highway and Transportation Officials”
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
AC “Airfield Classification System”
ASTM “American Society for Testing Materials”
a
Área da seção transversal da bureta (tubo de carga do permeâmetro) Termo da fórmula do Índice de Grupo
Distância entre duas linhas de fluxo Dimensão linear (comprimento ou largura) Subgrupo do grupo A-1 do método HRB Atto (10-18)
av Coeficiente de compressibilidade
B Termo da Equação de STOKES, função de η, γg, γa (CAPUTO: A)
Largura
BPR “Bureau of Public Road”
BR “Bureau of Reclamation” (Departamento de Recuperação)
b
Termo da fórmula do Índice de Grupo Subgrupo do grupo A-1 do método HRB
Dimensão linear horizontal (comprimento ou largura) C
Argila (“clay”) Teor de argila
Correção (da leitura do densímetro)
Constante empírica da fórmula de HAZEN (tanto a de k quanto a de hc)
Centro do círculo de MOHR
CBR “California Bearing Ratio” (ou ISC)
CC Carga constante (permeâmetro)
CCR Concreto Compactado a Rolo (“Roller Compacted Concrete”)
CD Ensaio triaxial adensado-drenado (“consolidated-drained”)
CP Corpo-de-prova
CPT “Cone Penetration Test” - Ensaio de penetração dinâmica ou “diep sondering”
CPTu “Piezocone Penetration Test”
CREA Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia
CS Coeficiente de segurança (ou FS, fator de segurança)
CU Ensaio triaxial adensado-não drenado (“consolidated-undrained”)
CV Carga variável (permeâmetro)
Cc Coeficiente de curvatura (ou Cz) Índice de Compressão (ou K)
Ce Índice de expansão (ou Cs)
ÍNDICE DE SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
DE MECÂNICA DOS SOLOS
Cs Índice de expansão (ou Ce) ou descarregamento ou descompressão ou inchamento
Cu Coeficiente de Uniformidade (ou D, desuniformidade)
Cv Coeficiente de adensamento Coeficiente de viscosidade c
Coesão total Coeficiente
Termo da fórmula do Índice de Grupo Centi (10-2)
c` Coesão efetiva
D Coeficiente de Desuniformidade (ou Cu, de Uniformidade)
DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes
DPL Penetrômetro Dinâmico Ligeiro
d
Correção de L (leitura do densímetro) devido ao defloculante Diâmetro (do CP) Distância Diferencial Dia Deci (10-1) Espessura de camada
Termo da fórmula do Índice de Grupo
da Deca (101)
d ef. Diâmetro efetivo (ou d10)
dyn Dina (=10-5 N)
d10, d30, d60 Diâmetro correspondente a 10, 30 ou 60% que passa
E
Energia de compactação Empuxo (de ARQUIMEDES) Módulo de Elasticidade
Módulo de deformabilidade (ou deformação) Exa (1018)
EA Equivalente de Areia
EC Energia Cinética
Ef Eficiência da compactação
e
Índice de vazios (ou ε) Espessura
Base natural de logaritmo = 2,718281828459045235360287...
eo Índice de vazios original, natural (enat.), inicial ou na tensão σ’i
ei Índice de vazios num determinado instante
ef Índice de vazios final
enat. Índice de vazios natural (ou eo)
F Fator (ou Relação) de forma (NDimensão de força f / Nd) da rede de fluxo Fc Fator de conversão (ou de “correção”) Força geradora da tensão superficial
FS Fator de segurança (ou CS, coeficiente de segurança)
ÍNDICE DE SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
DE MECÂNICA DOS SOLOS
f
Porcentagem de empolamento
Coeficiente de atrito (interno, no caso dos solos) Função
Femto (10-15) G
Grau de Saturação (ou S) Pedregulho (“gravel”) Densidade (relativa), ou δ Giga (109)
GC Grau de Compacidade
Gc Grau de Compactação
Gs Grau de sensibilidade ou sensitividade (ou Is, índice de estrutura)
g Aceleração da gravidade Grama
H
Altura
Carga hidráulica total Horizontal
Alta (“high”) compressibilidade
Hd Altura de drenagem
Hf Altura final (ou H1) no permeâmetro de carga variável
Ho Altura inicial (ou Hi) no permeâmetro de carga variável
H1 Altura final (ou Hf) no permeâmetro de carga variável
Hq Altura de queda
HRB “Highway Research Board”
Hs Altura de sólidos (ou dos grãos)
Hv Altura de vazios
h
Teor de umidade (ou w) Hora
Hecto (102)
hc Altura de ascensão capilar
hot Umidade ótima
I Fator de influência
IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias
IC Índice de Consistência (ou Ic)
Ic Índice de Consistência (ou IC)
IF Índice de Fluidez (ou de Fluência)
IG Índice de Grupo
IP Índice de Plasticidade
ISC Índice de Suporte Califórnia (ou CBR)
i Gradiente hidráulico (ou J ) Unidade imaginária
Subscrito significando condição num determinado instante
i c Gradiente hidráulico crítico
J Força de percolação
Joule (Nm)
ÍNDICE DE SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
DE MECÂNICA DOS SOLOS
j Pressão de percolação
K
Constante da prensa CBR ou do conjunto dinamométrico Índice de Compressão (ou Cc)
Coeficiente de tensão lateral Kelvin
Ka Coeficiente de empuxo ativo
Kp Coeficiente de empuxo passivo
Ko Coeficiente de empuxo em repouso
k
Coeficiente de permeabilidade ou Condutividade hidráulica
Termo que multiplicado pela leitura do densímetro fornece %≤Ø
Quilo (103) Constante h
k , k v
Coeficientes equivalentes de permeabilidade em terrenos estratificados, na direção horizontal (h) ou vertical (v)
kp Coeficiente de percolação L Leitura do densímetro Leitura do extensômetro Comprimento Altura do CP Dimensão linear
Baixa (“low”) compressibilidade
LC (ou wS) Limite de Contração
LL (ou wL) Limite de Liquidez
LP (ou wP) Limite de Plasticidade
ℓ (ele manuscrito)
Litro
log Logaritmo vulgar, decimal ou de BRIGGS
ln Logaritmo neperiano, natural ou hiperbólico
M
Mega (106)
Dimensão de massa Silte (“mo”)
MPU Movimento Permanente Uniforme
MT Ministério dos Transportes
m
Correção de L (leitura do densímetro) devida ao menisco Massa
Metro Mili (10-3)
Termo da fórmula de NEWMARK
m v Coeficiente de variação volumétrica
N Número de camadas Índice SPT Newton (kg.m/s2) Número Força normal
N Número de golpes médio, do relatório de sondagem SPT
ÍNDICE DE SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
DE MECÂNICA DOS SOLOS
Normalmente adensado (OCR = 1)
NBR Norma Brasileira aprovada pela ABNT
Nd Número de quedas de potencial (“Number of equipotential drops”)
Nf Número de canais de fluxo (“Number of flow channels”)
NL Não líquido
NP Não plástico
Np Número de passadas
NT Nível do terreno
Nϕ Valor de fluência (“flow factor”)
n
Porosidade
Expoente empírico de TALBOT Número de camadas drenantes
Número de golpes (no LL e na compactação PROCTOR)
Coeficiente de restituição elástica na teoria do choque de NEWTON Termo da fórmula de NEWMARK
Nano (10-9)
O Orgânico
OCR “Over consolidation ratio” (ou RSA ou RPA) = σ`a / σ`i
P
Peso
Peso do solo úmido (ou Ph ou Pt)
Peso passado (no ensaio de granulometria) Ponto qualquer
Poise
Mal (“poorly”) graduado Peta (1015)
PA Pré-adensado (OCR > 1)
Pa Peso de água (ou Pw) Pascal
Ps Peso de sólidos ou dos grãos ou do solo seco
Ph Peso do solo úmido (ou P ou Pt)
Psat Peso do solo saturado
Psub Peso do solo submerso
Pw Peso de água (ou Pa)
PPA Pressão (ou tensão) de pré-adensamento ou de sobreadensamento ou de pré-consolidação (ou σ`
a)
PPM Plano Principal Maior
PI Proctor intermediário
PM Proctor modificado
PMT Ensaio pressiométrico
PN Proctor normal
PRA “Public Road Administration”
Pt Turfa (“peat”) Peso do solo úmido (ou Ph)
PWP Poro-pressão (“pore-water pressure”)
ÍNDICE DE SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
DE MECÂNICA DOS SOLOS
P10 Porcentagem que passa na peneira número 10
P40 Porcentagem que passa na peneira número 40
P200 Porcentagem que passa na peneira número 200
p
Pressão
Tensão resultante da ação conjunta de σ e τ no plano Pico (10-12)
patm. Pressão atmosférica
pc Pressão corrigida (no ensaio CBR)
pp Peso próprio
ppm Plano Principal Menor
Q
Volume Vazão (ou Q/t) Carga (peso, força)
Ensaio triaxial rápido (“quick”)
Q/t Vazão (ou Q)
q Vazão específica
q u Resistência à compressão simples ou não confinada (ou RCS ou Rc)
R
Ensaio triaxial rápido (“rapid”) Peso retido
Raio
Termo da fórmula de STEINBRENNER
REL Regime de escoamento laminar (ou lamelar)
RCS Resistência à compressão simples ou não confinada (ou Rc ou q u)
Rc Resistência à compressão simples ou não confinada (ou RCS ou q u )
Rm Raio do menisco
RN Referência de nível (ou “datum” )
RPA Razão de pré-adensamento (ou OCR ou RSA) ou razão de cedência
RSA Razão de sobreadensamento (ou OCR ou RPA) ou razão de cedência
r
Raio (do círculo de MOHR) Recalque parcial (ou ρ)
Coordenada cilíndrica, polar ou esférica.
rad Radiano (1 rd = 180°/π)
S
Grau de saturação (ou G) Ensaio triaxial lento (“slow”) Areia (“sand”)
SI Sistema Internacional de Unidades
SPT Ensaio de Penetração Padrão (“Standart Penetration Test”)
SUCS Sistema Unificado de Classificação de Solos
s Superfície específica Segundo
sc Sobrecarga T
Temperatura Fator tempo
Correção de L (leitura do densímetro) devida à temperatura Força tangencial
ÍNDICE DE SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
DE MECÂNICA DOS SOLOS
Tera (1012) Carga transiente Dimensão de tempo
T.E. Tensão efetiva
TRB “Transportation Research Board”
Ts Tensão superficial
T.T. Tensão total
t Tempo Tonelada
U Porcentagem de adensamento ou Grau de adensamento
URL Localizador Uniforme de Recursos (“Uniform Resource Locator”)
USBR “United States Bureau of Reclamation”
USP Universidade de São Paulo
UU Ensaio triaxial não adensado-não drenado (“uncons.-undrained”)
u Tensão neutra (ou sobre pressão hidrostática)
u/γa Carga piezométrica ou de pressão
u o Pressão hidrostática V Volume Velocidade de descarga Vertical Va Volume de água Var Volume de ar
Vb Volume do bulbo do densímetro
Vp Volume da pastilha (no LC)
Vs Volume de sólidos (ou dos grãos)
VST Ensaio de palheta ou “vane test”
Vt Volume total
Vv Volume de vazios
v Velocidade Velocidade de sedimentação
v2/2g Carga cinética
v b Velocidade da água na bureta (ou tubo de carga) no permeâmetro CV
v Velocidade de percolação (ou v ) p
p
v Velocidade de percolação (ou v )
W
Peso
Bem (“well”) graduado Watt
w Teor de umidade (ou h)
x Coordenada y Coordenada Z
Carga altimétrica ou geométrica ou de posição
Porcentagem de água em relação ao peso do solo úmido
Distância entre o centro do bulbo do densímetro e uma leitura qualquer da sua escala.
ÍNDICE DE SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
DE MECÂNICA DOS SOLOS
z Profundidade (ou Z) Coordenada
Δ (delta maiúscula) Desvio Diferença Deslocamento Incremento
Determinante da regra de CRAMER
Laplaciano ou operador de Laplace (operador diferencial de 2ª ordem)
Δe Variação do índice de vazios
ΔH Perda de carga hidráulica (entre equipotenciais adjacentes) Deformação absoluta
Recalque total (ou recalque a tempo infinito), ou ρ∞
ΔHt Perda de carga total (montante / jusante)
Δh Desvio de umidade
ΔL Comprimento
ΔR Variação de resistência
Δt Intervalo de tempo
Δσa Diferença de tensões principais (“deviator stress”)
Δσa r Resistência à compressão
∇2 Laplaciano ou operador de LAPLACE (operador diferencial de 2ª ordem)
(ou Δ) ∑ (sigma
maiúscula) Somatório
%P Porcentagem que passa (no ensaio de granulometria)
%R Porcentagem retida (no ensaio de granulometria)
× “Versus” Vezes (multiplicação)
∝ Proporcionalidade
∂ Derivada
ϕ (fi maiúsculo)
Fator de empolamento Ângulo de atrito interno total
ϕ` Ângulo de atrito interno efetivo
φ (fi) Diâmetro Diâmetro (equivalente) dos grãos
φ10 Diâmetro (equivalente) efetivo (ou φef.)
φ30 Diâmetro correspondente a 30% que passa
φ60 Diâmetro correspondente a 60% que passa
φef. Diâmetro (equivalente) efetivo (ou φ10 )
φmáx. Diâmetro máximo de grãos presentes no solo (da Equação de TALBOT)
π (pi) 3,141592653589793238462643... ρ (ro) Massa específica ou Densidade absoluta Recalque parcial (ou r)
ÍNDICE DE SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
DE MECÂNICA DOS SOLOS
ν (nu) Viscosidade cinemática [mCoeficiente de POISSON (ou η) 2/s] τ (tau) Tensão tangencial ou cisalhante η (eta) Viscosidade Coeficiente de POISSON (ou ν) α (alfa)
Ângulo de inclinação do plano
Ângulo de contato ou de tensão capilar Ângulo de propagação ou espraiamento Ângulo de posição
θ (teta) Ângulo de posição β (beta) Ângulo de posição δ (delta) Densidade (relativa) Recalque diferencial
γ (gama) Peso específico (aparente) Peso específico (aparente) úmido
γ` Peso específico (aparente) submerso (ou γsub)
γa Peso específico da água (ou γw) a uma temperatura T qualquer
γconv. Peso específico (aparente) convertido
γd Peso específico (aparente) seco (ou γs)
γg Peso específico (real) dos grãos ou dos sólidos
γh Peso específico (aparente) úmido (ou γ)
γo Peso específico da água pura a 4 graus centígrados
γs Peso específico (aparente) seco
γs, máx. Peso específico (aparente) seco máximo
γsat Peso específico (aparente) saturado
γsub Peso específico (aparente) submerso (ou γ`)
γw Peso específico da água (ou γa) a uma temperatura T qualquer
σ (sigma) Tensão normal Tensão total
σadm. Tensão admissível (ou Capacidade de Carga da fundação)
σ` Tensão efetiva
σ`a Tensão (ou pressão) de pré-adensamento ou de sobreadensamento ou de pré-consolidação (ou PPA) ou ainda, de cedência.
σc Tensão confinante
σ1 Tensão (normal) principal maior
σ3 Tensão (normal) principal menor
ε (épsilon) Deformação linear (tangencial) específica ou unitária Índice de vazios (ou e) μ (mu) Viscosidade absoluta ou dinâmica [N.s/mMicro (10-6) 2]
τr Resistência ao cisalhamento
ÍNDICE DE SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
DE MECÂNICA DOS SOLOS
Alfabeto grego
Maiúscula Minúscula Equivalente Nome
Α α a Alfa Β β b Beta Γ γ g Gama Δ δ d Delta Ε ε e Epsilon Ζ ζ z Zeta Η η e Eta Θ θ th Teta Ι ι i Iota Κ κ k Kapa Λ λ l Lambda Μ μ m Mu Ν ν n Nu Ξ ξ x Csi Ο ο o Omikron Π π p Pi Ρ ρ r Ro Σ σ s Sigma Τ τ t Tau Υ υ y Ypsilon Φ φ ph Fi Χ χ ch Qui Ψ ψ ps Psi Ω ω o Omega
Unidade 1
IDENTIFICAÇÃO e CLASSIFICAÇÃO de solos
O enfrentamento de praticamente todos os problemas de Engenharia Civil envolvendo solos deve partir da identificação e/ou classificação destes, pois só assim ficaremos aptos a equacioná-los e solucioná-los. Tal procedimento procurará enquadrar o solo numa classe com características peculiares e então será possível prever o seu provável comportamento mecânico.
Na Engenharia Civil, classificar solos é particularmente importante nos casos de prospecção de jazidas ou sempre que o solo é empregado como material de construção.
Frações constituintes dos solos, de acordo com a NBR 6502 da ABNT:
A distribuição granulométrica do solo (variação do tamanho dos seus grãos) influi no seu comportamento mecânico e é uma informação importante na sua descrição.
A ABNT padronizou a seguinte Escala Granulométrica:
Argila Silte Areia fina Areia média Areia grossa Pedregulho
0,005 0,05 0,42 2 4,8 76
Diâmetro equivalente do grão (mm) Outras designações complementares:
Pedra (-de-mão) (cobble) Matacão (boulder) Bloco de rocha
7,6 25 100 Tamanho (cm)
Identificação granulométrica dos solos
Raramente se encontra na natureza as partículas primárias do solo de modo isolado. Em geral são encontradas agrupadas, com seus constituintes individuais independentes porém cimentadas entre si em agregações secundárias ou torrões, por meio de ligantes orgânicos ou inorgânicos. Estes solos assim agrupados são designados pelo nome do tipo da fração predominante seguido do nome daquele de proporção imediatamente inferior.
A designação baseia-se nas quantidades percentuais (em peso) das frações presentes no solo, a partir de 10 %, possibilitando as seguintes combinações:
Areia Silte Argila
Areia siltosa Silte arenoso Argila arenosa Areia argilosa Silte argiloso Argila siltosa Areia silto-argilosa Silte areno-argiloso Argila areno-siltosa Areia argilo-siltosa Silte argilo-arenoso Argila silto-arenosa Caso os percentuais sejam iguais, adota-se a seguinte ordenação:
1º) argila, 2º) areia e 3º) silte.
Quando a fração comparecer com menos de 5 %, usa-se o termo “com vestígios de...” e se estiver entre 5 e 10 %, usa-se “com pouco ...”.
Se a presença de pedregulho for de 10 a 30 %, se “com pedregulho”; além disto, acrescenta-se “com muito pedregulho”.
Obs.: A NBR 7250 da ABNT recomenda que não se utilize nomenclatura onde aparecem mais do que duas frações (por exemplo: argila silto-arenosa). Porém, quando for o caso, pode-se acrescentar “com pedregulhos”.
Alguns exemplos:
Argila (%) Areia (%) Silte (%) Pedregulho (%) Identificação
12 61 27 Areia silto-argilosa
22 22 56 Silte argilo-arenoso
03 39 04 54 Areia c/ vestígios de silte, argila e muito pedregulho
18 42 23 17 Areia silto-argilosa com pedregulho
Testes de identificação dos solos pela inspeção expedita
Consistem na descrição de todos os aspectos perceptíveis da amostra do solo, como a textura, a cor, o odor (solos orgânicos), a presença de minerais evidentes etc., a partir de uma análise simples baseada principalmente nos sentidos (visão, olfato, tato, até mesmo o paladar!) e/ou uso de instrumentos comuns ou rudimentares (lâmina de gilete, folha de papel, água ou saliva!)... e na experiência pessoal. Exemplo: Silte argiloso marrom escuro, com pedregulhos.
Procura-se em especial distinguir entre solos grossos e finos, ou melhor, entre solos de
comportamento argiloso ou arenoso.
¾ Teste visual (exame de granulometria)
Consiste na observação visual do tamanho, forma, cor e constituição mineralógica dos grãos do solo. Permite distinguir entre solos grossos e finos.
¾ Teste do tato
Consiste em apertar e/ou friccionar entre os dedos, a amostra de solo: os solos “ásperos" são de comportamento arenoso e os solos "macios" são de comportamento argiloso.
¾ Teste do corte
Consiste em cortar a amostra com uma lâmina fina e observar a superfície do corte: sendo "polida" (ou lisa), trata-se de um solo de comportamento argiloso; sendo "fosca" (ou rugosa), trata-se de um solo de comportamento arenoso.
¾ Teste da dilatância (ou da mobilidade da água ou ainda, da "sacudidela").
Consiste em colocar na palma da mão uma pasta de solo (em umidade escolhida) e sacudi-la batendo leve e rapidamente uma das mãos contra a outra. A dilatância se manifesta pelo aparecimento de água à superfície da pasta e posterior desaparecimento ao se amassar a amostra entre os dedos: os solos de comportamento arenoso reagem sensível e prontamente ao teste, enquanto que os de comportamento argiloso não reagem.
¾ Teste de resistência seca
Consiste em tentar desagregar (pressionando com os dedos) uma amostra seca do solo: se a resistência for pequena, trata-se de um solo de comportamento arenoso; se for elevada, de solo de comportamento argiloso.
¾ Teste de desagregação do solo submerso
Consiste em colocar um torrão de solo em um recipiente contendo água, sem deixar o torrão imerso por completo: desagregação da amostra é rápida quando os solos são siltosos e lenta quando são argilosos.
¾ Teste de sujar as mãos
Consiste em umedecer uma amostra de solo, amassá-la fazendo uma pasta e esfregá-la na palma da mão, colocando, em seguida, sob água corrente: o solo arenoso lava-se facilmente, isto é, os grãos de areia limpam-se rapidamente das mãos. O solo siltoso só limpa depois que bastante água correu sobre a mão, sendo necessário sempre alguma fricção para limpeza total. Já o solo mais argiloso oferece dificuldade de se desprender da palma da mão, porque os grãos muito finos impregnam-se na pele, sendo necessário friccionar vigorosamente para a palma da mão se ver livre da pasta. ¾ Teste de dispersão em água
Consiste em desagregar completamente uma amostra de solo e colocar uma porção num recipiente de vidro contendo água. Agita-se o conjunto, em seguida imobiliza-se o recipiente, deixando-o em repouso e observa-se o tempo de deposição da maior parte das partículas do solo: os solos mais
arenosos assentam suas partículas em poucos segundos enquanto que os argilosos podem levar horas.
¾ Teste de plasticidade (ou da "cobrinha")
Consiste em umedecer uma amostra de solo, manipular bastante essa massa entre os dedos e tentar moldar com ela uma “cobrinha": se isto não for possível, o solo é arenoso. Se for possível, mas ela se quebrar ao se tentar dobrá-la, o solo é areno-argiloso. Se a cobrinha se dobrar, mas se quebrar ao se tentar fazer um círculo, o solo é argilo-arenoso. Se a cobrinha for dobrada em forma de círculo sem se quebrar, o solo é argiloso.
Identificação trilinear
Consiste num diagrama triangular (um gráfico de 3 eixos) – Fig. 1.1-a, artifício atribuído a FERET, em que cada lado corresponde à quantidade percentual (de 0 a 100) das frações areia, silte e argila contidas no solo analisado. As 3 coordenadas (bastam duas) definem um ponto no interior do diagrama, inserido numa área poligonal pre-delimitada empiricamente, correspondente ao tipo de solo, como no exemplo da Fig. 1.1-b, do Bureau of Public Roads.
Matriz Fig. 1.1-a
Existem inúmeras versões deste tipo de diagrama. Um outro exemplo pode ser visto na Fig. 3-9 do livro Mecânica dos Solos e suas aplicações - Vol. 1, H. P. CAPUTO – L.T.C., R.J. 88, que é a proposta do FHWA. Você poderá encontrar outras semelhantes, em outros livros que consultar. Procure obter pelo menos mais uma.
Segue abaixo – Fig. 1.1-c, um exemplo de outro tipo de gráfico, equivalente à Fig. 1.1-b, parecido com o trilinear, mas na verdade é um gráfico comum (sistema cartesiano de eixos ortogonais) de dupla entrada.
Obs.: Aplica-se para φmáx. = 2 mm. A fração ARGILA % não aparece.
CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS
Consiste em se efetuar ensaios de laboratório com a amostra do solo e com os resultados obtidos enquadrá-los num critério técnico padronizado por normas, reconhecido regional, nacional ou internacionalmente, dentro da especialidade, no caso a Engenharia Civil. Existem diversos sistemas de
classificação geotécnica, sendo os mais difundidos mundialmente – inclusive aqui no Brasil - os que
serão apresentados abaixo. Em geral os sistemas exigem dados sobre a granulometria do solo (tais como: P4, P10, P40, P200, φ10, φ30, φ60) e plasticidade (LL e LP).
Lembre-se que:
- P4, P10, P40, P200 = Porcentagem que passa na peneira n° 4 (4,8 mm), 10 (2mm), 40 (0,42 mm) ou
200 (0,075 mm), extraídas da curva granulométrica.
- φ10, φ30, φ60 = diâmetro dos grãos correspondente a 10%, 30% e 60% que passam, também extraídos
da curva granulométrica.
- LL = Limite de Liquidez, que é o teor de umidade para o qual o sulco se fecha com 25 golpes no Aparelho de Casagrande (concha que bate numa base dura à medida que se gira a manivela). É o teor de umidade que separa os estados de consistência plástico e líquido.
- LP = Limite de Plasticidade, que é o teor de umidade de um bastonete de solo com 3 mm de diâmetro e 10 cm de comprimento, o mais seco possível sem se fragmentar, ao ser rolado sobre uma placa de vidro. É o teor de umidade que separa os estados de consistência semi-sólido e plástico.
PRINCIPAIS SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA Sistema Rodoviário de Classificação – TRB (ou HRB / AASHTO).
O sistema original foi desenvolvido pelo “US Bureau of Public Road” (na década de 20, baseado em trabalhos de TERZAGHI e HOGENTOGLER) e publicado pelo “US Public Roads Administration” (atual AASHTO – “American Association of State Highway and Transportation Officials”) em 1942. Posteriormente (1945) foi adotada, com alterações, pelo “US Highway Research Board”, que hoje é o TRB – “Transportation Research Board”.
Assim, todas estas siglas (em negrito) são usadas para designar o método. Divide os solos em grupos e subgrupos, conforme o quadro abaixo (Fig. 1.2):
SISTEMA RODOVIÁRIO DE CLASSIFICAÇÃO TRB ( HRB / AASHTO )
Granulometria Plasticidade Tipo de material Grupo Sub- grupo P10 P40 P200 LL IP IG a ≤ 50 ≤ 30 ≤ 15 A.1 b ≤ 50 ≤ 25 ≤ 6 A.3 > 50 ≤ 10 NP 4 ≤ 40 5 > 40 ≤ 10 0 6 ≤ 40 Granular A.2 7 ≤ 35 > 40 > 10 ≤ 4 A.4 ≤ 40 ≤ 8 A.5 > 40 ≤ 10 ≤ 12 A.6 ≤ 40 > 10 ≤ 16 5 10 < IP ≤ (LL - 30) Silto-argiloso A.7 6 > 35 > 40 10 < IP > (LL - 30) ≤ 20
Turfoso A.8 Cor e odor típicos, partículas fibrosas, fofo, altamente compressível,
muito leve e inflamável quando seco, não-plástico. Testes.
Fig. 1.2
(O sistema compreendia, inicialmente, dois grupos, A e B, sendo os solos A de bom comportamento e os B de mau comportamento. Abandonou-se o símbolo B, ficando apenas com o A, que não tem hoje nenhum significado específico.)
IP = Índice de Plasticidade = LL – LP NP = Não-plástico.
IG = Índice de Grupo, elemento definidor da “capacidade de suporte” do terreno de fundação do pavimento, representado por um número inteiro variando de 0 a 20 que retrata o duplo aspecto de plasticidade e graduação do solo. Calculado por fórmula empírica, segundo método concebido por D.J. STEELE, engenheiro do antigo “US Bureau of Public Roads”, baseada nos estudos e verificações de materiais de subleito examinadas por diversas organizações rodoviárias. Em condições normais de boa drenagem e forte compactação, a capacidade-suporte de um material para subleito é inversamente proporcional ao seu Índice de Grupo, isto é, um IG = 0 representa um “bom” material e um IG = 20 representa um material “muito fraco” para subleito.
Geralmente os solos granulares apresentam IG menores (até 4), os siltosos valores intermediários (até 12) e os argilosos maiores (até 20).
Cálculo do IG
(a) analiticamente: IG = 0,2.a + 0,005.a.c + 0,01.b.d Eq. 1.1, onde:
a = P200 – 35 Devem variar só de 0 a 40 (se der negativo, coloque zero e se
b = P200 – 15 for maior que 40, coloque 40)
c = LL – 40 Devem variar só de 0 a 20 (se der negativo, coloque zero e se
d = I P – 10 for maior que 20, coloque 20)
P200 ≤ 15% ⇒ IG = 0 A Eq. 1.1 pode então ser apresentada da seguinte forma:
IG = (P200 - 35)[0,2 + 0,005(LL - 40)] + 0,01(P200 - 15)(IP - 10) Eq. 1.1’
0 a 40 0 a 20 0 a 40 0 a 20
(b) graficamente:
- veja a figura 13-3 do livro Mecânica dos Solos e suas aplicações - Vol. 1 - H. P. CAPUTO – L.T.C.,
R.J. 88 e também o ábaco Fig. III-24 do livro Pavimentação Rodoviária – M. L. DE SOUZA – 2a ed. –
Vol.1 – LTC IPR / DNER / MT – R.J. 80.
A classificação neste sistema é feita simplesmente enquadrando-se os dados do solo (P10, P40, P200, LL
e IP – obtidos em laboratório) no quadro da Fig. 1.2. A 1a linha de cima para baixo do quadro em que
todos os dados se encaixarem, fornece a classificação – grupo, subgrupo (se houver) e sempre se indica, entre parênteses, o valor do IG. Exemplos: A.1-b (0), A.5(10).
O livro Prospecção geotécnica do subsolo de M. J. C. P. A. DE LIMA - L.T.C., R.J. 79, apresenta, na Fig. 3.2 – pág. 15, um relatório de sondagem onde os solos foram classificados por estes sistema.[Há um erro na designação de um dos solos (encontre-o) e faltam, em todas, a indicação dos IG`s].
Os campos em branco nas colunas Granulometria e Plasticidade significam que “qualquer valor serve”. No caso dos solos finos (silto-argilosos, P200 > 35%) as condições de plasticidade do quadro podem ser representadas pelo seguinte gráfico LL “versus” IP:
70
A.6 A.7-6 Equação desta linha:
IP IP = LL - 30
A.7-5 (Eq. 1.2)
10
A.4 A.5
0 40 100 LL
SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA – USC / ASTM.
Este sistema, chamado originalmente de sistema de classificação para aeroportos (“Airfield
Classification System” – AC) foi proposto por ARTHUR CASAGRANDE (em 1942/48) e em 1952 o
“US Bureau of Reclamation” e o Corps of Engineers of the United State Army” o apresentaram com ligeiras modificações, como “Unified Soil Classification System” – USC, ou Sistema Unificado de Classificação de Solos – SUCS. Foi homologado pela ASTM – “American Society for Testing Materials”.
A Fig. 1.4, apresenta um quadro síntese que permite classificar solos por este sistema, conforme descrição a seguir. As classificações são representadas por combinações de letras (provenientes de termos estrangeiros), sendo que algumas se referem à designação principal do solo e outras às designações complementares ou secundárias. São elas:
- designação principal: G = pedregulho (“gravel”) ou S = areia (“sand”)
- designação complementar: W = bem graduado (“well graded”) ou P = mal graduado (“poorly graded”). M = silte (“mo” em sueco, já que em ingles é “silt” e o S já foi empregado para areia), C = argila (“clay”). O = orgânico (“organic”). L = baixa (“low”) ou H = alta (“high”) compressibilidade. Pt = turfa (“peat”).
O processo de classificação consiste no seguinte:
1) Comece pelo P200. Se ele for menor ou igual a 50 trata-se de solo grosso e então tem-se que definir
se ele é G ou S. Para isto basta verificar qual destas frações predomina no solo, calculando: G = 100 – P4 e S = P4 – P200. O que for maior define o tipo de solo.
2) Se o P200 for menor ou igual a 5, deve-se dizer se o solo é W ou P (além de G ou S). Para isto
calculam-se os coeficientes de curvatura (Cc =
φ
302 /φ
60.φ
10) e de Uniformidade (Cu =φ
60 /φ
10). Para que o solo seja W, é necessário que o Cu seja maior que 4 no caso do G e maior que 6 no caso do S e, simultaneamente, que o Cc esteja compreendido entre 1 e 3, em ambos os casos. Caso uma ou as duas condições não sejam atendidas, ele é P. As alternativas são, portanto: GW, GP, SW ouSP.
3) Se o P200 estiver entre 5 e 12, o solo grosso (G ou S) recebe dupla classificação. Além de dizer se
ele é W ou P, tem-se que acrescentar se ele é M ou C. Para isto utiliza-se o Gráfico de Plasticidade de CASAGRANDE ( Fig 1.5) ou apenas a Eq. 1.3. Se o ponto LL x IP cair acima da Linha A é C, se cair abaixo é M. As alternativas são, portanto: GW-GC, GW-GM, GP-GC, GP-GM, SW-SC,
SW-SM, SP-SC, SP-SM.
4) Se o P200 for maior que 12 (e menor que 50), não precisa mais dizer nada sobre a granulometria,
isto é, se ele é W ou P, mas continua sendo necessário dizer se ele é M ou C. Para isto basta, do mesmo modo anterior, usar o Gráfico de Plasticidade de CASAGRANDE (Fig 1.5). As alternativas são: GC, GM, SC ou SM.
5) Se o P200 for maior que 50 (mas naturalmente menor que 100), ele é fino. Nestes casos basta usar o
Gráfico de Plasticidade de CASAGRANDE (Fig 1.5). A região que contiver o ponto LL x IP do solo define a classificação. Acima da Linha A está o C. Abaixo da Linha A estão o M e o O. À esquerda de LL = 50 está o L e à direita o H. As alternativas são, portanto: CH, CL, MH, ML,
OH e OL. Existe ainda uma região de transição, acima da Linha A, com IP entre 4 e 7, que é
CL-ML. Para distinguir entre solo M ou O, é necessário dispor de mais informações, geralmente
fornecidas pelo laboratório, do tipo: cor, odor e outras características que permitam deduzir que o solo seja orgânico (mas não propriamente turfoso, este altamente orgânico). Um dos elementos de diferenciação consiste em comparar os Limites de Liquidez do solo, sob o seguinte critério:
75 , 0 sec < LL LL o ⇒ O
Se a dúvida persistir, indique as duas classificações, assim: ML ou OL, MH ou OH; use OU e não hífen ou barra etc.
Agora procure entender o quadro da Fig. 1.4 a partir das instruções acima.
- No Brasil não se usam 3 letras juntas, como SMW. Se for o caso, repete-se a designação principal: SM-SW, separadas por hífen.
- Também não existe tripla classificação, como SW-SM-SC.
- Nunca se usam numa mesma classificação as letras G e S, como GS ou GM-SM.
- Para solos grossos (G, S) nunca se usam os complementos L, H ou O, como GL, SO etc.
- Observe que tanto o sistema TRB quanto o USC utilizam o percentual passado na peneira número 200
(P200) para distinguir entre solos grossos ou finos. Só que um considera 35% e o outro 50%. Assim,
podem ocorrer discrepâncias entre os dois sistemas. Verifique. - Como decidir nos casos duvidosos:
(a) quando P200 < 50, a regra é favorecer a classificação menos plástica.
Exemplo: um pedregulho com 10% de finos, Cu = 20, Cc = 2 e IP = 6 será classificado com mais razão como GW-GM do que GW-GC.
(b) quando P200 > 50, a regra é favorecer a classificação mais plástica.
Exemplo: um solo de granulometria fina com LL = 50 e IP = 22 será classificado com mais razão como CH-MH que como CL-ML.
(b.1) se o ponto LL x IP cair sobre, ou praticamente sobre a Linha A ou mesmo caindo acima mas tendo IP entre 4 e 7, deverá ser dada ao solo uma classificação intermediária adequada, tal como CL-ML ou CH-OH.
(b.2) se o ponto LL x IP cair sobre ou praticamente sobre a linha LL = 50, deverá ser dada ao solo uma classificação intermediária apropriada, tal como CL-CH ou ML-MH.
Não deixe de conhecer as tabelas de comparações que Liu (1967) fez entre as classificações obtidas pelos dois sistemas e que podem ser encontradas no item 11 – pág. 71 – Cap. III do livro Pavimentação Rodoviária – M. L. de Souza – 2a ed. – Vol.1 – LTC IPR / DNER / MT – RJ, 80 ou nas Tabelas 4.4 e 4.5 do livro de Braja M. Das, indicado na Bibliografia.
SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA ( USC / ASTM ) Granulometria Plasticidade Tipo de Material P200 (%) P4 (%) Cc, Cu IP LL Classificação ≤ 5 GW GP SW SP 5 < P 200 ≤ 12 1 ≤ Cc ≤ 3 e Cu > 4 (para G) W Cu > 6 (para S)
Fora destas faixas: P
7 < IP > 0,73(LL – 20) : C IP ≤ 0,73 (LL – 20) M ou IP ≤ 7 GW – GC GW – GM GP – GC GP – GM SW – SC SW – SM SP – SC SP – SM Grosso 12 < P20 0 ≤ 50 ( 100 – P4 ) > ( P 4 – P200 ) : G ( 100 – P4 ) < ( P 4 – P200 ) : S IP “A” C 7 M LL GC GM SC SM > 50 : H Fino > 50 7 < IP > 0,73(LL – 20) : C IP ≤ 0,73 (LL – 20) M ou IP ≤ 4 (4 < IP ≤ 7 ) e [ IP > 0,73 (LL – 20)] : C – M ≤ 50 : L CH MH ou OH CL ML ou OL CL - ML Turfoso
Caracterizado pela cor e odor típicos, partículas fibrosas, fofo, altamente compressível, muito leve e
inflamável quando seco, não-plástico. Teste de perda ao fogo (rubro). Limites de consistência antes e depois da secagem. Segundo a NBR 6502, “são solos com grande porcentagem de partículas fibrosas de material carbonoso ao lado de matéria orgânica no estado coloidal”.
Pt
Gráfico (ou Carta) de Plasticidade de CASAGRANDE (para ser usado sempre que P200 > 5%):
IP
Limite teórico*: CH
IP = LL Equação desta linha (denominada “Linha A”): IP = 0,73(LL-20) (Eq. 1.3) CL 7 CL – ML 4 ML ou OL MH ou OH 50 LL
Fig. 1.5 (fora de escala)
* Segundo o “US Corps of Engineeres”, existe também um limite prático (“upper-limit line”), verificado para os solos naturais, dado pela equação IP = 0,9(LL - 8).
Compare o gráfico da Fig. 1.3 com o da Fig. 1.5
Referências bibliográficas adicionais:
- DNER (atual DNIT) - “Manual de Pavimentação” – vol. 1. Edições Engenharia 16/77.
- GENE STANCATI, JOÃO BAPTISTA NOGUEIRA, ORÊNCIO MONJE VILAR - “Ensaios de Laboratório em Mecânica dos Solos”. Departamento de Geotecnia da Escola de Engenharia de São Carlos / USP, 1981
- SAMUEL DO CARMO LIMA - “Como Observar e Interpretar Solos”. Revista Sociedade & Natureza. Uberlândia – MG, 1994 - Item 1.4 do CRAIG.
- Capítulo 4 do BRAJA.
CLASSIFICAÇÃO MCT (Noções)
É uma proposta brasileira (NOGAMI e VILLIBOR, 1981) de classificação geotécnica ajustada a solos tropicais, originalmente desenvolvida para fins rodoviários. Ela parte do princípio que os sistemas tradicionais, importados, baseados na granulometria e características plásticas dos solos não devem ser aplicados diretamente aos solos tropicais, pois isto leva frequentemente a resultados não condizentes com o desempenho real nas obras, no caso de solos tipicamente tropicais, face às suas peculiaridades. A metodologia baseia-se na obtenção de propriedades de corpos de provas de dimensões reduzidas compactados, daí a sigla MCT – Miniatura, Compactados, Tropicais. A classificação MCT divide os solos tropicais em duas grandes classes, quais sejam, os solos de comportamento laterítico e de comportamento não-laterítico (classe esta na qual se incluem os saprolíticos, os transportados e outros) e então enquadra os solos tropicais em 7 grupos: NA, LA, NS`, NA`, NG` e LG`, onde L significa laterítico, N = não-laterítico, A = areia, A` = arenoso, G`= argiloso e S´= siltoso. A separação nas duas classes não se baseia em critérios geológicos ou pedológicos, mas sim em considerações essencialmente tecnológicas ou geotécnicas. As propriedades dos solos utilizadas na classificação são provenientes de ensaios mecânicos e hidráulicos simplificados, como o método de compactação mini-MCV – Moisture Condition Value,
(sem imersão / perda por imersão), expansão / contração, coeficiente de permeabilidade, coeficiente de sorção e algumas correlações. Uma das limitações do método é a ainda baixa representatividade estatística
(“... apenas meia centena de solos típicos das rodovias do Estado de São Paulo”). Outra é não se aplicar a solos granulares, por não serem compactáveis.
Fontes de consultas:
- “Uma nova classificação de solos para finalidades rodoviárias” – JOB SHUJI NOGAMI e DOUGLAS FADUL VILLIBOR. Simpósio Brasileiro de Solos Tropicais em Engenharia – COPPE/UFRJ, CNPq, ABMS.
Rio de Janeiro, 21 a 23/09/1981.
- “Classificação Geotécnica MCT para solos tropicais” – VERA M. N. COZZOLINO e JOB S.NOGAMI. Solos e Rochas – revista brasileira de Geotecnia, vol. 16, n. 2, agosto de 1993.
Prática
1) O que são os “Testes de Identificação pela Inspeção Expedita dos Solos” ? Qual é seu objetivo principal? 2) Em que consiste a Identificação Trilinear dos solos?
3) Quais são as diferenças geotécnicas mais marcantes entre um solo arenoso e um argiloso? 4) Em que consiste a identificação dos solos ? Cite exemplos.
5) Descreva detalhadamente, quais procedimentos você adotaria para identificar amostras de solos no campo, caso não pudesse contar com qualquer apoio de um laboratório no momento.
6) Como são obtidos e para que servem os Limites de ATTERBERG?
7) Qual é a importância e a utilização prática de se fazer a classificação (geotécnica) dos solos e quais são os elementos necessários para tal ?
8) O que é e para que serve o Gráfico de Plasticidade de A. CASAGRANDE adotada no SUCS?
9) Um mesmo solo pode ser classificado como grosso pelo sistema TRB / AASHTO e fino pelo sistema USC / ASTM? E o contrário? Por quê?
10) Pesquise e forneça o significado dos seguintes termos da Geotecnia: Solos tropicais, solos saprolíticos e solos lateríticos. Pesquise também e apresente uma breve síntese sobre a Classificação Resiliente (Pinto, Preussler, Medina, COPPE/UFRJ 1976).
11) Recolha com cuidado uma pequena amostra de solo; anote a localização precisa de onde foi extraída (num mapa) e identifique-a. Faça um relatório descrevendo todos os procedimentos adotados para tal. Recorra a profissionais mais experientes. Acondicione a amostra num saquinho plástico ou vidro de boca larga, bem fechado e etiquetado e leve para a sala de aula.
12) Identifique, usando o diagrama trilinear do FHWA , o do BPR e mais um outro geotécnico (a seu critério), um solo que apresentou em laboratório, a seguinte composição granulométrica:
Areia = _ _ _ %, Silte = _ _ _ % e Argila = _ _ _% (Atribua valores a seu critério, lembrando que a soma dos 3 deve totalizar 100).
Agora responda:
- você acha que os 3 resultados são coerentes entre si?
13) Classifique todos os 16 solos (Mi) abaixo, pelos Sistemas TRB / AASHTO e USC / ASTM, cujas
características geotécnicas determinadas em laboratório, estão informadas nos quadros. % ≤ Ø
Solo M1 Solo M2 Solo M3 Solo M4
Peneira nº 4 97 98 85 100 Peneira nº 10 96 94 80 93 Peneira nº 40 93 80 60 69 Peneira nº 200 87 57 28 32 Peneira nº 270 84 50 27 26 0,005 mm 50 20 9 9 Granulometria 0,001 mm 25 15 3 3 Limite de Liquidez 32 47 21 42 Plasticidade Limite de Plasticidade 23 35 16 34
Solo P4 (%) P10 (%) P40 (%) P200 (%) ≤ 2μ (%) LL (%) LP (%) M5 100 40 10 2 0 - - M6 72 62 55 48 10 36 26 M7 100 100 95 86 39 50 22 M8 48 32 8 0 0 - - M9 100 98 80 62 27 64 38 M10 81 60 32 10 01 26 16 M11 90 82 65 50 31 25 22
≤ 2μ (%) significa porcentagem de grãos do solo com tamanho inferior a dois microns. 1μ = 10-6m = 10-3 mm
Granulometria Plasticidade Solo P4 (%) P10 (%) P40 (%) P200(%) Ø10(mm) Ø30(mm) Ø60(mm) LL (%) LP (%) M12 82,5 52,8 23,8 10 0,075 0,66 2,57 50 30 M13 100 100 78 43 25,5 20,5 M14 66 44 21 09 0,1 0,9 4,0 75 67 M15 47 37 23 14 0,03 1,0 10 15 10 M16 100 100 100 86 0,005 0,01 0,022 80 55
Legenda: P = porcentagem que passa. Ø = diâmetro equivalente do grão. LL = Limite de Liquidez. LP
= Limite de Plasticidade.
14) Classifique, pelos sistemas USC / ASTM e TRB / AASHTO o solo M17 que apresentou os seguintes
resultados em laboratório:
- Equação da Curva Granulométrica: onde
P = porcentagem que passa (em %)
φ = diâmetro equivalente do grão do solo (em mm)
φmáx.= diâmetro equivalente da maior partícula presente no solo = 1,1.N° - 0,6 = _ _ _ mm
n = expoente empírico = (N° + 14)/100 = _ _ _ (adimensional). - Plasticidade:
Limite de Liquidez, LL = 93 - 2 N° = _ _ _ % Limite de Plasticidade, LP = 10%.
Apresente todos os passos da sua resolução.
15) Classifique, pelos sistemas USC e TRB, os 2 solos que apresentaram os resultados de laboratório expostos a seguir. Apresente todos os passos necessários à resolução, inclusive marque no gráfico os pontos usados.
100 . x P n máx ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = φ φ GRANULOMETRIA 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,001 0,01 0,1 1 10 100 Diâmetro (mm) % Passa Solo M18 Solo M19 PLASTICIDADE Solo LL IP M18 71 61 M19 NP
16) Classifique, pelos sistemas USC e TRB, os 2 solos que apresentaram os seguintes resultados em laboratório: - Granulometria: 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,01 0,1 1 10 100
Diâm etro (m m) - Esc. log.
Po rc e n ta ge m qu e pa ss a ( % )
- Plasticidade (vale para ambos os solos):
Limite de Liquidez = (3.No +7) /2 = _ _ _ %
Limite de Plasticidade = 3(No -1) / 4 = _ _ _%.
Apresente todos os passos da sua resolução, inclusive marque no gráfico os pontos que você utilizou.
17) Classifique, pelos sistemas USC e TRB, um solo (M22) cuja curva granulométrica pode ser expressa
com suficiente precisão, pela equação P = (Ø / 76)n × 100, onde P é a porcentagem que passa (%), ∅ é
o diâmetro equivalente do grão (mm) e n é um expoente empírico adimensional = (No + 9) / 100 = _ _ _
O Limite de Plasticidade = 66 - No = _ _ _% e o Limite de Liquidez = 2 × LP.
Obs.: N° deve ser substituído por um número específico para cada aluno, conforme indicação do professor.
Abertura de algumas peneiras: N° 4 = 4,8 mm
N° 10 = 2,0 mm N° 40 = 0,42 mm N° 200 = 0,075 mm
Unidade 2
INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS
Manuais Poços Trincheiras Trados manuais Diretos MecânicosSondagens à percussão com circulação de água (SPT) Sondagens rotativas
Sondagens mistas
Sond. especiais com extração de amostras indeformadas Semi-diretos
Ensaio de palheta ou “vane test” (VST)
Ensaio de penetração dinâmica ou “diep sondering” (CPT) Ensaio pressiométrico (PMT) Métodos de prospecção Indiretos (geofísicos) Sísmico Gravimétricos Magnéticos Elétricos
(Prospecção geotécnica do subsolo - Maria José C. Porto A. de Lima)
Trataremos aqui apenas do método SPT - Standard Penetration Test, já que ainda é o mais difundido no Brasil, como um processo de simples reconhecimento do subsolo. Também por atender suficientemente ao interesse mais imediato desta disciplina e em vista do assunto ser abordado na Unid. III da disciplina associada Ensaios de Laboratório e de Campo.
SONDAGEM A PERCUSSÃO SPT, COM CIRCULAÇÃO DE ÁGUA
As finalidades deste método para fins da Engenharia Civil são: - exploração por perfuração e amostragem do solo,
- medidas do índice de resistência à penetração (N), - determinação da profundidade do nível de água (NA) e - identificação dos horizontes do terreno.
As principais vantagens do método são: - Custo relativamente baixo.
- Facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso.
- Permite a coleta de amostras do terreno, a diversas profundidades, possibilitando o conhecimento da estratigrafia do mesmo.
- Através da maior ou menor dificuldade oferecida pelo solo à penetração de ferramenta padronizada, fornece indicações sobre a consistência ou compacidade dos solos investigados.
- Possibilita a determinação da profundidade de ocorrência do lençol freático.
Equipamento padrão
Peças principais:
- Tripé equipado com sarilho, roldana e cabo de aço ou corda de sisal - Tubos de revestimento em aço, com diâmetro interno mínimo de 66,5 mm - Haste de aço para avanço
- Amostrador padrão de diâmetro externo de 50,8 mm e interno 34,9 mm. O corpo do amostrador é bipartido. A cabeça tem dois orifícios laterais para saída da água e ar e contém interiormente uma válvula de bola
- Bomba de água motorizada para circulação de água no avanço da perfuração
- Trépano ou peça de lavagem (peça de aço terminada em bisel e dotada de duas saídas laterais para a água)
- Trado concha com 100 mm de diâmetro e trado espiral de diâmetro mínimo de 56 mm e máximo de 62 mm
Descrição da técnica de execução da sondagem.
a) Perfuração
A perfuração é iniciada com o trado cavadeira até a profundidade de 1 (um) metro, instalando-se o primeiro segmento do tubo de revestimento. Nas operações subsequentes de perfuração utiliza-se o trado espiral, até que se torne inoperante ou até encontrar o nível de água . Passa-se então ao processo de perfuração por circulação de água no qual, usando-se o trépano de lavagem como ferramenta de escavação, a remoção do material escavado se faz por meio de circulação de água, realizada pela bomba de água motorizada.
Durante as operações de perfuração, caso a parede do furo se mostre instável procede-se a descida do tubo de revestimento até onde se fizer necessário, alternadamente com a operação de perfuração. O tubo de revestimento deve ficar no mínimo a 50 cm do fundo do furo, quando da operação de amostragem.
Em sondagens profundas, onde a descida e a posterior remoção dos tubos de revestimentos for problemática, poderá ser empregada lama de estabilização em lugar do tubo de revestimento.
Durante a operação de perfuração são anotadas as profundidades das transições de camadas detectadas por exame táctil-visual e da mudança de coloração dos materiais trazidos à boca do furo pelo trado espiral ou pela água de lavagem.
Durante a sondagem o nível de água no interior do furo é mantido em cota igual ou superior ao nível lençol freático.
b) Amostragem
Será coletada, para exame posterior, uma parte representativa do solo colhido pelo trado concha durante a perfuração até um metro de profundidade. Posteriormente, a cada metro de perfuração, a contar de um metro de profundidade, são colhidas amostras dos solos por meio do amostrador padrão. Obtêm-se amostras cilíndricas, adequadas para a classificação porem evidentemente comprimidas. Este processo de extração de amostras oferece entretanto a vantagem de possibilitar a medida da consistência ou compacidade do solo por meio de sua resistência à penetração no terreno.
Os recipientes das amostras devem ser providos de uma etiqueta, na qual, escrito com tinta indelével, devem constar:
- designação ou número do trabalho - local da obra
- número da sondagem - profundidade da amostra
- número de golpes do ensaio de penetração. c) Ensaio de Penetração Dinâmica
O amostrador padrão conectado à extremidade da haste de perfuração, é descido no interior do furo de sondagem e posicionado na profundidade atingida pela perfuração. A seguir, a cabeça de bater é
colocada no topo da haste, o martelo apoiado suavemente sobre a cabeça de bater e anotada a eventual penetração do amostrador no solo.
Utilizando-se o topo do tubo de revestimento como referência, marca-se na haste de perfuração, com giz, um segmento de 45 cm dividido em três trechos iguais de 15 cm.
Para efetuar a cravação do amostrador padrão, o martelo deve ser erguido até a altura de 75 cm , marcada na haste-guia, por meio de corda flexível que se encaixa com folga no sulco da roldana.
Não tendo ocorrido penetração igual ou maior do que 45 cm no procedimento descrito, inicia-se a cravação do barrilete por meio de impactos sucessivos do martelo, até a cravação de 45 cm do amostrador . Devem ser anotados, separadamente, os números de golpes necessários à cravação de cada 15 cm do amostrador.
Boletim de campo
Nas folhas de anotações de campo devem ser registrados: - nome da obra e interessado
- identificação e localização do furo - diâmetro de sondagem
- data de execução
- descrição e profundidade das amostras coletadas
- medidas de nível de água com data, hora e profundidade do furo por ocasião da medida - ferramenta utilizada na perfuração e respectiva profundidade .
Considerações sobre o lençol freático
Durante a perfuração o operador deve estar atento a qualquer aumento aparente da umidade do solo, indicativo da presença próxima do nível de água (NA), bem como um indício mais forte, tal como de estar molhado um determinado trecho inferior do trado .
Durante a execução da sondagem à percussão são efetuadas observações sobre o nível de água, registrando-se a sua cota, a pressão que se encontra e as condições de permeabilidade e drenagem das camadas atravessadas .
Ao se atingir o nível de água interrompe-se a operação de perfuração, anota-se a profundidade e passa-se a obpassa-servar a elevação do nível de água no furo, efetuando-passa-se leituras a cada 5 minutos, durante 30 minutos.
Deve ser medida, caso ocorra, a vazão de água ao nível do terreno.
O nível de água também deverá ser medido 24 horas após a conclusão do furo.
Composição do relatório final
Os resultados das sondagens devem ser apresentados em relatórios, numerados, datados e assinados por responsável técnico pelo trabalho perante o Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia - CREA . O relatório deve ser apresentado em formato A4 .
Devem constar do relatório: - nome do interessado - local e natureza da obra
- descrição sumária do método e dos equipamentos empregados na realização das sondagens - total perfurado, em metros
- declaração de que foram obedecidas as Normas Brasileiras relativas ao assunto - outras observações e comentários, se julgados importantes
Anexo ao relatório deve constar desenho contendo:
- planta do local da obra, cotada e amarrada a referências facilmente encontradas e pouco mutáveis, de forma a não deixar dúvidas quanto a sua localização
- nesta planta deve constar a localização das sondagens cotadas e amarradas a elementos fixos e bem definidos no terreno . A planta deve conter , ainda, a posição da referência de nível (RN) tomada para o nivelamento das bocas das sondagens, bem como a descrição sumária do elemento físico tomado como RN .
Os resultados das sondagens devem ser apresentados em desenhos contendo o perfil individual de cada sondagem e seções do subsolo, nos quais devem constar, obrigatoriamente:
- o nome da firma executora das sondagens, o nome do interessado, local da obra, indicação do número do trabalho e os vistos do desenhista, do engenheiro ou geólogo responsável pelo trabalho - diâmetro do tubo de revestimento e do amostrador empregados na execução das sondagens
- número(s) da(s) sondagem(ns)
- cota(s) da(s) boca(s) dos furos de sondagem, com precisão de 1 cm - linhas horizontais cotadas a cada 5 m em relação à referência de nível - posição das amostras colhidas
- os índices de resistência à penetração (N), calculados como sendo a soma do número de golpes
necessários à penetração no solo dos 30 cm finais do amostrador
- identificação dos solos amostrados
- a posição do nível de água encontrado e a respectiva data de observação - convenção gráfica dos solos que compõem as camadas do subsolo - datas de início e término de cada sondagem
- indicação dos processos de perfuração empregados e respectivos trechos, bem como as posições sucessivas do tubo de revestimento.
Fatores que influem no valor de N
- O estado de conservação do barrilete amostrador e das hastes; uso de hastes de diferentes pesos. - A maneira com que são contados os golpes (desde o início da cravação do amostrador ou após certa
penetração)
- Variação na energia de cravação. A calibração do peso de bater e a sua altura de queda, além da natureza da superfície do impacto (ferro sobre ferro, ou adoção de uma superfície amortecedora - coxim de madeira). Não é lícito variar o peso e a altura de queda mantendo a mesma energia por golpe.
- O uso de martelo automático e hastes AW (no lugar de tubos Schedule 80), mais rígidas, conduz a resultados mais confiáveis.
- Má limpeza do furo ou não alargado suficientemente, para a livre passagem do amostrador. - Emprego de técnica de avanço por circulação de água acima do NA.
Programação das sondagens Quantidade de furos
Lotes de terrenos urbanos: mínimo de 3, não alinhados
Edifícios, pontes, barragens, portos: mais próximos, mais profundos. Estradas, canais, galerias: mais distanciados, mais rasos.
Distância entre sondagens: de 15 a 20 m (V. MELLO). Próximas aos limites.
