Aula 3 - Limites de consistencia e Classificacao

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ESTADOS DE CONSISTÊNCIA

CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS

SGS-0407 Mecânica dos Solos I PROFESSOR: EDMUNDO ROGÉRIO ESQUIVEL

Consistência dos Solos 

Alguns solos finos, dependendo do seu teor de umidade, apresentam uma característica plástica, ou seja, podem ser modelados sem se desintegrar.



A plasticidade de um solo é devida à água adsorvida pelas

partículas

de

argilo-minerais

orgânicos presentes no solo.

ou

materiais

Consistência dos Solos 

Quando

o

teor

de

umidade é muito baixo, o

solo

se

comporta

como um sólido. 

Quando

o

teor

de

umidade é muito alto, o

solo pode fluir como um líquido.

Consistência dos Solos: Limites de Atterberg

0



No início do século passado, Atterberg desenvolveu um método para descrever a consistência dos solos finos em função do seu teor de umidade.



Dependendo do teor de umidade, o comportamento de um solo pode ser classificado em quatro estados básicos: sólido, semi-sólido, plástico e líquido.

limite de contração

sólido -frágil

limite de plasticidade

semi-sólido

limite de liquidez

plástico

teor de umidade

líquido

Consistência dos Solos: Limites de Atterberg limite de contração

0

sólido-frágil







limite de plasticidade

semi-sólido

limite de liquidez

plástico

teor de umidade

líquido

Limite de contração (LC ou wS):  Para w < LC, não apresenta variação de volume Limite de plasticidade (LP ou wP):  Menor teor de umidade para o qual o solo ainda é plástico Limite de liquidez (LL ou wL):  O solo flui como um líquido quando w > LL

Índice de Plasticidade (IP) 

Intervalo para o teor de umidade para o qual o solo permanece plástico.

Índice de Plasticidade = Limite de liquidez – Limite de plasticidade

0

limite de contração

limite de plasticidade

limite de liquidez

plástico

teor de umidade

Limite de Liquidez (LL) 

O limite de liquidez LL é determinado com:

Aparelho de Casagrande

Penetrômetro

Limite de Liquidez (LL) 

Aparelho de Casagrande 10 mm 10 mm

10 mm 2 mm 10 mm 2 mm pasta de solo pasta de solo

cinzel cinzel

10 mm quando levantado 10 mm quando levantado concha de latão de concha latão

base de de ebonite base ebonite vista lateral vista lateral

vista frontal

 8 mm  8 mm

Limite de Liquidez (LL) 

Aparelho de Casagrande 1

2

ranhura fechada

3

4 13 mm

O limite de liquidez (LL) é arbitrariamente definido como sendo o teor de umidade no qual uma ranhura trapezoidal padrão fecha-se após 25 golpes.

Aparelho de Casagrande Acessórios Necessários

Calibração

Cinzel Ranhura

Aparelho de Casagrande Execução do Ensaio • solo que passa #40 • 2 revoluções por segundo • fechamento de 13mm na ranhura • mínimo de 15 golpes, máximo de 40 golpes • LL = w equivalente a 25 golpes 55

w [%]

50

13mm

45

40

35 10

20

30

40

50

número de golpes

Penetrômetro Execução do Ensaio

Preparação do solo

• ponta do cone deve tocar a superfície • deixar o cone penetrar por 5 segundos • leitura: mínimo de 15mm, máximo de 25mm LL = w equivalente a 20mm de penetração

Cápsula com amostra

Penetrômetro Critérios de aceitação das leituras • 2 leituras 1- 2 < 0,5 mm   = (1+ 2)/2 0,5 ≤ 1- 2 ≤ 1,0 mm realizar 3 1- 2 > 1,0 mm  Desprezar ponto • 3 leituras i- j < 1,0 mm   = (1+ 2+ 3)/3  i- j > 1,0 mm  Desprezar pontos 40 penetração (mm)

35 30 25 20 15 10 35

40

45

50

55

60

65

70 w (%)

Limite de Plasticidade Acessórios para o ensaio

Cápsulas para determinação das umidades

Placa de vidro jateado Gabarito de metal (3mm) para a comparação do diâmetro do molde de solo

Limite de Plasticidade

Comparação com o gabarito

Aparecimento das fissuras

O ensaio será repetido, no mínimo, 3 vezes e o LP ou wp será a média das 3 umidades obtidas

Limite de Contração 

O limite de contração caracteriza o teor de umidade a

partir do qual o solo perde água sem variação de volume.



Os limites de liquidez e de plasticidade são determinados

rotineiramente pelos laboratórios de mecânica dos solo.



Entretanto, o limite de contração, devido à sua pouca

utilidade, é raramente determinado.

Estrutura dos Solos 

Estrutura do solo é definida como o arranjo geométrico das suas partículas sólidas, umas em relação às outras.



Os principais fatores que afetam a estrutura de um solo são:    

forma da partículas tamanho das partículas composição mineralógica das partículas natureza e composição do fluido (água) presente no solo

Estrutura dos Solos 

De um modo geral, os solos estão classificados em dois grandes grupos:



não-coesivos (grossos ou granulares)



coesivos (finos)

Solos Não-coesivos 

A forma, tamanho e posições relativas das partículas tem grande influência na compacidade dos solos nãocoesivos.



Assim, é possível existir um amplo intervalo de índices de vazios.

Solos Não-coesivos 

A compacidade de um solo não-coesivo é medida pela compacidade relativa:

emax  e Dr  emax  emin emax = índice de vazios correspondente ao estado mais fofo possível emin = índice de vazios correspondente ao estado mais denso possível e = índice de vazios correspondente ao estado natural Devemos lembrar que: e = Vv / Vs

Solos Não-coesivos

vazio

sólido

estado fofo

vazio sólido

estado compacto

Solos Não-coesivos

estado fofo

estado compacto

Solos Não-coesivos

Solos Coesivos 

No caso dos solos coesivos, a situação é muito mais complexa.



Passam a interferir fatores tais como:   

forças de superfície entre as partículas forças de atração e repulsão entre as partículas concentração de íons no fluido onde ocorreu a sedimentação

Solos Coesivos 

No caso de haver forças de repulsão entre as

partículas,

existe

uma

tendência

das

mesma

assumirem uma orientação face a face, originando uma estrutura dispersa.

Solos Coesivos 

Quando as forças são de atração, a tendência é de que

os contatos entre partículas ocorram entre faces e bordas, originando uma estrutura floculada.

floculação não salina

floculação salina

Classificação dos Solos 

Do ponto de vista de engenharia, a classificação dos solos tem por finalidade: 

estimar o provável comportamento de um determinado solo;



orientar o programa de investigação necessário para

permitir a adequada análise de um problema.

Classificação dos Solos 

Para atender os vários campos da Geotecnia, existem diferentes sistemas de classificação: 

classificação por tipos de solos;



classificação genética geral;



classificação granulométrica;



classificação unificada (US Corps of Engineers);



classificação HBR (Highway Research Board).

Classificação dos Solos 

Um sistema de classificação de solos adequado deve satisfazer os seguintes requisitos: 

ser simples, facilmente memorizável;



permitir uma rápida determinação do grupo a que o solo pertence;



permitir a classificação por meio de processos simples de análise visual-táctil.

Classificação dos Solos 

Classificação Genética Geral: 

Solos superficiais



Solos de alteração



Solos transportados

Classificação dos Solos 

Classificação Granulométrica é realizada de acordo com as porcentagens das partículas dentro de determinados intervalos de tamanhos.

diâmetro (mm) argila

silte

areia fina

0.002

0.06

pedregulho

média 0.20

grossa 0.60

2.00

Classificação Unificada dos Solos 

Classificação

Unificada

de

Solos,

elaborada

originalmente por Arthur Casagrande, tem a finalidade de determinar a adequação ou conformidade de diferentes solos.



Também é usada para estabelecer correlações com propriedade de comportamento de solos.

Classificação Unificada dos Solos 

Cada solo é representado pela combinação de duas

letras: G = pedregulho

W = bem graduado

S = areia

P = mal graduado

M = silte

H = alta compressibilidade

C = argila

L = baixa compressibilidade

O = solo orgânico

Pt = turfa

Classificação dos Solos Porcentagem que passa (%)

Curvas Granulométricas 100 90 80 70 60 50

40 30 20 10 0 0.001

0.01

0.1

1

10

Diâmetro (mm) W Bem graduado (Well graded) U Uniforme P Mal graduado (Poorly graded)

C Bem graduado com argila (Well graded with some clay) F Bem graduado com excesso de finos (Well graded with an excess of fines)

ín d ice de p la sticida de - IP (% )

Classificação dos Solos Finos 60

50

CH

LINHA B

40

30 CL

LINHA A

20 MH

OH

70

80

10 CL - ML

ML

OL

0 0

10

20

30

40

50

60

limite d e liq uid e z - L L (% )

Carta de Plasticidade

90

100

Classificação Unificada dos Solos Classificação Unificada - Guia

Classificação do Solo

Critérios para determinação dos símbolos e nomes dos grupos usando ensaios de laboratório

Pedregulho limpo Pp, 200 < 5%

Pedregulho Pp, 4 < 50%

Pedregulho com finos Pp, 200 > 12%

Solos Grossos Pp, 200 < 50%

Areia limpa Pp, 200 < 5%

Areia Pp, 4 > 50%

Areia com finos Pp, 200 > 12%

GW

Pedregulho bem graduado (1)

CU < 4 e (Cc 3)

GP

Pedregulho mal graduado (1)

ML ou MH

GM

Pedregulho siltoso (1, 3)

CL ou CH

GC

Pedregulho argiloso (1, 3)

CL-ML

GC-GM

Pedregulho argiloso siltoso (1, 3)

ML ou MH

GW-GM

Pedregulho bem graduado com silte

CL, CH ou CL-ML

GW-GC

Pedregulho argila

ML ou MH

GP-GM

Pedregulho mal graduado com silte

CL, CH ou CL-ML

GP-GC

Pedregulho mal graduado com argila

Finos classificados como

CU  4 e (Cc 3) ou CU < 4

bem

graduado

C U  6 e 1  Cc  3

SW

Areia bem graduada (4)

CU  6 e (Cc 3) ou CU < 6

SP

Areia mal graduada (4)

ML ou MH

SM

Areia siltosa (3, 4)

CL ou CH

SC

Areia argilosa (3, 4)

CL-ML

SC-SM

Areia argilosa siltosa (3, 4)

ML ou MH

SW-SM

Areia bem graduada com silte

CL, CH ou CL-ML

SW-SC

Areia bem graduada com argila

ML ou MH

SP-SM

Areia mal graduada com silte

CL, CH ou CL-ML

SP-SC

Areia mal graduada com argila

Finos classificados como

CU  6 e 1  Cc  3 5% < Pp, 200 < 12% Usar duplo símbolo

Nome do Grupo

C U  4 e 1  Cc  3

CU  4 e 1  Cc  3 5% < Pp, 200 < 12% Usar duplo símbolo

Grupo

CU  6 e (Cc 3) ou CU < 6

com

Classificação Unificada dos Solos Classificação Unificada - Guia

Classificação do Solo

Critérios para determinação dos símbolos e nomes dos grupos usando ensaios de laboratório

Siltes e argilas LL < 50% Solos Finos

Inorgânicos

Orgânicos

Pp, 200 > 50%

Siltes e argilas LL  50%

Nome do Grupo

IP>7 e pontos sobre ou acima da linha A

CL

Argila pouco plástica (6, 7, 8)

IP < 4 e pontos abaixo da linha A

ML

Silte (6, 7, 8)

4 < IP < 7

CL-ML

(LL)seco < 0,75 (LL)natural

OL

Argila orgânica (6, 7, 8, 9) Silte orgânico (6, 7, 8, 10)

Pontos sobre ou acima da linha A

CH

Argila muito plástica (6, 7, 8)

Pontos abaixo da linha A

MH

Silte elástico (6, 7, 8)

(LL)seco < 0,75 (LL)natural

OH

Argila orgânica (6, 7, 8, 11) Silte orgânico (6, 7, 8, 12)

PT

Turfa

Argila siltosa (6, 7, 8)

Inorgânicos

Orgânicos

Solos altamente orgânicos

Grupo

Principalmente matéria orgânica, cor escura e com cheiro

Classificação Unificada dos Solos (1) Se a porcentagem de areia for maior que 15%, acrescentar com areia (3) Se os finos forem orgânicos, acrescentar, com finos orgânicos (4) Se a porcentagem de pedregulho for maior que 15%, acrescentar com pedregulho (6) Se 15% < Pr, 200 4, e pontos sobre ou acima da linha A (10) Para IP  4 ou pontos abaixo da linha A (11) Para pontos sobre ou acima da linha A (12) Para pontos abaixo da linha A Cu = D60/D10 Cc = D302/(D10 x D60)

Classificação Unificada dos Solos Estimativa das propriedades dos solos baseada no símbolo de grupo Símbolo do grupo

Características Drenagem e Compressibilidade de condutividade e expansão compactação hidráulica

GW

Boa

Desprezível

GP

Boa

Desprezível

GM

Boa

Baixa

GC

Boa a razoável

Baixa

SW

Boa

Desprezível

SP

Boa

Desprezível

SM

Boa

SC

Boa a razoável

Boa drenagem; permeável Boa drenagem; permeável Má drenagem; semipermeável Má drenagem; semipermeável Boa drenagem; permeável

Como material de aterro Muito estável Razoavelmente estável Razoavelmente estável

Como sub- Como base base de para pavimento pavimento Excelente

Bom

Excelente a bom Excelente a bom

Ruim a razoável Razoável a ruim Bom a razoável Razoável a ruim

Razoavelmente estável

Bom

Muito estável

Bom

Boa drenagem; permeável

Razoavelmente estável quando denso

Bom a razoável

Ruim

Baixa

Má drenagem; impermeável

Razoavelmente estável quando denso

Bom a razoável

Ruim

Baixa a média

Má drenagem; impermeável

Razoavelmente estável

Bom a razoável

Razoável a ruim

Classificação Unificada dos Solos Estimativa das propriedades dos solos baseada no símbolo de grupo Símbolo do grupo

Características Drenagem e Compressibilidade de condutividade e expansão compactação hidráulica

ML

Boa a ruim

Baixa a média

CL

Boa a razoável

Média

OL

Razoável a ruim

Média a alta

MH

Razoável a ruim

Má drenagem; impermeável Não drenante; impermeável Má drenagem; impermeável

Alta

Má drenagem; impermeável Não drenante; impermeável

CH

Razoável a ruim

Muito alta

OH

Razoável a ruim

Alta

Pt

Não adequado

Muito alta

Não drenante; impermeável Drenagem de razoável a má

Como material de aterro Razoavelmente estável, boa compactação necessária Boa estabilidade Instável, não deve ser usado Estabilidade razoável a má, boa compactação necessária Estabilidade razoável, expande, enfraquece, contrai e fissura Instável, não deve ser usado Não deve ser usado

Como sub- Como base base de para pavimento pavimento Razoável a ruim

Não adequado

Razoável a ruim Ruim, não adequado

Não adequado Não adequado

Ruim

Não adequado

Ruim a muito Não ruim adequado Muito ruim Não adequado

Não adequado Não adequado