Mecânica dos Solos I, Notas de estudo de Mecânica dos Solos

Baixe Mecânica dos Solos I e outras Notas de estudo em PDF para Mecânica dos Solos, somente na Docsity! Universidade Federal da Bahia − Escola Politécnica Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais (Setor de Geotecnia) MECÂNICA DOS SOLOS I Conceitos introdutórios Autores: Sandro Lemos Machado e Miriam de Fátima C. Machado 1 MECÂNICA DOS SOLOS I Conceitos introdutórios SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO AO CURSO. 4 1.1 Importância do estudo dos solos 4 1.2 A mecânica dos solos, a geotecnia e disciplinas relacionadas. 4 1.3 Aplicações de campo da mecânica dos solos. 5 1.4 Desenvolvimento do curso. 5 2. ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS. 6 2.1 Conceituação de solo e de rocha. 6 2.2 Intemperismo. 6 2.3 Ciclo rocha − solo. 8 2.4 Classificação do solo quanto a origem e formação. 10 3. TEXTURA E ESTRUTURA DOS SOLOS. 17 3.1 Tamanho e forma das partículas. 17 3.2 Identificação táctil visual dos solos. 18 3.3 Análise granulométrica. 20 3.4 Designação segundo NBR 6502. 23 3.5 Estrutura dos solos. 24 3.6 Composição química e mineralógica 25 4. FASES SÓLIDA − ÁGUA − AR. 28 4.1 Fase sólida. 28 4.2 Fase gasosa. 28 4.3 Fase líquida. 28 5. LIMITES DE CONSISTÊNCIA. 29 5.1 Noções básicas 29 5.2 Estados de consistência. 29 5.3 Determinação dos limites de consistência. 30 5.4 Índices de consistência 32 5.5 Alguns conceitos importantes. 33 6. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS. 36 6.1 Classificação segundo o Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS). 37 6.2 Classificação segundo a AASHTO. 42 7. ÍNDICES FÍSICOS. 46 7.1 Generalidades. 46 7.2 Relações entre volumes. 46 7.3 Relação entre pesos e volumes − pesos específicos ou entre massas e volumes − massa específica. 47 7.4 Diagrama de fases. 48 7.5 Utilização do diagrama de fases para a determinação das relações entre os diversos índices físicos. 49 7.6 Densidade relativa 49 7.7 Ensaios necessários para determinação dos índices físicos. 50 4 1. INTRODUÇÃO AO CURSO

      !  "# $  Quase todas as obras de engenharia têm, de alguma forma, de transmitir as cargas sobre elas impostas ao solo. Mesmo as embarcações, ainda durante o seu período de construção, transmitem ao solo as cargas devidas ao seu peso próprio. Além disto, em algumas obras, o solo é utilizado como o próprio material de construção, assim como o concreto e o aço são utilizados na construção de pontes e edifícios. São exemplos de obras que utilizam o solo como material de construção os aterros rodoviários, as bases para pavimentos de aeroportos e as barragens de terra, estas últimas podendo ser citadas como pertencentes a uma categoria de obra de engenharia a qual é capaz de concentrar, em um só local, uma enorme quantidade de recursos, exigindo para a sua boa construção uma gigantesca equipe de trabalho, calcada principalmente na interdisciplinaridade de seus componentes. O estudo do comportamento do solo frente às solicitações a ele impostas por estas obras é portanto de fundamental importância. Pode−se dizer que, de todas as obras de engenharia, aquelas relacionadas ao ramo do conhecimento humano definido como geotecnia (do qual a mecânica do solos faz parte), são responsáveis pela maior parte dos prejuízos causados à humanidade, sejam eles de natureza econômica ou mesmo a perda de vidas humanas. No Brasil, por exemplo, devido ao seu clima tropical e ao crescimento desordenado das metrópoles, um sem número de eventos como os deslizamentos de encostas ocorrem, provocando enormes prejuízos e ceifando a vida de centenas de pessoas a cada ano. Vê−se daqui a grande importância do engenheiro geotécnico no acompanhamento destas obras de engenharia, evitando por vezes a ocorrência de desastres catastróficos.
 %&'()  *+ "# $  ,-. / 0+"  0$0" $  1 Por ser o solo um material natural, cujo processo de formação não depende de forma direta da intervenção humana, o seu estudo e o entendimento de seu comportamento depende de uma série de conceitos desenvolvidos em ramos afins de conhecimento. A mecânica dos solos é o estudo do comportamento de engenharia do solo quando este é usado ou como material de construção ou como material de fundação. Ela é uma disciplina relativamente jovem da engenharia civil, somente sistematizada e aceita como ciência em 1925 por Terzaghi (Terzaghi, 1925), que é conhecido com todos os méritos, como o pai da mecânica dos solos. Um entendimento dos princípios da mecânica dos sólidos é essencial para o estudo da mecânica dos solos. O conhecimento e aplicação de princípios de outras matérias básicas como física e química são também úteis no entendimento desta disciplina. Por ser um material de origem natural, o processo de formação do solo, o qual é estudado pela geologia, irá influenciar em muito no seu comportamento. O solo, como veremos adiante, é um material trifásico, composto basicamente de ar, água e partículas sólidas. A parte fluida do solo (ar e água) pode se apresentar em repouso ou pode se movimentar pelos seus vazios mediante a existência de determinadas forças. O movimento da fase fluida do solo é estudado com base em conceitos desenvolvidos pela mecânica dos fluidos. Pode−se citar ainda algumas disciplinas, como a física dos solos, ministrada em cursos de agronomia, como de grande importância no estudo de uma mecânica dos solos mais avançada, denominada de mecânica dos solos não saturados. Além disto, o estudo e o desenvolvimento da mecânica dos solos são fortemente amparados em bases experimentais, a partir de ensaios de campo e laboratório. A aplicação dos princípios da mecânica dos solos para o projeto e construção de fundações é denominada de "engenharia de fundações". A engenharia geotécnica (ou 5 geotecnia) pode ser considerada como a junção da mecânica dos solos, da engenharia de fundações, da mecânica das rochas, da geologia de engenharia e mais recentemente da geotecnia ambiental, que trata de problemas como transporte de contaminantes pelo solo, avaliação de locais impactados, projetos de sistemas de proteção em aterros sanitários, etc.
324'5 $*6879 ":8 ;+   8+ : $ 1 Fundações: As cargas de qualquer estrutura têm de ser, em última instância, descarregadas no solo através de sua fundação. Assim a fundação é uma parte essencial de qualquer estrutura. Seu tipo e detalhes de sua construção podem ser decididos somente com o conhecimento e aplicação de princípios da mecânica dos solos. Obras subterrâneas e estruturas de contenção: Obras subterrâneas como estruturas de drenagem, dutos, túneis e as obras de contenção como os muros de arrimo, cortinas atirantadas somente podem ser projetadas e construídas usando os princípios da mecânica dos solos e o conceito de "interação solo−estrutura". Projeto de pavimentos: o projeto de pavimentos pode consistir de pavimentos flexíveis ou rígidos. Pavimentos flexíveis dependem mais do solo subjacente para transmissão das cargas geradas pelo tráfego. Problemas peculiares no projeto de pavimentos flexíveis são o efeito de carregamentos repetitivos e problemas devidos às expansões e contrações do solo por variações em seu teor de umidade. Escavações, aterros e barragens: A execução de escavações no solo requer freqüentemente o cálculo da estabilidade dos taludes resultantes. Escavações profundas podem necessitar de escoramentos provisórios, cujos projetos devem ser feitos com base na mecânica dos solos. Para a construção de aterros e de barragens de terra, onde o solo é empregado como material de construção e fundação, necessita−se de um conhecimento completo do comportamento de engenharia dos solos, especialmente na presença de água. O conhecimento da estabilidade de taludes, dos efeitos do fluxo de água através do solo, do processo de adensamento e dos recalques a ele associados, assim como do processo de compactação empregado é essencial para o projeto e construção eficientes de aterros e barragens de terra.
 <&=>    ? $?*) 0/ ; 8!  Este curso de mecânica dos solos pode ter sua parte teórica dividida em duas partes: uma parte envolvendo os tópicos origem e formação dos solos, textura e estrutura dos solos, análise granulométrica, estudo das fases ar−água−partículas sólidas, limites de consistência, índices físicos e classificação dos solos, onde uma primeira aproximação é feita com o tema solos e uma segunda parte, envolvendo os tópicos pressões geostáticas, compactação, permeabilidade dos solos, compressibilidade dos solos, resistência ao cisalhamento e empuxos de terra, onde um tratamento mais fundamentado na ótica da engenharia civil é dado aos solos. 6 2. ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS. %@
A@   !68B ;: $ ;:" C0 Quando mencionamos a palavra solo já nos vem a mente uma idéia intuitiva do que se trata. No linguajar popular a palavra solo está intimamente relacionada com a palavra terra, a qual poderia ser definida como material solto, natural da crosta terrestre onde habitamos, utilizado como material de construção e de fundação das obras do homem. Uma definição precisa e teoricamente sustentada do significado da palavra solo é contudo bastante difícil, de modo que o termo solo adquire diferentes conotações a depender do ramo do conhecimento humano que o emprega. Para a agronomia, o termo solo significa o material relativamente fofo da crosta terrestre, consistindo de rochas decompostas e matéria orgânica, o qual é capaz de sustentar a vida. Desta forma, os horizontes de solo para agricultura possuem em geral pequena espessura. Para a geologia, o termo solo significa o material inorgânico não consolidado proveniente da decomposição das rochas, o qual não foi transportado do seu local de formação. Na engenharia, é conveniente definir como rocha aquilo que é impossível escavar manualmente, que necessite de explosivo para seu desmonte. Chamamos de solo, a rocha já decomposta ao ponto granular e passível de ser escavada apenas com o auxílio de pás e picaretas ou escavadeiras. A crosta terrestre é composta de vários tipos de elementos que se interligam e formam minerais. Esses minerais poderão estar agregados como rochas ou solo. Todo solo tem origem na desintegração e decomposição das rochas pela ação de agentes intempéricos ou antrópicos. As partículas resultantes deste processo de intemperismo irão depender fundamentalmente da composição da rocha matriz e do clima da região. Por ser o produto da decomposição das rochas, o solo invariavelmente apresenta um maior índice de vazios do que a rocha mãe, vazios estes ocupados por ar, água ou outro fluido de natureza diversa. Devido ao seu pequeno índice de vazios e as fortes ligações existentes entre os minerais, as rochas são coesas, enquanto que os solos são granulares. Os grãos de solo podem ainda estar impregnados de matéria orgânica. Desta forma, podemos dizer que para a engenharia, solo é um material granular composto de rocha decomposta, água, ar (ou outro fluido) e eventualmente matéria orgânica, que pode ser escavado sem o auxílio de explosivos. %@ %& 0/     Intemperismo é o conjunto de processos físicos, químicos e biológicos pelos quais a rocha se decompõe para formar o solo. Por questões didáticas, o processo de intemperismo é freqüentemente dividido em três categorias: intemperismo físico químico e biológico. Deve se ressaltar contudo, que na natureza todos estes processos tendem a acontecer ao mesmo tempo, de modo que um tipo de intemperismo auxilia o outro no processo de transformação rocha−solo. Os processos de intemperismo físico reduzem o tamanho das partículas, aumentando sua área de superfície e facilitando o trabalho do intemperismo químico. Já os processos químicos e biológicos podem causar a completa alteração física da rocha e alterar suas propriedades químicas. %@ %&
 0/   *# ;D E  É o processo de decomposição da rocha sem a alteração química dos seus componentes. Os principais agentes do intemperismo físico são citados a seguir: Variações de Temperatura − Da física sabemos que todo material varia de volume em função de variações na sua temperatura. Estas variações de temperatura ocorrem entre o 9 Figura 2.1 − Ciclo rocha − solo Podemos avaliar comparativamente as rochas vulcânicas e plutônicas pelo tamanho dos cristais, o que pode ser feito facilmente a olho nu ou com o auxílio de lupas. Cristais maiores indicam uma formação mais lenta, característica das rochas plutônicas, e vice−versa. 10 Uma vez exposta, (fig. 2.1−1), a rocha sofre a ação das intempéries e forma os solos residuais (fig. 2.1−2), os quais podem ser transportados e depositados sobre outro solo de qualquer espécie ou sobre uma rocha (fig. 2.1 linha 2−3), vindo a se tornar um solo sedimentar. A contínua deposição de solos faz aumentar a pressão e a temperatura nas camadas mais profundas, que terminam por ligarem seus grãos e formar as rochas sedimentares (fig. 2.1 linha 3−4), este processo chama−se litificação ou diagênese. As rochas sedimentares podem, da mesma maneira que as rochas ígneas, aflorarem à superfície e reiniciar o processo de formação de solo ( fig. 2.1 linha 4−1), ou de forma inversa, as deposições podem continuar e conseqüentemente prosseguir o aumento de pressão e temperatura, o que irá levar a rocha sedimentar a mudar suas características texturais e mineralógicas, a achatar os seus cristais de forma orientada transversalmente à pressão e a aumentar a ligação entre os cristais (fig. 2.1 linha 4−5). O material que surge daí tem características tão diversas da rocha original, que muda a sua designação e passa a se chamar rocha metamórfica. Naturalmente, a rocha metamórfica está sujeita a ser exposta (fig. 2.1 linha 5−1), decomposta e formar solo. Se persistir o aumento de pressão e temperatura graças à deposição de novas camadas de solo, a rocha fundirá e voltará à forma de magma (fig. 2.1 linha 5−6). Obviamente, todos esses processos. com exceção do vulcanismo e de alguns transportes mais rápidos, ocorrem numa escala de tempo geológica, isto é, de milhares ou milhões de anos. %@ <&A@$# D 86B ;  $ ;F!   .#M"D#  6B Há diferentes maneiras de se classificar os solos, como pela origem, pela sua evolução, pela presença ou não de matéria orgânica, pela estrutura, pelo preenchimento dos vazios, etc. Neste item apresentar−se−á uma classificação genética para os solos, ou seja, iremos classificá−los conforme o seu processo geológico de formação. Nesta classificação genética, os solos são divididos em dois grandes grupos, sedimentares e residuais, a depender da existência ou não de um agente de transporte na sua formação, respectivamente. Os principais agentes de transporte atuando na formação dos solos sedimentares são a água, o vento e a gravidade. Estes agentes de transporte influenciam fortemente nas propriedades dos solos sedimentares, a depender do seu grau de seletividade. %@ <&
N" 9$* 9"  ! São solos que permanecem no local de decomposição da rocha. Para que eles ocorram é necessário que a velocidade de decomposição da rocha seja maior do que a velocidade de remoção do solo por agentes externos. A velocidade de decomposição depende de vários fatores, entre os quais a temperatura, o regime de chuvas e a vegetação. As condições existentes nas regiões tropicais são favoráveis a degradações mais rápidas da rocha, razão pela qual há uma predominância de solos residuais nestas regiões (centro sul do Brasil, por exemplo). Como a ação das intempéries se dá, em geral, de cima para baixo, as camadas superiores são, via de regra, mais trabalhadas que as inferiores. Este fato nos permite visualizar todo o processo evolutivo do solo, de modo que passamos de uma condição de rocha sã, para profundidades maiores, até uma condição de solo residual maduro, em superfície. A fig. 2.2 ilustra um perfil típico de solo residual. 11 Figura 2.2 − Perfil típico de solo residual. Modificado de Nogueira (1995) Conforme se pode observar da fig. 2.2, a rocha sã passa paulatinamente à rocha fraturada, depois ao saprolito, ao solo residual jovem e ao solo residual maduro. Em se tratando de solos residuais, é de grande interesse a identificação da rocha sã, pois ela condiciona, entre outras coisas, a própria composição química do solo. A rocha alterada caracteriza−se por uma matriz de rocha possuindo intrusões de solo, locais onde o intemperismo atuou de forma mais eficiente. O solo saprolítico ainda guarda características da rocha mãe e tem basicamente os mesmos minerais, porém a sua resistência já se encontra bastante reduzida. Este pode ser caracterizado como uma matriz de solo envolvendo grandes pedaços de rocha altamente alterada. Visualmente pode confundir−se com uma rocha alterada, mas apresenta pequena resistência ao manuseio. Nos horizontes saprolíticos é comum a ocorrência de grandes blocos de rocha denominados de matacões, responsáveis por muitos problemas quando do projeto de fundações. O solo residual jovem apresenta boa quantidade de material que pode ser classificado como pedregulho (# > 4,8 mm). Geralmente são bastante irregulares quanto a resistência mecânica, coloração, permeabilidade e compressibilidade, já que o processo de transformação não se dá em igual intensidade em todos os pontos, comumente existindo blocos da rocha no seu interior. Pode−se dizer também que nos horizontes de solo jovem e saprolítico as sondagens a percussão a serem realizadas devem ser revestidas de muito cuidado, haja vista que a presença de material pedregulhoso pode vir a danificar os amostradores utilizados, vindo a mascarar os resultados obtidos. Os solos maduros, mais próximos à superfície, são mais homogêneos e não apresentam semelhanças com a rocha original. De uma forma geral, há um aumento da resistência ao cisalhamento do, da textura (granulometria) e da heterogeneidade do solo com a profundidade, razão esta pela qual a realização de ensaios de laboratório em amostras de solo residual jovem ou do horizonte saprolítico é bastante trabalhosa. No Recôncavo Baiano é comum a ocorrência de solos residuais oriundos de rochas sedimentares. Um perfil típico de solo do recôncavo Baiano é apresentado na fig. 2.3, sendo constituído de camadas sucessivas de argila e areia, coerente com o material que foi 14 A deposição continuada de solo neste local acaba por gerar mais deposição de solo, já que o obstáculo ao caminho do vento se torna cada vez maior. Durante o período de existência da duna, partículas de areia são levadas até o seu topo, rolando então para o outro lado. Este movimento faz com que as dunas se desloquem a uma velocidade de poucos metros por ano, o que para os padrões geológico é muito rápido. L:PQ" $ :RS T     Formado por deposições sobre vegetais que ao se decomporem deixam seu molde no maciço, o Loess é um solo bastante problemático para a engenharia, pois a despeito de uma capacidade de formar paredões de altura fora do comum e inicialmente suportar grandes esforços mecânicos, podem se romper completa e abruptamente devido ao umedecimento. O Loess, comum na Europa oriental, geralmente contêm grandes quantidades de cal, responsável por sua grande resistência inicial. Quando umedecido, contudo, o cimento calcáreo existente no solo pode ser dissolvido e solo entra em colapso. %@ <& %& %&N" $ :$!?    São solos resultantes do transporte pela água e sua textura depende da velocidade da água no momento da deposição, sendo freqüente a ocorrência de camadas de granulometrias distintas, devidas às diversas épocas de deposição. O transporte pela água é bastante semelhante ao transporte realizado pelo vento, porém algumas características importantes os distinguem: a) Viscosidade − por ser mais viscosa a água tem uma capacidade de transporte maior, transportando grãos de tamanhos diversos. b) Velocidade e Direção − ao contrário do vento que em um minuto pode soprar com forças e direções bastante diferenciadas, a água têm seu roteiro mais estável; suas variações de velocidade tem em geral um ciclo anual e as mudanças de direção estão condicionadas ao próprio processo de desmonte e desgaste do relevo. c) Dimensão das Partículas − os solos aluvionares fluviais são, via de regra, mais grossos que os eólicos, pois as partículas mais finas mantêm−se sempre em suspensão e só se sedimentam quando existe um processo químico que as flocule (isto é o que acontece no mar ou em alguns lagos). d) Eliminação da Coesão − vimos que o vento não pode transportar os solos argilosos devido a coesão entre os seus grãos. A presença de água em abundância diminui este efeito; com isso somam−se as argilas ao universo de partículas transportadas pela água. L:N" $ : 0$!?* A água das chuvas pode ser retida em vegetais ou construções, podendo se evaporar a partir daí. Ela pode se infiltrar no solo ou escoar sobre este e, neste caso, a vegetação rasteira funciona como elemento de fixação da parte superficial do solo ou como um tapete impermeabilizador (para as gramíneas), sendo um importante elemento de proteção contra a erosão. A água que se infiltra pode carrear grãos finos através dos poros existentes nos solos grossos, mas este transporte é raro e pouco volumoso, portanto de pouca relevância em relação à erosão superficial. De muito maior importância é o solo que as águas das chuvas levam ao escoar de pontos mais elevados no relevo aos vales. Os vales contém rios ou riachos que serão alimentados não só da água que escoa das escarpas, como também de matéria sólida. 15 L:N" $ :D $!? Os rios durante sua existência têm várias fases. Em áreas de formação geológicas mais recentes, menos desgastadas, existem irregularidades topográficas muito grandes e por isso os rios têm uma inclinação maior e conseqüentemente uma maior velocidade. Existem vários fatores determinantes da capacidade de erosão e transporte dos rios, sendo a velocidade a mais importante. Assim, os rios mais jovens transportam mais matéria sólida do que os rios mais velhos. Sabe−se que os rios não possuem a mesma idade em toda a sua extensão; quanto mais distantes da nascente, menor a inclinação e a velocidade. As partículas de determinado tamanho passam a ter peso suficiente para se decantar e permanecer naquele ponto, outras menores só serão depositadas com velocidade também menor. O transporte fluvial pode ser descrito sumariamente da seguinte forma: a) Os rios desgastam o relevo em sua parte mais elevada e levam os solos para sua parte mais baixa, existindo com o tempo uma tendência a planificação do leito. Rios mais velhos têm portanto menor velocidade e transportam menos. b) Cada tamanho de grão será depositado em um determinado ponto do rio, correspondente a uma determinada velocidade, o que leva os solos fluviais a terem uma grande uniformidade granulométrica. Solos muito finos, como as argilas, permanecerão em suspensão até decantar em mares ou lagos com água em repouso. De um modo geral, pode−se dizer que os solos aluvionares apresentam um grau de uniformidade de tamanho de grãos intermediário entre os solos eólicos (mais uniformes) e coluvionares (menos uniformes). L:N" $ :  C0  As ondas atingem as praias com um pequeno ângulo em relação ao continente. Isso faz com que a areia, além do movimento de vai e vem das ondas, desloquem−se também ao longo da praia. Obras que impeçam esse fluxo tendem a ser pontos de deposição de areia, o que pode acarretar sérios problemas. %@ <& %&G24N" $ :.$ De pequena importância para nós, os solos formados pelas geleiras, ao se deslocarem pela ação da gravidade, são comuns nas regiões temperadas. São formados de maneira análoga aos solos fluviais. A corrente de gelo que escorre de pontos elevados onde o gelo é formado para as zonas mais baixas, leva consigo partículas de solo e rocha, as quais, por sua vez, aumentam o desgaste do terreno. Os detritos são depositados nas áreas de degelo. Uma ampla gama de tamanho de partículas é transportada, levando assim a formação de solos bastante heterogêneos que possuem desde grandes blocos de rocha até materiais de granulometria fina. %@ <& %& <&N" $ : $!?    São solos formados pela ação da gravidade. Os solos coluvionares são dentre os solos transportados os mais heterogêneos granulometricamente, pois a gravidade transporta indiscriminadamente desde grandes blocos de rocha até as partículas mais finas de argila. Entre os solos coluvionares estão os escorregamentos das escarpas da Serra do Mar formando os Tálus nos pés do talude, massas de materiais muito diversos e sujeitos a movimentações de rastejo. Têm sido também classificados como coluviões os solos superficiais do Planalto Brasileiro depositados sobre solos residuais. 16 L U;V$*! − Os tálus são solos coluvionares formados pelo deslizamento de solo do topo das encostas. No sul da Bahia existem solos formados pela deposição de colúvios em áreas mais baixas, os quais se apresentam geralmente com altos teores de umidade e são propícios à lavoura cacaueira. Encontram−se solos coluvionares (tálus) também na Cidade Baixa, em Salvador, ao pé da encosta paralela à falha geológica que atravessa a Baia de Todos os Santos. De extrema beleza são os tálus encontrados na Chapada Diamantina, Bahia. A fig. 2.6 lustra formações típicas da região. A parte mais inclinada dos morros corresponde à formação original, enquanto que a parte menos inclinada é composta basicamente de solo coluvionar (tálus). . Figura 2.6 − Exemplos de solos coluvionares (tálus) encontrados na chapada diamantina. %@ <&G24N" 9$* 9" .0  Formados pela impregnação do solo por sedimentos orgânicos preexistentes, em geral misturados a restos de vegetais e animais. Podem ser identificados pela cor escura e por possuir forte cheiro característico. Têm granulometria fina, pois os solos grossos tem uma permeabilidade que permite a "lavagem" dos grãos, eximindo−os da matéria impregnada. LWU;!D  − solos que encorporam florestas soterradas em estado avançado de decomposição. Têm estrutura fibrilar composta de restos de fibras vegetais e não se aplicam aí as teorias da Mecânica dos Solos, sendo necessários estudos especiais. Têm ocorrência registrada na Bahia, Sergipe, Rio Grande do Sul e outros estados do Brasil. %@ <& <&XN" 9$* 9;;#? $!6B Y 0  9.J  8ZL Alguns solos sofrem, em seu local de formação (ou de deposição) uma série de transformações físico−químicas que os levam a ser classificados como solos de evolução pedogênica. Os solos lateríticos são um tipo de solo de evolução pedogênica. O processo de laterização é típico de regiões onde há uma nítida separação entre períodos chuvosos e secos e é caracterizado pela lavagem da sílica coloidal dos horizontes superiores do solo, com posterior deposição desta em horizontes mais profundos, resultando em solos superficiais com altas concentrações de óxidos de ferro e alumínio. A importância do processo de laterização no comportamento dos solos tropicais é discutida no item classificação dos solos. 19 Resistência do solo seco: As argilas são resistentes a pressão dos dedos enquanto os siltes e areias não são. Dispersão em água: Misturar uma porção de solo seco com água em uma proveta, agitando−a. As areias depositam−se rapidamente, enquanto que as argilas turvam a suspensão e demoram para sedimentar. Impregnação: Esfregar uma pequena quantidade de solo úmido na palma de uma das mãos. Colocar a mão embaixo de uma torneira aberta e observar a facilidade com que a palma da mão fica limpa. Solos finos se impregnam e não saem da mão com facilidade. Dilatância: O teste de dilatância permite obter uma informação sobre a velocidade de movimentação da água dentro do solo. Para a realização do teste deve−se preparar uma amostra de solo com cerca de 15mm de diâmetro e com teor de umidade que lhe garanta uma consistência mole. O solo deve ser colocado sobre a palma de uma das mãos e distribuído uniformemente sobre ela, de modo que não apareça uma lâmina d’água. O teste se inicia com um movimento horizontal da mão, batendo vigorosamente a sua lateral contra a lateral da outra mão, diversas vezes. Deve−se observar o aparecimento de uma lâmina d’água na superfície do solo e o tempo para a ocorrência. Em seguida, a palma da mão deve ser curvada, de forma a exercer uma leve compressão na amostra, observando−se o que poderá ocorrer à lâmina d’ água, se existir, à superfície da amostra. O aparecimento da lâmina d água durante a fase de vibração, bem como o seu desaparecimento durante a compressão e o tempo necessário para que isto aconteça deve ser comparado aos dados da tabela 3.1, para a classificação do solo. Tabela 3.1 − Teste de dilatância Descrição da ocorrência de lâmina d’água durante Vibração (aparecimento) Compressão (desaparecimento) Dilatância Não há mudança visível Nenhuma (argila) Aparecimento lento Desaparecimento lento Lenta (silte ou areia argilosos) Aparecimento médio Desaparecimento médio Média (Silte, areia siltosa) Aparecimento rápido Desaparecimento rápido Rápida (areia) Após realizados estes testes, classifica−se o solo de modo apropriado, de acordo com os resultados obtidos (areia siltosa, argila arenosa, etc.). Os solos orgânicos são identificados em separado, em função de sua cor e odor característicos. Além da identificação tátil visual do solo, todas as informações pertinentes à identificação do mesmo, disponíveis em campo, devem ser anotadas. Deve−se informar, sempre que possível, a eventual presença de material cimentante ou matéria orgânica, a cor do solo, o local da coleta do solo, sua origem geológica, sua classificação genética, etc. A distinção entre solos argilosos e siltosos, na prática da engenharia geotécnica, possui certas dificuldades, já que ambos os solos são finos. Porém, após a identificação tátil−visual ter sido realizada, algumas diferenças básicas entre eles, já citadas nos parágrafos anteriores, podem ser utilizadas para distingui−los. 1− O solo é classificado como argiloso quando se apresenta bastante plástico em presença de água, formando torrões resistentes ao secar. Já os solos siltosos quando secos, se esfarelam com facilidade. 2− Os solos argilosos se desmancham na água mais lentamente que os solos siltosos. Os solos siltosos, por sua vez, apresentam dilatância marcante, o que não ocorre com os solos argilosos. 20 2[324'5 V$ "`e80!$ )T  A análise da distribuição das dimensões dos grãos, denominada análise granulométrica, objetiva determinar os tamanhos dos diâmetros equivalentes das partículas sólidas em conjunto com a proporção de cada fração constituinte do solo em relação ao peso de solo seco. A representação gráfica das medidas realizadas é denominada de curva granulométrica. Pelo fato de o solo geralmente apresentar partículas com diâmetros equivalentes variando em uma ampla faixa, a curva granulométrica é normalmente apresentada em um gráfico semi−log, com o diâmetro equivalente das partículas em uma escala logarítmica e a percentagem de partículas com diâmetro inferior à abertura da peneira considerada (porcentagem que passa) em escala linear. 2[324
f@   ;:`a !$   /8 O ensaio de granulometria conjunta para o levantamento da curva granulométrica do solo é realizado com base em dois procedimentos distintos: a) peneiramento − realizado para partículas com diâmetros equivalentes superiores a 0,074mm (peneira 200) e b) Sedimentação − procedimento válido para partículas com diâmetros equivalentes inferiores a 0,2mm. O ensaio de peneiramento não é realizado para partículas com diâmetros inferiores a 0,074mm pela dificuldade em se confeccionar peneiras com aberturas de malha desta ordem de grandeza. Embora existindo no mercado, a peneira 400 (com abertura de malha de 0,045mm) não é regularmente utilizada no ensaio de peneiramento, por ser facilmente danificada e de custo elevado. O ensaio de granulometria é realizado empregando−se os seguintes equipamentos: jogo de peneiras, balança, estufa, destorroador, quarteador, bandejas, proveta, termômetro, densímetro, cronômetro, dispersor, defloculante, etc. A preparação das amostras de solo se dá pelos processos de secagem ao ar, quarteamento, destorroamento (vide NBR 9941), utilizando−se quantidades de solo que variam em função de sua textura (aproximadamente 1500g para o caso de solos grossos e 200g, para o caso de solos finos). A seguir são listadas algumas características dos processos normalmente empregados no ensaio de granulometria conjunta (vide NBR 7181). Peneiramento: utilizado para a fração grossa do solo (grãos com até 0,074mm de diâmetro equivalente), realiza−se pela passagem do solo por peneiras padronizadas e pesagem das quantidades retidas em cada uma delas. Retira−se 50 a 100g da quantidade que passa na peneira de #10 e prepara−se o material para a sedimentação. Sedimentação: os solos muito finos, com granulometria inferior a 0,074mm, são tratados de forma diferenciada, através do ensaio de sedimentação desenvolvido por Arthur Casagrande. Este ensaio se baseia na Lei de Stokes, segundo a qual a velocidade de queda, V, de uma partícula esférica, em um meio viscoso infinito, é proporcional ao quadrado do diâmetro da partícula. Sendo assim, as menores partículas se sedimentam mais lentamente que as partículas maiores. O ensaio de sedimentação é realizado medindo−se a densidade de uma suspensão de solo em água, no decorrer do tempo, calcula−se a percentagem de partículas que ainda não sedimentaram e a velocidade de queda destas partículas. Com o uso da lei de Stokes, pode−se inferir o diâmetro máximo das partículas ainda em suspensão, de modo que com estes dados, a curva granulométrica é completada. A eq. 3.1 apresenta a lei de Stokes. 21 partículas das diâmetro D fluído do de viscosida (3.1) fluido do específico peso solo do partículas das médio específico peso onde, 18 W S 2 → → → → ⋅−= µ γ γ µ γγ DV WS Deve−se notar que o diâmetro equivalente calculado empregando−se a eq. 3.1 corresponde a apenas uma aproximação, à medida em que durante a realização do ensaio de sedimentação, as seguintes ocorrências tendem a afastá−lo das condições ideais para as quais a lei de Stokes foi formulada. As partículas de solo não são esféricas (muito menos as partículas dos argilo−minerais que têm forma placóide). A coluna líquida possui tamanho definido. O movimento de uma partícula interfere no movimento de outra. As paredes do recipiente influenciam no movimento de queda das partículas. O peso específico das partículas do solo é um valor médio. O processo de leitura (inserção e retirada do densímetro) influencia no processo de queda das partículas. 2[324 %&gZ 0 # 0/6B `aVD + ;  !$ ;  0# ;:. !$   /8 A representação gráfica do resultado de um ensaio de granulometria é dada pela curva granulométrica do solo. A partir da curva granulométrica, podemos separar facilmente os solos grossos dos solos finos, apontando a percentagem equivalente de cada fração granulométrica que constitui o solo (pedregulho, areia, silte e argila). Além disto, a curva granulométrica pode fornecer informações sobre a origem geológica do solo que está sendo investigado. Por exemplo, na fig. 3.2, a curva granulométrica a corresponde a um solo com a presença de partículas em uma ampla faixa de variação. Assim, o solo representado por esta curva granulométrica poderia ser um solo de origem glacial, um solo coluvionar (tálus) (ambos de baixa seletividade) ou mesmo um solo residual jovem. Contrariamente, o solo descrito pela curva granulométrica c foi evidentemente depositado por um agente de transporte seletivo, tal como a água ou o vento (a curva c poderia representar um solo eólico, por exemplo), pois possui quase que tosas as partículas do mesmo diâmetro. Na curva granulométrica b, uma faixa de diâmetros das partículas sólidas está ausente. Esta curva poderia ser gerada, por exemplo, por variações bruscas na capacidade de transporte de um rio em decorrência de chuvas. De acordo com a curva granulométrica obtida, o solo pode ser classificado como bem graduado, caso ele possua uma distribuição contínua de diâmetros equivalentes em uma ampla faixa de tamanho de partículas (caso da curva granulométrica a) ou mal graduado, caso ele possua uma curva granulométrica uniforme (curva granulométrica c) ou uma curva granulométrica que apresente ausência de uma faixa de tamanhos de grãos (curva granulométrica b). Alguns sistemas de classificação utilizam a curva granulométrica para auxiliar na previsão do comportamento de solos grossos. Para tanto, estes sistemas de classificação lançam mão de alguns índices característicos da curva granulométrica, para uma avaliação de sua uniformidade e curvatura. Os coeficientes de uniformidade e curvatura de uma determinada curva granulométrica são obtidos a partir de alguns diâmetros eqüivalente característicos do solo na curva granulométrica. 24 Solo 3: Pedregulho Arenoso com vestígios de Silte e Pedra ATENÇÃO: A completa classificação de um solo depende também de outros fatores além da granulometria, sendo a adoção de uma nomenclatura baseada apenas na curva granulométrica insuficiente para uma previsão, ainda que qualitativa, do seu comportamento de engenharia. 2[3K4f@ /!! 9"N" 9$* 9 Denomina−se estrutura dos solos a maneira pela qual as partículas minerais de diferentes tamanhos se arrumam para formá−lo o solo. A estrutura de um solo possui um papel fundamental em seu comportamento, seja em termos de resistência ao cisalhamento, compressibilidade ou permeabilidade. Conforme será visto adiante, os solos finos possuem o seu comportamento governado por forças elétricas, enquanto os solos grossos têm na gravidade o seu principal fator de influência, de modo que a estrutura dos solos finos ocorre em uma diversificação e complexidade muito maior do que a estrutura dos solos grossos. De fato, sendo a gravidade o fator principal agindo na formação da estrutura dos solos grossos, a estrutura destes solos difere, de solo para solo, somente no que se refere ao seu grau de compacidade. No caso dos solos finos, devido a presença das forças de superfície, arranjos estruturais bem mais elaborados são possíveis. A fig. 3.3 ilustra algumas estruturas típicas de solos grossos e finos. Figura 3.3 − Alguns arranjos estruturais presentes em solos grossos e finos. Apud Vargas 1977. Quando duas partículas de argila estão muito próximas, entre elas ocorrem forças de atração e de repulsão. As forças de repulsão são devidas às cargas líquidas negativas que elas possuem e que ocorrem desde que as camadas duplas estejam em contato. As forças de atração decorrem de forças de Van der Waals e de ligações secundárias que atraem materiais adjacentes. Da combinação das forças de atração e de repulsão entre as partículas resulta a estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo e as forças entre elas. Lambe (1969) identificou dois tipos básicos de estrutura do solo, denominando−os de estrutura floculada, quando os contatos se fazem entre faces e arestas das partículas sólidas, 25 ainda que através da água adsorvida, e de estrutura dispersa quando as partículas se posicionam paralelamente, face a face. 2[3k4A@ ) 0 #*6B ;p@!E :qr  $I.* Os solos são formados a partir da desagregação de rochas por ações físicas e químicas do intemperismo. As propriedades química e mineralógica das partículas dos solos assim formados irão depender fundamentalmente da composição da rocha matriz e do clima da região. Estas propriedades, por sua vez, irão influenciar de forma marcante o comportamento mecânico do solo. Os minerais são partículas sólidas inorgânicas que constituem as rochas e os solos, e que possuem forma geométrica, composição química e estrutura própria e definida. Eles podem ser divididos em dois grandes grupos, a saber: − Primários ⇒ Aqueles encontrados nos solos e que sobrevivem a transformação da rocha (advêm portanto do intemperismo físico). − Secundários ⇒ Os que foram formados durante a transformação da rocha em solo (ação do intemperismo químico). 2[3k4
N" 9$* 9"`a  # "L:'58#*":^s  .!$C0  As partículas dos solos grossos, dentre as quais apresentam−se os pedregulhos, são constituídas algumas vezes de agregações de minerais distintos, sendo mais comum, entretanto, que as partículas sejam constituídas de um único mineral. Estes solos são formados, na sua maior parte, por silicatos (90%) e apresentam também na sua composição óxidos, carbonatos e sulfatos. Silicatos − feldspato, quartzo, mica, serpentina Grupos Minerais Óxidos − hematita, magnetita, limonita Carbonatos − calcita, dolomita Sulfatos − gesso, anidrita O quartzo, presente na maioria das rochas, é bastante estável, e em geral resiste bem ao processo de transformação rocha−solo. Sua composição química é simples, SiO2, as partículas são eqüidimensionais, como cubos ou esferas e ele apresenta baixa atividade superficial (devido ao tamanho de seus grãos). Por conta disto, o quartzo é o componente principal na maioria dos solos grossos (areias e pedregulhos) 2[3k4 %jN: $ "\t* :L"'5.$ Os solos finos possuem uma estrutura mais complexa e alguns fatores, como forças de superfície, concentração de íons, ambiente de sedimentação, etc., podem intervir no seu comportamento. As argilas possuem uma complexa constituição química e mineralógica, sendo formadas por sílica no estado coloidal (SiO2) e sesquióxidos metálicos (R2O3), onde R = Al; Fe. Os feldspatos são os minerais mais atacados pela natureza, dando origem aos argilo− minerais, que constituem a fração mais fina dos solos, geralmente com diâmetro inferior a 2µm. Não só o reduzido tamanho, mas, principalmente, a constituição mineralógica faz com que estas partículas tenham um comportamento extremamente diferenciado em relação ao dos grãos de silte e areia. O estudo da estrutura dos argilo−minerais pode ser facilitado "construindo−se" o argilo−mineral a partir de unidades estruturais básicas. Este enfoque é puramente didático e não representa necessariamente o método pelo qual o argilo−mineral é realmente formado na 26 natureza. Assim, as estruturas apresentadas neste capítulo são apenas idealizações. Um cristal típico de um argilo−mineral é uma estrutura complexa similar ao arranjo estrutural aqui idealizado, mas contendo usualmente substituições de íons e outras modificações estruturais que acabam por formar novos tipos de argilo−minerais. As duas unidades estruturais básicas dos argilo−minerais são os tetraedros de silício e os octaédros de alumínio (fig. 3.4). Os tetraedros de silício são formados por quatro átomos de oxigênio eqüidistantes de um átomo de silício enquanto que os octaédros de alumínio são formados por um átomo de alumínio no centro, envolvido por seis átomos de oxigênio ou grupos de hidroxilas, OH−. A depender do modo como estas unidades estruturais estão unidas entre si, podemos dividir os argilo− minerais em três grandes grupos. a) GRUPO DA CAULINITA: A caulinita é formada por uma lâmina silícica e outra de alumínio, que se superpõem indefinidamente. A união entre todas as camadas é suficientemente firme (pontes de hidrogênio) para não permitir a penetração de moléculas de água entre elas. Assim, as argilas cauliníticas são as mais estáveis em presença d’água, apresentando baixa atividade e baixo potencial de expansão. b) MONTMORILONITA: É formada por uma unidade de alumínio entre duas silícicas, superpondo−se indefinidamente. Neste caso a união entre as camadas dos minerais é fraca (forças de Van der Walls), permitindo a penetração de moléculas de água na estrutura com relativa facilidade. Os solos com grandes quantidades de montmorilonita tendem a ser instáveis em presença de água. Apresentam em geral grande resistência quando secos, perdendo quase que totalmente a sua capacidade de suporte por saturação. Sob variações de umidade apresentam grandes variações volumétricas, retraindo−se em processos de secagem e expandindo−se sob processos de umedecimento. c) ILITA: Possui um arranjo estrutural semelhante ao da montmorilonita, porém os íons não permutáveis fazem com que a união entre as camadas seja mais estável e não muito afetada pela água. É também menos expansiva que a montmorilonita. Figura 3.4 − Arranjos estruturais típicos dos três principais grupos de argilo− minerais. Apud Caputo (1981). Como a união entre as camadas adjacentes dos argilo−minerais do tipo 1:1 (grupo da caulinita) é bem mais forte do que aquela encontrada para os outros grupos, é de se esperar que estes argilo−minerais resultem por alcançar tamanhos maiores do que aqueles alcançados 29 5. CONSISTÊNCIA DOS SOLOS. K[
h> 67 "H9V  Quando tratamos com solos grossos (areias e pedregulhos com pequena quantidade ou sem a presença de finos), o efeito da umidade nestes solos é freqüentemente negligenciado, na medida em que a quantidade de água presente nos mesmos tem um efeito secundário em seu comportamento. Pode se dizer, conforme aliás será visto no capítulo de classificação dos solos, que podemos classificar os solos grossos utilizando−se somente a sua curva granulométrica, o seu grau de compacidade e a forma de suas partículas. Por outro lado, o comportamento dos solos finos ou coesivos irá depender de sua composição mineralógica, da sua umidade, de sua estrutura e do seu grau de saturação. Em particular, a umidade dos solos finos tem sido considerada como uma importante indicação do seu comportamento desde o início da mecânica dos solos. Um solo argiloso pode se apresentar em um estado líquido, plástico, semi−sólido ou sólido, a depender de sua umidade. A este estado físico do solo dá−se o nome de consistência. Os limites inferiores e superiores de valor de umidade para cada estado do solo são denominados de limites de consistência. No estado plástico, o solo apresenta uma propriedade denominada de plasticidade, caracterizada pela capacidade do solo se deformar sem apresentar ruptura ou trincas e sem variação de volume. A manifestação desta propriedade em um solo dependerá fundamentalmente dos seguintes fatores: Umidade: Existe uma faixa de umidade dentro da qual o solo se comporta de maneira plástica. Valores de umidade inferiores aos valores contidos nesta faixa farão o solo se comportar como semi−sólido ou sólido, enquanto que para maiores valores de umidade o solo se comportará preferencialmente como líquido. Tipo de argilo−mineral: O tipo de argilo−mineral (sua forma, constituição mineralógica, tamanho, superfície específica, etc.) influi na capacidade do solo de se comportar de maneira plástica. Quanto menor o argilo−mineral (ou quanto maior sua superfície específica), maior a plasticidade do solo. É importante salientar que o conhecimento da plasticidade na caracterização dos solos finos é de fundamental importância. K[ %&f@ / :"A@    /J 0 A depender da quantidade de água presente no solo, teremos os seguintes estados de consistência: SÓLIDO SEMI−SÓLIDO PLÁSTICO FLUIDO−DENSO wS wP wL w% Cada estado de consistência do solo se caracteriza por algumas propriedades particulares, as quais são apresentadas a seguir. Os limites entre um estado de consistência e outro são determinados empiricamente, sendo denominados de limite de contração, wS, limite de plasticidade, wP e limite de liquidez, wL. Estado Sólido − Dizemos que um solo está em um estado de consistência sólido quando o seu volume “não varia” por variações em sua umidade. 30 Estado Semi − Sólido − O solo apresenta fraturas e se rompe ao ser trabalhado. O limite de contração, wS, separa os estados de consistência sólido e semi−sólido. Estado Plástico − Dizemos que um solo está em um estado plástico quando podemos moldá−lo sem que o mesmo apresente fissuras ou variações volumétricas. O limite de plasticidade, wP, separa os estados de consistência semi−sólido e plástico. Estado Fluido − Denso (Líquido) − Quando o solo possui propriedades e aparência de uma suspensão, não apresentando resistência ao cisalhamento. O limite de liquidez, wL, separa os estados plástico e fluido. Como seria de se esperar, a resistência ao cisalhamento bem como a compressibilidade dos solos variam nos diversos estados de consistência. K[324=>    6B  "RS #""A@ 90  /J  8 A delimitação entre os diversos estados de consistência é feita de forma empírica. Esta delimitação foi inicialmente realizada por Atterberg, culminando com a padronização dos ensaios para a determinação dos limites de consistência por Arthur Casagrande. Conforme apresentado anteriormente, são os seguintes os limites que separam os diversos estados de consistência do solo: . Limite de Liquidez (wL) . Limite de Plasticidade (wP) . Limite de Contração (wS) K[324
RS ":RS*F! y É o valor de umidade para o qual o solo passa do estado plástico para o estado fluido. Determinação do limite de liquidez (wL). A determinação do limite de liquidez do solo é realizada seguindo−se o seguinte procedimento: 1) coloca−se na concha do aparelho de Casa Grande uma pasta de solo (passando #40) com umidade próxima de seu limite de plasticidade. 2) faz−se um sulco na pasta com um cinzel padronizado. 3) Aplicam−se golpes à massa de solo posta na concha do aparelho de Casagrande, girando−se uma manivela, a uma velocidade padrão de 2 golpes por segundo. Esta manivela é solidária a um eixo, o qual por possuir um excêntrico, faz com que a concha do aparelho de casagrande caia de uma altura padrão de aproximadamente 1cm. 4) Conta−se o número de golpes necessário para que a ranhura de solo se feche em uma extensão em torno de 1cm. 5) Repete−se este processo ao menos 5 vezes, geralmente empregando−se valores de umidade crescentes. 6) lançam−se os pontos experimentais obtidos, em termos de umidade versus log N° de golpes. 6) ajusta−se uma reta passando por esses pontos. O limite de liquidez corresponde à umidade para a qual foram necessários 25 golpes para fechar a ranhura de solo. A fig. 5.1 ilustra o aparelho utilizado na determinação do limite de liquidez. A fig. 5.2 apresenta a determinação do limite de liquidez do solo (vide NBR 6459). 31 Figura 5.1 − Aparelho utilizado na determinação do limite de liquidez. Apud Vargas (1977) Figura 5.2 − Determinação do limite de liquidez do solo. Apud Vargas (1977) K[324 %&RS ":^s$  É o valor de umidade para o qual o solo passa do estado semi−sólido para o estado plástico. Determinação do limite de plasticidade (wP). A determinação do limite de plasticidade do solo é realizada seguindo−se o seguinte procedimento: 1) prepara−se uma pasta com o solo que passa na #40, fazendo−a rolar com a palma da mão sobre uma placa de vidro esmerilhado, formando um pequeno cilindro. 2) quando o cilindro de solo atingir o diâmetro de 3mm e apresentar fissuras, mede−se a umidade do solo. 3) esta operação é repetida pelo menos 5 vezes, definido assim como limite de plasticidade o valor médio dos teores de umidade determinados. A fig. 5.3 ilustra a realização do ensaio para determinação do limite de plasticidade (vide NBR 9180). 34 C C t R R S ’ = (5.4) Onde St é a sensibilidade do solo e RC e R’C são as resistências à compressão simples da amostra indeformada e amolgada, respectivamente. Segundo Skempton: St < 1 → NÃO SENSÍVEIS 1 < St < 2 → BAIXA SENSIBILIDADE 2 < St < 4 → MÉDIA SENSIBILIDADE 4 < St < 8 → SENSÍVEIS St > 8 → EXTRA − SENSÍVEIS Quanto maior for o St, tem−se uma menor coesão, uma maior compressibilidade e uma menor permeabilidade do solo. TIXOTROPIA: É o fenômeno da recuperação da resistência coesiva do solo, perdida pelo efeito do amolgamento, quando este é colocado em repouso. Quando se interfere na estrutura original de uma argila, ocorre um desequilíbrio das forças inter−partículas. Deixando−se este solo em repouso, aos poucos vai−se recompondo parte daquelas ligações anteriormente presentes entre as suas partículas. ATIVIDADE: Conforme relatado anteriormente, a superfície das partículas dos argilo−minerais possui uma carga elétrica negativa, cuja intensidade depende principalmente das características do argilo−mineral considerado. As atividades físicas e químicas decorrentes desta carga superficial constituem a chamada "atividade da superfície do argilo− mineral". Dos três grupos de argilo−minerais apresentados aqui, a montmorilonita é a mais ativa, enquanto que a caulinita é a menos ativa. Segundo Skempton (1953) a atividade dos argilo−minerais pode ser avaliada pela eq. 5.5, apresentada adiante. mm IP A 002.0% < = (5.5) Onde o termo %<0.002mm representa a percentagem de partículas com diâmetro inferior a 2µ presentes no solo. Ainda segundo Skempton, os solos podem ser classificados de acordo com a sua atividade do seguinte modo: ~ Solos inativos: A < 0,75~ Solos medianamente ativos: 0,75 < A < 1,25~ Solos ativos: A> 1,25. A fig. 5.4 apresenta o índice de plasticidade de solos confeccionados em laboratório em função da percentagem de argila (% < 0,002mm) presente nos mesmos. Da eq. 5.5 percebe−se que a atividade do argilo−mineral corresponde ao coeficiente angular das retas apresentadas na figura. Na fig. 5.4 estão também apresentados valores típicos de atividade para os três principais grupos de argilo−minerais. 35 Figura 5.4 − Variação do IP em função da fração argila para solos com diferentes argilo−minerais. 36 6. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS. Por serem constituídos de um material de origem natural, os depósitos de solo nunca são estritamente homogêneos. Grandes variações nas suas propriedades e em seu comportamento são comumente observadas. Pode−se dizer contudo, que depósitos de solo que exibem propriedades básicas similares podem ser agrupados como classes, mediante o uso de critérios ou índices apropriados. Um sistema de classificação dos solos deve agrupar os solos de acordo com suas propriedades intrínsecas básicas. Do ponto de vista da engenharia, um sistema de classificação pode ser baseado no potencial de um determinado solo para uso em bases de pavimentos, fundações, ou como material de construção, por exemplo. Devido a natureza extremamente variável do solo, contudo, é inevitável que em qualquer classificação ocorram casos onde é difícil se enquadrar o solo em uma determinada e única categoria, em outras palavras, sempre vão existir casos em que um determinado solo poderá ser classificado como pertencente a dois ou mais grupos. Do mesmo modo, o mesmo solo pode mesmo ser colocado em grupos que pareçam radicalmente diferentes, em diferentes sistemas de classificação. Em vista disto, um sistema de classificação deve ser tomado como um guia preliminar para a previsão do comportamento de engenharia do solo, a qual não pode ser realizada utilizando−se somente sistemas de classificação. Testes para avaliação de importantes características do solo devem sempre ser realizados, levando−se sempre em consideração o uso do solo na obra, já que diferentes propriedades governam o comportamento do solo a depender de sua finalidade. Assim, deve−se usar um sistema de classificação do solo, dentre outras coisas, para se obter os dados necessários ao direcionamento de uma investigação mais minuciosa, quer seja na engenharia, geoquímica, geologia ou outros ramos da ciência. Implicitamente, nos capítulos anteriores, utilizou−se alguns sistemas de classificação dos solos. Estes sistemas de classificação, por serem bastante simplificados, não são capazes de fornecer, na maioria dos casos, uma resposta satisfatória do ponto de vista da engenharia, devendo ser usados como informações adicionais aos sistemas de classificação mais elaborados. São eles: a) − Classificação genética dos solos (classificação do solo segundo a sua origem) − Classifica os solos em residuais e sedimentares, podendo apresentar subdivisões (ex. solo residual jovem, solo sedimentar eólico, etc.); b) − Classificação pela NBR 6502 − Conforme apresentado anteriormente, esta classificação designa os solos de acordo com as suas frações granulométricas preponderantes, utilizando a curva granulométrica; c) − Classificação pela estrutura − Essa classificação consta de dois tipos fundamentais de estruturas (agregada e isolada), que por sua vez, são subdivididas em vários outros subtipos (floculada, dispersa, orientada, aleatória), conforme foi visto no capítulo referente a estrutura dos solos. A estrutura do solo está interligada com propriedades como coesão, peso específico, sensibilidade, expansividade, resistência, anisotropia, permeabilidade, compressibilidade e outras mais. Neste capítulo serão apresentados os dois sistemas de classificação dos solos mais difundidos no meio geotécnico, a saber, o Sistema Unificado de Classificação do Solos, SUCS (ou Unified Soil Classification System, USCS) e o sistema de classificação dos solos proposto pela AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials). Deve−se salientar, contudo, que estes dois sistemas de classificação foram desenvolvidos para classificar solos de países de clima temperado, não apresentando resultados satisfatórios quando utilizados na classificação de solos tropicais (principalmente aqueles de natureza laterítica), cuja gênese é bastante diferenciada daquela dos solos para os quais estas classificações foram elaboradas. Por conta disto, e devido a grande ocorrência de solos lateríticos nas regiões Sul e Sudeste do país, recentemente foi elaborada uma 39 S O L O S G R O S S O S Pe dr eg ul ho ( G ). M ai s qu e 50 % d a fr aç ão g ro ss a re tid o na # 4 ( 4. 75 m m ) A re ia ( S) . M en os q ue 5 0% d a fr aç ão gr os sa r et id o na # 4 ( 4. 75 m m ) M en os q ue 5 % pa ss am n a # 20 0 M ai s qu e 12 % p as sa m na # 2 00 E nt re 5 e 1 2% pa ss am n a # 20 0 Se C u > 4 e 1< C c< 3 G W G P Se nã o N om es du pl os : G W −G MFi no s M L o u M H G M G C Fi no s C L o u C H M en os q ue 5 % pa ss am n a # 20 0 M ai s qu e 12 % pa ss am n a # 20 0 E nt re 5 e 1 2% pa ss am n a # 20 0 Se C u > 6 e 1< C c< 3 SW SPSe nã o N om es du pl os : SW −S MFi no s M L o u M H SM SC Fi no s C L o u C H F ig ur a 6. 1 − C la ss if ic aç ão d os s ol os g ro ss os p el o SU C S. 40 i…wN" $ :\]0 9 Os solos finos são classificados como argila e silte. A classificação dos solos finos é realizada tomando−se como base apenas os limites de plasticidade e liquidez do solo, plotados na forma da carta de plasticidade de Casagrande. Em outras palavras, o conhecimento da curva granulométrica de solos possuindo mais do que 50% de material passando na peneira 200 pouco ou muito pouco acrescenta acerca das expectativas sobre suas propriedades de engenharia. A Carta de plasticidade dos solos foi desenvolvida por A. Casagrande de modo a agrupar os solos finos em diversos subgrupos, a depender de suas características de plasticidade. Conforme é apresentado na fig. 6.2, a carta de plasticidade possui três divisores principais: A linha A (de eq. IP = 0,73(wL − 20)), a linha B (wL = 50%) e a linha U (de eq. IP = 0,9(wL − 8). Deste modo, os solos finos, que são divididos em quatro subgrupos (CL, CH, ML e MH), são classificados de acordo com a sua posição em relação às linhas A e B, conforme apresentado a seguir: ia
†L"`a! "A@Ro:A@‡ Os solos classificados como CL (argilas inorgânicas de baixa plasticidade) são aqueles os quais têm a sua representação na carta de plasticidade acima da linha A e à esquerda da linha B (conforme pode−se observar na fig. 6.2, deve−se ter também um IP > 7%). O grupo CH (argilas inorgânicas de alta plasticidade), possuem a sua representação na carta de plasticidade acima da linha A e à direita da linha B (wL > 50%). São exemplos deste grupo as argilas formadas por decomposição química de cinzas vulcânicas, tais como a bentonita ou argila do vale do México, com wL de até 500%. ia %YL"`a! "qˆRo:qr‡ Os solos classificados como ML (siltes inorgânicos de baixa plasticidade) são aqueles os quais têm a sua representação na carta de plasticidade abaixo da linha A e à esquerda da linha B (conforme pode−se observar na fig. 6.2, deve−se ter também um IP < 4%). O grupo MH (siltes inorgânicos de alta plasticidade), possuem a sua representação na carta de plasticidade abaixo da linha A e à direita da linha B (wL > 50%). ia32…L"`a! "PQRo:P‡ São classificados utilizando−se os mesmos critérios definidos para os subgrupos ML e MH. A presença de matéria orgânica é geralmente identificada visualmente e pelo seu odor característico. Em caso de dúvida a escolha entre os símbolos OL/ML ou OH/MH pode ser feita utilizando−se o seguinte critério: Se wLs/wLn < 0,75 então o solo é orgânico senão é inorgânico. Os símbolos wLs e wLn correspondem a limites de liquidez determinados em amostras que foram secas em estufa e ao ar livre, respectivamente. 41 F ig ur a 6. 2 − C ar ta d e pl as tic id ad e de C as ag ra nd e. O B S : S ol os c uj a re pr es en ta çã o na c ar ta d e pl as ti ci da de s e si tu e de nt ro d a zo na h ac hu ra da d ev em te r no m en cl at ur a du pl a (C L − M L ). S ol os cu ja re pr es en ta çã o na ca rt a de pl as ti ci da de se si tu e pr óx im o à li nh a L L = 50 % de ve m te r no m en cl at ur a du pl a: (M H − M L ou C H − C L ). S ol os c uj a re pr es en ta çã o na c ar ta d e p la st ic id ad e s e s it ue p ró xi m o à li nh a A d ev em t er n om en cl at ur a du pl a: ( M H − C H o u C L − M L ). A s ar gi la s in or gâ ni ca s de m éd ia p la st ic id ad e po ss ue m w L e nt re 3 0 e 50 % . 44 SO L O S G R O SS O S 35 % o u m en os p as sa nd o na # 2 00 M en os q ue 2 5% pa ss an do n a # 20 0 m en os q ue 50 % p as sa m na # 4 0 M en os q ue 1 5% pa ss a na # 2 00 . M en os q ue 3 0% pa ss a na # 4 0. M en os q ue 5 0% pa ss a na # 1 0 IP < 6 % A −1 −a Si lte IP ≤ 1 0% A rg ila IP ≥ 1 1% L L ≤ 4 0% A −2 −4 A −2 −5 M en os q ue 3 5% pa ss an do n a # 20 0 m ai s qu e 50 % pa ss am n a # 40 M en os q ue 2 5% pa ss a na # 2 00 . M en os q ue 5 0% pa ss a na # 4 0. IP < 6 % A −1 −b M en os q ue 1 0% pa ss a na # 2 00 . N ão p lá st ic o A −3 L L ≥ 4 1% L L ≤ 4 0% A −2 −6 A −2 −7 L L ≥ 4 1% F ig ur a 6. 3 − C la ss if ic aç ão p el a A A SH T O 45 SO L O S SI L T O −A R G IL O SO S 35 % o u m ai s pa ss an do n a # 20 0 Si lte IP ≤ 1 0% A rg ila IP ≥ 1 1% L L ≤ 4 0% A −4 A −5 L L ≥ 4 1% L L ≤ 4 0% A −6 A −7 −5 L L ≥ 4 1% IP < = (L L −3 0) L P >= 3 0% IP > = (L L −3 0) L P <= 3 0% A −7 −6 F ig ur a 6. 3 − C la ss if ic aç ão p el a A A SH T O ( co nt in ua çã o) 46 7. ÍNDICES FÍSICOS. ‹ŒŒŽa#0 ‘’“*”•’• – O comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma de suas três fases (sólidos, água e ar). Diversas relações são empregadas para expressar as proporções entre elas. Na fig. 7.1 mostrada a seguir estão representadas, de modo esquemático, as três fases que normalmente ocorrem nos solos, ainda que, em alguns casos, todos os vazios possam estar ocupados pela água. Pesos Volumes Massas Volumes Zero Ma Ar Va Vv Mt Mw Água Vw Vt Ms Sólido Vs Zero Pa Ar Va Vv Pt Pw Água Vw Vt Ps Sólido Vs — ”*˜™‘’š‹ŒO›:œ#ž0‘ – #0Ÿ/’ ¡¢ – £™#¤ ¥Ÿ/”*¦’+•’–:§ ’– #–"¦¢ – Ÿ”Ÿ™” Ÿ –:•¢;– ¢9“*¢ Onde: Va, Vw, Vs, Vv e Vt representam os volumes de ar, água, sólidos, de vazios e total do solo, respectivamente. Ps, Pw, Pa e Pt São os pesos de sólidos, água, ar e total e Ms, Mw, Ma e Mt são as respectivas massas de sólidos, água, ar e total. ‹Œ ¨&ŒœZ “’ © –:  Ÿ‘"ª5¢“™¤ #– ‹Œ ¨&ŒŒ«_¢‘¢– ”•’•†¬­¯® A porosidade é definida como a relação entre o volume de vazios e o volume total. O intervalo de variação da porosidade está compreendido entre 0 e 1. Vt Vv n = (7.1) ‹Œ ¨&Œ ¨&ŒŽa‘’™)•"°"’Ÿ™‘’ ¡¢±¬°"‘® Os vazios do solo podem estar apenas parcialmente ocupados por água. A relação entre o volume de água e o volume dos vazios é definida como o grau de saturação, expresso em percentagem e com variação de 0 a 100% (solo saturado). 49 Das figs. 7.2 e 7.3 e utilizando−se as definições dadas para o índice de vazios e a porosidade tem−se: n n e e e n − = + = 1 ou 1 (7.9) ‹Œ3»4Œ¾>Ÿ”“”*´c’ ¡¢;•¢•”’˜‘’¤ ’•:§ ’–# –"ž ’‘’+’• Ÿ/ ‘¤ ”0’ ¡¢;•’–"‘ “’ ©#–"  Ÿ‘"¢9–"•”¿ ‘– ¢9–"¶0•”¦ – §#¶*–#”*¦¢– Com o uso das figs. 7.2 e 7.3 e dos diagramas de fases apresentados nas figs. 7.2 e 7.3, diversas relações podem ser facilmente definidas entre os índices físicos. As eqs. 7.10 a 7.12 expressam algumas destas relações: 1 wD + = γγ (7.10) eSrw wS .. ⋅= γγ (7.11) e eSr wS + ⋅+ = 1 . γγ γ (7.12) A umidade é definida como a relação entre o peso da água e o peso dos sólidos em uma porção do solo, sendo expressa em percentagem. Pela análise da fig. 7.2 temos que: s w eSr Ps Pw w γ γ ⋅⋅ == (7.13) Em agronomia e em alguns ramos da mecânica do solo utiliza−se a umidade volumétrica (θ), definida como a relação entre o volume de água e o volume total de solo e dada pela eq. 7.14 nSr e eSr Vt Vw ⋅= + ⋅== 1 θ (7.14) OBS: Apesar de alguns índices físicos serem apresentados em percentagem, o cálculo das relações entre eles deve ser feito utilizando−os na forma decimal. Todos os índices devem estar em unidades compatíveis. ‹Œ3À4Œ½> 0–#”*•’•"‘ “’Ÿ/”¿’+½€‘ Conforme será discutido no transcorrer deste curso, por possuírem arranjos estruturais bastante simplificados, os solos grossos (areias e pedregulhos com nenhuma ou pouca presença de finos) podem ter o seu comportamento avaliado conforme a curva característica e a sua densidade relativa Dr, definida conforme a eq. 7.15. Há uma variedade grande de ensaios para a determinação de emin e γdmáx; todos eles envolvem alguma forma de vibração. Para emax e γdmin, geralmente se adota a colocação do solo secado previamente, em um recipiente, tomando−se todo cuidado para evitar qualquer tipo de vibração. Os procedimentos para a execução de tais ensaios são padronizados em nosso País pelas normas NBR 12004 e 12051, variando muito em diferentes partes do Globo, não havendo ainda um consenso internacional sobre os mesmos. A densidade relativa é um 50 índice adotado apenas na caracterização dos SOLOS NÃO COESIVOS. A tabela 7.1 apresenta a classificação da compacidade dos solos grossos em função de sua densidade relativa. ( ) natural. estado seu no seco solo do aparente específico peso . e a teanalogamen definidos são e natural. estado seu no solo do vazios de índice o é e compacto. ou denso mais estado no solo do vazios de índice o é e (fofo). solto mais estado no solo do vazios de índice o é onde; (7.12) x100% max mind min max minmax max maxmin minmax minmax → → → → → − − = − − = d d dd dd d d R ee e x ee ee D γ γγ γγ γγ γ γ 100 (7.15) Tabela 7.1 − Classificação da compacidade dos solos grossos utilizando−se o conceito de densidade relativa. DR (%) Designação 0 a 30 Fofa 30 a 70 Medianamente compacta 60 a 100 compacta Notas importantes: a) A densidade relativa é o fator preponderante, tanto na deformabilidade quanto na resistência ao cisalhamento de solos grossos, influindo até na sua permeabilidade. b) Estimativa preliminar de regiões sujeitas à liquefação. c) Controle de compactação de solos não coesivos. ‹Œ‹Œµ@ – ’”¢–:Á€ ¦ –#– ¥‘”¢–"ž ’‘’+½€ Ÿ/ ‘¤ ”0’ ¡¢;•¢9–"³ 0•”¦ – — ¶*–#”*¦¢– Para estimativa de todos os índices físicos efetuam−se as seguintes determinações: Umidadeà Peso específico do solo (γ)à Peso específico das partículas sólidas (γs) ‹Œ‹ŒŒ½€#Ÿ ‘¤ ” ’ ¡¢•’¾>¤ ”•’• A umidade do solo é geralmente determinada em estufa, em laboratório. Para tanto, uma amostra de solo com determinado teor de umidade é pesada e posteriormente levada a uma estufa, com temperatura entre 105 e 110o, onde permanece por um determinado período (geralmente um dia), até que a sua constância de peso seja assegurada. As variações no peso da amostra de solo se devem a evaporação da água existente no seu interior. Após o período de secagem em estufa, o peso da amostra é novamente determinado. Deste modo, o peso da água existente no solo é igual a diferença entre os pesos da amostra antes e após esta ser levada à estufa, sendo a umidade do solo a razão entre esta diferença e o peso da amostra determinado após secagem. A seguir são listados alguns métodos utilizados na determinação da umidade do solo em campo e em laboratório. Estufa a 105 − 110°C (laboratório) Speedy (campo) 51 Fogareiro à Álcool (campo) Estufa a 60°C. (laboratório, no caso da suspeita de existência de matéria orgânica) Sonda de nêutrons (campo) TDR (campo) ‹Œ‹Œ ¨&Œ½€#Ÿ ‘¤ ” ’ ¡¢•¢;ž  – ¢;µ@–#ž0 ¦¶§ ”¦¢;•¢°"¢“¢ São listados a seguir os principais métodos utilizados em laboratório e em campo para determinação do peso específico do solo. ‹Œ‹Œ ¨&ŒŒµ@¤MÄS’¼9¢‘’Ÿ¹9‘8”¢ Cravação de cilindro biselado em amostras indeformadas Cilindro de compactação Imersão em mercúrio (amostra indeformada, pequena) Balança hidrostática, solo parafinado (NBR 10838) ‹Œ‹Œ ¨&Œ ¨&Œµ@¤MÅ@’¤ ž0¢ Cravação do cilindro de Hilf Método do cone de areia Método do balão de borracha Sonda de nêutrons. ‹Œ‹ŒG²4Œ½€#Ÿ ‘¤ ” ’ ¡¢•¢;ž  – ¢;µ@–#ž0 ¦¶§ ”¦¢;•’–"«_’‘Ÿ¶¦™“’– Esta determinação é efetuada exclusivamente em laboratório, utilizando−se o picnômetro e os detalhes de sua execução são apresentados na NBR 6508. ‹Œ3Æ4Œª5’“*¢9‘8#–"Ç;¶ž ”¦8¢9– ÍNDICES FÍSICOS n (%) e γd γ γsat SOLOS KN / m3 Areia c / pedregulho 18 − 42 0.22 − 0.72 14 − 21 18 − 23 19 − 24 Areia Média a Grossa 25 − 45 0.33 − 0.82 13 − 18 16 − 21 18 − 21 Areia Fina e Uniforme 33 − 48 0.49 − 0.82 14 − 18 15 − 21 18 − 21 Silte 30 − 50 0.48 − 1.22 13 − 19 15 − 21 18 − 22 Argila 30 − 55 0.48 − 1.22 13 − 20 15 − 22 14 − 23 Sobre o peso específico das partículas, algumas observações necessitam ser mencionadas: Segundo dados de Lambe e Whitman (1969), γs geralmente se encontra no intervalo de 22 a 29 kN/m3 é em função dos minerais constituintes do solo. Solos orgânicos tendem a apresentar valores de γs menores que o convencional, enquanto que solos ricos em minerais ferrosos tendem a apresentar γs > 30 kn/m3. 54 Isto ocorre porque os acréscimos de tensão total são contrabalançados por iguais acréscimos na tensão neutra, de modo que a tensão efetiva permanece inalterada (vide eq. 8.2). Æ[Œ3²4ŒÅ@¥“*¦™“¢;•’–"Ÿ/ 0–#© –"˜ ¢– Ÿ/¥Ÿ/”*¦’– Conforme relatado anteriormente, as tensões no interior de um maciço de solo podem ser causadas por cargas aplicadas ao solo e pelo seu peso próprio. A distribuição destes estados de tensão ponto a ponto no interior do maciço obedece a um conjunto de equações diferenciais denominadas de equações de equilíbrio, de compatibilidade e as leis constitutivas do material, cuja resolução é geralmente bastante complicada. Mesmo a distribuição de tensões no solo devido ao seu peso próprio pode resultar em um problema mais elaborado. Existe contudo uma situação, freqüentemente encontrada na geotecnia, em que o peso do solo resulta em um padrão de distribuição de tensões bastante simplificado. Isto acontece quando a superfície do solo é horizontal e quando as propriedades do solo variam muito pouco na direção horizontal. Cálculo da tensão geostática vertical − Para a situação descrita anteriormente, não existem tensões cisalhantes atuando nos planos vertical e horizontal (em outras palavras, os planos vertical e horizontal são planos principais de tensão). Portanto, a tensão vertical em qualquer profundidade é calculada simplesmente considerando o peso de solo acima daquela profundidade. Assim, se o peso específico do solo é constante com a profundidade, a tensão vertical total pode ser calculada simplesmente utilizando−se a eq. 8.3 apresentada adiante, onde z representa a distância do ponto considerado até a superfície do terreno (Fig. 8.2). zv ⋅= γσ (8.3) Onde: σv é a tensão geostática vertical total no ponto considerado. γ é o peso específico do solo. z eqüivale a profundidade. A pressão neutra é calculada de modo semelhante, utilizando−se a eq. 8.4. w zwu ⋅= γ (8.4) Onde: u é a pressão neutra atuando na água no ponto considerado. γw é o peso específico do da água (adotado normalmente como γw = 10 kN/m3). zw eqüivale a profundidade do ponto considerado até a superfície do lençol freático. Quando o terreno é constituído de camadas estratificadas, o que é comum em grande parte dos casos, ocorre uma variação dos pesos específicos ao longo da profundidade e a tensão normal resulta do somatório do efeito das diversas camadas. A tensão vertical efetiva é então calculada utilizando−se a eq. 8.5. 55 ww n i ii zh ⋅−⋅= ∑ = γγσ 1 ’ (8.5) Onde hi e γi representam o peso específico e a espessura de cada camada considerada. A fig. 8.2 abaixo, mostra um diagrama de tensões com a profundidade em um perfil de solo estratificado. NA σv σh z µ (σv− u) (σh −u) Solo 1. Acima do N.A. Solo 1. Abaixo do N.A. Solo 2. γ1 γ2 γ3 N.A. σ, σ’ e u u = γwhwz σσ’ u σ γ’= ⋅ − = ∑ i i i n h u 1 Figura 8.2 − Distribuições de tensões geostáticas verticais. Uso do peso específico submerso − Caso o nível de água, apresentado na fig. 8.2, estivesse localizado na superfície do terreno, o cálculo das tensões efetivas poderia ser simplificado pelo uso do conceito de peso específico submerso, discutido no capítulo de índices físicos. Neste caso, a tensão total vertical será dada por σv = γsat⋅z, enquanto que a pressão neutra no mesmo ponto será u = γw⋅z. A tensão efetiva, correspondente à diferença entre estes dois valores, será: σv’ = σv − u = γsat⋅z. − γw⋅z, o que faz com que tenhamos: σv’= (γsat − γw)⋅z = γsub⋅z, onde γsub é o peso específico submerso do solo. 56 Æ[Œ º&Œµ@ɏ ¤ ž “*¢•"Ê5ž “”*¦’ 8¡¢ Determinar as tensões geostáticas verticais efetiva e total e a pressão neutra para o perfil apresentado na fig. 8.3 e traçar os diagramas correspondentes. Cálculo das tensões geostáticas:  Tensões Totais:(σ) σv(1) = 17,0 x 1,0 = 17,0 kN/m2 σv(2) = 17,0 + 18,5 x 2,0 = 54,0 kN/m2 σv(3) = 54,0 + 20,8 x 1,5 = 85,2 kN/m2  Pressões Neutras:(u) u(1) = 0 u(2) = 0 + γw x 2,0 = 10,0 x 2,0 = 20,0 kN/m2 u(3) = 20,0 + 10,0 x 1,5 = 35,0 kN / m2  Tensões Efetivas: (σ’ = σ − u) σ’v(1) = 17,0 − 0 = 17,0 kN/m2 σ’v(2) = 54,0 − 20,0 = 34,0 kN/m2 σ’v(3) = 85,2 − 35,0 = 50,2 kN/m2 Figura 8.3 − Exemplo de Cálculo das tensões geostáticas verticais. Cálculo das tensões geostáticas horizontais − As tensões geostáticas horizontais existentes em um maciço de solo são muito importantes no cálculo dos esforços de solo sobre estruturas de contenção, como os muros de arrimo, cortinas atirantadas etc. Estes esforços dependem em muito dos movimentos relativos do solo, ocasionados em função da instalação da estrutura de contenção. Para o caso do solo em repouso, as tensões geostáticas horizontais são calculadas empregando−se o coeficiente de empuxo em repouso do solo, conforme apresentado pela eq. 8.6. 59 A distribuição de tensões nos solos pode ser estimada de forma muito aproximada, admitindo−se que as tensões se propagam uniformemente através da massa de solo segundo um dado ângulo de espraiamento (por exemplo, 30° ou 45°) ou uma dada declividade (por exemplo, método 2:1). Essa aproximação empírica baseia−se na suposição de que a área sobre a qual a carga atua aumenta de uma forma sistemática com a profundidade, assim as tensões (σ=Q/A) decrescem com a profundidade, como mostra a fig. 8.6. a) Espraiamento segundo um angulo φo b) Método 2:1 boa a φo Q σo = Q bo x lo bo Q σ1 = Q bz x lz Z bo + z bo lo lo + z z 2 1 o a z a tan =⇒=φ o tanφz· )tan(.z. )tan(.z.bb ooz ooz φ+= φ+= 2 2 ll Figura 8.6 − Distribuição de tensão vertical com a profundidade, segundo um ângulo de espraiamento (a) ou método 2:1 (b). Para o caso da fig. 8.6, de uma sapata retangular, as tensões induzidas na superfície do terreno são dadas por: oo o b Q l . =σ (8.8) Na profundidade (z), a área da sapata aumenta de z/2 (para o método 2:1) ou z.tan φo (espraiamento), para cada lado. Assim, a tensão nesta profundidade será estimada pela eq. 8.9: zz z b Q l . =σ (8.9) O ângulo de espraiamento (φo) é função do tipo de solo, com valores típicos de:è solos muito moles: φo < 40°è areias puras: φo ≅ 40° a 45°è argilas rijas e duras: φo ≅ 70°è rochas: : φo > 70° É importante salientar que a aproximação simplificada pressupõe que a distribuição da pressão em cada plano horizontal seja uniforme, sendo que na realidade a distribuição real tem uma forma de sino, havendo maior concentração de pressão na região próxima ao eixo da carga, como mostra a fig. 8.7, onde um determinado carregamento foi dividido em uma série de intervalos, para cada intervalo sendo aplicado o método simplificado da distribuição de 60 tensões (vide também na fig. 8.5 os resultados obtidos a partir da aplicação da teoria da elasticidade). z Figura 8.7 − Distribuição de tensões em um solo obtida a partir do uso da solução simplificada discretizando−se a superfície carregada em diversos elementos. Ë[Ì3Í4Ì é&Ìê"Õ9à*åæÚ×#Ò"ÝÖÛÓÙ0ÖÝÒ"ÖÝ+Ø× ÕÐÓÝ+ÖÝ× àÝÒ ØÓÏÓÖÝÖ×1Ì As tensões dentro de uma massa de solo podem também ser estimadas empregando as soluções obtidas a partir da teoria da elasticidade. Apesar das hipóteses adotadas nestas formulações, seu emprego aos casos práticos é bastante freqüente, dada a sua simplicidade, quando comparadas a outros tipos de análises mais elaboradas, como o emprego de técnicas de discretização do contínuo. Por outro lado, pode−se dizer também que estas soluções apresentam resultados bem mais próximos do real do que aqueles obtidos com o uso da solução simplificada, apresentada no item anterior. Existem formulações para uma grande variedade de tipos de carregamento. Serão apresentados aqui, apenas os casos mais freqüentes, sem nos preocuparmos com o desenvolvimento matemático das equações resultantes. Ë[Ì3Í4Ì é&ÌâÌê"ÕàåæçÕÖ×"ëYÕåÒ Ò ÓÙ × Ò ìíÌ Boussinesq (1885) desenvolveu as equações para cálculo dos acréscimos de tensões efetivas verticais, radiais e tangenciais, causadas pela aplicação de uma carga pontual agindo perpendicularmente na superfície de um terreno (fig. 8.8). Para obtenção da solução, assumiu as seguintes hipóteses: maciço homogêneo, isotrópico, semi − infinito e de comportamento linearmente elástico (validade da lei Hooke), a variação de volume do solo sob aplicação da carga é negligenciada, dentre outras. A eq. 8.10 apresenta a solução de Boussinesq, para o cálculo do acréscimo da tensão vertical efetiva em qualquer ponto do maciço, obtida por meio de integração das equações diferenciais da teoria da elasticidade. σ πz b Q z r z Q z N= ⋅ ⋅ +                         = ⋅2 2 5 2 2 3 2 1 Figura 8.8 − Carga concentrada aplicada a superfície do terreno − Solução de Boussinesq. (8.10) Onde: Q = carga pontual Z = profundidade que vai da superfície do terreno (pto de aplicação da carga) até a cota onde deseja−se calcular σz r = distância horizontal do ponto de aplicação da carga até onde atua σz 61 A estimativa dos acréscimos de tensões verticais é muito mais freqüente, em termos práticos, que de tensões tangenciais, radiais e de cisalhamento, de modo que esta é geralmente realizada por intermédio de um fator de influência (Nb), apresentado na eq. 8.10, utilizando− se de fórmulas e ábacos específicos para cada tipo de carregamento. Os valores de Nb dependem apenas da geometria do problema, sendo dado em função de r/z, no ábaco da fig. 8.9. Observar que σz é independente do material, os parâmetros elásticos não entram na equação. A solução de Boussinesq, apresentada acima, não conduz a resultados satisfatórios quando tratamos com alguns solos sedimentares, onde o processo de deposição em camadas conduz a obtenção de um material de natureza anisotrópica. A análise da influência da anisotropia do solo nos valore obtidos por Boussinesq foi realizada por por Westergaard, simulando uma condição extrema de anisotropia para uma massa de solo impedida de se deformar lateralmente. As tensões são inferiores às da solução proposta por Boussinesq que é, por sua vez, o procedimento mais intensamente utilizado nas aplicações práticas. A fig. 8.9 também apresenta o fator de influência (Nw) obtido por Westergaard. Figura 8.9 − Fatores de influência para tensões verticais devido a uma carga concentrada (NB: Solução de Boussinesq e NW: Solução de Westergaard). Ë[Ì3Í4Ì é&Ì é&Ìî@ïØ/× Ù0Ò#çÕ;ÖÝ+ê"Õ9à*åæçÕ;Ö×"ëYÕåÒ Ò ÓÙ × Ò ì4Ì As distribuições de tensões em uma massa de solo, induzidas por outros tipos de carregamentos mais freqüentes na prática, puderam ser estabelecidas a partir da generalização da solução de Boussinesq, as quais serão apresentadas a seguir: Îeðñ@ÝÐ8ÞÝÖÓÒ Ø/ÐÓ*ä9åò*ÖÝ+ÝÕàÕÙ0ÞÕ;Ö×:åÔ ÝàÓÙ ó0ÝjôÒ ÕàåæçÕ;Ö×:õˆ× àÝÙ¯ð As tensões induzidas no ponto (A), por uma carga uniformemente distribuída ao longo de uma linha (Y) na superfície do semi− espaço foram obtidas por Melan (fig. 8.10) e estão apresentadas nas equações 8.11 a 8.13. 222 32 )zx( z . q z +π =σ (8.11) 64 carregada, deve−se usar o princípio da superposição dos efeitos, acrescentando e subtraindo áreas, de tal forma que o efeito final corresponda à área efetivamente carregada. O cálculo do acréscimo de tensões verticais num ponto (P), situado a uma profundidade (z) sob o centro da área retangular ABCD (fig. 8.14a), deve ser feito mediante aplicação da eq. 8.18, onde Iσ corresponde à influência de quatro áreas retangulares iguais AMPN, ou seja, Iσ = 4I(AMPN). Figura 8.13 − Fatores de influência para a placa retangular uniformemente carregada. Suponhamos agora, que desejamos encontrar as tensões verticais no ponto (A), a uma profundidade z, produzida pela área II carregada (fig. 8.14b) . Para essa condição teremos que fazer algumas construções auxiliares a fim de satisfazer as condições iniciais (acrescentar e subtrais áreas). Para esse casso, o fator de influência (Iσ ) será: Iσa = I(I+II+III+IV) − I(I+III) −I(III+IV) + I(IIII). 65 MA N B CD P IIII IV A II (a) (b) Figura 8.14 − Esquema para cálculo das tensões em qualquer ponto − Placa retangular uniformemente carregada. Tabela 8.1 − Fatores de influência para uma placa retangular m=x/z ou n=y/z m = y/z ou n =x/z 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,5 2,0 2,5 3,0 5,0 10,0 0,1 0,005 0,009 0,013 0,017 0,020 0,022 0,024 0,026 0,027 0,028 0,029 0,030 0,031 0,031 0,032 0,032 0,032 0,2 0,009 0,018 0,026 0,033 0,039 0,043 0,047 0,050 0,053 0,055 0,057 0,059 0,061 0,062 0,062 0,062 0,062 0,3 0,013 0,026 0,037 0,047 0,056 0,063 0,069 0,073 0,077 0,079 0,083 0,086 0,089 0,090 0,090 0,090 0,090 0,4 0,017 0,033 0,047 0,060 0,071 0,080 0,087 0,093 0,098 0,101 0,106 0,110 0,113 0,115 0,115 0,115 0,115 0,5 0,020 0,039 0,056 0,071 0,084 0,095 0,103 0,110 0,116 0,120 0,126 0,131 0,135 0,137 0,137 0,137 0,137 0,6 0,022 0,043 0,063 0,080 0,095 0,107 0,117 0,125 0,131 0,136 0,143 0,149 0,153 0,155 0,156 0,156 0,156 0,7 0,024 0,047 0,069 0,087 0,103 0,117 0,128 0,137 0,144 0,149 0,157 0,164 0,169 0,170 0,171 0,172 0,172 0,8 0,026 0,050 0,073 0,093 0,110 0,125 0,137 0,146 0,154 0,160 0,168 0,176 0,181 0,183 0,184 0,185 0,185 0,9 0,027 0,053 0,077 0,098 0,116 0,131 0,144 0,154 0,162 0,168 0,178 0,186 0,192 0,194 0,195 0,196 0,196 1,0 0,028 0,055 0,079 0,101 0,120 0,136 0,149 0,160 0,168 0,175 0,185 0,193 0,200 0,202 0,203 0,204 0,205 1,2 0,029 0,057 0,083 0,106 0126 0,143 0,157 0,168 0,178 0,185 0,196 0,205 0,212 0,215 0,216 0,217 0,218 1,5 0,030 0,059 0,086 0,110 0,131 0,149 0,164 0,176 0,186 0,193 0,205 0,215 0,223 0,226 0,228 0,229 0,230 2,0 0,031 0,061 0,089 0,113 0,135 0,153 0,169 0,181 0,192 0,200 0,212 0,223 0,232 0,236 0,238 0,239 0,240 2,5 0,031 0,062 0,090 0,115 0,137 0,155 0,170 0,183 0,194 0,202 0,215 0,226 0,236 0,240 0,242 0,244 0,244 3,0 0,032 0,062 0,090 0,115 0,137 0,156 0,171 0,184 0,195 0,203 0,216 0,228 0,238 0,242 0,244 0,246 0,247 5,0 0,032 0,062 0,090 0,115 0,137 0,156 0,172 0,185 0,196 0,204 0,217 0,229 0,239 0,244 0,246 0,249 0,249 10,0 0,032 0,062 0,090 0,115 0,137 0,156 0,172 0,185 0,196 0,205 0,218 0,230 0,240 0,244 0,247 0,249 0,250 ãþðñ@ÝÐÐ× ÞÝÔ × Ù ØÕ;åÙ Ó÷ ÕÐÔ ×:Ò ÕäÐ×"åÔ)Ýß àÝÏÝÏÓÐÏåà*ÝÐ O cálculo das tensões induzidas por uma placa circular de raio r, uniformemente carregada, foi resolvido por Love, a partir da integração da equação Boussinesq, para toda área circular. Para pontos situados a uma profundidade z, abaixo do centro da placa de raio r, as tensões induzidas podem ser estimadas pela eq. 8.19:               + −=σ 23 21 1 1 / oZ )z/r( q . (8.19) Essa expressão, na prática, pode ser simplificada pela introdução de um fator de influência (Iσ), podendo ser reescrita na forma: Ι=σ .qoz σ (8.20) O fator de influência é obtido em função da relação z/r e x/r, dada pelo gráfico da fig. 8.15, onde: z = profundidade; r = raio da placa carregada; x = distância horizontal que vai do centro da placa ao ponto onde se deseja calcular o acréscimo de tensões; qo = pressão de contato. Observar que neste gráfico os fatores de influência são expressos em porcentagem. 66 Para obtenção dos valores de Iσ, para pontos quaisquer do terreno, também pode−se utilizar a tabela 8.2. Vale acrescentar que quando tem−se x/r = 0, tem−se o acréscimo de tensões induzida na vertical que passa pelo centro da placa circular carregada. Figura 8.15 − Fatores de influência, expresso em %, para a placa circular uniformemente carregada. Tabela 8.2 − Fatores de influência para uma placa circular de raio r, carregada x/r z/r 0 0,25 0,50 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0,25 0,986 0,983 0,964 0,460 0,015 0,002 0,000 0,000 0,000 0,000 0,50 0,911 0,895 0,840 0,418 0,060 0,010 0,003 0,000 0,000 0,000 0,75 0,784 0,762 0,691 0,374 0,105 0,025 0,010 0,002 0,000 0,000 1,00 0,646 0,625 0,560 0,335 0,125 0,043 0,016 0,007 0,003 0,000 1,25 0,524 0,508 0,455 0,295 0,135 0,057 0,023 0,010 0,005 0,001 1,50 0,424 0,413 0,374 0,256 0,137 0,064 0,029 0,013 0,007 0,002 1,75 0,346 0,336 0,309 0,223 0,135 0,071 0,037 0,018 0,009 0,004 2,00 0,284 0,277 0,258 0,194 0,127 0,073 0,041 0,022 0,012 0,006 2,5 0,200 0,196 0,186 0,150 0,109 0,073 0,044 0,028 0,017 0,011 3,0 0,146 0,143 0,137 0,117 0,091 0,066 0,045 0,031 0,022 0,015 4,0 0,087 0,086 0,083 0,076 0,061 0,052 0,041 0,031 0,024 0,018 5,0 0,057 0,057 0,056 0,052 0,045 0,039 0,033 0,027 0,022 0,018 7,0 0,030 0,030 0,029 0,028 0,026 0,024 0,021 0,019 0,016 0,015 10,00 0,015 0,015 0,014 0,014 0,013 0,013 0,013 0,012 0,012 0,011 69 Pode−se observar na fig. 8.18, que para b/z = 0, recai−se no caso de carregamento triangular. Analogamente, através da aplicação do principio da superposição, computa −se a soma ou a diferença dos efeitos das partes do aterro, conforme indicado para o ponto P da fig. 8.19. σz σz (esq.) σz (dir) += P Figura 8.19 − Esquema para cálculo das tensões induzidas no ponto, para um aterro.  ðñ@ÝÐÐ8×#ÞÝÔ)× Ù0Ø/Õ;åÙ Ó÷ ÕÐÔ ×"Ö×:÷ ÕÐÔ Ý+ìåÝà*ìå× ÐôÒ ÕàåæçÕÖ×€× Ô ÝÐxð Newmark (1942), baseado na equação de Love, que fornece o acréscimo de tensões ocasionadas por uma placa circular uniformemente carregada, desenvolveu um método gráfico que permite obter as tensões induzidas devido uma área de forma irregular sob condição de carregamento uniforme, atuando na superfície do terreno. A construção do ábaco de Newmark é baseada na fórmula de Love, adotando−se os seguintes procedimentos: 1) Tomando−se a fórmula de Love sob a forma : 11 3 2 −    σ−= − qz R z (8.23) atribuem−se valores à relação σz/q e calcula−se o raio R da placa necessária para produzir o acréscimo de carga σz/q arbitrado a uma profundidade z (cujo valor é fixado pela escala a partir da qual o gráfico foi construído) sob o centro da placa carregada com uma carga unitária; b) Exemplificando: σz/q = 0,8 ⇒ R/z = 1,387 ⇒ (R) σz = 0,8 = 1,387 x AB, sendo AB o seguimento de referência (escala) adotado (fig. 8.20). Assim, a uma profundidade z = AB, o acréscimo de carga seria σz/q = 0,8 se a área carregada fosse circular de raio R = 1,387 x AB. c) Para outros valores de σz/q, obtém−se um conjunto de círculos concêntricos, tais que os anéis circulares gerados representam parcelas dos acréscimos de tensões verticais. Por exemplo, o acréscimo de tensão vertical devido ao espaço anelar compreendido entre os círculos de (R) σz = 0,8 e (R) σz = 0,7 seria dado por σz = 0,8 − 0,7 = 0,1; d) Cada espaço anelar é então dividida em um certo número de partes iguais (geralmente 20 setores), cada parte representando uma parcela de contribuição ao valor final do acréscimo de tensão no solo devido a toda a área carregada. No exemplo, σz/q devido a cada setor seria dada por: 0,005 ou =Ι==σ 0050 20 10 , , z (8.24) sendo este valor a chamada unidade de influência do ábaco de Newmark. 70 Figura 8.20 − Ábaco de Newmark. Para a utilização do ábaco de Newmark, procede−se da seguinte forma: á A área carregada é desenhada em papel transparente e numa escala tal que o segmento AB do gráfico (Fig. 8.20) seja igual à profundidade z de interesse;á Coloca−se o desenho em planta sobre o gráfico, de tal modo que a projeção do ponto estudado (seja interno ou externo à área carregada) coincide com o centro do ábaco;á Conta−se o número de setores (unidades de influência) englobados pelo contorno da área, estimando−se as frações correspondentes aos setores parcialmente envolvidosá A tensão vertical induzida no ponto considerado será dada por: Ι=σ . . Nqz (8.25) onde: I = unidade de influência N = número de fatores de influência 71 Ë[Ì3Í4Ì 4Ì _Ð8×#Ò Ò Ú× Ò:Ö×"ÏÕÙ ØÝØÕ Uma força ou pressão, aplicada na superfície ou no interior do solo (semi−espaço elástico), distribui−se nos vários pontos desse solo. Na prática, para aplicar essa força ou pressão, é necessário um elemento qualquer que transmita a carga ao terreno (placa, sapata ou estaca). No entanto a rigidez de cada um desses elementos intervém redistribuindo a carga na superfície de contato desse elemento com o solo. Em fundações, temos elementos de transferência de cargas ditos placas rígidas e flexíveis, cada uma com um tipo de distribuição de cargas e recalques específico (fig. 8.21). Figura 8.21 − Distribuição de pressões de contato placa − solo. Para o caso de uma placa flexível a pressão de contato é uniforme e igual a pressão aplicada. Para um solo coesivo observa−se um recalque no centro da placa maior que nos bordos. No entanto, para solo não coesivo observa−se um recalque dos bordos maior que o recalque do centro (o confinamento provoca aumento do módulo de elasticidade do solo não coesivo, conferindo−lhe maior rigidez). Para o caso de placa rígida, tem−se recalques uniformes em toda sua largura. Em solos coesivos, a pressão de contato não é uniforme, concentrando−se mais nos bordos que no centro (formato de "sela") para compatibilizar a condição de recalque uniforme. Em solos não coesivos, a pressão de contato é maior no centro para vencer o aumento da rigidez provocada pelo confinamento. Como visto acima, a rigidez das placas influi na distribuição de pressões em todo o solo. Segundo Vargas (1977), só poderemos aplicar a equação de Boussinesq e as outras derivadas a partir dessa, se tivermos tratando de placa flexível (pressão de contato uniforme), para que a rigidez da estrutura não possa influir na distribuição das pressões de contato. Felizmente, para a engenharia, isso ocorre na grande maioria dos casos. Pode−se dizer ainda que a influência da forma da distribuição das pressões de contato é maior para profundidades relativas menores (menores valores de z/r), perdendo intensidade à medida em que a profundidade aumenta. 74 [Ì &Ìî@Ù Ò ÝÓÕÖ×"ñ@ÕÔ ß ÝÏØ/ÝæçÕ Em 1933, o Eng. Norte americano Ralph Proctor postulou os procedimentos básicos para a execução do ensaio de compactação. A energia de compactação utilizada na realização destes ensaios é hoje conhecida como energia de compactação "Proctor Normal". A seguir são listadas, de modo resumido, as principais fases de execução de um ensaio de compactação. á Ao se receber uma amostra de solo (no caso, deformada) para a realização de um ensaio de compactação, o primeiro passo é colocá−la em bandejas de modo que a mesma adquira a umidade higroscópica (secagem ao ar). O solo então é destorroado e passado na peneira #4, após o que adiciona−se água na amostra para a obtenção do primeiro ponto da curva de compactação do solo. Para que haja uma perfeita homogeneização de umidade em toda a massa de solo, é recomendável que a mesma fique em repouso por um período de aproximadamente 24 hs.á Após preparada a amostra de solo, a mesma é colocada em um recipiente cilíndrico com volume igual a 1000ml e compactada com um soquete de 2500g, caindo de uma altura de aproximadamente 30cm, em três camadas com 25 golpes do soquete por camada, como demonstra fig. 3.1 apresentada adiante.á Este processo é repetido para amostras de solo com diferentes valores de umidade, utilizando−se em média 5 pontos para a obtenção da curva de compactação.á De cada corpo de prova assim obtido, determina−se o peso específico do solo seco e o teor de umidade de compactação. è Após efetuados os cálculos dos pesos específicos secos e das umidades, plotam−se esses valores (γd;w) em um par de eixos cartesianos, tendo nas ordenadas os pesos específicos do solo seco e nas abcissas os teores de umidade, como se demonstra na fig. 3.2. [Ì3Í4Ìñ@åÐÛÝ+Ö×"ñ@Õ9Ô ß0ÝÏØÝæçÕ A partir dos pontos experimentais obtidos conforme descrito anteriormente, traça−se a curva de compactação do solo, apresentada na fig. 3.2. Nota−se que na curva de compactação o peso específico seco aumenta com o teor de umidade até atingir um valor máximo, decrescendo com a umidade a partir de então. O teor de umidade para o qual se obtém o maior valor de γd (γdmax) é denominado de teor de umidade ótimo (ou simplesmente umidade ótima). O ramo da curva de compactação anterior ao valor de umidade ótima é denominado de "ramo seco" e o trecho posterior de "ramo úmido" da curva de compactação. No ramo seco, a umidade é baixa, a água contida nos vazios do solo está sob o efeito capilar e exerce uma função aglutinadora entre as partículas. À medida que se adiciona água ao solo ocorre a destruição dos benefícios da capilaridade, tornando−se mais fácil o rearranjo estrutural das partículas. No ramo úmido, a umidade é elevada e a água se encontra livre na estrutura do solo, absorvendo grande parte da energia de compactação. Na fig. 3.2 é apresentada também a curva de saturação do solo. Como no processo de compactação não conseguimos nunca expulsar todo o ar existente nos vazios do solo, todas as curvas compactação (mesmo que para diferentes energias) se situam à esquerda da curva de saturação. Pode−se mostrar que a curva de saturação do solo pode ser representada pela eq. 9.1, apresentada adiante. 75 Srw Sr s w w d γ γ γγ + ⋅= (9.1) Proctor Normal − 3 camadas 25 golpes Figura 3.1 − Ensaio de Compactação (Proctor Normal). Modificado de Vargas (1977). Figura 3.2 − Curva de Compactação típica Cilindro de compactação 12,7 cm 10,0 30 cm Peso 2,5 kg 5 cm Curva de saturação Wot dmax γd w γ 76 [Ì4Ìî@Ù × ÐÞÓÝ+Ö×"ÏÕÔ ß ÝÏØÝæçÕ Embora mantendo−se o procedimento de ensaio descrito no item 9.3, um ensaio de compactação poderá ser realizado utilizando−se diferentes energias. A energia de compactação empregada em um ensaio de laboratório pode ser facilmente calculada mediante o uso da eq. 9.2, apresentada a seguir. )(m compactado solo de Volume V Camadas de Número n Camadapor Golpes de Número N (m) Soquete do Queda de Altura h (N) Soquete do Peso P (9.2) :onde ... 3→ → → → → = V nNhP E Influência da energia de compactação na curva de compactação do solo − À medida em que se aumenta a energia de compactação, há uma redução do teor de umidade ótimo e uma elevação do valor do peso específico seco máximo. A fig. 9.3 apresenta curvas de compactação obtidas para diferentes energias. Figura 9.3 − Efeito da Energia de Compactação nas Curvas de Compactação obtidas para um mesmo solo Tendo em vista o surgimento de novos equipamentos de campo, de grande porte, com possibilidade de elevar a energia de compactação e capazes de implementar uma maior velocidade na construção de aterros, houve a necessidade de se criar em laboratório ensaios com maiores energias que a do Proctor Normal. Surgiram então as energias do Proctor Modificado e Intermediário, superiores à energia do Proctor Normal. As energias de compactação usuais são de 6 kgf⋅cm/cm3 para o Proctor normal, 12,6 kgf⋅cm/cm3 para o Proctor Intermediário e 25kgf⋅cm/cm3 para o Proctor Modificado. Na tabela 9.1 apresenta−se uma comparação entre os padrões adotados para a realização dos ensaios de compactação por diferentes órgãos. 79 Conforme se pode notar da fig. 9.6, caso o solo fosse compactado no teor de umidade w1, ele iria apresentar uma resistência bastante superior àquela obtida quando da compactação no teor de umidade ótimo. Conforme também apresentado na fig. 9.6, contudo, este solo poderia vir a se saturar em campo (em virtude de um período de fortes chuvas, por exemplo), vindo a alcançar o valor de umidade w2, para o qual o valor de resistência apresentado pelo solo é praticamente nulo. No caso de o solo ser compactado na umidade ótima, o valor de sua resistência cairia somente de R para r, estando o mesmo ainda a apresentar características de resistência razoáveis. [Ìâ[Ìcî@ìåÓß0ÝÔ × Ù ØÕÒ:Ö×"ÏÝÔ ß Õ Os princípios que estabelecem a compactação dos solos no campo são essencialmente os mesmos discutidos anteriormente para os ensaios em laboratório. Assim, os valores de peso específico seco máximo obtidos são fundamentalmente função do tipo do solo, da quantidade de água utilizada e da energia específica aplicada pelo equipamento que será utilizado, a qual depende do tipo e peso do equipamento, da espessura da camada de compactação e do número de passadas sucessivas aplicadas. A compactação de campo se dá por meio de esforços de pressão, impacto, vibração ou por uma combinação destes. Os processos de compactação de campo geralmente combinam a vibração com a pressão, já que a vibração utilizada isoladamente se mostra pouco eficiente, sendo a pressão necessária para diminuir, com maior eficácia, o volume de vazios inter− partículas do solo. [Ìâ[ÌâÌê:Õìå× Ø/× Ò São compactadores de impacto utilizados em locais de difícil acesso para os rolos compressores, como em valas, trincheiras, etc. Possuem peso mínimo de 15kgf, podendo ser manuais ou mecânicos (sapos). A camada compactada deve ter 10 a 15cm para o caso dos solos finos e em torno de 15cm para o caso dos solos grossos. [Ìâ[Ì é&Ì ZÕàÕÒ"î@Ò#ØØ/ÓÏ8Õ9Ò [Ìâ[Ì é&ÌâÌ _Ñ Ö× ñ@ÝÐÙ0× ÓÐÕ É um tambor metálico com protuberâncias (patas) solidarizadas, em forma tronco− cônica e com altura de aproximadamente de 20cm. Podem ser auto propulsivos ou arrastados por trator. É indicado na compactação de outros tipos de solo que não a areia e promove um grande entrosamento entre as camadas compactadas. A camada compactada possui geralmente 15cm, com número de passadas variando entre 4 e 6 para solos finos e de 6 a 8 para os solos grossos. A fig. 9.7 ilustra um rolo compactador do tipo pé−de−carneiro. [Ìâ[Ì é&Ì é&Ì ZÕàÕ SÓÒ Õ Trata−se de um cilindro oco de aço, podendo ser preenchido por areia úmida ou água, a fim de que seja aumentada a pressão aplicada. São usados em bases de estradas, em capeamentos e são indicados para solos arenosos, pedregulhos e pedra britada, lançados em espessuras inferiores a 15cm. Este tipo de rolo compacta bem camadas finas de 5 a 15cm com 4 a 5 passadas. Os rolos lisos possuem pesos de 1 a 20t e freqüentemente são utilizados para o acabamento superficial das camadas compactadas. Para a compactação de solos finos utilizam−se rolos 80 com três rodas com pesos em torno de 10t, para materiais de baixa plasticidade e 7t, para materiais de alta plasticidade. Os rolos lisos possuem certas desvantagens como:á Pequena área de contato.á Em solos moles afundam demasiadamente dificultando a tração. A fig. 9.8 ilustra um rolo compactador do tipo liso. Figura 9.7 − Rolo Pé−de−Carneiro. Apud Vargas (1977). Figura 9.8 − Rolo Liso. Apud Vargas (1977). [Ìâ[Ì é&Ì 4Ì ZÕàÕ _Ù0× åÔ!ØÓÏÕ Os rolos pneumáticos são eficientes na compactação de capas asfálticas, bases e subbases de estradas e indicados para solos de granulação fina a arenosa. Os rolos pneumáticos podem ser utilizados em camadas de até 3cm e possuem área de contato variável, função da pressão nos pneus e do peso do equipamento. Pode se usar rolos com cargas elevadas obtendo−se bons resultados. Nestes casos, muito cuidado deve ser tomado no sentido de se evitar a ruptura do solo. A fig. 9.9 ilustra um rolo pneumático. 81 Figura 9.9 − Rolo Pneumático. Apud Vargas (1977). [Ìâ[Ì 4Ì ZÕàÕÒ"5ÓäÐÝØ#ÐÓÕÒ Nos rolos vibratórios, a freqüência da vibração influi de maneira extraordinária no processo de compactação do solo. São utilizados eficientemente na compactação de solos granulares (areias), onde os rolos pneumáticos ou Pé−de−Carneiro não atuam com eficiência. A espessura máxima da camada é de 15cm. Figura 9.10 − Rolo Vibratório. Apud Vargas (1977). [Ìâ4âÌcñ@Õ9Ù0Ø/Ð8Õ9à*×:ÖÝñ@Õ9Ô ß0ÝÏØÝæçÕ Para que se possa efetuar um bom controle da compactação do solo em campo, temos que atentar para os seguintes aspectos: á tipo de soloá espessura da camadaá entrosamento entre as camadasá número de passadasá tipo de equipamentoá umidade do soloá grau de compactação alcançado Assim, alguns cuidado devem ser tomados: 84 *,+-/.0+ .1+ 20354673 89$:;435<= O solo a ser utilizado na compactação do corpo de prova deve passar pela malha de 19mm (3/4") e ser moldado na umidade ótima determinada anteriormente. *,+-/.0+>?+ @0A7B=DCE3'89@0FD67=DA7BG3 Após concluída a preparação do corpo de prova, retira−se o disco espaçador, inverte− se o cilindro e coloca−se a base perfurada na extremidade oposta. No espaço vazio deixado pelo disco espaçador encaixa−se um dispositivo com extensômetro a fim de se determinar as medidas de expansão sofridas pelo solo. São colocados também sobre o corpo de prova um contrapeso não inferior a 4,5kgf que simulará o peso do pavimento a ser construído sobre este solo. O conjunto desta forma preparado é colocado num tanque d’água por um período de quatro dias. Durante este período, são feitas leituras no extensômetro de 24 em 24 horas. Algumas especificações adotadas para os solos a serem utilizados na construção de pavimentos flexíveis são: − Subleitos: Expansão < 3% − Subbases: Expansão < 2% *,+-/.0+ H1+ I&9J94KLCEA7=DMGD3'83 20NPOQ3SRLTVU$2 O Índice de Suporte Califórnia representa a capacidade de suporte do solo se comparada com a resistência à penetração de uma haste de cinco centímetros de diâmetro em uma camada de pedra britada, considerada como padrão (CBR = 100%). O ensaio é realizado colocando−se o molde cilíndrico (corpo de prova e contrapeso) em uma prensa, onde se fará penetrar um pistão de aço a uma velocidade controlada e constante, medindo−se as penetrações através de um extensômetro ligado ao pistão, como demonstra a fig. 9.12. Três corpos de prova são preparados na umidade ótima com 12, 26 e 55 golpes, determinando−se o valor de γd obtido para cada corpo de prova. Após a imersão em água durante quatro dias, mede−se, para cada corpo de prova, a resistência à penetração de um pistão com φ = 5 cm, a uma velocidade de 1,25 mm/min, para alguns valores de penetração pré−determinados (0,64mm; 1,27; 1,91; 2.54; 3,81; 5,08mm; etc.). Os valores de resistência ao puncionamento assim obtidos, para os valores de penetração de 0,1” e 0,2”, são expressos em percentagem das pressões padrão (correspondentes a um ensaio realizado com pedra britada), snedo o CBR é então calculado através das relações abaixo, adotando−se o maior valor encontrado para cada corpo de prova. Nas eqs. 9.3 e 9.4, os valores das pressões estão expressos em kgf/cm2, sendo 70 kgf/cm2 o valor da pressão padrão para uma penetração de 0,1” e 105 kgf/cm2 o valor da pressão padrão para uma penetração de 0,2”. CBR W Pressão calculada 70 x 100 (9.3) CBR W Pressão calculada 105 x 100 (9.4) 85 Com os valores obtidos dos três corpos de prova traça−se o gráfico apresentado na fig. 9.13. O valor do Índice de Suporte Califórnia é determinado como sendo igual ao valor correspondente a 95% do γdmax determinado para a energia do Proctor Modificado. O valor de Índice de Suporte Califórnia assim obtido é utilizado para avaliar as potencialidades do solo para uso na construção de pavimentos flexíveis. A eq. 9.5, por exemplo, apresenta uma correlação empírica utilizada para se estimar, a partir do I.S.C., o módulo de elasticidade do solo. E = 65(ISC)0,65 (kgf/cm2) (9.5) Figura 9.12 − Equipamento utilizado na determinação do ISC ou CBR. Apud Vargas (1977). 12 55 26 γd I.S .C 95 % de γdmax I.S.C Figura 9.13 − Determinação do I.S.C. 86 10. INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO. -YX?+-Y+)TZA7J4358RMGD3 Qualquer projeto de engenharia, por mais modesto que seja, requer o conhecimento adequado das características e propriedades dos solos onde a obra irá ser implantada. As investigações de campo e laboratório requeridas para obter os dados necessários para essas propostas são chamadas de exploração do subsolo ou investigação do subsolo. Os principais objetivos de uma exploração do subsolo são:[ determinação da profundidade e espessura de cada camada do solo e sua extensão na direção horizontal;[ determinação da natureza do solo: compacidade dos solos grossos e consistência dos solos finos;[ profundidade da rocha e suas características (litologia, mergulho e direção das camadas, espaçamento das juntas, planos de acamamento, estado de decomposição);[ localização do nível d’água (NA);[ obtenção de amostras (deformadas e/ou indeformadas) de solo e rocha para determinação das propriedades de engenharia;[ determinação das propriedades "in situ" do solo por meio de ensaios de campo. O programa de investigação do subsolo, deve levar em conta o tipo e a importância da obra a ser executada, isso quer dizer que, determinadas estruturas como túneis, barragens e grandes edificações exigem um conhecimento mais minucioso do subsolo, do que, aquele necessário à construção de uma pequena residência térrea, por exemplo. É importante ressaltar, que mesmo para estruturas de pequeno porte é extremamente importante o conhecimento adequando do subsolo sobre qual está se trabalhando, pois a negligência na obtenção dessas informações podem conduzir a problemas na obra com prejuízos de tempo e recursos para recuperação. Usualmente, a estimativa de custo de um programa de investigação do subsolo está entre 0,5 a 1% do custo da construção da estrutura, sendo a porcentagem mais baixa referente aos grandes projetos e projetos sem condições críticas de fundação e, a porcentagem mais alta, está ligada a projetos menores e com condições desfavoráveis. Um programa de investigações deve ser executado em etapas, quais sejam: a) Reconhecimento: nesta etapa procura−se obter todo o tipo de informação necessária ao desenvolvimento do projeto, através de documentos existentes (mapas geológicos, fotos aéreas, literatura especializada) e visita ao local. b) Prospecção: obtém−se, nesta etapa, as características e propriedades do subsolo, de acordo com as necessidades do projeto ou do estágio em que a obra se encontra. Assim, a prospecção pode ser divida em fase preliminar, complementar e localizada. A fase de prospecção preliminar deve fornecer os dados suficientes para a localização das estruturas principais e estimativas de custos. Nesta fase serão executados os ensaios in situ e retirada de amostras para investigação por meio de ensaios de laboratório, etc. Na fase complementar, como o próprio nome já indica, são feitas investigações adicionais com o objetivo de solucionar problemas específicos. Finalmente, a fase de prospecção localizada, deverá ser realizada quando as informações obtidas nas fases anteriores são insuficientes para um bom desenvolvimento do projeto. Usualmente, os métodos de prospecção do subsolo para fins geotécnicos, usados nesta etapa, se classificam em métodos diretos (poços, trincheiras, sondagens a trado, sondagens de simples 89 O amostrador padrão ou amostrador Terzaghi−Peck, o único que deve ser usado no ensaio, possui três partes, engate, corpo e sapata. É constituído de tubos metálicos de parede grossa com corpo bipartido e ponta em forma de bisel (fig. 10.3). O engate tem dois orifícios laterais para saída da água e ar e contém, interiormente, uma válvula constituída por esfera de aço inoxidável. A fig. 10.4 mostra um corte do amostrador padrão indicando suas principais dimensões. Figura 10.3− Amostrador padrão de parede grossa − vista. Apud Nogueira (1995) Figura 10.4− Amostrador padrão de parede grossa − corte. Em linhas gerais, o procedimento de execução de sondagens de simples reconhecimento é um processo repetitivo, em cada metro de solo, de três operações, abertura do furo (perfuração), ensaio de penetração e amostragem, as quais serão comentadas a seguir. Em cada metro, faz−se, inicialmente, a abertura do furo de comprimento igual 55cm deixando−se os 45cm restantes de solo para a realização do ensaio de penetração dinâmica e amostragem. A fig. 10.5 mostra um esquema de execução da sondagem. Abertura Ensaio Abertura Ensaio 100 100 55 45 Figura 10.5− Esquema de realização do ensaio de SPT. 90 a) Perfuração: A perfuração é iniciada com o trado cavadeira de 100mm de diâmetro, até a profundidade de 1 metro, instalando−se o primeiro segmento do tubo de revestimento. A partir do segundo metro e até atingir o nível d’água a perfuração deverá ser feita com trado espiral. Abaixo do NA, a abertura do furo passa a ser feita por processo de lavagem por circulação de água, usando o trépano como ferramenta de escavação. A lama, resultante da desagregação do solo e água injetada, retornará à superfície pelo espaço anelar formado pelo tubo de revestimento e hastes de perfuração, sendo depositada em um reservatório próprio. Durante a lavagem, o mestre sondador ficará observando, na saída, as amostras de lama para identificar possível mudança de camada de solo. O processo de lavagem por circulação de água permite um rápido avanço do furo, sendo por isso preferido pelas equipes de perfuração. Esse procedimento não deve ser usado acima do NA, pois dificulta a determinação do nível d’água e altera as características geotécnicas dos solos. Atingida a cota de ensaio, por qualquer dos procedimentos, o furo deverá estar bem limpo para a realização do ensaio de penetração. b) Ensaio de penetração: Atingida a cota de ensaio, conecta − se o amostrador padrão às hastes de perfuração, posicionando−o no fundo do furo de sondagem. Em seguida, a cabeça de bater é posicionada no topo da haste e o martelo é apoiado suavemente sobre essa peça, anotando−se a eventual penetração do amostrador. A partir de um ponto fixo qualquer, por exemplo o tubo de revestimento, marca−se na haste de perfuração um segmento de 45cm dividido em três trechos de 15cm. O ensaio de penetração consiste na cravação do amostrador no solo através de quedas sucessivas do martelo de 65kg, erguido até a altura de 75cm e deixado cair em queda livre, como mostrado na fig. 10.6. Procede−se a cravação de 45cm do amostrador, anotando−se, separadamente, o número de golpes necessários à cravação de cada 15cm do amostrador. 75cm 15cm 15cm 15cm martelo amostrador revestimento Cabeça de bater Figura 10.6 − Esquema de realização do ensaio de SPT. O resultado do ensaio de penetração será expresso pelo índice de resistência à penetração dinâmica (N), conhecido como SPT (Standard Penetration Test). O SPT é dado pela soma do número de golpes necessários para cravar os 30cm finais do amostrador padrão. 91 c) Amostragem: A cada metro de profundidade, são coletadas amostras pela cravação do amostrador padrão com o objetivo de identificar o solo "in situ" e/ou, posteriormente, no laboratório, para esclarecimento de dúvidas que por ventura venha a ocorrer. As amostras obtidas são deformadas e comprimidas em função do impacto de cravação e, são adequadas apenas para caracterização e identificação táctil visual do solo. Com a amostra colhida no amostrador e com o valor o SPT (soma dos número de golpes para cravar os 30cm finais do amostrador) fazem−se a identificação e classificação do solo, de acordo com a ABNT − NBR 7250/80, utilizando testes tácteis− visuais com a finalidade de definir as características granulométricas, de plasticidade, presença acentuada de mica, matéria orgânica e cores predominantes. De acordo com a norma acima, o nome dado ao solo não deverá conter mais do que duas frações e sugere as cores: branco, cinza, preto, marrom, amarelo, vermelho, roxo, azul e verde, podendo−se usar claro e escuro, para o máximo de duas cores e o termo variegado quando não houver duas cores predominantes. Com o valor do SPT obtido em cada metro, os solos são classificados, quanto a compacidade (solos grossos) e consistência (solos finos), conforme mostram as Tabelas 10.1 e 10.2. Nestas tabelas também estão apresentados os valores estimados de ângulo de atrito, densidade relativa e resistência de ponta do cone (vide item 10.2.2.1), (qc), para os solos arenosos e estimativa da resistência a compressão simples (Su), para os solos argilosos. Tabela 10.1 − Classificação segundo o SPT, para solos arenosos Solo SPT Designação Correlações qc(Mpa) φ (°) Dr Areias e siltes arenosos ≤ 4 5 − 10 11 − 30 31 − 50 >50 Fofa Pouco compacta Medianamente compacta Compacta Muito compacta < 2 2 − 4 4 − 12 12 − 20 > 20 < 30 30 − 35 35 − 40 40 − 45 > 45 < 0,2 0,2 − 0,4 0,4 − 0,6 0,6 − 0,8 > 0,8 Tabela 10.2 − Classificação segundo o SPT, para solos argilosos Solo SPT Designação Su (kg/cm2) Argilas e siltes argilosos ≤ 2 3 − 4 5 − 8 9 − 15 16 − 30 >30 Muito mole Mole Média Rija Muito rija Dura < 0,25 0,25 − 0,5 0,5 − 1,0 1,0 − 2,0 2,0 − 4 > 4,0 As correlações existentes entre o SPT e a consistência das argilas, principalmente as argilas sensíveis, podem estar sujeitas a erros, em virtude da mudança de comportamento da argila, em função de cargas dinâmicas e estáticas, provocando o amolgamento (destruição da estrutura) e consequentemente modificando sua resistência à penetração. Além disso, é importante ressaltar que os valores de N podem ser alterados por fatores ligados ao equipamento usado, técnica operacional, bem como erros acidentais. Os fatores ligados ao equipamento são:[ Forma, dimensões e estado de conservação do amostrador. O amostrador deve ter, rigorosamente, as dimensões indicadas pela norma. Quanto maior a sua seção ou mais espessa sua parede, maiores serão os índices de resistência à penetração obtidos. 94 Figura 10.8 − Perfil associado de sondagem . Espaçamento entre cada sondagem O espaçamento ou o número de sondagens e sua distribuição em planta dependerá do tipo, tamanho da obra e da fase em que se encontra a investigação do subsolo. Praticamente, é impossível estipular o espaçamento entre as sondagens antes de uma investigação inicial, pois este será em função da uniformidade do solo. Quando a estrutura, tem sua localização bem definida dentro do terreno, a ABNT (NBR 8036) sugere o número mínimo de sondagens a serem realizadas, em função da área construída, conforme mostra a Tabela 10.3. Os furos devem ser internos à projeção da área construída. Quando as estruturas não estiverem ainda localizadas, o número de sondagens deve ser fixado, de modo que, a máxima distância entre os furos seja de 100m e cobrindo, uniformemente, toda a área. A sondagem deverá ser executada até o impenetrável ao amostrador ou até a cota mais baixa da isóbara igual a 0,10p, estimada pelo engenheiro projetista da fundação. Observação do nível d’água Durante a execução da sondagem são feitas as determinações do nível d’água, registando−se a sua cota e/ou a pressão que se encontra em campo (artesianismo). Quando detectar um grande aumento da umidade do solo retirado com o trado helicoidal, a perfuração deverá ser interrompida e passa−se a observar a elevação da água no furo até a sua estabilização, efetuando−se leituras a cada 5 minutos, durante 30 minutos. As leituras são 95 efetuadas utilizando um pêndulo ou pio elétrico. Sempre que houver paralisação dos serviços, antes do reinicio é conveniente uma verificação da posição do nível d’água. Tabela 10.3 − Número mínimo de sondagens, segundo a ABNT. Área construída (m2) No. Mínimo de furos 200 2 200 − 400 3 400 − 600 3 600 − 800 4 800 − 1000 5 1000 − 1200 6 1200 − 1600 7 1600 − 2000 8 2000 − 2400 9 > 2400 a critério -X,+ .1+-+ p?+ U35A78=Dc9Kq435J_=DJ_C<= A sondagem rotativa é empregada na perfuração de rochas, matacões e solos de alta resistência. Tem como objetivo principal a obtenção de testemunho (amostras de rocha) para identificação das descontinuidades do maciço rochoso, mas permite ainda a realização de ensaios "in situ", como por exemplo o ensaio de perda d’água ou infiltração. O equipamento para a realização da sondagem rotativa compõe−se de uma haste metálica rotativa dotada, na extremidade, de uma ferramenta de corte, denominada coroa, bem como de barriletes, conjunto motor−bomba, tubos de revestimento e sonda rotativa. As sondas rotativas imprimem o movimento de rotação, recuo e avanço nas hastes. Através desse movimento, a coroa, que é uma peça constituída de aço especial com incrustações de diamante ou vídia nas extremidades, vai desgastando a rocha e permitindo a descida do tubo de revestimento e alojamento do testemunho no interior do barrilete. As hastes são ocas, para permitir a injeção de água no fundo da escavação a fim de refrigerar a coroa e carregar os detritos da perfuração até superfície. A utilização de tubos de revestimento é indispensável quando as paredes do furo apresentarem−se instáveis, com tendência ao desmoronamento, pondo risco a coluna de perfuração. Os revestimentos também são necessários quando se atravessa uma formação fraturada ou muito permeável, causando perdas consideráveis de água de circulação. Os revestimentos são tubos de aço com paredes finas mas de elevada resistência mecânica, com comprimento de 1 a 3m, rosqueados nas extremidades. A execução da sondagem rotativa consiste basicamente na realização de manobras consecutivas de movimento rotativo para o corte da rocha. O comprimento da manobra é determinado pelo comprimento do barrilete, em geral 1,5 a 3,0m. Terminada a manobra, o barrilete é retirado do furo e os testemunhos são cuidadosamente retirados e colocados em caixas especiais com separação e obedecendo a ordem de avanço da perfuração. Os resultados da sondagem são apresentados na forma de um perfil individual de cada furo, contendo cotas e descrição dos testemunhos. A descrição dos testemunhos inclui a classificação litológica (gênese, mineralogia, textura e cor), o estado de alteração da rocha e o grau de fraturamento. O estado de alteração é um fator qualitativo e subjetivo para expressar o grau de alteração da rocha, a saber: rocha extremamente alterada ou decomposta, muito alterada, medianamente alterada, pouco alterada. 96 O grau de fraturamento é expresso através do número de fragmentos por metro, o qual é obtido dividindo−se o número de fragmentos recuperados em cada manobra pelo comprimento da manobra. O critério adotado na classificação é o seguinte: − ocasionalmente fraturada: 1 fratura/metro − pouco fraturada: 1 − 5 fraturas/metro − medianamente fraturada: 6 − 10 fraturas/metro − muito fraturada: 11 − 20 fraturas/metro − extremamente fraturada: > 20 fraturas/metro − em fragmentos: pedaços de diversos tamanhos Atualmente tem−se utilizado um parâmetro chamado RQD (Rock Quality Designation), para expressar a qualidade das rochas. O RQD é dado pela relação entre a soma dos comprimentos dos testemunhos com mais de 10cm dividido pelo comprimento da manobra. A Tabela 10.4 apresentada a classificação da rocha em função do RQD. Tabela 10.4 − Classificação da qualidade do maciço em função do RQD RDQ Qualidade do Maciço 1 − 25% Muito fraco 25 − 50% Fraco 50 − 75% Regular 75 − 90% Bom 90 − 100% Excelente -YX?+ .0+-+ r?+ U3SAa8=cD9KhKLCEBJ= Sondagem mista é aquela em que são executados os processos de percussão associados ao processo rotativo. Os dois métodos são alternados de acordo com as camadas do terreno. É recomendada para terrenos com presença de blocos de rocha, matacões, sobrejascentes a camadas de solo. A maioria dos casos de sondagem mista inicia−se, pelo método à percussão, atingindo o impenetrável por esse método, reveste−se o furo e passa−se ao processo rotativo. Quando ocorre novamente a mudança de material (rocha para solo), interrompe a manobra e o furo prossegue por percussão com medida do índice de resistência à penetração. Os resultados são apresentados conforme já comentado anteriormente. -YX?+ .0+-+s+ tuKL35BJ4=Dc9K A amostragem é o processo de retirada de amostras de um solo com o objetivo de avaliar as propriedades de engenharia do mesmo. As amostras obtidas podem ser de dois tipos: amostras deformadas e indeformadas. Amostras deformadas. As amostras deformadas são aquelas que conservam as composições granulométrica e mineral do solo "in situ" e se possível sua umidade natural, entretanto, a sua estrutura foi perturbada pelo processo de extração. São obtidas por meio de pás, picaretas, trados e amostradores de parede grossa. As amostras deformadas são utilizadas para execução dos ensaios de caracterização do solo (granulometria, limites de consistência, massa específica dos sólidos), ensaios de identificação táctil − visual, ensaio de compactação e moldagem de corpos de prova, sob determinadas condições de grau de compactação e teor de umidade. Amostras indeformadas. São aquelas que conservam tanto as composições granulométrica e mineral do solo, quanto o teor de umidade e a estrutura. O termo indeformada quer dizer que a amostra foi submetida ao mínimo de perturbação possível, pois qualquer método amostragem sempre produz uma modificação no estado de tensão o qual