1.1 A mecânica dos solos na engenharia civil - Avant
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ME CÂNI CADOSS OL OS I NF RAE S T RUT URA J é s s i c aS i que i r adeS ouz aeCa r l osWe s l e ydaMot aBa s t os Autora Jéssica Siqueira de Souza Graduada em Engenharia Civil, com ênfase em Sistemas Construtivos pela Universidade Católica de Brasília (UCB) em 2013. Participou do Programa de Desenvolvimento de Construtoras realizado pelo Sindicato da construção (SINDUSCON), em 2013. Participou do curso experimental sobre Ensaios Geotécnicos de Campo realizado pela Universidade Católica de Brasília (UCB) em novembro de 2013. Participou do curso Tecnologia Básica do Concreto realizado pelo Sinduscon- DF em agosto de 2014. Participou do segundo Evento de Cooperação Internacional da Engenharia Civil da Universidade de Brasília-UnB, coordenado pelo Professor Dr. Elton Bauer (UnB/PECC), com participação do especialista Prof. Dr. Vasco Freitas da Faculdade de Engenharia da Universidade de Porto/Portugal em agosto de 2014. Atualmente é aluna do Programa de pós-graduação em Estruturas e Construção Civil (PECC) da Universidade de Brasília, com ênfase em Construção Civil. Revisão Joice Aguiar NT Editora Ilustração Rodrigo Souza da Silva Projeto Gráfico NT Editora Capa Figuramundo Editoração Eletrônica NT Editora e Figuramundo NT Editora, uma empresa do Grupo NT SCS Q. 2 – Bl. D – Salas 307 e 308 – Ed. Oscar Niemeyer CEP 70316-900 – Brasília – DF Fone: (61) 3421-9200 [email protected] V 1.0 Mecânica dos solos. / NT Editora. -- Brasília: 2015. 188p. : il. ; 21,0 X 29,7 cm. ISBN 1. Origem, formação e classificação; 2. Exploração do subsolo; 3. Propriedades e índices dos solos; 4. Tensões atuantes nos solos; 5. Hidráulica dos solos; 6. Compressibilidade e adensamento; 7. Compactação; 8. Estabilidade de taludes; 9. Fundações. Copyright © 2015 por NT Editora. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer modo ou meio, seja eletrônico, fotográfico, mecânico ou outros, sem autorização prévia e escrita da NT Editora. LEGENDA ÍCONES Prezado(a) aluno(a), Ao longo dos seus estudos, você encontrará alguns ícones na coluna lateral do material didático. A presença desses ícones o ajudará a compreender melhor o conteúdo abordado e também como fazer os exercícios propostos. Conheça os ícones logo abaixo: Saiba Mais Este ícone apontará para informações complementares sobre o assunto que você está estudando. Serão curiosidades, temas afins ou exemplos do cotidiano que o ajudarão a fixar o conteúdo estudado. Importante O conteúdo indicado com este ícone tem bastante importância para seus estudos. Leia com atenção e, tendo dúvida, pergunte ao seu tutor. Dicas Este ícone apresenta dicas de estudo. Exercícios Toda vez que você vir o ícone de exercícios, responda às questões propostas. Exercícios Ao final das lições, você deverá responder aos exercícios no seu livro. Bons estudos! Sumário 1. ORIGEM, FORMAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS�������������������������������� 9 1.1 A mecânica dos solos na engenharia civil�����������������������������������������������������������������������9 1.2 Origem e formação dos solos������������������������������������������������������������������������������������������� 10 1.3 Tipos de solo quanto à origem����������������������������������������������������������������������������������������� 12 1.4 Classificação e identificação dos solos�������������������������������������������������������������������������� 14 1.5 Identificação visual e tátil��������������������������������������������������������������������������������������������������� 26 2. EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO������������������������������������������������������������������������ 32 2.1 Prospecção geotécnica������������������������������������������������������������������������������������������������������� 32 2.2 Métodos de sondagens������������������������������������������������������������������������������������������������������ 33 2.3 Planejamento para a exploração do subsolo�������������������������������������������������������������� 47 3. PROPRIEDADES E ÍNDICES DOS SOLOS����������������������������������������������������� 55 3.1 Estrutura do solo������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 55 3.2 Índices físicos�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 58 3.3 Relações entre os índices��������������������������������������������������������������������������������������������������� 67 4. TENSÕES ATUANTES NO SOLO�������������������������������������������������������������������� 74 4.1 Conceito de tensões nos solos����������������������������������������������������������������������������������������� 74 4.2 Tensões geostáticas�������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 76 4.3 Distribuição de tensões devido à aplicação de cargas�������������������������������������������� 85 5. HIDRÁULICA NOS SOLOS����������������������������������������������������������������������������� 96 5.1 Origem da água subterrânea�������������������������������������������������������������������������������������������� 96 5.2 Tensão superficial e capilaridade������������������������������������������������������������������������������������� 98 5.3 Permeabilidade��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������104 5.4 Fluxo d’água��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������107 6. COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO������������������������������������������������� 115 6.1 Deformações do solo���������������������������������������������������������������������������������������������������������115 6.2 Compressibilidade��������������������������������������������������������������������������������������������������������������117 6.3 Adensamento�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������119 6.4 Recalques�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������128 4 NT Editora 7. COMPRESSÃO���������������������������������������������������������������������������������������������� 136 7.1 Compactação dos solos����������������������������������������������������������������������������������������������������136 7.2 Curva de compactação dos solos����������������������������������������������������������������������������������137 7.3 Ensaio de compactação ou ensaio de Proctor normal������������������������������������������138 7.4 Fatores que influenciam na compactação�����������������������������������������������������������������139 7.5 Compactação no campo��������������������������������������������������������������������������������������������������142 8. ESTABILIDADE DE TALUDES���������������������������������������������������������������������� 153 8.1 Estabilidade de taludes�����������������������������������������������������������������������������������������������������153 8.2 Movimentos nas encostas������������������������������������������������������������������������������������������������155 8.3 Mecanismos que levam à ruptura���������������������������������������������������������������������������������158 8.4 Formas de estabilização dos taludes����������������������������������������������������������������������������159 9. FUNDAÇÕES������������������������������������������������������������������������������������������������ 167 9.1 Conceito de fundação�������������������������������������������������������������������������������������������������������167 9.2 Classificação das fundações��������������������������������������������������������������������������������������������168 9.3 Tipos de fundações�������������������������������������������������������������������������������������������������������������170 9.4 Escolha do tipo de fundação�������������������������������������������������������������������������������������������177 GLOSSÁRIO������������������������������������������������������������������������������������������������������ 185 BIBLIOGRAFIA������������������������������������������������������������������������������������������������� 187 Mecânica dos solos 5 APRESENTAÇÃO Caro (a) estudante, Este livro corresponde à disciplina Mecânica dos Solos. O material didático apresentado visa uma aprendizagem de forma dinâmica, além de uma abordagem com conteúdos relacionados à sua área de formação. A proposta pedagógica tem a pretensão de fornecer a você uma visão da atuação dos solos, focados nas construções, possibilitando uma formação adequada para o (a) profissional atuar no mercado de trabalho. Permite adquirir conhecimentos sobre a origem, formação e características dos solos, bem como os mecanismos que influenciam na sua utilização e suas melhores formas de uso. Além da abordagem efetiva sobre os solos, iremos discorrer sobre o uso mais adequado dos solos em determinadas situações. Apesar do nome empregado, não se limita apenas em apresentar as propriedades dos solos, mas também justificar aspectos do comportamento dos solos. Desejo a todos um excelente estudo e que este livro possa representar um instrumento não só de ensino-aprendizagem, como também de reflexão sobre a importância do estudo dos solos para as construções. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Na Lição 1 será feita uma abordagem sobre a definição e a origem dos solos. Em seguida veremos a classificação quanto à origem do solo, a qual não é muito utilizada por não ser técnica. Portanto serão apresentadas as principais classificações usuais dos solos, a classificação por granulometria, o sistema de classificação unificada e o sistema de classificação HBR. E por fim será explorado o estudo da identificação tátil-visual dos solos. Ao final da lição você notará que o solo é um material muito complexo e de difícil classificação por não serem homogêneo e não possuírem um comportamento de tensão-deformação único. Na Lição 2 vamos entender como é realizado o estudo do subsolo. Iremos aprender a importância dele para a execução das obras. Será abordado sobre os principais ensaios de prospecção do subsolo, como ensaio de trado, abertura de poços de inspeção, ensaio SPT, ensaio CPT e sondagem rotativa, bem como analisar os resultados obtidos. Por fim, será apresentado o planejamento da exploração dos subsolos, assim permitindo notarmos a necessidade da investigação geotécnica para a elaboração e execução de projetos. Na Lição 3 estudaremos sobre as propriedades e índices físicos dos solos, onde iremos compreender que o comportamento do solo depende deles. O conhecimento da totalidade das propriedades de um determinado solo é difícil, caro e demorado, assim ocasionando a utilização dos índices físicos. Você perceberá que o solo pode possuir uma diversidade de características e propriedades. Continuando o aprendizado sobre a mecânica dos solos, na Lição 4 serão abordadas as tensões atuantes, as quais podem ocorrer ou serem induzidas no interior do solo. Estudaremos as tensões que podem ser ocasionadas devido ao peso próprio, as desenvolvidas pela presença de água e as tensões geradas por carregamento externo. SUMÁRIO Mecânica dos solos 7 APRESENTAÇÃO A presença de água no solo modifica suas propriedades, e veremos isso na Lição 5. Iremos discorrer as condições em que água se encontra no solo, especificamente no que se refere à permeabilidade, capilaridade e escoamento. Ao final da lição devemos compreender sobre o comportamento e a atuação da água nos solos. De forma geral, todos os materiais sofrem uma variação de volume quando submetidos a um estado de tensão, nesse contexto abordaremos na Lição 6 os conceitos de adensamento, compressibilidade e recalques. Na Lição 7 estudaremos sobre a compactação dos solos, a qual permite maior estabilidade deles. A compactação é empregada em diversas obras de engenharia, como os aterros para diversas utilidades, as camadas constitutivas dos pavimentos, a construção de barragens de terra, preenchimento com terra do espaço atrás do muro de arrimo, entre outros. A Lição 8 será dedicada à estabilidade de taludes naturais e escavações. Primeiramente iremos aprender as diversas formas de executar os taludes naturais. Posteriormente abordaremos sobre as formas de escavações e a influência delas nas obras geotécnicas. Por fim, a Lição 9 contempla sobre as fundações, o qual é um tema muito amplo. Iremos abordar a função e os tipos de fundações, seguidos do procedimento de execução das mais usuais. Aqui você deverá ser capaz de definir e citar os principais tipos de fundações. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Ao final do livro de “Mecânica dos Solos” nós esperamos que os conhecimentos adquiridos sirvam tanto para a sequência acadêmica quanto para sequência profissional. Lembre-se que é a partir do estudo e da convivência com as pessoas que adquirimos grandes conhecimentos e que novos conhecimentos sempre completarão os já adquiridos. Bons estudos! Eng. Jéssica Siqueira de Souza – Autora Prof. Carlos Wesley da Mota Bastos – Organizador 8 NT Editora SUMÁRIO 1. ORIGEM, FORMAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS Objetivos Ao final desta lição, você deverá ser capaz de: • Conceituar o solo pelo ponto de vista da engenharia civil; • Conhecer a origem e como são formados os solos; • Perceber as principais aplicações e utilizações dos solos nas construções; • Explicar as principais formas de classificação dos solos; • Identificar as classes dos solos, de acordo com as metodologias abordadas; • Realizar uma identificação prévia dos solos utilizando os testes simples de campo. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. 1.1 A mecânica dos solos na engenharia civil Quando pensamos no estudo dos solos para as construções devemos lembrar que esse material está presente em diversas situações das construções. Um exemplo clássico é que toda a edificação ou construção é apoiada no solo, assim, para a execução da fundação necessita do estudo desses itens. A Figura 1.1 mostra uma equipe realizando um estudo do solo próximo de uma rodovia. Os solos estão presentes em várias etapas ou tipos de construção, algumas delas são fundações de obras civis, compactação de solos, estabilização de solos, estabilidade de taludes, erosões, drenagens e túneis. Sendo assim, o solo se torna um componente indispensável para obras de engenharia civil e é imprescindível que se conheça seu comportamento nas mais diversas situações. Na Tabela 1.1 estão indicados, resumidamente, alguns aspectos de utilização do solo em sua condição natural e como material de construção. SUMÁRIO Figura 1.1 – Realização do estudo do solo Mecânica dos solos 9 Tabela 1.1 – Utilização do solo na Engenharia Civil. Fundação Condição natural Solo estrutural Material de construção Estrutura Edifícios, pontes, viadutos Pavimento Casa de forças, tubulações, galerias Estrutura enterrada Piso industrial, pátio, estrada, aeroporto Aterro Barragem, estrada, industrial Corte Estrada, mineração Vala Fundação, galeria Aterro Barragem de usos múltiplos Bases e sub-bases Estradas, pátios O solo é o material de construção mais antigo e mais comum que o homem dispõe, é uma matéria prima bastante heterogênea e com propriedades complexas, sendo de extrema dificuldade a elaboração de um modelo exato que caracterize satisfatoriamente o seu comportamento. Algumas dificuldades encontradas quando se trabalha com o solo são: • O solo não possui comportamento tensão-deformação linear ou único. • O comportamento de um solo varia de acordo com a solicitação aplicada, com o tempo de aplicação e do meio ambiente. • Para cada local existe um solo diferente. • Nem sempre está situado na superfície o solo a ser pesquisado, na maioria das vezes estão em horizontes profundos, assim necessitando uma retirada de pequenas amostras para seu estudo em laboratório. • Deve-se ainda considerar a possibilidade de todos esses fatores se juntarem, o que acontece frequentemente, tornando o problema de solos de difícil solução. 1.2 Origem e formação dos solos A palavra solo é originada do latim solum, que significa "superfície do chão". Os engenheiros civis definem os solos como um aglomerado de partículas provenientes da decomposição das rochas, que podem ser escavados facilmente sem emprego de explosivos e que são utilizados como material de construção ou de suporte para estruturas. O solo é um material natural e heterogêneo e por ser formado pela aglomeração de minerais, os quais na desintegração das rochas passam a formar os solos, formam um sistema de três fases (Figura 1.2). 10 NT Editora Figura 1.2 – Estrutura e composição dos solos. SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. • Muitos solos são sensíveis às perturbações (modificações) na amostragem e não reproduzem, em laboratório, suas características reais. A crosta terrestre é constituída por rochas que estão em equilíbrio, mas que quando estão em contato com a atmosfera ou estão próximas dessa situação, sofrem modificações devido à ação de processos físicos, químicos e biológicos. Tais processos são denominados intemperismos, podendo então ocorrer intemperismo físico, intemperismo químico e/ou intemperismo biológico. O intemperismo físico, também chamado de intemperismo mecânico, é o intemperismo que provoca a desintegração da rocha, formando sedimentos de tamanhos diversos, porém sendo mantida a composição mineralógica da rocha matriz. Tal intemperismo ocorre por meio dos seguintes processos: • Variação de temperatura. • Hidratação dos minerais. • Alívio de pressões. • Ação coloidal. • Crescimento de cristais. • Processos físico-biológicos. Intemperismos: é um processo que altera física e quimicamente as rochas e seus minerais, tendo como principais fatores o clima e o relevo. As reações químicas entre os minerais constituintes de uma rocha e soluções aquosas de diferentes teores caracterizam o intemperismo químico. Há uma aceleração do processo do intemperismo químico quando a rocha é fragmentada por um intemperismo físico, onde ocorre o aumento das superfícies expostas às reações químicas. De acordo com a natureza da reação predominante no processo, os agentes do intemperismo químico são classificados como: • Oxidação. • Hidratação. • Carbonatação. • Troca de bases. • Hidrólise. O intemperismo biológico ocorre por meio dos seres vivo (plantas ou/e animais) onde desempenham de forma direta ou indireta na formação dos solos. É um processo produzido pelas bactérias, em que há a decomposição biótica de materiais orgânicos. É isso que produz os solos mais férteis do mundo. Também pode ser ocasionado pela penetração das raízes das árvores nas fissuras e alargam ou trituram as paredes rochosas. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Solos são materiais resultantes da decomposição das rochas pela ação de agentes de intemperismo, conforme ilustra a Figura 1.3. O principal responsável pela decomposição da rocha é o intemperismo físico e químico. Logo, o processo transforma rochas maciças e tenazes em materiais plásticos e friáveis (solos). Figura 1.3 – Decomposição da rocha devido à ação de agentes de intemperismo. SUMÁRIO Mecânica dos solos 11 Os fatores importantes nos processos de formação dos solos são rocha de origem, clima, topografia, vegetação e o tempo de atuação dos fatores anteriores. Onde o clima, por meio da temperatura e da chuva, é o fator preponderante no tipo e extensão do intemperismo. A topografia do terreno controla a percolação, infiltração e velocidade superficial da água e a erosão. A vegetação existente na área influencia na quantidade de ácidos orgânicos que atacam as rochas e é importante na formação de alguns tipos de solos. E por fim, o tempo de atuação de cada um dos fatores descritos pode gerar diferentes tipos de solo. A ação do intemperismo acontece na rocha em função da sua profundidade e, como consequência, há uma gradação no material resultante do intemperismo, conforme esquematizado na Figura 1.4. Figura 1.4 – Perfil da camada superficial da crosta terrestre. Multimídia Visando aprofundar um pouco mais sobre esse tópico, sugiro que faça pesquisas em links de vídeos da seguinte forma: “Origem e formação dos solos”. A priori, recomendo o link abaixo: https://www.youtube.com/watch?v=E-xUoRqi7eQ (Conhecendo o solo – Nova versão) https://www.youtube.com/watch?v=_yhakNKm954(Formação e evolução dos solos – Processos erosivos) 1.3 Tipos de solo quanto à origem Como vimos, a formação dos solos sofrem influências de pelo menos cinco fatores, logo a classificação quanto à origem tem sua validade restrita às circunstâncias particulares de um determinado meio ambiente. Os processos de formação podem atuar sucessivamente sobre um mesmo solo, então usa como regra para classificá-los o último processo ocorrido, considerando os processos anteriores apenas de forma secundária. 12 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. O perfil ilustrado na Figura 1.4 mostra o nível de intemperismo atuante. Acima da rocha de origem (rocha sã) existe a rocha alterada (rocha fraturada) por onde ocorre o fluxo de água, em seguida há a formação de um solo chamado saprólito, o qual na realidade é um solo residual jovem e, por fim, na superfície do terreno existe o solo que é bastante intemperizado, o solo residual maduro, que possui em sua maioria partículas finas. Sob o ponto de vista, os solos podem ser classificados quanto à origem como solos residuais, solos transportados (sedimentares) e solos orgânicos. Figura 1.5 – Solo residual. • Solos residuais são aqueles provenientes da decomposição e alteração das rochas “in situ”, onde o agente de transporte é mínimo, ou seja, é quando o solo formado pela decomposição de uma rocha permanece no mesmo local da formação. E quando mantém algumas características da rocha pode ser chamado de solo saprolítico. O solo apresentado na Figura 1.5 mostra um exemplo de solo residual. Figura 1.6 – Solo transportado. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Figura 1.7 – Solo orgânico. • Solos transportados são os solos que sofreram algum tipo de transporte (água, vento, gelo, entre outros), portanto não estão sobre a rocha que lhes deu origem. Eles se classificam segundo o agente de transporte, como solos aluviais, solos em que o agente transportador é essencialmente a água, solos eólicos, solos transportados pelo vento e solos coluvionares, solos transportados pela ação da gravidade. A Figura 1.6 mostra um exemplo de solo transportado. Diatomáceos: são organismos unicelulares e possuem como característica uma carapaça ou parede silicosa chamada frústula, localizada externamente à membrana plasmática. • Solos orgânicos são resultantes da ação de agentes naturais sobre os solos residuais e transportados. São os que se caracterizam por apresentar como constituinte principal a matéria orgânica, proveniente de restos vegetais ou animais (solos diatomáceos). Os mais comuns são as camadas sedimentares de argila, areia fina e silte com húmus e turfas (grandes teores de carbono). A Figura 1.7 ilustra um tipo de solo orgânico. SUMÁRIO Mecânica dos solos 13 Exercitando o conhecimento... Agora vamos ver como está seu entendimento sobre o conteúdo abordado, realizando a seguinte atividade: Solos são materiais resultantes da decomposição das rochas pela ação de agentes de intemperismo. Os principais responsáveis pela decomposição da rocha são o intemperismo físico e o químico. Assinale a alternativa que corresponda ao intemperismo físico. a) O intemperismo físico, também chamado de intemperismo biológico, é o intemperismo que provoca a desintegração da rocha, formando sedimentos de tamanhos diversos, porém, nem sempre mantém a composição mineralógica da rocha matriz. b)O intemperismo físico, também chamado de intemperismo mecânico, é o intemperismo que provoca a desintegração da rocha, formando sedimentos de tamanhos diversos, porém, sendo mantida a composição mineralógica da rocha matriz. c) O intemperismo físico ocorre por meio dos seres vivos (plantas ou/e animais), onde desempenham de forma direta ou indireta na formação dos solos, esse tipo de intemperismo produz os solos mais férteis do mundo. d)O intemperismo físico ocorre por meio dos seres vivos (plantas ou/e animais) onde desempenham apenas de forma direta na formação dos solos, e esse tipo de intemperismo produz os solos mais férteis do mundo. e) O intemperismo físico envolve as reações químicas entre os minerais constituintes de uma rocha e soluções aquosas de diferentes teores. Comentário: Se você assinalou a alternativa “b”, você acertou, pois o intemperismo físico, também chamado de intemperismo mecânico, é o que provoca a desintegração da rocha, formando sedimentos de tamanhos diversos, porém sendo mantida a composição mineralógica da rocha matriz. Ele ocorre por meio dos seguintes processos: variação de temperatura, alívio de pressões, crescimento de cristais, hidratação dos minerais, ação coloidal e processos físico-biológicos. 1.4 Classificação e identificação dos solos A diversidade e a diferença de comportamento dos solos levaram ao seu agrupamento natural em conjuntos distintos. O objetivo da classificação é prever o comportamento, o que muitas vezes não é possível. A partir dessa tendência surgiram os sistemas de classificação dos solos. É praticamente impossível estabelecer um único critério para a classificação devido à sua heterogeneidade e a grande variedade de suas aplicações. Os vários sistemas existentes para a classificação de solos procuram posicioná-los estudando dentro de um grupo, para o qual determinadas propriedades especificas já estão definidas. Existem alguns requisitos, os quais um sistema de classificação dos solos deve obedecer. Esses requisitos dizem que o sistema deve ser simples, facilmente memorizável e permitir uma rápida determinação do grupo a que o solo pertence, permitindo a classificação por meio de processos simples de análise visual–táctil, deve ser flexível para tornar-se geral ou particular quando o caso exigir e deve ser capaz de permitir uma expansão posterior, permitindo subdivisões. 14 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. ... Entre os vários sistemas de classificação existentes temos a classificação genética geral, a classificação granulométrica, a classificação unificada (U.S. Corps of Engineers) e classificação HRB (Highway Research Board). Classificação genética geral A classificação genética dos solos pode ser quanto a sua origem, conforme apresentado anteriormente. Essa classificação tem um grande valor esclarecedor, mas não é tecnicamente utilizável, pois não permite uma correlação entres as classes e suas propriedades geotécnicas. A Figura 1.8 esquematiza a classificação. Figura 1.8 – Classificação genética geral. Classificação granulométrica Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Figura 1.9 – Classificação do solo por granulometria desenvolvidas pelo USDA, ASTM e MIT. SUMÁRIO Mecânica dos solos 15 As primeiras classificações propostas foram baseadas na granulometria dos solos e limitadas para o uso na engenharia civil. O tamanho das partículas é uma das características do solo onde cada um é constituído por uma variedade de partículas com diferentes tamanhos, formas e composição mineralógica. Sedimentação: sedimentação é um processo de separação em que a mistura de dois líquidos, ou de um sólido suspenso num líquido, é deixada em repouso, onde a fase mais densa por ação da gravidade, deposita-se no fundo do recipiente, ou seja, sedimenta. A Figura 1.9 apresenta um resumo das principais classificações dos solos, sem considerar várias outras existentes para fins da geologia e agronomia, por exemplo. As classificações apresentadas na Figura 1.9 foram desenvolvidas pelo United States Department of agriculture, Bureau of Soils (USDA), American Society for Testing Materials (ASTM) e Massachusetts Institute of Technology (MIT). Observa-se que as classificações foram baseadas na distribuição granulométrica e, devido a isso, refletem bem a condição da textura dos solos, mas não consideram a plasticidade do solo, a qual é de extrema importância para seu desempenho. A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) também estabelece faixas de graduação para diferenciar as frações de solo, conforme apresentada na Tabela 1.2. Tabela 1.2 – Classificação granulométrica das frações dos solos pela ABNT. Para identificar a distribuição granulométrica de um solo realiza-se a análise granulométrica, composta de duas fases: peneiramento e sedimentação. Para as areias puras basta o peneiramento. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Plasticidade: é o ramo da física que estuda o comportamento de corpos materiais, que se deformam ao serem submetidos às ações externas e não retornam mais ao estágio inicial. Investigação e pesquisa Caro estudante, Para identificar a distribuição granulométrica de um solo realiza-se a análise granulométrica, que é composta de duas fases: peneiramento e sedimentação. Diante disso, vamos pesquisar como são realizados os ensaios de peneiramento e de sedimentação? Faça um relatório descrevendo como são realizados e procure compartilhar sua pesquisa no Fórum do Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVANT). O ensaio de peneiramento é feito por uma série de peneiras. O peso do material que passou em relação ao peso total é a percentagem que passa em cada uma delas. As partículas com diâmetros menores são determinados pelo processo de sedimentação. Na sedimentação o solo é colocado em uma proveta com solução dispersante, se mede a velocidade de quedas das partículas por meio da lei de Stokes calculam-se os diâmetros das partículas. 16 NT Editora SUMÁRIO Saiba mais! A base teórica para o cálculo do diâmetro equivalente vem da lei de Stokes, que afirma que a velocidade de queda de uma partícula esférica, de peso específico conhecido, em um meio líquido rapidamente atinge um valor constante que é proporcional ao quadrado do diâmetro da partícula. O estabelecimento da função, velocidade de queda-diâmetro de partícula se faz a partir do equilíbrio das forças atuantes (força peso) e resistentes (resistência viscosa) sobre a esfera, resultando: v= γs – γw 1800.μ × D2 Onde: v = Velocidade de queda μ = Viscosidade da água (g.s/cm²) γs = Peso específico real dos grãos (g/cm³) D = Diâmetro equivalente (mm) γw = Peso específico do fluido (g/cm³) A classificação granulométrica é realizada por meio da sua curva de distribuição granulométrica. Essa distribuição granulométrica é representada por uma curva que indica para cada diâmetro de grão qual é a sua porcentagem do solo que possui grãos menores ou maiores. A curva de distribuição granulométrica é apresentada em gráfico semi-logarítmico, onde nas abscissas contam os logaritmos dos tamanhos das partículas e nas ordenadas a porcentagem acumulada do solo que têm seus grãos menores do que um dado diâmetro. A Figura 1.10 apresenta três exemplos de curva granulometria. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Figura 1.10 – Exemplo de três curvas granulométricas Logaritmos: o logaritmo é o expoente que uma dada base deve ter para produzir certa potência e o inverso da operação é identificado como antilogaritmo. Fonte: http://images.slideplayer.com.br/7/1831952/slides/slide_19.jpg SUMÁRIO Mecânica dos solos 17 Observa-se na figura que na curva ‘a’ existe uma continuidade da distribuição dos grãos, ou seja, o solo é retido em várias peneiras resultando em um solo que tenha várias dimensões de grãos. Na curva ‘b’ nota-se que uma pequena quantidade é retida em determinadas peneiras, resultando em uma distribuição descontínua dos grãos. Na curva ‘c’ os grãos são retidos em apenas algumas peneiras, proporcionando uma distribuição uniforme dos grãos, ou seja, a maioria deles possui o mesmo tamanho. Para melhor compreensão a Figura 1.11 ilustra a distribuição. Figura 1.11 – Classificação quanto à distribuição dos grãos Mas como classificar o solo a partir de uma curva granulométrica? Pela curva granulométrica consegue-se obter os seguintes parâmetros: • Coeficiente de uniformidade (Cu): dá uma ideia da distribuição do tamanho das partículas do solo. Os valores próximos de 1 indicam uma curva granulométrica quase vertical, com diâmetros variando em um pequeno intervalo, enquanto que para valores maiores a curva granulométrica irá se abatendo e aumentando o intervalo de variação dos diâmetros dos grãos. Da mesma forma que o D10 foi definido o D30 e D60 são definidos também. O cálculo para se obter o Cu é dado pela razão diâmetro de 60% dos grãos retidos (D60) pelo diâmetro dos 10% dos grãos retidos (D10). Cu = D60 D10 A representação da curva granulométrica apresenta vantagens, pois os solos com valores de Cu < 5 são denominados uniformes, com valores de Cu > 15 desuniformes e para valores 5 < Cu < 15 são denominadas de medianamente uniformes. 18 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. • Diâmetro efetivo (D10): é o ponto característico da curva granulométrica para medir a finura do solo, que corresponde ao ponto de 10%, tal que 10% das partículas do solo possuem diâmetro inferior a ele. Exercitando o conhecimento... Para exercitarmos o conhecimento adquirido, assinale a alternativa que corresponda ao valor exato do coeficiente de uniformidade e a classificação quanto à graduação do solo que possui D60 = 0,9 mm e D10 = 0,08 mm. a) Cu = 11,25 – Solo bem graduado. b)Cu = 11,25 – Solo uniforme. c) Cu = 11,25 – Solo mal graduado. d)Cu = 0,08 – Solo bem graduado. e) Cu = 0,08 – Solo mal graduado. ... Comentário: Se você pensou na alternativa “b”, você acertou, pois o valor de Cu é igual a 11,25 e para valores de Cu entre 5 e 15 são denominadas de medianamente uniformes. Parabéns pelo excelente raciocínio! A partir do resultado da análise granulométrica identificam-se as porcentagens de cada material e o nome do solo é dado começando pelo material que tem a maior porcentagem. Alguns exemplos de classificações com os outros tipos de materiais que compõem o solo são argila siltosa, argila silto arenosa, areia argilosa com pedregulhos, areia siltosa, silte arenoso, silte argiloso. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Multimídia Visando aprofundar um pouco mais sobre esse tópico, sugiro que faça pesquisas em links de vídeos da seguinte forma: “Granulometria”. A priori, recomendo os links abaixo: https://www.youtube.com/watch?v=BRS6_c2v0LU (Exercício Análise Granulométrica 01) https://www.youtube.com/watch?v=_PQei5Z5wJ8 (Modelos de Análise Granulométrica) https://www.youtube.com/watch?v=kjZSs9jSloc(Ensaio de Granulometria do Solo) Classificação Unificada (U.S. Corps of Engineers) Nesse sistema de classificação todos os solos são identificados pelo conjunto de duas letras, onde a primeira representa o tipo principal do solo e a segunda a dados complementares dos solos. A Figura 1.12 apresenta a terminologia da utilizada no sistema unificado. Primeiramente para essa classificação deve se considerar a porcentagem de finos presentes no solo, lembrando que o material que passa na peneira nº 200 (0,075mm) é considerado fino. Se a porcentagem passante for inferior a 50, o solo será considerado como solo de granulação grosseira, G ou S. Se porcentagem passante for superior a 50, o solo será considerado de granulação fina, M, C ou O. SUMÁRIO Mecânica dos solos 19 Figura 1.12 – Terminologia do utilizada pelo Sistema Unificado. G pedregulho S M C O areia silte argila solo orgânico W P H L bem graduado mal graduado alta compressibilidade baixa compressibilidade Pt turfas Fonte: Livro Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas, 3ª edição, Aula 03 – Classificação dos solo. Autor: Carlos de Sousa Pinto. Os solos de granulação grosseira podem ser classificados como G ou S, onde o solo será classificado de acordo com o solo predominante, por exemplo: se o solo tem 30% de pedregulho, 40% de areia e 30% de finos, ele será classificado como areia(S). CNU = D60 D10 Onde o D60 é o diâmetro abaixo do qual se situam 60% em peso das partículas, da mesma forma D10 o diâmetro abaixo do qual se situam 10% em peso das partículas, na curva granulométrica corresponde à porcentagem que passa. Quanto maior o CNU, mais bem graduada é a areia ou pedregulho. Os solos granulares com o CNU menores que 2 são chamados de solos uniformes. Outro coeficiente também empregado é o coeficiente de curvatura (CC), o qual é definido pela seguinte relação: CC = 20 NT Editora (D30 )2 D10 .D60 SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Após a classificação da primeira letra temos a classificação da segunda letra, a qual inclui as características secundárias e os solos granulares podem ser bem graduados (W) ou mal graduados (P). Tal característica é expressa por uma equação similar a apresentada anteriormente, mas são análises diferentes, pois usa apenas para solos granulares o coeficiente de não uniformidade (CNU) é obtido pela equação: O CC detecta melhor o formato da curva granulométrica e permite identificar eventuais descontinuidades ou concentração muito elevada de grãos mais grossos no conjunto. Considera-se que o material é bem graduado quando o CC está entre 1 e 3. Quando o CC é menor que 1 a curva tende a ser descontínua, quando é maior que 3 tende a ser muito uniforme na parte central da curva. O sistema unificado considera que um pedregulho é bem graduado quando seu CNU > 4 e que a areia é bem graduada quando CNU > 6. Além disto, também é necessário que o CC esteja entre 1 e 3. Quando o solo de granulação grosseira tem menos de 5% de finos, deve-se verificar como é a sua composição granulométrica. Quando o solo de granulação grosseira tem de 5 a 12 % de finos, o sistema recomenda que se apresentem as duas características secundárias, uniformidade da granulometria e propriedades dos finos, assim a classificação será intermediária, como por exemplo: SP-SC, areia mal graduada, argilosa. Quando o solo de granulação grosseira tem mais de 12% de finos, os pedregulhos ou areias são classificados como argilosos (GC ou SG) ou como siltosos (GM ou SM). O que irá determinar a classificação será o posicionamento do ponto representativo dos índices de consistência na Carta de Plasticidade, conforme abordaremos a seguir. Os solos de granulação fina são classificados como silte (M), argila (C) ou solo orgânico (O), e isso não é em função das frações granulométricas, pois o que determina o comportamento argiloso não é só o teor de argila, mas também a sua atividade. São os índices de consistência que melhor indicam o comportamento argiloso. A carta de plasticidade, a qual é representada na Figura 1.13, apresenta uma relação do índice de plasticidade e do limite de liquidez. Onde o Limite de Liquidez (LL) é definido como a umidade abaixo da qual o solo se comporta como material plástico, ou seja, é a umidade de transição entre os estados líquido e plástico do solo. Experimentalmente corresponde ao teor de umidade com que o solo fecha certa ranhura sob o impacto de 25 golpes do aparelho de Casagrande. O índice de plasticidade é dado pela diferença entre o limite de liquidez e o limite de plasticidades, onde o Limite de Plasticidade (LP) é tido como o teor de umidade em que o solo deixa de ser plástico, tornando-se quebradiço, ou seja, é a umidade de transição entre os estados de plástico e semi-sólido do solo. Em laboratório o LP é obtido determinando-se o teor de umidade no qual um cilindro de um solo com 3mm de diâmetro apresenta fissuras. Tais limites são denominados Limites de Consistência ou Limites de Atterberg, os quais deram origem à carta de plasticidade. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Figura 1.13 – Carta de plasticidade. Fonte: http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAArp0AJ-18.png SUMÁRIO Mecânica dos solos 21 Analisando a carta de plasticidade temos a linha inclinada, a qual separa as argilas (parte superior à linha) dos siltes (parte inferior à linha), e a linha vertical separa os solos de alta compressibilidade (parte direita da linha) e de baixa compressibilidade (parte esquerda da linha). Portanto para a classificação deles basta a localização do ponto correspondente ao par de valores IP e LL na carta de plasticidade. Os solos orgânicos se distinguem dos siltes pelo seu aspecto visual, pois eles se apresentam com uma coloração escura típica (marrom escuro, cinza ou preto). Para a classificação dos solos de granulação fina as características complementares indicam quanto à compressibilidade. Como podemos observar na carta de plasticidade, os solos são mais compressíveis à medida que aumenta o LL. Quando se trata em obter características secundárias de areias e pedregulhos esse aspecto de compressibilidade é desconsiderado. O sistema considera ainda a classificação de turfa (Pt), que são os solos muito orgânicos onde a presença de fibras vegetais em decomposição parcial é predominante. A Tabela 1.3 apresenta um esquema para a classificação pelo Sistema Unificado. Tabela 1.3 – Resumo da classificação granulométrica pelo Sistema Unificado. Fonte: Livro Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 aulas, 3ª edição, Aula 03 – Classificação dos solo. Autor: Carlos de Sousa Pinto Agora que já vimos sobre a classificação pelo Sistema Unificado, você seria capaz de classificar um solo por esse sistema? Vamos praticar um exercício. 22 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Turfa: a turfa é um produto de origem vegetal, formada há milhares de anos pela deposição de restos de plantas em um terreno alagadiço. Exercitando o conhecimento... Um solo apresenta 38,0% passando em peso pela peneira nº 200 (0,075 mm) e 91,0% passando na peneira nº 40 (0,335 mm). Os limites de Atterberg são LL = 55,0% e IP = 40,0%. Assinale a alternativa que o classifica corretamente pelo sistema unificado. a) GH – Pedregulho de alta compressibilidade b)SW – Areia bem graduada c) SL – Areia de baixa compressibilidade d)SH – Areia de alta compressibilidade e) CH – Argila de alta compressibilidade ... Comentário: Se você marcou a alternativa “d”, você acertou, pois se é apenas 38% do material nº 200, o solo pode ser classificado como areia ou pedregulho. E como 91% passou na peneira nº 40 o material é classificado como areia(S). Para a determinação da segunda letra temos que o material da peneira nº 200 é maior que 12%, logo a classificação utiliza a carta de plasticidade, a qual classifica o solo como SH pelo limites de Atterberg. Classificação HRB (Highway Research Board). Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Existem três pontos em que o sistema de classificação se difere da classificação unificada. O primeiro ponto é que o HRB considera a diferença entre solos granulares e finos a partir de 35% de percentual passante na peneira 200, o segundo é que considera os percentuais passantes das peneiras número 10 e número 40 e o terceiro e último ponto é que não oferece parâmetros qualitativos de graduação e compressibilidade. No entanto ele se assemelha ao Sistema Unificado pela sistemática de classificação baseada na granulometria e nos limites de Atterberg. É uma classificação muito utilizada em sistemas rodoviários, por isso ela também é conhecida como Sistema Rodoviário de Classificação. A classificação se inicia pela constatação da porcentagem de material que passa na peneira nº 200 (0,075mm). São considerados solos de granulação grosseira os que têm menos de 35% passando nessa peneira, e são solos dos grupos A-1, A-2 e A-3. Os solos que passam mais de 35% na peneira nº 200 (0,075mm) são denominados solos de granulometria fina e formam os grupos A-4, A-5, A-6 e A-7. • A-1a: solos grossos, com menos de 50% passando na peneira nº 10 (2,0mm), menos de 30% passando na peneira de nº 40 (0,42mm) e menos de 15% passando na peneira 200. O IP dos finos deve ser menor do que 6. Correspondem aproximadamente aos pedregulhos bem graduados, GW, do Sistema Unificado. Predominam fragmentos de pedra ou pedregulho com ou sem ligante, bem graduado de material fino. • A-1b: solos grossos, com menos de 50% passando na peneira número 40 e menos de 25% na peneira 200, também com IP menor que 6. Corresponde à areia bem graduada, SW, do Sistema Unificado. Predomina areia média, com ou sem ligante, bem graduado. Lembrando que os solos A-1 SUMÁRIO Mecânica dos solos 23 apresentam ligeira proporção de finos, suficiente apenas para preencher parcialmente os vazios entre os grãos de areia e cimentar os grãos entre si, porém muito pequena para induzir mudança de volume na massa de solo, ou seja, expansão ou contração, como consequência das variações do teor de umidade. Consistem numa mistura bem graduada de fragmentos de pedra ou pedregulho, areia grossa, areia média, areia fina e um ligante não-plástico ou fracamente plástico. • A-2: são areias em que os finos presentes constituem a característica secundária. São subdivididos em A-2-4, A-2-5, A-2-6 e A-2-7, em função dos índices de consistência. Os solos finos, a exemplo do Sistema Unificado, são subdivididos só em função dos índices, mostrados na Figura 1.14. O que distingue um solo A-4 de um solo A-2-4 é apenas a porcentagem de finos. São semelhantes aos solos A-1, porém menos graduados, ou são mais susceptíveis às variações de volume decorrentes de mudanças no teor de umidade. • A-2-4 e A-2-5: contêm vários materiais granulares, com 35% ou menos passando na peneira 200, e com uma parte mínima passando na peneira nº 40, tendo características dos materiais dos solos A-4 (caso A-2-4) ou A-5 (caso A-2-5). Inclui também pedregulhos com porcentagem de silte ou índice de plasticidade acima dos limites dos solos A-1, e areia fina com silte não plástico em porcentagem acima dos limites dos solos A-3. • A-2-6 e A-2-7: contêm materiais semelhantes aos dos solos A-2-4 e A-2-5, exceto a percentagem passando na peneira nº 40, que contém argila plástica, tendo as características dos solos A-6 (caso A-2-6) ou A-7 (caso A-2-7). • A-3: areias finas com mais de 50% passando na peneira de nº 40 e menos de 10% na peneira 200. São, portanto, areias finas mal graduadas, com IP nulo. Correspondem às SP do Sistema Unificado. São solos constituídos de areias e pedregulhos sem finos, capazes de cimentá-los. Areia fina de praia ou de deserto, sem material siltoso ou argiloso, inclui também areia fina mal graduada. • A-4: solos formados por siltes e argilas com graus variáveis de plasticidade. Contém material siltoso não plástico ou moderadamente plástico, geralmente com 75%, ou mais passando na peneira 200. Pode conter eventualmente misturas de material siltoso e mais de 64% de areia e pedregulho. Micáceo: que contém mica, é da natureza dela ou que tem aparência de mica. • A-6: contém argila, tendo normalmente 75% ou mais passando na peneira 200. Pode conter misturas de materiais argilosos e mais de 64% de areia e pedregulho. Materiais desse tipo de solo têm normalmente alta variação de volume entre os estados úmido e seco. • A-7: contém material semelhante ao descrito para o solo A-6, tendo entretanto alto limite de liquidez, características dos solos A-5, podendo ser elástico, bem como sofrer grande variação de volume. • A-7-5: contém materiais com moderado índice de plasticidade em relação ao limite de liquidez e podendo ser altamente plástico, bem como sofrer grande variação de volume. • A-7-6: contém materiais com alto índice de plasticidade em relação ao limite de liquidez e sujeitos a excessivas variações de volume. Os solos finos são subdivididos em função dos índices, conforme ilustrado na Figura 1.14. 24 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. • A-5: contém material semelhante ao do solo A-4 sendo, todavia, do tipo diatomáceo ou micáceo e podendo ser altamente plástico, como indica o seu alto índice de liquidez. Figura 1.14 – Classificação dos solos finos no Sistema Rodoviário ou HRB. Fonte: Livro Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 aulas, 3ª edição, Aula 03 – Classificação do solo. Autor: Carlos de Sousa Pinto A Tabela 1.4 apresenta um esquema para classificação dos solos pelo sistema rodoviário. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Tabela 1.4 – Resumo da classificação granulométrica pelo HRB. Fonte: Livro Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 aulas, 3ª edição, Aula 03 – Classificação dos solo. Autor: Carlos de Sousa Pinto SUMÁRIO Mecânica dos solos 25 Exercitando o conhecimento... De forma a fixar o conteúdo abordado sobre o sistema de classificação HRB, vamos realizar um exercício. Um solo analisado apresenta 32,0% passando em peso pela peneira nº 200 (0,075 mm) e 100,0% passando na peneira nº 40 (0,335 mm) e os limites iguais a LL = 35,0% e IP = 28,0%. Assinale a alternativa que o classifica corretamente pela classificação HRB. a) A 1b c) A 2-7 b)A 2-6 d)A 3 e)A6 ... Comentário: Se você marcou a alternativa “a”, você acertou, pois se o material passante na peneira de abertura de 0,075 mm é menor que 35%, a princípio significa que o solo pode ser classificado como de granulação grosseira. Temos 100% do material passando pela peneira de abertura 0,335 mm, o que significa que o material também passa pela peneira de 2mm, assim podendo ser classificada como A-2, onde é necessário uma classificação mais precisa pelos índices de consistência. Logo, pela classificação dos solos finos pelo sistema rodoviário encontramos a classificação do material como A 2-6. 1.5 Identificação visual e tátil A primeira análise da identificação tátil-visual é observar a cor do solo, se é cinza, preto, vermelho, amarelo ou marrom, o estado de umidade natural do solo, se ele está seco, pouco ou muito úmido, se há presença de diferentes matérias no solo, como matéria orgânica (por exemplo, raízes), conchas, lixo ou detritos diversos, e por fim se tem algum mineral reconhecível a olho nu. Depois dessa análise visual faz-se uma análise tátil, a qual é realizada por meio de simples ensaios de campo. Geralmente os ensaios mais comuns são: • Sensação ao tato: esfrega-se uma porção de solo na mão, por uma sensação de aspereza podese identificar a areia, ao contrário da argila que é extremamente lisa, especialmente quando umedecida. • Plasticidade: tenta-se moldar pequenos cilindros de solo úmido e em seguida busca-se deformá-los. Partindo de que plasticidade é a propriedade que alguns materiais apresentam ao sofrerem deformações contínuas sem variações apreciáveis de volume e sem que ocorra ruptura, notam-se que alguns tipos de solo tem essa propriedade. O solo é considerado plástico nesse teste quando ele é moldável e quando não apresenta fissuras quando sofre deformação. Os arenosos praticamente não apresentam nenhuma plasticidade, pois são difíceis de moldar, os siltes apresentam certa plasticidade e as argilas são plásticas, pois permitem ser moldadas, enquanto os siltes e as areias não. • Resistência do solo seco: fazendo-se bolinhas de solo e deixando-as secar, pode-se verificar a resistência do solo seco. As argilas apresentam grande resistência, devido à coesão. Os siltes, que são menos coesos que as argilas, apresentam uma média resistência. Os solos arenosos apresentam resistência nula. 26 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Tátil: relativo ao sentido do tato. No momento em que a amostra é retirada em campo ocorre a identificação visual e tátil do solo, onde se observa algumas características de fácil reconhecimento e também são realizados testes simples de campo, sem os recursos de laboratório. A identificação tátil-visual é uma investigação preliminar dos solos. Ela é realizada baseando-se na sensibilidade e experiência do investigador. • Dispersão em água: coloca-se uma amostra de solo seco e desagregado dentro de uma proveta e em seguida a água, depois agita-se a mistura e verifica-se o tempo para decomposição. Os solos finos muitas vezes precisam de defloculante para separação das partículas floculadas. Considera-se que as areias assentam suas partículas entre 30 e 60 segundos, os siltes podem se depositar entre 15 a 60 minutos e as argilas podem ficar várias horas em suspensão. Multimídia Visando revisar o conteúdo abordado nessa lição, sugiro que faça pesquisas em links de vídeos da seguinte forma: “Tipos de solos”. A priori, recomendo os links abaixo: https://www.youtube.com/watch?v=ECeA02hyx0E(PENSI – Ciências – Tipos de Solos) Resumindo... Aqui abordamos sobre a definição e a origem dos solos, seguidas das principais classificações usuais, a classificação quanto à origem, a classificação por granulometria, o sistema de classificação unificada e o sistema de classificação HBR. E por fim foi explorado o estudo da identificação tátil-visual dos solos. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Os solos estão presentes em várias etapas ou tipos de construção, algumas delas são fundações de obras civis, compactação de solos, estabilização de solos, estabilidade de taludes, erosões, drenagens e túneis. Sendo assim, o solo se torna um componente indispensável para obras de engenharia civil e, portanto é imprescindível que se conheça seu comportamento nas mais diversas situações. Os engenheiros civis definem solos como um aglomerado de partículas provenientes da decomposição das rochas, que podem ser escavados facilmente, sem emprego de explosivos, e que são utilizados como material de construção ou de suporte para estruturas. Solos são materiais resultantes da decomposição das rochas pela ação de agentes de intemperismo. O principal responsável pela decomposição da rocha é o intemperismo físico e químico. O intemperismo físico, também chamado de intemperismo mecânico, é o intemperismo que provoca a desintegração da rocha, formando sedimentos de tamanhos diversos, porém sendo mantida a composição mineralógica da rocha matriz. As reações químicas entre os minerais constituintes de uma rocha e soluções aquosas de diferentes teores caracterizam o intemperismo químico. Há uma aceleração do processo do intemperismo químico quando a rocha é fragmentada por um intemperismo físico, onde ocorre o aumento as superfícies exposta às reações químicas. Os fatores importantes nos processos de formação dos solos são rocha de origem, clima, topografia, vegetação e o tempo de atuação dos fatores anteriores. É praticamente impossível estabelecer um único critério para a classificação dos solos devido à sua heterogeneidade e a grande variedade de suas aplicações. Os vários sistemas existentes para a classificação de solos procuram posicionar os solos estudando dentro de um grupo, para o qual determinadas propriedades especificas já estão definidas. Entre os vários sistemas de classificação existentes, temos a classificação genética geral, a classificação granulométrica, a classificação unificada (U.S. Corps of Engineers) e classificação HRB (Highway Research Board). SUMÁRIO Mecânica dos solos 27 A classificação genética geral diz respeito aos processos de formação, os quais podem atuar sucessivamente sobre um mesmo solo, então usa como regra para classificá-los o último processo ocorrido, considerando os processos anteriores apenas de forma secundária. Sob tal ponto de vista, os solos podem ser classificados quanto à origem como solos residuais, solos transportados (sedimentares) e solos orgânicos. As primeiras classificações propostas foram baseadas na granulometria dos solos e limitadas para o uso na engenharia civil. A classificação granulométrica classifica os solos pelo tamanho diâmetro das partículas em pedregulho, areia, silte e argila. A classificação granulométrica é realizada por meio da sua curva de distribuição granulométrica, onde os solos podem ser classificados como bem graduados, uniforme ou mal graduados. Na classificação pelo Sistema Unificado todos os solos são identificados pelo conjunto de duas letras, onde a primeira letra e a segunda representam o tipo principal do solo e correspondem a dados complementares. O sistema de classificação HRB é semelhante ao Sistema Unificado pela sistemática de classificação baseada na granulometria e nos limites de Atterberg. É uma classificação muito utilizada em sistemas rodoviários, por isso também é conhecido como Sistema Rodoviário de Classificação. A identificação tátil-visual é uma investigação preliminar dos solos. No momento em que a amostra é retirada em campo ocorre a identificação visual e tátil do solo, onde se observa algumas características de fácil reconhecimento e também são realizados testes simples de campo, sem os recursos de laboratório. Agora verifique se você se sente apto a: • Definir o que é solo do ponto de vista da Engenharia Civil; • Saber a origem e como são formados os solos; • Perceber as principais aplicações e utilizações dos solos nas construções; • Citar as principais formas de classificação dos solos; • Classificar os solos, de acordo com as metodologias abordadas; Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. • Realizar uma identificação prévia dos solos utilizando os testes simples de campo. Exercícios Parabéns, você finalizou esta lição! Agora responda às questões ao lado. Questão 01 – Quando pensamos no estudo dos solos para as construções, devemos lembrar que o material está presente em diversas situações das construções. Assinale a alternativa em que o solo não está presente. a) Estabilidade de taludes. b)Erosões. c) Drenagens. d)Túneis. e) Nenhuma das alternativas. 28 NT Editora SUMÁRIO Questão 02 – O solo é uma matéria-prima bastante heterogênea e com propriedades complexas, sendo de extrema dificuldade a elaboração de um modelo exato que caracterize satisfatoriamente o seu comportamento. Existem algumas dificuldades encontradas quando se trabalha com ele. Julgue as afirmativas abaixo quanto a essas dificuldades e assinale a alternativa correta. I. O solo não possui comportamento tensão-deformação linear ou único. II. Nem sempre está situado na superfície o solo a ser pesquisado, na maioria das vezes estão em horizontes profundos, assim necessitando retirada de pequenas amostras para seu estudo em laboratório. III.Muitos solos são sensíveis a perturbações (modificações) na amostragem e não reproduzem, em laboratório, suas características reais. a) I – Falsa, II – Verdadeira, III – Verdadeira b)I – Verdadeira, II – Falsa, III – Verdadeira c) I – Verdadeira, II – Verdadeira, III – Falsa d)I – Falsa, II – Verdadeira, III – Falsa e) Todas são verdadeiras. Questão 03 – O solo é um material natural e heterogêneo, e por ser formado pela aglomeração de minerais, os quais na desintegração das rochas passam a formar os solos, formam um sistema de três fases. Assinale a alternativa que apresente quais são elas. a) Sólidos, água e ar. d)Sólidos, solo e água. b)Solo, água e ar. e) Nenhuma das alternativas. c) Sólidos, solo e ar. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Questão 04 – Existem três tipos de intemperismo: físico, intemperismo químico e/ou intemperismo biológico. Julgue as afirmativas a seguir e assinale a alternativa correta. I. O intemperismo físico ocorre pelos processos de variação de temperatura, alívio de pressões, crescimento de cristais, hidratação dos minerais, ação coloidal e processos físico-biológicos. II. As reações químicas entre os minerais constituintes de uma rocha e soluções aquosas de diferentes teores caracterizam o intemperismo químico. III.O intemperismo biológico produz os solos mais férteis do mundo. a) I – Falsa, II – Verdadeira, III – Verdadeira b)I – Verdadeira, II – Falsa, III – Verdadeira c) I – Verdadeira, II – Verdadeira, III – Falsa d)I – Falsa, II – Verdadeira, III – Falsa e) Todas são verdadeiras. SUMÁRIO Mecânica dos solos 29 Questão 05 – Quanto à formação dos solos, assinale a alternativa que justifique porque a afirmação a seguir está incorreta. “Solos são materiais resultantes da decomposição das rochas pela ação de agentes de intemperismo. O principal responsável pela decomposição da rocha é o intemperismo físico e biológico. Logo, o processo transforma rochas maciças e tenazes em materiais plásticos e friáveis (solos).” a) Solos não são materiais resultantes da decomposição das rochas. b)O principal responsável pela decomposição da rocha é o intemperismo físico e o químico. c) O principal responsável pela decomposição da rocha é apenas o intemperismo físico. d)Esse processo não transforma rochas maciças e tenazes, mas sim rochas porosas e dúcteis em materiais solos plásticos e friáveis. e) A afirmação está correta. Questão 06 – A formação dos solos sofre influências de pelo menos cinco fatores, então assinale a alternativa NÃO representa um desses fatores. a) Rocha de origem. d)O tempo de atuação dos fatores. b)Clima. e) Nenhuma das alternativas. c) Vegetação. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Questão 07 – Os processos de formação podem atuar sucessivamente sobre um mesmo solo, então usa-se como regra para classificá-los o último processo ocorrido, considerando os processos anteriores apenas de forma secundária. Sendo assim uma das formas de classificação dos solos é quanto à origem como solo residual, solo transportado e solo orgânico. Julgue as afirmativas a seguir quanto a essa classificação e assinale a alternativa correta. I. Solos residuais são solos formados pela decomposição de uma rocha que permanece no mesmo local da formação. II. Solos orgânicos são os solos que sofreram algum tipo de transporte (água, vento, gelo, entre outros), portanto não estão sobre a rocha que lhes deu origem. III.Solos transportados são solos que se caracterizam por apresentarem como constituinte principal a matéria orgânica proveniente de restos vegetais ou animais. a) I – Falsa, II – Verdadeira, III – Verdadeira b)I – Verdadeira, II – Falsa, III – Verdadeira c) I – Verdadeira, II – Verdadeira, III – Falsa d)I – Verdadeira, II – Falsa, III – Falsa e) I – Falsa, II – Verdadeira, III – Falsa 30 NT Editora SUMÁRIO Questão 08 – O objetivo da classificação do solo é prever o seu comportamento, o que muitas vezes não é possível. A diversidade e a diferença de comportamento dos solos levaram ao seu agrupamento natural em conjuntos distintos. A partir dessa tendência surgiram os sistemas de classificação dos solos. Assinale a alternativa que não represente um sistema de classificação. a) A classificação genética geral. d)A classificação unificada. b)A classificação granulométrica. e) A classificação HRB. c) A classificação por densidade. Questão 09 – Os vários sistemas existentes para a classificação de solos procuram posicionar os solos estudando dentro de um grupo, para o qual determinadas propriedades específicas já estão definidas. Existem alguns requisitos que um sistema de classificação dos solos deve obedecer, assim assinale a alternativa que NÃO represente um deles. a) Deve ser simples, facilmente memorizável e permitir uma rápida determinação do grupo a que o solo pertence. b)Deve permitir a classificação por meio de processos simples de análise visual-tátil. c) Deve ser flexíveis, para tornar-se geral ou particular, quando o caso exigir. d)Deve ser capazes de permitir uma expansão posterior, permitindo subdivisões. e) Nenhuma das alternativas. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Questão 10 – A classificação granulométrica é realizada por meio da sua curva de distribuição granulométrica. A figura abaixo apresenta três exemplos de curva granulométrica. Assinale a alternativa que caracteriza as curvas corretamente quanto à graduação do material. a) Curva ‘a’: solo mal graduado; Curva ‘b’: solo bem graduado; Curva ‘c’: solo uniforme. b)Curva ‘a’: solo bem graduado; Curva ‘b’: solo mal graduado; Curva ‘c’: solo uniforme. c) Curva ‘a’: solo uniforme; Curva ‘b’: solo mal graduado; Curva ‘c’: solo bem graduado. d)Curva ‘a’: solo bem graduado; Curva ‘b’: solo uniforme; Curva ‘c’: solo mal graduado. e) Nenhuma das alternativas. SUMÁRIO Mecânica dos solos 31
