universidade são francisco – usf centro de ciências exatas e

UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO – USF
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA CIVIL
MAÍRA LUIZA MUROLO
ANÁLISE COMPARATIVA DE UM PERFIL GEOTÉCNICO DE
SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO COM AS
CLASSIFICAÇÕES OBTIDAS EM ENSAIOS DE LIMITES DE
ATTERBERG E GRANULOMETRIA DE UM SOLO DE ITATIBA-SP
Itatiba SP, Brasil
Dezembro de 2004
MAÍRA LUIZA MUROLO
ANÁLISE COMPARATIVA DE UM PERFIL GEOTÉCNICO DE
SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO COM AS
CLASSIFICAÇÕES OBTIDAS EM ENSAIOS DE LIMITES DE
ATTERBERG E GRANULOMETRIA DE UM SOLO DE ITATIBA-SP
Monografia apresentada
junto
à Universidade
São
Francisco – USF como parte dos requisitos para a
aprovação na disciplina Trabalho de Conclusão de
Curso.
Área de concentração: Mecânica dos Solos
Orientador: Prof. RIBAMAR DE JESUS GOMES
Itatiba SP, Brasil
Dezembro de 2004
ii
“Concedei-nos Senhor, serenidade necessária para aceitar as
coisas que não podemos modificar, coragem para modificar
aquelas que podemos e sabedoria para distinguirmos
umas das outras”.
Autor Desconhecido
iii
AGRADECIMENTOS
Ao concluir este trabalho, meus agradecimentos ao senhor meu Deus, por ter me dado forças, nas
horas de desânimo.
Em especial aos meus pais, Alberto e Maria Teresa, por terem desistidos de seus sonhos, para
realização dos meus, ao meu namorado João Paulo pelo apoio, compreensão e reconhecimento do
meu esforço, ao meu irmão João Paulo pela ajuda, e para todos peço desculpas, pelo tempo em que
precisei me ausentar para concretização do presente.
Agradeço a todos os meus amigos, em destaque a Ciléia e Carlos, e que a amizade nascida entre
nós não termine junto com a formatura.
iv
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ....................................................................................................................
vi
LISTA DE TABELAS ....................................................................................................................
viii
PALAVRAS-CHAVE......................................................................................................................
ix
RESUMO.......................................................................................................................................
ix
1 INTRODUÇÃO...........................................................................................................................
1
2 OBJETIVO..................................................................................................................................
3
2.1 Objetivo Geral.........................................................................................................................
3
2.2 Objetivo Específico..................................................................................................................
3
3 ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS.....................................................................................
4
3.1 Formação dos solos................................................................................................................
4
3.1.1 Conceituação de solo e rocha..............................................................................................
4
3.1.2 Intemperismo........................................................................................................................
5
3.1.3 Ciclo rocha-solo....................................................................................................................
8
3.1.4 Classificação do solo quanto a origem.................................................................................
10
3.1.4.1 Solos Residuais.................................................................................................................
11
3.1.4.2 Solos Transportados (Sedimentares) ...............................................................................
13
3.1.4.3 Solos de formação orgânica..............................................................................................
18
3.1.5 Classificação dos solos quanto ao tamanho das partículas.................................................
19
3.1.5.1 Solos Grossos...................................................................................................................
20
3.1.5.2 Solos Finos........................................................................................................................
21
3.1.6 Formato das Partículas do solo............................................................................................
22
3.1.7 Identificação Táctil Visual dos solos.....................................................................................
22
3.1.8 Estrutura dos Solos..............................................................................................................
24
3.1.8.1 Composição Química e Mineralógica................................................................................
26
3.2 Classificação dos Solos..........................................................................................................
29
3.2.1 Classificação por Tipo de solo.............................................................................................
30
3.2.2 Classificação Genética Geral...............................................................................................
30
3.2.3 Classificação Granulométrica...............................................................................................
31
3.2.4 Classificação Unificada........................................................................................................
31
3.2.4.1 Solos Grossos...................................................................................................................
32
3.2.4.2 Solos Finos........................................................................................................................
35
3.2.4.3 Solos Pantanosos e Turfas...............................................................................................
37
3.2.5 Classificação segundo a AASHTO.......................................................................................
38
4 METODOLOGIAS EMPREGADAS PARA ESTUDO DAS PRORPIEDAES FÍSICAS DO
SOLO............................................................................................................................................
42
4.1 Amostragem...........................................................................................................................
42
v
4.1.1 Métodos Indiretos.................................................................................................................
42
4.1.2 Métodos Semidiretos............................................................................................................
42
4.1.3 Métodos Diretos...................................................................................................................
42
4.1.3.1 Manuais.............................................................................................................................
43
4.1.3.2 Mecânicos.........................................................................................................................
43
4.2 Limites de Consistência..........................................................................................................
53
4.2.1 Limite de Liquidez................................................................................................................
54
4.2.1.1 Sequência para realização do ensaio de Limite de Liquidez............................................
55
4.2.2 Limite de Plasticidade..........................................................................................................
56
4.2.2.1 Sequência para realização do ensaio de Limite de Plasticidade......................................
57
4.2.3 Índice de Plasticidade..........................................................................................................
59
4.3 Granulometria..........................................................................................................................
59
4.3.1 Análise por Peneiramento....................................................................................................
60
4.3.2 Análise por Sedimentação...................................................................................................
61
4.3.3 Representação Gráfica do Resultado do Ensaio de Granulometria....................................
62
4.3.4 Designação segundo a NBR – 6502....................................................................................
64
4.4 Índices Físicos.........................................................................................................................
66
4.4.1 Relações entre os Diversos Índices.....................................................................................
69
4.4.2 Determinação dos Índices Físicos......................................................................................
71
4.4.2.1 Massa Específica Natural..................................................................................................
71
4.4.2.2 Teor de Umidade..............................................................................................................
71
4.4.2.3 Massa Específica dos Sólidos...........................................................................................
72
5 ESTUDO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS...............................................................................
74
5.1 Localização da Cidade............................................................................................................
74
5.2 Características Geológica da cidade de Itatiba.......................................................................
75
5.3 Perfil Geotécnico Característico..............................................................................................
76
5.4 Seleção da área......................................................................................................................
81
6 METODOLOGIA DA PESQUISA...............................................................................................
83
7 RESULTADOS OBTIDOS..........................................................................................................
85
7.1 Limites de Atterberg................................................................................................................
85
7.2 Granulometria..........................................................................................................................
88
8 ANÁLISE DOS RESULTADOS..................................................................................................
91
8.1 Limites de Atterberg................................................................................................................
91
8.2 Análise Granulométrica...........................................................................................................
92
9 Conclusão..................................................................................................................................
94
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................................
95
ANEXO “A” – Perfis dos Solos......................................................................................................
97
ANEXO “B” – Planilhas de Ensaio................................................................................................
102
vi
LISTA DE FIGURAS
3.1 Ciclo rocha-solo.......................................................................................................................
9
3.2 Perfil Típico de solo residual...................................................................................................
11
3.3 Atuação do transporte eólico na formação das dunas. ..........................................................
15
3.4 Escala granulométrica da ABNT NBR 6502 de 1995.............................................................
19
3.5 Alguns arranjos estruturais presentes em solos grossos e finos e fotografias obtidas a
partir da técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura. .....................................................
25
3.6 Arranjos estruturais típicos dos três principais grupos de argilominerais. .............................
28
3.7 Classificação dos solos grossos pelo SUCS...........................................................................
35
3.8 Carta de plasticidade de Casagrande. ...................................................................................
37
3.9 Classificação pela AASHTO. Solos grossos. .........................................................................
40
3.10 Classificação pela AASHTO. Solos finos..............................................................................
41
4.1 Equipamento de sondagem....................................................................................................
44
4.2 Estados de consistências........................................................................................................
54
4.3 Aparelho de Casagrande........................................................................................................
55
4.4 Determinação do limite de liquidez do solo. ...........................................................................
56
4.5 Perspectiva do ensaio de plasticidade...................................................................................
57
4.6 Determinação do limite de plasticidade...................................................................................
58
4.7 Aparelho para peneiramento do solo......................................................................................
60
4.8 Representação de diferentes curvas granulométricas. ..........................................................
63
4.9 Representação esquemática das fases constituintes do solo.................................................
67
4.10 Massa e volumes das diversas fases quando Vs = 1...........................................................
69
4.11 Relações entre volumes e entre pesos e volumes adotando-se um volume total de solo
unitário...................................................................................................................................
70
5.1 Localização da cidade de Itatiba.............................................................................................
74
5.2 Localização dos furos de sondagem.......................................................................................
76
5.3 Perfil Típico poço 1.................................................................................................................
77
5.4 Perfil Típico poço 2..................................................................................................................
78
5.5 Perfil Típico poço 3..................................................................................................................
79
5.6 Perfil Típico poço 4..................................................................................................................
79
5.7 Perfil Típico poço 5..................................................................................................................
80
5.8 Locação dos furos de sondagem............................................................................................
81
5.9 Perfil geológico do furo SP01..................................................................................................
82
7.1 Gráfico ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 1,45m....................................................
85
7.2 Gráfico ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 5,45m....................................................
86
7.3 Gráfico ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 10,45m..................................................
86
7.4 Gráfico ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 16,45m..................................................
87
7.5 Gráfico ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 21,45m..................................................
87
7.6 Gráfico ensaio Granulometria, profundidade de 1,45m..........................................................
88
vii
7.7 Gráfico ensaio Granulometria, profundidade de 5,45m..........................................................
88
7.8 Gráfico ensaio Granulometria, profundidade de 10,45m........................................................
89
7.9 Gráfico ensaio Granulometria, profundidade de 16,45m........................................................
89
7.10 Gráfico ensaio Granulometria, profundidade de 21,45m......................................................
90
8.1 Lançamento dos pontos, referente cada profundidade do solo .............................................
91
viii
LISTA DE TABELAS
4.1 Compacidade do solo segundo classificação da Associação Brasileira de Mecânica dos
solos..............................................................................................................................................
48
4.2 Compacidade do solo segundo classificação da Associação Brasileira de Mecânica dos
solos..............................................................................................................................................
48
4.3 Critério na classificação da rocha fraturada............................................................................
52
4.4 Determinação de RQD............................................................................................................
53
4.5 Relação de Normas.................................................................................................................
54
4.6 Valores de Cu para classificação de curva granulométrica....................................................
64
4.7 Exemplos de resultados de ensaios de granulometria para três solos distintos.....................
65
4.8 Limites de variação dos índices físicos...................................................................................
68
4.9 Porosidade, Índice de vazios e peso específico dos solos típicos no estado natural,
(Terzaghi)......................................................................................................................................
73
7.1 Valores do ensaio de limite de Atterberg................................................................................
85
8.1 Classificação do solo segundo carta de plasticidade..............................................................
92
8.2 Porcentagem de solo para as faixas de variação dos diâmetros dos grãos ..........................
93
ix
RESUMO
Esta Monografia, tem por objetivo, fazer uma comparação entre um perfil geotécnico de sondagem de
simples reconhecimento, com as classificações obtidas em ensaios de Limites de Atterberg e
granulometria. Para tal, selecionou-se algumas áreas da cidade de Itatiba, mas analisou-se apenas
um local, dentre as sondagens realizadas, que apresenta o perfil característico detectado. Após
serem realizados os ensaios de Limites de Atterberg e de granulometria, foram analisados os
resultados, fazendo uma classificação do solo por estes resultados, e em seguida comparado-os com
o laudo da sondagem. Na conclusão será apresentado a comparação dos ensaios justificando as
prováveis discrepâncias, e confiabilidade dos ensaios.
PALAVRAS-CHAVE: Limites de Atterberg, Granulometria, Classificação dos Solos, Sondagem de
Simples Reconhecimento
1
1
INTRODUÇÃO
Para o engenheiro civil, a necessidade do conhecimento das propriedades do solo
vai além do seu aproveitamento como material de construção, pois o solo exerce um
papel especial nas obras de engenharia, porquanto cabe a ele absorver as cargas
aplicadas na sua superfície, e mesmo interagir com obras implantadas no seu
interior.
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, calçada 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, são responsáveis pela maior parte dos prejuízos causados à
humanidade.
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.
Em muitos casos, percebe-se que os engenheiros civis não se utilizam se quer de
uma sondagem, uma ferramenta essencial para determinação da resistência do solo,
obtenção do perfil geotécnico do subsolo, encontro do nível d’água e ainda retirada
de testemunhos (amostra) do solo, para o dimensionamento de uma fundação.
2
Em obras de grande porte, como os riscos são maiores, vê-se a utilização dele, mas
em obras de pequeno porte, muitas vezes quem “dimensiona” uma fundação é o
próprio pedreiro, não havendo técnica alguma. Em obras onde não se utiliza de
nenhum tipo de reconhecimento de subsolo, frequentemente ocorrem mais
acidentes.
Pela importância de se conhecer o solo, pretende-se, então, fazer um comparativo
entre laudos de sondagem e ensaios em laboratório de granulometria e Limite de
Atterberg, com amostras de solo retirado de um furo de sondagem representativo,
para ter-se um estudo sobre o assunto, e que este sirva como referência para
futuras obras de geotecnia, ou mesmo futuros trabalhos de conclusão de curso.
2 OBJETIVO
3
2.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo geral deste trabalho é fazer uma comparação, entre os resultados das
sondagens com os ensaios em laboratório, do solo de Itatiba
2.2 OBJETIVO ESPECÍFICO
O objetivo específico é realizar em amostras de solo retiradas de furos de sondagem
da cidade de Itatiba, os ensaios de granulometria e limites de consistência para
comparação com os laudos de sondagem.
3 ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
4
3.1 FORMAÇÃO DOS SOLOS
3.1.1 Conceituação de solo e rocha
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.
Segundo Machado & Machado(1997), 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 geologia, o termo solo significa o material inorgânico não consolidado
proveniente da decomposição das rochas, que permanece ou não no 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,
em engenharia, a rocha já decomposta ao ponto granular e passível de ser
escavada apenas com o auxílio de pás e picaretas ou escavadeiras.
A parte mais externa do globo terrestre, denominada 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.
5
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.
3.1.2 Intemperismo
Intemperismo é o conjunto de processos físicos, químicos e biológicos pelos quais a
rocha é decomposta para formar o solo. O processo de intemperismo é 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 rochas-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.
• Intemperismo físico
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 dia e a noite e durante o ano, e sua intensidade será função do
clima local.
Acontece que uma rocha é geralmente formada de diferentes tipos de minerais, cada
qual possuindo uma constante de dilatação térmica diferente, o que faz a rocha
deformar de maneira desigual em seu interior, provocando o aparecimento de
tensões internas que tendem a fraturá-la.
Mesmo rochas com uma uniformidade de componentes, não têm uma arrumação
que permita uma expansão uniforme, pois grãos compridos deformam mais na
6
direção de sua maior dimensão, tendendo a gerar tensões internas e auxiliar no seu
processo de desagregação.
Repuxo coloidal - O repuxo coloidal é caracterizado pela retração da argila devido à
sua diminuição de umidade, o que em contato com a rocha pode gerar tensões
capazes de fraturá-la.
Ciclos gelo/degelo - As fraturas existentes nas rochas podem se encontrar
parcialmente ou totalmente preenchidas com água. Esta água, em função das
condições locais, pode vir a congelar, expandindo-se e exercendo esforços no
sentido de abrir ainda mais as fraturas preexistentes na rocha, auxiliando no
processo de intemperismo (a água aumenta em cerca de 8% o seu volume devido à
nova arrumação das suas moléculas durante a cristalização).
A água transporta substâncias ativas quimicamente, incluindo sais que ao reagirem
com ácidos provocam cristalização com aumento de volume.
Alívio de pressões - Irá ocorrer em um maciço rochoso sempre que da retirada de
material sobre ou ao lado do maciço, provocando a sua expansão, o que por sua
vez, irá contribuir no fraturamento, estricções e formação de juntas na rocha.
Estes processos, isolados ou combinados "fraturam" as rochas continuamente, o
que permite a entrada de agentes químicos e biológicos, cujos efeitos aumentam a
fraturação e tende a reduzir a rocha a blocos cada vez menores.
• Intemperismo químico
É o processo de decomposição da rocha com a alteração química dos seus
componentes. Há várias formas através das quais as rochas decompõem-se
quimicamente. Pode-se dizer, contudo, que praticamente todo processo de
intemperismo químico depende da presença da água. Entre os processos de
intemperismo químico destacam-se os seguintes:
Hidrólise - Dentre os processos de decomposição química do intemperismo,
segundo Machado e Machado(1997) a hidrólise é a que se reveste de maior
importância, porque é o mecanismo que leva a destruição dos silicatos, que são os
compostos químicos mais importantes da litosfera.
7
+
Em resumo, os minerais na presença dos íons H liberados pela água são atacados,
reagindo com os mesmos. O H+ penetra nas estruturas cristalinas dos minerais
desalojando os seus íons originais (Ca++ , K +, Na+ , etc.) causando um desequilíbrio
na estrutura cristalina do mineral e levando-o a destruição.
Hidratação - Como a própria palavra indica, é a entrada de moléculas de água na
estrutura dos minerais. Alguns minerais quando hidratados (feldspatos, por exemplo)
sofrem expansão, levando ao fraturamento da rocha.
Carbonatação - O ácido carbônico é o responsável por este tipo de intemperismo. O
intemperismo por carbonatação é mais acentuado em rochas calcárias por causa da
diferença de solubilidade entre o CaCO3 e o bicarbonato de cálcio formado durante a
reação.
Os diferentes minerais constituintes das rochas originarão solos com características
diversas, de acordo com a resistência que estes tenham ao intemperismo local. Há,
inclusive, minerais que têm uma estabilidade química e física tal que normalmente
não são decompostos. O quartzo, por exemplo, por possuir uma enorme estabilidade
física e química é parte predominante dos solos grossos, como as areias e os
pedregulhos.
• Intemperismo biológico
Neste caso, a decomposição da rocha se dá graças a esforços mecânicos
produzidos por vegetais através das raízes, por animais através de escavações dos
roedores, da atividade de minhocas ou pela ação do próprio homem, ou por uma
combinação destes fatores, ou ainda pela liberação de substâncias agressivas
quimicamente,
intensificando
assim
o
intemperismo
químico,
seja
pela
decomposição de seus corpos ou através de secreções, como é o caso dos ouriços
do mar.
Logo, os fatores biológicos de maior importância incluem a influência da vegetação
no processo de fraturamento da rocha e o ciclo de meio ambiente entre solo e planta
e entre animais e solo. Segundo Machado & Machado(1997) a maior parte do
intemperismo
biológico
poderia
ser
classificado
como
uma
categoria
do
8
intemperismo químico em que as reações químicas que ocorrem nas rochas são
propiciadas por seres vivos.
• Influência do intemperismo no tipo de solo
O intemperismo químico possui um poder de desagregação da rocha muito maior do
que o intemperismo físico. Deste modo, solos gerados em regiões onde há a
predominância do intemperismo químico tendem a ser mais profundos e mais finos
do que aqueles solos formados em locais onde há a predominância do intemperismo
físico. Além disto, obviamente, os solos originados a partir de uma predominância do
intemperismo físico apresentarão uma composição química semelhante à da rocha
mãe, ao contrário daqueles solos formados em locais onde há predominância do
intemperismo químico.
• Influência do clima no tipo de intemperismo
Conforme
relatado
anteriormente,
a
água
é
um
fator
fundamental
no
desenvolvimento do intemperismo químico da rocha. Deste modo, regiões com altos
índices de pluviosidade e altos valores de umidade relativa do ar tendem a
apresentar uma predominância de intemperismo do tipo químico, o contrário
ocorrendo em regiões de clima seco.
3.1.3 Ciclo rocha-solo
Todo solo provém de uma rocha pré-existente, mas dada a riqueza da sua formação
não é de se esperar do solo uma estagnação a partir de um certo ponto. Como em
tudo na natureza, o solo continua suas transformações, podendo inclusive voltar a
ser rocha. De forma simplificada, definiremos a seguir um esquema de
transformações que vai do magma ao solo sedimentar e volta ao magma (fig.3.1).
No interior do Globo Terrestre, graças às elevadas pressões e temperaturas, os
elementos químicos que compõe as rochas se encontram em estado líquido,
formando o magma (fig.3.1 -6).
A camada sólida da Terra pode romper-se em pontos localizados e deixar escapar o
magma. Desta forma, haverá um resfriamento brusco do magma (fig. 3.1 linha 6-1),
9
que se transformará em rochas ígneas, nas quais não haverá tempo suficiente para
o desenvolvimento de estruturas cristalinas mais estáveis. O processo indicado pela
linha 6-1 é denominado de extrusão vulcânica ou derrame e é responsável pela
formação da rocha ígnea denominada de basalto.
A depender do tempo de resfriamento, o basalto pode mesmo vir a apresentar uma
estrutura vítrea. Quando o magma não chega à superfície terrestre, mas ascende a
pontos mais próximos à superfície, com menor temperatura e pressão, ocorre um
resfriamento mais lento (fig.3.1 linha 6-7), o que permite a formação de estruturas
cristalinas mais estáveis, e, portanto, de rochas mais resistentes, denominadas de
intrusivas ou plutônicas (diabásio, gabro e granito).
Figura 3.1 - 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.3.1-1), a rocha sofre a ação das intempéries e forma os solos
residuais (fig.3.1-2), os quais podem ser transportados e depositados sobre outro
solo de qualquer espécie ou sobre uma rocha (fig.3.1 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.3.1 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.3.1 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.3.1 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.3.1 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.3.1 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.
3.1.4 Classificação do solo quanto á origem
De acordo com o tipo de ação promovida pelo mecanismos de intemperização, o
material resultante poderá permanecer ou não sobre a rocha que lhe deu origem,
podendo ser classificados como, solos residuais, solos transportados (sedimentares)
e solos de formação orgânica.
3.1.4.1 Solos Residuais
11
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, segundo Machado
& Machado(1997). 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.3.2 ilustra um perfil
típico de solo residual.
Figura 3.2 - Perfil típico de solo residual.
Conforme se pode observar da fig.3.2, 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.
12
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 relativamente a rocha pequena resistência ao cisalhamento. 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 (Abertura malha da peneira > 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, 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.
Merece uma atenção especial o solo formado pela decomposição da rocha
sedimentar denominada de folhelho, muito comum no Recôncavo Baiano, e os solos
porosos. Segundo Caputo(1966), este último é assim denominado pelo fato de sua
porosidade ser extremamente elevada, muitos o designam por “solos colapsíveis”,
pois em determinadas condições de umidade sua estrutura quebra-se, dando origem
a elevados recalques das obras que assentam sobre eles.
13
As rochas sedimentares, quando decompostas, produzem uma argila conhecida
popularmente
como
"massapê",
que
tem
como
mineral
constituinte
a
montimorilonita, apresentando grande potencial de expansão na presença de água.
As constantes mudanças de umidade a que o solo está submetido provocam
variações de volume que geram também sérios problemas nas construções (aterros
ou edificações) assentes sobre estes solos.
3.1.4.2 Solos Transportados (Sedimentares)
Os solos transportados ou sedimentares são aqueles que foram levados ao seu local
atual por algum agente de transporte e lá depositados. As características dos solos
sedimentares são função do agente de transporte.
Cada agente de transporte seleciona os grãos que transporta com maior ou menor
facilidade, além disto, durante o transporte, as partículas de solo se desgastam e/ou
quebram. Resulta daí um tipo diferente de solo para cada tipo de transporte. Esta
influência é tão marcante que a denominação dos solos sedimentares é feita em
função do agente de transporte predominante.
Pode-se listar os agentes de transporte, por ordem decrescente de seletividade, da
seguinte forma:
Ventos (Solos Eólicos)
Águas (Solos Aluvionares)
Água dos Oceanos e Mares (Solos Marinhos)
Água dos Rios (Solos Fluviais)
Água de Chuvas (Solos Pluviais)
Geleiras (Solos Glaciais)
Gravidade (Solos Coluvionares)
Os agentes naturais citados acima não devem ser encarados apenas como agentes
de transporte, pois eles têm uma participação ativa no intemperismo e portanto na
formação do próprio solo, o que ocorre naturalmente antes do seu transporte.
14
• Solos eólicos
O transporte pelo vento dá origem aos depósitos eólicos de solo. Em virtude do atrito
constante entre as partículas, os grãos de solo transportados pelo vento geralmente
possuem forma arredondada.
A capacidade do vento de transportar e erodir é muito maior do que possa parecer à
primeira vista. Vários são os exemplos de construções e até cidades soterradas
parcial ou totalmente pelo vento, como foram os casos de Itaúnas - ES e Tutóia MA; os grãos mais finos do deserto do Saara atingem em grande escala a Inglaterra,
percorrendo uma distância de mais de 3000km. Como a capacidade de transporte
do vento depende de sua velocidade, o solo é geralmente depositado em zonas de
calmaria.
O transporte eólico é o mais seletivo tipo de transporte das partículas do solo. Se por
um lado grãos maiores e mais pesados não podem ser transportados, os solos finos,
como as argilas, têm seus grãos unidos pela coesão, formando torrões dificilmente
levados pelo vento. Esse efeito também ocorre em areias e siltes saturados (falsa
coesão) o que faz da linha de lençol freático (definida por um valor de pressão da
água intersticial igual a atmosférica) um limite para a atuação dos ventos.
Pode-se dizer portanto que a ação do transporte do vento se restringe ao caso das
areias finas ou silte. Por conta destas características, os solos eólicos possuem
grãos
de
aproximadamente
mesmo
diâmetro,
apresentando
uma
curva
granulométrica denominada de uniforme. São exemplos de solos eólicos:
- As dunas
As dunas são exemplos comuns de solos eólicos. A formação de uma duna se dá
inicialmente pela existência de um obstáculo ao caminho natural do vento, o que
diminui a sua velocidade e resulta na deposição de partículas de solo (fig.3.3).
15
Figura 3.3- Atuação do transporte eólico na formação das dunas.
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.
- Solos Laésicos
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 o solo entra em colapso.
• Solos aluvionares
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.
16
O transporte pela água é bastante semelhante ao transporte realizado pelo vento,
porém algumas características importantes os distinguem:
Viscosidade - por ser mais viscosa a água tem uma capacidade de transporte
maior, transportando grãos de tamanhos diversos.
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.
Dimensão das Partículas - os solos aluvionares fluviais são, 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).
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.
- Solos pluvionais
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.
- Solos fluviais
17
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 menor. O
transporte fluvial pode ser descrito sumariamente da seguinte forma:
•
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.
•
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 certa 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).
- Solos marinhos
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.
18
• Solos glaciais
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 gelo. 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.
• Solos coluvionares
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 diversas e
sujeitas a movimentações de rastejo. Têm sido também classificados como
coluviões os solos superficiais do Planalto Brasileiro depositados sobre solos
residuais.
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.
De extrema beleza são os tálus encontrados na Chapada Diamantina, Bahia, a parte
mais inclinada dos morros corresponde à formação original, enquanto que a parte
menos inclinada é composta basicamente de solo coluvionar (tálus).
3.1.4.3 Solos de Formação Orgânica
19
São os de origem essencialmente orgânica, seja de natureza vegetal, seja animal.
Segundo Caputo(1966), nos solos encontram-se também minerais que são os
mesmos das rochas de origem.
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.
- Turfas
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.
3.1.5 Classificação dos Solos quanto ao Tamanho das Partículas
Para classificar o solo de acordo com o tamanho das partículas, são utilizados
escalas que apresentam os nomes dos solos juntamente com a dimensão que eles
representam. As escalas granulométricas mais empregadas no Brasil são a A.B.N.T.
e o M.I.T. A fig.3.4 apresenta a escala granulométrica adotada pela ABNT (NBR
6502):
Figura 3.4 - Escala granulométrica da ABNT NBR 6502 de 1995
Os solos podem ser classificados em dois grandes grupos: solos grossos (areia,
pedregulho, matacão) e solos finos (silte e argila).
20
Esta divisão é fundamental no entendimento do comportamento dos solos, pois a
depender do tamanho predominante das suas partículas, as forças de campo
influenciando em seu comportamento serão gravitacionais (solos grossos) ou
elétricas (solos finos).
De uma forma geral, pode-se dizer que quanto maior for a relação área/volume ou
área/massa das partículas sólidas, maior será a predominância das forças elétricas
ou de superfície. Estas relações são inversamente proporcionais ao tamanho das
partículas, de modo que os solos finos apresentam uma predominância das forças
de superfície na influência do seu comportamento.
O tipo de intemperismo influência na textura e estrutura do solo. Pode-se dizer que
partículas com dimensões até cerca de 0,001mm são obtidas através do
intemperismo físico, já as partículas menores que 0,001mm provém do intemperismo
químico.
3.1.5.1 Solos Grossos
Nos solos grossos, por ser predominante a atuação de forças gravitacionais,
resultando em arranjos estruturais bastante simplificados, o comportamento
mecânico e hidráulico está principalmente condicionado a sua compacidade, que é
uma medida de quão próximas estão as partículas sólidas umas das outras,
resultando em arranjos com maiores ou menores quantidades de vazios. Os solos
grossos possuem uma maior percentagem de partículas visíveis a olho nu (φ ≥ 0,074
mm) e suas partículas têm formas arredondadas, poliédricas e angulosas.
- Pedregulhos
São classificados como pedregulho as partículas de solo com dimensões maiores
que 2,0mm (DNER, MIT) ou 2,0mm (ABNT). Os pedregulhos são encontrados em
geral nas margens dos rios, em depressões preenchidas por materiais transportados
pelos rios ou até mesmo em uma massa de solo residual (horizontes
correspondentes ao solo residual jovem e ao saprolito).
21
- Areias
As areias se distinguem pelo formato dos grãos que pode ser angular, subangular e
arredondado, sendo este último uma característica das areias transportadas por rios
ou pelo vento.
A forma dos grãos das areias está relacionada com a quantidade de transporte
sofrido pelos mesmos até o local de deposição. O transporte das partículas dos
solos tende a arredondar as suas arestas, de modo que quanto maior a distância de
transporte, mais esféricas serão as partículas resultantes. Classificamos como areia
as partículas com dimensões entre 2,0mm e 0,074mm (DNER), 2,0mm e 0,05mm
(MIT) ou ainda 2,0mm e 0,06mm (ABNT).
O formato dos grãos de areia tem muita importância no seu comportamento
mecânico, pois determina como eles se encaixam e se entrosam, e, em
contrapartida, como eles deslizam entre si quando solicitados por forças externas.
Por outro lado, como estas forças se transmitem dentro do solo pelos pequenos
contatos existentes entre as partículas, as de formato mais angulares, por possuírem
em geral uma menor área de contato, são mais susceptíveis a se quebrarem.
As areias são ásperas ao tato, e estando isentas de finos, não se contraem ao
secar, não apresentam plasticidade e comprimem-se, quase instantaneamente, ao
serem carregadas.
3.1.5.2 Solos Finos
Quando as partículas que constituem o solo possuem dimensões menores que
0,074mm (DNER), ou 0,06mm (ABNT), o solo é considerado fino e, neste caso, será
classificado como argila ou como silte.
Os solos finos possuem partículas com formas lamelares, fibrilares e tubulares e é o
mineral que determina a forma da partícula. As partículas de argila normalmente
apresentam uma ou duas direções em que o tamanho da partícula é bem superior
àquele apresentado em uma terceira direção. O comportamento dos solos finos é
definido pelas forças de superfície (moleculares, elétricas) e pela presença de água,
a qual influi de maneira marcante nos fenômenos de superfície dos argilo-minerais.
22
- Argilas
A fração granulométrica do solo classificada como argila (diâmetro inferior a
0,002mm) se caracteriza pela sua plasticidade marcante (capacidade de se deformar
sem apresentar variações volumétricas) e elevada resistência quando seca. É a
fração mais ativa dos solos. E quando secas e desagregadas, dão uma sensação de
farinha, ao tato, e quando úmidas, são lisas.
- Siltes
Apesar de serem classificados como solos finos, o comportamento dos siltes é
governado pelas mesmas forças dos solos grossos (forças gravitacionais), embora
possuam alguma atividade. Estes possuem granulação fina, pouca ou nenhuma
plasticidade e baixa resistência quando seco, um torrão de silte seco ao ar pode ser
desfeito com bastante facilidade.
3.1.6 Formato das Partículas de Solo
A forma das partículas dos solos tem grande influência sobre suas propriedades.
Distinguem-se, principalmente, as seguintes formas:
•
Partículas arredondadas: são as que predominam nos pedregulhos, areias e
siltes.
•
Partículas lamelares: semelhantes as lamelas ou escamas, são as que se
encontram nas argilas, esta forma responde por algumas de suas propriedades,
como, por exemplo, a compressibilidade e a plasticidade, esta última, uma das suas
características mais importantes.
•
Partículas Fibrilares, característica dos solos turfosos.
3.1.7 Identificação Táctil - Visual dos Solos
Segundo Bueno & Vilar(1999), existem alguns testes rápidos que permitem, a partir
das características apresentadas pelos solos, a sua identificação. Como na natureza
os solos normalmente são uma mistura de partículas dos mais variados tamanhos,
23
busca-se determinar qual o tamanho que ocorre em maior quantidade e depois as
demais ocorrências. É usual , na identificação de um solo, citar a sua cor.
No processo de identificação táctil-visual de um solo utilizam-se freqüentemente os
seguintes procedimentos (vide NBR 7250):
• Sensação ao Tato: esfrega-se uma porção de solo na mão, buscando sentir a
sua aspereza. As areias são bastante ásperas, e as argilas dão uma sensação
de “farinha”, quando seca ou de sabão quando úmidas.
• Plasticidade: tenta-se moldar pequenos cilindros de solo úmido e, em seguida,
busca-se deformá-los. As argilas são bastante moldáveis, enquanto as areias e,
normalmente também os siltes não são moldáveis.
• Resistência do solo seco: Por causa das forças interpartículas que se
desenvolvem nos solos finos, um torrão de solo argiloso apresenta elevada
resistência, quando se tenta desagregá-los com os dedos. Os siltes apresentam
alguma resistência, enquanto as areias, nem sempre formam torrões.
• Mobilidade da água intersticial: consiste em se colocar na palma da mão uma
porção de solo úmido. Fazendo-se bater essa mão fechada, com o solo dentro,
contra outra, verifica-se o aparecimento da água na superfície do solo. Nos solos
arenosos, graças à sua permeabilidade, a água aprece rapidamente na
superfície. Nos solos argilosos, a superfície brilhante permanece por bastante
tempo e não ocorrem fissuras.
•
Dispersão em água: coloca-se uma amostra de solo seco e desagregado
numa proveta de 100ml e, em seguida, água. Agita-se a mistura e verifica-se
o tempo para deposição das partículas. As areias depositam-se rapidamente,
enquanto as argilas tendem a turvar a suspensão e demoram bastante tempo
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.
24
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 táctil-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 táctil-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.
3.1.8
___ _______
Estrutura dos Solos
____
________________ ___
Denomina-se estrutura dos solos a maneira pela qual as partículas minerais de
diferentes tamanhos se arrumam para formá-lo. A estrutura de um solo possui um
papel fundamental em seu comportamento, seja em termos de resistência ao
cisalhamento, compressibilidade ou permeabilidade.
Como os solos finos possuem o seu comportamento governado por forças elétricas,
enquanto os solos grossos têm na gravidade o seu principal fator de influência, 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.
25
No caso dos solos finos, devido a presença das forças de superfície, arranjos
estruturais bem mais elaborados são possíveis. A fig. 3.5 ilustra algumas estruturas
típicas de solos grossos e finos.
Figura 3.5 - Alguns arranjos estruturais presentes em solos grossos e finos e
fotografias obtidas a partir da técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura.
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.
Segundo Lambe(1969) apud Machado & Machado(1997), 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, ainda que através da
água adsorvida, e de estrutura dispersa quando as partículas se posicionam
paralelamente, face a face.
26
3.1.8.1 Composição Química e Mineralógica
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
definidas. 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).
– Solos grossos – Areias e Pedregulhos
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.
Grupos Minerais
Silicatos -
feldspato, quartzo, mica, serpentina
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,
27
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)
– Solos finos – Argilas
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, etc.
Os feldspatos são os minerais mais atacados pela natureza, dando origem aos
argilominerais, 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
argilomineral a partir de unidades estruturais básicas. Este enfoque não representa
necessariamente o método pelo qual o argilo-mineral é realmente formado na
natureza.
Assim,
as
estruturas
apresentadas
neste
capítulo
são
apenas
idealizações, segundo Machado & Machado(1997).
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. 3.6). 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 nocentro, 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 argilominerais em três grandes grupos.
28
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 de
silício 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 3.6 - Arranjos estruturais típicos dos três principais grupos de
argilominerais.
29
A presença de um determinado tipo de argilo-mineral no solo pode ser identificada
utilizando-se diferentes métodos, dentre eles a análise térmica diferencial, o raio x , a
microscopia eletrônica de varredura, etc.
Superfície específica - Denomina-se de superfície específica de um solo a soma da
área de todas as partículas contidas em uma unidade de volume ou peso. A
superfície específica dos argilo-minerais é geralmente expressa em unidades como
m²/m³ ou m²/g. Quanto maior o tamanho do mineral menor a superfície específica do
mesmo. A montmorilonita, possui uma superfície específica de aproximadamente
800 m²/g, enquanto que a ilita e a caulinita possuem superfícies específicas de
aproximadamente 80 e 10 m²/g, respectivamente. A superfície específica é uma
importante propriedade dos argilo-minerais, na medida em que quanto maior a
superfície específica, maior vai ser o predomínio das forças elétricas (em detrimento
das forças gravitacionais), na influência sobre as propriedades do solo (estrutura,
plasticidade,coesão, etc.)
3.2 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.
A classificação do solo surgiu
com intuito de se tentar catalogar os solos com
características similares. Entretanto de acordo com a especificidade de cada área da
geotecnia foram surgindo vários métodos.
Dentre os vários métodos de classificação existentes vale citar:
-
classificação por tipos de solos;
-
classificação genética geral;
-
classificação granulométrica;
-
classificação unificada (U.S. Corps of Engineers);
30
-
classificação AASHTO (American Association of State Highway and
Transportation Officials)
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.
3.2.1 Classificação por Tipo de Solo
É um sistema de classificação descritivo em que o reconhecimento a que
determinado grupo pertence é baseado em análise táctil-visual, visto no cápitulo
3.1.7.
3.2.2 Classificação Genética Geral
É um sistema de classificação também de natureza descritiva, sendo necessário
para a sua utilização um conhecimento da gênese dos solos, ou de uma forma que
seja mais simples, fazer uma análise de sua macroestrutura da cor e da posição de
coleta da amostra no perfil do subsolo.
31
Foi proposta com a finalidade de ser usada em problemas de estradas, dividindo os
solos em três categorias.
- Solo superficial
Solo que constitui o horizonte superficial, normalmente contendo matéria orgânica.
Possui estrutura, cor e constituição mineralógica diferentes das camadas inferiores.
A espessura varia de alguns decímetros a alguns metros.
- Solo de Alteração
Solo proveniente da decomposição das rochas graças aos processos de
intemperismo. Em condições normais, acha-se subjacente ao solo superficial. Ë um
solo residual e pode, frequentemente, no Brasil, atingir até dezenas de metros. São
solos de granulometria crescente com a profundidade.
- Solo Transportado
Solo originado do transporte e deposição de material, por meio dos processos
geológicos de superfície. A granulometria é mais ou menos uniforme, de acordo com
o agente transportador. Em condições normais, pode constituir as camadas
aflorantes ou estar subjacente ao solo superficial. Atinge, por vezes, espessuras de
centenas de metros.
3.2.3 Classificação granulométrica
Embora recomendada para os solos grossos, a classificação granulométrica tornouse universalmente empregada. Não existe entretanto uma concordância entre os
geotécnicos quanto ao intervalo de variação dos diâmetros de cada uma das frações
que compõem os solos. Será visto mais profundamente no capítulo 4.3.
3.2.4 Classificação Unificada
Este sistema de classificação foi originalmente desenvolvido pelo professor A.
Casagrande para uso na construção de aterros em aeroportos durante a Segunda
32
Guerra Mundial, sendo modificada posteriormente para uso em barragens,
fundações e outras construções.
A idéia básica do Sistema Unificado de Classificação dos solos é que os solos
grossos podem ser classificados de acordo com a sua curva granulométrica, ao
passo que o comportamento de engenharia dos solos finos está intimamente
relacionado com a sua plasticidade. Em outras palavras, os solos nos quais a fração
fina não existe em quantidade suficiente para afetar o seu comportamento são
classificados de acordo com a sua curva granulométrica, enquanto que os solos nos
quais o comportamento de engenharia é controlado pelas suas frações finas (silte e
argila), são classificados de acordo com as suas características de plasticidade.
As quatro maiores divisões do Sistema Unificado de Classificação dos Solos são as
seguintes:
(1) - Solos grossos (pedregulho e areia),
(2) - Solos finos (silte e argila),
(3) - Solos orgânicos e
(4) - Turfa.
A classificação é realizada na fração de solo que passa na peneira 75mm, devendose anotar a quantidade de material eventualmente retida nesta peneira.
São denominados solos grossos aqueles que possuem mais do que 50% de
material retido na peneira 200 e solos finos aqueles que possuem mais do 50% de
material passando na peneira 200. Os solos orgânicos e as turfas são geralmente
identificados visualmente. Cada grupo é classificado por um símbolo, derivado dos
nomes em inglês correspondentes: Pedregulho (G), do inglês "gravel"; Argila (C),
do inglês "Clay"; Areia (S), do inglês "Sand"; Solos orgânicos (O), de "Organic soils"
e Turfa (Pt), do inglês "peat". A única exceção para esta regra advém do grupo do
silte, cuja letra representante, M, advém do Sueco "mjäla".
33
3.2.4.1 Solos Grossos
Os solos grossos são classificados como pedregulho ou areia. São classificados
como pedregulhos aqueles solos possuindo mais do que 50% de sua fração grossa
retida na peneira#4 (4,75mm) e como areias aqueles solos possuindo mais do que
50% de sua fração grossa passando na peneira#4. Cada grupo por sua vez é
dividido em quatro subgrupos a depender de sua curva granulométrica ou da
natureza da fração fina eventualmente existente. São eles:
1) Material praticamente limpo de finos, bem graduado W, (SW e GW)
2) Material praticamente limpo de finos, mal graduado P, (SP e GP)
3) Material com quantidades apreciáveis de finos não plásticos, M, (GM e SM)
4) Material com quantidades apreciáveis de finos plásticos C, (GC ou SC)
A.I – Grupos GW e SW
Formados por um solo bem graduado com poucos finos. Em um solo bem graduado,
os grãos menores podem ficar nos espaços vazios deixados pelos grãos maiores, de
modo que os solos bem graduados tendem a apresentar altos valores de peso
específico (ou menor quantidade de vazios) e boas características de resistência e
deformabilidade. A presença de finos nestes grupos não deve produzir efeitos
apreciáveis nas propriedades da fração grossa, nem interferir na sua capacidade de
drenagem, sendo fixada como no máximo 5% do solo, em relação ao seu peso seco.
O exame da curva granulométrica dos solos grossos se faz por meio dos
coeficientes de uniformidade (Cu) e curvatura (Cc), que serão apresentados
posteriormente. Para que o solo seja considerado bem graduado é necessário que
seu coeficiente de uniformidade seja maior que 4, no caso de pedregulhos, ou maior
que 6, no caso de areias, e que o seu coeficiente de curvatura esteja entre 1 e 3.
A.2 – Grupos GP e SP
Formados por solos mal graduados (curvas granulométricas uniformes ou abertas).
Como os subgrupos SW e GW, possuem no máximo 5% de partículas finas, mas
suas curvas granulométricas não completam os requisitos de graduação indicados
34
para serem considerados como bem graduados. Dentro destes grupos estão
compreendidos as areias uniformes das dunas e os solos possuindo duas frações
granulométricas predominantes, provenientes da deposição pela água de rios em
períodos alternados de cheia/seca.
A.3 – Grupos GM e SM
São classificados como pertencentes aos subgrupos GM e SM os solos grossos nos
quais existe uma quantidade de finos suficiente para afetar as suas propriedades de
engenharia: resistência ao cisalhamento, deformabilidade e permeabilidade.
Convenciona-se a quantidade de finos necessária para que isto ocorra em 12%,
embora sabendo-se que a influência dos finos no comportamento de um solo
depende não somente da sua quantidade mas também da atividade do argilomineral preponderante.
Para os solos grossos possuindo mais do que 12% de finos, deve-se realizar
ensaios com vistas a determinação de seus limites de consistência wL e wP,
utilizando-se para isto a fração de solo que passa na peneira #40. Para que o solo
seja classificado como GM ou SM, a sua fração fina deve se situar abaixo da linha A
da carta de plasticidade de Casagrande (vide fig.3.8).
A.4 – Grupo GC e SC
São classificados como GC e SC os solos grossos que atendem aos critérios
especificados no item A.3, mas cuja fração fina possui representação na carta de
plasticidade acima da linha A. Em outras palavras, são classificados como GC e SC
os solos grossos possuindo mais que 12% de finos com comportamento
predominante de argila.
OBS: Os solos grossos possuindo percentagens de finos entre 5 e 12% devem
possuir nomenclaturas duplas, como GW-GM, SP-SC, etc., atribuídas de acordo
com o especificado anteriormente. De uma forma geral, sempre que um material não
se encontra claramente dentro de um grupo, devemos utilizar símbolos duplos,
correspondentes a casos de fronteira.
35
Ex: GW-SW (material bem graduado com menos de 5% de finos e formado com
fração de grossos com iguais proporções de pedregulho e areia) ou GM-GC (solos
grossos com mais do que 12% de finos cuja representação na carta de plasticidade
de Casagrande se situa muito próxima da linha A).
A fig.3.7 apresenta um fluxograma exibindo os passos básicos a serem seguidos na
classificação de solos grossos pelo Sistema Unificado.
Figura 3.7 - Classificação dos solos grossos pelo SUCS.
3.2.4.2 Solos Finos
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
36
de plasticidade. Conforme é apresentado na fig.3.8, 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:
- B1 – CL e CH
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. 3.8, 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 argila do vale do México, com wL de até 500%.
- B2 – ML e MH
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. 3.8, 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%).
- B3 – OL e OH
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.
37
Os símbolos wLs e wLn correspondem a limites de liquidez determinados em
amostras que foram secas em estufa e ao ar livre, respectivamente. Neste caso, a
diferença entre os valores de wL se deve ao fato de que a amostra seca em estufa a
105oC terá a sua matéria orgânica queimada, tendo em consequência o seu valor
de wL reduzido.
Figura 3.8 - Carta de plasticidade de Casagrande.
OBS: Solos cuja representação na carta de plasticidade se situe dentro da zona CLML devem ter nomenclatura dupla.
Solos cuja representação na carta de plasticidade se situe próximo à linha LL = 50 %
devem ter nomenclatura dupla: (MH-ML ou CH-CL).
Solos cuja representação na carta de plasticidade se situe próximo à linha A devem
ter nomenclatura dupla: (MH-CH ou CL-ML).
As argilas inorgânicas de média plasticidade possuem wL entre 30 e 50%.
3.2.4.3 Solos Pantanosos e Turfas
São solos altamente orgânicos, geralmente fibrilares e extremamente compressíveis.
As turfas são solos que incorporam florestas soterradas em estágio avançado de
decomposição. Estes solos formam um grupo independente de símbolo (Pt).
38
Na maioria dos solos turfosos os limites de consistência podem ser determinados
após completo amolgamento do solo.
O limite de liquidez destes solos varia entre 300 e 500% permanecendo a sua
posição na carta de plasticidade notavelmente acima da linha A. O Índice de
plasticidade destes solos normalmente se situa entre 100 e 200.
A linha U apresentada na carta de plasticidade representa o limite superior das
coordenadas (wL;IP) encontrado para a grande maioria dos solos (mesmo solos
possuindo argilo-mineriais de alta atividade).
Deste modo, sempre que em um processo de classificação o ponto representante do
solo se situar acima da linha U, os dados de laboratório devem ser checados e os
ensaios refeitos.
A carta de plasticidade de Casagrande pode ainda nos dar uma idéia acerca do tipo
de argilo-mineral predominante na fração fina do solo. Solos possuindo argilominerais, como a caulinita, tem seus pontos de representação na carta de
plasticidade próximo à linha A (parte superior à linha A), enquanto que solos
possuindo argilo-minerais de alta atividade (como a montmorilonita) tendem a ter
seus pontos de representação na carta de plasticidade próximos à linha U (parte
imediatamente inferior à linha U).
Apesar dos símbolos utilizados no SUCS serem de grande valia, eles não
descrevem completamente um depósito de solo. Em todos os solos deve-se
acrescentar informações como odor, cor e homogeneidade do material à
classificação.
Para o caso de solos grossos, informações como a forma dos grãos, tipo de mineral
predominante, graus de intemperismo ou compacidade, presença ou não de finos
são pertinentes.
Para o caso dos solos finos, informações como a umidade natural e consistência
(natural e amolgada) devem ser sempre que possível ser fornecidas.
3.2.5 Classificação segundo a AASHTO
39
A sistema de classificação da AASHTO foi desenvolvido em 1920 pelo "Bureau of
Public Roads", que realizou um extenso programa de pesquisa sobre o uso de solos
na construção de vias secundárias ("farm to market roads").
O sistema original foi baseado nas características de estabilidade dos solos quando
usados como a própria superfície da pista ou em conjunto com uma fina capa
asfáltica. Diversas aplicações foram realizadas desde a sua concepção e a sua
aplicabilidade foi estendida consideravelmente.
Segundo a AASHTO apud Machado & Machado(1997), afirma que esta classificação
pode ser utilizada para os casos de aterros, subleitos, bases e subbases de
pavimentos flexíveis, mas deve-se ter sempre em mente o propósito original da
classificação quando da sua utilização.
O sistema da AASHTO classifica o solo em oito diferentes grupos: de A1 a A8 e
inclui diversos subgrupos. Os solos dentro de cada grupo ou subgrupo são ainda
avaliados de acordo com o seu índice de grupo, o qual é calculado por intermédio de
uma fórmula empírica.
- Solos pertencentes aos grupos A1 ao A3
Os solos pertencentes ao grupo A1 são bem graduados, ao passo que os solos
pertencente ao grupo A3 são areias mal graduadas, sem presença de finos. Os
materiais pertencentes ao grupo A2 apesar de granulares (35% ou menos passando
na peneira #200), possuem uma quantia significativa de finos.
- Solos pertencentes aos grupos A4 ao A7
Os solos pertencentes aos grupos A4 ao A7 são solos finos, materiais silto-argilosos.
A diferenciação entre os diversos grupos é realizada com base nos limites de
Atterberg. Solos altamente orgânicos (incluindo-se aí a turfa) devem ser colocados
no grupo A8. Como no caso do SUCS, a classificação dos solos A8 é feita
visualmente.
O índice de grupo é utilizado para auxiliar na classificação do solo. Ele é baseado na
performance de diversos solos, especialmente quando utilizados como subleitos. O
índice de grupo é determinado utilizando-se a eq. 3.1, apresentada adiante:
40
(3.1)
Onde F é a percentagem de solo passando na peneira #200.
Quando trabalhando com os grupos A-2-6 e A-2-7 o índice de grupo deve ser
determinado utilizando-se somente o índice de plasticidade.
No caso da obtenção de índices de grupo negativos, deve-se adotar um índice de
grupo nulo.
Segundo Machado & Machado (1997), usar o sistema de classificação da AASHTO
não é difícil. Uma vez obtidos os dados necessários, deve-se seguir os passos
indicados na fig.3.9, da esquerda para a direita, e encontrar o grupo correto por um
processo de eliminação.
O primeiro grupo à esquerda que atenda as exigências especificadas é a
classificação correta da AASHTO. A classificação completa inclui o valor do índice
de grupo (arredondado para o inteiro mais próximo), apresentado em parênteses, à
direita do símbolo da AASHTO. Ex: A-2-6(3), A-6(12), A-7-5(17), etc.
Devido a sua ligação histórica com a classificação de solos para uso rodoviário, a
classificação da AASHTO é bastante utilizada na seleção de solos para uso como
base, subbases e sub-leitos de pavimentos.
41
Figura 3.9 - Classificação pela AASHTO. Solos grossos.
42
Figura 3.10 - Classificação pela AASHTO. Solos finos.
43
4
METODOLOGIAS
EMPREGADAS
PARA
ESTUDO
DAS
PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO
4.1 AMOSTRAGEM
Amostragem é a retirada de amostras de solo de um local em estudo para posterior
análise.
As amostras podem ser deformadas, quando não existe a necessidade de se manter
as características do local, utilizando métodos de coleta como, trado, barrilete
amostrador, pá, enxada, etc., ou indeformadas quando existe a necessidade de se
“preservar” as propriedades do solo, como obtenção de teor de umidade ou
resistência ao cisalhamento.
Os métodos de prospecção do subsolo para fins geotécnicos classificam-se em
métodos indiretos, semidiretos e diretos.
4.1.1 Métodos Indiretos
São aqueles em que a determinação das propriedades das camadas do subsolo é
feita indiretamente pela medida, seja da sua resistividade elétrica ou da velocidade
de propagação de ondas elásticas.
Os índices medidos mantêm correlações com a natureza geológica dos diversos
horizontes, podendo-se ainda conhecer as suas respectivas profundidades e
espessuras.
4.1.2 Métodos Semidiretos
São os processos que fornecem informações sobre as características do terreno,
sem contudo possibilitarem a coleta de amostras ou informações sobre a natureza
do solo, a não ser por correlações indiretas.
4.1.3 Métodos Diretos
44
Consistem em qualquer conjunto de operações destinadas a observar diretamente o
solo ou obter amostras ao longo de uma perfuração.
Os principais métodos diretos são:
4.1.3.1 Manuais
- Poços
Exame das camadas do subsolo ao longo de suas paredes; coleta de amostras
deformadas ou indeformadas (blocos ou anéis) e encontro do nível d’água. Segundo
Norma NBR 9604/86- Abertura de poço e trincheira de inspeção em solo, com
retirada de amostras deformadas e indeformadas.
- Trincheiras
Obtém uma exposição contínua do subsolo, ao longo da seção de uma encosta
natural, áreas de empréstimo, locais de pedreiras, etc. apresentam perfis geológicos,
estimados em função dos solos encontrados nas diferentes profundidades
- Trados Manuais
É um processo mais simples, rápido e econômico para as investigações preliminares
das condições geológicas superficiais, permite a retirada de amostras deformadas,
encontro do nível d’água, mudança de camadas e avanço da perfuração para ensaio
de penetração.
4.1.3.2 Mecânicos
- Sondagens á percussão com circulação de água
Ë o número de golpes necessários para a cravação dos últimos 30cm de um
barrilete amostrador padrão, por um peso de 65kg solto a uma altura de 75cm em
queda livre.
O método de sondagem conhecido como de percussão com circulação de água é o
mais difundido no Brasil. Seu emprego fornece as seguintes vantagens principais:
• Facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso.
45
• Permite a coleta de amostras de solo semi-deformadas de metro á metro
• Determinação da resistência do solo, através da determinação do SPT(número de
golpes)
• Obtenção do perfil geotécnico do subsolo
• Encontro do nível d’água
Figura 4.1 – Equipamento de sondagem
O equipamento para execução de uma sondagem à percussão é composto em
linhas gerais dos seguintes elementos:
-
Tripé equipado com sarilho, roldana e cabo
-
Tubos de revestimentos com diâmetro interno mínimo de 66,5 mm, sendo
usado corretamente os de 76,2 mm, 101,6 mm e 152,4 mm
-
Haste de aço para avanço, com diâmetro nominal interno de 25 mm (diâmetro
externo 33,7 mm e peso do tubo 2,97 Kg/m). As hastes deverão ser retilíneas
e dotadas de roscas em bom estado. Quando acopladas por luvas apertadas,
devem formar um conjunto retilíneo.
-
Martelo para cravação das hastes de perfuração e dos tubos de revestimento
(peso de bater) consistindo de uma massa de 65 Kg de ferro, da forma
46
cilíndrica ou prismática. Encaixado na parte inferior do martelo, haverá um
coxim de madeira dura.
-
O amostrador padrão de diâmetro externo de 50,8 mm e interno 34,9 mm. O
corpo do amostrador é bipartido. A cabeça tem dois orifícios laterais para
saída da água e ar e contém interiormente uma válvula constituída por esfera
de aço inoxidável.
-
Conjunto motor-bomba para circulação de água no avanço da perfuração.
-
Trépano ou peça de lavagem constituído por peça de aço terminada em bisel
e dotada de duas saídas laterais para a água.
-
Trado concha com 100 mm de diâmetro e trado especial de diâmetro mínimo
de 56 mm e máximo de 62 mm.
-
Materiais acessórios e ferramentas gerais necessárias à operação da
aparelhagem.
- Procedimento
Segundo
Lima(1980),
em
linhas
gerais
a
execução
de
sondagens
de
reconhecimento a percussão com circulação de água compreende as seguintes
operações:
a) Processo de perfuração
A perfuração é iniciada com o trado cavadeira até a profundidade de metro,
instalando-se o primeiro segmento do tubo de revestimento.
Nas operações subseqüentes de perfuração utiliza-se o trado espiral, até que se
torne inoperante ou até encontrar o nível d’água. Passa-se então ao processo de
perfuração por circulação de água no qual, usando-se o trépano de lavagem como
ferramenta de escavação, a remoção do material escavado se faz por meio de
circulação de água, realizada pela bomba d’água motorizada.
Durante as operações de perfuração, caso a parede do furo se mostre instável,
procede-se a descida do tubo de revestimento até onde se fizer necessário,
alternadamente com a operação de perfuração. O tubo de revestimento deverá ficar
no mínimo a 0,50 m do fundo do furo, quando da operação de amostragem.
47
Em sondagens profundas, onde a descida e a posterior remoção dos tubos de
revestimento for problemática, poderão ser empregadas lamas de estabilização em
lugar do tubo de revestimentos.
Durante a operação de perfuração são anotadas as profundidades das transições de
camadas detectadas por exame táctil-visual e da mudança de coloração dos
materiais trazidos à boca do furo pelo trado espiral ou pela água de lavagem.
Durante a sondagem o nível d’água no inferior do furo é mantido em cota igual ou
superior ao nível lençol freático.
b) Amostragem
Será coletada, para exame posterior, uma parte representativa do solo colhido pelo
trado concha durante a perfuração até um metro de profundidade. Segundo Norma
NBR 9820/87 – Coleta de amostras indeformadas de solo em furos de sondagem.
Posteriormente, a cada metro de perfuração, a contar de um metro de profundidade,
são colhidas amostras dos solos por meio do amostrados padrão. Obtêm-se
amostras cilíndricas, adequadas para a classificação, porém evidentemente
comprimidas. Esse processo de extração de amostras oferece entretanto a
vantagem de possibilitar a medida da consistência ou compacidade do solo por meio
de sua resistência à penetração no terreno, da qual se tratará adiante.
c) Ensaio de penetração dinâmica
O amostrador padrão, conectado às hastes de perfuração, é descido no interior do
furo de sondagem e posicionado na profundidade atingida pela perfuração. A seguir,
a cabeça de bater é colocada no topo da haste, o martelo apoiado suavemente
sobre a cabeça de bater a eventual penetração do amostrador no solo.
Utilizando-se o topo do tubo de revestimento como referência, marca-se na haste de
perfuração, com giz, um segmento de 45 cm dividido em três trechos iguais de 15
cm.
O ensaio de penetração consiste na cravação do amostrador no solo através de
quedas sucessivas do martelo, erguido até a altura de 75 cm. Procede-se a
cravação de 45 cm do amostrador, anotando-se, separadamente, o número de
golpes necessários à cravação de cada 15 cm do amostrador.
48
Ensaio de avanço da perfuração por lavagem
Quando for atingida a condição de impenetrável à percussão anteriormente descrita,
poderá a mesma ser confirmada pelo ensaio de avanço da perfuração por lavagem.
Consiste na execução da operação de perfuração por circulação de água durante 30
minutos anotando-se os avanços do trépano, obtidos a cada período de 10 minutos.
A sondagem será dada por encerrada quando no ensaio de avanço da perfuração
por lavagem forem obtidos avanços inferiores a 5 cm em cada período de 10
minutos, ou quando após a realização de 4 ensaios consecutivos não for alcançada
a profundidade de execução do ensaio penetrométrico seguinte.
Observação do nível d’água freático
Durante a execução da sondagem à percussão são efetuadas observações sobre o
nível d’água, registrando-se a sua cota, a pressão que se encontra e as condições
de permeabilidade e drenagem das camadas atravessadas.
Quando se consegue levar a perfuração com trado helicoidal até a profundidade de
ocorrência do nível d água, interrompe-se a operação de perfuração nessa
oportunidade e passa-se a observar a elevação do nível d’água no furo até sua
estabilização, efetuando-se leituras a cada 5 minutos durante 30 minutos.
O nível d’água final da sondagem é determinado no término do furo, após
esgotamento do mesmo e após a retirada do tubo de revestimento e decorridas 24
horas.
Índice de resistência à penetração
Segundo Lima(1980), o índice de resistência à penetração (SPT ou N – Standard
Penetration Test) definido por Terzaghi-Peck (“Soil Mechanics in Engineering
Practice”) é a soma do número de golpes necessários à penetração no solo, dos 30
cm finais do amostrador. Despreza-se portanto o número de golpes correspondentes
à cravação dos 15 cm iniciais do amostrador.
Ainda que o ensaio de resistência à penetração não possa ser considerado como
um método preciso de investigação, os valores de N obtidos dão uma indicação
49
preliminar bastante útil da consistência (solos argilosos) ou estado de compacidade
(solos arenosos) das camadas de solo investigadas.
Tabela 4.1 – Compacidade do solo segundo classificação da Associação
Brasileira de Mecânica dos solos
Compacidade da areia
Fofa
Pouco compacta
SPT
≤4
5 – 10
Medianamente compacta
11 – 30
Compacta
31 – 50
Muito compacta
> 50
Tabela 4.2 – Compacidade do solo segundo classificação da Associação
Brasileira de Mecânica dos solos
Consistência da Argila
SPT
Muito mole
<2
Mole
2–4
Média
4–8
Rija
8 – 15
Muito Rija
16 – 30
Dura
> 30
As resistências à penetração podem apresentar resultados variáveis, pois os fatores
que influem sobre seus valores são muitos, podendo estar ligados ao equipamento
ou à execução da sondagem como a seguir relacionado.
Fatores ligados ao equipamento
-
A forma, as dimensões e estado de conservação do amostrador.
-
Estado de conservação das hastes e uso de hastes de diferentes pesos.
-
Peso de bater não calibrado e natureza da superfície de impacto (ferro sobre
ferro ou adoção de uma superfície amortecedora).
50
-
O diâmetro do tubo de revestimento da sondagem.
Fatores ligados à execução da sondagem
-
Variação na energia de cravação (altura de queda do martelo, atrito no cabo
de sustentação).
-
O processo de avanço da sondagem, acima e abaixo do nível d’água
subterrâneo (inclusive a manutenção ou não desse nível d’água, quando
perfurando abaixo dele).
-
Má limpeza do furo. Presença de pedregulhos na interior da perfuração.
-
Furo não alargado suficientemente para livre passagem do amostrador.
-
Excesso de lavagem para cravação do revestimento.
-
Erro na contagem do número de golpes.
Apresentação das sondagens
Com base nas anotações de campo e nas amostras colhidas prepara-se para cada
sondagem um desenho (formato A4 da ABNT) contendo o perfil individual da
sondagem e um corte geológico que tem o aspecto geral onde figuram as
seqüências prováveis da camada do subsolo, constando ainda cotas, posições onde
foram recolhidas amostras, os níveis d’água subterrâneos, além das resistências à
penetração, nas cotas em que foram observadas e expressas em golpes/cm.
Do relatório sobre as sondagens deve constar um desenho com a localização das
sondagens em relação a pontos bem determinados do terreno, além da indicação do
RN aos quais foram referidas as cotas dos pontos sondados.
- Sondagens Rotativa
Quando uma sondagem alcança uma camada de rocha ou quando no curso de uma
perfuração as ferramentas das sondagens à percussão encontram solo de alta
resistência, blocos ou matacões da natureza rochosa é necessário recorrer às
sondagens rotativas.
51
As sondagens rotativas tem como principal objetivo a obtenção do testemunho, isto
é, de amostras da rocha mas permitem a identificação das descontinuidades do
maciço rochoso e a realização no interior da perfuração de ensaios “in situ”, como
por exemplo o ensaio de perda d’água, quando se deseja conhecer a
permeabilidade da rocha ou a localização das fendas e falhas.
A sondagem realizada puramente pelo processo rotativo só se justifica quando a
rocha aflora ou quando não há necessidade da investigação pormenorizada com
coleta de amostras das camadas de solos residuais, sedimentares ou coluviais que
na maioria dos casos recobrem o maciço rochoso.
Operação
A sonda deve ser instalada sobre uma plataforma devidamente ancorada no terreno
a fim de se manter constante a pressão sobre a ferramenta de corte. A seguir a
composição (haste, barrilete, alargador e coroa) é acoplada à sonda e antes desta
ser acionada, põe-se em funcionamento a bomba que injeta o fluido de circulação.
A execução da sondagem rotativa consiste basicamente na realização de manobras
consecutivas, isto é, a sonda imprime às hastes os movimentos rotativos e de
avanço na direção do furo e estas os transferem ao barrilete provido da coroa.
O comprimento máximo de cada manobra é determinado pelo comprimento do
barrilete, que é em geral de 1,5 a 3,0 m. Terminada a manobra, o barrilete é alçado
do furo e os testemunhos são cuidadosamente retirados e colocados em caixas
especiais com separação e obedecendo à ordem de avanço da perfuração.
No boletim de campo da sondagem são anotadas as profundidades do início e
término das manobras e o comprimento de testemunhos recuperados medidos, na
caixa após a arrumação cuidadosa.
Constam ainda do boletim de sondagem as seguintes informações: tipo de sonda, os
diâmetros de revestimento usados nos diferentes comprimentos da perfuração, o
número de fragmentos em cada manobra, natureza do terreno atravessado (litologia,
fraturas, zonas alteradas etc.), nível d’água no início e final da sondagem.
Apresentação dos resultados
52
Todos os dados colhidos na sondagem são resumidos na forma de um perfil
individual do furo, ou seja, um desenho que traduz o perfil geológico do subsolo na
posição sondada, baseado na descrição dos testemunhos.
A descrição dos testemunhos é feita a cada manobra e inclui:
a) A classificação litológica – baseada na gênese da formação geológica, na
mineralogia, textura e fábrica dos materiais a classificar. Inclui ainda a cor e
tonalidade.
b) Estado de alteração das rochas para fins de engenharia – trata-se de um fator
que faz variar extraordinariamente suas características. As descrições do grau
de alteração das rochas, embora muito informativas, são até certo ponto
subjetivas por se basearem normalmente na opinião do autor da classificação.
As designações normalmente adotadas são as abaixo e baseadas nas
seguintes características:
Extremamente alterada ou decomposta – o material encontra-se homogeneamente
decomposto. Pode, entretanto, conter características da rocha original, tais como:
xistosidade, planos de fraturamento, diaclasamento etc;
Muito alterada – o material é predominantemente como acima descrito mas contém
porções em que a rocha se apresenta menos alterada;
Medianamente alterada – o material é dominantemente pouco alterado ou são, mas
contém trechos ou porções em que o material é extremamente alterado;
Pouco alterada – a rocha é predominantemente sã mas apresenta descoloração
geral ou de alguns minerais;
Sã ou quase sã – não apresenta vestígios de Ter sofrido alterações físicas ou
químicas dos seus minerais.
c) Grau de fraturamento – uma das maneiras de avaliar o grau de fraturamento
da rocha é através o 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:
53
Tabela 4.3 – Critério na classificação da rocha fraturada
Rocha
N.º Fraturas/metro
Ocasionalmente fraturada
1
Pouco fraturada
1-5
Medianamente fraturada
6-10
Muito fraturada
11-20
Extremamente fraturada
Em fragmentos
>20
pedaços de diversos tamanhos
caoticamente dispersos
É corrente correlacionar-se a qualidade de rocha com a percentagem de
recuperação, a qual se obtém pela relação entre o comprimento total dos vários
testemunhos de uma mesma manobra e o comprimento dessa manobra, expressa
em percentagem.
O desenvolvimento dos equipamentos e das várias técnicas de perfuração veio
mostrar a precariedade dessas correlações, pois uma mesma formação poderá
oferecer diversas percentagens de recuperação em função da qualidade da
sondagem. Entretanto, é corrente considerar-se rocha de boa qualidade, aquelas
cujas percentagens de recuperação são superiores a 80%; rocha muito alterada
quando as percentagens são inferiores a 50% e mediamente alterada para valores
intermediários.
No intuito de englobar num só os critérios de fraturação e estado de alteração,
Deere(1967) apud Lima(1980) introduziu o que designa por RQD (Rock Quality
Designation).
O RQD se baseia numa recuperação modificada, pois na determinação da
percentagem de recuperação entram no cálculo os fragmentos de testemunho com
comprimento igual ou superior a 10 cm. Assim, a percentagem obtém-se, da
manobra, somando-se os comprimentos dos testemunhos com mais de 10 cm e
dividindo se pelo comprimento da manobra.
54
A determinação do RQD é feita apenas em sondagens que utilizem barriletes duplos
de diâmetro NX (76mm) ou superior.
Tabela 4.4 – Determinação de RQD
RQD
Qualidade do Maciço
Rochoso
0 – 25%
muito fraco
25 – 50%
Fraco
50 – 75%
Regular
75 – 90%
Bom
90 – 100%
Excelente
4.2 LIMITES DE CONSISTÊNCIA
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.
Os limites que separam os diversos estados de consistência do solo são os
seguintes:
• Limite de Liquidez (LL)
• Limite de Plasticidade (LP)
• Limite de Contração (LS)
Segundo Nogueira(1988), os limites de consistência são usados para separar os
estados de consistência de um solo fino ou de fração fina de um solo grosso, através
de um teor de umidade limite entre dois estados.
Assim, o limite de liquidez (LL) é o teor de umidade limite entre o estado de
consistência líquido e plástico, o limite de plasticidade (LP) separa o estado plástico
55
do semi-sólido e, finalmente, o limite de contração (LC) separa o estado semi-sólido
do sólido, cada um deles apresentando uma interpretação física definida.
Figura 4.2 – Estados de consistências
Sendo a umidade de um solo muito elevada, ele se apresenta como um fluído denso
e se diz no estado líquido. À medida que evapora a água, ele se endurece e para
uma certa h=LL (Limite de Liquidez), perde a sua capacidade de fluir, porém pode
ser moldado facilmente e conservar a sua forma. O solo encontra-se agora no
estado plástico. A continuar a perda de umidade, o estado plástico desaparecerá
gradativamente até que para h=LP ( Limite de Plasticidade) o solo se desmancha ao
ser trabalhado. Este é o estado semi sólido. Continuando a secagem, ocorre a
passagem gradual para o estado sólido. O limite entre os dois estados eqüivale a um
teor de umidade h=LC ( Limite de Contração). O conhecimento destes limites
(principalmente os 2 primeiros), permite de uma maneira simples e rápida dar uma
idéia bastante clara do tipo de solo e suas propriedades, principalmente quando se
trata de solos finos, segundo Caputo(1975). Por isso mesmo, constituem hoje
determinações rotineiras nos laboratórios de Mecânica dos Solos.
A determinação do valor de cada um desses teores de umidade limites é através de
um ensaio de laboratório próprio cujos procedimentos se encontram normalizados
pela Associação Brasileira de Normas Técnicas conforme a tabela abaixo:
Tabela 4.5 – Relação de Normas
Ensaio
Norma
Solo. Deteminação do LP
7180/84
Solo. Determinação do LL
6459/84
Determinação do limite e relação
7183/82
de contração do solo
4.2.1 Limite de Liquidez (LL)
56
É determinado através do aparelho de Casagrande, que consiste em um concha de
latão, sobre um suporte de ebonite; por meio de um excêntrico imprime-se ao prato,
repetidamente quedas de altura de 1 cm e intensidade constante de duas
revoluções, por segundo.
Atterberg baseou-se no fato que quando o material é fluído toma a forma do
recipiente que o contém. Se assim colocada uma fração de solo no recipiente, um
sulco for aberto e imprimi-se um choque à concha através de quedas, o sulco se
fecha.
Repetindo-se a experiência com teores de umidade diferentes, os valores obtidos
são lançados em um gráfico semilogarítmo em que as ordenadas se têm os teores
de umidade e nas abcissas o número de golpes.
Traça-se a linha de escoamento do material ( gráfico umidade x n de golpes para
fechar o sulco na amostra), que passa por esses pontos. Por definição, o limite de
liquidez é o teor de umidade para qual o sulco se fecha com 25 golpes.
Figura 4.3 – Aparelho de Casagrande
4.2.1.1- Sequência para realização do ensaio de Limite de Liquidez
A sequência para realização deste ensaio, obedece os seguintes passos:
1. Secar a amostra ao ar livre;
2. Pegar uma pequena quantidade de solo (aprox. 100g), passante na peneira #40 e
misturar com água na cápsula de porcelana;
57
3. Levar o material homogeneizado com água para o Aparelho de Casagrande;
4. Preencher parte da cuba, com solo até a altura do cinzel, utilizando uma espátula
flexível;
5. Fazer o arrasamento do solo com a espátula;
6. Fazer a ranhura com o cinzel (verificar o tipo de cinzel adequado para solos
argilosos ou arenosos);
7. Contar o número de golpes para o fechamento da ranhura;
8.Coletar uma pequena quantidade de amostra (exatamente no local de fechamento
da ranhura) para determinação do teor de umidade (método da estufa);
9. Anotar na planilha o nº de golpes e o teor de umidade correspondente;
10. Retirar o material da cuba e colocar novamente na cápsula de porcelana;
11. Acrescentar pequenas quantidades de água, de forma que, o nº de golpes
seguinte esteja dentro de um limite esperado;
12. Repetir estes procedimentos, de tal forma que você tenha 4 determinações;
13. Traçar o gráfico e obter o valor do LL.
Figura 4.4 - Determinação do limite de liquidez do solo.
58
4.2.2 Limite de Plasticidade (LP)
A determinação foi pelo cálculo da porcentagem de umidade para a qual o solo
começa a se fraturar quando se tenta moldar.
Faz-se uma pasta com o solo, e em seguida procura-se rolar essa pasta, com o
auxílio da palma da mão, sobre uma placa de vidro esmerilhado, a fim de formar
pequenos cilindros.
Quando o cilindro assim atingir um diâmetro de 3mm e cerca de 10cm de
comprimento, e começar a apresentar fissuras, interrompe-se o ensaio e determinase o teor de umidade do solo formador do cilindro.
Repete-se a operação diversas vezes, para se obter um valor médio do teor de
umidade, o qual será o limite de plasticidade do solo.
Figura 4.5 – Perspectiva do ensaio de plasticidade
4.2.2.1-Sequência para realização do ensaio de Limite de Plasticidade
A sequência para realização deste ensaio, obedece os seguintes passos:
1. Secar a amostra ao ar livre;
2. Pegar uma pequena quantidade de solo (aprox. 100g) passante na peneira #40
e misturar com água na cápsula de porcelana;
3. Do material homogeneizado com água, retirar uma pequena quantidade de solo
(o equivalente a uma esfera de 3mm de diâmetro) e levar para a placa de vidro
esmerilhada;
59
4. Com a ajuda de uma das mãos tentar moldar um cilindro com 10 cm de
comprimento, conforme o tamanho do gabarito de aço;
5. Caso a amostra de solo se rompa antes de atingir os 10 cm, você deve
acrescentar um pouco mais de água (no restante do solo que encontra-se na
cápsula de porcelana) e tentar novamente moldar o cilindro;
6. Caso a amostra de solo atinja os 10 cm de comprimento sem aparecer fissuras,
é porque a amostra está com um teor de umidade acima do LP. Neste caso,
você deve secar um pouco a amostra que encontra-se na cápsula de porcelana;
7. O ensaio será concluído quando você obter perceber que o surgimento de
fissuras na amostra estiver ocorrendo quando esta possuir cerca de 10 cm de
comprimento;
8. Da amostra ensaiada (aquela que você obteve sucesso para atingir o
comprimento necessário) você deve reparti-la em cinco partes iguais e levá-las
para determinação do teor de umidade (método da estufa);
Figura 4.6 – Determinação do limite de plasticidade
Tendo-se o teor de umidade de cada ponto calcula-se a média aritmética desses
valores, bem como, o desvio de ± 5%, da média. Se um ou mais desses valores dos
teores de umidade dos pontos caírem fora desse intervalo eles deverão ser
desprezados e uma nova média e o valor do desvio, novamente, calculados. A
60
definição do limite de plasticidade de um solo deverá ser pela média de pelo menos
três determinações. Caso isso não aconteça o ensaio deverá ser refeito.
4.2.3 Índice de Plasticidade (IP)
É a diferença entre os limites de liquidez e de plasticidade:
(4.1)
IP = LL - LP
Ele define a zona em que o terreno se acha no estado plástico e por ser máximo
para as argilas e nulo para as areias, fornece um critério para se ajuizar do caráter
argiloso de um solos, assim, quanto maior o IP, tanto mais plástico será o solo.
Sabe-se que as argilas são tanto mais compressíveis quanto maior for o IP.
Segundo Caputo (1975), os solos poderão ser classificados em:
Fracamente plásticos........................................................1 < IP < 7
Mediamente plásticos .......................................................7 < IP < 15
Altamente plásticos ...........................................................
IP > 15
4.3 GRANULOMETRIA
O objetivo de um ensaio de granulometria, segundo Nogueira(1995), é a obtenção
dos pares de valores, tamanho da partícula e sua porcentagem de ocorrência,
necessários ao traçado da curva granulométrica do solo. A forma de se obter esses
pares de valores dependerá do tamanho das partículas componentes de cada solo.
Para as partículas maiores que 0,075mm (Peneira #200) esta separação será feita
através de um peneiramento, enquanto que, par as partículas menores que
0,075mm deverá ser utilizado o processo da sedimentação em água destilada.
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.
61
O conjunto de peneiras utilizados nesses ensaios foi normatizado pela Associação
Brasileira de Normas Técnicas através da EB-22, Peneiras para Ensaios, e os
ensaio padronizados pela ABNT através da MB-32, Solo-Análise Granulométrica.
4.3.1 Análise por Peneiramento
As peneiras serão colocadas uma sobre a outra com as aberturas crescendo de
baixo para cima. Embaixo da peneira de menor abertura será colocado o prato que
recolherá os grãos que por ela passarão. Em cima da peneira de maior abertura será
colocada a tampa para evitar a perda de partículas no início do processo de
vibração. O conjunto de peneiras assim montados deverá ser levado para um
peneirador capaz de produzir um movimento horizontal e um vertical às peneiras,
simultaneamente.
A massa de sólidos da amostra deverá ser determinada em balança com resolução
de 0,01g para, em seguida, ser transferida para a peneira, de maior abertura,
evitando-se perda de material. As partículas serão separadas nas diversas peneiras
deixando-se o peneirador em movimento durante 10 minutos.
Os grão retidos em cada peneira serão recolhidos em uma vasilha, com todo o
cuidado necessário para se evitar perdas, e a sua massa determinada na mesma
balança usada inicialmente.
62
Figura 4.7 – Aparelho para peneiramento do solo
4.3.2 Análise por Sedimentação
Para solos mais finos como as argilas e siltes , o peneiramento é impraticável, pois
as peneiras deveriam ter aberturas de malhas excessivamente pequenas e
impossíveis de serem obtidas industrialmente ou de serem preservadas com o uso.
Assim, para grãos menores que cerca de 0. 075 mm (peneira Tyler nº 200) empregase o método de análise por sedimentação.
Coloca-se, a amostra de solo, em um copo de dispersor, e deixa dispersar por um
tempo não inferior a 10 minutos e, em seguida, transferida para uma proveta.
Durante essa transferência deve-se tomar cuidado para que não sejam perdidas
partículas, com isso, alterando a massa de sólidos, inicialmente, determinada. O
volume de água destilada usado nessas transferências deve ser, cuidadosamente,
controlado para que se tenha na proveta, um volume de suspensão não superior a
1000cm³, que é o volume útil do ensaio.
Com a palma de uma das mãos sobre a boca da proveta e com a outra mão
segurando o seu fundo, realizar um movimento rápido com os braços que permita o
seu fazer com que a posição inicial da proveta se inverta. Um mínimo de cinco ciclos
deverão ser realizados para que a suspensão possa ser considerada, inicialmente,
homogênea.
A proveta deve ser, imediatamente, apoiada sobre uma superfície horizontal e, tão
rápido quanto possível, acionado o cronômetro para o início da contagem do tempo.
Introduzir o densímetro na suspensão e realizar as leituras, na parte superior do
menisco formando junto a haste, para tempos de 30, 60 e 120 segundos do início da
contagem dos tempos.
A introdução e a retirada do densímetro da suspensão deve ser realizada
lentamente e com um leve movimento de rotação, a fim de se evitar uma
perturbação na queda das partículas, durante a introdução o densímetro só deve ser
solto em uma posição próxima a do seu ponto de equilíbrio.
63
Após a realização das três leituras o densímetro deve ser retirado da suspensão e
colocado na proveta ao lado e, anotada a temperatura da água destilada, admitida
igual a da suspensão. Se o local onde o ensaio está sendo realizado não mantém
constante a temperatura da suspensão a proveta deverá ser colocada dentro de um
tanque de imersão e aí permanecer até a última leitura.
O ensaio será continuado fazendo-se leituras com o densímetro após decorridos 4, 8
15, 30,..minutos do início da contagem dos tempos. Nesta fase o densímetro deverá
ser introduzido na suspensão segundos antes e retirado, imediatamente, após a
leitura, com todo o cuidado recomendado.
As leituras deverão continuar até que tenha sido possível obter o menor tamanho de
partícula desejado ou a fração argila possa ser definida.
4.3.3
Representação
Gráfica
do
Resultado
do
Ensaio
de
Granulometria
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.4.8, 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
todas as partículas do mesmo diâmetro.
64
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
equivalente característicos do solo
na
curva
granulométrica. São eles:
D10 - Diâmetro efetivo - Diâmetro eqüivalente da partícula para o qual temos 10%
das partículas passando (10% das partículas são mais finas que o diâmetro efetivo).
D30 e D60 - O mesmo que o diâmetro efetivo, para as percentagens de 30 e 60%,
respectivamente.
65
Figura 4.8 - Representação de diferentes curvas granulométricas.
As equações 4.2 e 4.3 apresentam os coeficientes de uniformidade e curvatura de
uma dada curva granulométrica.
Coeficiente de uniformidade:
Cu = D60
(4.2)
D10
De acordo com o valor do Cu obtido, a curva granulométrica pode ser classificada
conforme apresentado abaixo:
Tabela 4.6 – Valores de Cu para classificação de curva granulométrica
Cu < 5
5 < Cu < 15
Cu < 15
Cc =
Muito Uniforme
Uniformidade Média
Não Uniforme
D²10
(4.3)
D60 x D10
Classificação da curva granulométrica quanto ao coeficiente de curvatura.
1 < Cc < 3
= solo bem graduado
Cc < 1 ou Cc > 3 = solo mal graduado
4.3.4 Designação segundo a NBR – 6502
A NBR- 6502 apresenta algumas regras práticas para designar os solos de acordo
com a sua curva granulométrica. A tabela 4.7 ilustra o resultado de ensaios de
granulometria realizados em três solos distintos. As regras apresentadas pela NBR6502 serão então empregadas para classificá-los, em caráter ilustrativo.
66
Tabela 4.7 - Exemplos de resultados de ensaios de granulometria para três
solos distintos.
Quando da ocorrência de mais de 10% de areia, silte ou argila adjetiva-se o solo
com as frações obtidas, vindo em primeiro lugar as frações com maiores
percentagens.
Em caso de empate, adota-se a seguinte hierarquia:
1°) Argila;
2°) Areia e
3°) Silte
No caso de percentagens menores do que 10% adjetiva-se o solo do seguinte modo,
independente da fração granulométrica considerada:
1 a 5% → com vestígios de
67
5 a 10% → com pouco
Para o caso de pedregulho com frações superiores a 10% adjetiva-se o solo do
seguinte modo:
10 a 29% → com pedregulho
30% → com muito pedregulho
Resultado da nomenclatura dos solos conforme os dados apresentados na tabela
3.2.
Solo 1: Argila Silto-Arenosa com pouco Pedregulho
Solo 2: Areia Silto-Argilosa com Pedregulho
Solo 3: Pedregulho Arenoso com vestígios de Silte e Pedra
4.4 ÍNDICES FÍSICOS
Os solos na natureza apresentam-se compostos por elementos das três fases
físicas, isto é, sólida, líquida e gasosa, em maior ou menor proporção.
O arcabouço do solo, constituído do agrupamento das partículas sólidas,
apresentam-se entremeado de vazios, os quais podem estar preenchidos com água
e/ ou ar. O ar extremamente compressível, e a água pode fluir através do solo,
portanto, quando da avaliação quantitativa do comportamento do solo, há a
necessidade de se levar em conta as ocorrências dessas fases físicas.
Os índices físicos são relações entre as diversas fases, em termos de massas e
volumes, os quais procuram caracterizar as condições físicas em que um solo se
encontra, segundo Bueno e Vilar (1999).
68
Figua 4.9 – Representação esquemática das fases constituintes do solo
As três relações de volumes mais utilizadas são as da porosidade, o índice de vazios
e o grau de saturação.
A porosidade é definida pela relação entre o volume de vazios e o volume total da
amostra.
n% = Vv x 100
(4.4)
Vt
O índice de vazios (e) é definido pela relação entre o volume de vazios e o volume
de sólidos, isto é
e = Vv
(4.5)
Vs
O grau de saturação (Sr) representa a relação entre o volume de água e o volume
de vazios, ou seja:
Sr = Vw
(4.6)
Vv
A relação entre as massas mais utilizadas é o teor de umidade (w), que é a relação
entre a massa de água e a massa de sólidos presentes na amostra.
69
w = Mw
(4.7)
Ms
Esses índices físicos, são adimensionais e, com exceção do índice de vazios, todos
os demais são expressos em termos de porcentagem.
As relações entre massas e volumes mais usuais são a massa específica natural, a
massa específica dos sólidos e a massa específica da água.
A massa específica natural (γ) é a relação entre a massa do elemento e o volume
desse elemento.
γ=M
(4.8)
V
Por sua vez, a massa específica dos sólidos (γs) é determinada, dividindo-se a
massa de sólidos pelo volume ocupado por esse sólidos, ou seja:
γs = Ms
(4.9)
Vs
e, por extensão, a massa específica da água (γw) define-se como:
γw = Mw
(4.10)
Vw
que, na maior parte dos casos práticos, é tomada como γw = 1,0 g/cm³.
O tabela apresenta os limites extremos de variação desse índices físicos.
Tabela 4.8 - Limites de variação dos índices físicos
1,0 <
γ
< 2,50 g/cm³
2,5 <
γs
< 3,0 g/cm³
0 <
E
< 20
0 <
N
< 100%
0 <
Sr
< 100%
0 <
W
< 1500%
70
4.4.1 Relações entre os Diversos Índices
Atribuindo ao volume de fase sólida o valor unitário (Vs=1) é possível relacionar os
diversos índices físicos com índice de vazios. Se Vs=1, então e = Vv e Vw = Sr.e, e
dessa forma temos na figura 4.10, o elemento esquemático de solo, em que as
massas agora são expressas em termos de produto entre os volumes e as massa
específicas das diversas fases.
Figura 4.10 – Massa e volumes das diversas fases quando Vs = 1
A partir dos dados da Figura 4.10, é possível obter as novas expressões para os
diversos índices físicos, conforme as seguintes relações.
w = Mw
= Sr . e . γw
Ms
n = Vv
γs
=
V
γ= M
(4.11)
e
(4.12)
1+e
=
γs + Sr . e . γw
V
(4.13)
1+e
Em função da quantidade de água presente no solo, podemos definir a massa
específica saturada (γsat), que ocorre quando todos os vazios do solo estão
preenchidos com água, ou seja, Sr = 100%
γsat = γs + e . γ w
1+e
(4.14)
71
Da mesma forma, quando o solo se encontra completamente seco (Sr = 0%), sem
nenhuma água em seus vazios, temos a massa específica seca (γd).
γd = γs
(4.15)
1+e
Nota-se que essas duas novas relações, segundo Bueno e Vilar(1999), estão
referidas ao volume natural da amostra (1 + e), isto é, admite-se, quando se faz
matematicamente Sr = 0% ou Sr = 100%, que o solo não sofra variações de volume.
Isto não é o que realmente ocorre na natureza, pois os solos, ao serem secados ou
saturados normalmente, passam por variações de volume. A massa específica
natural relaciona-se com a massa específica seca por intermédio da seguinte
expressão.
γ = M = γs + Sr . e . γw =
V
1+e
γs + γs . w
1+e
(4.16)
1+e
γ = γd ( 1 + w)
(4.17)
Tanto γ, como γd, estão referidos no volume da amostra natural. Dessa forma, é
possível colocar a expressão anterior, em termos de massas, o que é bastante útil,
sobretudo em ensaios de laboratório.
M = Md ( 1 + w)
(4.18)
Para relacionar os índices com a porosidade, faz-se, para facilidade de cálculo, V=1.
Figura 4.11 – Relações entre volumes e entre pesos e volumes adotando-se um
volume total de solo unitário
Assim, podemos colocar os índices físicos de acordo com novas relações.
72
e = Vv
=
Vs
w = Mw
n
(4.19)
1-n
=
Ms
Sr . n . γw
(4.20)
(1-n) γs
γ = M = (1-n) γs +Sr . n . γw
(4.21)
V
4.4.2 Determinação dos Índices Físicos
Os índices físicos são determinados em laboratório ou mediante fórmulas de
correlação, desenvolvidas no item anterior.
Em laboratório, são determinados a massa específica natural, o teor de umidade e a
massa
específica
dos
sólidos.
A
seguir,
descreve-se
resumidamente
o
procedimento, para determinação desses três índices físicos.
4.4.2.1 - Massa Específica Natural
Toma-se um bloco de solo de forma cúbica, tendo cerca de 8cm de lado e procurase torneá-lo de maneira que se transforme num cilindro. Para tanto, utiliza-se um
berço para alizar a base e o topo, e em seguida, o corpo de prova é levado a um
torno, onde lhe é dada a forma cilíndrica.
As determinações que se fazem são as medidas do diâmetro e da altura do cilindro,
para cálculo do volume e a pesagem do corpo de prova.
A massa específica natural normalmente é determinada em corpos de prova já
talhados para os ensaios usuais de mecânica dos solos, isto é, não se talha um
corpo de prova para medir unicamente a sua massa específica natural.
4.4.2.2 – Teor de Umidade
Toma-se uma porção de solo, cerca de 50g, colocando-a numa cápsula de alumínio
com tampa.
73
O conjunto de solo úmido mais cápsula, é pesado, e em seguida, a cápsula
destampada é levada a uma estufa até constância de peso. O tempo de
permanência da cápsula varia em função do tipo de solo, como ordem de grandeza,
os solos arenosos necessitam de cerca de 6h e os solos argilosos, á vezes, até de
24 horas.
Pesa-se o conjunto solo seco mais cápsula e, com a tara da cápsula, determinada
de início, pode-se calcular o teor de umidade por meio da seguinte expressão:
w = M2 – M1 x 100%
(4.22)
M1 – M0
M2 = Massa do solo úmido mais cápsula
M1 = Massa do solo seco mais cápsula
M0 = Tara da cápsula
4.4.2.3 Massa Específica dos Sólidos
Este índice é determinado, usualmente, empregando um frasco de vidro chamado
picnômetro (balão volumétrico). Coloca-se uma porção de solo (cerca de 80g para
solos argilosos e 150 para solos arenosos) no picnômetro e, em seguida, preenchese o frasco com água destilada até a marca de referência.
Pesa-se o conjunto picnômetro, água e solo, determina-se a temperatura da
suspensão e mediante a curva de calibração do picnômetro, determina-se o peso do
picnômetro e a água para a temperatura do ensaio.
A massa da água correspondente ao volume deslocado pelos sólidos será:
M1 – M2 = Mw – M’w – Ms
ou
(4.23)
Mw – M’w = M1 – M2 + Ms = ∆Mw
Potanto, o volume dos sólidos corresponde a
Vs = ∆Mw / γw
(4.24)
e por fim, a massa específica dos sólidos pode ser assim obtida:
γs = Ms = Ms . γw ;
Vs
∆Mw
γs =
Ms
M1 – M2 + Ms
. γw
(4.25)
74
Normalmente são feitas de três a quatro determinações, fazendo variar a
temperatura e acertando o nível de água na marca de referência, com vistas à
obtenção de um valor médio consistente.
Embora a determinação da massa específica dos sólidos seja simples, muitas vezes
adota-se um valor médio para resolução de problemas, uma vez que a faixa de
variação no caso de solos é bem pequena. Para solos arenosos, pode-se tomar γs =
2,67g/cm³ (correspondente ao quartzo) e para solos argilosos, γs = 2,75 – 2,90
g/cm³.
Tabela 4.9 - Porosidade, Índice de vazios e peso específico dos solos típicos
no estado natural, (Terzaghi).
PoroDescrição
sidade
N%
Índice
Teor
de
de
Vazio
água
e
w%
Peso específico
gr/cm³
lb/pés³
γd
γ
γd
γ
1. Areia uniforme, fofa..............
46
0,85
32
1,43
1,89
90
118
2. Areia uniforme, compacta....
34
0,51
19
1,75
2,09
109
130
40
0,67
25
1,59
1,99
99
124
30
0,43
16
1,86
2,16
116
135
20
0,25
9
2,12
2,32
132
145
6. Argila glacial, mole...............
55
1,20
45
....
1,77
....
110
7. Argila glacial, rija..................
37
0,60
22
....
2,07
....
129
66
1,90
70
....
1,58
....
98
9. Argila mole muito orgânica...
75
3,00
110
....
1,43
....
89
10. Bentonite mole...................
84
5,20
194
....
1,27
....
80
3.
Areia
de
granulometria
variada, fofa..............................
4.
Areia
de
granulometria
variada, compacta....................
5. Moraina glacial, granulação
muito variada............................
8. Argila mole ligeiramente
orgânica....................................
w = teor de água, quando saturado, em percentagem do peso seco;
γd = peso específico no estado seco;
γ = peso específico no estado saturado;
75
5 ESTUDO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS
5.1 LOCALIZAÇÃO DA CIDADE
A cidade de Itatiba, localiza-se no continente sul-americano, Brasil, no interior do
estado de São Paulo, distante 26km da cidade de Campinas pela Rodovia D. Pedro I
e 80km da capital, São Paulo, pelas Via Anhanguera ou Bandeirantes, via Jundiaí
SP360. Suas coordenadas geográficas são: Latitude: S23º 01' 0" e Longitude:
WGr.46º 50' 00", e sua altitude média é de 760,00m.
Ela conta com uma área de 325 km², representando 0,13% da área do Estado. Seu
clima é temperado, com temperaturas oscilando entre 18ºC e 25ºC; a média anual é
de 20,6ºC. O relevo é acidentado, formado principalmente pela Serra da Jurema,
com solo massapé, em sua maioria. A vegetação é de campo e abrange 2.590 ha.
Figura 5.1 – Localização da cidade de Itatiba
76
5.2 CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICA DA CIDADE DE ITATIBA
Geologicamente, o município de Itatiba situa-se na área de abrangência das rochas
metamórficas, que compõem o embasamento cristalino, de idade Pré-Cambriana
Média, variando entre 1.000 - 2.500 milhões de anos, onde predominam granitos
finos a grosseiros, de coloração cinza a rósea, gnaisses e migmatitos variados,
xistos e anfibolitos, às vezes cortados por veios de quartzo e pegmatitos.
O embasamento cristalino divide-se em vários complexos, Itatiba situa-se no
Complexo Amparo que é constituído por ortognaisses bandados, laminados e
porfiroblásticos aos quais associam-se quartzitos micáceos, granatíferos e
feldspáticos, xistos, mármores, rochas calcossilicadas, anfibolitos, metaultrabasitos e
sepentinitos. As relações entres as supracrustais e gnaisses ainda não estão
suficientemente estabelecida em virtude da complexidade estrutural do conjunto.
Apesar da grande confusão estratigráfica que envolve este complexo, manteve essa
denominação. O grau metamórfico presente é da fáceis anfibolito alta e fáceis xistoverdes e são atribuídas a retrometamorfismo. Datações radiométricas tem apontado
idade Transamazônica para o complexo e Arqueana para o seu subtrato.
77
5.3 PERFIL GEOTÉCNICO CARACTERÍSTICO
Figura 5.2 – Localização dos furos de sondagem
Formam escolhidos 5 locais distantes, entre eles, em Itatiba, para se fazer os furos
de sondagem. A quantidade de furos foi determinado pelo tamanho e área do
terreno á ser analisado.
Todos os ensaios foram acompanhados, para garantir que fossem feitos
rigorosamente realizados, segundo os procedimentos descritos na Norma NBR
6484/80.
Abaixo estão os perfis típicos de cada local analisado, e em anexo “A”- perfis dos
solos estarão as análises de todos os furos.
• Poço nº 1
Local: Avenida da Saudade – Centro
Região: Noroeste
Nº de Furos: 2
Perfil Típico
78
Profuni
Nº de
dade
Classificação da Camada
golpes
Média
Médio
(m)
S.P.T.
0á
Argila siltosa, de consistência muito mole á média, cor marrom
2.90
avermelhado.
2.90 á
6.90
Silte argiloso, pouco á mediamente compacto, cor marrom
Silte argilo arenoso, mediamente compacto á compacto, cor
12.85
marrom avermelhado.
12.85
Silte argiloso, com discreta presença de fragmentos de alteração
á
de rocha, mediamente compacto á compacto, cor marrom
18.60
avermelhado variado com branco e rosa.
13.70
Silte
18.60
arenoso,
com
fragmentos
de
alteração
de
rocha,
18
23
34
mediamente compacto á compacto, cor marrom escuro variado
com branco.
18.60 á Silte arenoso, com fragmentos de alteração de rocha, compacto,
23.45
10
avermelhado.
6.90 á
á
5
cor marrom escuro.
Figura 5.3 - Perfil Típico poço 1
• Poço nº 2
Local: Rua Santa Rosa – Vila Brasileira
Região: Noroeste
Nº de Furos: 2
Perfil Típico
35
79
Profuni
Nº de
dade
Classificação da Camada
golpes
Média
Médio
(m)
S.P.T.
0á
Argila siltosa, de consistência mole, cor marrom.
2
Argila orgânica, de consistência muito mole, cor cinza variado
0
3.85
3.85 á
6.45
6.45 á
com preto.
Areia, de granulometria média á grossa, mediamente compacta
15
Lente de cascalho, compacta
31
8.80 á
Silte arenoso, com discreta presença de fragmentos de alteração
30
13.70
de rocha, compacta, cor marrom variegado.
8.55
8.55 á
8.80
13.70 á Silte arenoso, com fragmentos de alteração de rocha, compacto,
20.05
cor marrom escuro.
Figura 5.4 - Perfil Típico poço 2
• Poço nº 3
Local: Rua Aguiar Pupo – Centro
Região: Nordeste
Nº de Furos: 3
Perfil Típico
35
80
Profuni
Nº de
dade
Classificação da Camada
golpes
Média
Médio
(m)
S.P.T.
0á
Argila siltosa, porosa,
3.80
avermelhado.
3.80 á
de consistência mole, cor marrom
4
Silte argilo arenoso, pouco á mediamente compacto, cor marrom
10
6.80
avermelhado.
6.80
Silte areno argiloso, com discreta presença de fragmentos de
á
alteração de rocha, mediamente compacto á compacto, cor
12.80
marrom variado com cinza.
12.80 á Silte arenoso, com fragmentos de alteração de rocha, compacto á
17.10
24
44
muito compacto, cor cinza.
Figura 5.5 - Perfil Típico poço 3
• Poço nº 4
Local: Loteamento Cachoeira do Imaratá
Região:Sudeste
Nº de Furos: 2
Perfil Típico
Profuni
Nº de
dade
Classificação da Camada
golpes
Média
Médio
(m)
S.P.T.
0á
Silte argilo arenoso, fofa á mediamente compacta, cor marrom
5.80
avermelhado.
5.80 á
Silte
arenoso,
com
fragmentos
de
alteração
9.60
mediamente compacto, cor marrom variegado.
9.60
Silte
á
16.90
arenoso,
com
fragmentos
de
alteração
mediamente compacto á compacto, cor cinza
branco.
6
de
rocha,
11
de
rocha,
25
variado com
81
16.90 á Silte arenoso, com fragmentos de alteração de rocha, compacto á
21.05
40
muito compacto, cor cinza variado com branco.
Figura 5.6 - Perfil Típico poço 4
• Poço nº 5
Local: Rua Romeu Augusto Rela – Bairro do Engenho
Região: Sudoeste
Nº de Furos: 3
Perfil Típico
Profuni
Nº de
dade
Classificação da Camada
golpes
Média
Médio
(m)
S.P.T.
0á
Argila, de consistência muito mole á mole, cor cinza.
2
Argila orgânica, de consistência muito mole, cor cinza variado
1
7.80
7.80 á
8.65
com preto.
8.65 á
Areia argilosa, de granulometria média, pouco á mediamente
11.60
compacta, cor preta.
11.60
Silte argilo arenoso, com discreta presença de fragmentos de
á
alteração de rocha, mediamente compacto, cor marrom variado
12.60
com branco e rosa.
12.60
Silte
á
19.90
arenoso,
com
fragmentos
de
alteração
de
rocha,
13
24
mediamente compacto á compacto, cor marrom variado com
branco e rosa.
19.90 á Silte arenoso, com fragmentos de alteração de rocha, compacto á
24.45
7
muito compacto, cor marrom escuro.
Figura 5.7 - Perfil Típico poço 5
39
82
5.4 SELEÇÃO DA ÁREA
Com a análise das sondagens, podemos concluir que o solo de Itatiba tem um perfil
geológico característico em toda extensão do município, que ocorre principalmente
por causa do embasamento cristalino.
Devido o curto espaço de tempo, para elaboração desta monografia, selecionou-se
um local dentre as sondagens realizadas que apresenta o perfil característico
detectado.
O solo, com o qual foram feitos os ensaios, é o furo SP01, do poço número 1, que
tem o seguinte perfil geológico.
Figura 5.8 – Locação dos furos de sondagem
83
Figura 5.9 – Perfil geológico do furo SP01
84
6 METODOLOGIA DA PESQUISA
Coletou-se amostras de solo de Itatiba, através de sondagens, que como já foi
comentado, foram todas acompanhadas. Conforme era retirado o amostrador padrão
do furo de sondagem, era também retirada as amostras do solo para os ensaios que
foram conduzidos no Laboratório de Mecânica dos Solos da Universidade São
Francisco, no Câmpus de Itatiba.
As camadas de solo do furo analisado, foram escolhidas através de média dos
números de golpes.
Inicialmente formam determinados os Limites de Atterberg, sendo realizados os
ensaios de Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade.
Para a determinação do Limite de Liquidez , transferiu-se, com uma espátula, parte
da amostra para a concha do aparelho de Casagrande e se alisou a superfície, de
forma a se obter uma camada com espessura de 10 mm na seção mais profunda,
em seguida fez-se uma ranhura ao longo do plano de simetria da concha, utilizandose o cinzel de Casagrande. A partir daí, iniciou-se o processo de queda da concha,
sendo a manivela girada a razão de duas revoluções por segundo, contando-se
simultaneamente os golpes necessários para que as bordas inferiores da ranhura se
unissem. Foi, então coletado uma amostra do solo junto às bordas, para posterior
determinação da umidade.
O material da concha foi retirado para se promover a sua limpeza e secagem. A
amostra ensaiada foi misturada novamente ao restante do material preparado, ao
qual se adicionou um pouco de água para aumentar a umidade e, em seguida,
homogeneizou-se a pasta novamente; este procedimento foi repetido cinco vezes,
para se obter 5 pares de valores de umidade versus o número de golpes.
Os dados foram representados graficamente, com o número de golpes na abscissa e
a umidade correspondente na ordenada foi, em seguida, traçada a reta que melhor
se ajustou os pontos. A umidade correspondente à projeção de 25 golpes, sobre a
reta traçada, é o Limite de Liquidez.
Para determinação do Limite de Plasticidade, fez-se uma pasta uniforme,
relativamente consistente, essa amostra era transferida para uma placa de vidro
85
onde com a ajuda das mãos, ela era rolada até se obter o forma de um cilindro,
sendo que esse processo era cessado no instante em que se detectava o
aparecimento de ranhuras na sua superfície e obtendo-se a umidade do material
neste instante.
O ensaio foi repetido de três á quatro vezes, dependendo da uniformidade dos
dados apresentados.
Durante a realizados dos ensaios foram sendo feitas também uma análise tátil-visual
nas amostras.
Também determinou-se a Curva Granulométrica de cada amostra, para tal, utilizouse o ensaio de peneiramento, e os dados foram representados graficamente, na
abscissa as peneiras utilizadas no ensaio e na ordenada a porcentagem acumulada
de solo retido em cada peneira.
Pelo espaço de tempo disponível, optou-se por não realizar o ensaio de
sedimentação para o material fino.
86
7 RESULTADOS OBTIDOS
7.1 LIMITES DE ATTERBERG
Os resultados estarão representados em forma de tabela. Os cálculos estão no
Anexo “B” desta Monografia.
Com os ensaios de Limites de Atterberg foram obtidos os seguintes resultados, para
as diferentes profundidades.
Tabela 7.1 – Valores do ensaio de limite de Atterberg
Profunfidade
LL
LP
IP
1,45 m
66,42
32,91
33,51
5,45 m
75,81
34,36
41,45
10,45 m
45,52
21,29
24,23
16,45 m
44,06
23,21
20,85
21,45 m
48,33
19,64
28,69
87
Figura 7.1 – Gráfico ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 1,45m
Figura 7.2 – Gráfico ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 5,45m
Figura 7.3 – Gráfico ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 10,45m
88
Figura 7.4 – Gráfico ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 16,45m
Figura 7.5 – Gráfico ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 21,45m
89
7.2 – GRANULOMETRIA
Com o ensaio de granulometria foram obtidos os seguintes resultados, plotados no
gráfico, para as diferentes profundidades.
Figura 7.6 - Gráfico ensaio Granulometria, profundidade de 1,45m
90
Figura 7.7 - Gráfico ensaio Granulometria, profundidade de 5,45m
Figura 7.8 - Gráfico ensaio Granulometria, profundidade de 10,45m
Figura 7.9 - Gráfico ensaio Granulometria, profundidade de 16,45m
91
Figura 7.10 - Gráfico ensaio Granulometria, profundidade de 21,45m
92
8 ANÁLISE DOS RESULTADOS
8.1 LIMITES DE ATTERBERG
Os resultados obtidos nos ensaios de Limites de Atterberg foram plotados na carta
de plasticidade.
Figura 8.1 – Lançamento dos pontos, referente cada profundidade do solo
Ponto 1 – Profundidade 1,45m
Ponto 2 – Profundidade 5,45m
Ponto 3 – Profundidade 10,45m
Ponto 4 – Profundidade 16,45m
Ponto 5 – Profundidade 21,45m
Pode-se chegar as seguintes observações:
93
Tabela 8.1 – Classificação do solo segundo carta de plasticidade
Descrição
Profund. (m)
Classif. do solo
1,45 m
OH
Argilas orgânicas de alta compressibilidade
5,45 m
OH
Argilas orgânicas de alta compressibilidade
10,45 m
CL
Argilas inorgânicas de média compressibilidade
16,45 m
CL
Argilas inorgânicas de média compressibilidade
21,45 m
CL
argilas inorgânicas de média compressibilidade
Pode-se observar uma descontinuidade entre os laudos das sondagens e os ensaios
de Limite de Atterberg.
Isto se dá em virtude de estarmos analisando o solo de Itatiba de clima tropical em
um gráfico elaborado para solos de clima temperado.
Segundo Pinto(1996), sua aplicação no Brasil não se tem mostrado muito adequada,
talvez pelas característica próprias de solos evoluídos em clima tropical, é comum a
ocorrência de discrepâncias acentuadas entre as propriedades de solos conhecidos
e a classificação proposta.
Pela análise táctil-visual, pode-se afirmar que o solo da camada com 1,45 metros de
profundidade é uma argila, já que apresenta características como, um torrão muito
difícil de ser desmanchado e aderência as mãos quando manuseada.
Da mesma forma que os solos das outras camadas, com 5,45 metros, 10,45 metros,
16,45 metros e 21,45 metros, podem ser considerados como predominantemente de
silte,
pois
apresentam
características
como,
sensação
de
talco
e
fácil
desprendimento das mãos quando colocados sob água corrente.
8.2 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
Na análise granulométrica, constatou-se que amostras de solos, para todas as
profundidades eram compostas por partículas predominantemente arenosas.
94
Tabela 8.2 – Porcentagem de solo para as faixas de variação dos
diâmetros dos grãos
Profundidade
Classificação
Solo (%)
1,45m
Areia Grossa
30,73
Areia Média
36,10
Areia Fina
26,01
Material Fino
6,48
Areia Grossa
31,20
Areia Média
37,72
Areia Fina
21,18
Material Fino
9,80
Areia Grossa
25,78
Areia Média
37,44
Areia Fina
27,23
Material Fino
9,17
Areia Grossa
22,35
Areia Média
37,95
Areia Fina
25,26
Material Fino
14,02
Areia Grossa
29,65
Areia Média
33,63
Areia Fina
28,83
Material Fino
7,35
5,45m
10,45m
16,45m
21,45m
Pela análise granulométrica pode-se concluir que a classificação para cada camada
de solo, seria uma areia silto argilosa ou uma areia argilo siltosa, mas para
designação de tal, precisaria-se fazer o ensaio de sedimentação.
95
9 CONCLUSÃO
Analisando os dados verificamos uma discrepância do apresentado laudo de
sondagem com os ensaios de Limites de Atterberg e Granulometria.
A análise táctil-visual apontou para as mesmas classificações apontadas no laudo de
sondagem, e esse método é o mais utilizado dentre as empresas que prestam esse
tipo de serviço.
Constatou-se também que para cada amostra há uma presença de 10% de material
fino.
Com base nas constatações acima pode-se supor que a presença de material fino
(cerca de 10%), é responsável pela indução das classificações apresentadas no
laudo. Pois sabe-se que a influência dos finos no comportamento de um solo
depende não somente da sua quantidade, mas também da atividade do argilomineral preponderante.
Entretanto, seriam necessários a realização de testes mais específicos para avaliar
se esse material é determinante no comportamento do solo.
Pode ter ocorrido também, a aglutinação dos grãos dos solos, pois não se utilizou de
nenhum tipo de defloculante, e as partículas finas podem ter ficado retidas na
peneira #200.
A presença no subsolo de mica, também pode ter alterado os resultados dos
ensaios.
96
10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AMERICAN ASSOCIATION FOR STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION
OFFICIALS - AASHTO - Standard specifications for transportation materials and
methods of sampling and testing. Specifications, part 1 and tests, part 2,
Washington, 1978.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-6459 – Solo /
determinação do limite de liquidez (método de ensaio)., 1984.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-6484 – Execução de
Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos. Método de Ensaio, 1980.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-6502 – Rochas e
Solos - Terminologia, 1995.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-7180 – Solo /
determinação do limite de plasticidade (método de ensaio),1984.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-7250 – Execução de
Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos. Método de Ensaio, 1980.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-9604 – Abertura de
poço e trincheira de inspeção em solo com retirada de amostras deformadas e
indeformadas, 1986.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-9820 – Coleta de
amostras indeformadas de solo em furos de sondagem, 1987.
BUENO, B. S.; VILAR, O. M. – Mecânica dos solos, V.1, Escola de Engenharia de
São Carlos – USP, São Carlos, 1999.
CAPUTO, H. P. – Mecânica dos solos e suas aplicações, V. 1, 3ª edição, Livros
técnicos e científicos Editora S.A., Rio de Janeiro, 1975.
CAPUTO, H. P. – Mecânica dos solos e suas aplicações, V. 2, 3ª edição, Livros
técnicos e científicos Editora S.A., Rio de Janeiro, 1966.
LIMA, M. J. C. P. A. – Prospecção geotécnica do subsolo, Livros Técnicos e
Científicos, Rio de Janeiro, 1980.
97
MACHADO, S. L.; MACHADO, M. F. C. – Mecânica dos Solos I – Conceitos
Introdutórios, V.1, Universidade Federal da Bahia, Bahia, 1997
NOGUEIRA, J. B. – Mecânica dos solos – Ensaios de Laboratório, Escola de
Engenharia de São Carlos – USP, São Carlos, 1995.
PINTO, C. S. – Fundações Teoria e Prática, capítulo 2 - Propriedades dos solos –
Pini, São Paulo, 1996
TERZAGHI, K.; PECK, R. B. – Mecânica dos solos na prática da Engenharia,
Livro Técnico S.A., Rio de Janeiro, 1962.
98
ANEXO “A” – PERFIS DOS SOLOS
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ANEXO “B”- PLANILHAS DE ENSAIO
B1 - Planilhas ensaio Limite de Liquidez
Tabela B.1 – Valores ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 1,45m
Tabela B.2 – Valores ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 5,45m
Tabela B.3 – Valores ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 10,45m
117
Tabela B.4 – Valores ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 16,45m
Tabela B.5 – Valores ensaio Limite de Liquidez, profundidade de 21,45m
118
B.2 Planilhas ensaio Limite de Plasticidade
Tabela B.6 – Valores ensaio Limite de Plasticidade, profundidade de 1,45m
Tabela B.7 – Valores ensaio Limite de Plasticidade, profundidade de 5,45m
Tabela B.8 – Valores ensaio Limite de Plasticidade, profundidade de 10,45m
119
Tabela B.9 – Valores ensaio Limite de Plasticidade, profundidade de 16,45m
Tabela B.10 – Valores ensaio Limite de Plasticidade, profundidade de 21,45m
B.3 Planilhas ensaio Granulometria
Tabela B.11 – Valores ensaio Granulometria, profundidade de 1,45m
120
Tabela B.12 – Valores ensaio Granulometria, profundidade de 5,45m
Tabela B.13 – Valores ensaio Granulometria, profundidade de 10,45m
121
Tabela B.14 – Valores ensaio Granulometria, profundidade de 16,45m
Tabela B.15 – Valores ensaio Granulometria, profundidade de 21,45m