Departamento de Engenharia Civil Centro de Tecnologia Universidade Federal da Paraíba Classificação dos solos Exploração do subsolo Curso: Engenharia Civil Disciplina: Mecânica dos Solos I Professor: Dr. Celso Augusto Guimarães Santos
2 Capítulo 13: Classificação dos solos
Principais sistemas de classificação; Sistema Unificado de Classificação (S.U.C.); Sistema de classificação "Highway Research Board" (H.R.B.); Índice de Grupo.
3 Cap 13 - Classificação dos solos
Sistema Unificado de Classificação (S.U.C.) Os solos são classificados em três grandes grupos: Solos grossos: mais que 50% em peso, dos seus grãos, são retidos na peneira # 200. Solos finos: menos que 50% em peso, dos seus grãos, são retidos na peneira # 200. Turfas: solos altamente orgânicos, geralmente fibrilares e extremamente compressíveis.
4 Cap 13 - Classificação dos solos
Solos grossos Pedregulhos: mais de 50% retidos #4 → G ("gravel") Areias: menos de 50% retidos #4 → S ("sand") Cada grupo por sua vez é dividido em quatro subgrupos. São eles: Material praticamente limpo de finos, bem graduado W ("well graded"): SW e GW; Material praticamente limpo de finos, mal graduado P ("poor graded"): SP e GP; Material com quantidades apreciáveis de finos não plásticos, M (palavra sueca "mo"): GM e SM; Material com quantidades apreciáveis de finos plásticos C ("clay"): GC ou SC. Ex: SM = Solo arenoso com certa quantidade de finos não plásticos.
5 Classificação dos solos grossos pelo SUCS.
6 Cap 13 - Classificação dos solos
b) Solos finos 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. Siltosos: baixa compressibilidade (LL < 50) Argilosos: alta compressibilidade (LL > 50)
7 O de organic (orgânico) L de low (baixa) H de high (alta)
Carta de plasticidade de Casagrande A carta de plasticidade possui três divisores principais: 1) A linha A: IP = 0,73(LL - 20) • acima - solos argilosos • abaixo - solos siltosos 2) A linha B: LL = 50% • direita - solos compressíveis e muito plásticos • esquerda - solos de baixa compressibilidade e de baixa a média plasticidade 3) A linha U: IP = 0,9(LL - 8) Ex: CL = Solo argiloso de baixa compressibilidade.
8 Cap 13 - Classificação dos solos
c) Turfa São solos altamente orgânicos, geralmente fibrilares e extremamente compressíveis. Incorporam florestas soterradas em estágio avançado de decomposição. Estes solos formam um grupo independente de símbolo Pt ("peat"). 300% < LL < 500% → permanecendo a sua posição na carta de plasticidade notavelmente acima da linha A. 100 < IP < 200.
9 Cap 13 - Classificação dos solos
Sistema de Classificação do H.R.B (Highway Research Board) - Sistema Rodoviário de Classificação Empregado na engenharia rodoviária em todo o mundo, proposto pelo Bureau of Public Roads e revisto pelo HRB(1945). Normatizado pela AASHTO M145 (1973). Os solos são classificados em grupos e subgrupos, em função da sua granulometria e plasticidade. • solos granulares (% passante #200 < 35%) → A-1, A-2 e A-3; • solos finos (% passante #200 > 35%) → A-4, A-5, A-6 e A-7; • solos altamente orgânicos → podem ser classificados como A-8.
10 Sistema de classificação do H.R.B.
11 Cap 13 - Classificação dos solos
Sistema de classificação do H.R.B. Classificação da AASHTO. Solos grossos.
12 Cap 13 - Classificação dos solos
Sistema de classificação do H.R.B. Classificação da AASHTO. Solos finos.
13 IG = (F - 35)[0,20 + 0,005(LL - 40)]+ 0,01(F - 15)(IP -10)
Cap 13 - Classificação dos solos Índice de Grupo: Empregado no sistema da H.R.B., corresponde a um número inteiro que varia de 0 (solo ótimo quanto a capacidade de suporte) a 20 (solo péssimo quanto a capacidade de suporte). IG = (F - 35)[0,20 + 0,005(LL - 40)]+ 0,01(F - 15)(IP -10) Onde: F = porcentagem de material que passa na peneira #200.
14 Cap 13 - Classificação dos solos
Calcular o IG de um solo A-6 em que 65% de material passa na peneira 200, o LL = 40% e o IP = 12,5%. IG = (F - 35)[0,20 + 0,005(LL - 40)]+ 0,01(F - 15)(IP -10) IG = ( )[0,20 + 0,005( )]+ 0,01( )(12,5 -10) IG =30 * (0,2) + 0,01(50)*(2,5) IG = 6 + 0,01*125 IG = 6 + 1,25 IG = 7,25 = 7 Usualmente, indica-se o valor do IG entre parênteses. Assim, escreve-se A-6 (7).
15 Capítulo 14: Exploração do subsolo
Métodos diretos de investigação do subsolo; Sondagem à percussão com circulação de água; Sondagem rotativa; Amostragem em solos e rocha.
16 Cap 14 – Exploração do subsolo
Métodos diretos de investigação do subsolo Os principais métodos empregados para a exploração do subsolo podem ser classificados nos seguintes grupos: a) Com retirada de amostra (deformadas e indeformadas): amostras deformadas → se destinam apenas à identificação e classificação do solo; amostras indeformadas → aquelas que há conservação da textura, estrutura e umidade. b) Ensaios in loco
17 Cap 14 – Exploração do subsolo
Métodos diretos de investigação do subsolo Os principais métodos empregados para a exploração do subsolo podem ser classificados nos seguintes grupos: a) Com retirada de amostra (deformadas e indeformadas): a.1) Abertura de poços de exploração; a.2) Execução de sondagens. Com relação à profundidade, locação e número de sondagens, não é possível definir regras gerais, devendo-se, em cada caso, atender à natureza do terreno e da obra.
18 Cap 14 – Exploração do subsolo
Métodos diretos de investigação do subsolo Os principais métodos empregados para a exploração do subsolo podem ser classificados nos seguintes grupos: a) Com retirada de amostra (deformadas e indeformadas): a.1) Abertura de poços de exploração; a.2) Execução de sondagens. b) Ensaios in loco: b.1) Auscultação; b.2) Ensaios de bombeamento e de "tubo aberto"; b.3) Ensaio de palheta; b.4) Medida de pressão neutra; b.5) Prova de carga; b.6) Medida de recalque; b.7) Ensaios geofísicos.
19 Cap 14 – Exploração do subsolo
a.1) Abertura de poços de exploração Técnica que melhor satisfaz aos fins de prospecção, pois não só permite uma observação in loco das diferentes camadas como, também, a extração de boas amostras. Seu emprego está limitado ao custo, o qual o torna, às vezes, economicamente proibitivo, exigindo onerosos trabalhos de proteção a desmoronamentos e esgotamento d'água, quando a prospecção precisa descer abaixo do nível d'água. Poço de exploração, escorado por cortinas que transmitem os empuxos do terreno a quadros horizontais.
20 Cap 14 – Exploração do subsolo
a.2) Execução de sondagens Técnica mais comumente empregada, consiste, na abertura de um furo no solo, furo este normalmente revestido por tubos metálicos. A perfuração é feita por meio de ferramentas ou máquinas que vão provocando a degradação parcial, ou total, do terreno, permitindo, desse modo, a extração de amostras representativas das diferentes camadas atravessadas. Tipos de sondagem: Os tipos de sondagens distinguem-se pela retirada da amostra: - Sondagens com retirada de amostras deformadas → Sondagens de reconhecimento; - Sondagens com retirada de amostras indeformadas.
21 Cap 14 – Exploração do subsolo
Sondagens de reconhecimento Iniciam-se com a execução de um furo feito por um trado-cavadeira (Fig. 1), até que o material comece a desmoronar e, daí por diante elas progridem já com o furo revestido, seja por meio do trado-espiral (Fig. 2), da bomba de areia (Fig. 3) ou do chamado método de percussão com circulação de água, utilizando-se para isso o tipo de sonda indicado na figura 4. Fig. 1 - Trado-cavadeira Fig. 2 - Trado-espiral Fig. 3 - Bomba de areia
22 Fig. 4 - Método de percussão com circulação de água.
23 Cap 14 – Exploração do subsolo
Sondagens com retirada de amostras indeformadas São executadas do mesmo modo que as sondagens de reconhecimento. Toda diferença reside no maior cuidado com que devem ser feitas e nos tipos de amostradores empregados. Tipos de amostradores: - Amostradores para solos coesivos; Amostradores para solos não-coesivos. Amostragem de rochas Havendo necessidade de reconhecer o material em profundidade, a obtenção de amostras é feita por meio de sondas rotativas, empregando-se geralmente, brocas de diamante. Os diâmetros das amostras, em geral variam de 2 a 10 cm.
24 Cap 14 – Exploração do subsolo
Apresentação dos resultados de um serviço de sondagem Os resultados de um serviço de sondagem são sempre acompanhados de relatório, dando as seguintes indicações: Planta de situação dos furos; Perfil de cada sondagem com as cotas de onde foram retiradas as amostras; Classificação das diversas camadas e os ensaios que as permitiram classificar; Níveis do terreno e dos diversos lençóis d'água, com a indicação das respectivas pressões; Resistência a penetração do barrilete amostrador, indicando as condições em que a mesma foi tomada.
25 Perfil individual de uma sondagem
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b.1) Ensaio de auscultação Também conhecido como ensaio de penetração, consiste em cravar uma haste no solo e registrar a resistência dinâmica ou estática oferecida à sua penetração. b.2) Ensaio de bombeamento e de "tubo aberto" Permitem a determinação da permeabilidade do solo sem retirada de amostras.
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b.3) Ensaio de palheta Método utilizado para obter a resistência ao cisalhamento in loco. Utiliza-se uma palheta de seção cruciforme, a qual é cravada no terreno e submetida ao torque necessário para cisalhar o solo por rotação.
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b.4) Medida de pressão neutra É realizada cravando-se um tubo, com extremidade inferior porosa, até a cota onde se deseja fazer a medida; a altura que a água atinge no tubo dá o valor da pressão procurada. b.5) Prova de carga As características de compressibilidade de um solo podem também ser obtidas através de provas de cargas diretas sobre o terreno. Esses ensaios consistem em carregar progressivamente o terreno, utilizando-se placas metálicas de dimensões determinadas, e medir os recalques sucessivos. Os resultados obtidos são traduzidos em um gráfico pressão-recalque. Por intermédio de provas de carga determina-se o coef. de recalque k de um solo, que é a razão entre a pressão p e o recalque y produzido: K = p / y [kg/cm²/cm]
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b.6) Medida de recalque A determinação dos recalques de uma obra constitui um elemento de grande importância para o seu controle, seja na fase da execução ou para um eventual reforço. Como se exige que tais medidas sejam rigorosas, é indispensavel que, preliminarmente, se adote um marco de referencia. Para a medida dos recalques de fundações usa-se um nível ótico de precisão ou, então, o "nível de vasos comunicantes introduzidos por Terzaghi".