CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS • Importância da classificação dos solos Diversidade e diferença de comportamento dos diversos solos existentes na natureza; Agrupamento de solos com propriedades físicas semelhantes (classificação) OBJETIVO DA CLASSIFICAÇÃO • A classificação visa permitir que se estime o comportamento do solo, de acordo com o ponto de vista da engenharia, ou de orientar as investigações para que se possa analisar de forma adequada seu comportamento. FORMAS DE CLASSIFICAÇÃO: - Tipo e comportamento das partículas - Origem - Evolução - Presença de matéria orgânica - Estrutura - Preenchimento dos vazios LIMITAÇÕES DOS SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO: - Grupos definidos por limites descontínuos - Tipos de solos limítrofes de difícil previsão - Não fornecem informações além daquelas fornecidas pelos parâmetros que o levaram a ser classificada - Inexperientes podem supervalorizar as informações SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO QUE SE BASEIAM NO TIPO E COMPORTAMENTO DAS PARTÍCULAS Objetivam a definição de grupos que apresentam comportamentos semelhantes sob aspectos da Engenharia Civil Índices utilizados: Composição granulométrica Índices de consistência SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS • Sistema Unificado de Classificação dos solos (Unified Classification System - U. S. C.).; • Classificação do H.R.B. (Highway Research Board); • Classificação para solos Tropicais; SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO • Este sistema é oriundo foi idealizado por Arthur Casagrande, e inicialmente utilizado para classificação de solos para construção de aeroportos, e depois expandido para outras aplicações, e normalizado pela American Society for Testing and Materials (ASTM). • Os solos neste sistema são classificados em solos grossos, solos finos e altamente orgânicos. SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO • Para a fração grossa o parâmetro de classificação utilizado é o tamanho das partículas. • Para a fração fina são utilizados os limites de consistência SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO • • • • • G (gravel) S (sand) M (mo) C (clay) O (organic) • • • • W (well graded) P (poorly graded) L (low) H (high) SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO • Solos Grossos: ▫ Pedregulho: fração que passa na peneira de 76,2 mm e é retida na peneira Nº4 (4,75 mm); ▫ Areia: fração que passa na peneira de Nº 4 e é retida na peneira Nº 200 (0,075 mm). • Solos Finos: ▫ fração que passa na peneira Nº 200; ▫ Separados de acordo com o limite de liquidez. Índice de plasticidade Limite de Liquidez Categorias de solos: • 1- Solos grossos: % passa # no 200 < 50% Pedregulho (G): % retida # no 4 e que passa # 76,2 mm Areia (S): % retida # no 200 e que passa # no 4 (maior % define se é areia ou pedregulho) Bem graduado (W): grãos numa faixa extensa Mal graduado (P): concentração de grãos de certo diâmetro • A graduação pode ser avaliada pelo Coeficiente de desuniformidade (Cu): • Alternativamente pode-se usar o coeficiente de curvatura (Cc): • a) Solos com poucos finos (% passa # no 200 < 5%) • b) Solos com mais de 12 % passando # no 200 - Uniformidade da granulometria perde importância - Propriedades dos finos são mais relevantes - Informação complementar relevante: presença de silte ou argila (carta de plasticidade). Ex: SC (areia argilosa) • c) Solos com 5 a 12 % passando # no 200 - Considera-se a uniformidade da granulometria e as propriedades dos finos - Classificações intermediárias Ex: SP-SC (areia mal graduada, argilosa) • 2. Solos finos: % passa # no 200 > 50% Silte (M) Argila (C) solos orgânicos (O) - Parâmetros utilizados: índices de consistência (carta de plasticidade) - Distinção Silte (M) - S. orgânicos (O): aspecto visual - Informação complementar: compressibilidade LL > 50 – alta compressibilidade (H) LL < 50 – baixa compressibilidade (L) Ex: CL (argila de baixa compressibilidade) • - Posições limítrofes: adota-se 2 classificações. Ex: CL-CH - Descrições mais completas são convenientes. Ex: SW (Areia média a grossa, bem graduada, com grãos angulares, cinza. -Turfa (Pt): solos muito orgânicos com fibras vegetais em decomposição Classificação do H.R.B • Se baseia na granulometria, Limite de Liquidez e índice de plasticidade do solo. • Empregado na engenharia rodoviária • São classificados em sete grupos principais ( A-1 a A-7) ▫ Os grupos A-1, A-2 e A-3: 35 % ou menos passam na #200 ▫ Os grupos A-4, A-5, A-6 e A-7: mais de 35 % passam na #200 Classificação do H.R.B • • • • Adiciona outro parâmetro que é o ÍNDICE DE GRUPO (IG) IG= 0 – Solos ótimos IG= 20 – Solos péssimos - no inteiro arredondado - Se IG < 0, IG = 0 • IG=(P200-35).[0,2+0,005(LL-40]+0,01.(P200-15)(IP-10) • IG= 0,2.a +0,005.a.c+0,01.b.d • Onde: • a- porcentagem do solo que passa na peneira #200 menos 35%. Se a for negativo adota-se Zero como valor e se for maior que 40 usa-se 40. • b- porcentagem do solo que passa na peneira #200 menos 15% . Se b for negativo adota-se Zero como valor e se for maior que 40 usa-se 40. • c- valor do LL menos 40% . Se c for negativo adota-se Zero como valor e se for maior que 20 usa-se 20. • d- valor do LP menos 10%. Se d for negativo usa-se Zero e se for maior que 20, usa-se 20 Classificação do H.R.B Classificação do H.R.B Classificação do H.R.B Classificação do H.R.B COMPARAÇÃO COMPARAÇÃO • - Ambos os sistemas utilizam a granulometria e a plasticidade - Os sistemas dividem o solo em 2 categorias principais, de grãos grossos e finos (referência # no 200, diferença % passa # no 200 - 35 ou 50%) - Há casos em que um solo grosso c/ 30% de finos comporta-se como material fino. Neste caso, o AASHTO é mais apropriado - Os símbolos do SUCS são mais descritivos das propriedades que os da AASHTO - Os solos orgânicos somente são classificados no SUCS CLASSIFICAÇÕES PELA ORIGEM • Residuais: • Transportados: CLASSIFICAÇÃO M.C.T HRB e SUCS: - Podem classificar solos diferentes como pertencentes à mesma classe, embora apresentem propriedades geotécnicas distintas quando compactados; - Restritas em países de clima tropical em função de suas peculiaridades; - Diferenças dos solos tropicais são função do grau de evolução pedológico (diferenças na microestrutura, na natureza e nas quantidades das frações fina e grossa). CLASSIFICAÇÃO PARA SOLOS TROPICAIS • Em regiões tropicais a classificação segundo S.U.C.S. não se mostrou satisfatória, tendo em vista que estes solos se comportam deforma distinta. • Por esta razão foi desenvolvida uma nova classificação chamada de M.C.T. • Os solos são moldados em pastilhas e submetidos a um ensaio semelhante ao de compactação, no entanto com uma configuração reduzida. Solos Lateríticos • Solos típicos da evolução de solos de clima quente, com regime de chuvas moderadas a intensas Características: - Fração argila constituinte de minerais cauliníticos; - Elevada concentração de ferro e alumínio na forma de óxidos e hidróxidos; - Coloração avermelhada peculiar; - Sais recobrem as partículas de argila; - São solos não saturados, de elevado “e” e pequena capacidade de suporte. Solos Lateríticos • Características dos Solos Lateríticos quando Compactados: - Elevada capacidade de suporte; - Contração quando “w” diminui; - Sem expansão, quando “w” aumenta. Por isso, tipo de solo INDICADO para uso em PAVIMENTAÇÃO CLASSIFICAÇÃO M.C.T Limitações do Sistema: • Aplicável apenas pra solos que passam integralmente na peneira #10 (2mm); • A diferenciação dos grupos é feita utilizando propriedades utilizadas em obras viárias; • O ensaio é muito trabalhoso, exige muito tempo de execução e cálculo das curvas de compactação. EXERCÍCIO Na figura estão as curvas granulométricas de diversos solos. Classifique os solos representados pelas curva “c” e “h” pelos sistemas de classificação unificado (SUCS) e rodoviário (HRB). Dados: Solo c: LL=70% e IP=42% Solo h: LL=24% e IP=3% EXERCÍCIO EXERCÍCIO EXERCÍCIO EXERCÍCIO COMPACTAÇÃO COMPACTAÇÃO COMPACTAÇÃO • A compactação é uma operação onde ocorre a densificação do solo, pela remoção do ar de seus vazios, através da aplicação de energia mecânica. • Tem a finalidade de melhorar diversas propriedades mecânicas do solo: ▫ Aumentar Resistência; ▫ Diminuir Deformabilidade; ▫ Diminuir Permeabilidade • Simples; • De grande importância pelo seus efeitos sobre a estabilização de maciços terrosos; • Relaciona-se com os problemas de pavimentação e barragens de terra; • Visa melhorar suas características de resistências, bem como permeabilidade, compressibilidade e absorção de água; • Compactação ≠ Adensamento AR H20 COMPACTAÇÃO • Utilizada em diversas obras de engenharia: ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ Execução de aterros; Camadas de pavimentos; Construção de barragens de terra; Preenchimento com solo entre estrutura de arrimo e maciço; Reenchimento de valas; Reenchimento de cavas de fundações. • Em 1933, o engenheiro Ralph Proctor publicou suas observações relativas a compactação de aterros. Nestas, foi mostrado que ao aplicarse determinada energia de compactação, a massa especifica resultante é dependente da umidade apresentada pelo solo durante a compactação. Borrachudos • “Quando o solo se encontra com umidade abaixo da ótima, a aplicação de maior energia de compactação provoca um aumento de densidade seca. Mas quando a umidade é maior do que a ótima, maior esforço de compactação pouco ou nada provoca de aumento da densidade, pois não consegue expelir o ar dos vazios. Isso ocorre também no campo. A insistência da passagem de equipamento compactador quando o solo se encontra muito úmido faz com que ocorra o fenômeno que os engenheiros chamam de borrachudo o solo se comprime na passagem do equipamento para, logo a seguir, se dilatar, como se fosse uma borracha. O que se comprime são as bolhas de ar ocluso” • SOLOS FINOS: MAIORES UMIDADES ÓTIMAS QUE OS SOLOS GROSSOS; MENOS MASSAS ESPECÍFICAS SECAS QUE O SOLOS GROSSOS; CURVAS MAIS FECHADAS: IMPORTÂNCIA EM TERMOS PRÁTICOS. SOLOS GROSSOS: MENOR VARIAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA COM A UMIDADE; CURVAS MAIS ABERTAS; MAIORES FOLGAS NOS LIMITES DA TOLERÂNCIA DE PROJETO DAS OBRAS DE COMPACTAÇÃO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO – NBR 7182 • Normatizado através da NBR 7182 Solo – Ensaio de compactação ▫ Com secagem prévia ou não ▫ Com reuso de material ou não ▫ Diferentes energias de compactação ENERGIA DE COMPACTAÇÃO • Embora mantenha-se o procedimento do ensaio, um ensaio de compactação pode ser realizado com diferentes energias. • Definição da energia: função da necessidade de campo. • Para cada solo e em uma dada energia existem, então, uma wot e um γdmax ENERGIA DE COMPACTAÇÃO Onde: • M é a massa do soquete; • H é a altura de queda do soquete; • Ng é o número de golpes por camada; • Ne é o número de camadas; • V é o volume de solo compactado. ENERGIA DE COMPACTAÇÃO CURVA DE RESISTÊNCIA • A compactação do solo deve proporcionar a este, para a energia de compactação adotada, a maior resistência estável possível. • Os solos não devem ser compactados abaixo da umidade ótima, por que ela corresponde a umidade que fornece estabilidade ao solo. Não basta que o solo adquira boas propriedades de resistência e deformação, elas devem permanecer durante todo o tempo de vida útil da obra. ESTRUTURA DOS SOLOS COMPACTADOS EFEITOS DA COMPACTAÇÃO SOBRE SOLOS COESIVOS ATERRO EXPERIMENTAL ATERRO EXPERIMENTAL ATERRO EXPERIMENTAL GRAU DE COMPACTAÇÃO • Grau de compactação: ▫ Gc = [γd(campo)/ γd,max(lab)] x 100 • Não atingida a compactação desejada, revolve e recompacta. COMPACTAÇÃO NO CAMPO • • • • • • lançamento do material solto em camadas de pequena espessura; homogeneização; Espalhamento; correção da umidade; Compactação. LANÇAMENTO DO SOLO ESPALHAMENTO/ HOMOGENEIZAÇÃO GRADEAMENTO: HOMOGENEIZAÇÃO CORREÇÃO DA UMIDADE COMPACTAÇÃO • REDUÇÃO MECÂNICA DOS VAZIOS DO SOLO EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃO • • • • • Pé-de-Carneiro Rolo Liso Rolo Pneumático Rolos Vibratórios Sapos Mecânicos EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃO Os solos são compactados pelo efeito de um dos seguintes esforços: • Compressão (rolo liso); • Amassamento (rolo pé de carneiro); • Impacto (sapo mecânico) ; • Vibração (rolos vibratórios). Obs: Tipos de esforços transmitidos influenciam na eficiência da compactação. ROLOS LISOS • Estáticos ou vibratórios (tambor c/ massa móvel excêntrica que provocam vibrações) • Mais indicado para solos arenosos ROLOS PÉ-DE-CARNEIRO Equipamentos que apresentam um tambor oco, de 1 a 2m de diâmetro, com patas de ferro desencontradas (saliências de 20 a 25 cm de comprimento) • São mais indicados para solos argilosos • Solos não coesivos não são eficientes (apenas revolvem o material) • Rebocados por trator de pneus ou de esteiras • Propulsão própria (Autopropulsor) • Propulsão própria + vibração (Autopropelido) • Tambor pode ser cheio com água ou areia para aumentar o peso • (eficiência) ROLOS PÉ-DE-CARNEIRO • As patas penetram na camada de solo solto, executando a compactação por passadas sucessivas do rolo do fundo para o topo da camada (20 cm) até que, praticamente, não haja mais penetração das patas. • Em geral, considera-se a compactação com o rolo terminada quando os sulcos (penetrações) tem de 4 a 1 cm de profundidade. ROLOS PNEUMÁTICOS • Rodas dos eixos dianteiros e traseiros são desencontradas (maior cobertura) • Compactação é função da pressão de contato pneu-terreno ROLOS COMBINADOS • Adaptados por meio de combinações entre 2 equipamentos de forma a poder ser empregado na maior faixa possível de solos (coesivos aos arenosos) • Pé-de-carneiro vibratório: ampla faixa de solos coberta • Pneumático vibratório: emprego discutido pelo fato da flexibilidade dos pneus absorver, em parte, as vibrações transmitidas ao terreno CONTROLE DE COMPACTAÇÃO • Densímetro Nuclear • Frasco de Areia • Balão de Borracha • Método do amostrador Densímetro Nuclear • A medição se faz através da emissão de raios gama, por uma fonte radioativa. Estes raios são contados por um detector após terem atravessado o material. Dependendo da densidade, o número de raios que chegam ao detector será maior ou menor. Frasco de Areia • Solo - Determinação da massa específica aparente, in situ, com emprego do frasco de areia Balão de Borracha • Neste método um furo é aberto e o peso úmido e o teor de umidade do solo removido do furo são determinados. Insere-se um balão de borracha no furo para a obtenção do volume. O balão é enchido com agua de um receptáculo, onde se faz a leitura do volume. Método do amostrador • O amostrador é um cilindro oco com a parte inferior em bisel e cujas dimensões internas são conhecidas, determinando o volume da amostra. • O amostrador é cravado à percussão, e em seguida é retirado contendo a amostra. O peso úmido e o teor de umidade da amostra são medidos para a determinação do γd. • Tem a vantagem de trabalhar com amostra não perturbada. TÉCNICAS ESPECIAIS • Vibroflotation; • Compactação dinâmica; • Detonação. ENSAIO CALIFÓRNIA, CBR OU DE ISC - NBR 9895 • • • • CBR: California Bearing Ratio ISC: Índice de Suporte Califórnia Utilizado como base para o dimensionamento de pavimentos flexíveis. Concepção no final da década de 20 para avaliar o potencial de ruptura do subleito ISC • Valor de referência ou padrão, equivalente a 100% • ISC: é a relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo de prova de solo ou material granular e a pressão necessária para produzir a mesma penetração no material padrão. PROCESSO SEGUIDO (PRÁTICO): • 1ª : determinação do peso específico seco máximo e da umidade ótima de compactação para a energia de compactação fixada para o ensaio (normal, intermediária e modificada); • 2ª : preparação do cp na umidade ótima e peso específico seco máximo; • 3ª : saturação do cp durante 4 dias, condição mais desfavorável (expansão, com sobrecargas de 4,5 kg) • 4ª : medição da resistência à penetração do cp mediante puncionamento de um pistão (diâmetro=5cm) com uma velocidade de 1,25mm/min (0,05 pol/min) PROCESSO SEGUIDO (PRÁTICO): ETAPAS DO ENSAIO DE LABORATÓRIO: ETAPAS DO ENSAIO DE LABORATÓRIO: EXPANSÃO: • 𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠ã𝑜 = • Onde: Δ𝐻 𝐻 .100 ▫ Δ H = acréscimo de altura ▫ H = altura inicial do cp • Especificações: Subleitos – Exp < 3% Sub-base – Exp < 2% TRAÇADO DA CURVA PRESSÃO x PENETRAÇÃO: CORREÇÃO DA CURVA PRESSÃO x PENETRAÇÃO: CORREÇÃO DA CURVA PRESSÃO x PENETRAÇÃO: CÁLCULO DO CBR: • 𝐶𝐵𝑅 = 𝑃𝑚𝑒𝑑𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑎 . 100% 𝑃𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜 VALORES DE CBR PARA OS GRUPOS DO SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO UNIFICADO: VALORES DE CBR PARA OS GRUPOS DO SISTEMA HRB: EXERCÍCIO • O grau de compactação de um tipo de areia no campo é de 94%. Os pesos específicos secos máximo e mínimo da areia são γd(máx) = 18,6 kN/m³ e γd(mín) = 15,1 kN/m³. considerando as condições de campo, determine: a) O peso específico seco b) A compacidade relativa de compactação c) O peso específico úmido para um teor de umidade de 8%