Solos - Departamento de Engenharia Civil · da baridade seca máxima em solos EN 13286-1 Compactação de solos Máxima dimensão de 80 mm Menos de 12% passados no peneiro 0.063 mm

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SolosCaracterização, classificação e utilização

Universidade do Minho Departamento de Engenharia Civil

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Carlos Palha, 2008

Solos-Amostragem-Preparação das amostras-Composição granulométrica-Limites de consistência-Classificação-Compactação



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Carlos Palha, 2008

Amostragem

-Amostras remexidas

Amostras colhidas com pá, trados manuais, etcPodem ir ate 6m de profundidade (estrutura do solo destruída).

-Amostras intactas

Amostras colhidas com amostradores apropriados (minimizar a alteração estrutural do solo)Colheitas superficiais (permeabilidade dos solos) ou profundas (ensaios edométricos e/ou triaxiais)

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Carlos Palha, 2008

Amostragem

Redução de amostras

Deve ser feita por forma a garantir que a amostra reduzida contenha as características da amostra inicial



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Carlos Palha, 2008

Redução de amostras (esquartelamento manual)

Repartidor de amostras automático

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Carlos Palha, 2008

Composição granulométrica

Análise granulométrica

Partículas superiores a 0.075mm (LNEC E 239)

- Material retido no peneiro 2mm

- Material passado no peneiro 2mm(Peneiração húmida da toma)

Partículas inferiores a 0.075mm (LNEC E 196)

(sedimentação)



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Carlos Palha, 2008

Composição granulométrica

Areia bem graduadaGranulometria descontínua

(mistura aberta)Areia monogranular

(solo muito uniforme)

% p

assa

dos

4



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Carlos Palha, 2008

Análise granulométrica – Sedimentação (LNEC E 196)Medição da densidade da solução antifloculante a diferentes intervalos de

tempo.Através da lei de Stokes é possível traçar a curva granulométrica da

fracção ensaiada

Solução antifloculante

Densímetro

Partículas de solo dispersas

Partículas de solo sedimentadas

2

18Dws ×

×−

=ηγγν

tGGZD

w

s

×−×××

=)(980

30 η

D – Diâmetro das particulas em mmη – coef. de viscosidade da solucao (poises)Zs – profundidade efectiva (distancia do nivel da

suspensao ao centro de impulsao do densimetro), cmG – densidade das particulas solidasGw– densidade da solucao à temp. de ensaio



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Carlos Palha, 2008

Análise granulométrica – Sedimentação (LNEC E 196)

100ml, 10 mint, aquecer<#10 Agitar durante 15 mint

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Carlos Palha, 2008

(**) Posição do Centro de Gravidade do Densímetro(*) Leitura no Densímetro

2.110.0007415.691.006519.002880

2.410.0010415.551.007019.001440

3.290.0024715.161.008519.00250

4.850.0049314.511.011019.8060

6.050.0068413.991.013020.0030

6.680.0095813.731.014020.4015

7.820.0162813.211.016020.075

9.070.0252412.701.018020.702

9.970.0351412.311.019520.901

10.270.0494312.181.020021.000.5

% DO TOTAL PASSADASD=K*SQRT(Z/t)

(mm)Z (cm) (**)L (*)T (ºC)t (min)




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Carlos Palha, 2008

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.001 0.01 0.1 1 10 100

DIÂMETROS (mm)

% P

ASS

AD

A (t

otal

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% R

ETID

A (a

cum

ulad

a)

76.1

50.8

38.1

25.419.1

12.7

9.52

6.35

4.76

2.382

1.19

0.84

0.42

0.297

0.177

0.105

0.074

3"2"

11/2"

1"3/4"

1/2"

3/8"

1/4"

48101620405080140

200

ABERTURAmm

Nº

0.005 0.05 0.5 50

_________________________________________________________________

5

___________________________PENEIROS ASTM 60

0.25


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Carlos Palha, 2008

Limites de consistência (LNEC E 143)Um solo com baixo teor em água não será moldável ( estado sólido);se juntarmos água ele passa por um estado em que se desfaz em fragmentos (estado semi-sólido);se continuarmos a adicionar água o solo atingirá um estado em que será possível moldá-lo, sem variação de volume (estado plástico); se acrescentarmos ainda mais água o solo transforma-se numa pasta com comportamento de um liquido (estado líquido)

→→→→→→→→ Teor em água crescente →→→→→→→→

LR ou WS → LP ou WP → LL ou WL(Limite de retracção) (Limite de plasticidade) (Limite de liquidez)

LL – LP = Índice de Plasticidade (IP)



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Carlos Palha, 2008

Limites de Liquidez (100g solo <#40 ASTM)Menor teor em água com que uma amostra de solo pode ser capaz de fluirA determinação deste teor é efectuada através da concha de Casagrande

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30

32

34

36

38

Nº DE GOLPES

Teor

em

águ

a %

6050403025201510

LL

Equipamento de Casagrande(eléctrico)

Concha

Ponta de calibração

Riscador para solos arenosos

Riscador para solos argilosos

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Carlos Palha, 2008

Limites de Liquidez

10mm



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Carlos Palha, 2008

Limites de Plasticidade (100g solo <#40 ASTM)Teor em água a partir da qual um solo começa fracturar quando se tenta moldar com ele, um cilindro com diâmetro de 3 mm e cerca de 10 cm de comprimento

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Carlos Palha, 2008

Limites de Plasticidade (100g solo <#40 ASTM)



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Carlos Palha, 2008

Classificação de solos para propósitos de engenharia(Classificação Unificada Revista de Solos)

A classificação unificada de solos é feita por um conjunto de duas letras ou associação de conjuntos. A primeira letra indica o nome do solo e a segunda qualifica uma característica do solo, granulometria ou plasticidade.

G – “Gravel” – cascalho ou seixoS – “Sand” – areiaM – “Mo” – silteC – “Clay” – argilaO – “Organic” – orgânicoPt – “Peat” – turfaW – “Well graded” – bem graduadoP – “Poor graded” – mal graduadoL – “Low plasticity” – baixa plasticidadeH – “High plasticity” – alta plasticidad

GW – cascalho bem graduadoGP – cascalho mal graduadoGM – cascalho siltosoGC – cascalho argilosoSW – areia bem graduadaSP – areia mal graduadaSM – areia siltosaSC – areia argilosaML – silteOL – silte orgâncico ou argila orgânicaCH – argila gordaMH – silte elásticoOH - silte orgânico ou argila organica

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Carlos Palha, 2008

Classificação de solos para propósitos de engenharia(Classificação Unificada de Solos)



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Carlos Palha, 2008

Classificação de solos para propósitos de engenharia(Classificação Unificada Revista de Solos)

Tabela completa

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Carlos Palha, 2008

Compactação de solos

Solo solto(Baixa capacidade de suporte)

Solo compactado(Melhoria da capacidade de suporte)

A compactação é um processo mecânico que por acção de cargas repetidas, conduz a uma diminuição de volume de uma dada massa de solo.

Ar

Sólido

Água

Sólido

ÁguaAr



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Carlos Palha, 2008

Métodos de ensaio para determinação do teor em água óptimo e da baridade seca máxima em solos EN 13286-1

Compactação de solos

Máxima dimensão de 80 mmMenos de 12% passados no peneiro 0.063 mm

Mesa vibradora

90 a 100% passados no peneiro 20 mm70 a 100% passados no peneiro 40 mm

Martelo vibrador

Máxima dimensão de 31.5 mmVibrocompressão com parâmetros controlados

75 a 100% passados no peneiro 63 mmMolde de 250 mmMartelo 15kg

75 a 100% passados no peneiro 31.5mmMolde de 150 mm

Máxima dimensão de 16 mmMolde de 100 mm

Martelo 4.5 kg

75 a 100% passados no peneiro 31.5mmMolde de 150 mm

Máxima dimensão de 16 mmMolde de 100 mm

Martelo 2.5 kg

Compactação Proctor

Tamanho do agregadoTipo de Ensaio

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Carlos Palha, 2008

Resumo das características para o ensaio de Proctor e Proctor Modificado

Compactação de solos – Ensaio de Proctor EN 13286-2

985625--Número de pancadas por camada

355--Número de camadas

600457457mmh2Altura de queda

1255050mmd2Diâmetro da base do martelo

154.54.5kgmRMassa do martelo

ProctorModificado

225625--Número de pancadas por camada

333--Número de camadas

600305305mmh2Altura de queda

1255050mmd2Diâmetro da base do martelo

152.52.5kgmRMassa do martelo

Proctor

CBA

Molde do ProctorUnidad

esiglaCaracterísticas do ensaioTipo de ensaio



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Carlos Palha, 2008

Curva de compactação, relação da baridade seca com o teor em água

Compactação de solos – Ensaio de Proctor EN 13286-2

1 – Baridade seca máxima (ρdmax)2 – Curva de compactação3 – Curva de sarturação para o G do material4 – Teor em água óptimo (Wopt)

)100()100(

wd +×

=ρρ

ρd (Mg/m3)

W (%)

ρdmax

Wopt

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Carlos Palha, 2008

Ensaio de Proctor EN 13286-2



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Carlos Palha, 2008

Avaliação da capacidade de suporte dos solosCalifornia Bearing Ratio (CBR) - EN 13286-47

Força aplicada1.27mm/min

Pistão com Ø 50 mm

Moldenormalizado

Amostra

Anéis decarga

Deflectómetro ou transdutor de deslocamento

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Carlos Palha, 2008

Avaliação da capacidade de suporte dos solos (CBR) - EN 13286-47

Imediato Embebido In situ



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Carlos Palha, 2008

Avaliação da capacidade de suporte dos solosCalifornia Bearing Ratio (CBR) - EN 13286-47

29.1205.85

23.813.23.152.5

CBR(%)

Força Standard(kN)

Força(kN)

Penetração(mm)

1002.13)(5.2

5.2 ×=kNFCBR mm

mm

10020

)(55 ×=

kNFCBR mmmm

Q – Origem corrigidaS – Ponto de inflexãoQST – Curva de ensaio corrigida

Irregularidades da superfície/Equipamento

de ensaio

Esf = 10 x CBR – ShellEsf = 17,6 x CBR0,64 – PowellEsb = k Esf (k = 0,2 x hg0,45 )

Exemplo de cálculo do valor de CBR

Expressões para o cálculo dos módulos de deformabilidade em camadas granulares

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Carlos Palha, 2008

Controlo de compactações

Métodos de determinação do Teor em água

- Ensaios de laboratório- método da estufa

- Ensaios de campo- Método do speedy- Método do álcool- Método radioactivo

Métodos de determinação da baridade seca

- Ensaios de campo- Garrafa de areia- Método do balão- Método radioactivo (Gamadensímetro)

- Ensaio macro



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Carlos Palha, 2008

Controlo de compactações – Determinação do teor em água

Speedy – Carbureto de Cálcio (ASTM D4944)

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Carlos Palha, 2008

Controlo de compactações – Determinação da baridade seca

Garrafa de areia (E 204)

TORNEIRA



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Carlos Palha, 2008


Garrafa de areia (E 204)

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Carlos Palha, 2008


Volumímetro (ASTM D2167)



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Carlos Palha, 2008


Volumímetro (ASTM D2167)

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Carlos Palha, 2008

Controlo de compactações – Determinação da baridade húmida, baridade seca, teor em água e grau de compactação

Método Nuclear – Gamadensímetro (ASTM D2922)

Ensaio Nuclear

Receptor

Transmissão indirectaDisplay Display

Transmissão directa

Emissor Emissor

Receptor



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Carlos Palha, 2008


GC = 98% GC = 105%

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Carlos Palha, 2008


Ensaio macro (ASTM D4914)



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Carlos Palha, 2008

Controlo de compactações/Capacidade de carga – Ensaio de carga com placa (AFNOR NF 94-117-1 2000)

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Carlos Palha, 2008

Controlo de compactações/Capacidade de carga – Ensaio de carga com placa (AFNOR NF 94-117-1 2000)

1º Carregamento

2ºCarr

egam

ento Determinação do

módulo de deformabilidade



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Carlos Palha, 2008

Controlo de compactações/Capacidade de cargaGeogauge (ASTM D6758)

Vibrador

BateriasBaterias

Sensores

SoloCaracterísticas:- Módulo de deformabilidade da camada – 26 a 610 MPa- Rigidez da camada – 3 a 70 MN/m- Profundidade de medições – 230 a 310 mm- Tempo de medição – 75 segundos- Funciona a baterias recarregáveis

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Carlos Palha, 2008

Controlo de compactações – Light Falling Weight Deflectometer (LFWD)



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Carlos Palha, 2008

Controlo de compactações/Capacidade de carga – PORTANCEMETREPrincípio de funcionamento Exemplo de resultados

Massa suspensa

Roda de açoMassa vibrante

Vídeo

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Carlos Palha, 2008

Ensaio de corte directo – Caixa de corte (ASTM D3080)

Limitações:Dificuldade ou impossibilidadede controlar a drenagem, especialmente em solos finos.Plano de corte imposto, podenão ser o mais fraco.Área de corte não é constante



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Carlos Palha, 2008

Ensaio de corte directo – Caixa de corte (ASTM D3080)Tensão - Deslocamento

tensão normaltensão normaltensão normal

Tens

ão d

e co

rte

Deslocamento horizontal (in)

Deslocamento horizontal (in)

Tens

ão d

e co

rte

horiz

onta

l

tensão normal

tensão normaltensão normal

Tensão normal

Tens

ão d

e co

rte

Areias: c=0 Ø ≈ 45º

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Carlos Palha, 2008

Ensaio de corte directo – Caixa de corte (ASTM D3080)



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Carlos Palha, 2008

Tipos de trajectórias de tensões para ensaios triaxiais

2hvp σσ +

=2

hvq σσ −=

σv

σhσh

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Carlos Palha, 2008

Consolidação de solos - Ensaio edométrico (ASTM D2435)

Amostra indeformada

Pedra porosa

Pedra porosa

Deflectómetro

Carga aplicada

Anel rígido(impede deformações laterais)

Construção de Casagrande para determinação da tensão de pré-consolidação (σ’p)

Metodologia:1- Encontrar ponto de menor curvatura (O)2-Traçar uma tangente a este ponto (B)3-Traçar uma horizontal a esse ponto (C)4-Traçar a bissectriz entre as duas rectas anteriores (D)5-Prolongar a parte recta da curva de consolidação ate intersectar a bissectriz6-a abcissa deste ponto corresponde à tensão de pré-consolidação

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