Geotecnia Ambiental - Classificação dos Solos - Análise Granulométrica e Textura

23042025 Profa 1 GEOTECNIA AMBIENTAL Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Curitiba Classificação dos Solos Os grãos dos solos achamse reunidos de modo a se tocarem entre si deixando espaços vazios poros preenchidos por água ou ar Três fases constiuintes dos solos sólida líquida e gasosa Textura tamanho relativo dos grãos medida granulometria Estudo da textura dos solos análise granulométrica Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Dynapac 2022 Leão 2020 Splabor 2022 Classificação dos Solos Textura Estudo da textura dos solos análise granulométrica por peneiramento peneiras padronizadas com vários tamanhos de aberturas ABNT NBR 71812016 areias e pedregulhos grãos maiores que 0075 mm Argilas e siltes grãos menores que 0075 mm peneira no 200 empregase o método de sedimentação solo em água com antifloculante a fim de obter uma suspensão fina ABNT NBR 71812016 As partículas caírão sob a ação da gravidade com velocidade uniforme proporcional à massa e dependente da forma das partículas Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR 1 2 3 4 23042025 Profa 3 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Granulometria Padronização pela ABNT NBR 71812016 a maneira mais prática de representar o resultado de análises granulométricas é pelo gráfico semilogarítmico Finura do solo se obtém no diâmetro efetivo e correspondente ao ponto que passa 10 dos grãos condutividade hidráulica e drenagem 10 Coeficiente de não uniformidade CNU 60 10 quanto maior o CNU menos uniforme é o solo mais bem graduado relação com deformação e resistência dos solos Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR 9 10 11 12 23042025 Profa 4 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Granulometria Coeficiente de curvatura CC 30 2 60 10 Cc está entre 1 e 3 material é bem graduado Cc menor que 1 curva tende a ser descontínua Cc maior que 3 a curva tende a ser muito uniforme na sua parte central Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Classificação ABNT 71822016 Faixa de diâmetro das partículas tabela Coeficiente de não uniformidade CNU 60 10 quanto CNU menos uniforme é o solo Coeficiente de curvatura CC 30 2 60 10 Cc está entre 1 e 3 material é bem graduado Cc menor que 1 curva tende a ser descontínua Cc maior que 3 a curva tende a ser muito uniforme na sua parte central Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Pedregulho arenoso Pinheiro 2013 13 14 15 16 23042025 Profa 5 Física dos solos Estrutura Chamase estrutura de um solo o arranjo ou configuração das partículas do solo entre si Areia de grão esférico e diâmetro uniforme o arranjo dos seus grãos só poderá variar entre a estrutura fofa e a compacta tipos mais simples das estruturas granulares Areia constituída por grãos de diversos diâmetros estrutura simples mas com vários arranjos Argilas os arranjos são bem mais variados e complexos Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Física dos solos Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Física dos solos Estrutura Partículas argilosas em suspensão elas estão sob a ação da gravidade sedimentando lentamente Partículas de argila em água pura carregadas negativamente entorno dela se forma uma coroa de cátions Na e Ca próximos às partículas esses cátions são adsorvidos e longe delas circulam livremente Dupla camada elétrica força de atração e repulsão Forças repulsivas até certas distâncias e atrativas além dessas dispersas repulsiva ou floculação atrativa Potencial ativorepulsive influenciado pela concentração iônica da água Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg Os solos arenosos são perfeitamente identificáveis por meio de suas curvas granulométricas areias ou pedregulhos de iguais curvas granulométricas comportamse na prática de maneira semelhante Em solos finos maioria dos grãos com diâmetro inferior a 001 mm o conhecimento da curva granulométrica não é suficiente para prever o comportamento na prática siltes argilas e solos argilosos de mesma curva granulométrica podem ter comportamentos diferentes Solos finos além do tamanho a forma do grão interfere A forma do grão argiloso depende do sistema em que se cristalizam seus microcristais e portanto da espécie do argilomineral a que pertencem Pedregulhos e areias grãos arredondados e angulosos sempre de forma aproximadamente esférica Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR 17 18 19 20 23042025 Profa 6 Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg Argilas grãos de minerais estrutura cristalina complexa forma lamelar escamosa filiforme ou outras ainda mais estranhas As formas dependem da estrutura cristalina que depende da espécie do mineral argila Por outro lado sendo esses grãos de espessura média muito pequena e envolvidos por água intersticial relação muito grande entre a água superficial das partículas e o seu volume os grãos estarão ligados entre si e a água por forças capilares que lhes emprestarão uma resistência intrínseca a qual é chamada coesão Solos finos coesivos as formas dos grãos sendo lamelares eles podem deslizar uns sobre os outros quando o solo é deformado pela ação de uma força externa A resistência coesão à tal deformação dependerá da umidade do solo pois a coesão sendo de natureza capilar dependerá das distâncias relativas entre as superfícies dos grãos Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg Plasticidade capacidade de certos solos serem moldados sem variação de volume A plasticidade de certas argilas existe porque a forma lamelar de seus grãos permite um deslocamento relativo das partículas sem necessidade de variação de volume dependendo sempre do teor de umidade A forma do grão depende da estrutura cristalina que por sua vez depende da espécie mineral que dará uma plasticidade à essa argila mas também dependerá do teor de umidade dessa argila Caulinitas os grãos geralmente tem forma de placas hexagonais menos plásticas Montmorilonitas estruturas cristalográficas complexas grãos complexos são as mais plásticas Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg Em ambas caolinitas e montmorilonitas para haver plasticidade é preciso haver um certo teor de umidade as formas dos grãos possibilitam que as partículas deslizem umas sobre as outras desde que a água intersticial possa funcionar como uma partícula lubrificante Água em demasia partículas estarão em suspensão na água o corpo não será plástico mas um líquido viscoso exemplo lama Pouca água as forças capilares serão muito grandes e os grãos se aglutinarão entre si formando torrões quase sólidos como torrões de argila ressecada os quais não poderão ser moldados mas ao sofrerem esforços de deformação se quebrarão Uma argila extremamente seca não é moldável plasticamente adicionandose progressivamente água ela vai se tornando moldável A partir de um certo teor de umidade w1 o material se tornará plástico permitindo moldagem sem variação do seu volume se continuarmos adicionando água o corpo vai se tornando cada vez mais mole até atingir um teor de umidade w2 e passará a ser um líquido viscoso Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg h1 w1 limite de plasticidade LP h2 w2 limite de liquidez LL LC limite de contração a perda de umidade acarreta perda de volume As propriedades mecânicas do solos dependem então da granulometria da espécie mineralógica da fração argila do teor de umidade e da estrutura arranjo dos grãos Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR LL LP LC 21 22 23 24 Classificação dos Solos Textura Granulometria NBR 71812016 Peneiramento Sedimentação partículas que passam na 200 0075 mm Descrição Diâmetro das partículas Argila 2 µm Silte 2 a 60 µm Areia fina 60 a 200 µm Areia média 200 a 600 µm Areia grossa 600 a 2 mm Pedregulhos 2 mm Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR 23042025 Profa 7 Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg Processo de Atterbeg para o limite de liquidez recipiente com uma porção de solo próxima ao limite de liquidez ranhura com o polegar golpe de mão na base do recipiente a menor umidade com que se fechasse a ranhura ou a maior com que não se fechasse a ranhura seria a umidade correspondente ao limite de liquidez Casagrande padronizou o ensaio de Atterberg ABNT NBR 64592016 recipiente de cobre em concha ligado à um suporte com manivela a qual faz cair a cápsula sobre uma base padronizada Com um gabarito cortase uma ranhura na massa do solo colocada na concha Girandose a manivela o excêntrico fará com que o recipiente se eleve a uma altura constantemente igual a 1 cm e em seguida caia chocandose contra a base O esforço do choque da concha na base corresponde a um esforço de cisalhamento que leva o solo lateral à ranhura e a moverse fechandoa Anotase o número de golpes necessário para fechar a ranhura e colocase em gráfico esse número de golpes escala logarítmica contra as umidades das amostras Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg Convencionouse no ensaio de Casagrande a umidade correspondente a 25 golpes necessários para fechar a ranhura é o limite de liquidez Para se obter esse valor determinamse pelo menos três pares de valores númerodegolpes x umidade traçandose o gráfico semilogarítmico determinase por interpolação a umidade correspondente a 25 golpes Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR 25 26 27 28 Classificação dos Solos Granulometria Peneiramento várias peneiras amostra seca em estufa registar a massa retida em cada peneira nº da Peneira Abertura mm nº da Peneira Abertura mm 2 50 10 20 112 38 16 12 1 25 30 06 34 19 40 042 38 95 100 015 4 48 200 0075 Zorzan 2019 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR 23042025 Profa 8 Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg Limite de plasticidade por Atterberg cálculo do teor de umidade na qual o solo começa a fraturar quando se tenta moldar com ele um cilindro Ensaio de limite de plasticidade padronizado ABNT NBR 71802016 a moldagem deve ser feita por movimentos regulares de vai e vem dos dedos da mão sobre uma placa de vidro fosco colocada em superfície horizontal A quantidade de solo deve ser tal que dê para moldar um cilindro de 3 mm de diâmetro e aproximadamente a largura da mão Ao rolarse a amostra essa vai progressivamente perdendo umidade até chegar ao ponto em que o cilindro atingindo as dimensões indicadas começa a partirse Determinase então a umidade da amostra e essa é o limite da plasticidade Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg Segundo Atterberg a plasticidade de um solo seria definida por um índice o índice de plasticidade IP que é igual à diferença entre os limites de liquidez e o de plasticidade IP LLLP Quanto maior for IP tanto mais plástico seria o solo entretanto só o índice de plasticidade não é suficiente para julgar a plasticidade dos solos devese conhecer no mínimo dois dos índices acima definidos Propriedade índices capazes de identificar qualquer solo quanto ao seu comportamento como material de construção granulometria o limite de liquidez e o índice de plasticidade ou limite de plasticidade mas suas propriedades tecnológicas irão depender do estado que se encontram na natureza mais fofo ou mais compacto ou mais mole ou mais duro Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Acima da linha A muito plástico Abaixo da linha A pouco plástico À direita da linha B muito compressível À esquerda da linha B pouco compressível 29 30 31 32 Classificação dos Solos Granulometria Sedimentação velocidade x tamanho da partícula lei de Stokes D 1800n δδ0 z t Onde D é o diâmetro da esfera δ é o peso específico real dos grãos e δ0 o da água n é a viscosidade do líquido z é a profundidade e t é o tempo Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann 23042025 Profa 9 Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg Índice de plasticidade IP LLLP Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Plasticidade e Limites de Atterberg Índice de liquidez IL w 𝑳𝑷 IP IL 1 podem se comportar como fluidos quando amolgadas Índice de consistência IC LL w IP Consistência maior ou menor dureza em que uma argila é encontrada na natureza c 0 consistência mole 0 Ic 05 consistência plástica mole 05 Ic 075 consistência plástica média 075 Ic 1 consistência plástica rija Ic 1 consistência dura Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Sistema unificado de Classificação de Solos SUCS Unified Soil Classification System USCS ou Classificação Unificada de Casagrande normatizado pela ASTM D2487 1983 Os solos são classificados em 3 grupos e 15 classes muito utilizada para obras de terra e fundações Solos grossos mais de 50 retidos na 200 Solos finos menos de 50 retido na 200 Turfas solos altamente orgânicos fibrosos de baixa densidade e extremamente compressíveis Pt peat Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos SUCS Os solos grossos são divididos em Pedregulhos G gravel de 50 retidos na 4 Areias S sand 50 retidos na 4 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR 33 34 35 36 Classificação dos Solos Granulometria Alternativa ao ensaio de Sedimentação granulometria à laser Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR 23042025 Profa 10 Classificação dos Solos SUCS Os pedregulhos e as areias são subdivididos em 4 grupos com pouco ou sem finos de 5 passante 200 ver CNU e CC bem graduados W well graded GW SW mal graduados P pure GP SP com finos de 12 passante na 200 ver IP argiloso IP 8 C clay GC SC siltoso IP 8 M palavra sueca mo GM SM entre 5 e 12 de finos símbolo duplo Ex GWGM Pedregulho bem graduado siltoso Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos sucs Os solos finos são divididos em Argilas C clay acima da linha A no gráfico de plasticidade Casagrande Siltes M palavra suceca mo abaixo da linha A no gráfico de plasticidade Casagrande Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos sucs Limites do solo seco em estufa no gráfico de plasticidade de Casagrande Baixa compressibilidade LL 50 L low CL ML OL Alta compressibilidade LL 50 H high CH MH OH Classe intermediária LL entre 30 e 40 I intermediate CI MI OI Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos SUCS Solos orgânicos O organic abaixo da linha A cor e odor característicos Critérios para classificação SUCS ASTM 1983 juntamente com o gráfico de Plasticidade de Casagrande Classificação unificada sumarizada Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR 37 38 39 40 23042025 Profa 11 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos Solos Classificação e Identificação dos Solos Sistemas de classificação tradicionais desenvolvidos para solos de clima temperado possuem limitações e incompatibilidades quando aplicados a solos tropicais e subtropicais Classificação MCT Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos solos Exemplo 1 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR A figura abaixo apresenta a curva granulométrica de diversos solos Determine a classificação do solo pelo método SUCS considerando também os resultados da tabela a seguir Classificação dos solos Exemplo 1 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR A figura abaixo apresenta a curva granulométrica de diversos solos Determine a classificação do solo pelo método SUCS considerando também os resultados da tabela a seguir 41 42 43 44 23042025 Profa 12 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR Classificação dos solos Exemplo 1 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR A figura abaixo apresenta a curva granulométrica de diversos solos Determine a classificação do solo pelo método SUCS considerando também os resultados da tabela a seguir Física dos solos Exemplo 2 Notas de Aula Profa Dra Amanda Dalla Rosa Johann UTFPR 45 46 47