Pontifícia Universidade Católica de Goiás Índices Físico Geotecnia I Disciplina: Geotecnia 1 Prof.: João Guilherme Rassi Almeida

O ESTADO DO SOLOS Índices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de três fases: Partículas sólidas; Água; Ar Comportamento do solo – F(quantidade relativa de cada fase) Geotecnia I Evaporação e pluviosidade = reduz ou aumenta a quantidade de água Compressão = reduz os vazios do solo, expulsando água e ar Menor volume de vazios – aumenta a resistencia

O ESTADO DO SOLOS TEOR DE UMIDADE (w): dependem do tipo de solo; dado em %; variam de 10 a 40%* * Solos orgânicos (w > 150%) Geotecnia I - Ps = Peso dos sólidos - Explicar a determinação em laboratório

ÍNDICES FÍSICOS ÍNDICE DE VAZIOS (e): adimensional; varia de 0,5 a 1,5; argila orgânica (e > 3); não é obtido, mas sim calculado; não pode ser zero. POROSIDADE (n): relação entre volume de vazios e volume total unidade em (%); varia de 30 a 70%; não pode ser 0 nem maior que 100%. Geotecnia I Vs = volume de sólidos Ex.: e>3 (volume de água é 3 x o de sólidos)

ÍNDICES FÍSICOS GRAU DE SATURAÇÃO (S ou Sr): unidade em (%); varia de 0 a 100%. PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS OU SÓLIDOS (γS): unidade em (kN/m³); varia de 24 a 30 kN/m³; determinado em Laboratório PESO ESPECÍFICO DA ÁGUA (γw): função da temperatura; valor adotado de 10 kN/m³. Geotecnia I Ys = baixa variação entre os solos (argilas lateríticas são mais pesadas; presença de Fe) Yw = ensaio de sedimentação (curva de calibração em função da temperatura)

ÍNDICES FÍSICOS PESO ESPECÍFICO NATURAL (γn): unidade em (kN/m³); varia de 17 a 21 kN/m³; exceção argilas moles com 14 kN/m³; obtido em Laboratório (volume conhecido ou balança hidrostática) PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (γd): varia de 13 a 19 kN/m³; exceção argilas moles com 4 kN/m³. PESO ESPECÍFICO SATURADO (γsat): da ordem de 20 kN/m³. Geotecnia I Yn = chamado também de somente peso específico Yn = peso total / volume total ARGILA MOLE = típica do litoral / deposição recente / BAIXA resistência / compressível / matéria orgânica (cor escura e cheiro característico) Yd e Ysat = solo totalmente seco ou úmido (hipótese) e sem variação de volume

ÍNDICES FÍSICOS PESO ESPECÍFICO SUBMERSO (γsub): unidade em (kN/m³); cálculos de tensões efetivas; da ordem de 10 kN/m³. RELAÇÃO ENTRE OS ÍNDICES Apenas três dos índices apresentados são obtidos diretamente em laboratório: w, γs e γn . Os demais são calculados por correlações (equações). Geotecnia I

ÍNDICES FÍSICOS Vs = 1 Vv = e Vw = S.e Geotecnia I

ÍNDICES FÍSICOS RELAÇÕES DIRETAS: EQUAÇÕES DEDUZIDAS: Geotecnia I

ÍNDICES FÍSICOS VALORES TÍPICOS Geotecnia I Loess = solto, fofo / formados em ambientes desérticos e glaciais / pouco intemperizados quimicamente / Ocorrência: China, Alemanha, EUA Till glacial = material depositado por geleiras e contendo partículas de todos os tamanhos

ÍNDICES FÍSICOS TODAS EQUAÇÕES PODEM SER ESCRITAS EM TERMOS DE MASSA ESPECÍFICA (ρ) Densidade relativa: Geotecnia I Adimensional

ÍNDICES FÍSICOS Exercício 1: O peso específico natural de um solo é 16,5 kN/m3. Sabendo que w = 15% e Gs = 2,7, determine: Peso específico seco Porosidade Grau de saturação Geotecnia I

ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu índice de vazios. para se saber o estado é necessário comparar o e com relação ao emax e emin . emax é obtido colocando-se cuidadosamente o material em um frasco, com uma queda controlada. Determina-se o peso específico e calcula-se o emax emin é obtido vibrando-se a areia dentro de um molde. Os índices de vazios máximos e mínimos dependem das características das areias. Geotecnia I Descrição da areia emin emax Areia uniforme de grãos angulares 0,70 1,10 Areia bem graduada de grãos angulares 0,45 0,75 Areia uniforme de grãos arredondados Areia bem graduada de grãos arredondados 0,35 0,65 - grãos angulares e mal graduados apresentam e_max.

ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE Estando as duas areias com e = 0,65. Qual areia é mais compacta? Geotecnia I COMPACIDADE RELATIVA Maior o CR; mais compacta é a areia CR_A = 0,83 CR_B = 0,166

ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE Quanto maior o CR, mais compacta é a areia. CLASSIFICAÇÃO CR Areia fofa abaixo de 0,33 Areia de compacidade média entre 0,33 e 0,66 Areia compacta acima de 0,66 Geotecnia I Areia compacta: maior resistência; deformabilidade

ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE Exercício 2: No campo obteve-se que um solo arenoso foi compactado numa massa específica úmida de 1.720 g/cm3 e num teor de umidade de 9,0%. Em laboratório, determinou-se que Gs = 2,66, emax = 0,82 e emin = 0,42. Pede-se para determinar sua compacidade relativa quando compactado. Geotecnia I Tem-se o gama n ; acha-se o gama d; calcula-se o e ; e joga na eqç. De compacidade relativa. - Ro_w = 1 g/cm³ - DR = 0,33

ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA Manuseio: Areia se desfaz ≠ Argila consistência Característica relacionada a firmeza, aderência e resistência. A resistência das argilas é expressa por meio do ensaio de compressão simples, devido a isso tem-se: CONSISTÊNCIA RESISTÊNCIA, EM kPa Muito mole <25 Mole 25 a 50 Média 50 a 100 Rija 100 a 200 Muito rija 200 a 400 Dura >400 Geotecnia I Ensaio de compressão simples (não confinado): ruptura de um CP (geralmente cilíndrico) Arranjo entre os grãos; Índice de vazios.

ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA SENSITIVIDADE DA ARGILA Solos Sedimentares (arranjo estrutural das partículas) Solo Residual (características da rocha mãe; ou sais depositados entre as partículas, causando efeito cimentante em solos lateríticos) Resistencia da argila natural (Ri) > Resistência de argila amolgada (Ra) e_i = e_A Geotecnia I CP Amolgado = CP moldado (rompe-se a estrutura do solo e molda-o) Maior a sensitividade; menor resistência amolgada Resistência medida pelo ensaio de compressão simples

ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA SENSITIVIDADE DA ARGILA SENSITIVIDADE CLASSIFICAÇÃO 1 Insensitiva 1 a 2 Baixa sensitividade 2 a 4 Média sensitividade 4 a 8 Sensitiva >8 Ultra-sensitiva (quick clay) Geotecnia I Indica que se argila vier a sofrer uma ruptura, sua resistência após esta ocorrência é bem menor. Baixada Santista → natural aterro de 1,5m → amolgada 0,5m - Maior a sensitividade; menor resistência amolgada

ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA Índice de consistência Estado em f(e) → f (w) Da mesma forma que o e, por si só das areias não diz nada, o teor de umidade, por si só, não indica o estado das argilas. (Limites de consistência) Comportamento Semelhante: Argila A (wL = 80) Argila B (wL = 50) Geotecnia I wp w wL Indica a posição relativa da umidade aos limites de mudança de estado. Argila B wp w wL Argila A w = wL ; IC = 0 w < wP ; IC > 1

ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA Mole < 0,5 Média 0,5 a 0,75 Rija 0,75 a 1,0 Dura > 1,0 Exercício 3: Com os dados de uma argila apresentados a seguir, determine seu índice de consistência e sua sensitividade: wnatural = 50%; wL = 60%; wP = 35%; Rnatural = 82 kPa; Ramolgado = 28 kPa. Geotecnia I

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Para projetos de engenharia, deve ser feito um reconhecimento dos solos: Identificação; Avaliação do estado; Amostragem (ensaios de lab.) SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO (NBR-6484) A sondagem consiste em dois tipo de operação: PERFURAÇÃO E AMOSTRAGEM. PERFURAÇÃO ACIMA DO NÍVEL D’ÁGUA Furos com trado (10cm de diâmetro); Esforço da penetração dá ideia da consistência ou compacidade do solo; - Utiliza-se tubo de revestimento para amostragem. Geotecnia I

Surgimento de água no interior da perfuração PROSPECÇÃO DO SUBSOLO DETERMINAÇÃO DO NÍVEL D’ÁGUA Surgimento de água no interior da perfuração Registra-se a cota do N.A Ocorre elevação do N.A. → água sob pressão → nova cota Diferença de cota = pressão de água (ocorre geralmente em areias recobertas por argila, ou camadas de argila) Pressões influenciam na estabilidade de escavações Nivel de água varia durante o ano Geotecnia I

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO PERFURAÇÃO ABAIXO DO N.A: Atingido o N.A a perfuração pode continuar com a técnica de circulação de água (percussão e lavagem); Uma bomba d’água injeta água na extremidade do tubo, através de uma haste; A água sai sobre pressão; Metro em metro ou com alteração do solo, recolhe-se amostra para identificação Perf. Lavagem + rápida que por trado (acima alteraria as condições de umidade) Geotecnia I Percussão – batidas Lavagem – por bomba d’água

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO AMOSTRAGEM Na sondagem com amostrador padrão, utiliza-se um tubo com 50,8 mm de diâmetro externo e 34,9 mm de diâmetro interno, com extremidade cortante biselada. Geotecnia I

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO AMOSTRAGEM Geotecnia I - Coleta de amostra de metro em metro. - Exame tátil-visual

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO AMOSTRAGEM Escavação do 1° metro (trado); Cravação (1,00-1,45m): - Contagem de golpes para 15cm. Fase de avanço (1,45-2,00m): Geotecnia I Sondagem por PERCURSÃO Martelo = 65kg; 75 cm de queda livre; alteamento manual ou mecânico; penetração de 45cm.

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Resitência do solo à penetração do amostrador RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard Penetration Test) – NBR 6484/97 Resitência do solo à penetração do amostrador Nº golpes  cravar cada trecho de 15 cm do amostrador; Primeiros 15cm  desprezado Resistência à penetração  Nº de golpes para cravar 30cm; Resistência a penetração = N SPT (relação direta com o estado do solo) Solo Frágil (1 golpe penetra > 45 cm)  Ex.: 1 golpe / 58cm Geotecnia I - No caso do primeiro golpe ultrapassar os 45 cm; a NSPT= nº de golpes / prof. (cm) ; NSPT = 1/58 cm

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO A cravação é interrompida antes dos 45cm quando: RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard Penetration Test) – NBR 6484/97 A cravação é interrompida antes dos 45cm quando: em qualquer dos 3 segmentos de 15cm, o n° de golpes ultrapassar 30; um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda cravação (impenetrável ao SPT); não se observar cravação durante 5 golpes consecutivos. Geotecnia I

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Critérios de parada: RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard Penetration Test) – NBR 6484/97 Critérios de parada: quando, em 3m sucessivos, se obtiver 30 golpes para penetração dos 15 cm iniciais; quando, em 4m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 30cm iniciais; quando, em 5m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos 45cm. Geotecnia I

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard Penetration Test) Resistência à penetração (NSPT) Compacidade da areia 0 a 4 Muito fofa 5 a 8 Fofa 9 a 18 Compacidade média 18 a 40 Compacta Acima de 40 Muito compacta Geotecnia I Resistência à penetração (NSPT) Consistência da argila < 2 Muito mole 3 a 5 Mole 6 a 10 Consistência média 11 a 19 Rija >19 Dura

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO SPT – NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS FUROS – NBR 8036/86 2 (duas) para área da projeção em planta do edifício até 200m² 3 (três) para área de projeção entre 200m² e 400m² Geotecnia I

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Número de Sondagens (NBR 8036/83) NBR 8036/83 – Programação de Sondagens de Simples Reconhecimento dos Solos para Fundações de Edifícios. Área da Projeção do Edifício em Planta Número de Sondagens Até 1200m² 1 para cada 200m² De 1200 a 2400m² 1 para cada 400m² que excederem 1200m² Acima de 2400m² Plano particular da obra Geotecnia I

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO SPT – NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS FUROS - NBR 8036/86 PROFUNDIDADE DOS FUROS: deve considerar a profundidade provável das fundações e do bulbo de tensões gerados pela fundação prevista e as condições geológicas locais. VANTAGENS DO SPT: - Custo relativamente baixo; Facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso; Permite obter perfil estatigráfico do local e coleta amostras; Fornece o índice de resistência a penetração; Possibilita determinar o NSPT Geotecnia I

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Perfil de Sondagem Geotecnia I Qual é o numero do SPT?

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Perfil de Sondagem Geotecnia I Até aonde ensaio realizado a percursão? Aonde começa a lavagem com bomba dágua?

PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Normas Referentes: NBR 9603/1986 – Sondagem a trado NBR 6484/2001 - Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio NBR 8036/1983 - Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios Geotecnia I Até aonde ensaio realizado a percursão? Aonde começa a lavagem com bomba dágua?

OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Determinam parâmetros mais confiáveis que o SPT, mas não permitem coleta de amostras e são onerosos. CPT (Cone Penetration Test); Ensaio Pressiométrico (PMT); Sondagem rotativa (rocha); Dilatômetro de Marchetti (DMT) Ensaio de palheta (Vane Test). Geotecnia I - 2012 CPT e PMT  equipamento que aplica tensão no solo (sem rotatividade) Ensaio de Palheta  solos moles

OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO CPT (Cone Penetration Test) Geotecnia I - Medição da poropressão

OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO SONDAGEM ROTATIVA Geotecnia I

OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Dilatômetro de Marchetti (DMT) Geotecnia I

OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO SUBSOLO Ensaio de palheta (Vane Test). Geotecnia I