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Mecânica dos SolosMecânica dos Solos

GranulometriaGranulometria dos Solosdos Solos

Prof. Eng. Prof. Eng. RinaldoRinaldo PinheiroPinheiro

GranulometriaGranulometria dos Solosdos Solos

SOLO SOLO ⇒⇒ material constitumaterial constituíído de elementos minerais e orgânicos. do de elementos minerais e orgânicos.

O SOLO:O SOLO: ÉÉ UM SISTEMAUM SISTEMATRIFTRIFÁÁSICO ONDE ASICO ONDE AFASE SFASE SÓÓLIDALIDA ÉÉ UMUMCONJUNTO DISCRETOCONJUNTO DISCRETODE PARTDE PARTÍÍCULAS CULAS

MINERAIS DISPOSTAS AMINERAIS DISPOSTAS AFORMAREM UMAFORMAREM UMAESTRUTURA POROSA ESTRUTURA POROSA

QUE CONTERQUE CONTERÁÁ OSOSELEMENTOS ELEMENTOS

CONSTITUINTES DASCONSTITUINTES DASFASES LFASES LÍÍQUIDA EQUIDA EGASOSA.GASOSA.

Fase sFase sóólida lida –– areias e argilasareias e argilas

GranulometriaGranulometria dos Solosdos Solos

Fase sFase sóólida possuem partlida possuem partíículas de: culas de:

►► Diferentes tamanhosDiferentes tamanhos►► Diferentes proporDiferentes proporççõesões

DistribuiDistribuiçção granulomão granuloméétrica objetiva determinar:trica objetiva determinar:

►► Tamanho das partTamanho das partíículasculas►► Porcentagem de ocorrência das partPorcentagem de ocorrência das partíículasculas

PartPartíículas não são esfculas não são esfééricas ricas –– mas utilizamas utiliza--se o se o diâmetro equivalente diâmetro equivalente parapararepresentrepresentáá--lolo

Para os Para os materiais granulares materiais granulares ou fraou fraçção grossa do solo, o diâmetro equivalenteão grossa do solo, o diâmetro equivalenteserseráá igual ao diâmetro da menor esfera que circunscreve a partigual ao diâmetro da menor esfera que circunscreve a partíícula, enquantocula, enquantoque para a que para a frafraçção fina ão fina este diâmetro este diâmetro éé o calculado atravo calculado atravéés da lei de Stokess da lei de Stokes

►► A distribuiA distribuiçção granulomão granuloméétrica dos materiais granulares, areias e pedregulhos, trica dos materiais granulares, areias e pedregulhos, serseráá obtida atravobtida atravéés do s do processo de peneiramentoprocesso de peneiramento de uma amostra seca de uma amostra seca em estufa. em estufa.

►► SiltesSiltes e argilas se utiliza e argilas se utiliza àà sedimentasedimentaççãoão dos sdos sóólidos no meio llidos no meio lííquidoquido

Curva Granulométrica - ABNT - NBR NM248

Silte Areia Fina Areia Média Areia Grossa PedregulhoArgila0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1000,001 0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

Ret

ida

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

Pas

sant

e

ClassificaClassificaçção dos solos ão dos solos –– critcritéérios granulomrios granuloméétricos tricos

Bloco de rocha – Fragmentos de rocha transportados ou não, com diâmetro superior a 1,0 m.

Matacão – fragmento de rocha transportado ou não, comumente arredondado por intemperismo ou abrasão, com uma dimensão compreendida entre 200 mm e 1,0 m.

Pedregulho – solos formados por minerais ou partículas de rocha, com diâmetro compreendido entre 2,0 e 60,0 mm. Quando arredondados ou semi-arredondados, são denominados cascalhos ou seixos.

- pedregulho fino – (2 a 6 mm) - pedregulho médio (6 a 20 mm) - pedregulho grosso (20 a 60 mm).

Areia – solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm.

- areia fina (0,06 mm a 0,2 mm)- areia média (0,2 mm a 0,6 mm)- areia grossa (0,6 mm a 2,0 mm).

ClassificaClassificaçção dos solos ão dos solos –– critcritéérios granulomrios granuloméétricos tricos

Silte – solo que apresenta baixo ou nenhuma plasticidade, baixa resistência quando seco ao ar. Suas propriedades dominantes são devidas à parte constituída pela fração silte.

- silte (0,002 mm e 0,06 mm).

Argila – solo caracterizado pela sua plasticidade, textura e consistência em seu estado e umidade naturais.

- argila (< 0,002mm)

Escalas granulomEscalas granuloméétricastricas

AnAnáálise granulomlise granuloméétricatrica

O ensaio está normalizado pela ABNT/NBR 7181/82.

• Materiais granulares, areias e pedregulhos, a distribuição granulométrica seráobtida pelo processo de peneiramento de uma amostra de solo.

• Materiais finos, siltes e argilas se utiliza o processo de sedimentação.

• Para solos, que tem partículas tanto na fração grossa quanto na fração fina se torna necessário à análise granulométrica conjunta.

Processo de peneiramento

• A separação dos sólidos, de um solo, em diversas frações.

• É adotado para partículas com diâmetros maiores que 0,075mm (#200). Para tal, utiliza-se uma série de peneiras de abertura de malhas conhecidas, determinando-se a percentagem em peso retida ou passante em cada peneira.

- peneiramento grosso, partículas maiores que 2 mm (#10) - peneiramento fino, partículas menores que 2mm.

SSéérie de peneiras de malhas conhecidasrie de peneiras de malhas conhecidasCurva Granulométrica - ABNT - NBR NM248

Silte Areia Fina Areia Média Areia Grossa Pedregulho0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1000,01 0,1 1 10 100

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

Ret

ida

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

Pas

sant

e

Processo de sedimentaProcesso de sedimentaççãoão

Para os solos finos, Para os solos finos, siltessiltes e argilas, com parte argilas, com partíículas culas menores que 0,075mm (#200),menores que 0,075mm (#200),o co cáálculo dos diâmetros equivalentes serlculo dos diâmetros equivalentes seráá feito a partir dos resultados obtidos feito a partir dos resultados obtidos durante a sedimentadurante a sedimentaçção de certa quantidade de são de certa quantidade de sóólidos em um meio llidos em um meio lííquido.quido.

A base teA base teóórica para o crica para o cáálculo do diâmetro equivalente vem da lculo do diâmetro equivalente vem da lei de Stokeslei de Stokes, que, queafirma que a velocidade de queda de uma partafirma que a velocidade de queda de uma partíícula esfcula esféérica, de peso especrica, de peso especííficoficoconhecido, em um meio lconhecido, em um meio lííquido rapidamente atinge um valor constante que quido rapidamente atinge um valor constante que ééproporcional ao quadrado do diâmetro da partproporcional ao quadrado do diâmetro da partíícula. cula.

v = (v = (γγs s -- γγw ) / (1800 . w ) / (1800 . µµ ) * ) * DD22

v = velocidade de quedav = velocidade de quedaγγs = peso especs = peso especíífico real dos grãos fico real dos grãos -- g/cmg/cm33

γγw = peso especw = peso especíífico do flufico do fluíído do -- g/cmg/cm33

µµ = viscosidade da = viscosidade da áágua gua -- g . s/ g . s/ cmcm22

D = diâmetro equivalente (mm)D = diâmetro equivalente (mm)

Ensaio de sedimentação

Esquema do ensaio de sedimentaEsquema do ensaio de sedimentaççãoão

tzD

ws

×−

=γγµ.1800

Z

1,00

1,01

1,02

1,03

1,04

Curva calibração

1,01    1,02   1,03   1,04

Z

Leitura (L)

( ) NWvD wL

sws

stZ ×−××

−=< γγ

γγγ%

Quanto Quanto àà textura os solos são classificados em grossos e finos. os solos são classificados em grossos e finos.

Os Os solos grossos solos grossos (areias e os pedregulhos) são aqueles nos quais mais do que(areias e os pedregulhos) são aqueles nos quais mais do que50% dos grãos são vis50% dos grãos são visííveis a olho nu.veis a olho nu.Os Os solos finos solos finos (argilas e os (argilas e os siltessiltes) são aqueles nos quais mais do que 50 % das ) são aqueles nos quais mais do que 50 % das partpartíículas são de tal dimensão, que não são visculas são de tal dimensão, que não são visííveis a olho nu. veis a olho nu.

A experiência indica que a textura A experiência indica que a textura éé muito importante nos solos grossos muito importante nos solos grossos (granulares). Nestes solos a (granulares). Nestes solos a granulometriagranulometria pode revelar o comportamento pode revelar o comportamento referente referente ààs propriedades fs propriedades fíísicas do material.sicas do material.

Para solos com grãos menores que a abertura da peneira de nPara solos com grãos menores que a abertura da peneira de nºº 200 (0,075mm), a200 (0,075mm), agranulomgranuloméétrica trica éé de pouca importância.de pouca importância.

Em funEm funçção da distribuião da distribuiçção granulomão granuloméétrica os solos podem ser: trica os solos podem ser: -- Mal graduados Mal graduados -- solos que tem seus grãos variando, preponderantemente, solos que tem seus grãos variando, preponderantemente,

dentro de pequenos intervalosdentro de pequenos intervalos-- Bem graduados Bem graduados -- solos que tem vsolos que tem váárias frarias fraçções de diâmetro diferentes ões de diâmetro diferentes

misturadasmisturadas

Propriedades que auxiliam a identificaPropriedades que auxiliam a identificaçção do soloão do solo

Parâmetros da curva granulomParâmetros da curva granuloméétricatrica

10

60

DDCu =

( )1060

230

DDDCC

•=

10D

Diâmetro efetivo (D10):

Coeficiente de curvatura (Cc):

Coeficiente de uniformidade (Cu)

Curvas granulomCurvas granuloméétricastricas

Curvas granulomCurvas granuloméétricas tricas –– materiais da região de Santa Mariamateriais da região de Santa Maria

Curva Granulométrica - ABNT - NBR NM248

1

2

3

6

7 89

Silte Areia Fina Areia Média Areia Grossa PedregulhoArgila0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1000,001 0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

Ret

ida

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

Pas

sant

e

1) argila siltosa de alta plasticidade, leito do Arroio Cadena - Vila Oliveira - Santa Maria.(2) argila siltosa de alta plasticidade, Distrito de Pains – Santa Maria.(3) argila siltosa medianamente plástica, várzea do Rio Vacacaí-Mirim – Santa Maria.(4) argila siltosa com areia, Aterro Sanitário –Restinga Seca.(5) solo residual “Chumbinho” – Restinga seca.(6) areia fina a média, margem do Arroio Cadena – Vila Lídia – Santa Maria.(7) areia média, margem do Arroio Cadena –Vila Oliveira – Santa Maria.(8) areia média a grossa, Rio Verde – Santa Maria.(9) areia grossa, Rio Verde – Santa Maria.

Propriedades que auxiliam a identificaPropriedades que auxiliam a identificaçção do soloão do solo

Compacidade

É a característica da maior ou menor densidade (compactação) dos solos granulares (não coesivos).

Os solos não coesivos são as areias e pedregulhos, e quantitativamente a compacidade ou densidade relativa é determinada pelo grau de compacidade através da expressão:

e - ee - e

GCmínmáx

natmáx=

Determina-se o índice de vazios máximo vertendo-se simplesmente o material seco em um recepiente de volume conhecido e pesando-se (ABNT/NBR 12004/90)

Obtém-se o índice de vazios mínimo, compactando-se o material por vibração ou por socamento dentro de um recipiente de volume V (ABNT/NBR12051/91).

CompacidadeCompacidade

Designação

Índice de resistência àpenetração N (SPT)

Fofo ≤ 4

Pouco compacto

5 a 8

Medianamente compacto 9 a 18

Compacto 18 a 40

Muito compacto > 40

ABNT/NBR 7250/82- Solos arenosos

Em funEm funçção do grau de ão do grau de compacidade classificamcompacidade classificam--se as se as areias em:areias em:

Fofa (solta)Fofa (solta)0 < GC < 1/30 < GC < 1/3

Medianamente compactaMedianamente compacta1/3 < GC < 2/31/3 < GC < 2/3

CompactaCompacta2/3 < GC < 12/3 < GC < 1

Propriedades que auxiliam a identificaPropriedades que auxiliam a identificaçção do soloão do solo

Forma dos grãos

Quanto à forma, as partículas dos materiais granulares, pedregulhos e areias, se aproximam de uma esfera.

A caracterização do seu tamanho através de uma medida linear.

Forma de sua superfície: angular, subangular, subarredondado, arredon-dado e bem arredondado.

Propriedades que auxiliam a identificaPropriedades que auxiliam a identificaçção do soloão do solo

Forma dos grãos

A forma mais comum, das partículas dos argilo-minerais formadores dos solos argilosos é a laminar onde predominam duas dimensões, largura e comprimento, sobre a espessura..