Necessidade de classificao dos solos Normalmente o solo

Necessidade de classificação dos solos § Normalmente, o solo in sittu tem de ser utilizado. – Ao contrário da grande parte dos materiais utilizados em engenharia, há pouco controlo sobre as suas propriedades. § Necessidade da determinação das propriedades do solo § Necessidade da “zonagem” das propriedades do solo => § Exigência de testes simples e baratos que forneçam uma indicação de razoável precisão das propriedades com aplicação na engenharia Armando Nunes Antão DEC/FCT/UNL

Classificação baseada em: § Características de identificação – Composição granulométrica – Limites de consistência (ou de Atterberg)

Classificação baseada nas dimensões das partículas § Classificação (em primeira aproximação) – Solos grossos » Areias e cascalhos – visíveis a olho nu – Solos finos » Siltes, argilas, solos orgânicos

Classificação baseada nas dimensões das partículas (LNEC E-219) Seixo Pedra Grosso Médio Fino Grosso Fino Médio Calhau Areia Grosso Fino Médio Argila Fracção Silte < 0, 002 Dimensão (mm) 0, 002 0, 006 0, 02 0, 06 0, 2 0, 6 20 60 > a a a a a 0, 006 0, 02 0, 06 0, 2 0, 6 20 60 150

Análise Granulométrica u Peneiração u Cuidados – para partículas de diâmetro > 0, 075 mm especiais para partículas de diâmetro entre 2 mm e 0, 075 mm Número do peneiro (ASTM) 3’’ 2’’ 1/2 1’’ 3/4” 3/8’’ 4 10 20 40 60 140 200 Dimensão (mm) 75 50 37, 5 25 19, 05 9, 5 4, 75 2 0, 85 0, 425 0, 106 0, 075 Série peneiros ASTM

Análise Granulométrica: peneiração

Curvas granulométricas: determinação § Massa de solo inicial m com peso W § Peneiração do solo através da série de peneiros § Massa de solo retida em cada peneiro mi, com peso Wi § Determinação da percentagem de material retido em cada peneiro (em termos de peso)

Curvas granulométricas (exemplo) massa inicial: 500 g peneiro Abertura (mm) Massa retida (g) 3/4" 19. 05 0 3/8" 9. 53 12 4 4. 75 22. 5 10 2 98 20 0. 85 117. 2 40 0. 425 130. 6 80 0. 15 82. 1 200 0. 075 30. 1 Resíduo = 7, 5 g % retida em cada peneiro % material retido % material passado

Curvas granulométricas (exemplo) massa inicial: 500 g peneiro Abertura (mm) Massa retida (g) % retida em cada peneiro % material retido % material passado 3/4" 19. 05 0 0 0 100 3/8" 9. 53 12 2. 4 97. 6 4 4. 75 22. 5 4. 5 6. 9 93. 1 10 2 98 19. 6 26. 5 73. 5 20 0. 85 117. 2 23. 44 49. 94 50. 06 40 0. 425 130. 6 26. 12 76. 06 23. 94 80 0. 15 82. 1 16. 42 92. 48 7. 52 200 0. 075 30. 1 6. 02 98. 5 1. 5

Curvas granulométricas (exemplo) massa inicial: 500 g

Análise Granulométrica Densímetro – para partículas de diâmetro inferior a 0, 075 mm – Análise baseada na lei de Stoke’s

Exemplo de curvas granulométricas

Interpretação da curva granulométrica § Diâmetro equivalente – Dx=y x% do material tem dimensão inferior a y (mm) § Coeficiente de uniformidade – Cu=D 60/ D 10 (granulometria extensa: Cu>4 a 6) § Coeficiente de curvatura – Cc=D 302/( D 60 D 10) (Granulometria sem descontinuidades Cc entre 1 e 3)

Limites de consistência ou limites de Atterberg § Nos materiais grosseiros as suas propriedades dependem sobretudo do sua granulometria e dos fenómenos físicos de contacto entre partículas § Nos materiais mais finos os efeitos de superfície são preponderantes Grupo mineral Superfície específica (m 2/g) Areia 0, 0005 a 0, 001 Caulinite 10 a 20 Ilite 65 a 100 Montmorilonite Até 840

Quantificação dos efeitos de superfície nos solos finos: limites de consistência § Tipos de água no solo – Adsorvida – Capilar – Livre – abaixo do nível freático

Limites de consistência § w. L: Limite de liquidez § w. P: Limite de plasticidade § w. S: Limite de retracção

Limites de liquidez; índices complementares §Índice de plasticidade Dimensão da gama de teores em água para a qual o solo se encontra em estado plástico Alguns valores típicos Solo WL (%) WP (%) IP (%) Areia - - - Silte 30 -40 20 -25 10 -15 Argila 40 -150 25 -50 15 -100

Limites de liquidez; índices complementares §Índice de liquidez §Índice de consistência Argila IC (%) Muito mole 0, 0 – 0, 25 Mole 0, 25 – 0, 50 Média 0, 50 – 0, 75 Dura, Muito dura e rija >0, 75

Limites de liquidez; índices complementares §Actividade da argila AC (%) Muito activa > 1, 25 Normal 0, 75 a 1, 25 Pouco activa < 0, 75

Classificação de solos § Tipo e dimensões – Dimensão – Forma, textura, cor – Composição minerológica, estrutura do solo § Origem (sedimentares e residuais) – Aluviões, coluviões, aterros, etc § Aplicação do solo como material de construção

Classificação Unificada. norma ASTM (D 2487 -85). Regulamento de pequenas barragens, decreto 48373 de 8 de Maio de 1968 § Cada solo terá dois símbolos, seguidos de um nome § A classificação divide os solos em grossos (se contiver mais que 50% de material retido no peneiro nº 200) e finos (caso contrário)

Carta plasticidade C: argila M: silte H: alta plasticidade L: baixa plasticidade O: Orgânico

Classificação Unificada: solos grossos § Segunda letra (% finos <5%) O solo é bem graduado e segunda letra será W Se Caso contrário o solo é mal graduado e a segunda letra será P Fracção Dimensão (mm) Peneiro Cascalho > 4, 75 Retido no nº 4 Areia 0, 075 a 4, 75 Passa no nº 4, retido no nº 200 Finos < 0, 075 Passa no nº 200

Classificação Unificada solos grossos § Segunda letra (% finos >12%) § Neste caso, a importância dos finos no comportamento do solo é elevada e há que os classificar. § A segunda letra passa a ser a primeira da componente dos finos § GC; GM; SC; SM; GC-GM; SC-SM

Classificação Unificada solos grossos § Segunda letra (5=<% finos =<12%) § Neste caso, para classificar o solo é necessário ter em conta o comportamento dos finos mas também as propriedades granulométricas, o que faz com que se tenha de considerar os dois aspectos. § Considera-se um conjunto de 4 letras § GW-GM; GW-GC; GP-GM; GP-GC; etc

Classificação Unificada § Utilização prática? §Tabelas!

Exemplo Peneiro (ASTM) 2” 1” 3/4” 3/8” 4 10 Dimensão 50 25 19, 05 (mm) 9, 5 4, 75 2 % de material que passa 100 96 83 - - - Diâmetro (mm) % de material (diâmetro < D) 40 60 140 200 0, 425 0, 106 0, 075 61 47 18 11 0, 053 0, 039 0, 015 0, 007 0, 0014 9 w. L = 32, w. P = 26 Ip = 32 - 26 = 6 8 6 4 2

Classificação § % finos = 11 (% retida no peneiro nº 200=89%) – Solo grosso § % areia – 85% % cascalho 4% – => primeira letra: S § Segunda letra=? – Como % finos = 11, será necessário classificar tanto os finos como os grossos

Exemplo: curva granulométrica mm D 60=0, 8 D 30=0, 25 D 10=0, 06

Qualidade da curva granulométrica § Cu=D 60/ D 10=0, 8/0, 06=13, 3 § Cc=D 302/( D 60 D 10)=0, 252/(0, 8*0, 06)=1, 3 § Como Cu > 6 (areia) e 1 =< Cc =< 3 o solo é bem graduado => 2ª letra: W

Carta de plasticidade ML

Classificação do Solo § SW-SM § Há que verificar na tabela qual o nome a acrescentar § SW-SM, areia bem graduada com silte

Tabela de propriedades dos solos classificados pela Classificação Unificada Símbolo Permeabilidade quando compactado Resistência ao corte quando compactado e saturado Compressibilidade quando compactado e saturado Trabalhabilidade como material de construção GW Permeável Excelente Desprezável Excelente GP Muito permeável Boa Desprezável Boa GM Semi- permeável a permeável Boa Desprezável Boa GC Impermeável Boa a razoável Muito baixa Boa SW Permeável Excelente Desprezável Excelente SP Permeável Boa Muito baixa Razoável SM Semi- permeável a permeável Boa Baixa Razoável SC Impermeável Boa a razoável Baixa Razoável ML Semi- permeável a permeável Razoável Média Razoável CL Impermeável Razoável Média Boa a razoável OL Semi- permeável a permeável Má Média Razoável MH Semi- permeável a permeável Razoável a má Alta Má CH Impermeável Má Alta Má OH Impermeável Má Alta Má Pt - -

Tabela de viabilidade relativa dos solos classificados pela Classificação Unificada Estradas Barragens de terra Canais Fundações Aterros Símbolo Empolamento por congelação Revestimento Maciços laterais Resistência à erosão Revest. de terra compactada Percolação importante Percolação não importante impossível - 1 1 - - 1 1 1 3 - - 2 2 - - 3 3 3 - GM 2 4 - 4 4 1 4 4 9 5 GC 1 1 - 3 1 2 6 5 5 1 SW - - 3* 6 - - 2 2 2 4 SP - - 4* 7* - - 5 6 4 - SM 4 5 - 8* 5 ** 3 7 8 10 6 SC 3 2 - 5 2 4 8 7 6 2 ML 6 6 - - 6 ** 6 9 10 11 - CL 5 3 - 9 3 5 10 9 7 7 OL 8 3 - - 7 7 11 11 12 - MH 9 9 - - - 8 12 12 13 - CH 7 7 - 10 8*** 9 13 13 8 - OH 10 10 - - - 10 14 14 14 - Pt - - - - - Maciços homogéneos núcleo GW - GP * = se com cascalho; ** = erosão crítica; ***=variação de volume crítica

Problema 1 B A

Problema 1 § Classifique os solos pela Classificação Unificada sabendo para o solo A se tem w. L=35% e w. P=28% e para o solo B w. L=26% e w. P=18% § Solo A § Solo B § % cascalho=16% § % cascalho= 0% § % areia = 84 -20=64% § % areia = 12% § % finos = 20% § % finos = 88% => carta de plasticidade § => 1ª letra= S § CL, Argila magra § %finos > 12%, carta de plasticidade § Finos são ML => 2ª letra= M § SM, Areia siltosa com cascalho

Problema 2 § Pretende-se construir uma estrada tal que o seu traçado atravessa, entre outros, um tipo de solos cuja curva granulométrica se apresenta de seguida. Os seus limites de consistência são w. L=60% e w. P=30%. § Classifique o solo e comente o seu comportamento sob o pavimento.

Problema 2: curva granulométrica

Problema 2 § § % finos = 84%; % areia=16; % cascalho=0% Carta plasticidade => CH CH, Argila gorda com areia Mau comportamento em fundações

Problema 2: continuação § Foi assim decidido retirar o material de fundação e substituí-lo por outro, não plástico, apresentando a seguinte curva granulométrica. § Classifique o material e comente a decisão referida.

Problema 2

Problema 3 § Considere os seguintes solos definidos pelas sua granulometrias e índices de consistência Peneiro (ASTM) 1” 3/8” 4 10 20 40 60 140 200 Dimensão (mm) 25 9, 5 4, 75 2 0, 85 0, 425 0, 106 0, 075 % de material que passa Solo A 100 95 82 73 62 54 48 40 36 Solo B - - 100 89 80 70 55 26 10 Solo C 100 75 46 31 20 14 10 5 2 Solo D - - 100 90 80 72 65 54

Problema 3: continuação Solo WL (%) WP (%) A 35 25 B 21 10 C NP NP D Com secagem 35 50 30 § Classifique os solos e comente da viabilidade da sua utilização nos perfis de barragens zonadas e homogéneas.

Problema teste Peneiro 1” 3/8” 4 10 40 60 200 % que passa 100 90 80 71 65 45 35 w. L=62 %; w. P=22% § Classifique o solo pela Classificação Unificada § % finos (% que passa no peneiro nº 200)= 35 < 50% – Solo grosseiro § % cascalho = 100 -80=20% § % areia = 80 -35=45% – %areia > % cascalho => 1ª letra = S § § % finos =35>12% => é necessário classificar os finos Ip=62 -22=40%; Carta de plasticidade => finos CH O símbolo é SC A classificação é SC, Areia argilosa com cascalho (pois %cascalho>15%)