Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Autor: Etson Edyr Silva Tavares
GEOTECNIA
(PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA)
1
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
2
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Autor: Etson Edyr Silva Tavares
GEOTECNIA
(PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA)
3
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Etson Edyr Silva Tavares autor da monografia intitulada Geotecnia (Prospecção
Geotécnica), declaro que, salvo fontes devidamente citadas e referidas, o presente
documento é fruto do meu trabalho pessoal, individual e original.
Praia, 15 de Setembro de 2006
Etson Edyr Silva Tavares
___________________________________________
“Memória Monográfica apresentada à Universidade Jean Piaget de Cabo Verde como
parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Construção
Civil”
AGRADECIMENTOS
4
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Como reconhecimento
de uma primeira fase alcançada,
agradeço aos meus colegas
ÍNDICE
5
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Conteúdo----------------------------------------------------------------------------------------pág.
Introdução-------------------------------------------------------------------------------------------1
Metodologia-----------------------------------------------------------------------------------------3
Memória descritiva e justificativa----------------------------------------------------------------4
Capítulo I
1) Programação e requisitos para uma conveniente prospecção geotécnica----------5
Capítulo II
2) Ensaios de penetração dinâmica---------------------------------------------------------7
Capítulo III
3) Terminologia e simbologia mais usada em Mecânica dos Solos--------------------14
Capítulo IV
4) Ensaios para a caracterização do estado físico do solo--------------------------------20
Capítulo V
5) – Ensaios para a identificação dos solos------------------------------------------------30
Capítulo VI
6) Ensaios de compactação dos solos-------------------------------------------------------55
Capítulo VII
7) Classificação dos terrenos (solos) ------------------------------------------------------63
Capítulo VIII
8) Impulso de terras; dimensionamento de muros de suporte--------------------------71
Conclusão------------------------------------------------------------------------------------------78
Bibliografia----------------------------------------------------------------------------------------80
Anexo
ÍNDICE DE QUADROS/GRÁFICOS
6
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Referência---------------------------------------------------------------------------------------pág.
Quadro 1-Resultados do PDL N.º1-------------------------------------------------------------10
Gráfico 1-Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra 1----------------11
Quadro 2-Resultados do PDL N.º2-------------------------------------------------------------12
Gráfico 2-Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra 2----------------13
Quadro 3-Massa volúmica-----------------------------------------------------------------------23
Quadro 4-Densidade dos grãos------------------------------------------------------------------25
Quadro 5-Determinação do teor em água------------------------------------------------------29
Quadro 6-Análise Granulométrica n.º1--------------------------------------------------------42
Quadro 7-Análise Granulométrica n.º2--------------------------------------------------------43
Quadro 8-Análise Granulométrica n.º3--------------------------------------------------------44
Gráfico 3-Curva granulométrica n.º1-----------------------------------------------------------45
Gráfico 4-Curva granulométrica n.º2-----------------------------------------------------------45
Gráfico 5-Curva granulométrica n.º3-----------------------------------------------------------45
Quadro 9-Limite de Consistência n.º1----------------------------------------------------------52
Quadro 10-Limite de Consistência n.º2--------------------------------------------------------53
Quadro 11-Limite de Consistência n.º3--------------------------------------------------------54
Gráfico 6-Baridade seca máxima/Teor em água óptimo-------------------------------------62
Quadro 12-Mapa de resultados n.º1------------------------------------------------------------65
Quadro 13-Mapa de resultados n.º2------------------------------------------------------------66
Quadro 14-Mapa de resultados n.º3------------------------------------------------------------67
ÍNDICE DE FIGURAS
7
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
fig.------------------------------------------------------------------------------------------------pág.
1-Ensaio de penetração dinâmica-----------------------------------------------------------------7
2-Esquema do PDL---------------------------------------------------------------------------------7
3-Etiqueta de identificação-----------------------------------------------------------------------15
4-Selagem do frasco------------------------------------------------------------------------------15
5-Esquartelamento manual-----------------------------------------------------------------------16
6-Areia fina----------------------------------------------------------------------------------------19
7-Argila---------------------------------------------------------------------------------------------19
8-Terra ---------------------------------------------------------------------------------------------19
9- Rocha (Basalto) -------------------------------------------------------------------------------19
10-Balança com limite de erro de 0,01g-------------------------------------------------------21
11-Estufa para secagem, capas de manter a temperatura a 105 a 110ºC-------------------21
12-Picnómetro+provete+água destilada em ebulição----------------------------------------25
13-Excicador---------------------------------------------------------------------------------------28
14-Estufa-------------------------------------------------------------------------------------------28
15-Cápsulas----------------------------------------------------------------------------------------28
16-Peneiros n.º10 e n.º40-------------------------------------------------------------------------30
17-Repartidores------------------------------------------------------------------------------------30
18-Série de peneiros ASTM---------------------------------------------------------------------32
19-Aparelhos para ensaio de sedimentação----------------------------------------------------37
20-Proveta com densímetro----------------------------------------------------------------------37
21-Leitura no densímetro------------------------------------------------------------------------37
22-Aparelhos para determinação L.L.----------------------------------------------------------47
23-Concha de Casagrande-----------------------------------------------------------------------48
24-Amostra de um filamento cilíndrico--------------------------------------------------------50
25-Preparação da pasta de solo------------------------------------------------------------------51
8
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
26-Equipamentos para compactação tipo Proctor--------------------------------------------57
27-Compactador-----------------------------------------------------------------------------------57
28-Preparação do ensaio de compactação-----------------------------------------------------59
29-Colocação do material no molde------------------------------------------------------------59
30-Compactação manual com pilão leve-------------------------------------------------------59
31-Rasamento do material-----------------------------------------------------------------------59
32-Apresentação do molde e do pilão de compactação--------------------------------------61
33-Solo mal graduado----------------------------------------------------------------------------64
34- Estrutura a suportar um maciço terroso---------------------------------------------------71
35- Hipóteses referentes à formulação original do Método de Rankine-------------------73
36- Ponto de aplicação dos impulsos activos e passivos-------------------------------------74
37- Dimensões do muro--------------------------------------------------------------------------77
38- Ruptura por derrubamento------------------------------------------------------------------77
39- Representação do muro em 3D-------------------------------------------------------------77
INTRODUÇÃO
9
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Como nota introdutiva, é de referir que o tema escolhido para Memória
Monografia do Curso de Engenharia de Construção Civil, para a obtenção do grau de
Bacharel abrange a área da Geotecnia (área da engenharia civil que estuda o
comportamento dos solos sob a intervenção de qualquer tipo de obra civil. Sua
finalidade é a de proporcionar interacção solo/obra (estrutura) no que se refere a
estabilidade, resistência (vida útil compatível) e viabilidade económica. Ramo que
interessa muito estudar pois, qualquer construção deve começar a partir de um estudo do
terreno onde se implantará a obra, por outras palavras, uma prospecção geotécnica do
local.
Com um relevo universitário, visando transmitir o que se faz em termos de uma
prospecção geotécnica, apresenta-se “um estudo de caso”, com publicações
das
condições do terreno situ em São Francisco, que foi tomada como referência,
“adaptando-se” ao terreno a que se refere a memória descritiva do referente trabalho.
Constitui pois uma exigência prévia para o projecto de qualquer obra de vulto,
(barragem, túnel, aterro, infra estruturação, etc.) o conhecimento da formação geológica
do local, o estudo das rochas, dos solos, dos minerais componentes destes, bem como a
influência da água sobre os mesmos, mas neste caso, abordar-se-á apenas o estudo do
solo e o dimensionamento de um muro de suporte.
O estudo geotécnico de terrenos aqui desenvolvido exerce a sua actividade no
estudo do comportamento dos solos em barragens de terra e em fundações,
compreendendo os seguintes aspectos da Norma Portuguesa:
-Terminologia e simbologia mais usada em Mecânica dos Solos;
-Ensaios para a caracterização do estado físico do solo;
-Ensaios para a identificação dos solos;
-Compactação dos solos;
-Ensaios para a classificação dos solos;
10
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quanto ao muro de gravidade aplica-se o teorema dos impulsos e o
dimensionamento do mesmo, com base no método de Rankine (opção do aluno).
Dentro do âmbito desta investigação requerendo aos ensaios devidamente
normalizados e publicados em especificações do LNEC apresenta-se uma “compilação”
de várias publicações, com técnicas publicadas em relatórios do Laboratório Nacional
de Engenharia Civil (LNEC) de Portugal e Laboratório de Engenharia Civil (LEC) de
Cabo Verde, sendo os de uso corrente. Complementando, conjuntamente com as
especificações dos ensaios, encontram-se demonstrações práticas e teorias consideradas
de interesse para um correcto entendimento das matérias abordadas, de modo a serem
facilmente interpretadas e, sobretudo adquirir uma linguagem técnica precisa e prática.
Nesta investigação procurou-se encontrar, fontes (bibliografias, acompanhado de
pesquisas) de maneira que, depois de sintetizado as ideias de cada um, ver na prática
como se processam através
dos ensaios disponíveis no L.E.C. e seus respectivos
resultados, de modo a ter no final um trabalho rico e coeso com elucidações
pormenorizadas acompanhado de fotografias e exemplos práticos.
11
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
METODOLOGIA
O primeiro passo (primeira fase) foi discutir com o coordenador do curso de
Engenharia de Construção Civil da Universidade Jean Piaget de Cabo Verde, as
condições do projecto a serem desenvolvidas, anotando as áreas abrangidas e, deste
modo propor o tema a desenvolver (Geotecnia). Quanto ao mesmo definiu-se os
aspectos a serem estudados, chegando a uma conclusão que não seria possível ter acesso
ao terreno onde se irá implantar a obra (projecto). Deste modo considerou-se como
sendo um “projecto fictício”, contudo, com todos os incrementos práticos para uma
correcta prospecção geotécnica, ou seja, que teria de se estudar um terreno local, com
um contacto directo levando assim a optar para o estudo das condições do terreno situ
em São Francisco na cidade da Praia em Cabo Verde.
Posto isto, numa segunda fase recorreu-se ao LEC (Laboratório de Engenharia Civil
de Cabo Verde), incrementando como estagiário (técnico experimentador), de modo a
acompanhar de perto todo o processo de uma correcta Prospecção Geotécnica.
A procura do material necessário (bibliografias, relatórios, pesquisas na Internet, entre
outros), de modo a elaborar fichas de trabalho, com elucidações pormenorizadas dos
ensaios e estudos a fazer, que serviram para acompanhar o desenvolvimento do
projecto, constituíram a segunda fase do projecto. De uma forma geral, este processo se
estendeu até à conclusão do trabalho final.
Para a prosseguimento do trabalho, elaborou-se um programa de investigação
acompanhado de um cronograma mensal. O primeiro mês, foi tido em conta como uma
preparação (formulação) do projecto geotécnico. Na segunda etapa considerado de
algum modo teórico-prático, iniciou-se aos estudos, com a integração na equipa do
Laboratório Nacional de Engenharia (L.E.C.). Primeiramente “in situ”, com sondagens
penetrométricas, prosseguindo com recolha de amostras para um posterior estudo
laboratorial.
Numa última e terceira fase, os resultados dos ensaios tanto “in situ” como
laboratoriais foram interpretados e, com sucessivas corrigendas nos mesmos
(resultados), conseguiu-se adaptar os ensaios feitos ao projecto final, fornecendo os
dados necessários para o seu desenvolvimento.
12
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
MEMÓRIA DESCRITIVA E JUSTIFICATIVA
(Características Físicas)
A proposta representa um “projecto” que modela as futuras construções e lotes à
fisionomia própria do terreno. Desta forma pretende-se implantar em 23.990,00m² de
terreno, moradias unifamiliares em banda com cérceas que variam entre os dois e os três
pisos de acordo com a topografia do terreno onde se implantam.
O terreno de morfologia complexa sito no extremo Norte da Freguesia de Urgeses,
Guimarães, a cota alta e de acessibilidade imediata, confrontando a Sul com a estrada
Municipal para Abação e lateralmente, com áreas quase descomprometidas – depósito
de água e além das construções, espaços expectantes.
Assim sendo o empreendimento caracteriza-se pela categoria geotécnica 1 com base
na Pré-Norma Europeia- Eurocódico 7 ENV 1997-1: 1991. Como objectivo deste
projecto geotécnico abordar-se-á as especificações detalhadas das situações do projecto,
incluindo: a adequação geral do terreno onde se implanta a estrutura, exigindo o
dimensionamento de um “muro de gravidade” para o suporte de terras na zona de
aparcamento exterior, bem como a disposição e classificação das várias zonas do solo.
Na zona de aparcamento exterior no eixo das vias de acesso onde existe uma baia de
estacionamento temos o “muro de gravidade” com os perfis apresentados no capítulo
VIII, construída em alvenaria de pedra (basalto) sobre uma camada de regularização e
fundação em enrocamento
Para o estudo do solo, exigiu-se uma sondagem geotécnica do local, com abertura de
8 “furos” predefinidos pelo projectista, com dimensões de 1m³ levando à realização de 8
sondagens mecânicas, e recolha de amostras para um posterior estudo laboratorial,
encontrando-se os resultados disponíveis ao longo do trabalho (no presente trabalho fazse referência a apenas 3 “furos”).
O técnico
Praia, 09 de Setembro de 2005
Etson E. S. Tavares
13
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
CAPÍTULO I
1) PROGRAMAÇÃO
E
REQUISITOS
PARA
UMA
CONVENIENTE
PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA
Relativamente à programação do trabalho por prospecção, existem princípios ou
regras orientadoras, mas não definitivas, pois cada caso dependerá do tipo de terreno, da
complexidade geológica e do tipo da obra a construir.
Assim sendo e conhecendo o tipo de trabalho a desenvolver, procede-se à sua
localização, as vias de acesso e a bibliografia do local acerca dos assuntos em estudo e
deste modo efectuar com maior rigor a programação propriamente dita de estudos
geotécnicos.
O estudo do local para uma construção deve ser feito com o desenvolvimento
adequado e em conexão com o anteprojecto. Compreende geralmente um
reconhecimento do local, e uma prospecção geotécnica com ensaios “in situ” e de
laboratório. Sempre que possível, a prospecção deve ser iniciada antes da escolha
definitiva do local da obra, pois que, no decorrer dela poderá concluir-se que será mais
vantajoso escolher outro local.
O custo de uma prospecção geotécnica situa-se geralmente, entre 0,5 a 1,0 % do preço
total da obra1.
Com a prospecção e o estudo de terrenos pretende-se fundamentalmente investigar os
solos para obter os elementos necessários à elaboração dos projectos, à análise dos
custos, e ao controlo da construção de forma a assegurar boas condições de segurança,
de preço, e de garantia da duração útil prevista, com reduzidos custos de manutenção.
Para isso devem verificar-se as condições gerais de adequação do local ao fim em vista,
nos aspectos da vegetação, variações climáticas e da humidade do ar, efeitos de erosão
atmosférica e do solo, de origem química, por acção do gelo, e por efeitos da erosão das
águas pluviais que tenham modificado a geometria da superfície do solo. Possibilidade
de inundações, bem como da erosão provocada pela ruptura de canalizações.
1
L. M. Ferreira Gomes, Covilhã, Fevereiro de 1997, pág. 1.11, Universidade da Beira Interior,
Departamento de Engenharia Civil, Fundações
14
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Averiguação quanto à existência de poços ou minas de cavidades no subsolo, restos de
antigas construções, caves ou estruturas subterrâneas de qualquer natureza.
15
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
CAPITULO II
™ Ensaios In Situ
2) ENSAIO DE PENETRAÇÃO DINÂMICA
2.1) SONDAGENS PENETROMÉTRICAS (DP-“Dinamic Probing”), usando PDL
(Penetrómetro Dinâmico Ligeiro)
Os ensaios com os penetrómetros dinâmicos, são provavelmente os meios mais
antigos de que o Homem se serviu para averiguar as características do subsolo.
A penetração dinâmica é efectuada pelos penetrómetros dinâmicos; estes
aparelhos são constituídos da seguinte maneira: uma barra de aço, com a extremidade
inferior em forma cónica, que é cravada por uma acção dinâmica devido ás pancadas
sucessivas de um martelo (pilão); este é geralmente cilíndrico e com um furo no seu
centro, que lhe permite deslizar ao longo de uma barra de aço, de modo a ser elevado
até a uma certa altura (constante) e de seguida cair livremente, sob a acção da
gravidade, sobre uma “espera” solidária com a barra de aço.
fig.1 Ensaio de penetração dinâmica
fig.2 Esquema do PDL
2.1.1-Notas preliminares
Estando classificadas consoante as características, o que aqui se refere é o PDL
(Penetrómetro Dinâmico Ligeiro) definido pelo LNEC, com um alcance de 10m; o
diâmetro do cone e das varas são de 30mm e 20mm respectivamente; o peso do (cone +
16
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
esfera +guia) dá um total de 2,67 Kgf; o peso da vara de 1m é de 2,90 Kgf; o peso do
pilão é 10,053 Kgf; com uma altura de queda do pilão de 50cm.
2.1.2-Cálculos
Com o uso da fórmula, devidamente adaptada da sonda Holandesa, calcula-se a
resistência do terreno à rotura (penetração) através da expressão:
Rp = n/a x {(M² x h)/ [S(M + P)]}
O ensaio consiste em determinar a resistência do terreno (Rp), com um certo número
de pancadas (n) do pilão com um peso (M), totalizando (P) peso total da estaca
(penetrómetro) em queda livre a uma altura (h) sobre o conjunto constituído de cima
para baixo, por um batente, um trem de varas e uma ponta cónica (cuja base tem secção
S), para que ocorra determinado comprimento de penetração (L) num intervalo de
leitura ((a) avanço do penetrómetro). O diâmetro das varas é inferior ao da base da
ponta cónica, pelo que, teoricamente, a resistência à penetração resulta apenas de forças
de reacção do terreno sobre a superfície cónica da ponta.
A simplicidade do sistema de ensaio, bem como o facto de ser um sistema de
prospecção muito antigo, aspectos esses que se relacionam, apresentando grandes
limitações principalmente devido ao atrito lateral “solo/vara”, à ocorrência de camadas
muito duras ou mesmo de seixos, “dificultando” que se atinja grandes profundidades.
Com os resultados apresentados a condizerem com a realidade, nos quadros e gráficos 1
e 2 podemos evidenciar algumas destas limitações, justificadas nas definições
(resultados).
2.1.3-Resultados
A interpretação que se pode fazer do quadro 1 e do gráfico 1, é que a camada
rígida situ entre 1,30 e 1,60m de profundidade, têm uma resistência de ponta que
aumenta com a profundidade, oscilando entre os 10 (S.I.: 9,8KN/mm² ≈10Mpa) e 17
kg/cm² (17Mpa) e o número (n) de pancadas necessário para provocar tal tensão é 90
(máximo). Contrariamente no gráfico 2 que é a sondagem feita de um outro furo, é
visível uma das deficiências deste ensaio, pois a existência de seixos causa uma
variação na resistência do solo que perturba interpretação, dificultando de alguma
17
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
maneira, pois, não se tem uma percepção real dos constituintes do subsolo. O estrato
rígido encontra-se a 1,30m de profundidade aproximadamente, e, sendo assim, para
complementar futuras conclusões os estratos constituintes do solo serão previamente
estudados, prosseguindo com recolha de amostras do local.
Com base nas resistências mecânicas calculadas, podemos fazer a seguinte avaliação:
Valores da resistência
Avaliação qualitativa do terreno
De 0 a 2 kg/cm²---------------------------------------------------mole ou brando
2 a 4 kg/cm²---------------------------------------------------menos mole
4 a 8 kg/cm²---------------------------------------------------duro ou firme
8 a 12 kg/cm²---------------------------------------------------muito duro
18
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quadro 1- Mapa de resultados amostra n.º12
DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL
MAPA DE RESULTADOS Ponto 1 - (início do ensaio a partir de 1,00 metro de profundidade)
Profundidade
Peso do
em
pilão
(cm)
(kg)
Altura de
queda (cm)
M2 * h
(kg/cm²)
Área da
secção
transversal
do cone (cm²)
Peso da
vara
(kg)
N.º de
varas
(n)
Peso do
guia
(kg)
Peso do
batente
(kg)
P
S(M+P)
n/a
Rp
(kg/cm²)
110
10,053
50
5053,14
7,07
2,88
1
2,29
3,97
9,14
135,69
29
10,0
2,90
5,4
120
10,053
50
5053,14
7,07
2,88
1
2,29
3,97
9,14
135,70
25
10,0
2,50
4,7
130
10,053
50
5053,14
7,07
2,88
1
2,29
3,97
9,14
135,70
31
10,0
3,10
5,8
140
10,053
50
5053,14
7,07
2,88
1
2,29
3,97
9,14
135,69
55
10,0
5,50
10,2
150
10,053
50
5053,14
7,07
2,88
1
2,29
3,97
9,14
135,70
90
10,0
9,00
16,8
Camada muito dura ou firme
2
Número de Avanço
pancada
a
(n)
(cm)
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde (LEC), Setembro de 2006, Mapa de Resultados do PDL, amostra n.º 1
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Gráfico 1- Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra nº 13
DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE
PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL GRÁFICOS Ponto 1 – (início do ensaio a
partir de 1,00 metro de profundidade) – Loteamento habitacional
3
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Resultados do PDL, amostra
n.º 1
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quadro 2- Mapa de resultados amostra n.º24
DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL
MAPA DE RESULTADOS Ponto 2 (início do ensaio a partir de 1,00 metro de profundidade)
Profundidade em
(cm)
Peso do pilão
(kg)
Altura de
queda
(cm)
M2 * h
(kg/cm2)
Área da secção
transversal do Peso da vara
(kg)
cone
(cm²)
N.º de
varas
(n)
Peso do
guia
(kg)
Peso do
batente
(kg)
S (M+P)
Número de Avanço
pancada
a
(n)
(cm)
n/a
Rp
(kg/cm²)
110
10,053
50
5053,14
7,07
2,88
1
2,29
3,97
9,14 135,69
40
10,0
4,00
7,4
120
10,053
50
5053,14
7,07
2,88
1
2,29
3,97
9,14 135,70
45
10,0
4,50
8,4
130
10,053
50
5053,14
7,07
2,88
1
2,29
3,97
9,14 135,70
60
10,0
6,00
11,2
140
10,053
50
5053,14
7,07
2,88
1
2,29
3,97
9,14 135,69
62
10,0
6,20
11,5
150
10,053
50
5053,14
7,07
2,88
1
2,29
3,97
9,14 135,70
89
10,0
8,90
16,6
Camada muito dura ou firme
4
P
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Mapa de Resultados do PDL, amostra n.º 2
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Gráfico 2- Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra 25
DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE
PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL GRÁFICOS Ponto 2 (início do ensaio a
partir de 1,00 metro de profundidade) – Loteamento habitacional
5
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Resultados do PDL, amostra
n.º 2
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
CAPITULO III
Ensaios de Laboratório
3) TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA MAIS USADA EM MECÂNICA DOS
SOLOS
A presente especificação faz parte dum conjunto relativo à prospecção de terrenos,
constituído por: Colheita de amostras, vocabulário e simbologia. No presente trabalho
só foram abordados os dois primeiros não requerendo o último ser mencionado.
As especificações LNEC – E 218, 219-1968, “Prospecção geotécnica de terrenos:
Colheita de amostras e vocabulário” indicam-nos as técnicas de colheita de amostras e
os respectivos vocabulários utilizados no presente capítulo e, ao longo do trabalho.
3.1)
PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA DE TERRENOS: E 218-1968 LNEC
Colheita de amostras
3.1.1-Meios de acesso
Os meios de acesso ás amostras foram através de furos abertos por meio de trado
mecânico, por ser mais vantajoso devido ao número de furos (oito) e por se tratar de um
terreno com seixo.
3.1.2- Poços e valas
Tratando-se de um terreno seco não exigiu grandes cuidados em relação ao
“regulamento de segurança no trabalho da construção civil” (decreto nº 41821 de
11/08/1958), nem quanto ao suporte de terras. Para pequenas profundidades, os poços e
as valas de prospecção constituem os meios de acesso mais adequados.
3.1.3-Amostras
3.1.3.1-Amostras remexidos do solo
Quanto às amostras de solos consideram-se deformadas (ou remexidas), colhidas
através da escavação com trado mecânico e recolhidos com o auxílio de uma pá e uma
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
colher de pedreiro para uma posterior observação laboratorial. O restante material
removido foi disposto ordenadamente na superfície do terreno de modo a permitir a sua
fácil identificação.
Tratando-se de amostras para ensaios de identificação foram precisos sacos de 4kg
de cada furo (terreno incoerente com seixo), que foram devidamente identificadas de
acordo com a natureza do respectivo local da colheita através de uma etiqueta tipo da
fig.3
À chegada ao laboratório, procede-se ao
registo com o preenchimento dos principais
requisitos: Amostra n.º; data de entrada; local da
colheita;
identificação
do
trabalho;
ensaios
pretendidos.
3.1.3.2-Manuseamento e protecção das amostras
fig. 3- Etiqueta6
Para o caso em que as amostras são direccionadas para ensaios de determinação em
laboratório do teor em água, estas são devidamente colocadas em frascos estanques de
vidro ou plástico, deixando o mínimo volume de ar possível no seu interior, permitindo
a conservação da humidade natural da amostra por uma ou duas semanas. A
estanquicidade da tampa do frasco pode ser garantida através da utilização de fita
adesiva ou de um banho em parafina fig.4.
Fig.4- Garantia de estanquicidade
6
António Gomes Correia, Lisboa 1980, pág. 22, Ensaios para controlo de terraplanagens
24
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Outros casos são de amostras que não requerem do cuidado para a conservação da
humidade natural podendo ser acondicionadas em sacos desde que não percam os
elementos finos.
Quando se pretende separar dum certo volume de solo uma amostra nas
quantidades estritamente necessárias para os ensaios que se vão realizar, é fundamental
garantir que essa porção de solo tenha as características do conjunto desse volume
(amostra representativa).
Isto consegue-se por uso de um repartidor ou aplica-se o método de
esquartelamento, este último que foi o mais utilizado, consistindo no seguinte:
Mistura-se e amontoa-se com uma pá a amostra
de solo colocada sobre um plástico ou lona colocada
em superfície plana. As pasadas devem verter-se no
centro, formando um cone, para que o material
espalhe em todas as direcções(a).Com a pá, alisa-se o
material de modo a estendê-lo com uma forma
circular de espessura uniforme (b).
Separa-se o solo em duas partes iguais,
podendo se usar um pau ou tubo debaixo da lona ou
plástico, passando pelo centro da amostra, que se
levanta em ambos os extremos (c).
Fig.5- Esquartelamento manual7
Um outro processo será fazer esta separação com a pá. Repete-se o procedimento
em direcção perpendicular ficando assim a amostra dividida em quatro partes.
Retira-se todo o material de duas partes em posição diagonalmente oposta. O
material que fica volta a misturar-se, recomeçando o procedimento até que a amostra
fique na quantidade desejada.
7
António Gomes Correia, Lisboa 1980, pág. 21, Ensaios para controlo de terraplanagens
25
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
3.2) PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA DE TERRENOS: E219-1968 LNEC Vocabulário
Uma possível uniformização de terminologia própria dos diversos domínios da
engenharia civil é preocupação dominante da actividade normalizadora do Laboratório
Nacional de Engenharia Civil.
Aqui apresenta-se uma “selecção” dos termos mais usados neste trabalho de
prospecção, e que também já foram referidos. A partir da referente norma, e ao longo de
todo o trabalho, refere-se apenas aos termos mais abordados.
Amostra remexida
Areia grossa
Amostra de terreno que não mantêm
Areia cujas partículas tem diâmetro
todas as características que se verificam
equivalentes compreendidos entre 0,6 e
“in situ”.
2mm.
Amostrador
Areia média
Utensílio destinado à colheita de
amostras de terreno.
Areia
Solos cujas partículas tem diâmetro
equivalentes compreendidos entre 0,06
Areia cujas partículas tem diâmetro
equivalentes compreendidos entre 0,2 e
0,6mm.
Argila
Solos cujas partículas tem diâmetro
e 2mm.
equivalentes inferiores a 0,002 mm.
Areia fina
Aterro
Areia cujas partículas tem diâmetro
equivalentes compreendidos entre 0,06
e 0,2mm.
Obra constituída por um maciço
artificial de terras.
Camada
Em geologia preferido estrato
26
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Reconhecimento
Compacidade
Quociente do volume ocupado pelas
partículas de um solo, pelo volume
Exame preliminar do terreno e das
condições locais, para determinado fim.
aparente deste.
Rocha
Ensaio com sonda normalizada
Preferido
ensaio
de
Material
penetração
de
um
dado
processo geológico, que apresenta para
cada
dinâmica.
resultante
espécie
certa
constância
de
propriedades e modo de agrupamento
Entulho
dos
seus
componentes
e
que
se
Depósito superficial constituído por
distingue geralmente dos solos por não
terras ou outros materiais acumulados
se desagregar quando agitado dentro de
pelo homem.
água.
Estrato
Seixo
Depósito sedimentar limitado por
Material constituído por fragmentos
planos de estratificação sensivelmente
de rocha com diâmetro equivalente
paralelos.
compreendidos entre 2 e 60 mm.
Muro
Silte
Terreno abaixo de uma superfície de
Solo cujas partículas tem diâmetros
equivalentes compreendidos entre 0,002
falha, dum filão ou dum estrato.
e 0,06mm.
Prospecção geotécnica
Solo
Conjunto de operações realizadas no
local
da
futura
obra,
visando
a
Conjunto
natural
de
partículas
e
minerais que podem ser separados por
sua
agitação na água. Os vazios entre as
disposição e acidentes com interesse
partículas contem água e ar separada ou
para essa obra.
conjuntamente.
determinação
da
natureza
características
do
terreno,
27
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Terra
Sondagem
Operação destinada a reconhecer, em
profundidade e a partir da superfície, a
natureza
e
as
características
ou
acidentes das formações geológicas.
Sondagem de penetração
Sondagem mecânica em que não há
extracção de material. Pode ser estática
Solo ou mistura de um solo com
fragmentos de rocha.
Terreno
Porção da crosta terrestre, quer se
trate dum solo quer duma rocha.
Trado
ou dinâmica, consoante a natureza da
Ferramenta
força que a faz avançar.
destinada à abertura de furos de
de
forma
helicoidal
sondagem.
fig. 6 Areia fina
fig. 8 Terra
fig. 7 Argila
fig. 9 Basalto
28
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
CAPITULO IV
4) ENSAIOS PARA A CARACTERIZAÇÃO DO ESTADO FÍSICO DO SOLO
Este conjunto de ensaios realizados no Laboratório, destinam-se a caracterizar o estado
físico do solo.
A caracterização do estado físico de um solo é fundamental para a compreensão do estado
do solo no campo e para a previsão do seu comportamento em determinadas situações. A
avaliação das características físicas de um solo, quantificadas pelos diversos índices físicos,
é feita, na prática, do seguinte modo:
(i) quantificação experimental de 3 grandezas físicas: teor em água (ω), massa volúmica (γ)
e densidade das partículas sólidas (G);
Tal como em relação a outras propriedades dos solos, é de esperar que qualquer depósito
de solos naturais evidencie variação mais ou menos significativa das suas propriedades
físicas, pelo que, para além da definição de valores médios ou característicos para cada
propriedade, é importante avaliar a sua variabilidade. Assim, foi sempre conveniente realizar
um número suficiente (mínimo dois) para determinações experimentais de cada propriedade
para evitar interpretações incorrectas ou insuficientes.
4.1)
E15-1953 LNEC SOLOS: Determinação da Massa Volúmica das partículas de
um solo
4.1.1-Notas preliminares
As partículas dos solos têm em geral massa volúmica que pouco variam de caso para caso.
A adopção do valor de 2,65 g/cm³ (26,5 KN/m³) conduz normalmente, nas aplicações
práticas correntes, a resultados com suficiente precisão.
Havendo casos que exijam um maior esclarecimento e, para tal elaborou-se a presente
especificação na qual se tem em atenção, além dos dados da experiência do Laboratório
Nacional de Engenharia Civil (LNEC), as normas da “American Society for Testing
Material” (ASTM) e “American Association of State Highways Officials” (AASHO).
29
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
4.1.2- Definição
Massa volúmica das partículas de um solo é a massa das partículas que ocupariam a
unidade de volume, depois de excluídos os vazios.
4.1.3-Aparelhos e utensílios
-Picnómetro de 100cm³
-Balança com limite de erro de 0,01g (fig. 10)
-Termómetro com limite de erro de 1ºC Fig.10- Balança com limite de erro de 0,01g
-Estufa de secagem capas de manter a
temperatura de 105-110ºC (fig. 11)
-Exsicador com sílica-gel anidra
-Peneiro de malha quadrada de 4,76mm (n.º4)
-Cápsula de porcelana
Fig.11- Estufa de secagem capas de manter a temperatura de 105-110ºC
4.1.4-Quantidade da amostra
Toma-se uma porção de 25g do solo seco na estufa constituído por partículas que passam
no peneiro de 4,76mm (n.º4).
4.1.5-Técnica do ensaio
Um provete de solo com cerca de 25g, seco ao ar, cujos torrões devem ter sido desfeitos
num almofariz, é colocado num picnómetro, onde se lhe adiciona 50cm³ de água destilada. É
em seguida levado à ebulição, durante 10min. (fig. 12); entretanto agita-se o picnómetro
para obrigar a libertar o ar aderido às partículas. Deixa-se arrefecer até à temperatura
ambiente, acaba-se de encher o picnómetro com água destilada até ao traço de referência e
pesa-se o conjunto, tendo o cuidado de limpar previamente o exterior do picnómetro. Toma-
30
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
se a nota da temperatura t da dispersão. O provete é depois passado para uma cápsula e seco
na estufa, à temperatura de 10573ºC, até o peso constante.
Por fim limpa-se cuidadosamente o picnómetro, enche-se de água destilada até ao traço de
referência e determina-se o peso do conjunto
A massa volúmica das partículas é dada pela expressão
γs = γw.m4/(m4+m2-m5)
em que
γs - massa volúmica das partículas de um solo
γw - peso volúmico da água à temperatura t do ensaio
m4 – peso da amostra depois de seco na estufa
m2– peso do picnómetro contendo água destilada
m5 – peso do picnómetro contendo a amostra e água destilada à temperatura t
4.1.6- Resultados
A massa volúmica do solo em estudo, de uma forma geral considera-se bastante
aceitável, já que, encontra-se dentro do padrão normal, ou seja, abaixo das três gramas por
centímetro cúbico (< 3g/cm³), com uma variação entre 2,78 e 2,81 décimas (g/cm³),
S.I.: 27,8 KN/m³ e 28,1 KN/m³ (aproximadamente).
31
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quadro 3- Massa volúmica
Data: 15/05/05
Local: São Francisco
MASSA VOLÚMICA DOS GRÃOS
Amostra n.º1
Símbolo
Designação
72
Picnómetro+Provetes+Água destilada
(g) m5 153,61
Picnómetro+Água destilada
(g) m2 139,61
Cápsula Nº
40
Peso da cápsula
(g)
90,47
Provete seco+Cápsula
(g)
112,37
Peso do provete seco
(g) m4 21,90
Temperatura de ensaio
(ºC) T
28
Peso específico da água à temperatura T
γw 10
Peso específico dos grãos
(g/cm³) γs 2,80
γs = 2,81 g/cm³
Provetes
67
154,27
140,27
36
96,68
118,65
21,97
28
10
2,83
Amostra N.º 2
Símbolo
Designação
Provetes
69
Picnómetro+Provetes+Água destilada
(g) m5 155,09
Picnómetro+Água destilada
(g) m2 140,55
Cápsula Nº
1
Peso da cápsula
(g)
68,75
Provete seco+Cápsula
(g)
91,39
Peso do provete seco
(g) m4 22,64
Temperatura de ensaio
(ºC) T
28
Peso específico da água à temperatura T
γw 10
Peso específico dos grãos
(g/cm³) γs 2,79
γs = 2,78 g/cm³
Símbolo
Designação
Picnómetro+Provetes+Água destilada
(g) m5 163,63
Picnómetro+Água destilada
(g) m2 149,34
Cápsula Nº
3
Peso da cápsula
(g)
96,40
Provete seco+Cápsula
(g)
128,63
Peso do provete seco
(g) m4 22,23
Temperatura de ensaio
(ºC) T
28
Peso específico da água à temperatura T
γw 10
Peso específico dos grãos
(g/cm³) γs 2,80
γs = 2,80 g/cm³
81
159,90
145,44
2
81,04
103,72
22,68
28
10
2,76
Amostra Nº3
Provetes
10
59
163,16
148,83
4
90,23
112,57
22,34
28
10
2,79
32
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
4.2) NP 83-1965 LNEC SOLOS: Densidade das partículas -Método do picnómetro.
4.2.1- Definição
É a relação entre a massa volúmica das partículas sólidas e o peso de igual volume de
água a uma temperatura de 20ºC.
G = γs/γw
4.2.2- Notas complementares
Para o caso em que as partículas constituintes do solo terem dimensões inferiores às do
peneiro de 4,75mm (n.º 4), a técnica de ensaio descrita para a determinação da massa
volúmica , pode ser ajustada à determinação da densidade das partículas, segundo a Norma
Portuguesa NP-83-1965-SOLOS: Densidade das partículas (método do picnómetro).
4.2.3.-Cálculo
4.2.3.1- Calibragem do picnómetro
Lava-se o picnómetro com água, seca-se, pesa-se e regista-se (m1=43,95 g). Enche-se
com água destilada até atingir o traço de referência, pesa-se, registando de novo como
(m2=139,61 g). Como forma de adquirir uma água destilada isenta de ar, coloca-se em
ebulição durante 30 minutos, deixando arrefecer com o recipiente cheio e fechado, até à
temperatura ambiente.
Depois de pesado, determina-se a temperatura da água representado por t1=28º C e
despeja-se o picnómetro. A massa (m3) expressa em gramas, do picnómetro cheio de água, à
temperatura tx é:
m3 = d4tx/d4t1 (m2-m1) + m1
onde
d4tx-densidade da água à temperatura tx
d4t1- densidade da água à temperatura t1
33
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
4.2.4- Resultados
É de ter em consideração que da definição da densidade das partículas, advém que esta é a
relação entre a massa volúmica das partículas de um solo e o peso volúmico da água a 20ºC
(G = γs/γw), com γw = 9,81 KN/m³ (998,2Kg/m³).
Com a massa volúmica das partículas consegue-se a densidade das partículas, que por sua
vez intervêm na determinação do diâmetro das partículas com dimensões inferiores a
0,074mm, mais concretamente na parte da sedimentação, para análise granulométrica. Na
maioria dos casos a densidade das partículas oscila entre 2,65 e 2,85. Todos estes resultados
podem ser conferidos no quadro 4.
γs amostra n.º 1
=>
γs = 2,81 g/cm³
G = 2,81
γs amostra n.º2
=>
γs = 2,78 g/cm³
G = 2,78
γs amostra n.º3
=>
γs = 2,80 g/cm³
G = 2,80
Quadro 4- Densidade dos grãos8
fig. 12 Picnómetro + Provete + Água destilada em ebulição
8
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde (LEC), Setembro de 2006, Densidade das partículas obtidos a
partir da determinação da Massa Volúmica das partículas
34
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
4.3)
NP 84-1965 LNEC SOLOS: Determinação do Teor em Água
4.3.1-Notas preliminares
Das principais entidades que publicam normas e especificações como por exemplo a
American Association of State Highways Officials (AASHO), American Society for Testing
Material (ASTM) e a British Standarts Institution (BS), só esta última publicou até à data
uma especificação referente exclusivamente à determinação de teores de humidade de solos.
4.3.2- Definição
Teor de humidade de um provete de solo é o quociente expresso em percentagem, da massa
de água que se evapora do provete entre a temperatura de 105ºC e 110ºC, pela massa do
provete depois de seco.
4.3.3- Objectivos
Tal ensaio destina-se a fixar o modo de efectuar a determinação do teor em água de um
provete de solo, quando este não se destine a ser utilizado noutras determinações
normalizadas, tais como as dos limites de consistência.
4.3.4-Aparelhos e utensílios
-Balança com uma precisão de 0,0025%
-Cápsula ou recipientes tarados com peso inferior a 20% do peso do provete a ensaiar (fig.
15)
-Estufa para secagem entre 105-110ºC. (fig. 14)
-Exsicador (fig. 13)
4.3.5- Quantidade da amostra
Atendendo que mais de 80% da massa das partículas passam no peneiro de malha
quadrada de 2,38mm de abertura (ASTM n.º 8), tomou-se um provete de, pelo menos, 30g.
35
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
4.3.6-Principio do método de estufa
O método de estufa é um método padrão, e como tal dá resultados precisos e fiéis. Ele
consiste em termos uma amostra de solo, cuja quantidade é função das dimensões das
partículas sólidas, depois de pesada (W =Ws + Ww) é submetida a um processo de secagem
para que toda a água existente nos vazios se evapore.
O teor em água será:
ω = Ww/Ws
4.3.7-Técnica do ensaio
O provete é desagregado, colocado numa cápsula ou recipiente de peso conhecido e
tapado. Esta operação deve ser efectuada rapidamente de forma a não haver trocas de
humidade com o ambiente.
Pesa-se o conjunto, regista-se, introduzindo na estufa sem a tampa e deixa-se secar (perda
de humidade) à temperatura entre 105-110ºC durante 24h.
Uma outra pesagem será feita colocando novamente a tampa antes do provete ser retirado
da estufa e deixa-se arrefecer no exsicador. O exsicador pode ser dispensado se a tampa do
recipiente fechar suficientemente bem e se o tempo de espera pela pesagem for pequeno.
4.3.8- Resultado
O teor em água ou teor de humidade do provete expresso em percentagem é dado pela
expressão: ω = 100 x (m 2- m3) /m3-m1)
Onde o resultado aparece arredondado ás décimas e as massas expressas na mesma
unidade, sendo:
m1 massa do recipiente,
m2 massa do recipiente mais o provete antes da secagem,
m3 massa do recipiente e do provete depois de seco,
36
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
No boletim de ensaio da página seguinte (do teor em água) podemos conferir que o
teor de humidade deste solo é um índice físico que oscila nos três furos, não deixando de ser
valores altos, pois o solo é húmido. Para um terreno onde se pretende implantar qualquer
loteamento, neste caso do tipo de (“Urgeses”) o mais aconselhável seria fazer a remoção
daquele terreno, caso a camada não excede-se os 3m de profundidade, o que não é ocaso,
podendo sim optar por um sistema de ensoleiramento geral do local este último que é
“sublinhado”, pois não implica ter na obra, grandes movimentos de terras que normalmente
seriam muito dispendiosas.
fig.13 Exsicador
fig.14 Estufa
fig.15 Cápsulas
37
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quadro 59
Local: São Francisco
Data: 30/05/05
Amostra N.º 1
DETERMINAÇÃO DO TEOR EM ÁGUA
m1
m2
m3
Ws
Ww
ω
ω
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
(%)
(%)
Cápsula
Amostra húmida + cápsula
Amostra seca + cápsula
Peso da cápsula
Peso da água
Amostra seca
Teor em água
Teor em água médio da amostra
12
98,22
86,43
21,58
11,79
64,85
18,2
4
100,42
88,12
21,83
12,30
66,29
18,6
18,4
Amostra N.º 2
m1
m2
m3
Ws
Ww
ω
ω
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
(%)
(%)
Cápsula
Amostra húmida + cápsula
Amostra seca + cápsula
Peso da cápsula
Peso da água
Amostra seca
Teor em água
Teor em água médio da amostra
29
109,25
100,50
21,44
8,75
79,06
11,1
81
110,98
101,59
21,77
9,39
79,82
11,8
11,5
Amostra N.º 3
m1
m2
m3
Ws
Ww
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
ω
ω
(%)
(%)
9
Cápsula
Amostra húmida + cápsula
Amostra seca + cápsula
Peso da cápsula
Peso da água
Amostra seca
Teor em água
Teor em água médio da amostra
18
102,64
92,64
21,87
10,00
70,77
14,1
21
105,31
94,94
21,83
10,37
73,11
14,2
14,2
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Resultados dos teores em água
38
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
CAPITULO V
5) - ENSAIOS PARA A IDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS
Através de ensaios laboratoriais foi-nos permitido a identificação de uma dada espécie de
solo e são eles rígidas por diversos campos; uma delas é a Norma Portuguesa -NP que refere
a Solos: Preparação por via seca para ensaios de identificação; Composição granulométrica
e limites de consistência ou de Atterberg.
5.1)
E195-1966 LNEC SOLOS: Preparação por via seca de amostras para ensaios de
identificação
5.1.1-Objectivos
Tal especificação destina-se a fixar o modo de preparar as amostras de solo, tal como são
recebidas do campo, para análise granulomética e determinação dos limites de consistência e
determinação do equivalente centrífugo de humidade.
5.1.2-Aparelhos e utensílios
-Balança com limites de erro de 0,1g
-Peneiros ASTM de malha quadrada de 2,00mm (nº10) e
0,420mm (nº 40) de abertura. ( fig. 16)
Fig.16 Peneiros ASTM
-Almofariz e pilão com mão revestida de borracha
-Repartidores (fig. 17)
-Estufa controlada termoestáticamente, capaz de mover
temperaturas de 105-110ºC.
Fig.17 Repartidores
5.1.3-Quantidade da amostra
A quantidade da amostra de material seco ao ar varia consoante o ensaio a executar que
foram os seguintes:
39
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Para a análise granulométrica foi necessário uma quantidade de material que passa no
peneiro de 2,00mm (n.º10) de aproximadamente 65kg que é o ideal pois trata-se de um solo
siltoso.
Para determinação dos limites de consistência e equivalente centrífugo de humidade,
foram precisos 100g para a determinação do limite de liquidez, 15g para limite de
plasticidade e 10g para equivalente centrífugo de humidade.
É de referenciar que será necessário fazer com que haja uma quantidade de material
sobrante com finalidades nas verificações.
5.1.4-Preparação geral da amostra
A amostra tal como é recebida do campo, deve ser bem seca ao ar, e os torrões
desagregados por meio de um almofariz e pilão com mão de borracha de forma a não reduzir
o tamanho individual das partículas. Selecciona-se pelo método de esquartelamento ou por
uso de um repartidor as quantidades representativas de cada ensaio.
Pesa-se a quantidade de amostra seleccionada, registrando-a como a massa total da
amostra, não corrigida da humidade higroscópica. Separa-se então a amostra em duas
porções por meio do peneiro de 2,00mm (n.º 10). Desagrega-se a porção retida em tal
peneiro, separando-a de novo no mesmo (2,00mm).
Lava-se de todo o material a fracção retida no peneiro n.º 10 depois de uma segunda
peneiração, seca-se na estufa a 105-110ºC pesando de seguida. Este será o valor da massa do
material grosso.
5.1.4.1- Preparação da amostra para a análise granulométrica
As fracções que passam no peneiro de 2,00mm (n.º 10) são misturadas, aplicando-se o
método de esquartelamento. Selecciona-se para análise granulométrica de finos uma porção
da amostra com aproximadamente 65kg (solo siltoso).
Para análise granulométrica dos grossos utiliza-se o material obtido directamente da
preparação geral da amostra numa quantidade igual à utilizada para finos (65kg).
40
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
5.1.4.2- Preparação da amostra para a determinação dos limites de consistência e
equivalente centrífugo de humidade
Separa-se a porção restante do material que passa no peneiro de 2,00mm (n.º10) em duas
partes por meio do peneiro de 0.420mm (n.º40). A fracção retida neste peneiro deve ser
desagregada por meio do almofariz e pilão revestida com mão de borracha, de modo a levar
as partículas ao seu tamanho individual. Tal solo deve ser de novo separado através do
peneiro de 0,420mm (n.º 40), repetindo o processo caso a desagregação das partículas seja
possível, em caso de dúvidas o conveniente é lançar uma pequena porção do solo na água e
ver qual o comportamento a seguir. O material que não for possível a sua desagregação deve
ser rejeitado.
As diversas fracções do material passado no peneiro de 0,420mm (n.º 40), obtidas pelas
operações de desagregação e peneiração, são misturados e guardados para a realização dos
tais ensaios: limites de consistência e equivalente centrífugo de humidade.
5.2)
E 239-1970 LNEC SOLOS: Análise granulométrica por peneiração húmida
5.2.1-Objectivos
Esta especificação destina-se a fixar o modo de determinar quantitativamente a
distribuição por tamanhos das partículas que constituem o solo retidas no peneiro de
0,074mm (n.º 200) da série ASTM e a percentagem de material passado neste peneiro.
5.2.2- Agente dispersivo
Solução de hexametafosfato de sódio comercial– Dissolvem-se 33g
de hexametafosfato e 7g de carbonato de sódio em água destilada, até
perfazer o volume de 1000 cm3 (antifloculante)
5.2.3- Aparelhos e utensílios
Fig.18 Série de peneiros ASTM
-Série de peneiros ASTM de malha quadrada com as seguintes aberturas; 76,1mm
(n.º4´´), 50,8mm (n.º3´´), 38,10mm (n.º2´´), 25,40mm (n.º1´´), 19,00mm (n.º3/4´´), 9,52mm
(n.º3/8´´), 4,76mm (n.º4), 2,00mm (n.º10), 0,841mm (n.º20), 0,42mm (n.º40), 0,25mm
(n.º60), 0,177mm (n.º80), 0,105mm (n.º140) e 0,074mm (n.º200), (fig. 18).
41
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
-Balança com limite de erro de 0.01g
-Estufa de secagem, capaz de manter a temperatura entre 105-110ºC
-Almofariz e pilão revestido de borracha
-Repartidores
-Cápsulas de porcelana com 15cm de diâmetro
-Copo de precipitação de 500 cm³
-Exsicador de 25cm de diâmetro
-Frasco de lavagem por esguicho
5.2.4- Preparação da amostra
A quantidade de material necessário e o modo de efectuar a sua preparação são definidos
na especificação do LNEC E 195 “solos preparação por via seca de amostras para ensaios de
identificação”.
5.2.5- Técnica
A composição granulométrica da fracção do solo com partículas de dimensões superiores
a 0,075mm (75 µm) (seixo e areia) é efectuada agitando uma dada massa de solo sobre uma
série de peneiros com malhas de diferentes dimensões (método de peneiração).
5.2.5.1- Análise granulométrica da fracção retida no peneiro de 2,00mm (n.º 10)
Faz-se passar uma dada quantidade de material grosso seco na estufa, adquirida a partir de
uma preparação geral da amostra feita segundo a norma E 195 (“preparação por via seca
para ensaios de identificação”) através de uma série de peneiros, de malha superior a
2,00mm (n.º10), começando pelo peneiro mais largo registrando-se a massa de solo retido
em cada um deles, que fazendo o somatório nos dará a massa m10, que corresponde à massa
total da fracção retida no peneiro de 2,00mm (n.º10).
A peneiração deve ser feita executando movimentos horizontais de translação e rotação, de
forma a manter o material de malha superior a 2,00mm (n.º10), em movimento contínuo; os
42
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
movimentos devem ser feitos no sentido directo e no sentido retrógrado. Nunca se devem
manipular os fragmentos e a peneiração deve prolongar-se até que, em qualquer peneiro, não
passe, durante 1 minuto, mais de 1% do material retido desse peneiro.
5.2.5.2-Análise granulométrica da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º 10)
Seca-se na estufa o material passado no peneiro de 2,00mm (n.º10), pesa-se e regista-se
como a massa total da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º10) tendo como
nomenclatura (m´10).
Neste caso é necessário antes de fazer passar o material através de uma série de peneiros,
compreendidos entre o n.º10 e o n.º200, recorrer a um tratamento prévio do solo no sentido
de dispersar o mais possível as partículas constituintes desse solo. Solo este com uma
amostra representativa de 50g, por se tratar de um solo siltoso. Pesa-se e regista-se como
massa da amostra (ma).
Coloca-se o solo no copo de precipitação, juntam-se 250 cm3 de água onde foi dissolvido
previamente 0,5g de hexametafosfato de sódio comercial (antifloculante). Agita-se bem com
uma vareta de vidro e deixa-se repousar durante pelo menos 1 hora, agitando de vez em
quando.
Seguidamente transfere-se a suspensão para o peneiro de 0,074mm (n.º 200), onde é
lavado por meio de um jacto de água. Deve haver o cuidado em transferir todos os resíduos
da suspensão aderentes aos corpos, passando-os para uma cápsula que é levada para a estufa
a 105-110 ºC até à massa constante.
Peneira-se em seguida pelos peneiros de 0,841mm (n.º20), 0.420mm (n.º40), 0.250mm
(n.º60), 0,150mm (n.º140), 0,074mm (n.º200), utilizando a técnica de fazer movimentos
horizontais de translação e rotação com os peneiros, pesando também as massas das fracções
retidas em cada peneiro.
O controlo da validade dos ensaios é feito somando a quantidade de solo acumulada sobre
todos os peneiros e verificando se essa é igual à massa total ensaiada com limites de erro de
aproximadamente 0,5%.
43
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
5.2.6-Resultados
5.2.6.1-Cálculos
5.2.6.1.1-Material grosso – retido no peneiro de 2,00mm (n.º 10)
A percentagem de material grosso é:
N´10 = m10/mt x 100
sendo:
mt = m10 + m´10
A percentagem de material retido no peneiro n.º x é:
Nx = mx / mt x 100
A percentagem retida acumulada N´x referente a cada peneiro n.º x é calculada somando
a percentagem retida neste peneiro Nx às percentagens retidas nos peneiros de malha mais
larga.
A percentagem acumulada do material que passa em cada peneiro n.º x é:
N´´x = 100 – N´x
5.2.6.1.2 – Material fino – passado no peneiro de 2,00mm (n.º 10)
A percentagem de material fino é:
N´´10 = m´10/mt x 100
A percentagem desse material retido no peneiro n.º x, referida à massa total da amostra, é:
Nx = mx/ma x N´´10
A percentagem acumulada do material que passa em cada peneiro n.ºx é:
N´´x = 100 – N´x
44
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
em que
N´´x – percentagem retida acumulada, calculada na aliínea anterior
N´x – percentagem retida acumulada referente a cada peneiro n.º x
m10 - massa total da fracção retida no peneiro de 2,00mm (n.º10)
m´10 - massa total da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º10)
mt – massa total da amostra
mx – massa do material retido no peneiro n.º x
ma – massa do material passado no peneiro de 2,00mm (n.º 10) (amostra de 50g)
N´10 – percentagem de material grosso
N´´10 – percentagem de material fino
5.3)
E 196-1966 LNEC SOLOS: Análise granulométrica
5.3.1-Generalidades
Entende-se por análise granulométrica, composição granulométrica ou granulometria de
um solo a distribuição expressa em peso consoante o número de peneiros, das partículas
constituintes desse solo com tamanhos inferiores a determinadas dimensões.
5.3.2-Objectivos
A presente especificação destina-se a fixar o modo de determinar quantitativamente a
distribuição por tamanhos das partículas que constituem um solo, para o caso, vai
complementar a análise granulométrica feita pela peneiração húmida para as partículas com
dimensões inferiores a 0,074mm, ou seja, que passam no peneiro da série ASTM n.º 200.
45
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
5.3.3-Reagentes
-Solução de água oxigenada a 20 volumes
-Solução de hexametafosfato de sódio comercial –
Dissolvem-se 33g de hexametafosfato e 7g de
carbonato de sódio em água destilada, até perfazer o
volume de 1000 cm3 (antifloculante).
5.3.4-Aparelhos e utensílios
fig. 19 Aparelhos para ensaio de sedimentação
-Série de peneiros ASTM de malha quadrada com as seguintes aberturas; 76,1mm (n.º4´´),
50,8mm (n.º3´´), 38,10mm (n.º2´´), 25,40mm (n.º1´´),
19,00mm (n.º3/4´´), 9,52mm (n.º3/8´´), 4,76mm (n.º4),
2,00mm (n.º10), 0,841mm (n.º20), 0,42mm (n.º40),
0,25mm (n.º60), 0,177mm (n.º80), 0,105mm (n.º140) e
0,074mm (n.º200).
-Proveta graduada de 1000 cm3 (fig.20);
-Densímetro graduado em intervalos de densidade de
0,001(fig.21);
-Termómetro graduado de 0 a 50ºC com limites
fig.20 Proveta com Densímetro
de erro de 0,5 ºC
-Cronómetro(fig.19);
-Régua graduada em milímetros
- Vareta de vidro de 15cm de comprimento, 4 de
diâmetro com ponta de borracha
-Exsicador com 25cm de diâmetro
fig.21 Fase de leitura
-Balança para pesagem com limites de erro de 0,01g
46
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
-Estufa controlada termoestáticamente, capaz de manter a temperatura de 105-110ºC
-Almofariz e pilão revestido de borracha
-Repartidores
-Cápsulas de porcelana com 15cm de diâmetro
-Frasco de Erlenmeyer de boca larga de 1000cm³
5.3.5-Correcção do menisco
Introduz-se o densímetro na proveta de 1000cm³ contendo cerca de 700cm³ de água
destilada. Coloca-se o olho ligeiramente abaixo do plano da superfície do líquido e sobe-se
lentamente até que a superfície deixe de ser vista como uma elipse e apareça como uma
linha recta; determina-se o ponto em que o plano intersecta a escala do densímetro
(742,075cm³).
Repetindo o processo agora no sentido inverso, ou seja, colocando o olho ligeiramente
acima do plano da superfície do líquido, determina-se o ponto em que o limite superior do
menisco intersecta a escala do densímetro (742,074cm³).
A correcção do menisco CM é feita, fazendo a diferença entre as duas leituras e a
correcção será (0,001).
5.3.6-Preparação da amostra
A quantidade de amostra necessário e o modo de efectuar a sua preparação são indicados
na especificação E 195 “Solos – Preparação por via seca de amostras para ensaios de
identificação”.
5.3.7-Técnica
5.3.7.1-Análise granulométrica da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º10),
incluindo partículas de dimensões inferiores a 0,075mm (75 :m) (silte e argila).
Nesta última fracção a análise granulométrica é determinada a partir da velocidade de
queda das partículas de solo, postas em suspensão numa proveta com água, obtida através da
47
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
medição do peso volúmico da suspensão a diferentes intervalos de tempo – método da
sedimentação.
5.3.7.1.1-Teor em água
Tomam-se 10 a 15g de material passado no peneiro de 2,00mm (n.º10) e determina-se o
seu teor em água (Τ) de acordo com a norma NP-84.
5.3.7.1.2-Preparação do solo
Pesa-se uma quantidade com cerca de 50g (solos siltosos ou argilosos), como é o caso
registando como a massa de solo seco ao ar ma.
5.3.7.1.3- Sedimentação
Tapa-se a boca da proveta com uma rodela de borracha, sobre a qual se coloca a mão, e
agita-se vigorosamente com sucessivas inversões da posição da proveta. Logo que se acaba
esta operação, coloca-se a proveta na bancada e põe-se o cronómetro em funcionamento.
Introduz-se o densímetro na suspensão até uma profundidade ligeiramente superior à
posição de flutuação e deixa-se flutuar livremente. Lê-se ao fim de 1 min., 2 min e 5 min.
Remove-se o densímetro lentamente, lava-se com água destilada e conserva-se numa
proveta com água destilada à mesma temperatura de suspensão. Introduz-se o densímetro na
suspensão para leituras aos 15 min, 30 min, 60 min, 250 min, 1440 min (24 horas) e 2880
min (48 horas). Depois de cada leitura Ls, remove-se o densímetro, lava-se e coloca-se na
proveta com água destilada. A inserção e remoção do densímetro deve ser feita
cuidadosamente para evitar perturbar a suspensão. Normalmente quer a introdução quer a
remoção levam 10 s. Deve-se evitar também qualquer vibração da suspensão.
Regista-se a temperatura da suspensão com limite de erro a menos de 0,5 ºC, após cada
leitura do densímetro. No intervalo das leituras, a proveta deve estar coberta com uma rodela
de papel de filtro.
Determina-se a correcção do antifloculante colocando 50cm³ da solução antifloculante
num pesa filtros de vidro, evaporando a água numa estufa a 105-110 ºC e determina-se a
massa do antifloculante ma (2g) numa balança com limite de erro de 0,01g. A correcção
será: Ca=2.ma/1000
48
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
5.3.8- Resultados
5.3.8.1- Cálculos
5.3.8.1.1- Sedimentação
Calcula-se a correcção da temperatura Ct por meio do quadro I e a partir das leituras
directas do densímetro, calculam-se as leituras corrigidas dos efeitos do menisco, do
antifloculante e da temperatura:
Lc = Ls + Cm – Ca + Ct
A percentagem de partículas de diâmetro inferior a D, referida à massa seca do solo
usado na sedimentação, é:
nd = [100000/mb x G/ (G – 1)] x (Lc – 1)
A percentagem de partículas de diâmetro inferior a D, referida à massa total da amostra,
é:
Nd = nd x (100 – N´10) /100
O diâmetro das partículas correspondente às percentagens nd e Nd, referida nas alinhas
anteriores, é dado, em milímetros, pela expressão da lei de Stokes:
D = √ [30.:. Zs] /980 (G-G1). t = K√Zs/t
em que
Ls – leitura directa feita na parte superior do menisco
Cm – correcção do menisco
Ca – correcção do antifloculante
Ct – correcção da temperatura
G – densidade das partículas, calculada de acordo com a norma NP-83
mb – massa seca do solo usado na sedimentação
49
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Lc – leitura do densímetro corrigido
nd – percentagem de partículas de diâmetro inferior a D, referida à massa seca do
solo usado na sedimentação
: - Viscosidade da água, em poises (dependente da temperatura)
G – densidade das partículas
G1 – densidade do meio da suspensão (pode tomar-se igual a 1,000)
Zs – profundidade efectiva (distância do nível da suspensão ao centro de
impulsão do densímetro), em centímetros, calculada como se indica na
calibração do densímetro
t – intervalo de tempo, em minutos, medido desde o início da sedimentação
até a leitura do densímetro.
5.3.8.2- Apresentação
Os resultados são registados no impresso próprio e com eles traça-se a curva
granulométrica em papel semilogarítmico. Podendo ainda ser registados num quadro, a
menos de 1%, discriminando as seguintes fracções granulométricas:
Seixo grosso – 60 a 20mm
Areia fina – 0,2 a 0,06mm
Seixo médio – 20 a 6mm
Silte grosso – 0,06 a 0,02mm
Seixo fino – 6 a 2mm
Silte médio – 0,02 a 0,006mm
Areia grossa – 2 a 0,6mm
Silte fino – 0,006 a 0,002mm
Areia média – 0,6 a 0,2mm
Argila - < 0,002mm
50
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quadro 610
Data:05/06/06
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
Local: São Francisco
I-PENEIRAÇÃO GROSSA (grãos > 2000 :)
Amostra # 1
Nº do peneiro
1´´
¾´´
3/8´´
4
10
Malha
(mm)
25,40
19,10
9,52
4,76
2,00
Massa do material retido
(g) ----------68,00
27,30
32,81
22,90
% do material retido
----------8,2
3,3
4,0
2,8
%acumuladas (retidas)
----------8,2
11,5
15,5
18,3
Massa total da amostra
mt = 825 g
Massa do material retido no peneiro 10
m10 =151,01 g
Massa do material passado no peneiro 10
m´10 = mt-m10 = 673,99 g
Percentagem de finos
N´´10 =100 x m´10/mt = 81,7 %
Percentagem de material grosso
N´10 = m10/mt x 100 = 18,3 %
II – SEDIMENTAÇÃO
Proveta
001
Água oxigenada 150 cm³
Fervura 10
min.
Densímetro ____
Antifloculante _100 cm³
Agitação _15_ min.
Correcções{ Menisco
C = 0,001 Humidade higroscópica {Ps = 66,29 g
Antifloculante C´ = 0,004
Pa = 78,59 g
Peso específico dos grãos (g/cm³) γs = 2,81 Provete seco ao ar
PA = 50__ g
Temp. médio do ensaio (ºC)
T= 20 Provete seco PS = PA x Ps/Pa = 42,17 g
K = 0,01287
A = 100/PS x G/(G-1) = 3,67
T
min.
Temp
ºC
Correcção
devido à
temp.
C´´
Leitura no
densímetro
L
Lc =
L+C+C´+C´´
Z
cm
1
2
5
15
30
60
250
1440
21
"
"
"
"
"
"
"
0,0002
"
"
"
"
"
"
"
1,028
1,027
1,026
1,024
1,023
1,022
1,019
1,017
1,0252
1,0242
1,0232
1,0212
1,0202
1,0192
1,0167
1,0142
13,30
13,50
13,65
13,25
13,40
13,60
14,05
14,45
III – PENEIRAÇÃO FINA (grãos entre 2000 e 74 :)
N.º do peneiro
20
40
Malha
(mm) 0,84
0,42
Massa do material retido
(g) 0,68
0,86
% do material retido
1,6
2,0
% referentes ao total
1,3
1,7
% acumulados (retidos)
19,6
21,3
10
Z/T
D=
k√Z/T
mm
13,30
6,75
2,75
0,88
0,45
0,23
0,06
0,01
0,0469
0,0334
0,0213
0,0121
0,0086
0,0061
0,0031
0,0013
60
0,25
0,30
0,7
0,6
21,9
80
0,177
0,36
0,9
0,7
22,6
B=10³(Lc-1)
%
AxB
%
retidas ao
total
(passados)
25,2
24,2
23,2
21,2
20,2
19,2
16,7
14,2
92,5
88,8
85,1
77,8
74,1
70,5
61,3
52,1
75,9
72,6
69,6
63,7
60,6
57,6
50,1
42,6
140
0,105
0,49
1,2
0,9
23,5
200
0,074
0,33
0,8
0,6
24,1
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde, Junho de 2006, Análise Granulométrica, amostra n.º 1
51
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quadro 711
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
Data:05/06/06
Local: São Francisco
I-PENEIRAÇÃO GROSSA (grãos > 2000 :)
Amostra # 2
N.º do peneiro
1´´
¾´´
3/8´´
4
10
Malha
(mm)
25,40
19,10
9,52
4,76
2,00
Massa do material retido (g)
98,72
110,30
97,65
62,91
46,98
% do material retido
11,5
12,8
11,4
7,3
5,5
% acumuladas (retidas)
11,5
24,3
35,7
43,0
48,5
Massa total da amostra
mt = 860 g
Massa do material retido no peneiro 10
m10 = 416,56 g
Massa do material passado no peneiro 10
m´10 = mt-m10 = 443,44 g
Percentagem de finos
N´´10 =100 x m´10/mt = 51,6 %
Percentagem de material grosso
N´10 = m10/mt x 100 = 48,5 %
II – SEDIMENTAÇÃO
Proveta __002____Água oxigenada 150 cm³
Fervura _10
min.
Densímetro ____Antifloculante
100_ cm³
Agitação 15_
min.
Correcções{ Menisco
C = __0,001_Humidade higroscópica {Ps = __79,82_ g
Antifloculante C´ = _0,004__
Pa = __89,21 g
Peso específico dos grãos (g/cm³) γs = 2,78___ Provete seco ao ar PA = __50_ _ g
Temp. médio do ensaio (ºC) T= __20___Provete seco PS = PA x Ps/Pa = _44,7 g
K = 0,01268
T
min.
Temp
ºC
Correcção
devido à
temp.
C´´
1
2
5
15
30
80
250
1440
23
"
"
"
"
"
"
"
0,0006
"
"
"
"
"
"
"
A = 100/PS x G/(G-1) = 3,49
Leitura no
densímetro
L
Lc =
L+C+C´+C´´
Z
cm
1,025
1,024
1,023
1,021
1,020
1,018
1,015
1,012
1,0226
1,0216
1,0206
1,0186
1,0176
1,0156
1,0126
1,0096
13,75
13,95
14,10
13,70
13,85
14,20
14,75
15,25
III- PENEIRAÇÃO FINA (grãos entre 2000 e 74 :)
Nº do peneiro
20
40
Malha
(mm) 0,84
0,42
Massa do material retido
(g)
% do material retido
% referentes ao total
% acumulados (retidos)
11
Z/T
D=
k√Z/T
mm
13,75
6,98
2,82
0,91
0,46
0,24
0,06
0,01
0,0470
0,0335
0,0213
0,0121
0,0086
0,0062
0,0031
0,0013
60
0,25
80
0,177
B=10³(Lc-1)
%
AxB
%
retidas ao
total
(passados)
22,6
21,6
20,6
18,6
17,6
15,6
12,6
9,6
78,9
75,4
71,9
64,9
61,4
54,4
44,0
33,5
40,6
38,8
37,0
33,4
31,6
28,0
22,6
17,3
140
0,105
200
0,074
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde, Junho de 2006, Análise Granulométrica, amostra n.º 2
52
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quadro 812
Local: São Francisco
Data:05/06/06
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
I-PENEIRAÇÃO GROSSA (grãos > 2000 :)
Amostra # 3
Nº do peneiro
1´´
¾´´
3/8´´
4
10
Malha
(mm)
25,40
19,10
9,52
4,76
2,00
Massa do material retido (g) ----------38,14
81,86
98,66
86,17
% do material retido
----------4,8
10,2
12,3
10,8
% acumuladas (retidas)
----------4.8
15,0
27,3
38,1
Massa total da amostra
mt = 800 g
Massa do material retido no peneiro 10
m10 = 304,83 g
Massa do material passado no peneiro 10
m´10 = mt-m10 = 495,17 g
Percentagem de finos
N´´10 =100 x m´10/mt = 61,9 %
Percentagem de material grosso
N´10 = m10/mt x 100 = 38,1 %
II – SEDIMENTAÇÃO
Proveta
003 Água oxigenada 150
cm³
Fervura 10
min.
Agitação 15____min.
Densímetro _____Antifloculante _100_____ cm³
Correcções{ Menisco
C = _0,001_Humidade higroscópica {Ps = 73,11
Pa = 83,48
Antifloculante C´ = _0,004_
Peso específico dos grãos (g/cm³) γs = __2,80__ Provete seco ao ar
PA = 50
Temp. médio do ensaio (ºC) T= __20___Provete seco PS = PA x Ps/Pa = 43,8
K = 0,01261
A = 100/PS x G/(G-1) = 3,55
T
min.
Temp
ºC
Correcção
devido à
temp.
C´´
Leitura no
densímetro
L
Lc =
L+C+C´+C´´
Z
cm
1
2
5
15
30
80
250
1440
23
//
//
//
//
//
//
//
0,0006
//
//
//
//
//
//
//
1,024
1,023
1,022
1,020
1,0181
1,017
1,0135
1,0105
1,0216
1,0206
1,0196
1,0176
1,0161
1,0146
1,0171
1,0081
13,95
14,10
14,30
13,85
14,15
14,40
15,50
15,55
III- PENEIRAÇÃO FINA (grãos entre 2000 e 74 :)
Nº do peneiro
20
40
Malha
(mm) 0,84
0,42
Massa do material retido
(g)
33,62 21,19
% do material retido
4,2
2,7
% referentes ao total
% acumulados (retidos)
42,3
45,0
12
g
g
g
g
Z/T
D=
k√Z/T
mm
B=10³(Lc1)
%
AxB
%
retidas ao
total
(passados)
13,95
7,05
2,86
0,92
0,47
0,24
0,06
0,01
0,0471
0,0335
0,0231
0,0121
0,0087
0,0062
0,0031
0,0013
21,6
20,6
19,6
17,6
16,1
14,6
11,1
8,1
76,7
73,1
69,6
62,5
57,2
51,8
39,4
28,8
47,5
45,3
43,1
38,7
35,4
32,1
24,4
17,8
60
0,25
10,66
1,3
80
0,177
13,33
1,7
140
0,105
12,54
1,6
200
0,074
8,03
1,0
46,3
48,0
49,6
50,6
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde, Junho de 2006, Análise Granulométrica, amostra n.º 3
53
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Gráfico 313
Amostra # 1
CURVA GRANULOMETRICA
100
90
80
Material passado (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
Log do diâmetro das partículas (mm)
Gráfico 4
Amostra # 2
CURVA GRANULOMETRICA
100
90
80
Material passado (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
Log do diâmetro das partículas (mm)
Gráfico 5
Amostra # 3
CURVA GRANULOMETRICA
100
90
80
Material passado (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
Log do diâmetro das partículas (mm)
13
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados da Análise
Granulométrica das amostras
54
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
5.4)
NP 143- 1969 LNEC SOLOS: Determinação dos limites de consistência
5.4.1-Objectivo
A presente norma destina-se a definir e a fixar os processos de determinar os limites
de liquidez, de plasticidade e de retracção, de solos para efeitos de engenharia civil.
5.4.2-Generalidades
No caso de solos constituídos essencialmente por silte e argila (solos finos), a variação
do teor em água pode conduzir a diferentes estados destes solos. Assim um solo argiloso
com baixo teor em água não será moldável; se entretanto adicionarmos água ele passa
por um estado em que se desfaz em fragmentos quando se tenta moldá-lo, estado semisólido ou de comportamento friável, se continuar a adicionar água o solo atingirá um
estado em que será possível a moldagem, sem a variação de volume e sem fragmentação
– estado plástico; se acrescentarmos ainda mais água o solo transforma-se numa pasta
com o comportamento de um líquido – estado líquido ou de comportamento fluido.
Os teores em água limites inferiores dos diferentes estados ou fase de comportamento
do solo acabados de referir, são designados por limites de Atterberg ou limites de
consistência e são no sentido crescente dos teores em água; o limite de retracção (LR ou
WS), limite de plasticidade (LP ou WP), e limite de liquidez (LL ou WL).
ESTADOS DE COMPORTAMENTO
Teor em água crescente
Sólido
Semi-sólido ou de
Plástico ou de
Líquido ou de
comportamento
comportamento
comportamento
friável
moldável
fluído
LR ou Ws
LP ou Wp
LL ou Wl
55
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Pelo quadro acima, verifica-se que o solo apresentará comportamento moldável para
teores em água compreendidos entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade. A
respectiva diferença numérica designa-se por índice de plasticidade: Ip = Wl – Wp
5.4.3-Campo de aplicação no conteúdo geral
Os ensaios são realizados com o material que passa no peneiro de 0,425mm (n.º 4) da
série ASTM, preparados conforme a norma E-195-Solos:Preparação por via seca de
amostras para ensaios de identificação. Deve-se ter o cuidado para o caso de amostras
que contem matéria orgânica, pois estes não secam na natureza por isso devem ser
transportados para o laboratório em recipientes fechados e ensaiados antes que sequem
como forma a não perderem as respectivas propriedades e consequentemente a
plasticidade.
5.4.4- Determinação do limite de liquidez
5.4.4.1-Campo de aplicação
A determinação do limite de liquidez é somente aplicável a solos com cerca de 30%
ou mais, em massa de partículas com dimensões inferiores a 0.05mm.
5.4.4.2- Definição e símbolo
Limite de liquidez de uma amostra de solo é o teor em água correspondente a 25
pancadas, obtido por interpolação numa curva que relaciona o teor em água de cada um
de 4 provetes da amostra, com o número de pancadas para o qual os bordos inferiores de
um sulco aberto num provete se unem numa extensão de 1cm, quando o ensaio é feito
na concha de Casagrande.
Tal limite é especificado com o símbolo LL.
5.4.4.3-Aparelhos e utensílios (fig. 22)
-Concha de Casagrande (fig.23);
-Riscador
-Almofariz e pilão revestido com mão de borracha
Fig.22 Aparelhos para L.L.
56
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
-Peneiro de malha quadrada de 0,42mm (n.º 40 da série ASTM)
-Cápsula de porcelana com 10cm de diâmetro
-Espátula
Fig.2314 Concha de Casagrande em duas dimensões
5.4.4.4- Preparação dos provetes
Toma-se 500g da amostra a ensaiar, que se pisam no almofariz com mão de borracha,
com o objectivo de promover a separação das suas partículas sem alteração da
granulometria, e passam-se através do peneiro de 0,42mm (n.º40). Do material passado
neste peneiro tomam-se 100g que se amassam à espátula com água destilada até se
formar uma pasta homogénea e consistente. De cada vez que se adiciona água, a
amassadura deve durar 5 min.
Toma-se uma porção da pasta preparada e colocada na concha de Casagrande de
modo que se tenha uma camada, não muito comprimida, com a espessura de 1cm e com
a superfície nivelada.
Ensaiada o primeiro provete, serão sucessivamente preparados mais três por adição de
novas quantidades de água destilada à pasta anteriormente obtida, para que torne mais
fluida.
14
António Gomes Correia, Lisboa 1980, pág. 162, Ensaios para controlo de terraplanagens
57
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Os teores em água dos 4 provetes devem ser escolhidos de modo que o número de
pancadas necessárias para unir os bordos dos sulcos não varie entre 10 a 40, e se
distribuam, em dois ensaios, abaixo de 25 pancadas e outros dois, acima.
5.4.4.5-Técnica do ensaio
Antes do início do ensaio, deverá proceder-se, com o auxílio do calibre, à regulação
da altura de queda da concha e também a um treino do operador com o fim de que a
manivela da concha de Casagrande seja accionada, durante o ensaio, de modo que dê 30
voltas em 15 s.
Preparado o primeiro provete, faz-se nele um sulco que deverá ser obtido deslocando
o riscador segundo o diâmetro da concha normal ao eixo da manivela e mantendo-o
perpendicular à superfície da concha.
Acciona-se em seguida a manivela, à razão de 2 voltas por segundo, até que as duas
porções do provete, devido às pancadas da concha sobre a base, entrem em contacto
pela parte inferior do sulco numa extensão de cerca de 1cm, e anota-se o número de
pancadas correspondente.
Retira-se, então, com a ponta da espátula, cerca de 10g do provete da zona do sulco
em que se deu a união, e procede-se à determinação do seu teor em água, segundo a
norma NP-84.
Repete-se sobre cada um dos restantes três provetes as tais operações.
5.4.4.6-Resultados
Anotado o número de pancadas correspondente a cada um dos ensaios, traça-se uma
curva, relacionando o teor em água de cada um dos provetes com o correspondente
número de pancadas, num diagrama em que se marca, em ordenadas, o teor em água em
escala aritmética, e em abcissas o número de pancadas em escala logarítmica.
O limite de liquides da amostra ensaiada é dado pelo teor em humidade
correspondente a 25 pancadas, obtido por interpolação na curva traçada como se
indicou.
58
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
O resultado é expresso em percentagem e apresenta-se arredondado às unidades.
Havendo casos em que não se consegue determinar o limite de liquides sendo tal solo
mencionado como “não plástico”.
5.4.5-Determinação do limite de plasticidade
5.4.5.1- Campo de aplicação
A determinação do limite de plasticidade é somente aplicável a solos com cerca de
30%, ou mais, em massa, de partículas de dimensões inferiores a 0,05 mm.
5.4.5.2-Difinição e símbolo
Limite de plasticidade de uma amostra de solo,
é a média dos teores em água de 4 provetes da
amostra a ensaiar, cada um dos quais é o maior teor
em água com que rompe cada provete ao pretenderse transformá-lo num filamento cilíndrico com
cerca de 3mm de diâmetro (fig. 24), por rolarem
entre a palma da mão e uma placa de vidro.
Representa-se pelo símbolo LP.
Fig.24 Amostra de filamento cilíndrico
5.4.5.3-Aparelhos e utensílios
-Almofariz
-Peneiro de malha quadrada de 420 : (n.º 40) da série ASTM
-Placa de vidro
-Espátula
5.4.5.4-Preparação do provete
Tomam-se 100g da amostra seca na estufa, que será pisado no almofariz com a
simples finalidade de separar as partículas, e peneira-se no peneiro n.º 40.
59
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Do material que passar em tal peneiro toma-se 20g, que será amassado à espátula com
água destilada, até que a massa se torne suficientemente plástica para permitir a
moldagem com facilidade de quatro pequenas esferas de diâmetro sensivelmente iguais.
5.4.5.5-Técnica do ensaio
Rolam-se um dos provetes da mistura obtida entre a palma da mão e a placa de vidro,
com a pressão suficiente para a transformar num filamento cilíndrico. Quando o
diâmetro do filamento atinge cerca de 3mm, caso não rompa, volta-se a formar a esfera
e a torná-la de novo, num filamento cilíndrico continuando estas operações até que
devido à progressiva secagem do provete, se dê a ruptura do filamento quando o seu
diâmetro atingir os 3mm.
Neste caso já, recolhe-se os aglomerados do filamento, determinando o seu teor em
água segundo a norma NP-84.
A técnica será repetida para os restantes três provetes.
5.4.5.6- Resultados
O limite de plasticidade da amostra ensaiada é a média dos teores em água
determinados para os quatro provetes.
O resultado é expresso em percentagem e apresenta-se arredondado às unidades.
fig.25 Preparação da pasta de solo
60
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quadro 915
Data: 15/06/05
Amostra N.º 1
Local: São Francisco
m2
m3
m1
Ww = m2-m3
Ws = m3-m1
Ww/Ws x 100
LIMITE DE LÍQUIDEZ
Cápsula
(N.º) 24
Amostra hum. + cápsula
(g) 18,51
Amostra seca + cápsula
(g) 14,61
Peso da cápsula
(g) 8,77
Peso da água
(g) 3,90
Amostra seca
(g) 5,84
Teores de humidade
(%) 66,8
N.º de golpes
11
13
17,23
13,81
8,50
3,42
5,31
64,4
22
29
18,02
14,52
8,63
3,50
5,89
59,4
31
11
17,57
14,25
8,47
3,32
5,78
57,4
41
21
10,79
10,28
8,81
0,51
1,47
34,7
34,6
22
10,46
10,09
9,01
0,37
1,08
34,3
ω(%)
68
66
64
62
60
58
56
54
52
m2
m3
m1
Ww = m2-m3
Ws = m3-m1
Ww/Ws x 100
LIMITE DE PLASTICIDADE
Cápsula
(N.º) 3
Amostra hum. + cápsula (g) 10,76
Amostra seca + cápsula
(g) 10,29
Peso da cápsula
(g) 8,92
Peso da água
(g) 0,47
Amostra seca
(g) 1,37
Teor de humidade
(%) 34,3
Teor de hum. Médio
(%)
9
9,98
9,55
8,32
0,43
1,23
34,9
RESUMO
LL (%)
61
LP (%)
34,6
IP = LL-LP (%)
26,4
15
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados dos Limites de
Consistência, amostra n.º 1
61
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quadro 1016
Data: 15/06/05
Amostra Nº2
Local: São Francisco
m2
m3
m1
Ww = m2-m3
Ws = m3-m1
Ww/Ws x 100
LIMITE DE LÍQUIDEZ
Cápsula
(Nº) 24
Amostra hum. + cápsula (g) 19,00
Amostra seca + cápsula (g) 15,85
Peso da cápsula
(g) 8,77
Peso da água
(g) 3,15
Amostra seca
(g) 7,68
Teores de humidade
(%) 44,5
N.º de golpes
43
13
18,60
15,40
8,50
3,20
6,40
46,4
34
29
21,36
17,17
8,63
4,19
8,54
49,1
22
11
20,66
16,37
8,47
4,29
7,90
54,3
11
LIMITE DE PLASTICIDADE
Cápsula
(N.º) 3
9
21
Amostra hum. + cápsula (g) 10,52
10,11
10,29
Amostra seca + cápsula (g) 10,19
9,74
9,98
Peso da cápsula
(g) 8,92
8,32
8,81
Peso da água
(g) 0,33
0,37
0,31
Amostra seca
(g)
1,27
1,42
1,17
Teor de humidade
(%)
26,0
26,0
26,5
Teor de hum. Médio
(%)
26,3
22
10,77
10,40
9,01
0,37
1,39
26,6
ω (%)
55
54
52
50
48
46
44
42
m2
m3
m1
Ww = m2-m3
Ws = m3-m1
Ww/Ws x 100
RESUMO
LL (%)
49
LP (%)
26,3
IP = LL-LP (%)
22,7
16
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados dos Limites de
Consistência, amostra n.º 2
62
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Quadro 1117
Data: 15/06/05
Amostra N.º 3
Local: São Francisco
m2
m3
m1
Ww = m2-m3
Ws = m3-m1
Ww/Ws x 100
LIMITE DE LÍQUIDEZ
Cápsula
(N.º) 31
Amostra hum. + cápsula
(g) 6,30
Amostra seca + cápsula
(g) 20,01
Peso da cápsula
(g) 15,64
Peso da água
(g) 9,34
Amostra seca
(g) 4,37
Teores de humidade
(%) 46,8
N.º de golpes
50
25
6,39
21,12
16,23
9,84
4,89
49,7
30
37
6,37
21,77
16,55
10,18
5,22
51,3
20
39
6,49
10,66
9,86
3,37
0,80
23,7
40
6,36
10,92
10,03
3,67
0,84
24,3
24,1
7
21,51
37,98
32,26
10,75
5,72
53,2
14
ω(%)
53
52
51
50
49
48
47
46
m2
m3
m1
Ww = m2-m3
Ws = m3-m1
Ww/Ws x 100
LIMITE DE PLASTICIDADE
Cápsula
(N.º) 36
Amostra hum. + cápsula (g) 6,37
Amostra seca + cápsula
(g) 10,31
Peso da cápsula
(g) 9,54
Peso da água
(g) 3,17
Amostra seca
(g) 0,77
Teor de humidade
(%) 24,3
Teor de hum. Médio
(%)
--------------------------------------------------
RESUMO
LL (%)
50,3
LP (%)
24,1
IP = LL-LP (%)
26,2
17
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados dos Limites de
Consistência, amostra n.º 3
63
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
CAPITULO VI
6)
ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
A utilização dos solos como material de construção faz-se desde o início da
civilização Humana. Com a compactação procura-se melhorar as características dos
solos, de forma a satisfazer os requisitos de uma determinada obra. Tem como principal
objectivo, prever e evitar assentamentos futuros, melhorar a capacidade do solo em
suportar cargas e garantir uma maior estabilidade do material em obra.
Designa-se por compactação de um solo a acção manual ou mecânica que visa
provocar nesse solo uma diminuição do seu índice de vazios, a qual é conseguida,
fundamentalmente, à custa da redução do volume da sua fase gasosa, melhorando as
suas características de resistência, deformabilidade e permeabilidade. A diminuição de
índice de vazios do solo, ou seja um aumento do peso volúmico aparente seco, conduz a
uma maior área de contacto entre as partículas sólidas constituintes do solo, e
consequentemente a um aumento da respectiva capacidade de suportar cargas.
Em geral, o comportamento dos solos dependem do seu índice de vazios,
nomeadamente as suas características de resistência ao corte, deformabilidade e
permeabilidade, pelo que, quanto menor for o seu índice de vazios, maior será a sua
resistência ao corte e menores serão a sua deformabilidade e permeabilidade.
Mediante a redução do índice de vazios e densificação de um solo através da
compactação, é possível melhorar as suas condições de resposta a futuras solicitações, já
que a compactação consegue promover nos solos um aumento da sua resistência estável
e a diminuição da sua compressibilidade e permeabilidade.
Os fundamentos da compactação de solos foram desenvolvidos por Ralph Proctor, que,
na década de 30, postulou ser a compactação uma função de quatro variáveis:
-Peso específico seco (γd);
- Teor de humidade (w);
-Tipo de solo.
- Energia de compactação;
64
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
A compactação é um processo de estabilização de solos utilizado em diversos tipos de
obras de engenharia, nomeadamente em aterros rodoviários e barragens de terra, em que
o solo é o próprio material resistente ou de construção.
Na construção de uma obra de terra há um variado conjunto de decisões que é
necessário tomar e que vão desde a escolha do tipo de materiais mais adequados para a
obra em causa, à fixação dos parâmetros de cálculo, escolha dos equipamentos de
construção e dos métodos de execução dos próprios aterros, bem com as operações de
controle e fiscalização da construção.
Conclusão, quanto mais compacto ou denso for o solo menos susceptível será em
sofrer assentamentos e dificulta ainda mais a passagem da água ou seja torna-se
impermeável.
6.1- Ensaio de compactação tipo Proctor
6.1.1- Finalidade
Os ensaios laboratoriais de compactação tipo Proctor têm como finalidade controlar os
resultados conseguidos durante os trabalhos de compactação. Esses ensaios tentam
reproduzir em laboratório as condições de campo, confirmando o que a experiência já
tinha revelado, ou seja, perante um determinado teor em água do solo, com uma
determinada energia de compactação, se consegue melhores resultados na compactação
(baridade seca- γd). Tais ensaios permitem determinar para uma dada energia de
compactação, qual o teor em água necessário para se obter o peso volúmico aparente
seco máximo (γdmáx.).
6.1.2- Princípio do ensaio
O ensaio consiste em compactar num molde normalizado, e com ajuda de pilões de
compactação também normalizados, uma amostra de solo, determinando-se o peso
volúmico aparente seco e o teor em água do solo em análise.
Com uma compactação por camadas mas com quantidades aproximadas repete-se o
processo de compactação que nos vai dar uma curva, que se designa por curva de
compactação, num diagrama em que, em abcissas, se representam os teores em água e,
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
em ordenadas, as baridades secas. Esta curva tem geralmente um máximo cujas
coordenadas são: em abcissas o teor em água óptimo (Wopt.) e em ordenada o peso
volúmico aparente seco máximo ou baridade seca máxima (dmáx.).
A documentação normativa numa especificação do LNEC (Laboratório Nacional de
Engenharia civil) define:
6.2- E 197-1966 LNEC SOLOS: Ensaio de compactação
6.2.1- Objectivos
A presente especificação destina-se a fixar o modo de determinar a relação entre o
teor em água e a baridade seca dos solos.
Além de outras aplicações, o ensaio de compactação permite fixar um termo de
comparação para o controle da baridade e da humidade no campo.
6.2.2- Tipo de compactação efectuado
Compactação leve em molde grande
6.2.3- Aparelhos e utensílios (fig. 26)
-Molde grande
-Pilão de compactação leve
fig.26 Equipamentos para compactação tipo Proctor
-Extractor de provetes
-Balança para pesagem
-Peneiros ASTM
-Rasoira com aresta biselada
fig.27 Compactador
66
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
6.2.4- Técnica
Compactação leve com molde grande
Seca-se a amostra ao ar, espalhando-a em camada pouco espessa sobre um tabuleiro,
desfazendo os torrões com cuidado de modo a não reduzir o tamanho natural das
partículas.
Passa-se o material através do peneiro de 50,8mm (n.º3´´) e rejeita-se a fracção retida.
Esquartela-se a amostra até obter a quantidade de solo necessária para o ensaio (seis
provetes).
Utilizando o peneiro de 19,0mm (n.º3/4´´) divide-se o material assim obtido em duas
fracções que se pesam; se a fracção retida for superior a 20% deve-se considerar que o
ensaio de compactação não tem significado. Existindo contudo a possibilidade com base
em ensaios clássicos de compactação determinar a baridade seca máxima corrigida.
Caso contrário, substitui-se esta fracção por igual massa de material passado no
peneiro de19,0 mm (n.º3/4´´) e retido no peneiro de 4,76mm (n.º4), e juntam-se à
fracção passada no peneiro de 19,0mm. Homogeneíza-se a mistura que depois é
separada em seis fracções no mínimo com 4,5kg cada.
Mistura-se bem cada uma destas fracções de solo com a quantidade de água
considerada suficiente para que os provetes fiquem com teores em água diferindo cerca
de 2% entre si, ou seja, uma primeira quantidade de 150dl que se vai adicionando à
mesma para as restantes provetas; quatro destes valores devem situar-se abaixo do valor
provável do teor óptimo em água.
Na compactação dos diferentes provetes com teores em água crescentes, o
estacionamento ou a diminuição da massa dos provetes é indicação de se ter
ultrapassado o teor óptimo em água.
Compacta-se cada uma das fracções de solo no molde efectuando as seguintes
operações:
67
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
fig.28 Preparação do ensaio (compactação)
fig.29 Colocação do material no molde
fig.30 Compactação manual com pilão leve
fig.31 “Rasamento do molde”
-Coloca-se o espaçador sobre a base e aperta-se o molde com a alonga fixada;
-Estende-se o solo sobre o tabuleiro e divide-se em três partes iguais (fig. 28);
-Deita-se uma primeira parte que se dividiu no molde e com o molde assente sobre uma
base rígida, compacta-se o solo com 55 pancadas do pilão de compactação leve (fig. 29),
distribuídas uniformemente sobre a superfície; a camada depois de compactada deve ficar
com 4 a 4,5cm de espessura;
-Deita-se uma outra parte da camada de solo e procede-se à compactação com 55 pancadas
(fig. 30);
-Repete-se a operação para a formação da terceira camada; a superfície desta deve exceder
o bordo do molde, dentro da alonga, cerca de 1cm;
68
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
-Retira-se a alonga e rasa-se cuidadosamente o molde, preenchendo-se qualquer
concavidade eventualmente formada (fig. 31).
-Retira-se o molde da base e o espaçador. Escova-se para limpar o molde contendo o
provete e pesado imediatamente.
-Extrai-se provetes no molde, retirando três porções do solo contidas no seu interior; a
cerce de 2cm de cada topo e no meio, para determinação, por média do teor em água de
acordo com a norma NP-84.
6.2.5-Resultados
6.2.5.1-Cálculos
A baridade seca do solo (s é calculada, para cada provete, pela seguinte expressão:
((w x 100) / (100 + ω)
em que
(w – Baridade húmida do solo, que é o quociente entre a massa do provete,
expressa em gramas, pela capacidade do molde utilizado, expressa em centímetros cúbicos
ω- Teor em água do solo expresso em percentagem
Traça-se a curva baridade seca-teor em água, marcando em ordenadas os valores das
baridades secas e em abcissas os respectivos teores em água, e determina-se nesta os
valores do teor óptimo em água e da baridade seca máxima, que corresponde ao ponto
máximo da curva.
Atendendo a esses resultados (teor em água óptimo/baridade seca máxima),
comparando a baridade in situ (E 204-1967 LNEC- Determinação da baridade seca “in
situ” pelo método da garafa de areia) conseguimos determinar a eficiência da compactação
de um terreno já compactado.
69
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Num outro processo, os mesmos resultados permite-nos, saber qual a quantidade de
água necessário para a moldagem dos provetes para o ensaio de CBR (E 198-1967 LNEC),
permitindo assim determinar a resistência de um determinado solo.
6.2.6-Apresentação
A baridade seca máxima apresenta-se em gramas por centímetros cúbicos, arredondados
às centésimas e o teor óptimo em água apresenta-se em percentagem, arredondado às
décimas.
fig.32 Apresentação em duas dimensões do molde e do pilão de compactação18
18
Laboratório Nacional de Engenharia Civil, E 197-1966 SOLOS: Ensaio de Compactação
70
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
Gráfico 6- Baridade seca máxima/teor em água óptimo
Entidade: Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde
Local: São Francisco
Amostra # 1
NÚMERO DO ENSAIO
1
2
3
4
4
(cm3)
2113,0
2113
2113
2113
2113
Peso do molde
(g)
4810,0
4810,0
4810,0
4810,0
4810,0
Peso do molde + solo húmido
(g)
8973,0
9347,0 9534,0
9416,0
9416,0
Peso do solo húmido
(g)
4163,0
4537,0 4724,0
4606,0
4606,
0
2,180
2,180
1,902
1,902
Volume do molde
Baridade húmida
(g.cm-3)
1,970
Baridade seca
(g.cm-3)
1,895
TEORES EM ÁGUA
Número do tabuleiro
2,147
2,236
1,997 2,017
A
B
C
D
D
Peso do tabuleiro
(g)
131,0
134,0
129,0
141,0
141,0
Tabuleiro + Solo húmido
(g)
1200,0
1233,0
1276,0
1208,0
1208,0
Tabuleiro + Solo seco
(g)
1159,0
1156,0
1164,0
1072,0
1072,0
Peso da água
(g)
41,0
77,0
112,0
136,0
136,0
Peso do solo seco
(g)
1028,0
1022,0
1035,0
931,0
931,0
Teor em água
(%)
3,99
7,53
10,82
14,61
14,61
3,99 1,895
7,53 1,997
10,82 2,017
14,61 1,902
14,61 1,902
#REF!
Baridade seca
Máxima
g/cm³
Ensaio
Corrigida
2,03
#REF
!
Teor óptimo Ensaio 9,80
%
Corrigido
71
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
CAPITULO VII
7)
CLASSIFICAÇÃO DOS TERRENOS (SOLOS)
A designação terreno aplica-se tanto a solos como às rochas, distinguindo-se os primeiros
das segundas porque se desagregam quando agitados em água durante um curto período de
tempo.
Os solos são constituídos por um conjunto de partículas sólidas de vários tamanhos,
deixando entre si, vazios que poderão estar totalmente ou parcialmente preenchidos por
água ou outro fluído.
Quanto ás dimensões das partículas que os constituem podem os solos classificar-se do
seguinte modo: argilas <0,002mm; silte -0,002mm a 0,06mm; areia fina – 0,06mm a
0,2mm; areia média – 0,2mm a 0,6mm; areia grossa -0,6mm a 2mm; seixo – 2 mm a
60mm.
A determinação das dimensões das partículas e das proporções relativas destas foram
realizados por intermédio de ensaios para a identificação dos solos segundo as normas
E 196-1966 LNEC (SOLOS: Análise granulométrica), E 239-1970 LNEC (SOLOS:
Análise granulométrica por peneiração húmida) e SOLOS: Determinação dos limites de
consistência (NP 143- 1969).
Os resultados da peneiração e sedimentação (partes constituintes dos ensaios),
apresentam-se sob a forma gráfica através da curva granulométrica, coincidindo com a
dimensão que separa a areia do silte (0,06mm). No gráfico da curva granulométrica, as
abcissas representam o diâmetro equivalente das partículas (comprimento do lado da malha
quadrada de menores dimensões através do qual passa a partícula).
A situação das curvas no gráfico revela os tipos de materiais ai representados. As curvas
que ficam mais elevadas ou mais para a esquerda indicam granulometrias de material
relativamente mais fino, enquanto que as curvas que ficam mais para baixo ou à direita
indicam o material mais grosso.
72
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
A inclinação geral da curva é uma indicação da granulometria ou gama dos tamanhos das
partículas que compõem o solo. Sob o ponto de vista da Engenharia, uma mistura bem
graduada é aquela que contem uma variedade de partículas cobrindo uma grande gama de
tamanhos. Este tipo de solos tem geralmente uma resistência e estabilidade mais elevada do
que um solo mal graduado (fig. 33), em que os grãos são de tamanho mais uniforme.
fig.33 Solo mal graduado (amostra n.º 2)
A ideia de classificar os solos vem da possibilidade de reduzir custos na previsão de seu
comportamento. Se conseguirmos definir através de ensaios simples em que grupo se
encontra um solo, basta sabermos o comportamento dos solos daquele grupo para termos
uma boa noção do seu comportamento. A classificação dos solos, pode ser feita com base
em diversos critérios.
Com base nos resultados obtidos dos ensaios de determinação da composição
granulométrica e dos limites de Atterberg, procedemos à classificação das amostras do solo.
(Ver mapa de resultados)
73
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE
ÁREA DA GEOTECNIA
ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL
ENTIDADE REQUISITANTE:
OBRA: Loteamento habitacional
IDENTIFICAÇÃO DO SOLO: AMOSTRA nº1
DATA : Praia, 20 de Maio de 2005
MAPA DE RESULTADOS
TEOR EM ÁGUA
18,4%
ANÁLISE
PASSADO # 10 ASTM (2,00 mm)
81,7%
GRANULOMÉTRICA
PASSADO # 40 ASTM
78,7%
(VER CURVA GRANULOMÉTRICA)
PASSADO # 200 ASTM
75,9%
% ARGILA
42,6%
LIMITES DE
LIMITE DE LIQUIDEZ
61,0%
ATTERBERG
LIMITE DE PLASTICIDADE
34,6%
INDICE DE PLASTICIDADE
26,4%
CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA DOS SOLOS
COMPACTAÇÃO PROCTOR
MODIFICADO
TEOR EM ÁGUA OPTIMO
PESO VOLÚMICO APARENTE SECO MÁXIMO
PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS DO SOLO
EXPANSIBILIDADE LINEAR *
19
OH
9,8%
2,05g.cm³
2,81 g/cm³
22,4%
OBSERVAÇÕES:
OH - Argilas orgânicas de média a alta plasticidade.
* De acordo com a especificação LNEC - 200, é considerado solo expansivo aquele que
exibe índice de expansibilidade superior a 8 %.
O Técnico / Experimentador,
O Engenheiro Orientador,
Etson E. S. Tavares
Quadro 12- Mapa de resultados amostra n.º 1
19
Expansibilidade linear - Variação de volume, expressa em percentagem, da fracção de um solo que passa no
peneiro de 0,420 mm (n.º40) ASTM, quando em condições bem definidas de compactação, absorve água por
capilaridade através de uma placa porosa.
74
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE
ÁREA DA GEOTECNIA
ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL
ENTIDADE REQUISITANTE:
OBRA: Loteamento habitacional
IDENTIFICAÇÃO DO SOLO: AMOSTRA nº2
DATA : Praia, 20 de Maio de 2005
MAPA DE RESULTADOS
TEOR EM ÁGUA
11,5%
ANÁLISE
PASSADO # 10 ASTM (2,00 mm)
51,5%
GRANULOMÉTRICA
PASSADO # 40 ASTM
48,0%
(VER CURVA GRANULOMÉTRICA)
PASSADO # 200 ASTM
43,7%
% ARGILA
17,3%
LIMITES DE
LIMITE DE LIQUIDEZ
49,0%
ATTERBERG
LIMITE DE PLASTICIDADE
26,3%
INDICE DE PLASTICIDADE
22,7%
CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA DOS SOLOS
COMPACTAÇÃO
PROCTOR
MODIFICADO
SC
TEOR EM ÁGUA OPTIMO
-
PESO VOLÚMICO APARENTE SECO MÁXIMO
PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS DO SOLO
EXPANSIBILIDADE
-
2,78 g/cm³
24,9%
LINEAR *
OBSERVAÇÕES:
SC - Areias argilosas e misturas de areia e argila, mal graduadas.
* De acordo com a especificação LNEC - 200, é considerado solo expansivo aquele que
exibe índice de expansibilidade superior a 8 %.
O Técnico / Experimentador,
O Engenheiro Orientador,
Etson E. S. Tavares
Quadro 13- Mapa de resultados amostra n.º 2
75
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Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE
ÁREA DA GEOTECNIA
ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL
ENTIDADE REQUISITANTE:
OBRA: : Loteamento habitacional
IDENTIFICAÇÃO DO SOLO: AMOSTRA nº3
DATA : Praia, 20 de Maio de 2005
MAPA DE RESULTADOS
TEOR EM ÁGUA
14,2%
ANÁLISE
PASSADO # 10 ASTM (2,00 mm)
61,9%
GRANULOMÉTRICA
PASSADO # 40 ASTM
55,0%
(VER CURVA GRANULOMÉTRICA)
PASSADO # 200 ASTM
49,4%
% ARGILA
17,8%
LIMITES DE
LIMITE DE LIQUIDEZ
50,3%
ATTERBERG
LIMITE DE PLASTICIDADE
24,1%
INDICE DE PLASTICIDADE
26,2%
CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA DOS SOLOS
COMPACTAÇÃO PROCTOR
MODIFICADO
OH
TEOR EM ÁGUA OPTIMO
-
PESO VOLÚMICO APARENTE SECO MÁXIMO
-
PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS DO SOLO
EXPANSIBILIDADE LINEAR *
2,80 g/cm³
22,0%
OBSERVAÇÕES:
SC - Areias argilosas e misturas de areia e argila, mal graduadas.
* De acordo com a especificação LNEC - 200, é considerado solo expansivo aquele que
exibe índice de expansibilidade superior a 8 %.
O Técnico / Experimentador,
O Engenheiro Orientador,
Etson E. S. Tavares
Quadro 14- Mapa de resultados amostra n.º 3
76
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
7.1- E 240-1970 LNEC SOLOS: Classificação para fins rodoviários
A sua especificação destina-se a classificar os solos e suas misturas em grupos, com base
nos resultados de ensaios de determinação de algumas das suas características físicas e
atendendo ao seu comportamento em estradas. Sistema de Classificação H.R.B. É um
sistema de classificação muito usado pelos engenheiros de estradas. Os solos seguem uma
ordem decrescente de qualidade de A1 a A8. São também divididos em três grupos:
• Solos Granulares – A1, A2 e A3
• Solos Finos – A4, A5, A6 e A7
• Turfa – A8
7.1.1- Cálculo do índice de grupo
O índice de grupo IG, expresso por um número inteiro, é calculado pela fórmula empírica
seguinte:
IG = 0,2. a + 0,005.a.c + 0,01.b.d
em que
a – diferença arredondada à unidade, entre o valor da percentagem do material
que passa no peneiro de 0,074mm (n.º 200) da série ASTM e 35; porém adoptar-se-á a
igual a 40 se aquela percentagem for maior que 75 e a igual a 0 se for menor que 35.
b – diferença arredondada à unidade, entre o valor da percentagem do material que
passa no peneiro de 0,074mm (n.º 200) e 15; porém, adoptar-se-á b igual a 40 se aquela
percentagem for maior que 55 e b igual a 0 se for menor que 15.
c – diferença entre o valor do limite de liquidez e 40; porém, adoptar-se-á c igual a
20 se aquele limite for maior que 60 e c igual a 0 se for menor que 40.
d - diferença entre o valor do índice de plasticidade e 10; porém, adoptar-se-á d
igual a 20 se aquele índice for maior que 30 e d igual a 0 se for menor que 10.
77
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
7.1.2- Classificação
A classificação é feita com base na presente norma e na tabela de classificação de
solos do Regulamento de Pequenas Barragens de terra, Decreto n.º48373 de 8/5/68.
Procurando, a partir da esquerda para a direita, o primeiro grupo que satisfaça aos
resultados dos ensaios.Cada grupo é referenciado pela letra A seguida de um número ou
números e de um parêntesis encerrando o seu índice de grupo pela já referida fórmula
IG.
7.2- Resultados
7.2.1- Cálculos
Amostra nº 1
Amostra nº 2
a = 75,9 - 35 = 40,9
a = 40,6 - 35 = 5,6 => 0
b = 75,9 – 15 = 61 => 40
b = 40,6 – 15 = 25,6
c = 61 – 40 = 21 => 0
c = 49 – 40 = 9 => 0
d = 26,4 – 10 = 16,4
d = 22,7 – 10 = 12,7
Amostra nº 3
a = 47,5 - 35 = 12,5 => 0
b = 47,5 – 15 = 32,5
c = 50,3 – 40 = 10,3 => 0
d = 26,2 – 10 = 16,2
I.G. (1) = 0,2 x 40,9 + 0,005 x 40,9 x 0 + 0,01 x 40 x 16,4 = 14,74
I.G. (2) = 0,2 x 0 + 0,005 x 0 x 0 + 0,01 x 25,5 x 12,7 = 3,24
I.G. (3) = 0,2 x 0 + 0,005 x 0 x 0 + 0,01 x 40 x 16,2 = 6,48
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
7.2.2- Descrição dos grupos
Amostra nº1
Grupo A-7 (Materiais silto-argilosos) - O material característico deste grupo é um solo
argiloso plástico, tendo 75,9% de partículas passadas no peneiro de 0,074mm (n.º200)
ASTM. Com um limite de liquidez alto (61%), pode ser elástico e estar a grandes
variações de volumes, sendo por isso considerado um solo expansivo.
Subgrupo A-7-5- É constituído por materiais com índice de plasticidade moderado em
relação ao limite de liquidez, (Ip =< L.L.-30 Ù 26,4 < 31) denominado de argila
orgânica com média a alta plasticidade.
Amostra n.º2
Grupo A-2 (Materiais granulares) – No caso em que a percentagem de materiais
passados no peneiro de 0,074mm (n.º200) ASTM ser superior a 35% (para a referida
amostra 56,3%). Abrangendo uma larga variedade de materiais que não podem ser
classificados nos restantes grupos, contendo pois elevado teor de finos (40,6%) e do
índice de plasticidade 22,7 tem como respectivo subgrupo:
Subgrupo A-2-7- Constituídos por materiais granulares contendo 35% ou menos de
partículas passando no peneiro de 0,074mm (n.º200)ASTM, onde a fracção que passa
no peneiro de 0,42mm (n.º40) ASTM tem características de um solo argiloso plástico.
Com o índice de grupo compreendido entre 0 a 4 (3,24), devido ao efeito combinado
dos valores de índice de plasticidade superiores a 10 (22,7) e dos valores da
percentagem passando no peneiro de 0,074mm (n.º200) ASTM
superiores a 15
(40,6%).
Amostra n.º3
Classificou-se de forma idêntica à amostra n.º 2,
79
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
CAPÍTULO VIII
8) IMPULSO DE TERRAS; DIMENSIONAMENTO DE MUROS DE SUPORTE
As estruturas que interactuam com o solo através de forças de componente
predominantemente horizontais, que no caso, aqui se vai referir, a estrutura é construída
para suportar um maciço terroso. Diz-se que um maciço esta suportado quando a
respectiva superfície lateral tem uma inclinação em relação à horizontal maior do que
aquela que assumiria sem o auxílio de qualquer acção exterior comunicado pela
estrutura de suporte (fig. 34). Nesse caso, as forças que o solo exerce sobre as estruturas
são denominadas acções ou solicitações20.
fig. 34 Estrutura a suportar um maciço terroso
A avaliação de tais acções é um problema que se considera resolvido de forma
satisfatória e, nalguns casos, sendo mesmo muito antiga, remontando aos séculos XVIII
e XIX, respectivamente por Coulomb e Rankine. Estas teorias desenvolvidas com o
objectivo de determinar as acções (solicitações) são por vezes genericamente designadas
por “Teorias dos Estados de Equilíbrio Limite”.
8.1- Coeficiente de impulso
8.1.2-Nota Preliminares
No âmbito de introduzir essas teorias e aplica-las no caso do dimensionamento de
muros de suporte rígidos, também designados por “muros-gravidade” é fundamental
abordar os conceitos de coeficiente de impulso.
20
Manuel de Matos Fernandes, FEUP 1995, pág. 7.1, Mecânica dos Solos vol. II
80
Universidade Jean Piaget de Cabo Verde
Geotecnia (Prospecção Geotécnica)
O coeficiente de impulso (K) é o factor que relaciona as tensões efectivas horizontais
e verticais num dado ponto (K=σ´h/σ´v), sendo dependente das deformações
horizontais experimentadas pelo maciço quando sujeito a dadas solicitações, para um
solo com determinadas características mecânicas.
O coeficiente de impulso em repouso (Ko), ocorre no estado natural do terreno, ou
seja, quando são aplicadas solicitações sem que ocorram deformações horizontais.
- Coeficiente de impulso em repouso, Ko:
Ko = 1- senφ; (Teoria de Jacky)
- O coeficiente de impulso activo (Ka), ocorre quando uma estrutura se desloca
descomprimindo o maciço, provocando um alívio de tensões no solo.
Coeficiente de impulso activo, Ka (Rankine);
Para um terrapleno horizontal
Ka = (1 - senφ)/(1 + senφ)
- O coeficiente de impulso passivo (Kp), ocorre quando uma estrutura se desloca
comprimindo o maciço, provocando um aumento de tensões.
Coeficiente de impulso passivo, Kp (Rankine)
Para um terrapleno horizontal
Kp = (1 + senφ)/(1 - senφ)
Kp = 1/Ka
8.1.2.1- Método de Rankinne
8.1.2.2- Hipótese e formulação originais
O método original desenvolvido por Rankinne (1857) pressupõe os estados de
equilíbrio limite, coeficientes de impulso activo e passivo. Sendo corrente designar estes
estados de equilíbrio limite por “ estados de equilíbrio limite de Rankine”. Este método
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permite determinar as pressões sobre determinado paramento quando este entra em
contacto com um maciço em estado de equilíbrio limite.
O método de Rankine baseia-se nas seguintes hipóteses(fig.35):
i)
O maciço é de natureza puramente friccional;
ii)
A superfície do terreno (terrapleno) é horizontal;
iii)
O paramento é vertical e rígido;
iv)
É nulo o atrito entre o solo e o paramento.
Assim, sendo γ o peso específico (massa volúmica) do solo, as tensões horizontais
(Método de Rankine) para um maciço puramente friccional à altura z serão:
σ´h(z) = K.σ´v(z) = K.γ. z
Fig.35 Hipóteses referentes à formulação original do Método de Rankine
Em que K é o coeficiente de impulso (activo ou passivo, conforme o caso),
concluindo assim, que se o maciço for homogéneo o diagrama das pressões é
triangular, linearmente crescente em profundidade, dado que γ e φ´ (logo k) são
constantes.
A resultante das pressões correspondentes a uma dada profundidade, h, constitui o
chamado impulso (activo ou passivo, conforme o caso), e calcula-se integrando as
mesmas entre a superfície e aquela profundidade:
h
I = ∫ K.σ´v.dz = ½.K.γ.h²
0
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O ponto de aplicação do impulso, caso o maciço seja homogéneo, estará
obviamente, a uma profundidade de 2/3h.
O impulso passivo é uma relação do solo contra qualquer acção ou solicitação
aplicada por uma estrutura ou parte dela; e o impulso activo constitui uma acção ou
solicitação do solo sobre a estrutura, chamada, neste caso, estrutura de suporte.
8.1.2.3- Cálculos
8.1.2.3.1- Resultados
Com uma ilustração representativa da amostra n.º2, atendendo que os resultados
leva-nos a concluir que trata-se de uma areia argilosa mal graduada podemos
considerar que o seu ângulo de atrito varia de 26 a 30º (para o caso Ø = 28º), o peso
volúmico do solo admitido é de γ = 26,5 KN/m³ e tratando-se de uma areia a coesão é
nula C = 0.
-Coeficiente de impulso activo, Ka (Rankine);
Para um terrapleno horizontal
Ka = (1 - senφ)/(1 + senφ) Ù Ka = (1 – sen28º)/(1 + sen28º) = 0,36
-Coeficiente de impulso passivo, Kp (Rankine)
Para um terrapleno horizontal
Kp = 1/Ka Ù Kp = 1/0,36 = 3
Ia
Ip
Fig. 36 Ponto de aplicação dos impulsos activos e passivos
Ia = ½.Ka.γh² Ù Ia = ½ x 0,36 x 26,5 x 5² =119,25 KN/ml
Ip = ½.Kp.γ.h² Ù Ip = ½ x 3 x 26,5 x1² = 39,75KN/ml
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8.2- DIMENSIONAMETO DE MUROS DE SUPORTE
As estruturas de suporte são usadas para estabilizar um maciço de terras, no qual não é
possível obter a estabilidade através de pequenas obras, como uso de bancadas,
materiais estabilizantes, diminuição da inclinação do talude ou mesmo reflorestamento.
Os murros são estruturas de suporte de terras rígidas, cujas deformações de flexão são
relativamente pequenas ou desprezíveis. Os murros de suporte de terras são
dimensionados através dos métodos dos estados limites últimos por derrubamento,
escorregamento pela base, ruptura do solo de fundação e escorregamento global. Como
observação é de referir que apenas o primeiro é que será abordado no presente capítulo.
8.2.1- Muros de suporte de tipo gravidade
O dimensionamento de muros de suporte de tipo gravidade, sendo estruturas de
suporte de terra, em geral de pedra ou de betão (simples ou armado), nas quais o peso
próprio, ou este combinado com o de parte de terras suportadas, desempenha um papel
fundamental na respectiva estabilidade.
O dimensionamento consiste, na prática, num processo iterativo por meio do qual,
partindo de determinada geometria estrutural, se procede:
1) à estimativa dos impulsos de terra;
2) às verificações da segurança em relação aos diversos estados limites.
A geometria do muro vai sendo ajustada ao longo do processo, de forma a conseguir
um satisfatório compromisso entre os critérios de segurança e de economia.
A estimativa dos impulsos é em geral baseada nas teorias clássicas de pressões de
terras (Método de Rankine) e as verificações da segurança serão feitas prevendo a rotura
por derrubamento e o escorregamento pela base. A ruptura por derrubamento ocorre
quando o muro, sob a acção do impulso de terras suportadas, roda em torno da aresta
exterior da sua base. Contrariam esta rotação o peso próprio e o impulso passivo
mobilizável em frente do muro, caso este esteja parcialmente enterrado. È em geral
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conveniente, contudo, desprezar o efeito do impulso passivo, já que as terras em frente
do muro podem vir a ser, por qualquer razão, total ou parcialmente retiradas.
No estado limite por escorregamento pela base, o muro experimenta uma translação
para a exterior provocada pelo impulso de terras suportadas. A força que tende a opor-se
é composta pela força de atrito mobilizável entre a base do muro e o maciço de
fundação e pelo impulso passivo em frente do muro. Pelas mesmas razões apontadas
acima, este impulso é, em geral, desprezado.
8.2.2- Verificação da segurança em relação aos estados limites por derrubamento e por
escorregamento pela base
8.2.2.1- Processo convencional. Coeficientes globais de segurança
A forma tradicional de proceder à verificação da segurança ao derrubamento e ao
escorregamento pela base consiste no cálculo do respectivo coeficiente de segurança
global pelos processos apresentados seguidamente, com base na referida figura.
-Verifica-se o factor de segurança ao derrube em relação ao pé do muro;
FS = ∑Mr/Mt = (P x b)/(Iah x c – Iav x b) >= 1,5
Onde
Mr é o momento estabilizador, definindo-se como o momento do peso próprio do
muro em relação ao ponto a;
Mt é o momento derrubador, definido como o momento do impulso activo em
relação ao mesmo ponto.
-Verifica-se o factor de segurança ao deslizamento ao longo da base;
FS = Fr/Fe = (W x tanδ)/(Iah – Iav x tanδ)>=1,5
Em que δ representa o ângulo de atrito entre a base do muro e o maciço de fundação,
que é considerado nulo no Método de Rankine, não permitindo assim tal verificação.
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8.3- DIMENSIONAMENTO
-Verificação do factor de segurança ao derrube em relação ao pé do muro;
FS = ∑Mr/Mt >= 1,5
Onde Mt = Ia x c = 119,25 x 1/3H Ù Mt = 119,25 x 1/3 x 5 = 198,75 KN.m
W = [(2,5 +1)/2 x 4 + (2,5 x 1)] x 2721= 256,5 KN/m
Mr = W x b = 256,5x1,25 = 320,63 KN.m;
FS = 320,63/198,75 = 1,61 > 1,5 (condição verificada)
fig. 37-Dimensões do muro
fig. 38-Ruptura por derrubamento
23m
2,5m
fig. 39- Representação do muro em 3D
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Peso volúmico do basalto, adquirido através de técnicos experientes da área (Instituto Superior de
Engenharia do Porto)
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CONCLUSÃO
È possível concluir que tanto os ensaios “in situ” como laboratoriais, constituem vias
de grande utilidade para o projecto geotécnico, devendo em cada caso conjugar-se a sua
utilização, de modo a tirar o melhor partido das respectivas potencialidades, pois, ambos
os ensaios apresentam vantagens e limitações.
A vantagem fundamental dos ensaios laboratoriais já estudados, prende-se no facto
de, a partir da caracterização do estado físico do solo (densidade, teor em água, peso
específico) sua identificação (granulometria e limites de Atterberg) classificação,
compactação, bem como a terminologia e simbologia. Consegue-se determinar
naturalmente os restantes índices físicos e estabelecer, em conjugação com os
parâmetros mecânicos, uma imagem impressiva, digamos, das formações terrosas
envolvidas no projecto.
Já o ensaio “in situ” como uma primeira vantagem fundamental pode apontar-se que a
sua realização não esta excluída em nenhum tipo de solo, embora naturalmente, não
possa realizar em todos os tipos de terrenos. Aspecto também a ter em conta é o facto de
o solo ser ensaiado no seu próprio meio, logo sem alteração do seu estado de tensão. O
factor custo é mais reduzido e, em especial, a sua execução é muito mais rápida do que
a dos ensaios em laboratório.
O terreno que nos foi dado a estudar em São Francisco para a construção do
loteamento habitacional, é plano e caracterizado pela presença em grande parte do
terreno, de seixos misturados com o solo que se distribui aparentemente homogénea,
motivo pelo qual não foi possível realizar sondagens em todos os pontos (furos).
Da análise dos resultados e das observações feitas nos furos abertos, verifica-se a
existência de uma camada de superfície cuja espessura varia de 25 a 35 centímetros.
Esta camada de cor acastanhada com tonalidades que vão do castanho claro a castanho
avermelhado. Depois desta camada encontra-se um basalto vacuolar bastante duro
constituindo uma camada de solo muito duro, situado a partir de 1,50 metros de
profundidade.
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A parte superficial é francamente má, não devido à sua resistência mas porque
apresenta um elevado índice de expansibilidade.
A compilação de todos os conhecimentos adquiridos ao longo desses doze meses
exigiu uma grande interpretação e definição do que realmente se pretendia, pois nem
sempre foi fácil organizar os resultados conseguidos durante este período no
Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde (LEC) na estruturação do trabalho. A
Prospecção Geotécnica foi realizada e importante será dizer que os ensaios referidos
apenas dizem respeito ao tipo do solo estudado, omitindo eventuais outros casos.
O técnico
Etson E. S. Tavares
Praia, 15 de Setembro de 2006
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BIBLIOGRAFIA
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António Gomes Correia, Ensaios para controlo de terraplanagens, Lisboa, 1980
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Carlos de Sousa Pinto, Curso básico de Mecânica dos Solos 2ª edição, editora gráfica
L. M. Ferreira Gomes, Fundações, Covilhã, Fevereiro de 1997
J. S. Brazão Farinha, M. Brazão Farinha, J. P. Brazão Farinha, A. Correia dos Reis,
Tabelas Técnicas, Edições Técnicas E.T.L., L.da, 2003
Pré-Norma Europeia, Eurocódico 7: Projecto Geotécnico, CEN 1994
Sostware: Microsoft Office, Autocad 2006, CorelDraw11,
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