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UNIVERSIDADE FEDERAL DE FORA FACULDADE DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES Caracterização Física e Classificação dos Solos Gil Carvalho Paulo de Almeida ÍNDICE 36 15 20 26 36 39 40 41 4243444549 61 6466 69 70 72 92 96 98 105 110 111 113 114 116 121 122 125 126 128 129 132 Prólogo Capítulo 1 – Principais Instrumentos Capitulo 2 — Terminologia (introdução) Anexo – Inspeção Visual – Primeiro Contato Capítulo 3 – Propriedades índices – Índices Físicos Capítulo 4 – Coleta e determinação dos ín processo da Estufa p Álcool Etílico Process “Speedy” Capitulo 6 PACE 1 orga Ensaios para

Teor de Umidade la processo do r Processo do dade dos Grãos Capítulo 7 – Peso Espec tico Aparente Anexo 1 – Método do Cilindro de Cravação Anexo 2 — Método do Frasco de Areia Anexo 3 – Método do óleo Grosso Anexo 4 – Método do Balão de Borracha Capítulo 8 – Textura – Granulometria Capitulo 9 – Estados e Limites de Consistência Limite de Plasticidade Limite de Liquidez Limite e Grau de Contração Capítulo 10 – Sistemas de Classificação dos Solos Classlficação granulométrica Sistema AASHO Sistema de classificação do TRB Sistema unificado de classificação de solos (SIJCS) Classificação para olos tropicais (MCT) Classificação pela pedologia Classificação pela movimentação de sedimentos Capitulo 1 1 – Compacidade de Solos Granulares Visão geral (simplificada) [ndice de vazios máximo índice de vazios mínimo 2 APRESENTAÇÃO Este trabalho tem a intenção de facilitar ao estudante uma consulta sistemática a normas técnicas, durante aulas práticas, permitindo concentrar sua atenção nos procedimentos sem se preocupar em fazer muitas anotações. A versão digital deve ser copiada para o computador, para que possa ser atualizada. Cada assunto deve ser lido ANTES das aulas, ara que dúvidas aflorem com maior facilidade. ADVERTÊNCIA Não se tem intenção de plagiar inadvertidamente as normas técnicas da ABNT, DNER. DER’s, livros de que figuras e trechos foram reproduzidos, ou quaisquer outros trabalhos, como apostilas ou artigos. pelo contrário, as citações são explicitas, e remetemos os leitores às fontes originais, principalmente no caso de normas técnicas, pois o engenheiro tem obrigação de consultá-las no original. Nossa obrigação é ensinar, formar e informar.

Por isso, onde algumas simplificações são introduzidas, queremos induzir o aluno a pensar e criticar, para que as ciências o solo continuem, por meio dele, a evoluir, e com rapidez. Qualquer sugestão, crítica, ou correção a omlssões e erros cometidos, será recebida com humildade e respeito. Fevereiro de 2004 AGRADECIMENTOS Á todos os que colaboraram ou venham a colaborar neste trabalho, com críticas, sugestões, participação na discussão e elaboração dos textos, identificação e correção de erros. Aos amigos, professores e profissionais que tiveram a paciência de ler e opinar quanto ao conteúdo e a forma. Em especial aos Professores Avelino Gonçalves Koch Torres, Jane Azevedo da Silva, Mitsuo Tsutsumi, Ma PAGF Azevedo da Silva, Mitsuo Tsutsumi, Mario Barraza Larios, Ronaldo da Silva Ferreira.

PROLOGO Este livro tem por objetivo principal organizar e discutir, de forma didática, atltudes e procedimentos de engenheiros atuando em laboratório de solos, com maior ênfase no aprendizado que no ensino. Nas palavras de Avelino Gonçalves Kock Torres, Estudar engenharia não é saber apenas o “como”. Quem tem que sabê-lo são os técnicos de nível médio e os operacionais. O engenheiro tem que conceituar para indicar as soluções para problemas nunca antes enfrentados. Deve saber usar aturalmente seu potencial, pela consciência objetiva de ser um profissional do conhecimento conceitual. É ele quem define para gestores e executores o quê fazer, quando e como fazer.

O estudante evita a mediocridade, pela prática dos seguintes tópicos: APRENDER A DESAPRENDER II á que ter um compatível medo do novo, mas conviver produtivamente com ele. APRENDER A CONCEITUAR Definir o “porque”, frente a poss[veis opções, para assim justificar sempre o “como”. APRENDER A CORRER RISCOS Ousar e inovar (ou seja, ser criativo, agregando valor. Todos nós somos criativos, mas poucos somos inovadores). APRENDER A ASSUMIR RESPONSABILIDADES Aceitar desafios como oportunidade para o crescimento pessoal e para a realização profissional. Assumir sua dimensão de incompetência, quando for o caso, como um procedimento de retomada e exercício de perseverança.

APRENDER A DECIDIR FRENTE A INCERTEZAS Encarar o erro como uma oportunidade de melhoria, não se inibindo pela necess DECIDIR FRENTE A INCERTEZAS Encarar o erro como uma oportunidade de melhoria, não se inibindo pela necessidade “demonstrativa” de não errar. Exercitar sempre a busca do maior número possível de dados e fatos, para o exercicio de ada decisão a ser tomada. Eliminar qualquer interferência para suas decisões. APRENDER A VENCER DIFICULDADES Ao assumir, consigo mesmo, o compromisso de fazer prova (de ser avaliado e melhor se avaliar), honestamente e assim, ter o insucesso como desafio a ser vencido (não aceitar o faz de conta, a mentira institucionalizada). Satisfeitas essas condições, cada um terá melhor embasamento para acionar suas potencialidades. No primeiro capítulo será feita uma recordação sobre o uso de alguns instrumentos de medida.

Destina-se a prevenir e evitar os erros e vícios mais comuns no dia a dia de um laboratório e solos. No segundo capítulo apresentamos a nomenclatura utilizada em Geotécnica (ou Geotecnia), e uma visão introdutória dos ensaios de caracterização física dos solos – que determinam as Propriedades Índices (compostas pelos Índices Físicos, Granulometria e índices de Consistência). A seguir é feita uma primeira abordagem à classificação visual de um solo, denominada “primeiro contacto” e que será revista e ampliada ao final do trabalho. As propriedades índices são apresentadas no terceiro capítulo. A partir do quinto capítulo, são detalhados e comentados ensaios espec[ficos.

Os primeiros são procedimentos simples, que geram resultados que serão utilizados em ensaios posteriores, ou fazem parte desses outros. É muito importante que es utilizados em ensaios posteriores, ou fazem parte desses outros. É muito importante que esses primeiros ensaios sejam bem treinados e perfeitamente compreendidos, principalmente quanto ao contexto que define a precisão necessária (ou não) em seus resultados. Para isto, o “controle de qualidade” especificado para cada ensaio deve ser analisado com atenção. Não se aprende a conhecer solos apenas em textos. É preciso er contato físico, olhar, apalpar, cheirar, ouvir o som que produz ao ser esfregado ou socado e até – em certas circunstâncias – conhecer seu sabor. ? preciso criar experiência ao repetir experimentos e analisar seus resultados, aprender com os erros cometidos, comparar índices e propriedades com comportamentos e sempre ter em mente uma importante diferença entre os solos e os outros materiais utilizados na engenharia: solos são extremamente heterogêneos. por causa dessa heterogeneidade, as principais ferramentas de análise para estudar e conhecer um solo são estatísticas. Imagine que a figura eguinte represente o resultado dos tiros desferidos, em um torneio entre campeões de tiro ao alvo. Onde estaria o centro do alvo? Supondo serem poucos os tiros errados, já que se trata de um torneio entre campeões, e que os desvios sejam pequenos, é grande a probabilidade de que o centro do alvo esteja próximo do baricentro da figura formada por pontos.

Dois pontos foram considerados ‘tiros perdidos” (errados). (Supôs-se não existir tendências ou vícios nas armas ou nos atiradores). Um exame de laboratório é muito semelhante, já que o resultado não é conhecido “a priori PAGF s OF g’ Um exame de laboratório é muito semelhante, já que o resultado não é conhecido “a priori” (não se sabe onde está o alvo). A concentração de resultados próximos ou parecidos indlca a precisão (proximidade de cada observação de sua própria média), mas nem sempre a acurácia (proximidade de cada resposta ao valor correto) desta resposta. Ao contrário, uma grande dispersão nos resultados indicaria imprecisão no processo.

Um dos princípios gerais da Estatística é que O RESULTADO ISOLADO DE UMA MEDIÇAO OU ENSAIO TEM POUCA CONFIABILIDADE. Uma média entre resultados é mais confiável ue um resultado simples. Alem disso, a qualidade dos ensaios só poderá ser constatada havendo repetições em seus resultados. Outro conceito estatístico que deve estar sempre na mente do estudante e do profissional é o de que uma amostra tem de ser representativa do objeto de estudo. uma amostragem pobre sempre produz resultados pobres. As normas técnicas que regem os métodos e processos de obtenção de índices em Mecânica dos Solos usam grande parte dos seus textos para detalhar os procedimentos para obtenção de amostras 4 representativas.

Para cada ensaio ou grupo de ensaios, existe ma quantidade de material mínima necessária à execução de cada determinação, uma quantidade mínima de repetições do experimento, e uma (ou mais) especificação para analisar e interpretar os resultados, incluindo recusa ou aceitação (validação) do resultado. Alguns ensaios exigem como uma das condições para obter amostras representativas, que a amostra bruta seja preparada e homogeneizada É este, por exemplo, o caso da representativas, que a amostra bruta seja preparada e homogeneizada É este, por exemplo, o caso das amostras deformadas, que devem SEMPRE ser colhidas de uma amostra aior, que tenha sido homogeneizada.

Não havendo esse cuidado, a precisão dos resultados, verificada pela repetição de ensaios, e muito prejudicada. Outros ensaios não permitem qualquer tipo de preparação ou alteração nas condições originais da amostra. De modo geral não é possível executar homogeneização em amostras indeformadas * A homogeneidade de uma amostra é conseguida com uma mistura bem feita, sendo a amostra revolvida com cuidados que seguem certas especificações. Uma boa mistura, em laboratório, pode ser obtida passando a amostra inteira por duas vezes em um repartidor de mostras (já foi demonstrado que duas vezes é suficiente para uma boa homogeneização).

Existem outros procedimentos para a homogeneização de amostras. Repartidor de amostras (também conhecido como quarteador) Para conseguir melhoras na acurácia de resultados, em cada tipo de ensaio são utilizadas diferentes formas para se obter médlask* entre os resultados individuais desses ensaios. A MÉDIA SIMPLES é a mais conhecida: somam-se os resultados de “n” ensaios, e divide-se o resultado da soma pelo número “n”. No cálculo de uma MÉDIA APARADA, são excluídos alguns alores (invalidados) e calculada a média simples daqueles que foram considerados válidos (por alguma regra). Alguns processos gráficos ou de regressão têm conceituação semelhante.

A criação dos métodos e processos utilizados no estudo dos solos começa pela observ PAGF 7 semelhante. A criação dos métodos e processos utilizados no estudo dos solos começa pela observação do comportamento desses solos sob condições controladas. Depois de serem identificadas as variáveis que influem de forma significativa no comportamento que está sendo estudado, tenta-se criar MODELOS que expliquem o fenómeno. Cada modelo é testado para ser validado ou descartado. Uma vez que um modelo seja aprovado, isto é, que seja considerado capaz de explicar o fenômeno, são criados MÉTODOS que permitam efetuar medições ou avaliações.

A definição clara dos objetivos a serem alcançados, a lista dos instrumentos a serem utilizados durante a execução de um ensaio, o detalhamento das operações e da sequência em que são realizadas e a definlção de domínios são as partes principais do PROCESSO de execução de um ensaio. A definição de critérios de interpretação e a análise dos resultados fazem parte do DIAGNÓSTICO. apítulo 1 – PRINCIPAIS INSTRUMENTOS para fazer ensaios de solos com sucesso é necessário ter o instrumental adequado. É posslVel montar uma unidade excelente, sem o custo de um grande laboratório de solos. É fundamental estar totalmente equipado para alcançar os objetivos desejados. Mais importante que tudo o mais, cada elemento do pessoal – do auxiliar de laboratório ao engenheiro-chefe – deve estar suficientemente treinado para as tarefas de sua competência.

Uma corrente que tenha um elo partido está quebrada, uma máquina a que falta uma peça não funciona, uma equipe técnica ão sobrevive se faltar competência ou perfeita honestidade a um de seus técnica não sobrevive se faltar competência ou perfeita honestidade a um de seus elementos. para PROSPECÇÃO, os instrumentos pnncpais são simples, fortes e de baixo custo: Trados (incluindo cabo e extensões) e escavadeiras; Escavadeira, pá, trados, picareta. Tipos de trados Ferramentas de uso geral, como enxadas, pás e picaretas; Balanças de campo (capacidade na ordem de grandeza 30 Kg); Baldes e bacias; Recipientes para transporte de amostras sem perda de umidade (sacos plásticos, caixas, potes com tampa); Fontes de calor portáteis (fogareiro a gás, gasolina, querosene… ; Parafina (para impermeabilizar amostras indeformadas); Conjuntos para obter amostras indeformadas (martelos, talhadeiras e espátulas, arco de serra, conjunto cilindro de cravação, etc. ); conjunto cilindro de cravação Outros ensaios de campo, como os de penetração, provas de carga, cisalhamento com a palheta (Vane Test), empregam equipamentos especiais. Vane Test penetrômetro Dentre os ensaios que medem a resistência do solo à penetração, um dos mais utilizados é o Standard Penetration Test (SPT). Esse nsaio determina parâmetros para a avaliação da capacidade do solo em resistir a esforços de cisalhamento e permite obter amostras (deformadas).

Auxiliando as rospecções executadas em grandes áreas, muitas is para a engenharia PAGF g’ principalmente em compactação de solos, são utilizados: Conjuntos para determinar o peso específico aparente; Conjuntos para determinar a umidade de amostras no campo. Em grandes obras, a necessidade de efetuar grande número de ensaios em curtos períodos de tempo pode indicar o uso de equipamentos nucleares para estes dois controles, embora tenham custo levado de aquisição e manutenção. Como outros instrumentos especiais, serão mencionados oportunamente. Em LABORATÓRIO (fixo ou de campo), são necessários: • Estufa para secar amostras (atualmente são elétricas, e com regulagem para manter temperaturas razoavelmente estáveis. As faixas de temperatura mais usadas são entre 100 e 105 ou entre 60 e 65 graus centígrados). Já foram populares estufas à base de combustíveis.

Dessecador (recipiente contendo material hidrófilo, utilizado para arrefecer amostras que foram aquecidas, antes de sua pesagem, para que não absorvam umidade do ar enquanto perdem alor); Peneiras especiais para laboratório de solos; Agitador de peneiras; Dispersor; Estufa elétrica Agitador de peneiras Dispersor Peneiras para solos Bomba de vácuo; Balanças aferidas ou calibradas, com capacidades e precisão compatíveis com o objetivo de sua utilização; • Instrumentos de uso geral, como picnômetros, provetas, pipetas, copos (béquer), picetas (seringas de borracha), conta-gotas, bastões de vidro, moldes, cronômetro, termômetro, alarme de tempo (despertador cá sulas metálicas, bandejas metálicas; • Almofariz e m e mão-de-pilào); •