Liceu de Artes e Ofícios de São Paulo CURSO DE EDIFICAÇÕES 1º EDI-B
Jaime Gonçalves Nº 14
TRABALHO DE MECÂNICA DOS SOLOS Curva Granulométrica e sua Correção
São Paulo - SP 15 de Julho de 2010
Liceu de Artes e Ofícios de São Paulo CURSO DE EDIFICAÇÕES 1º EDI-B
Jaime Gonçalves Nº 14
TRABALHO DE MECÂNICA DOS SOLOS Curva Granulométrica e sua Correção
Trabalho apresentado para ser avaliado na segunda avaliação (P2) do 2º Trimestre da disciplina de Mecânica dos Solos do Liceu de Artes e Ofícios de São Paulo. Professor: Carlos Lellis
São Paulo - SP 15 de Julho de 2010
Liceu de Artes e Ofícios de São Paulo CURSO DE EDIFICAÇÕES 1º EDI-B
Jaime Gonçalves Nº 14
TRABALHO DE MECÂNICA DOS SOLOS Curva Granulométrica e sua Correção
Trabalho apresentado para ser avaliado na segunda avaliação (P2) do 2º Trimestre da disciplina de Mecânica dos Solos do Liceu de Artes e Ofícios de São Paulo. Professor: Carlos Lellis
Data: ___/___/_____ Resultado: ________ Professor:___________________________ Assinatura do Professor: _______________
São Paulo - SP 15 de Julho de 2010
RESUMO Este trabalho aborda a curva granulométrica, que é o resultado de um ensaio tecnológico denominado peneiramento, onde são depositados diversos tipos de grãos de certa amostra em peneiras que sofrem vibração, transferindo as partículas de p eneira em peneira, de acordo com a abertura da malha destas. A curva granulométrica é importante, pois mostrará as quantidades de cada tipo de solo que existe no local especificado, sendo crucial para se determinar o tipo de construção e de fundação que deverão ser executados em cada local. Mas e se o resultado da Análise Granulométrica mostrar um solo diferente do que se deseja? É nessa parte que entra a correção da curva granulométrica, que é a adição ou remoção de componentes do solo para que possua as condições previamente especificadas.
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO............................................................................................................ 6
2.
OS TIPOS DE SOLO .................................................................................................... 7 2.1.
Processos para a realização da Análise Granulométrica ................................. 7
2.1.1. 3.
PENEIRAS................................................................................................................... 8 3.1.
4.
5.
Peneiramento............................................................................................. 7
Mesh ou Milímetros .......................................................................................... 8
CURVA GRANULOMÉTRICA ...................................................................................... 9 4.1.
Coeficientes á partir Curva Granulométrica................................................... 10
4.2.
Coeficiente de Uniformidade (Cu) .................................................................. 10
4.3
Coeficiente de Curvatura (Cc) ......................................................................... 10
CORREÇÃO DA CURVA GRANULOMÉTRICA ........................................................... 11 5.1.
Método da Tentativa e Erro............................................................................ 11
5.2.
Método Analítico............................................................................................. 11
5.3.
Método gráfico de Rothfuchs ......................................................................... 12
6.
CONCLUSÃO ............................................................................................................ 13
7.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 14
8.
REFERÊNCIAS SÍTIOGRÁFICAS ................................................................................ 15
1. INTRODUÇÃO
A curva granulométrica é muito importante para diversos ramos da Engenharia, pois á partir da amostra de um local ela define todos os tipos de solo que existem nele, o tipo que existe com maior porcentagem e os seus subsequentes. Com o resultado da curva granulométrica de uma amostra, pode-se decidir qual o melhor tipo de fundação á utilizar e que tipo de edificação é vantajoso para se construir no local (na engenharia civil), definir a absorção de nutrientes e pesticidas para os produtos á serem plantados, com o objetivo de obter maior rendimento, eficiência e praticidade (na engenharia agronômica), entre diversos outros fins. Mas às vezes o resultado da curva granulométrica pode ser diferente do que é necessário para que se consiga atingir o objetivo, seja ele qual for; é nesse caso que é utilizada a correção da curva granulométrica, onde são adicionados ou removidos alguns agregados, que trarão mais resistência ao sol
6
2. OS TIPOS DE SOLO O solo é uma mistura inorgânica com resíduos orgânicos e outras substâncias que formam a crosta terrestre e sofre transformações através dos agentes físicos e químicos. São definidos diversos tipos de solo, que diferem na sua cor, textura, tamanho, etc. O principal método de identificação do tipo de solo utiliza o tamanho da partícula distingui-lo e é denominado de Análise Granulométrica. Segundo a ASTM, a classificação do solo é a seguinte: Bloco de Rocha - Fragmentos de rocha com diâmetro maior do que 1,0 metro. Matacão – Fragmentos de rocha com diâmetro compreendido entre 0,2 e 1,0 metro. Pedregulho - Formado por minerais ou partículas de rocha que quando são subarredondados são chamados de seixos. Possui diâmetro entre 4,75 e 60 milímetros. Areia – Não possui plasticidade e coesão, formado por minerais ou partículas de rocha e possui diâmetro compreendido entre 0,06 milímetros e 2,0 milímetros, numa divisão em três subgrupos: Areia fina – Diâmetro entre 0,075 e 0,425 milímetros Areia média – Diâmetro entre 0,425 e 2,0 milímetros Areia grossa – Diâmetro entre 2,0 e 4,75 milímetros Silte – Possui baixa resistência, sendo formado por partículas com diâmetro entre 0,005 e 0,075 milímetros Argila - Partículas com uma plasticidade curiosa: Quando úmido, possui forma variável e baixa resistência. Quando seco, possui alta resistência e uma forma estável. E sse material possui um diâmetro menor do que 0,005 milímetros.
2.1. Processos para a realização da Análise Granulométrica Para realizar a Análise Granulométrica, são utilizados dois processos: O peneiramento e a Sedimentação, que podem ser utilizados juntos, ou somente o primeiro.
2.1.1. Peneiramento Peneiramento é o processo onde o material é colocado em um jogo de peneiras com aberturas de até 0,075 mm. O peneiramento utiliza o diâmetro das partículas para separar os diversos tipos de solo. Mas nem sempre é possível utilizá-lo para distinguir o solo, pois permite passagem de Argila e Silte, que são menores do que 0,075 mm.
2.1.2. Sedimentação Para distinguir a Argila do Silte, é realizado o processo de sedimentação, que utiliza a Lei de Stokes (relaciona o tamanho da partícula com a sua velocidade de sedimentação no recipiente) para separar os dois materiais. O material que passou na p eneira de 0,075 milímetros é depositado num frasco com água e aquele que mais rápido se depositar no fundo do frasco, possui tamanho maior (Que provavelmente será o Silte. 7
Além da convenção ASTM, existem outras classificações, que também são bastante importantes:
Onde: ASTM – Sociedade Americana de testes de materiais AASHTO – Associação americana de oficiais da estrada e do transporte do estado M.I.T. – Instituto de Tecnologia de Massachusetts ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
3. PENEIRAS As peneiras são definidas em séries isoladas, que são utilizadas conforme a sua necessidade. A identificação dessas séries é dada pela razão entre a abertura de duas p eneiras consecutivas. Por exemplo: Uma peneira com abertura de 4,8 milímetros, e a consecutiva possui 2,4 milímetros. A razão entre elas é dois. Quanto maior for esse número, menor é o número de peneiras utilizadas e vice-versa. A série com razão dois é muito utilizada, mas não se enquadra em uma das três divisões definidas pela NBR 5734/1988: Série Principal – Razão entre duas aberturas consecutivas de aproximadamente 1,41. Série Normal – Razão entre duas aberturas consecutivas de aproximadamente 1,19. Série Complementada – Razão entre duas aberturas com de aproximadamente 1,12.
3.1. Mesh ou Milímetros Essa nomenclatura pode confundir, pois às vezes é utilizado o Mesh (símbolo #) como valor para as peneiras, e às vezes o Milímetro. Basicamente, o Mesh conta o número de aberturas por polegada linear e é à medida que acompanha as peneiras, enquanto o milímetro é o tamanho máximo que o grão deverá ter para ultrapassar a peneira. Uma peneira com um mesh maior terá mais aberturas e a partícula deverá ser mais fina para ultrapassá-la. Já uma peneira que permita a passagem de um maior número de partículas, terá menos aberturas e consecutivamente, um mesh menor. 8
4. CURVA GRANULOMÉTRICA A curva granulométrica é o resultado de observações realizadas na Análise Granulométrica. Na análise, são coletadas amostras de um determinado solo cujo se deseja obter a porcentagem de cada tipo de grão ali presente. O resultado é representado através de um gráfico que possui no eixo das abscissas (eixo horizontal, x) um semi-logarítmo indicando o tamanho das partículas e no eixo das ordenadas (eixo vertical, y) a porcentagem de material que possui dimensões menores do que o representado no eixo das abscissas. Opcionalmente, são adicionados na parte superior do gráfico, os limites de cada t ipo de solo para facilitar a leitura e identificação do gráfico. Exemplo:
Como podemos observar, a curva é crescente, nas abscissas, da esquerda para a direita, e nas ordenadas, de baixo para cima. Além de a curva identificar e quantificar os materiais que existem na amostra testada, ela também indica, com uma análise superficial do gráfico, o nível de graduação do solo, como mostra a figura á seguir.
A primeira situação mostra uma areia bem graduada, com uma curva mais suave. A segunda mostra uma curva acidentada com trechos no sentido horizontal, característica de um solo com várias granulações. Já a ultima, com uma curva bastante vertical, indica um solo uniforme, com poucas variações de tamanho. 9
4.1. Coeficientes á partir Curva Granulométrica Á partir de uma análise mais detalhada dos resultados expostos no gráfico de uma curva granulométrica pode-se calcular dois importantes coeficientes do solo testado, o Coeficiente de Uniformidade (Cu) e o Coeficiente de Curvatura (Cc).
4.2.
Coeficiente de Uniformidade (Cu)
O coeficiente de uniformidade é um parâmetro que mede a verifica a inclinação média da curva e identifica se o solo possui uniformidade ou não (Solo mal graduado e solo graduado, respectivamente). Para se obter estes valores, é necessário observar o gráfico da curva granulométrica e encontrar o diâmetro obtido quando se passa 60% do material (D60) e dividí-lo pelo diâmetro obtido quando se passa 10% do material (D10). Exemplo:
Os valores encontrados para D60 e D10 (em vermelho) foram respectivamente 1 e 0,07. Fazendo o seguinte cálculo: Cu = D60/D10 obtém-se o valor de 14,3. Quanto menor for o Cu, maior é a verticalidade da curva e o solo é mais uniforme, como demonstrado no último exemplo da página anterior. Se o valor de Cu for menor do que três, o solo é considerado uniforme, e se Cu for maior do que três, o solo é considerado não uniforme. No caso do exemplo acima, o solo é considerado não uniforme, com curva bastante suave.
4.3. Coeficiente de Curvatura (Cc) O coeficiente de curvatura indica se o solo é bem graduado ou não. Ele é c alculado através da expressão: Cc = __D30²_ D10 = 0,07 D30 = 0,3 D60 = 1 D1O.D60 Calculando, com base nos valores D10(vermelho), D30 (verde) e D60 (vermelho) do gráfico acima obtemos aproximadamente 1,28. 1 > Cc > 3 = Solo bem graduado. 10
5. CORREÇÃO DA CURVA GRANULOMÉTRICA Existem casos em que a curva granulométrica não mostra o resultado desejado, impossibilitando assim a construção naquele local, pois o solo não possui as características previamente estabelecidas. Com isso, é necessário fazer a estabilização do solo, que consiste na mistura em diferentes proporções de dois ou mais tipos de solo para que a mistura final aumente a sua resistência, proporcionando a sua utilização. Este tipo de estabilização pode ser realizado por três maneiras: A compactação, a correção granulométrica e da correção da plasticidade, sendo explicada neste trabalho apenas a correção granulométrica. A correção granulométrica consiste na montagem de uma nova curva granulométrica que possua resistência, coesão entre as partículas, e uma grande variedade de grãos. Após a montagem dessa nova curva, são agregados outros materiais, até que a mistura consiga atender á nova curva granulométrica. Existem três métodos de realizar a correção granulométrica: O método da Tentativa e Erro, o método algébrico e o método gráfico de Rothfuchs.
5.1.
Método da Tentativa e Erro
Nesse método, a curva granulométrica do solo fraco é corrigida, estabelecendo-se um limite superior e outro inferior, para onde a curva possa variar, e após uma série de observações desse gráfico, é feita uma estimativa das porcentagens de cada material que serão necessárias para atingir a nova curva granulométrica. Os materiais são adi cionados ao solo e é feito um novo peneiramento, que gera uma nova curva granulométrica. Essa nova curva é comparada á curva ideal, e se não se enquadrar nos limites estabelecidos, são feitas tentativas novas, com novas porcentagens de cada material, criando um ciclo, que só termina quando a curva é corrigida.
5.2.
Método Analítico
Nesse método, é realizada a curva granulométrica ideal com os limites superiores e inferiores de desvio. Após esse processo, cada tipo de solo é dotado de diversas equações que formam um sistema, com mais equações do que incógnitas. Como são diversos sistemas (um pra cada material), nem sempre vai ser obtida uma solução que atenda á todos esses sistemas. Mas como pode haver uma variação na curva granulométrica devido aos limites criados na curva ideal, os sistemas são subdividos em sistemas menores, com um número de equações e incógnitas iguais, conseguindo vários resultados, um pra cada parte da curva. Com essas diversas soluções, consegue-se obter uma curva granulométrica com vários segmentos, que são unidos em um, formando uma curva que atenda ás especificações. 11
5.3.
Método gráfico de Rothfuchs
Esse é o método mais utilizado para a correção granulométrica, pois ele define um gráfico com todos os materiais disponíveis formando diversas linhas e traços, que ao final, mostram as porcentagens adequadas de cada material a ser utilizado, que ao serem misturados, formarão um solo com curva granulométrica ideal. Para realizar este método, é possível utilizar apenas três agregados: um fino, um médio e um grosso, de forma que os finos preencham os vazios formados pelos grandes (Mas não tirando o contato entre os agregados grandes). O primeiro passo é desenhar um retângulo, que contenha no eixo das ordenadas as porcentagens, e uma linha diagonal representando a especificação granulométrica (curva ideal):
Em seguida, coloque as peneiras utilizadas de acordo com a diagonal média especificada, as curvas granulométricas dos três materiais e uma linha reta (linha de equilíbrio) que divida igualmente a área entre as duas partes:
Depois, faça uma linha tracejada que ligue as linhas de equilíbrio de cada material da direita para a esquerda:
A interseção da linha tracejada com a diagonal do retângulo gera as proporções de cada material da esquerda para a direita, de baixo para cima. 12
6. CONCLUSÃO
Concluo que a curva granulométrica é um processo muito importante para o reconhecimento do solo, indicando suas características e porcentagens de cada material que o compõe, classificando-o como apto ou não para se construir, plantar, asfaltar, etc. Ela também é fundamental quando o solo não é bom para realizar o q ue se deseja, pois é realizada uma correção em cima da que já existe, indicando as porcentagens de cada componente que deverão ser adicionadas. O método da tentativa e erro é o mais trabalhoso, pois às vezes são necessárias diversas tentativas para se obter o solo com resistência ideal, enquanto o método gráfico de Rothfuchs é mais simples, mais utilizado e confiável dos três métodos, o que facilita bastante na hora de realizar a correção, pois o tempo é muito importante na realização de uma obra.
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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Almeida, Gil C. P. – Caracterização física e Classificação dos Solos. Universidade Federal de Juiz de Fora, MG – 2005. Bastos, Cezar – Estabilização de Solos. Universidade Federal do Rio Grande, RS – 2007. Cavalcante, Francisco C. I. T. – Estabilização Granulométrica de Pavimentos. Universidade Federal do Ceará, CE. – 2009. Specht, Luciano P. – Estabilização Granulométrica como revestimento primário de estradas não pavimentadas. Universidade Regional de Ijuí, RS. – 2007. Greco, Jisela A. S. – Estabilização de Materiais. Universidade Federal de Minas Gerais, MG. – 2009. Dourado, Thayse A. – Granulometria dos Solos. Universidade de Campinas, SP – 2008. Strava, Ana C. – Identificação e Classificação dos Solos. Universidade Federal do Rio Grande, RS – 2010.
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8. REFERÊNCIAS SÍTIOGRÁFICAS 1. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ensaio_de_peneiramento - Wikipédia - Ensaio de Peneiramento. Acessado em 06/07/2010. 2. http://pt.wikipedia.org/wiki/Granulometria - Wikipédia - Granulometria. Acessado em 06/07/2010. 3. http://www.ultracal.com.br/produtos_texto.htm - Ultracal - Curvas Granulométricas. Acessado em 07/07/2010. 4. http://www.ufsm.br/engcivil/Material_Didatico/TRP1003_mecanica_dos_solos/ unidade_3.pdf - Universidade Federal Santa Marcelina – Notas da Aula. Acessado em 08/07/2010. 5. http://www.dmc.furg.br/disp04091/apostila/UNIDADE%20III.pdf – Universidade Federal do Rio Grande – Estabilidade dos solos e reforço de subleitos. Acessado em 08/07/2010. 6. http://www.ebah.com.br/mecanica-dos-solos-indices-fisicos-pdf-a19967.html - Mecânica dos Solos – Índices Físicos. Acessado em 08/07/2010. 7. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ensaio_de_sedimenta%C3%A7%C3%A3o – Wikipédia – Ensaio de Sedimentação. Acessado em 09/07/2010. 8. http://www.piniweb.com.br/construcao/noticias/distribuicao-granulometricaparaargamassas-85735-1.asp - Piniweb - Distribuição Granulométrica para Argamassas. Acessado em 09/07/2010. 9. http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Mamona/SistemaProduc aoMamona/correcao.htm EMBRAPA - Correção do Solo e Adubação. Acessado em 09/07/2010. 15