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Material de apoio. Granulometria do Solo. Granulometria do Solo

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Universidade Paulista Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Professora Moema Castro, MSc. Material de apoio 2 PINTO, C. de S. CursoBásicodeMecânicados Solos, Editora
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Universidade Paulista Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Professora Moema Castro, MSc. Material de apoio 2 PINTO, C. de S. CursoBásicodeMecânicados Solos, Editora Oficina de Textos, São Paulo, COMPLEMENTOS DE MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES NATUREZA DOS SOLOS GRANULOMERIA MASSAD, F. Mecânica dos Solos Experimental, Editora Oficina de Textos, AULA 02 Goiânia, 2016/2. Primeira característica que diferencia o solo. Não é fácil identificar pelo simples manuseio. Recebe Denominações específicas para faixas de tamanhos de grãos. 3 Conceito: 4 A granulometria do solo representa uma de suas características mais estáveis, sendo determinada por meio de análise granulométrica. A granulometria do solo vem a ser a distribuição de suas partículas constituintes, de natureza inorgânica ou mineral, em classes de tamanho. As classes de tamanho das partículas inorgânicas são também chamadas de frações granulométricas. 5 6 Fração fina do solo Fração Granulométrica: Fração grossa do solo Argila: Uma fração granulométrica representa uma classe de tamanho de partícula, que é definida por um limite superior e um limite inferior de acordo com a escala adotada. Areia: inferior a 0,005mm (normalmente abaixo de 0,002mm) de 0,05mm a 4,8mm Pedregulho: de 4,8mm a 7,6mm Silte: de 0,005mm a 0,05mm As partículas de uma mesma classe ou fração podem variar quanto à forma, estrutura e composição granulométrica, podendo ser cristalinas ou amorfas. Pedregulho Areia Silte Argila Constituição Mineralógica 7 8 Quartzo Feldspatos Limites das frações de solo pelo tamanho dos grãos: Fração Limites definidos pela ABNT Matacão De 25 cm a 1 m Pedra De 7,6 cm a 25 cm Pedregulho De 4,8 mm a 7,6 cm Areia grossa De 2 mm a 4,8 mm Areia média De 0,42 mm a 2 mm Areia fina De 0,05 mm a 0,42 mm Silte De 0,005 mm a 0,05 mm Argila Inferior a 0,005 mm Resistente à desagregação Forma grãos de silte e areia Composição química simples SiO2 Partículas equidimensionais Cubos e esferas Baixa atividade superficial Mais atacado pela natureza Dão origem ao argilominerais Apresentam um estrutura complexa Comportamento bem distintos Exemplo: caulinita firmemente empacotadas, com ligações de hidrogênio que impedem sua separação e a introdução de moléculas de água entre elas. ilita - devido a presença de íons de potássio, não absorve água entre as camadas (comportamento intermediário). esmectita superfície específica (1.000m²/g) e substituições isomórficas de um átomo de Al3+ por um de Si4+ ou Mg++ (carga negativa) que são neutralizados por cátions livres no solo (Ca++ ou Na+) cujas forças não impede a entrada de água entre as camadas. Sistema Solo-Água Sistema Solo Água Solos saturados; Origem da água no solos (ciclo hidrológico); Formas de ocorrência da água nos solos; Água higroscópica É fixada na superfície dos colóides, por absorção; Água capilar 9 É sujeita a fenômenos de capilaridade no solo e desloca-se nos espaços intersticiais; Água gravitacional Não é retida no solo, deslocando-se apenas nos macroporos, por ação da gravidade; Água de constituição Integrante da estrutura química da fração sólida do solo. Sistema Solo-Água 10 No sistema solo-água atuam tanto forças gravitacionais, decorrentes do peso das partículas, como forças de natureza superficial, de atração e repulsão entre as partículas de solo, a água e os íons presentes. A interação físico-química entre as moléculas de água, as partículas de solo e os íons presentes, dão origem à formação da chamada camada dupla. Da combinação das forças de atração e de repulsão entre as partículas resulta a estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo e às forças entre elas. Lambe (1953) identificou dois tipos básicos de estrutura: Estrutura Floculada: Os contatos se fazem entre faces e arestas, ainda que através da água adsorvida. Estrutura Dispersa: Quando as partículas se posicionam paralelamente, face a face. Sistema Solo-Água 11 Exemplo de estruturas de solos sedimentares: (a) floculada em água salgada, (b) floculada em água não salgada, (c) dispersa. Solos não saturados; Sistema Solo-Água-Ar Formas de ocorrência do ar nos solos: Bolhas oclusas Canalículos intercomunicados Formação de meniscos nos contatos ar-água Tensão de sucção; Fenômeno da capilaridade. 12 13 Seqüência de procedimentos de ensaios normatizados que visam determinar a distribuição granulométrica dos solos. Curva granulométrica (sedimentação e peneiramento) 14 Ensaios (NBR 7181/84) Peneiramento se aplica a solos granulares, pois a malha mais fina exequível de fabricação é a da peneira 200. Sedimentação solo com predominância de finos Lei de Stokes (1850) ENSAIO DE PENEIRAMENTO Série padrão de peneiras. 15 Peneira n Abertura(mm) Peneira n Abertura(mm) 4 4, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,075 LEI DE STOKES (1850) 16 Determina a velocidade limite de esferas em queda livre num fluido viscoso. Ao colocar-se uma certa quantidade de solo (uns 60g) em suspensão em água (cerca de um litro), as partículas cairão com velocidades proporcionais ao quadrado de seus diâmetros. LEI DE STOKES (1850) 17 LEI DE STOKES (1850) Expressão: 18 = 2 18 Donde: υ é a velocidade limite γ s massa específica do material γ w massa específica do fluido µ viscosidade do fluido D diâmetro da esfera LEI DE STOKES 19 Exemplo01: para grãos esféricos de solos (γ s = 27,0 kn/m³) com diâmetro de 0,074mm (peneira n.200) sedimentando em água na temperatura de 20ºC, tem-se: = µ = 0, dina s/cm² = 1, kpa s γ w = 9,982 kn/m³ 27 9,98 181, , =0,50/ Isto é, grãos de solos com diâmetros equivalentes aos da aberturas das malhas da peneira nº.200 caem com velocidade de 0,50 cm/s em água na temperatura de 20ºC. LEI DE STOKES 20 Para Taylor (1948), para materiais com densidades próximas às dos solos a lei de Stokes é aplicável desde que o diâmetro das esferas esteja na faixa de 0,2 mm à 0,2 µm; Limite superior: Evitar turbulência provocada pela queda de grandes esferas; Limite inferior: Evitar um fenômeno chamado movimento Browniano. Abaixo de0,2µm as forças de superfície da partícula passam a interagir com as forças de volume, gravitacionais, resultando no movimento aleatório destas no fluído, em conseqüência da colisão destas partículas suspensas com átomos e moléculas presentes na solução.
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