3 Granulometria

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MECÂNICA DOS SOLOS E GEOTECNIA
3. Granulometria. Curva granulométrica dos Solos. Prática – Granulometria
Prof. Dr. Guillermo Ruperto Martín Cortés
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Objetivos de Aprendizagem
1. Identificar e classificar os solos a partir de ensaios de granulometria;
2. Entender a importância do estudo da granulometria do solo. 
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3. Granulometria. Curva granulométrica dos Solos. Prática – Granulometria
2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Estabilidade, comportamento funcional e estético da obra serão determinados, em grande parte, pelo desempenho dos materiais usados nos maciços terrosos.
O peso de uma edificação é suportado e distribuído, através das fundações, pelo solo, o qual, dependendo de sua constituição, apresenta maior ou menor resistência.
Por isso nesta unidade vamos começar a estudar e classificar os solos: origem, tipos e propriedades, composição granulométrica.
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
A primeira característica que diferencia os solos é o tamanho das partículas que os compõem.
Numa primeira aproximação, pode-se identificar que alguns solos possuem grãos perceptíveis a olho nu, como os grãos de pedregulho ou a areia do mar, e que outros têm os grãos tão finos que, quando molhado, se transformam numa pasta(barro), não podendo se visualizar as partículas individualmente.
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
A diversidade do tamanho dos grãos é enorme.
Existem grãos de areia com dimensões de 1- 2mm, e existem partículas de argila com espessuras da ordem de 0,1 a 10 Å (1 a 100nm). Isto significa que, se uma partícula de argila fosse ampliada de forma a ficar como tamanho de uma folha de papel, o grão de areia citado ficaria com diâmetros da ordem de 100 a 200 metros, um quarteirão.
1 m = 1000 mm 1 mm = 1000 μm 1 μm = 1000 nm
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Constituição mineralógica
As partículas resultantes da desagregação de rochas dependem da composição da rocha matriz.
Algumas partículas maiores, dentre os pedregulhos, são constituídas frequentemente de agregados de minerais distintos.
O quartzo SiO2, presente na maioria das rochas, é bastante resistente à desagregação e forma grãos de silte e areia
Outros como feldspato, gipsita, calcita e mica, também podem ser encontrados. 
Os feldspatos são os minerais mais atacados pela natureza, dando origem aos argilominerais (caulinita, a illita e a esmectita), que constituem a fração mais fina dos solos, geralmente com dimensão inferior a 2 μm. 
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Alguns argilominerais são formados por uma camada tetraédrica e uma octaédrica (estrutura de camada 1:1), determinando uma espessura da ordem de 7 Å (1 Angstrom = 10nm), como a caulinita.
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Estrutura de uma camada de caulinita; (a) atômica, (b) simbólica.
As camadas assim constituídas encontram-se firmemente empacotadas, com ligações de hidrogênio que impedem sua separação e que entre elas se introduzam moléculas de água.
2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Noutros minerais o arranjo octaédrico é encontrado entre duas estruturas do arranjo tetraédrico (estrutura de camadas 2:1), definindo uma espessura de ≈10 Å . Com esta constituição estão as esmectitas e as illitas.
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Estrutura simbólica de minerais com camada 2:1; (a) esmectita com duas camadas de moléculas de água, (b) illita.
2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Solos lateríticos. 
A identificação dos solos lateríticos é de particular interesse para o Brasil, já que são típicos da evolução de solos em climas quentes, com regime de chuvas moderadas a intensas. 
Os solos lateríticos têm sua fração argila constituída predominantemente de minerais cauliníticos e apresentam elevada concentração de ferro e alumínio na forma de óxidos e hidróxidos, com peculiar coloração avermelhada.
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Apresentam-se na natureza, geralmente não-saturados e com índice de vazios elevado, daí sua pequena capacidade de suporte. 
Quando compactados, entretanto, sua capacidade de suporte é elevada, sendo por isto muito empregado em pavimentação e em aterros. 
Depois de compactado, um solo laterítico apresenta contração se o teor de umidade diminuir, mas não apresenta expansão na presença de água. 
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
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Tipos de Estruturas
Solos Granulares (areias)
Siltes 
Argilas: Partículas carregadas com cátions absorvidos. 
2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
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Combinação destas forças – (disposição e proximidade das partículas e tipo de íon e concentração iônica do meio dispersor) determina a estrutura de solos argilosos – disposição das partículas na massa do solo (Lambe, 1963).
estrutura dispersa – campo repulsivo
 estrutura floculada
2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
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estrutura floculada, quando os contatos se fazem entre faces e arestas, ainda que através da água adsorvida; e
estrutura dispersa, quando as partículas se posicionam paralelamente, face a face.
Estruturas de solos sedimentares; (a) floculada em água salgada, (b) floculada em água não salgada, (c) dispersa (Mitchel, 1976).
2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
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No caso de solos residuais e de solos compactos, a posição relativa das partículas é mais elaborada. 
Intimamente, existem aglomerações de partículas argilosas que se dispõem de forma a determinar vazios de maiores dimensões.
Exemplo de estrutura de solo residual, mostrando micro e macroporos.
2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Formas de classificar os solos:
pela sua origem,
pela sua evolução, 
pela presença ou não de matéria orgânica, 
pela estrutura, 
pelo preenchimento dos vazios.
Os sistemas baseados no tipo e no comportamento das partículas que constituem os solos são os mais conhecidos na engenharia de solos.
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS
O Sistema Unificado de classificação de solos foi criado pelo engenheiro Arthur Casagrande para aplicação em obras de aeroportos, contudo seu emprego foi generalizado sendo muito utilizado atualmente pelos engenheiros geotécnicos, principalmente em barragens de terra.
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
No sistema unificado os tipos de solos são representados pelo conjunto de duas letras. 
A primeira letra indica o tipo principal e a segunda a descrição complementar.
Por exemplo, CL corresponde a uma argila de baixa compressibilidade.
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
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Solos finos e
 solos granulares
	LETRA	TAMANHO GRÃO
	G	PEDREGULHO
	S	AREIA
	M	SILTE
	C	ARGILA
	O	SOLO ORGÂNICO
	LETRA	CLASSIFICAÇÃO
	W	BEM GRADUADO
	P	MAL GRADUADO
	H	ALTA COMPRESSIBILIDADE
	L 	BAIXA COMPRESSIBILIDADE
	Pt	turfas
Por exemplo: SW: areia bem-graduada ou CH: argila de alta compressibilidade
2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Em linhas gerais, os solos são classificados, neste sistema, em três grandes grupos:
Solos grossos : aqueles em que a maioria absoluta dos grãos possui diâmetro maior que 0,074mm (> 50% em peso, dos seus grãos, são retidos na peneira # 200).
Esses são: Pedregulhos – areias – solos pedregulhosos ou arenosos com pouca quantidade de finos (silte e argila).
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
b) Solos finos : aqueles em que a maioria absoluta dos grãos possui diâmetro menor que 0,074mm, ou seja são solos que a grande maioria da sua massa passa na peneira #200.
	Esses solos são: Siltes e argilas
c) Turfas : solos altamente orgânicos, geralmente fibrilares e extremamente compressíveis. 
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Como é possível conferir o peneiramento a seco limita-se a determinar a distribuição granulométrica de areias e cascalhos, já que a peneira #200 (0,074 mm) praticamente coincide com a dimensão que separa as areias dos siltes (0,06 mm). 
Peneiramento de Siltes e argilas em peneiras de malhas muito mais finas (até malha #600) podem ser realizados com ajuda de água, ou seja “a úmido” onde a água participa diretamente do processo de peneiramento. Podem ser utilizados também, o denominado processo de sedimentação, ou o método automatizado de difração de raios laser com equipamentos como o Malvern. 
212 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
O processo de sedimentação é bastante trabalhoso, pode-se substituir na prática pelo ensaio de difração de raios laser utilizando aparelhos que procedem à análise granulométrica através da varredura do solo com raios laser. Nestes casos a fracção mais grossa é ainda analisada por peneiramento, sendo introduzida no aparelho a parte do solo que passa na peneira no. 40 (malha 0,425 mm).
Em geral os solos naturais são constituídos por partículas cujas dimensões podem variar mais ou menos largamente. correspondendo algumas à classificação argila, outras a silte, etc.
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
SOLOS GRANULARES. Classificação pela relação entre os diversos grupos de diâmetros de partículas referente ao % finos (φ % fração acima da peneira # 50 (0,297mm). 
	Exemplos: solo de granulação grosseira, pode ser classificado como pedregulho ou como areia. 
	Se o solo tiver 30% de pedregulho, 40% de areia e 30% de finos, ele será classificado como areia S (areia). 19/09/2022
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2 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
– Um solo pode ser considerado como um conjunto formado por partículas de diversos tamanhos.
– a medida do tamanho das partículas constituintes de um solo é feita por meio da granulometria e para representação dessa medida costuma-se utilizar uma curva de distribuição granulométrica.
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2 - COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
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– de acordo com seu tamanho, as partículas de um solo podem ser classificadas como:
	FRAÇÃO	DIÂMETRO DA PARTÍCULA (Φ) (mm)
	pedregulho	2,0 mmcaracterizar o solo e elaborar a curva granulométrica.
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Granulometria. EXERCÍCIO
Peneira complementar
Peneiras da serie normal
177,0 – 100%
1,95 - X
X=(1,95x100)/177
X=1,10
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	Peneira	Φ (mm)	PESO AMOSTRA SECA		
			Retido
 (g)	Retido
(%)	Retido Acumulado (%)
	1/4	6,30	1,95	1,10	1,10
	04	4,80	1,15	0,65	1,75
	08	2,40	8,80	4,97	6,72
	16	1,20	10,60	5,99	12,71
	30	0,60	73,00	41,24	53,95
	100	0,15	62,00	35,03	88,98
	200	0,074	14,30	8,08	97,06
	 areias > siltes > argilas
Pela sua composição mineralógica:
Minerais resistentes ao intemperismo  quartzo..
Minerais intemperizaveis  Micas e feldspatos...
Minerais secundários  originados por intemperismo  argilominerais 
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COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Características da curva granulométrica
Diâmetro correspondente ao tamanho médio dos grãos : D50 = diâmetro pelo qual passa 50% das partículas do solo.
D60 diâmetro abaixo do qual se situa 60% em peso das partículas do solo.
 D10 diâmetro que, na curva granulométrica, corresponde às partículas que passam em 10%.
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COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Representação de D60, D30 e D10 na curva granulométrica de um solo. 
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COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Coeficiente de não uniformidade* (CNU): relação entre o diâmetro pelo qual passam 60% das partículas de solo e o diâmetro pelo qual passam 10% das partículas.
Cnu 15 não uniforme
A característica dos solos granulares é expressa pelo "coeficiente de não uniformidade", definido pela relação acima.
*Alguns chamam de Coeficiente de Uniformidade - Cu
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COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Quanto maior o coeficiente de não uniformidade, mais bem graduado é o solo. 
Areias com CNU 3	 a curva tende a ser muito uniforme na parte central.
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 a) b) c)
COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
A Figura ilustra a diferença entre solos bem e mal graduados. A areia de Copacabana apresenta um solo mal graduado, já a areia do Rio tietê apresenta uma faixa maior de distribuição granulométrica e é considerada bem graduado. 04/04/2022
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