Classificação dos Solos - Apostilas - Biologia e Geologia_Parte1, Notas de estudo de . Centro Universitario Nove de Julho (UNINOVE)
Jose92
Jose9214 de Março de 2013

Classificação dos Solos - Apostilas - Biologia e Geologia_Parte1, Notas de estudo de . Centro Universitario Nove de Julho (UNINOVE)

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Apostilas de Biologia e Geologia sobre o estudo do Sistema de Classificação dos Solos, identificação.
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Microsoft Word - 91_CLASSIFICACAO.doc

141

Capítulo 10. SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS INTRODUÇÃO A elaboração de um sistema de classificação deve partir dos conhecimentos qualitativos e quantitativos existentes e, ao longo do tempo, ir acumulando informações e corrigindo distorções, até que em um mesmo grupo possam estar colocados solos com características semelhantes. No desenvolvimento de um sistema, deve-se ter o cuidado para que o volume de informações requeridas do usuário seja de fácil memorização para que se torne prático. Estas informações poderão ser obtidas, tanto através da identificação visual e táctil como através de ensaios simples de laboratório. A identificação fornecerá dados para um conhecimento qualitativo, enquanto que dos ensaios de laboratório resultarão dados quantitativos sobre o solo. Existem diversos sistemas de classificação podendo cada um deles ser específico ou não. Por exemplo, sistemas com base na movimentação dos sedimentos, classificação pedológica, textura e aqueles que levam em consideração mais de um parâmetro do solo. Os solos naturais não formam grupos distintos, com características bem definidas. As linhas divisórias usadas na classificação são necessariamente arbitrárias. Todas as classificações de solo são baseadas nas suas propriedades índices e podem servir como nomenclatura para descrever solos e fornecer alguma indicação às significativas propriedades físicas. Nenhum sistema de classificação de solos estabelece tais propriedades (p. exemplo, resistência a esforços externos ou compressibilidade). Um sistema de classificação rígido não pode abranger todas as propriedades dos solos necessárias para resolver variados problemas na Mecânica dos Solos. IDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS A identificação do solo deverá ser o início do processo de classificação, realizada tanto em campo quanto no laboratório, precedendo a todo e qualquer ensaio que se pretenda realizar sobre o solo. A identificação pode ser feita através de testes visuais e tácteis, rápidos e específicos a cada tipo de solo. A NBR 7250 orienta a identificação e descrição de amostras obtidas em sondagens de simples reconhecimento de solos. Para a fração grossa, pedregulhos e areias, informações quanto a composição granulométrica, forma das partículas, existência ou não de finos são sempre necessárias; estas partículas são ásperas ao tato, visíveis ao olho nu e se separam quando secas. Para os solos finos, siltes e argilas, são importantes informações sobre plasticidade, resistência à compressão do solo quando seco, comportamento do solo quando imerso em água e cor. Partículas de silte são invisíveis a olho nu e os torrões secos quando imersos em água desagregam rapidamente. As argilas quando molhadas apresentam-se saponáceas ao tato e torrões quase secos apresentam uma superfície lisa e lustrosa e alta resistência à compressão. Para os solos orgânicos, a cor e, às vezes, a proporção de matéria orgânica são informações úteis. Nestes, resistência à compressão do solo seco é geralmente pequena. De acordo com o resultado dos testes, o solo será identificado por um nome, conforme recomendado pela NBR 7250/62.

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COMENTÁRIOS GERAIS Na Mecânica dos Solos procura-se criar um sistema de classificação que permita o agrupamento de solos dotados de características similares tanto do ponto de vista genético como do comportamento. A grande variedade de sistemas de classificação existente procura quase sempre, em bases mais ou menos arbitrárias, encontrar um princípio qualificador universal que possibilite agrupar a grande variedade de solos existentes em classes. O objetivo seria não só facilitar os estudos de caracterização como também antever o comportamento diante das solicitações, a que serão submetidos. Diferentemente das outras ciências, deve interessar à Mecânica dos Solos um sistema de classificação que priorize o comportamento dos solos à sua constituição, à sua origem, à sua formação, etc. Sob aspecto mais prático pode-se dizer que é necessário haver várias classificações, que possam atender mais especificamente aos vários campos da Geotecnia. Um sistema de classificação que atenda aos interesses da área de estradas pode não atender com a mesma eficiência à área de fundações. Em síntese, devem-se utilizar os sistemas de classificação existentes, com certa reserva, tendo em conta para que fim o sistema foi proposto e sobre que solos o processo foi elaborado. Sob este aspecto devemos ter um cuidado maior uma vez que os países criadores destes sistemas de classificação possuem climas bem diferentes do nosso e, portanto solos com condições particulares. Nos países de origem dos sistemas de classificação tradicionais, geralmente do hemisfério norte com climas temperados, a fração areia e silte é quase totalmente composta por quartzo enquanto nos solos tropicais podem ocorrer minerais como feldspatos, micas, limonitas, magnetitas, etc., além de fragmentos de rochas e concreções lateríticas e que, por vezes, o mineral quartzo pode mesmo estar ausente da fração areia de muitos destes solos. Dentre os vários sistemas de classificação existentes serão tratados a seguir alguns dos mais comuns. SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO A classificação a partir dos tamanhos das partículas é uma das formas mais comuns. Como a fração argila pode diferenciar amplamente nas suas propriedades físicas, a classificação apenas pelo tamanho é inadequada quando os solos contem finos, especialmente os argilo-minerais. Sistemas de classificação mais elaborados têm surgido, levando em conta os limites de Atterberg associada à granulometria. CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA A identificação de amostras de solo pela granulometria inicia na classificação nas duas grandes divisões, solos grossos (ásperos) ou solos finos (macios ao tato). O exame visual das amostras permite avaliar a predominância do tamanho de grãos. Quando predominam grãos maiores que 2 mm, o solo deve ser classificado como pedregulho. Se percebida a predominância de grãos na faixa de 0,1 mm a 2 mm, deve ser classificado como areia. Um exame mais acurado de areias permite a classificação em areias grossas (ordem de grandeza 1mm), médias (0,5mm) ou finas (0,1mm). A classificação em solos grossos ou solos finos também pode ser feito com auxílio de lavagem da amostra em uma peneira de 0,075mm (nº. 200) e avaliação da porcentagem retida. A composição granulométrica do solo determina, principalmente para os solos grossos, as características de seu comportamento. Nesta classificação os solos são

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designados pelo nome da fração preponderante. Esta afirmação deve ser analisada com rigor, pois se sabe que as definições não deveriam ser baseadas simplesmente nas frações majoritárias, uma vez que nem sempre são elas que ditam o comportamento de um solo. Assim, preferindo-se agrupar os solos quanto ao comportamento e não quanto às constituições, a classificação deveria denominá-lo de acordo com a fração mais ativa no seu comportamento. Embora hoje recomendada mais para os solos grossos (que não apresentam propriedades correlacionadas com a plasticidade) a classificação granulométrica tomou-se universalmente empregada. Classificações granulométricas são prejudicadas por não existir concordância universal quanto ao intervalo de variação dos diâmetros de cada uma das frações que compõem os solos (escalas granulométricas). Para a classificação granulométrica podem-se utilizar as próprias curvas granulométricas indicando a finura do solo e a forma da curva, ou diagramas triangulares, como o de FERET, muito utilizados para fins agrícolas, mas pouco em Mecânica dos Solos. Nos diagramas triangulares, fazem-se corresponder aos três lados do triângulo as porcentagens respectivas de argila, silte e areia. É mais comum somar as porcentagens de pedregulho e areia antes de utilizar o diagrama triangular, e mencionar após a classificação, conforme o caso, a predominância de areia ou de pedregulho. Havendo o improvável interesse em classificar a fração fina do solo pela granulometria, se ocorrer pedregulho (grãos maiores que 2,0 mm), as porcentagens de areia, silte e argila são divididas pela porcentagem de material passante na peneira de 2,0 mm. Isto faz com que a soma das porcentagens do material fino se aproximem de 100% e o triângulo de Feret possa ser usado. Por exemplo, o solo correspondente ao ponto “S” na figura seguinte é formado por 15% de areia, 50% de silte e 35% de argila. Foi classificado como “argila”.

O solo descrito pelo ponto “T”, com 28% de argila, 49% de areia e 23% de silte, recebeu a classificação “lemo argiloso”.

T

Figura 10.1:Diagrama de Feret (uma versão)

S

CHAVE DO GRÁFICO

% ARGILA

% AREIA +

PEDREGULHO

% SILTE

144

Lemo" foi o termo proposto para substituir "barro", que corresponde à "loam" em inglês, com o qual se designa uma mistura em proporções variadas de partículas de areia, silte e argila, com comportamento mal definido. Tal classificação dos solos não tem valor geotécnico porquanto não leva nem mesmo em conta a forma das curvas granulométricas, que são importantes na determinação das propriedades geotécnicas dos solos grossos. Também não considera a plasticidade, cuja importância na resistência, compressibilidade e permeabilidade dos solos é enorme. O Sistema de Classificação baseado apenas na textura utiliza a curva granulométrica e uma escala de classificação. A curva granulométrica define a distribuição das diferentes dimensões das partículas enquanto a escala define a posição relativa aos quatros grupos: pedregulhos, areias, siltes e argilas. As diferenças entre as diversas escalas granulométricas (ver capítulo 1) não alteram sensivelmente o nome dado ao solo. Para a classificação do solo segundo a textura a partir da curva granulométrica obtida em laboratório, serão determinadas as percentagens de cada fração de acordo com a escala adotada. Quando não se está empregando o triângulo de Feret, a fração predominante dará nome ao solo, que será adjetivado pela fração imediatamente inferior em termos percentuais. Exemplo:

FRAÇÃO % DE OCORRÊNCIA Pedregulho 0

Grossa: 0 Média: 8 Areia ≈ 63 Fina: 55

Silte 9 Argila 28

Da curva granulométrica, obtiveram-se as porcentagens correspondentes a cada fração, mostradas no quadro acima. A fração predominante, em termos percentuais, é a areia, vindo a seguir a fração argila e finalmente silte. Da observação dos valores, nota-se que o solo não tem pedregulhos, nem areia grossa. A subdivisão da fração arenosa mostrou uma predominância da parte fina sobre os demais. Em face dos valores obtidos e da escala adotada o solo será classificado como: areia fina argilosa. Se duas frações não predominantes se eqüivalerem em termos percentuais, o nome do solo continua ser o da fração predominante adjetivado pelas duas outras *. Exemplo: um solo constituído principalmente de areia fina, com leve predominância da fração silte sobre a fração argila: areia fina silto-argilosa. * A NBR 7250 recomenda: Não deve ser utilizada a nomenclatura quando aparece mais do que duas frações de solo (por exemplo: argila silto-arenosa), como resultado de análises de campo, exceto para mencionar a presença de pedregulhos. Tal detalhamento deve ser restrito a resultado de ensaios laboratoriais de classificação. A cor do solo, quando seco, e a compacidade das areias ou a consistência das argilas, são informações que normalmente acompanham a classificação textural. A compacidade das areias e as consistências das argilas estão relacionadas com os índices de resistência a penetração, que são obtidos durante a realização do ensaio de penetração em uma sondagem de simples reconhecimento, conforme descrito na NBR 7161/82.

145

SISTEMA AASHO Esta classificação teve origem nos sistemas do Bureau of Public Roads e Public Roads Administration. Foi elaborada principalmente para uso dos engenheiros rodoviários e classifica subleitos em rodovias. È pouco usada atualmente, mas inspirou o sistema TRB, que será detalhado adiante. Os solos são classificados em grupos, de A- 1 a A-7.

O melhor material de subleito é um solo bem graduado constituído principalmente de pedregulho e areia mas contendo pequena quantidade de finos para servir de liga (A-1). Solos mal graduados, como areias finas, são difíceis de serem compactados para alcançar altas densidades e são menos desejáveis para suportar pavimentos (veja solo A-3). Solos contendo grande proporção de finos são inadequados como materiais de subleito. Estes são classificados de A-4 a A-7, na ordem decrescente de adequação como material de sub-leito. (Quando o subleito é inadequado, é executado um reforço de subleito, ou o material é substituído.). Argilas com altos índices de limite de liquidez e de plasticidade estão sujeitas a amplas variações na resistência durante os ciclos de secagem e umedecimento, que são indesejáveis. Quando nestes solos estão presentes em quantidades suficientes para influir no seu comportamento, o solo é enquadrado como A-6 ou A-7. A classificação AASHO usa o mesmo índice de grupo, descrito adiante no sistema TRB.

SUPERFÍCIE DO TERRENO

SUBLEITO

SUB-BASE

BASE

REVESTIMENTO

SUPERFÍCIE DO TERR

REFORÇO DE SUBLEITO

Figura 2: esquema da estrutura de pavimentos

146

SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO DO TRB* A classificação TRB tem origem na classificação do Public Roads Administration. Fundamenta-se na granulometria, limite de liquidez e índice de plasticidade e foi proposta para analisar materiais para base e sub-base de pavimentos.

Tabela TRB Classificação

Geral SOLOS GRANULARES

( P200 < 35 % )

SOLOS SILTO- ARGILOSOS (P200 >

35% ) Grupos A-1 A-3 A-2 A-4 A-5 A-6 A-7

Subgrupos A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-7-5 A-7-6 P10 < 50 - - - - - - - - - - P40 < 30 < 50 > 50 - - - - - - - -

P200 < 15 < 25 < 10 < 35 <35 < 35 < 35 > 35 > 35 > 35 > 35 LL - - - < 40 > 40 < 40 > 40 < 40 > 40 < 40 > 40 IP < 6 < 6 NP < 10 < 10 > 10 > 10 < 10 < 10 > 10 > 10

Índice de grupo (IG) 0 0 0 0 0 < 4 < 4 < 8 < 12 < 16 < 20

Tipos de material

Fragmentos de pedra,

pedregulho e areia

areia fina

Pedregulhos e areias siltosas ou argilosas

Solos siltosos

Solos argilosos

Classificação como sub

leito Excelente a bom Regular a mau

Podemos acrescer à estes o tipo A-8:solos orgânicos/turfas, imprestáveis como bases de pavimentos

1) P10, P40 e P200 são as % que passam nas peneiras #10, #40 e #200; 2) LL e IP referem-se à fração passando na # 40; 3) Para o subgrupo A-7-5: IP<LL-30 e para o A7-6: IP>LL-30; 4) A classificação é feita da esquerda para a direita, razão porque o A-3 é

colocado antes do A-2, sem que isso signifique superioridade... 5) IG = 0,2 a + 0,005 a.c + 0,01 b.d onde a = p200-35 (se P200>75 a=40 e se P200<35 a= 0) (a) varia de 0 a 40; b = p200-15 (se P200>55 b =55 e se P200<15 b=0) (b) varia de 0 a 40; c = LL-40 (se LL > 60 c =20 e se LL < 40 c=0) c varia de 0 a 20; d = IP-10 (se IP > 30 d= 20 e se IP < 10 d=0) d varia de 0 a 20. Os valores de a, b, c, d e IG deverão ser expressos em números inteiros positivos. Nesta classificação os solos são reunidos em grupos e subgrupos. Os "solos granulares" compreendem os grupos A-l; A-2, A-3 e os "solos finos" os grupos A-4, A-5, A-6 e A- 7, três dos quais divididos em subgrupos. Na “tabela TRB” são indicados os tipos de material e a forma de identificação e classificação.

147

O gráfico de plasticidade permite facilmente classificar os "solos finos", conhecidos o LL e o IP. Embora existam ábacos para a determinação do Índice de Grupo, recomendo a utilização de uma planilha, baseada na fórmula do IG. Uma planilha Excel que calcula o IG e ainda faz a classificação TRB está disponível no cd-rom. (Também no cd-rom está disponível uma planilha, desenvolvida no IME pelo Professor Álvaro Vieira, que executa a classificação SUCS e TRB).

A-7

Gráfico de plasticidade de Casagrande x TRB – “solos finos”

A-7-6

A-7-5

Linha A:

60

A-5

A-6

A-4

50

40

30

20

10

50 70 30 90 10 LL

IP IP= (LL-30)

Gráfico para determinação do Índice de Grupo (IG)

148

SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS – SUCS

TABELA III - Classificação Unificada dos Solos

Processo para identificação no campo Grupo Designação característica

Grãos cobrindo toda a escala de granulação com quantidade substancial

de todas as partículas intermediárias GW

Pedregulhos bem graduados, misturas de areia e pedregulho

com pouco ou nenhum fino.

P E

D R

E G

U L

H O

S

P U

R O

S

(p ou

co o

u ne

nh um

fin

o)

Predominância de um tamanho de grão ou graduação falhada (ausência de

alguns tamanhos de grão) GP

Pedregulhos mal graduados, misturas de pedregulho e areia

com pouco ou nenhum fino.

Finos não plásticos (ML ou MH). GF Pedregulhos siltosos, misturas de

pedregulho, areia e silte mal graduados. P

E D

R E

G U

LH O

S

M ai

s de

m et

ad e

da fr

aç ão

g ro

ss ei

ra

e m

ai or

q ue

a #

n .º

10

P D

R E

G U

LH

O S

C O

M

FI N

O S

(a

pr ec

iá ve

l qu

an tid

ad e

de fi

no s)

Finos plásticos (CL ou CH) GC Pedregulhos argilosos, misturas de

pedregulho, areia e argila bem graduados.

Grãos cobrindo toda a escala de granulação com quantidade substancial

de todas as partículas intermediárias SW

Areias bem graduadas, areias pedregulhosas, com pouco ou

nenhum fino.

A R

E IA

S

P U

R A

S

(p ou

co o

u ne

nh um

fin

o)

Predominância de um grão ou graduação falhada SP

Areias mal graduadas, areias pedregulhosas, com pouco ou

nenhum fino.

Finos não plásticos (ML ou MH) SF Areias siltosas, misturas mal graduadas de areia e silte.

S O

LO S

D E

G R

A N

U LA

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O G

R O

S S

A

M ai

s de

m et

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.º 40

A R

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S

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ão

gr os

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# n

.º 10

A R

E IA

C

O M

FI

N O

S

(a pr

ec iá

ve l

qu an

tid ad

e de

fi no

s)

Finos plásticos (CL ou CH ou OH) SC Areias argilosas, misturas bem graduadas de areia e argila.

Processo de identificação executado sobre a fração < # nº 40

ENSAIO EXPEDITO

RESISTENCIA a SECO

(esmagamento pelos dedos)

DILATÂNCIA (DILAÇÃO)

RIGIDEZ (consistência na proximidade do

LP)

A abertura da malha # nº 200 corresponde aproximadamente à menor partícula visível

a olho nu

nenhuma a

pequena

rápida a

lenta nenhuma ML

Siltes inorgânicos e areias muito finas, alteração de rocha, areias finas, siltosas ou argilosas com

pequena plasticidade.

média a

elevada

Nenhuma a muito lenta média CL

Argilas inorgânicas de baixa e média plasticidade, argilas

pedregulhosas, argilas arenosas, argilas siltosas, argilas magras.

S IL

TE S

E A

R G

IL A

S

Li

m ite

d e

Li qu

id ez

m en

or

qu e

50

Pequena à média lenta pequena OL Siltes orgânicos e siltes argilosos orgânicos de baixa plasticidade

Pequena a média Lenta a nenhuma Pequena a

média MH Siltes inorgânicos, micáceos ou diatomáceos, finos arenosos ou solos siltosos, siltes elásticos.

Elevada a muito elevada nenhuma elevada CH

Argilas inorgânicas de alta plasticidade, argilas gordas. SI

LT E

S E

A

R G

IL A

S

Li

m ite

d e

liq ui

de z

m ai

or q

ue 5

0

Média a elevada Nenhuma a muito lenta Pequena a

média OH Argilas orgânicas de média e alta

plasticidade

S O

LO S

D E

G R

A N

U LA

Ç Ã

O F

IN A

M

ai s

qu e

a m

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e do

m at

er ia

l é m

en or

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a a

be rtu

ra d

e m

al ha

d a

# 20

0

TURFAS Facilmente identificáveis pela cor, cheiro, porosidade e freqüentemente pela textura fibrosa. Pt Solos com elevado teor de matéria

orgânica (fonte: Milton Vargas, "Introdução à Mecânica dos Solos”)

Para classificar uma amostra pelo Sistema Unificado de Classificação de Solos,

percorra a tabela III da direita para a esquerda, e de cima para baixo. O sistema SUCS (ou U.S.C.) é o aperfeiçoamento da classificação de Casagrande para utilização em aeroportos, adaptada para uso no laboratório e no campo pelas agencias americanas "Bureau of Reclamation" e "U.S. Corps of Engenneers", com simplificações

149

que permitem a classificação sistemática. Foi proposto por Arthur Casagrande no início da década de 40. Pela primeira vez os solos orgânicos foram considerados como um grupo de características e comportamento próprio e diferente dos outros dois. As mais significativas mudanças e revisões, da norma antiga, podem ser resumidas em 4 itens: • A classificação de um solo é feita através de um símbolo e de um nome; • Os nomes dos grupos, simbolizados por um par de letras, foram normalizados; • Argilas e siltes orgânicos foram redefinidas; • Foi estabelecida uma classificação mais precisa.

Termos e símbolos utilizados: SOLOSGROSSOS:

G = gravel (pedregulho) S= sand (areia) W = well graded (bem graduado) P = poorly graded (mal graduado) C = clay (com argila)F = fine (com finos)

SOLOS FINOS:

L = low (baixa compressibilidade) H = high (alta compressibilidade) M = mo (silte em sueco) O = organic (silte ou argila, orgânicos) C = clay (argila inorgânica)

TURFAS (Pt): Solos altamente orgânicos, geralmente fibrilares e muito compressíveis. Os solos estão distribuídos em 6 grupos: pedregulhos (G), areias (S), siltes inorgânicos e areias finas (M), argilas inorgânicas (C), e siltes e argilas orgânicos (O). Cada grupo é então dividido em subgrupos de acordo com suas propriedades índices mais significativos. Os pedregulhos e areias com pouco ou nenhum material fino são subdivididos de acordo com suas propriedades de distribuição granulométrica como bem graduado (GW e SW) ou uniforme (GP e SP). Se o solo (grosso) contém mais que 12% de finos, suas propriedades devem ser levadas em conta na classificação. Como a fração fina nos solos pode ter influência substancial no comportamento do solo, os pedregulhos e areias têm outras duas subdivisões. Se o solo (grosso) contém 5% a 12% de finos, deverá ser representado por símbolo duplo: primeiro o do solo grosso (GW, GP, SW, SP), seguido pelo que descreve a fração fina:

Aqueles cuja fração fina é o silte são GM ou SM. Se os finos contêm argilas plásticas, os solos são GC ou SC. Se os finos são orgânicos, acrescentar “com finos orgânicos”. Se em pedregulho a areia >15%, acrescentar “com areia”. Se em areia o pedregulho ultrapassa 15%, acrescentar “com pedregulho”.

150

Exemplos: GW-GM = “pedregulho bem graduado com silte” SP-SC = “Areia mal graduada com argila” “GW com areia”, “ Para solos finos, se o retido na peneira 200 for maior que 30%, devemos acrescentar, conforme o caso: “arenoso” ou “pedregulhoso”. Se entre 15% e 30%, “com areia” ou “com pedregulho”. Para solos finos as propriedades índices mais importantes são os limites de consistência, usados para subdividir as argilas dos siltes.

TABELA II – CLASSIFICAÇÃO GERAL SUCS Classificação geral Tipos principais Símbolos

Pedregulho ou solo pedregulhoso (Gravel) GW,GP,GC e GM SOLOS GROSSOS (menos que 50 %

passando na # 200) Areia (Sand) ou solo arenoso SW, SP, SC E SM

Baixa compressibilidade (LL < 50 )

ML, CL e OL SOLOS FINOS (mais que 50 % passando na # 200)

Silte(M) ou argila(C) Alta compressibilidade (LL > 50)

MH, CH, OH SOLOS ALTAMENTE

ORGÂNICOS Turfa (Peat) Pt

No gráfico de plasticidade, a linha A é uma fronteira arbitrária entre argila orgânica (CL e CH) que estão acima desta linha e os siltes inorgânicos e argilas orgânicas (ML, MH, OL, e OH) que estão abaixo. As argilas e siltes são ainda divididas naqueles de alta e baixa compressibilidade de acordo com o LL. Isto é baseado na observação empírica em

50

40

30

20

10

50 7030 9010 LL

IP

LINHAA

7 4 ML

CL-ML

CL

CL

ML ou OL

MH ou OH

CH

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