Características Geotécnicas dos Solos Residuais de Curitiba e RMC

Roberta Bomfim Boszczowski e Laryssa Petry Ligocki

MAPA GEOLÓGICO

CARACTERÍSTICAS REGIONAIS

¢ Rochas do embasamento: �  condições muito boas de estabilidade; �  permitem a realização de cortes elevados e

subverticais; �  costumam se apresentar pouco fraturadas;

¢ Zonas de falha (intenso cisalhamento dúctil) �  Borda da bacia, maior faturamento e,

consequentemente piores condições de estabilidade.; �  Alta densidade de planos de fraqueza estrutural

dispostos em várias direções.

CARACTERÍSTICAS REGIONAIS

¢ Migmatitos homogêneos: �  Quartzo, microclício, plagioclásio; �  Aspecto granitóide e granulação grossa; �  Pronunciada foliação metamórfica; �  Ombricadas tectonicamente com outras litologias – xistos,

anfibólitos e quartzitos.

¢ Diques básicos: �  Diabásios; �  Plagioclásios, piroxênios, óxidos de Fe.

MIGMATITOS E GNAISSES DO EMBASAMENTO

MIGMATITOS E GNAISSES DO EMBASAMENTO

MIGMATITOS E GNAISSES DO EMBASAMENTO

MIGMATITOS E GNAISSES DO EMBASAMENTO

MIGMATITOS E GNAISSES DO EMBASAMENTO

SOLOS RESIDUAIS

¢ Migmatito: ocorrência de areia siltosa ou silte arenoso próximo ao topo do perfil. Em porções intermediárias do perfil de intemperismo geralmente há um predomínio de argila siltosa, normalmente com areia em menor proporção.

¢ Diabásios: os solos residuais são mais argilosos.

PERFIL DE INTEMPERISMO

¢ SPT

¢ Profundidade de 4 a 20 metros (média 12).

¢ NA pode variar de zero a 15 metros, estando com maior frequência entre 2 e 5 metros.

PERFIL DE INTEMPERISMO

FEIÇÕES OBSERVADAS

solo granular de textura arenosa, grandes grãos de quartzo e feldspato

manchas ferruginosas de textura mais fina, planos de fraturas reliquiares

FEIÇÕES OBSERVADAS

Solo de coloração amarela e de textura siltosa

Intercala-se a coloração amarelo claro com coloração branca e amarelo escuro

FEIÇÕES OBSERVADAS

solo siltoso com coloração alaranjada

veios de manganês orientados, superfícies preferenciais de ruptura

FEIÇÕES OBSERVADAS

Solo vermelho de textura silto-argilosa

eventuais fraturas reliquiares impregnadas por óxido de ferro e concreções de carbonatos

FEIÇÕES OBSERVADAS

solo superficial de cor marrom, textura silto-argilosa

eventualmente com a presença de raízes

FRAÇÕES CONSTITUINTES

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Prof

undi

dade

(m)

Frações (%)

Pedregulho

Areia

Silte

Argila

Areia

Silte Argila

Pedregulho

CONDIÇÕES NATURAIS

0

2

4

6

8

10

12

14

1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20

Prof

undi

dade

(m)

Massa específica natural (g/cm³)

Índice de vazios

0

2

4

6

8

10

12

14

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

CARTA DE PLASTICIDADE

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Índi

ce d

e Pl

astic

idad

e (%

)

Limite de Liquidez (%)

LINHA A

LINHA B

ML

CA

RA

CT

ER

IZA

ÇÃ

O Q

UÍM

ICA

Rocha: plagioclásio (albita), microclina (feldspato potássico) e biotita;

Caulinita, ilita e quartzo: minerais mais constantes em todo o perfil;

• Solos mais intemperizados : íons H+ e Al+3 ;

• Solos menos intemperizados: íons básicos, tais como Ca+2 e Mg+2;

• A acidez é comum em todas as regiões onde a precipitação é suficientemente elevada para lixiviar quantidades apreciáveis de bases permutáveis . Elas são substituídas por elementos acidificantes como o hidrogênio, o manganês e o alumínio.

CA

RA

CT

ER

IZA

ÇÃ

O Q

UÍM

ICA

• Teor de cálcio e magnésio só é relevante nos solos Amarelo e Branco;

• Os teores de Al+3, H+ aumentam com o intemperismo;

• Formação de óxidos e argilominerais.

0

2

4

6

8

10

12 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

Pro

fun

did

ad

e (m

)

(mE/100g)

H+ e Al+3

Mg+2 e Ca+2

pH = 6

pH = 4

INTEMPERISMO

¢ Teor de SiO2 é mais alto em solos jovens que em solos maduros;

¢ Teores de Fe2O3 e Al2O3 praticamente dobram dos solos jovens ao solos maduros;

¢ Óxidos de ferro e alumínio são responsáveis pela cimentação do material.

FLOCULAÇÃO PARTÍCULAS FINAS E

AGLOMERADOS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

% P

assa

ndo

Diâmetro das Partículas (mm)

Hexametafosfato

Água

Solo Jovem

Solo Maduro 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

% P

assa

ndo

Diâmetro das Partículas (mm)

HexametafosfatoÁgua

DISTRIBUIÇÃO DE POROS

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000 1000,000

Volu

me

inje

tado

/Vol

ume

tota

l

Diâmetro dos poros (µm)

Solo Maduro

Solo Jovem

CURVA CARACTERÍSTICA ¢ Solos maduros: curva de retenção em forma de

“sela”.

COMPRESSIBILIDADE AMOSTRAS INDEFORMADAS

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70 10 100 1000 10000

Δe

/ e0

Pressão (kPa)

Solo Jovem com feições reliquiares

Solo Jovem

Solo Maduro

COMPRESSIBILIDADE X ESTRUTURA

Solo Jovem 0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60 10 100 1000 10000

Δe

/ e0

Pressão (kPa)

Desestruturado

Indeformado

COMPRESSIBILIDADE X ESTRUTURA Solo Maduro

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80 10 100 1000 10000

Δe

/ e0

Pressão (kPa)

Desestruturado

Indeformado

COMPRESSIBILIDADE

y = 0,9766x + 0,6022 R² = 0,87995

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Índ

ice

de

Va

zio

s

Índice de Compressão

COMPRESSIBILIDADE X SATURAÇÃO

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

10 100 1000 10000

Δe/

e 0

Pressão (kPa)

Ensaio 4 - 50 kPa Ensaio 1 - 50 kPa Ensaio 2 - 50 kPa Ensaio 3 - 50 kPa Ensaio inundado

COMPRESSÃO UNIAXIAL

0,73

0,74

0,79

0,76

0,83

0,82

0,840,92

0,98

1,08

1,12

1,10

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Resi

stên

cia (k

Pa)

Teor de umidade gravimétrica (%)

LPLC

Solo compactado Teor de argila em torno de 25% Resistência máxima em torno do LC

COMPRESSÃO UNIAXIAL ESTRUTURA - HETEROGENEIDADE

Indeformado Compactado

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o (k

Pa)

Sucção matricial (kPa)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Sucção matricial (kPa)

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO UNIAXIAL

y = 4,8821x + 33,695 R² = 0,94467

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 5 10 15 20 25 30

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o si

mpl

es (k

Pa)

Teor de argila (%)

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

¢ Solos indeformados: grande dispersão de valores devido ao intemperismo, rocha mãe, cimentação;

¢ Ausência de retração com a secagem dos corpos-de-prova;

¢ Solos compactados: aumento da resistência com a sucção;

¢ Valor máximo ao redor do limite de contração;

¢ Alta relação da resistência com o teor de argila: solos compactados x solos indeformados.

RE

SIS

TÊ

NC

IA A

O C

ISA

LH

AM

EN

TO

– NÃ

O D

RE

NA

DO

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8 10 12

Tens

ão c

isal

hant

e / t

ensã

o ef

etiv

a in

icia

l

Deformação axial (%)

20 kPa 200 kPa 400 kPa

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

0 2 4 6 8 10 12 Varia

ção

de p

oro-

pres

são

/ te

nsão

efe

tiva

inic

ial

Deformação axial (%)

TENSÃO DE CEDÊNCIA

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

0 1 2 3 4 5

Def

orm

ação

radi

al (%

)

Tens

ão c

isal

hant

e (k

Pa)

Deformação axial (%)

cisalhante

radial

A

B

A final do patamar E constante: superfície de plastificação B início de maior deformação radial: ruptura

MÓDULO DE DEFORMAÇÃO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0,5 1 1,5 2

Mód

ulo

E (M

Pa)

Deformação axial (%)

400 kPa 200 kPa 20 kPa

MÓDULO DE DEFORMAÇÃO

Ensaio Esecante (Mpa)

(ea = 0,2%) ν

20 kPa 12 0,2 200 kPa 34 0,35 400 kPa 49 0,3

RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO

¢  Envoltória curva ¢  Resistência entre 30 e 40% superior ¢  Tensão de cedência entre 70 e 800 kPa

RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO - DRENADO

Solo Maduro Solo Jovem

Destruição da cimentação / estrutura Formação argilas / coesão Heterogeneidade

CONCLUSÕES

¢ Rocha de origem: migmatitos, e em menor quantidade por paragnaisses, quartzitos, quartzo xistos, micaxistos, anfibólitos e gnaisses-granitos;

¢ Propriedades: grande variabilidade devido à natureza do material e são fortemente dependentes do seu grau de intemperismo;

CONCLUSÕES - COMPRESSIBILIDADE ¢ Função da estrutura, cimentação, do grau de

intemperismo e do grau de saturação dos solos;

¢ Estrutura é mais influente nos solos mais intemperizados;

¢ Granulometria é mais influente nos solos jovens;

¢ Tensões inferiores a 2.000 kPa: não saturação conduz a uma maior rigidez;

¢ Tensões superiores a 2.000 kPa: comportamento tende a convergir;

CONCLUSÕES - RESISTÊNCIA

¢  Intemperismo: redução da resistência;

¢ Grande variabilidade de resultados nos solos indeformados, em função da heterogeneidade do material;

¢  Interferência da cimentação;

¢ Correlação direta da resistência com o teor de argila;

¢  Intercepto coesivo independe do peso específico.

OBRIGADA!

roberta.bomfim@ufpr.br