Perfil Geotécnico de Solos

Rocha alteradaGnaisses

Aspecto fosco eEsbranquiçado

Perda de ResistênciaMecânica

Rocha inalteradaGnaisses

Solos retrabalhados ou transportados: • transportados e depositados por agentes ambientais:

- vento (solos eólicos: loess)- águas (solos aluvionares: fluviais, pluviais e marinhos)- geleiras (solos glaciares)- gravidade (solos coluvionares: depósito de tálus)

Solos Eólicos: - grãos arredondados (atrito entre as partículas)

- transporte + seletivo (vel do vento): areias finas e silte

- exemplos:DUNAS: nordeste do Brasilsolos loéssicos (Europa Oriental):

secos suportam bem as cargas úmidos dissolução do cimento calcáreo

COLAPSO

• Solos aluvionares- Textura vel. da água na disposição (ocorrência de camadas com granulometria distintas)- Características do transporte pela água:

* transporte de grãos de diversos tamanhos ( pedregulhos a argila)

+ finas suspensão+ grossas próximo às cabeceiras

* vel. e direção processo de desmonte e desgaste do relevo- Exemplos:

- solos pluviais: arraste por chuva de pontos + elevados do relevo para os vales- solos fluviais: arraste e deposição de material por rios (planificação do leito)

- solos marinhos

• Solos glaciares / glaciais- formados pelas geleiras (região temperada)

- o material resultante do degelo escorre de pontos + elevados para áreas + baixas (rochas, solo)

- bastante heterogêneos (grandes blocos de rocha a material de granulação fina)

• Solos coluvionares- transportados pela ação da gravidade (coluvião)

- granulometria heterogênea : grandes blocos de rocha a material de granulação fina

- exemplo: Tálus

Solos ColuvionaresChapada de Diamantina - BA

Depósito de Talusou Solo Coluvionar

• Solos orgânicos- cor escura e odor característico- exemplo:

turfas: (Bahia, Rio Grande do sul, MG)encorporam florestas soterradas em estado

avançado de decomposição. Estrutura fibrilar (restos de vegetais)Não se aplicam as teorias da mec. solos

Solos de evolução pedogênica- Transformações físico-químicas: Laterização- regiões com separação de períodos chuvosos e secos

lavagem da sílica coloidal edeposição em horizontes + profundos

Concentrações de óxidos de ferro e alumínio

2 -PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS DO SOLO

2.1 - Massa específica () ou Peso específico ():

S

s

VMρ

s

s

VP

Relação entre massa e volume (g/cm3)M: facilmente det. V: ñ pode ser det. diretamente (volume da água deslocada com a colocação dos sólidos no pic.

γ = . g (kN/m3, kgf/m3)

Depende dos minerais constituintes e % de cada um delesquartzo = 2,65g/cm3

caulinita = 2,60 - 2,65 g/cm3 Goetita = 4,4 g/cm3 Determinada em laboratório pelo método do picnômetro

DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA DOS SÓLIDOS

• Ensaio:• Amostra seca: solos arenosos: 60g solos argilosos: 50g• acrescentar água destilada à amostra e deixar repousando por 12h• agitar a amostra num dispersor por 10 min (cuidado para não perder

material)• colocar a suspensão em um picnômetro (vol. não deve ser > que a

metade do vol. do picnômetro)• retirar o ar existente: aplicação de vácuo (-88kPa) e/ou aquecimento

em banho-maria até a ausência de bolhas na superfície da suspensão• colocar água destilada no picnômetro (1 cm abaixo da marca de

referência) e novamente retirar o ar dos vazios• verificar se temperatura da suspensão está dentro da curva de

calibração do picnômetro, colocar água destilada até que o menisco tangencie a referência

• homogeneizar a temperatura até obter diferenças < 0,5C

DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA DOS SÓLIDOS

• enxugar a parte interna da haste (acima da marca) e a externa do picnômetro e pesar o conjunto (pic + sólidos + água)• o conjunto deverá ser aquecido ou resfriado para obter no mínimo 5 determinações ( temperatura e peso)• secar a suspensão em estufa e determinar a massa dos sólidos (aproximadamente igual a inicial)

• Cálculo:

w21s

ss ρ

MMMMρ

Ms = massa dos sólidos det. no final do ensaioM1 = Massa (água + picnômetro + sólidos) para uma temperatura T CM2 = Massa de (água + picnômetro) obtida através da curva de calibração do picnômetrow = massa específica da água

• transformar os s calculados para temperatura de 20C

(20)ρ(T)ρK

w

w

água

sólidos

Vw (1)

vs

Mw (1)+ Ms+M(p)águaVw (2) Mw (2) + M(p)

V (p)

Volume dos sólidos: determinação indiretamente (volume da água deslocada com a colocação dos sólidos no pic.

CALIBRAÇÃO ENSAIO

Massa do picnômetro + água + sólidos M1=Mw (1)+ Ms+M(p)

Massa do picnômetro + água M2=Mw (2) + M(p)

M1 - M2=Mw (1) +Ms - Mw(2) Mw(2) - Mw (1)= M2 +Ms- M1

Subtraindo uma da outra

CALIBRAÇÃO DO PICNÔMETRO

• Temp. 20C volume de 500 ou 1000cm3

• temperatura diferente: volume altera (contração e expansão do vidro)

• Calibração: - determinar a massa do picnômetro (seco e bem limpo)

- colocar água destilada até a metade do bojo do pic. e retirar o ar contido na água (vácuo e aquecimento)

- determina-se os pares de valores temperatura, massa do picnômetro + água, fazendo variar a temperatura por aquecimento por resfriamento e retirando-se as bolhas de ar existente.

• Traçar a curva de calibração:

temperatura: volume do pic

w

função decrescente

• Solos Grossos: > % de partículas visíveis a olho nú: ( 0,074mm

• Diferentes devido a ação do intemperismo e de transporte (> abrasão)

• formas: arredondadas, poliédricas e angulosas• comportamento hidráulico e mecânico forças gravitacionais• exemplos:

- pedregulhos : 2,0mm (DNER e MIT) 4,8mm ( ABNT)- areias: entre 2 a 0,074mm ( DNER); entre 4,8 a 0,05mm (ABNT) Forma dos grãos (entrosamento) comportamento mecânico

2.2 - Forma e tamanho das partículas

Amostras de Areias

Grãos arredondados Grãos subangulares

• Solos finos• formas: lamelares, fibrilares e tubulares ( determinada pelo mineral)

• comportamento: forças de superfícies (moleculares e elétricas)

• exemplos:

siltes: pouca ou nenhuma plasticidade, baixa resistência quando seco

argilas: < 0,002 (fração mais ativa dos solos) alta plasticidade, elevada resistência quando

secas

2.3 - Superfície específica: (m2/g ou m2/m3)

- área superficial do conjunto de partículas contidas na unidade de peso ou de volume do solo- quanto > o tamanho do mineral < a superfície específica superfície específica dos argilo - minerais 2:1 > 1:1

- Montmorilonita (800 m2/g)- Ilita (80 m2/g)- Caulinita (10 m2/g)

- > a superfície específica > forças ele´tricas

influência sobre as propriedades do solo fino

2.4 - Ligação entre as partículas:• Intramolecular ou de valência principal: forte, difícil de ser alterada, não interessa a engenharia• Intermolecular ou de valência secundária ( ligação + fraca):

- resultante da atração entre partículas pequenas e entre líquidos e sólidos de um solo

- tipos: pontes de hidrogênio e de Van der Waals

Pontes de hidrogênio: átomo de hidrogênio atraído por dois átomos de diferentes moléculas oscila entre ambos (ligação entre moléculas de água)

É a principal ligação entre as unidades estruturais básicas dos argilo-minerais e entre água e sólidos

H H oo105 105

H H

Ligação de van der Waals: - tem sua origem no desenvolvimento de um momento elétrico em cada molécula devido ao centro das cargas não coincidirem- fraca (pode ser alterada ao longo do tempo com facilidade)

Desbalanceamento elétrico -> Água adsorvida

Forças de atração e repulsão entre as partículas e entre a água

Campos elétricos circundantes: camada dupla

Potencial de atração repulsão é influenciado pela concentração, valência do cátion e temperatura

Governa a natureza da estrutura do solo

2.5 - Atividade do argilo-mineral (Skempton)

AIP

mm

% .0 002

Solos ativos -> A > 1.25

Influência da superfície específica

É a medida da influência do argilo- mineral nas propriedades das argilas

> sup. específica > atividade

3 - ESTRUTURA DOS SOLOS• Maneira pela qual as partículas minerais se arrumam e se dispõem para formar o solo• Influenciada: mineralogia, tamanho e arranjo físico, propriedades das partículas (poros, fases fluidas) e química das 3 fases do solo

• Solos grossos - Estruturas simples, predomínio das forçasgravitacionais (peso dos grãos)

estrutura fofa e compacta

• Solos finos - Estruturas complexas, predomínio das forçaselétricas

- Influenciada pelas forças de superfície, concentração de ínos no líquido em que se deu a sedimentação

Comportamento: Compacidade relativa (Dr)

Grãos Minerais e Partículas de Argilominerais

Influência do meio

Partículas de argila sedimentando em um meio aquoso: forças de atração e repulsão

• Solos sedimentados em água doce - estrutura dispersa • Solos sedimentados em água salgada - estrutura floculada (Argilas marinhas). Possibilidade de 2 arranjos (borda-face e borda-borda dependendo da concentração do meio)

Atração (borda- face e borda-borda)estrutura floculada

repulsão (arranjo face-face)estrutura dispersa

Estruturas distintas

ARRANJOS ESTRUTURAIS TÍPICOS

Composição mineralógica dos solosSolos grossos: Principais minerais:

- silicatos (90%): feldspato, quartzo, mica, serpentina- óxidos: hematita, magnetita, limonita- carbonatos: calcita, dolomita- sulfatos: gesso, anidrita

Quartzo (SiO2): bastante estável, resistente ao processo de transformação rocha-solo, baixa atividade superficial

Solos Finos: Argilas-Os minerais de argila (argilo-minerais) são constituídos de silicatos hidratados de alumínio, magnésio e ferro que se formam a partir da associação de unidades cristalográficas básicas, originando as lamelas que se unem para formar placas

- Unidades Básicas:

Tetraédrica ou sílica:átomo de silício (Si4+) posicionado no centro de gravidade do tetraedro e átomos de oxigênio (O2-) nos vértices

Representação esquemática: trapézio Octaédrica ou alumína: átomo de alumínio (Al3+) ou de

magnésio (Mg3+) posicionado no centro do octaedro e 6 átomos de oxigênio (O2-) ou hidroxilas (OH-) nos vérticesRepresentação:retângulo

Tetraédrica Octaédrica

Identificação por: análise térmica diferencial, difração de raio X, MEV

Arranjos estruturais típícos dos 3 tipos de argilominerais

Estrutura dos Argilominerais

MONTMORILONITA

• Grupo das esmectitas• formada por uma unidade de alumínio entre duas de sílica• ligação entre placas: Van der Waals e por cátions que se introduzem entre as placas devido ao excesso de cargas negativas (substituição isomorfica)

(ligações fracas, facilmente quebradas com a introdução de moléculas de água aumento da espessura das placas expansão• forma: lamelares, s = 2,35 - 2,70g/cm3

• ocorrência: regiões semi-áridas,• atividade coloidal e LL altos• Bentonita: argila muito usada para estabilização de

escavação

AlSi

Si

AlSi

Si

AlSi

MONTMORILONITAS

Unidade Estrutural = 1 octaedro de Gibsita entre 2 tetraedros SílicaMoléculas de ÁGUA entre as unidades estruturais

►grande expansão e elevada plasticidade

ILITA

•Possui arranjo semelhante ao da montmorilonita, porém os íons de potássio (K+) não permutáveis fazem com que a união entre as camadas torna mais estável e não muito afetada pela água • substituição parcial dos íons de Si4+ , Al3+

• forma lamelar• diâmetro de 0,1 a 0,3 mícrons• comportamento estável, não apresentam nem contrações nem expansões elevadas• s = 2,60 - 3,00g/cm3

• solos de formação marinha, salinos

AlSi

Si

AlSi

Si

AlSi

Si

K

Dependendo de como as unidades estruturais básicas estão unidas entre si, podemos temos os diferentes argilo-minerais: montmorilonita, ilita e caulinita.

CAULINITA:• formada por uma lâmina de sílica (tetraédrica) e outra de alumínio (octaédrica) (mineral 1:1)• ligação entre as placas : pontes de hidrogênio mineral estável (não permite a penetração de moléculas de água entre as placas)

AlSi

AlSi

AlSi

• ocorrência: solos formados em climas quentes e úmidos (baixos LL, LP e atividade coloidal), s = 2,60 - 2,68g/cm3

LâminaVal principal

Val secundária

CAULINITAS

Unidade Estrutural = 6Comprimento varia de 0,3 a 4 mícronsEspessura de 0,05 a 2 mícrons