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Aula 01
Aula 01
Aula 01
PROPRIEDADES
DOS SOLOS
FÍSICAS MECÂNICAS
O domínio de atuação da Engenharia Geotécnica envolve uma parte muito reduzida do globo terrestre, compreendendo a parte
mais superficial da crosta (espessura variável entre 10km e 35km, podendo alcançar até 60 km) e a cobertura de depósitos de
sedimentos.
0 km
sedimentos oceano
10 km
20 km
crosta 30 km
40 km
50 km
manto
10-35 km
12500 km
Origem e Ciclo das Rochas
ÍGNEAS ou
MAGMÁTICAS
SEDIMENTARES
METAMÓRFICAS
andesito
granito
Solidificação
riolito basalto
Formação de Rochas Ígneas
(Série de Bowen)
Intemperismo
Formação de Rochas Sedimentares
(diagênese)
sedimentos rochas sedimentares
compactação
cimentação
cristalização
brecha
arenito
conglomerado calcário
Formação de Rochas Metamórficas
filito
Metamorfismo
(calor e pressão)
gnaisse
quartzito
Origem e Ciclo das Rochas
Soils
(Das, 1998)
Origem e Ciclo das Rochas
% em peso na crosta
O = 49,2
Si = 25,7 82,4%
Al = 7,5
Fe = 4,7
Ca = 3,4
Na = 2,6
K = 2,4
Mg = 1,9
outros = 2,6
* silicatos
Cerca de 90% dos minerais que constituem as rochas da crosta terrestre são silicatos
Intemperismo
Clima
Relevo
Atividade Biológica
Tempo de Exposição
Processos de Intemperismo
Processos de Intemperismo
FÍSICO QUÍMICO
águas de percolação
(5 pH 9)
Processos de Intemperismo
esfoliação
processos
biológicos desagregação
Intemperismo Químico
Reação Geral:
• temperatura
• superfície exposta
• presença de água e/ou ácidos
Exemplo de Intemperismo Químico
hidrólise parcial
caulinita
Exemplo de Intemperismo Químico
oxidação: água com oxigênio dissolvido
pirita
Efeitos do Intemperismo Químico
Solos Residuais e Transportados
I. Solos Residuais
– são aqueles depositados nas vizinhanças imediatas da rocha de origem (rocha matriz)
Pedogênese: processos físico-químicos responsáveis pela evolução e diferenciação dos horizontes de um solo:
• processos pedogenéticos: dessilicação, ferralitização, latolização, eluviação, iluviação, gleização, carbonatação, salinização,
podzolização, paludização, turbação
solo residual VI
rocha completamente
decomposta
V
rocha altamente
decomposta IV
rocha moderadamente
decomposta III
rocha ligeiramente
decomposta
II
rocha sã I
Exemplo de Formação de Solo Residual
• material de construção
• material de fundação
• material de contenção
Índices Físicos dos Solos
Solo:
Índices físicos: relações ponderais e volumétricas entre as diferentes fases dos solos
Índices Físicos dos Solos
Índices Físicos dos Solos
V = Vs + Vv
Vv = Vw + Va VV : volume de ‘vazios’
Índices Físicos dos Solos
Ww Peso de Água
w .100 .100%
Ws Peso das Partículas Sólidas
Ww
w Ww wWs
solos orgânicos: w pode ser > 100%, até 500 % Ws
W Ws Ww Ws wWs W Ws 1 w
Índices Físicos dos Solos
(2) Índice de Vazios: e
Vv Volume de Vazios
e
Vs Volume das Partículas Sólidas
Vv Vv n
e (V) e
Vs V VV 1- n
Vv Vv e
n (Vs ) n
V Vs Vv 1 e
e
nV eVs V eVs V Vs 1 e
1 e
(ver aula 4)
Peso Específico Submerso
Ws γ w Vs Ws γ w V - Vw
Vs γ sub (S 100%)
V V
Ws γ w V Ww Ws Ww γ w V
ws γ sub
V V
γ sub γ sat γ w
Índices Físicos dos Solos
Massa
Massa Específica (): = (kg/m3)
Volume
Peso (kN/m3)
Peso Específico (): =
Volume
Valores Típicos de GS
Valores Típicos de GS
Relações entre Índices Físicos
Ws Ww G s eγ w Vs
γ sat
Vs 1 e
logo:
V
G eγ w γd
Ws G s γ w
γ sat s e
1 e V 1 e
G s - 1γ w
mas γ sub γ sat γ w γ sub γ'
1 e
G s - 1γ w e(S 1)
para S < 100%: γ sub γ'
1 e
Relações Básicas entre Índices Físicos
γ 1 - n γ s nSγ w
γ γ
γd ; γd s
1 w 1 e
e n
n ; e
1 e 1- n
G s w Se ; V Vs (1 e)
γ sat
G s e γ w
; γ sub
G s 1γ w
1 e 1 e
γs
Gs ; γ w 9,8 kN / m 3
γw
Relações Básicas entre Índices Físicos
Implicações na Prática da Engenharia
Estabilidade de Taludes
Implicações na Prática da Engenharia
Obras de Terra
aterro compactado
área de empréstimo
drenagem
filtração
e
colmatação
Aula 1B
2
1
Identificação Táctil – Visual dos Solos
• Exame Táctil
• Exame de Aderência
• Exame de Plasticidade
• Exame de Resistência a Seco
• Exame de Sedimentação em Meio Aquoso
• Exame da Mobilidade da Água Intersticial
Determinação dos índices Físicos da Amostra de Solo: ; w ; GS
h
Determinação dos índices Físicos da Amostra de Solo: ; w ; GS
(método da balança hidrostática)
W1
solo
γ
Vsolo
W1
Wparaf W2 W1 W W1
solo + parafina γ paraf Vparaf 2
Vparaf Vparaf γ paraf = 8,94kN/m3
W2
E
W3 W2 - E W2 - γ w V W2 γ w Vsolo Vparaf
solo + parafina
imerso em água
W W3 W2 W3 W2 W1
Vsolo 2 Vparaf ou Vsolo
γ
w γw γ paraf
W2
Determinação dos índices Físicos da Amostra de Solo: ; w ; GS
GS
W2 W1
W4 W1 W3 W2
Características Básicas dos Solos
0,075 mm ( 200)
Características Básicas dos Solos Granulares
arredondadas Sub-arredondadas
angulares sub-angulares
superfície da partícula
SS
peso (ou massa) da partícula
Exemplo:
111cm cube, 2.65g / cm3
6 1cm2 4 Ss é inversamente
Ss 2 .3 10 m 2
/g
1cm 2.65 g / cm
3 3
proporcional ao
111m cube, 2.65g / cm3 tamanho da partícula
6 1m 2
Ss 2.3 m 2 / g
1m 2.65 g / cm
3 3
Características Básicas dos Solos Finos
Valores Típicos de Ss: Superfície Específica
superfície da interface
Illita
65-100 m2/g
Caulinita
10-20 m2/g
Unidade Tetraédrica Básica
oxigênio
silício
0,26 nm
Si
Unidade Octaédrica Básica
hidroxila ou
oxigênio
alumínio ou
magnésio
0,29 nm
Al
Tipos de Argilo - Minerais
Argilomineral 1:1
unidade tetraédrica
unidade octaédrica
Argilomineral 2:1
unidade tetraédrica
unidade octaédrica
unidade tetraédrica
Tipos de Argilo - Minerais
Al
Si
70-100 Al 0,72 nm 1nm = 10-9 m
lâminas Si
Al
Si
Al
Si
Mitchell, 1993
Tipos de Argilo - Minerais
caulinita
ilita
montmorilonita
Físico – Química das Argilas
coloide: 1m a 1nm
(forças de superfície são determinantes)
- ou +
Físico – Química das Argilas
- -
- -
- -
moléculas de água: dipolares - -
(dipolos elétricos) - -
- -
- -
Troca Catiônica
Na Na Na Na Ca Ca
+ 4CaCl2 + 8NaCl
Na Na Na Na Ca Ca
-
- cátions
-
decaimento exponencial
-
Concentração
+ -
x distância x
espessura: 10 – 20nm
ânions
Teoria da Dupla Camada Iônica
+ +
+- - + cátions
+ + + ++ - - ++ + + +
+ + + +- - + + + +
+ + + + + + + +
+ + + + + +- -+ + + + + +
+ + + + + - - + + + + + +
+ + + + + + + +
+ + + +- -+ +
+ + +
+ + -+ + +
+
+ + - +
+
estrutura floculada
aresta-face (AF): bordas com cargas
positivas e faces com cargas negativas
(mais comum)
aresta-aresta (AA)
estrutura dispersa
estrutura agregada
face-face (FF)
(meios com elevada concentração salina)
AA floculada e dispersa
AF floculada e dispersa
cátion
argilo-
mineral
partícula
Xanthakos, 1991
bentonita