Mecânica dos Solos Definições Iniciais Solos: todo material da crosta terrestre composto de grãos soltos ou
levemente unidos, provenientes da ação do intemperismo nas rochas. Rochas: Todo material da crosta terrestre só escavável por meio de
explosivos ou ferramentas de desmonte. Mecânica dos Solos: estuda o comportamento dos solos quando sobre eles
é colocado ou retirado um carregamento ou devido a percolação. Comportamento do Solo: Permeabilidade: maior ou menor dificuldade dificuldade da água fluir pelos vazios. Resistência ao Cisalhamento: Cisalhamento: maior ou menor facilidade de ocorrer ruptura
devido ao carregamento. Deformabilidade: diminuição diminuição ou aumento de seu volume devido a cargas. Problemas resolvidos:
Estabilidade Estabilidade de taludes, escavações, aterro Dimensionamento de fundações Rebaixamento do nível de água Recalque Estruturas de contenção (muro de arrimo)
Elementos constituintes dos solos
Sólido: partículas de solos Líquida: Água Gasosa: Ar
Tipos de solos (quanto à granulometria) Grossos Pedregulhos (Não plásticos (4,8 mm a 7,6 cm) granulares) Areias
Grossas (2 mm a 4,8 mm) Médias (0,42 mm a 2 mm) Finas (0,05 mm a 0,42 mm) Siltes Orgânicos (matéria orgânica com Finos (0,005 mm a 0,05 mm) plasticidade) (não granulares) Inorgânicos (pouca ou nenhuma plasticidade) Argila Orgânicos (cor escura ou preta (menor que 0,005) com odor característico) Inorgânicos (cinza, azulada ou amarela) Orgânicos Turfas (composto de matéria orgânica vegetal decomposta (sem definição ou em decomposição , fibrosa, pouco densa e combustível granulométrica) quando seca.) Conchas (restos de carapaças de animais marinhos) Areias e Pedregulhos: são agregados não coesivos de fragmentos de rochas
ou minerais de forma arredondada ou granulosa. Siltes inorgânicos: grãos finos com pequena (partículas em escamas) ou
quase nenhuma (grãos de quartzo) plasticidade. Siltes Orgânicos: grãos finos mais ou menos plásticos. Argilas: agregado de partículas microscópicas e submicroscópicas. É
plástica com certo teor de umidade e muito dura quando seca. Origem dos Solos (provem do intemperismo das rochas)
Desintegração Mecânica: Temperatura, água, vegetação, vento, gelo, …
Decomposição química: alteração química ou mineralógica da rocha
de origem tendo como principal agente a água. Oxidação, Hidratação, Carbonatação, …
Formação dos Solos Residuais (permanecem no local da rocha matriz) Sedimentares (não ficam no Água Aluvionares local da rochas de origem e Vento Eólicos são transportados pelos Gravidade Coluvionares agentes) Geleiras Glaciares Orgânicos Estrutura dos solos sedimentares
Granular simples: atuam forças de gravidade na disposição das
partículas que se apoiam umas sobre as outras. Areias e pedregulhos.
Alveolar: atração molecular entre as partículas dando formas de
arcos. Siltes e Areis finas.
Floculente: partículas interagem entre si formando arcos os quais são
ionizados pelo meio, vindo a formar novos arcos. Argilas.
Superfície específica: É a soma da superfície de todas as partículas
contidas na unidade de volume ou peso do solo. Quanto mais fino o solo, maior sua superfície específica. Forma das Partículas
Pedregulhos: arredondadas, angulares, sub-angulares e chatas. Areias: sub-angulares e arredondadas Siltes: angulares e chatas Argila: lamelares e laminares Turfa: fibrilares
Amolgamento dos Solos: perda de resistência face à destruição da
estrutura natural do solo.
Gs = grau de amolgamento ou sensibilidade Rc = resistência à compressão simples natural R’c = resistência à compressão simples amolgada
Tixotropia
É uma propriedade onde o solo perde resistência quando solicitado e recupera parte dela quando em repouso. A resistência é devido a destruição e reconstrução das estruturas moleculares. Ex: Bentonitas (argilas ultrafinas). Minerais do Solo
Primário – provem diretamente da rocha matriz. Ex: Quartzo
Secundário – formados da decomposição de minerais da rocha matriz.
Ex: minerais de argila Os principais minerais argilosos são: caulinita, ilita, montmorilonita, esmectitas. Elementos constituintes do solo
Fase sólida: grãos Fase líquida: água Fase gasosa: ar
Obs: solo saturado = água + grãos Água Contida nos Solos Água adesiva ou adsorvida: película que envolve as partículas sólidas da
argila fortemente. Água higroscópica: resultante de um solo seco ao ar. Água Livre: enche os vazios do solo e é regida pelas leis da hidráulica. Água Capilar: nos solos finos, sobe nos canículos formados pelos vazios do
solo acima da água livre Pressões
Neutra - toda pressão que atua na água intersticial dos solos
(gravitacional ou capilar)
Efetiva - toda pressão que atua na estrutura sólida do solo, ela
controla deformação e resistência do solo. Principio da Mecânica dos Solos
Solos Colapsíveis
Reduzem o volume aumentando a umidade ou ao serem carregados e depois umedecidos. Fatores: forças capilares, forças eletromagnéticas de superfície, presença
de substâncias cimentadas como óxidos e ferros e carbonatos. Solução:
Evitar o umedecimento do solo Escavar o solo e seguida compactá-lo Compactação Dinâmica Pré-saturação com ou sem sobrecarga Estabilização química com cal ou cimento Solos Dispersivos
Possuem muito sódio dissolvido na água dos vazios do solo, deixando erodível na presença de um fluxo de água. Ocorre quando as forças repulsivas são superiores as atrativas nas partículas de argila. Ensaios
Pinhole Test ==> Amostras compactadas, furos de 1 mm de diâmetros
SCS ==> Sedimentação com e sem defloculante
Crumb Test ==> Imersão de amostra
Químico ==> Determinação química do teor de sódio Solos Expansivos
Solos que na presença de água aumentam o seu volume podendo gerar deformações nas fundações. Solos argilosos. Plasticidade dos Solos Definição: Propriedade do solo de se submeter a deformações rápidas, sem rebote elástico, variação apreciável de volume e sem quebra-se ou rompe-se. Dependência:
Teor de umidade
Forma das partículas: partículas finas com forma lamelas e com água
adsorvida. Composição Granulométrica: quanto mais argila, maior a plasticidade. Composição química e mineralógica do solo: qualidade ou tipos de partículas.
Estado de consistência
Líquido: aparência de fluido viscoso Plástico: comportamento plástico Semi-Sólido: aparência de sólido, mas diminui o volume quando perde
umidade. Sólido: não se contrai ao perder umidade.
Limites de Consistência São fases que os solos argilosos passam ao perder umidade. A divisão das fases são os limites de consistência.
Índice de Plasticidade (IP): Faixa de umidade em que o solo apresenta
propriedades plásticas. IP = LL – LP
Índice de Consistência (IC): representa o estado natural dos solos finos em função da umidade IC = (LL – hnat) / IP Uso dos Limites de Attemberg na Engenharia
Identificação e Classificação dos Solos Especificação do Controle dos solos a serem utilizados no aterro Grandeza da faixa de umidade na qual o solo permanece plástico Habilidade de refletir os tipos e quantidade de minerias argílicos presentes na fração fina do solo. Correlações estatísticas entre os limites e outras propriedades dos solos coesivos. Propriedades da fração argilosa (parte coloidal)
Constitui-se de : minerais argilosos, sílica coloidal, cristais de quartzo,
micro grãos de óxido de ferro hidratados ou não, matéria orgânica. Propriedades: Natureza mineralógica, Troca Catiônica, Atividade, Coesão,
Contração e Resistência seca.
Mineralógica: As mais comuns são caolinitas, ilitas,
Natureza
montmorilonitas; depois halloysitas (argilas marinhas) e gibsitas (solos lateríticos). Troca catiônica: Os grãos de argila quando dispersos em água, tem em sua
periferia uma carga negativa, por isso na sua superfície podem existir cátions adsorvido.
Atividade:
Ia – índice de atividade IP – índice de plasticidade percentagem em peso do solo seco com diâmetro menor que 0,002 mm (argilas)
–
Coesão: É a parcela de resistência que a fração argilosa empresta ao solo
pela qual ele pode ser moldado ou torna-se capaz de se manter coeso em bloco ou torrões e pode ser cortado em diversas formas. Uma definição pode ser a resistência ao cisalhamento de um solo, quando sobre este não atua nenhuma pressão externa. Pode ser:
Coesão aparente: é resultado do efeito da pressão capilar na água
intersticial, quando o solo sofre esforço de ruptura. Com este esforço os grãos tendem a mover-se uns sobre os outros, com isso
formando meniscos capilares entre suas parte de contato, daí resultante a pressão capilar. Coesão verdadeira por efeito de cimentação: é resultante da existência de uma cimentação natural dos grãos entre si, com os mais finos coaguladores entre os mais grossos, ou mesmo na presença de óxidos, calcário,…, fazendo uma ligação semelhante ao cimento em
relação a seus agregados. Coesão verdadeira por efeito eletrostático : é resultante de uma eventual ligação entre os grãos do solo muito próximos uns dos outros, ligação esta pelo potencial elétrico atrativo molecular ou coloidal. A atração depende da carga e distância.
Contração: Se dá com a perda de umidade. Os meniscos capilares se
contraem aumentando a ação da capilaridade e a força de união entre as partículas. Resistência seca: se desenvolve face a aproximação das partículas durante
a contração, aumentando a atração eletrostática entre as mesmas, gerando uma elevada coesão.
Compactação dos Solos Definição: densificação ou redução do seu volume de vazios, através de
equipamentos mecânicos ou manuais. Objetivo: torna o solo mais homogêneo, aumenta a resistência e diminui a
Deformabilidade e Permeabilidade do solo, através da redução dos índices de vazios. O engenheiro Proctor mostrou que a massa específica se um solo resultante de sua compactação é função da energia empregada e do teor de umidade do solo no processo de compactação. Pouca umidade atrito muito alto pouca redução dos vazios Umidade mais alta água é lubrificante maior massa específica seca
menor volume de vazios
O volume de água e sólidos são constantes, portanto a massa especifica aumenta por causa da eliminação do ar. A partir de certo teor de umidade (acima LP), a compactação não consegue mais expulsar o ar dos vazios do solo. Em certo ponto, a massa específica seca passa a diminuir quando a umidade aumenta. Umidade Ótima mesma energia de compactação específica seca (densidade máxima).
maior massa
Quanto maior for à energia utilizada na compactação dos solos, menor será sua umidade ótima e, maior será sua densidade seca máxima.
A densidade seca máxima dos solos argilosos (comportamento plástico) depende muito mais da energia de compactação do que a densidade seca máxima dos solos arenosos (comportamento granular). Quando o teor de umidade de um solo encontra-se abaixo da umidade ótima, a sua densidade seca é influenciada pela aplicação de um excesso de energia de compactação, ou seja, quando maior a energia de compactação, maior será a densidade máxima. Quando o teor de umidade está acima do ótimo, a aplicação de um excesso de energia na compactação aumentará a densidade seca do mesmo. Estruturas dos solos compactados Umidade baixa estrutura floculada Umidade alta estrutura dispersa Quanto maior a energia de compactação maior será o grau de dispersão das partículas. Compactação no campo:
Escolha da jazida de empréstimo: depende de fatores econômicos e
técnicos Espalhamento do solo: camada solta tem que ter de 25cm a 30cm e a compactada 20cm. Correção da umidade e homogeneização do material do aterro: tem que ser realizada em cada camada espalhada através de aeração ou irrigação. Compactação do aterro Controle de compactação
