O SOLO

GEOTECNIA
Prof. Amaury
HISTÓRICO: CONCEITO
1º - TEORIA DAS ESTRUTURAS: TRATAMENTO
MATEMÁTICO
(concreto / aço / madeira)
2º - HIDRÁULICA: FLÚIDOS: TRATAMENTO
MATEMÁTICO + ENSAIOS EM MODELOS REDUZIDOS
COM ANÁLISE DOS SEUS COMPORTAMENTOS
3º - MECÂNICA DOS SOLOS: ESTUDA O
COMPORTAMENTO DOS SOLOS SOB O ASPECTO DA
ENGENHARIA CIVIL
O SOLO:
COBRE O SUBSTRATO ROCHOSO DA TERRA E PROVÉM
DA DESINTEGRAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO DAS ROCHAS
POR INTEMPERISMO FÍSICO E QUÍMICO.
CARACTERÍSTICAS MARCANTES:
HETEROGENEIDADE
COMPLEXAS.
E
PROPRIEDADES
BASTANTE
FICA DIFÍCIL UM MODELO MATEMÁTICO OU UM
ENSAIO EM MODELO REDUZIDO PARA CARACTERIZAR
DE MANEIRA SATISFATÓRIA O SEU COMPORTAMENTO.
PAPEL DO SOLO NA ENGENHARIA:
MATERIAL DE CONSTRUÇÃO, ABSORVER CARGAS
APLICADAS E INTERAGIR EM PRÉDIOS, TÚNEIS ETC.
ATUALMENTE A MECÂNICA DOS SOLOS SITUA-SE
DENTRO DE UM CAMPO MAIS ABRANGENTE JUNTO
COM A ENGENHARIA DOS SOLOS (MACIÇOS E OBRAS
DE TERRA E FUNDAÇÕES) E A MECÂNICA DAS
ROCHAS QUE É DENOMINADO DE GEOTECNIA. ELA
TEM O OBJETIVO DE ESTUDAR AS PROPRIEDADES
FÍSICAS DOS MATERIAIS GEOLÓGICOS, SOLOS, ROCHAS
E SUAS APLICAÇÕES EM OBRAS DE ENGENHARIA CIVIL
QUER COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO OU COMO
PARTE DA FUNDAÇÃO.
PARA SE ENTENDER O COMPORTAMENTO DOS SOLOS
A PARTIR DE BASES FÍSICAS, COM MODELOS
REOLÓGICOS (RAMO DA MECÂNICA DOS FLÚIDOS QUE
ESTUDA AS PROPRIEDADES FÍSICAS RELACIONADAS
AO MOVIMENTO DOS FLÚIDOS: VISCOSIDADE,
PLASTICIDADE, ELASTICIDADE E O ESCOAMENTO DA
MATÉRIA NO FLUXO DE UM FLÚIDO) E OBSERVAÇÕES
DE CAMPO PROCUROU-SE ELABORAR TEORIAS DE
COMPORTAMENTO DOS SOLOS.
TIPOS: DETERMINÍSTICAS E PROBABILÍSTICAS
DETERMINÍSTICAS: COM FUNDAMENTOS RACIONAIS
PARA A EXPLICAÇÃO DOS FENÔMENOS OBSERVADOS.
PROBABILÍSTICAS: DEVIDO A HETEROGENEIDADE
DOS SOLOS, COM VARIAÇÃO, PONTO A PONTO, DAS
SUAS PROPRIEDADES.
CARACTERIZAÇÃO DO SOLO:
NORMALMENTE É CARACTERIZADO PELA SUA FASE
SÓLIDA, ENQUANTO AS FASES LÍQUIDA E GASOSA SÃO
CONSIDERADAS JUNTO COM A POROSIDADE.
CONTUDO, NA ANÁLISE DO COMPORTAMENTO REAL
DE UM SOLO, TEM QUE SE LEVAR EM CONTA OS % DAS
FASES COMPONENTES, BEM COMO A DISTRIBUIÇÃO
DELAS NA MASSA DE SOLO.
TIPOS DE SOLOS:
QUANTO À ORIGEM:
RESIDUAIS;
SOLOS TRANSPORTADOS A PARTIR DE AGENTES:
ALUVIAIS, EÓLICOS, COLUVIAIS E GLACIAIS;
ORGÂNICOS.
QUANTO AO TAMANHO E FORMA DAS PARTÍCULAS:
(LIMITES DEFINIDOS PELA ABNT)
MATACÃO: DE 25 cm a 1 m.
PEDRA: DE 7,6 cm a 25 cm.
PEDREGULHO: DE 4,8 mm a 7,6 cm.
AREIA GROSSA: DE 2 mm a 4,8 mm. FRAÇÃO GROSSA
AREIA MÉDIA: DE 0,42 mm a 2 mm.
AREIA FINA: DE 0,05 mm a 0,42 mm.
SILTES: 0,005 mm a 0,05 mm.
ARGILAS: INFERIOR a 0, 005 mm.
FRAÇÃO FINA
TIPOS DE ROCHAS
Rocha é um agregado natural composto de alguns minerais ou de
um único mineral.
As rochas podem ser classificadas de acordo com sua composição
química, sua forma estrutural, ou sua textura, sendo mais comum
classificá-las de acordo com os processos de sua formação. Pelas
suas origens ou maneiras como foram formadas, as rochas são
classificadas como ígneas, sedimentares, e rochas metamórficas.
As Rochas Magmáticas foram formadas de magma, as
Sedimentares pela deposição de sedimentos e posterior
compressão destes, e as Rochas Metamórficas por qualquer uma
das primeiras duas categorias e posteriormente modificadas pelos
efeitos de temperatura e pressão.
Nos casos onde o material orgânico deixa uma impressão na rocha,
o resultado é conhecido como fóssil.
Ígneas (ou magmáticas): Vulcânicas (ou extrusivas) - são formadas
por meio de erupções vulcânias, através de um rápido processo de
resfriamento na superfície. Alguns exemplos dessas rochas são o basalto
e a pedra-pomes, cujo resfriamento dá-se na água.
Plutônicas (ou intrusivas) - são formadas dentro da crosta por meio de
um processo lento de resfriamento. Alguns exemplos são o granito e o
diabásio.
Sedimentares são as rochas formadas através do acúmulo de detritos,
que podem ser orgânicos ou gerados por outras rochas. Classificam-se
em:
Detríticas - Alguns exemplos são o arenito, o argilito, o varvito e o
folhelho. Químicas - Alguns exemplos são o sal gema, as estalactites e
as estalagmites.
Orgânicas - Alguns exemplos são o calcário, formado através dos
resíduos de conchas e corais, e o carvão mineral, formado a partir dos
resíduos de vegetais.
Metamórficas
Alguns exemplos são o gnaisse, formado a partir do granito; a ardósia, formada a
partir do xisto; o mármore, formado a partir do calcário, e o quartzito, formado a
partir do arenito.
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Quartzo
Feldspato
Mica
Calcita
MINERALOGIA DOS SOLOS
ARGILOMINERAIS
Obs.:
< 0,005 mm.
UNIDADES CRISTALOGRÁFICAS DO SOLO
TIPOS MINERALÓGICOS
MÉTODOS PARA IDENTIFICAÇÃO
Difratometria de Raios-X:
O objetivo do experimento é determinar as linhas características
do metal que compõe os alvos do tubo de raios-X.
Neste fenômeno nós temos a base para um método de análise química.
Assim, os elementos de uma amostra podem ser induzidos a emitir suas
linhas características por meio do bombardeamento com Raios-X ou com
elétrons.
Desse modo, os elementos poderão ser identificados através da
análise da radiação emitida.
O equipamento utilizado é o Espectrômetro de raios-X.
Análise termo diferencial
Análise físico-química de um sistema mineral em que se medem
as variações de troca de calor entre um sistema mineral amostrado
em comparação com outro de referência e inerte.
Desse modo, os elementos serão progressivamente aquecidos ou resfriados,
permitindo definir picos endo e exo térmicos decorrentes de reações
diversas como desidratação, oxidação, reações minerais e que podem ser
diagnósticos para definir algumas espécies minerais como argilas e zeolitas
entre outros.
Análise por microscopia
A microscopia Eletrônica de Varredura é uma técnica utilizada
tanto para pesquisa básica como aplicada. Esta técnica permite a
observação e a caracterização de diferentes tipos de matérias.
Exemplos: mineral, vegetal, animal e outros produtos, sendo possível
caracterizá-los do ponto de vista da sua morfologia, sua organização e
composição química.
A análise micromorfológica fornece bons indicadores sobre a
composição mineralógica, sobre a porosidade e agregação entre as
partículas que formam o solo.
Determinações químicas
As amostras de solo são submetidas às análises químicas de pH,
cátions trocáveis, carbono orgânico, umidade do solo e nitrogênio
orgânico.
Conforme manual de métodos de análise de solo da Embrapa (1997).
PROPRIEDADES DOS PRINCIPAIS GRUPOS DE
ARGILOMINERAIS
ESTRUTURA DAS CAMADAS DOS ARGILOMINERAIS
(Lâminas
silícicas e alumínicas: união firme entre os
retículos)
ESTRUTURA 1.1
Caulinitas
ESTRUTURA 2: 1
Esmectitas e Ilitas
(íons
não permutáveis: união estável entre os
retículos)
(Grupo
das bentonitas: união frágil entre os retículos
permite expansibilidade)
FORMAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS
Ainda que de forma resumida e superficial, cabe, de início,
esclarecer uma questão terminológica. Os geólogos de
engenharia e os agrônomos usam termos diferentes para
classificar as camadas dos solos tropicais. Os primeiros
adotam a seguinte série para o que denominam de
camadas: solo orgânico (camada fina e rica em matéria
orgânica superficial, que possui de um a alguns
decímetros); solo superficial (camada bastante afetada pelo
intemperismo e pelos processos de laterização e
pedogênese, cuja espessura varia de 0,5 m a 2 m); solo
saprolítico ou de alteração de rocha (camada de solo com
minerais pouco alterados quimicamente e que guarda
várias feições herdadas da rocha original, com espessuras
extremamente variáveis, desde decímetros até mais de
uma dezena de metros); finalmente, com profundidade
praticamente ilimitada, rocha pouco alterada ou sã. Já os
agrônomos, que em vez de camada usam o termo
horizonte, classificam a mesma seqüência com as
seguintes denominações: horizonte A, horizonte B,
horizonte C e rocha, agregando às propriedades descritas
características próprias do comportamento agronômico
destes
solos.
Em regra, a camada de solo superficial (horizonte B
agronômico) tem uma composição bem mais argilosa do
que as camadas inferiores (solo saprolítico – horizonte C
agronômico), especialmente considerando o perfil de solos
típico do embasamento geológico cristalino (rochas
magmáticas e metamórficas), o que lhe confere uma
coesão entre partículas muito maior, tornando-a, por
conseguinte, mais resistente aos processos erosivos de
superfície.
Vale lembrar que a argila é o tipo de solo formado por
minerais com a granulometria mais fina (o diâmetro das
partículas é inferior a 0,005 mm), o que lhe confere uma
propriedade altamente ligante, ou seja, a argila dá coesão
aos
grãos
minerais
formadores
dos
solos.
É interessante a explicação do motivo pelo qual há mais
minerais argilosos na proximidade da superfície dos
terrenos. Os minerais das rochas primárias (magmáticas ou
metamórficas) se formaram em condições extremas de
temperatura e pressão. Ou seja, são ambientalmente
compatíveis com essas condições extremas e, portanto,
francamente desarmônicos com as condições ambientais
hoje vigentes na superfície do planeta.
O processo de alteração de uma rocha é, assim, um
processo que caminha em direção à produção de novos
minerais, mais compatíveis com o meio ambiente da
superfície. Desses novos minerais, os mais equilibrados
com
esse
novo
ambiente
são
os
argilosos.
Além do intemperismo (desagregação e alteração físicoquímica dos minerais da rocha), dois outros fenômenos são
importantes na formação dos solos superficiais e influem
em suas características.
A pedogênese, que envolve alteração bioquímica dos
minerais, e a laterização, que implica a migração de íons
no interior do solo. Ambos os fenômenos contribuem para a
produção de minerais argilosos e para a cimentação das
partículas por diversas classes de óxidos, o que concorre
também para a maior ligação entre as partículas desses
solos.
Graças a esses fatores, os solos superficiais (horizonte B
agronômico) de rochas cristalinas e de muitas rochas
sedimentares chegam a ser 30 vezes mais argilosos do
que os solos das camadas inferiores e até 100 vezes mais
resistentes
à
erosão.
RETIRADA DE AMOSTRAS
(VIDE APOSTILA DE LABORATÓRIIO)
CONFIABILIDADE:
Qualidade e Representatividade
CUIDADOS:
Estrutura, Teor de Umidade e Textura
A caracterização de um solo, através de parâmetros
obtidos
em
simultaneamente,
ensaios
da
de
qualidade
laboratório,
da
depende,
amostra
e
da
representatividade dos ensaios. Tanto para a amostragem
quanto para os ensaios existem normas, brasileiras e
estrangeiras, que regem o assunto e que, portanto, devem
ser obedecidas.
Temos dois tipos de amostras:
A amostra deformada, uma porção de solo desagregado,
deve ser representativa do solo, apenas, quanto à textura e
constituição mineral. Ela é usada na identificação visual e
táctil, nos ensaios de classificação (granulometria, limites
de consistência e massa específica dos sólidos), no ensaio
de compactação e na preparação de corpos de prova para
ensaios de permeabilidade, compressibilidade e resistência
ao cisalhamento.
Essas amostras, até um metro abaixo da superfície do
terreno, poderão ser obtidas através de ferramentas
simples (pás, enxadas, picaretas e outras mais apropriadas
a cada caso), enquanto que para profundidade maior terse-á necessidade de ferramentas especiais (trados ou um
amostrador de parede grossa).
A amostra indeformada, geralmente de forma cúbica ou
cilíndrica, deve ser representativa da estrutura e teor de
umidade do solo, na data de sua retirada, além da textura e
composição mineral.
Ela é usada para se determinar às características do solo
“in situ”, como os índices físicos, o coeficiente de
permeabilidade, os parâmetros de compressibilidade e de
resistência ao cisalhamento.
Uma amostra indeformada pode ser obtida de diversas
maneiras, dependendo da cota da amostragem, da
densidade do solo e da posição do lençol freático; assim,
para solos moles abaixo do nível d’água será usado um
amostrador de parede fina, enquanto que, para solos acima
do nível d’água e mais densos, deve-se abrir um poço até a
cota de interesse e retirar um bloco de solo usando uma
caixa metálica ou de madeira como fôrma.
A NBR 9604/86 rege a abertura de poço e trincheira de
inspeção em solo, com retirada de amostras deformadas e
indeformadas.
Devem ser tomados cuidados especiais para que a
amostra não sofra nenhuma avaria. Na retirada, no
transporte e no manuseio das amostras.
AMOSTRA DEFORMADA
Equipamentos:
Tipos de trado: A sondagem a trado é regulada pela NBR 9603/86.
Amostrador de parede grossa: que é cravado dinamicamente no solo
através de energia fornecida pela queda livre de um martelo.
AMOSTRA INDEFORMADA
O amostrador de parede fino mais empregado, o tipo
Shelby, é composto basicamente de um tubo de latão ou
de aço inoxidável de espessura reduzida, ligado a um
cabeçote provido de uma válvula de esfera que permite ao
ar e a água escaparem à medida que há a penetração da
amostra.
O amostrador é introduzido no solo por pressão estática e
constante e, quando estiver cheio, é retirado e a camisa é
então liberada do cabeçote, selada e enviada ao
laboratório.
Amostras indeformadas próximas à superfície
(solos e resíduos)
O Standard Penetration Test (SPT)
Vários autores relacionam os resultados do N SPT, com as
propriedades dos diferentes tipos de solos, conforme
veremos.