Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia Engenharia Sanitária e Ambiental Obras de Terra Solos Tropicais, Colapsíveis, Expansivos e Dispersivos Prof. Eng. Rinaldo Pinheiro Setembro / 2013 Designação genética geral de camadas de solos, nas regiões tropicais Solos Tropicais – 2 grandes classes SOLOS LATERÍTICOS Camada mais superficial em áreas bem drenadas. Caracterizada pela cor (matizes vermelho e amarelo), com espessura em geral >2m e <10m. Mineralogia: Fração areia e pedregulho - grãos resistentes mecanicamente e quimicamente Fração argila – elevada % de hidróxidos e óxidos de Fe e Al, o argilo-mineral é a caolinita Grãos mais finos estão agregados (massa de aspecto esponjoso) Presença de torrões Grande % de vazios (preenchidos com ar) Baixo peso específico () e elevada permeabilidade (k) Solo laterítico Solo saprolítico Ocorência de solos lateríticos no Brasil (Nogami et al, 2000) Solos lateríticos Fração areia e argila de solos lateríticos SOLOS SAPROLÍTICOS Camadas subjacentes às lateríticas ou outros solos (pedogenéticos, sedimentares ou transportados). Suas cores variam muito (várias cores em uma mesma camada). Espessura muito variável, chegando a dezenas de metros. Mineralogia: É comum a presença de um grande número de minerais (parte devido ao processo de intemperismo e parte herdados da rocha matriz). Fração argila: pode ocorrer uma grande variedade de argilominerais. Fração silte: pode ter mineralogia muito variada e peculiar – macro-cristais de caolinitas e micas mudando o comportamento destes solos. Caracterizando por camadas, manchas, xistosidades, vazios, etc. herdadas da rocha matriz – Verdadeiramente Solos Residuais. Solo saprolítico – alteração de rocha granítica Solo saprolítico Fração argila de solos saproliticos METODOLOGIA MCT (MINIATURA, COMPACTADO, TROPICAL) Objetivo utilizar solos arenosos finos lateríticos como base de pavimentos, considerados inapropriados pelas classificações tradicionais. Ensaios mecânicos e hídricos simplificados porém correlacionáveis com o comportamento dos solos tropicais. Mini-CBR Infiltrabilidade Permeabilidade Contração Penetração da pintura betuminosa Mini-CBR de campo Sub-produto: Classificação Geotécnica MCT 2 Grandes Classes : L = solos de comportamento laterítico N = solos de comportamento não laterítico 7 Grupos NA, NA’, NS’ e NG’ (areia, arenoso, siltoso e argiloso) LA, LA’ e LG’ Gráfico de classificação MCT e´ = {(20 / d´ ) + (Pi / 100)}^1/3 Solos Colapsíveis Solos colapsíveis são solos porosos, não saturados que sofrem uma redução brusca do volume de vazios quando saturado e sob uma tensão constante. A estrutura porosa é geralmente atribuída a um intenso processo de lixiviação. Ocorrem principalmente nas regiões sudeste, nordeste e centrooeste. Estes solos estão associados a problemas em diversos tipos de obra, tais como: edificações de pequeno porte, canais de irrigação revestidos em placas de concreto, cidades ou loteamentos após terem o lençol freático sofrido alteração por interferência de um reservatório de água, adutoras e pavimentos rodoviários. Recalques por colapso - Colapsividade Recalques por colapso Enchimento do reservatório elevou o nível de água (saturação do solo poroso) provocando colapsos. Recalques por colapso Recalque por colapso devido a saturação do solo abaixo da fundação Carazinho - RS Recalques por colapso – Colapsividade Ensaio de adensamento = compressão confinada e i 1 e0 Recalques por colapso – Colapsividade Ensaio de adensamento = compressão confinada – solo laterítico – campus da URI – Santo Angelo-RS Tensão vertical (kPa) 10 100 1000 10000 0 e i 1 e0 Natural Inundado Deformação específica (%) 5 10 15 20 25 Principais Técnicas para solucionar problemas em solos colapsíveis Conviver com o problema, preparando as estruturas para absorver as deformações Controle das infiltrações no solo mediante drenagem e ou impermeabilização Substituição parcial ou total do solo colapsível por aterro compactado Escavação e recompactação com utilização ou não de aditivos (cal ou cimento) Pré-inundação por tanqueamento Vibroflotação, para solos drenantes Injeções de cal, cimento ou outros produtos químicos, tais como silicatos e carbonatos Tratamento térmico que modifique irreversivelmente as características resistentes do solo Utilização de fundações profundas, abaixo da camada porosa e lençol freático Reforço estrutural em pequenas edificações Solos Expansivos Solos expansivos apresentam inchamento e expansão na presença de agua, com aumento de volume. Problemas em obras de engenharia (expansão – contração) Trincas e fissuras Levantamentos diferenciais e desalinhamentos de construções Rupturas e escorregamentos nos aterros e taludes de cortes Tombamento e ruptura de estruturas de contenção Movimentação em adutoras e linhas de transmissão Desagregação em enrocamentos e lastros Danos causados em pavimentos rodoviários e edificações de pequeno porte O fenômeno de expansão deve-se à hidratação de argilominerais, ou seja, adsorção de moléculas de água nas superfícies internas e externas das camadas estruturais dos argilominerais Solos Expansivos As causas externas que podem levar a expansão de um solo são: (a) variação da umidade devido a variações climáticas sazonais (chuvas), (b) modificação do nível freático ou das condições hidrogeológicas e (c) redução da tensão total do solo, proveniente de escavações ou corte de taludes, sendo que nesse caso as variações são mais lentas. Tendência a migração da umidade do solo a migrar das zonas mais quentes para as zonas mais frias. Em regiões de climas quentes, a sombra produzida na superfície do solo por um edifício resfria as camadas abaixo desta, resultando migração da água Solos Expansivos O fenômeno de expansão deve-se à hidratação de argilominerais, ou seja, adsorção de moléculas de água nas superfícies internas e externas das camadas estruturais dos argilominerais Moradias em Santa Maria – Patologias devido à expansão Viga de concreto rompido por expansão do solo - Biblioteca da UFSM Solos expansivos Solos expansivos : Métodos Indiretos - Difração de raio – X - Análise Térmica Diferencial (ATD) - Análise Térmica Gravimétrica (ATG) - Capacidade Troca Cátions (CTC) - Caulinita – CTC = 3 a 15 meq/100g - Ilita – CTC = 10 a 40 meq/100g - Montmorilonita – CTC = 60 a 150 meq/100g - Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) - Limites de Consistência – correlações -Potencial de expansão: -Muito alto – LL > 60% e IP > 35% -Alto – LL = 40 a 60% e IP = 20 a 55% -Médio – LL = 30 a 40% e IP = 10 a 35% - Baixo – LL < 30% e IP = 0 a 15% Solos expansivos : Expansão Livre e Pressão de expansão Ensaio de expansão livre Ensaio de contração Pressão de expansão – ensaio de compressão confinada (adensamento) Técnicas utilizadas para solução de problemas de solos expansivos Estabilização química Mistura com materiais não expansivos ou substituição Zoneamento do maciço Soluções de vedação e ou drenagem Soluções estruturais edificações (estacas, reforços com vigas, etc.) Compactação do aterro no ramo úmido, com redução da densidade Solos Dispersivos Solos dispersivos são solos argilosos que apresentam potencialidade a dispersibilidade, quando submetidos a um fluxo subsuperficial, rompem rapidamente com a formação de túneis ou tubos que caracteriza a erosão subterrânea (piping) A chamada erosão coloidal, gerada pela dispersão e transporte de argilas na água de percolação, é registrada em muitos casos históricos de obras de barragens, aterros e solos naturais, particularmente, na forma de túneis e ravinas profundas A dispersibilidade depende de fatores ambientais que podem ser controlados pela química da água percolante e umidade de compactação, que vão reger a estrutura dos solos argilosos compactados. http://blog.espol.edu.ec/ guillermoblog/2011/08/ Principais ensaios empregados na avaliação da dispersão coloidal Ensaios químicos com fluído intersticial – NBR 13603 (1996) Critérios de dispersibilidade baseados na determinação de Sais Total de Sais Dissolvidos (TSD) = Ca + Mg + Na + K Porcentagem de Na (%Na) = Na / TSD Razão de Absorção de NA (RAS) = Na / [(Ca + Mg)/2]1/2 A grande maioria dos solos são considerados dispersivos se situados na Zona A e não dispersivos na Zona B. Para os solos da Zona C, é recomendado o ensaio de pinhole Critério de dispersibilidade baseado na relação TSD x % Na Principais ensaios empregados na avaliação da dispersão coloidal Ensaio de dispersão SCS (duplo hidrométrico) – NBR 13602 (1996) Ensaios granulométricos com e sem defloculante Grau de dispersão, que corresponde a razão entre os teores de argila (< 0,005mm) com e sem defloculante Crumb test – NBR 13601 (1996) Ensaio qualitativo onde é avaliado o comportamento de um agregado na umidade natural submerso em água destilada. É considerado um útil indicador da dispersão http://blog.espol.edu.ec/guillermoblog/2011/08/ Principais ensaios empregados na avaliação da dispersão coloidal Ensaio Pinhole (ou ensaio de furo de agulha) – NBR 14114 (1998) Ensaio mais utilizado para identificar solos dispersivos Avaliação qualitativa da dispersão de uma amostra de solo submetida um fluxo concentrado em um fino orifício (furo), em estágios de carga hidráulica crescente. A dispersão é identificada pela turbidez da água percolada recolhida Ensaio de pinhole (Bastos, 1999) Comportamento de uma amostra erodível e não erodível