Caracterização de Solo - Mecânica dos Solos e das Rochas

Prévia do material em texto

CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇOS TERROSOS - SOLOS
SP2
2
3
SP7
SP8
SP3
SP9
SP4
SP1 SP16
SP14
1
SP15
6
SP5
SP6
SP11
SP13SP12
SP10
5
2
3
SP07.pdf
SP02.pdf
SP01_Página_1.jpg
SP16.pdf
SP08.pdf
../../Documents and Settings/ledmundo/Meus documentos/Ajax.jpg
SP04.pdf
Bl_1.pdf
SP09.pdf
SP15.pdf
SP10.pdf
SP05.pdf
SP11.pdf
SP06.pdf
Bl_2.pdf
Bl_3.pdf
Consistência Resistência c (kPa) SPT
Muito mole < 25 0 a 2
Mole 25 a 50 3 a 5
Média 50 a 100 6 a 10
Rija 100 a 200 11 a 19
Muito rija 200 a 400 -
Dura > 400 >19
Compacidade Densidade Relativa (%) SPT
Muito fofa 0 a 15 0 a 4
Fofa 15 a 35 5 a 8
Média 35 a 65 9 a 18
Densa 65 a 85 19 a 40
Muito densa 85 a 100 > 40
CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇOS TERROSOS - SOLOS
•Identificar a gênese
adequadamente, descrevendo a
estrutura;
•Garantir representatividade da
amostra;
•Descrever a textura até a 3ª ordem
(da maior para a menor) e incluir
acessórios. Ex: areia grossa e média,
pouco argilosa com pedregulhos;
•Estimar percentagens;
•Cor, odor, reação ao HCL;
•Granulometria grossa – NÃO
coesivos - tamanho das partículas,
angularidade, forma;
•Plasticidade (solos coesos -
moldagem com os dedos)
Prática de campo Consistência e compacidade (SPT),
reconhecendo que a estrutura é
destruída;
Análise Mineralógica dos Solos
Propriedades mineralógicas : base da previsão do
comportamento mecânico dos solos, ultrapassando as
limitações impostas pelas classificações geotécnicas
tradicionais, que dividem os solos de acordo com sua
granulometria e plasticidade.
Minerais primários e secundários, com os 2º associados
à alteração hidrotermal ou ao intemperismo.
Os primários estão nas frações mais
grossas do solo (pedregulho, areia
grossa, média e fina); são silicatos
(90%) – principalmente quartzo,
feldspato, e até mica -, óxidos,
carbonatos e sulfatos
Análise Mineralógica dos Solos
Secundários Tipo Bond
CEC 
[cmol/kg]
Swell
surface area 
[m2/g]
Basal 
spacing 
[nm]
Caulinita 1:1 (n-expanding) strong 3 - 15
~´non
e
5 - 20 0.72
Montmorillonita 2:1 (expanding) very weak 80-150 high 700 - 800 0.98-1.8 +
Vermiculita 2:1 (expanding) weak 100150 high 500 - 700 1.0 - 1.5 +
Illita K 2:1 (n-expanding) vary/strong 10 - 40 low 50 - 200 1.0
Chlorita 2:1:1 (n-expand) moderate 10 - 40 none 1.4
Hidróxidos de Al - - 10 - 50 - -
Os secundários estão nas frações mais finas do solo (silte e, em especial argila); são
argilominerais, com estrutura similar a dos silicatos primários, formados por folhas tetraédricas
de Si e octaédricas de AlOH3 MgOH2. Quando Ca, Mg, Na e K são perdidos, os 2:1 geram os
1:1. Já a perda do SiO2 pode levar até mesmo ao desaparecimento dos argilominerais.
Análise Mineralógica dos Solos
Análise Mineralógica dos Solos
Fluxograma das 
principais etapas para 
análise de difração de 
raios X
Desenho esquemático da 
etapa de separação da 
fração agila (argilominerais)
Padrões para leitura
Distâncias interplanares
Laboratório Multiusuário de Caracterização 
Mineralógica do Centro de Tecnologia 
Mineral (CETEM)
Equipamento Bruker-AXS D8 Advance
Computador onde 
são carregados os 
difratogramas de 
raios X
Zoom da estrutura principal de 
leitura do equipamento
Tubo de emissão dos 
raios X
Amostra
Detector dos raios X
Zoom da estrutura principal de leitura 
do equipamento
1 única imagem retirada de https://www.bruker.com/pt/products/x-ray-diffraction-and-elemental-
analysis/x-ray-diffraction/d8-advance.html
Metodologia de Difração 
de Raios X
Material do Prof. Werlem Holanda (2018) - UERJ
https://www.bruker.com/pt/products/x-ray-diffraction-and-elemental-analysis/x-ray-diffraction/d8-advance.html
(A) Moinho de bolas 
para a desagregação da 
amostra e posterior 
peneiramento;
(B) Tratamento com 
peróxido de hidrogênio 
para remoção da 
matéria orgânica* (sobre 
uma chapa para 
acelerar o processo);
(C) Tratamento com 
ácido clorídrico para 
remoção dos 
componentes 
carbonáticos. 
*Por ser um material amorfo é imprescindível a remoção da matéria orgânica,
uma vez que a DRX analisa a estrutura cristalina dos materiais
Etapas de preparação das amostras
Sme – Esmectita, Ilt – Ilita, Kln – Caulinita, Chl - Clorita
Exemplos
Posições referentes aos picos em 
condições normais (N), após 
glicolagem (G) e aquecimento (A).
MICROMORFOLOGIA DOS SOLOS:
microscópio óptico polarizante
amostras indeformadas,
lâminas finas (30µm de espessura),
análise digital >> porosidade
SR3
Angular
Sub-angular
Sub-redonda
Redonda
Bem-redonda
Pore size density function
Perfil SG
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000 1000,000
Pore size (m)
d
V
/d
lo
g
D
 (
c
m
3
/g
)
Rocha
Bloco 3
Bloco 2
Bloco 1
Bloco 4
ensaios de porosimetria de 
mercúrio: solo residual de 
gnaisse facoidal
Análise Química dos Solos
Ataque Sulfúrico
SOLO pH 
Água
Ataque por H2SO4 (g / kg)
Ki*
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2
SC 4,8 81 54 31 4,4 2,55
SR1 4,7 278 215 209 18,4 2,20
SR3 5,8 378 148 114 8,7 4,34
Complexo Sortivo
Fluorescência
difração de
raios-X
SOLO Complexo Sortivo (cmol/kg)
Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Valor S Al3+ H+ Valor T 
SC 0,2 0,05 0,08 0,3 0,1 0,9 1,3
SR1 0,6 0,04 0,01 0,6 1,6 2,50 4,7
SR3 7,8 62,9 0,34 0,07 71,1 0,9 3,9 75,9
SOLO (%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 MnO
SR1 45,21 31,13 21,38 - - - - 2,07 -
SR3 57,36 19,71 14,3 0,437 5,61 - 0,560 1,51 0,37
SOLOS COLAPSÍVEIS
Solos residuais colapsíveis de Ilha Solteira (SP) tipicamente
latossolos vermelho amarelos francamente arenoso (20%
de argila apenas). desenvolvidos sobre basaltos
vesiculares e arenitos do Gr. Bauru.
Solos residuais, colúvios, solos aluviais, eólicos e
aterros compactadosnão saturados, particularmente
arenosos, com estrutura porosa instável, com partículas
interligadas quimicamente (forças eletromagnéticas de
superfície) por argila, óxido de Fe, Al ou CO-3, ou
fisicamente, por, forças capilares e pela presença de
cimento entre as partículas maiores, presentes em em
climas semi-áridos e áridos regiões onde a
evapotranspiração excede a precipitação ou com
chuvas. O equilíbrio metaestável é rompido pela água.
provoca-se o rearranjo estrutural. baixo SPT, elevado
Cv e alta k
As forças eletromagnéticas: ação intensa das forças de
Van der Walls, osmose e atração molecular, provocam
acréscimo de resistência aparente. A entrada d’água
“espessa” a camada de argila, distanciando as
partículas.
As pressões capilares: a evaporação da água dos
meniscos existentes nos poros, com pequeno raio de
curvatura, garante a pressão de contato intergrãos; a
entrada d’água amplia os meniscos e reduz a
resistência.
Elemento cimentante: óxidos, fosfatos e carbonatos
fixam os grãos do solo e proporcionam uma estrutura
densa; a entrada d´água rica em sais e ácidos
dissolvidos destrói a cimentação.
Análise Física dos Solos
❖Análise Granulométrica – NBR 7181/1984
❖Limite de Liquidez – NBR 6459/1984
❖Limite de Plasticidade – NBR 7180/1984
❖Massa Específica Real dos Grãos – NBR 6508/1984
Classificação ABNT
Granulometria
Fração Tamanho de Grãos
(mm)
Pedregulho 4,8 a 7,0
Areia Grossa 2,0 a 4,8
Areia Média 0,42 a 2,0
Areia Fina 0,06 a 0,42
Silte 0,002 a 0,06
Argila < 0,002
Granulometria
Solo AREIA (%) SILTE 
(%)
ARGILA 
(%)Grossa Média Fina Total
SC - 38 40,0 78.0 2 20
SR1
2,7 2,7 9,3 14,7 23,6 61,7
SR3
0,1 1,5 10,5 12,1 45,7 42,2
P
o
r
c
e
n
ta
g
e
m
 r
e
ti
d
a
 
(%
)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 ,0001 0 ,001 0 ,01 0 ,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm) 
P
o
r
c
e
n
ta
g
e
m
 q
u
e
 p
a
ss
a
 
 
 (
%
)
SC
SR1
SR2
SR3
Estados de Consistência dos Solos
Sólido: o volume total do material não
se altera quando seu teor de umidade
varia.
Semi-Sólido: o solo trinca e rompe ao
ser trabalhado.
Plástico: o solo pode ser moldado sob
diferentes formas sem trincar nem variar
de volume.
Fluido ou Líquido: o solo se comporta
como um fluido viscoso.SOLO
Metodologia
LL 
(%)
LP (%) IP (%) IA
SR1
#40 61,6 35,2 26,4 0,43
#200 81,4 42,0 39,4 0,64
SR3
#40 77,2 50,8 26,4 0,63
#200 84,1 52,0 32,1 0,76
Atividade do Solo
Vander der Merwe (1975)
Expansibilidade
Inserção de Etilenoglicol
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS - CONVENCIONAIS
SUCS (Sistema Unificado de Classificação (ASTM, 1983)
•Primeira letra:
G = gravel (pedregulho) (2-6mm), S = sand (areia) (0,06-2mm)
M = mö (silte) (0,06-0,002mm), C = clay (argila) (<0,002mm)
O = organic (orgânico), PT = peat (turfa)
•Segunda letra:
Solos grossos (indica granulometria)
W = well (bem graduada), P = poor (mal graduada)
M = mö (silte em sueco), C = clayley (argiloso)
Solos finos (indica plasticidade
L = low (baixa plasticidade), H = high (alta plasticidade)
Highway Research Board
(HRB) - AASHTO
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS – NÃO CONVENCIONAIS
MCT (Miniatura, Compactado, Tropical)
Baseia-se em ensaios de compactação e perda de massa por imersão 
de corpos-de-prova (CP) – uso no meio técnico rodoviário.
Acrescenta água até o solo ter uma
certa consistência; compacta no cilindro
em 3 ou 5 camadas iguais, aplicando
em cada uma 26 golpes uniformes com
o soquete a 30,5cm; remove o
colarinho e a base, pesa o conjunto
cilindro + solo compactado; coleta uma
pequena quantidade para a
determinação da umidade; repete-se o
processo pelo menos por mais
quatro vezes acrescentando de 2%
de umidade.
Rodovias
Barragem de terra
Terra Armada
Compactação
Aplicando-se uma certa energia de compactação, com a umidade baixa, o
atrito entre os grãos impede a redução dos vazios. Com a umidade pouco
maior, a água lubrifica e rearranja os grãos; por fim, com a umidade
elevada, a água envolve o ar nos vazios e impede a sua expulsão. Neste
trajeto, a massa específica aumenta e depois cai, devido,
respectivamente, à eliminação e à manutenção do ar nos vazios.