Composição Química e Mineralógica dos Solos & Propriedades das Partículas Sólidas do Solo

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Mecânica dos Solos
7NB-2016.1
MSc. Raphael Pontes Claus
eng.raphael.pc@gmail.com
Recife
2016
1.Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
2. Propriedades das 
Partículas Sólidas do Solo
MSc. Raphael Pontes Claus
eng.raphael.pc@gmail.com
Recife
2016
Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• MINERAL: Substância inorgânica e natural, que tem 
uma estrutura interna característica determinada 
por um certo arranjo específico de seus átomos e 
íons.
• Propriedades físicas que interessam: Densidade, 
Dureza. 
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Dureza:
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Riscados 
pela unha
Riscados 
pelo aço
Riscam o 
Vidro
Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Os minerais encontrados nos solos são os mesmos 
das rochas de origem (primários), além de outros 
que se formam na decomposição (secundários).
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Nos solos grossos os minerais predominantes são:
• Silicatos – Feldspato, mica, quartzo, serpentina, 
clorita e talco;
• Óxidos – hematita, magnetita e limonita;
• Carbonatos - Calcita e Dolomita;
• Sulfatos – gesso; Anidrita
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Silicatos:
• Feldspato:
• sofrem decomposição pela ação da água 
carregada de CO2;
• É característica alteração em argila branca.
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Silicatos:
• Mica:
• Moscovita (Mica Branca);
• Biotita (Mica Preta);
• Nos solos - Forma de pequenas escamas 
brilhantes.
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Silicatos:
• Quartzo:
• Sílica cristalina pura: Sio2;
• Forma de prisma hexagonal com bases de 
pirâmides hexagonal;
• Os mais resistentes = quase inalterado do solo para 
rocha
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Nos solos grossos o comportamento mecânico e 
hidráulico está principalmente condicionado por 
sua compacidade e pela orientação de suas 
partículas, sendo a sua constituição mineralógica, 
até certo ponto, secundária.
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Minerais Constituintes dos Solos Finos:
• Partindo dos numerosos minerais (principalmente 
silicatos) que se encontram nas rochas ígneas e 
metamórficas, os agentes de decomposição 
química chegam a um produto final: a argila
• Ao contrário com o que ocorre com os solos 
grossos, o comportamento mecânico das argilas é 
decisivamente influído por sua estrutura em geral, e 
constituição mineralógica em particular.
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• As argilas são constituídas basicamente por 
“silicatos de alumínio hidratados”, podendo 
também apresentar silicatos de magnésio, ferro ou 
outros metais, também hidratados.
• Esses minerais têm, quase sempre, uma estrutura 
cristalina definida, cujos átomos estão dispostos em 
lâminas.
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Existem dois tipos de Lâminas:
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Os tetraedros agrupam-se em unidades 
hexagonais, sendo a ligação entre dois tetraedros, 
feita pelo vértice (oxigênio);
• As unidades hexagonais repetem-se 
indefinidamente, formando uma retícula laminar;
• As lâminas alumínicas estão formadas por retículas 
de octaedros, tendo também como ligação o 
oxigênio.
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• De acordo com a estrutura reticular os minerais de 
argila constituem três grupos:
• Caulinitas
• Montmorilonitas
• Ilitas
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Caulinitas
• Em consequência da estrutura rígida (Combinação 
alternada de silício e alumínio), são relativamente 
estáveis em presença da água. Sendo 
considerada não expansiva em processo de 
saturação.
• É o argilomineral mais comum encontrado nos 
solos residuais.
• É estável e não caracteriza o solo como 
problemático, principalmente no que se refere a 
característica de plasticidade e expansão.
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Montmorilonitas: 
• A ligação entre as retículas é frágil, possibilitando a 
entrada de água entre as mesmas (material 
expansivo). ex.: bentonita
• É utilizada na engenharia civil, principalmente nas 
escavações e no reparo de fissuras em taludes e 
barragens de terra.
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Na perfuração de poços de petróleo, as bentonitas
melhoram as propriedades dos fluidos durante a 
operação de perfuração de poços, 
desempenhando uma ou várias das seguintes 
funções: aumentar a capacidade de limpeza do 
poço, reduzir as infiltrações nas formações 
permeáveis, etc.
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Composição Química e 
Mineralógica dos Solos
• Ilitas: Possuem estrutura análoga à das 
montmorilonitas sendo porém menos expansivas 
em virtude da ligação de potássio.
• As partículas das ilitas são extremamente 
pequenas, portanto, sem condições de definir um 
contorno ou forma. Todavia, a microscopia 
eletrônica tem mostrado que as partículas da ilita e 
montmorilonita têm a forma de “flocos achatados”
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Superfície Específica
• Denomina-se superfície específica de um solo, a 
soma das superfícies de todas as partículas 
contidas na unidade de volume (ou de peso) do 
solo. 
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Natureza das Partículas
• O solo é constituído por grãos minerais, podendo 
conter matéria orgânica;
• Frações Grossas =Predominantemente Grãos 
Silicosos;
• Frações Finas (Argilosas) = Caulinita, Montmorilonita
e ilita.
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Peso Específico das 
Partículas
• O peso específico das partículas de um solo é:
• �� �
��
��
• Densidade Relativa das Partículas (Adimensional):
• � �
�	
�
• �� � 1
�
��
água pura a 4ºC
• A densidade relativa dos solos variam de 2,65 a 
2,85.
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Peso Específico das 
Partículas
• Coloca-se um peso seco conhecido do solo num 
picnômetro e, completando-se com água, 
determina-se o peso total;
• O peso do picnômetro completado só com água + 
o peso do solo – o peso do picnômetro com solo e 
água = o peso da água que foi substituída pelo 
solo;
• Deste peso, calcula-se o volume de água que 
substituído pelo solo e que é o volume do solo.
• Com o peso e o volume, tem-se o peso específico.
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Peso Específico das 
Partículas
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Forma das Partículas
• A) Formas arredondadas ou Poliédricas: 
Pedregulhos, areias e siltes.
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Forma das Partículas
• B) Lamelares: Lamelas ou escamas = argilas
• A Forma responsável pela característica de 
plasticidade e compressibilidade das argilas;
• 0,0000001 mm.
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Forma das Partículas
• C)Partículas fibrilares:
• Solos tufosos
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Atividade da Superfície 
dos Solos Finos
• A superfície dos solos finos possui uma carga 
negativa;
• A intensidade depende dos minerais;
• Atividade da superfície dos minerais;
• Caulinitas menos ativas e montmorilonitas mais 
ativas;
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Atividade da Superfície 
dos Solos Finos
• Skempton define:
• � �
��
%��,���	��
• A < 0,75 – Inativas
• 0,75 < A < 1,25 - Normais
• A > 1,25 ativas
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Atividade da Superfície 
dos Solos Finos
• Em contato com a água as partículas solidas 
atraem seus íons positivos H+, formando uma 
película de água adsorvida;
• Assim se forma as Argilas Hidrogenadas (argila-H);
• Troca de base: Converte em Argilas sódicas (argila-
Na).
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Bentonitas
• São argilas ultra finas;
• Formadas pela alteração química de cinzas 
vulcânicas;
• Composta de montmorilonita;
• Tendência ao inchamento;
• Usadas para vedação de escavações e barragens.
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Tixotropia
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Tixotropia
• A perda e o consequente retorno da resistência 
coesiva parecem ser devidos a destruição e 
consequente reordenação da estrutura molecular 
das camadas adsorvidas.33
Granulometria
• Por Peneiramento
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Granulometria
• Por Peneiramento
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Abertura das Malhas 
A.S.T.M.
Numero de Malhas 
quadradas por 
polegada linear
Granulometria
• Por Sedimentação
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Granulometria
• Por Sedimentação
• É baseada na lei de Stokes (1850), a qual 
estabelece uma relação entre o diâmetro da 
partícula e sua velocidade de sedimentação em 
um meio liquido de viscosidade e peso específico 
conhecidos.
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Granulometria
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Análise Granulométrica
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DNIT =
76 4,8 2,0 0,42 0,05 0,005Antiga =
Análise Granulométrica
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Análise Granulométrica
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Areia bem graduada
Análise Granulométrica
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Solo desuniforme, graduação aberta
Análise Granulométrica
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Solo muito uniforme (areia grossa)
Parâmetros da curva 
granulométrica
• Segundo Allen-Hazen
• 1) Diâmetro Efetivo
• 2) Coeficiente (Grau) de Uniformidade
• 3) Coeficiente de Curvatura
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Parâmetros da curva 
granulométrica
• DIÂMETRO EFETIVO (D10 ou De): É o diâmetro 
correspondente a 10% em peso total de todas as 
partículas menores que ele.
• O valor de D10 fornece uma das informações 
necessárias para o cálculo da permeabilidade, 
utilizado no dimensionamento de filtros e drenos.
• D30 e D60: diâmetros correspondentes a 30% e 60% 
em peso total das partículas menores que eles.
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Análise Granulométrica
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Análise Granulométrica
• COEFICIENTE DE UNIFORMIDADE (Cu):
• O grau de uniformidade indica a falta de 
uniformidade, sendo tanto menor quanto mais 
uniforme for o solo;
• Milton Vargas prefere chamá-lo grau de 
desuniformidade, e simbolizá-lo por D;
• Cu = D60 / D10
• Quanto menor, maior é a inclinação da curva 
granulométrica = mais uniforme.
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Análise Granulométrica
• O solo é melhor graduado, segundo a seguinte 
classificação:
• Cu < 5 - muito uniforme
• 5 < Cu < 15 - uniformidade média
• Cu > 15 – desuniforme
• Alguns autores consideram solos uniformes os que 
têm Cu < 3, e desuniformes os que têm Cu>3. 
Também prefiro esta última consideração.
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Análise Granulométrica
• COEFICIENTE DE CURVATURA (Cc):
• �
 �
���
�
�������
• Solos bem graduados têm 1 < Cc < 3.
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Classificação Trilinear dos 
Solos
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Triângulo de Feret.
Correção Granulométrica
• A) Processo Algébrico
51
Correção Granulométrica
52
CONHECEMOS
ESPECIFICADO
INCÓGNITA
Correção Granulométrica
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