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Mecânica dos Solos REVISÃO AULA 01 ÍNDICES FÍSICOS Conceituação dos Solos A parte mais externa do globo terrestre, denominada crosta, é constituída essencialmente de rochas que são agregados naturais de um ou diversos minerais. A ação contínua dos agentes atmosféricos e biológicos (intemperismo) tende a desintegrar e a decompor essas rochas, dando origem ao solo. No seu estado natural, o solo apresenta-se composto de partículas sólidas (com diferentes formas e tamanhos), líquidas e gasosas. Normalmente são caracterizados pela sua fase sólida, enquanto as fases líquida e gasosa são consideradas conjuntamente como porosidade. Na análise de comportamento real de um solo, há necessidade de se levar em conta as porcentagens das fases componentes, bem como a distribuição dessas fases através da massa de solo. Tipos de Solos Quanto à Origem SOLOS RESIDUAIS: São aqueles com origem na decomposição das rochas que se encontram no próprio local em que se formaram. Estes são bastante comuns no Brasil (regiões tropicais a degradação das rochas ocorrem em maior velocidade), sobretudo no Centro-Sul. Exemplo: - a decomposição dos basaltos que origina as chamadas "terras roxas“, - a decomposição de rochas cristalinas que originam espessas camadas de solo residual, como acontece frequentemente na Serra do Mar. Apresentam uma grande variedade de tamanho das partículas. Tipos de Solos Quanto à Origem SOLOS RESIDUAIS: A separação entre a rocha matriz e o solo residual não é nítida, mas sim, gradual. Pode-se distinguir, pelo menos, duas faixas distintas entre o solo e a rocha: -a primeira, sobre rocha, denominada rocha alterada ou rocha decomposta, e - a segunda, logo abaixo do solo, chamada de solo de alteração. Perfil de intemperização típico de rochas ígneas intrusivas. Tipos de Solos Quanto à Origem SOLOS SEDIMENTARES: Os solos sedimentares ou transportados são aqueles que foram levados ao seu local atual por algum agente de transporte e lá depositados. As características dos solos sedimentares são função do agente transportador. Solos Eólicos: vento. Solos Aluvionares: água dos oceanos e mares, dos rios e das chuvas. Solos Glaciais: geleiras. Solos Coluvionares: gravidade. Tipos de Solos Quanto à Origem SOLOS SEDIMENTARES: A capacidade de transporte dos agentes determina o tamanho das partículas. Apresentam geralmente maior homogeneidade no tamanho das partículas constituintes. Um curso de água tenderá a selecionar o tamanho das partículas depositadas: próximo da cabeceira, em que a velocidade das águas é maior, devem depositar-se os grãos mais grossos, as partículas mais finas poderão ser transportadas a longas distâncias, até que a velocidade da água diminua consideravelmente, e permita que haja deposição. Tipos de Solos Quanto à Origem SOLOS ORGÂNICOS: São formados pela mistura de restos de organismos (animais ou vegetais) com sedimentos preexistentes. A ocorrência de solos orgânicos se dá em locais bem característicos, tais como as áreas adjacentes aos rios, as baixadas litorâneas e as depressões continentais. Exemplo: turfas : solos extremamente deformáveis , muito permeáveis, permitindo que os recalques ocorram rapidamente sob carregamentos externos Em função dos agentes de intemperismo e de transporte, os depósitos de solos podem estar constituídos de partículas dos mais diversos tamanhos. Alguns solos possuem grãos visíveis a olho nu, enquanto outros têm os grãos tão finos que, quando molhados, se transformam numa pasta, impossibilitando a visualização das partículas individualmente. Em termos qualitativos, deve-se frisar que o intemperismo físico (desintegração) é capaz de originar partículas de tamanhos até cerca de 0,001 mm e somente o intemperismo químico (decomposição) é capaz de originar partículas de diâmetro menor que 0,001 mm. Pela sua textura os solos podem ser classificados em dois grandes grupos: Tipos de Solos Quanto o Tamanho e Forma SOLOS GROSSOS : solos cuja maior porcentagem esteja constituída de partículas visíveis a olho nu ( 0,074 mm). areia, pedregulho e matacão. as partículas normalmente são equidimensionais, podendo ser esféricas (solos sedimentares) ou angulares (solos residuais). O comportamento mecânico e hidráulico está principalmente condicionado a sua compacidade, que é uma medida de quão próximas estão as partículas sólidas umas das outras, resultando em arranjos com maiores ou menores quantidades de vazios. forças gravitacionais influenciam no comportamento. Tipos de Solos Quanto o Tamanho e Forma SOLOS FINOS : solos constituídos por partículas com dimensões menores que 0,074 mm (DNER) ou 0,06 mm (ABNT) silte e argila. As partículas, geralmente, possuem forma lamelar (duas dimensões são incomparavelmente maiores que a terceira) ou acicular (uma das dimensões prevalece sobre as outras duas). o mineral constituinte do solo determina a forma da partícula. O comportamento dos solos finos é definido pelas forças de superfície (moleculares, elétricas e eletromagnéticas), uma vez que a relação entre a superfície da partícula e o seu volume é muito alta. a presença de água influi de maneira marcante nos fenômenos de superfície dos argilo−minerais. Tipos de Solos Quanto o Tamanho e Forma Tipos de Solos Quanto o Tamanho e Forma Para descrever o tamanho das partículas, é usual citar a sua dimensão ou utilizar nomes conferidos arbitrariamente a certas faixas de variação de tamanhos. Para tal, existem escalas que apresentam os nomes dos solos juntamente com as dimensões que eles representam. As tabelas abaixo ilustram algumas dessas escalas. SOLOS GROSSOS: PEDREGULHOS - são acumulações incoerentes de fragmentos de rocha, com dimensões maiores que 2 mm (escala MIT). Normalmente, são encontrados em grandes extensões, nas margens dos rios e em depressões preenchidas por materiais transportados pelos rios. AREIAS - tem origem semelhante à dos pedregulhos, entretanto, as suas dimensões variam entre 2 mm e 0,05 mm. As areias são ásperas ao tacto, e, estando isentas de finos, não se contraem ao secar, não apresentam plasticidade e comprimem-se, quase instantaneamente, ao serem carregadas. Tipos de Solos Quanto o Tamanho e Forma SOLOS FINOS: SILTES - são solos de granulação fina que apresentam pouca ou nenhuma plasticidade. Um torrão de silte seco ao ar pode ser desfeito com bastante facilidade. ARGILAS - são solos de granulação muito fina que apresentam características mercantes de plasticidade e elevada resistência, quando secas. Constituem a fração mais ativa dos solos. As argilas, quando secas e desagregadas, dão uma sensação de farinha, ao tacto, e, quando úmidas, são lisas. Quanto à constituição química das argilas, pode-se dizer que elas se compõem de silicatos de alumínio hidratados, podendo ocorrer eventualmente silicatos de magnésio, ferro ou outros metais, também hidratados. Tipos de Solos Quanto o Tamanho e Forma IDENTIFICAÇÃO TÁCTIL VISUAL DOS SOLOS: Tipos de Solos Quanto o Tamanho e Forma ÍNDICES FÍSICOS? Índices Físicos dos Solos Na natureza os solos se apresentam compostos pelos elementos das três fases físicas, em maior ou menor proporção. FASE SÓLIDA – formada pelas partículas minerais do solo. FASE GASOSA – compreende todo o ar existente entre as partícula (extremamente compreensível). FASE LÍQUIDA – formada pela água presente no solo (pode fluir através do solo). O solo é constituído do agrupamento de partículas solidas entremeadas de VAZIOS, os quais podem estar preenchidos com água ou ar. MINERAIS ÁGUA ARÍndices Físicos dos Solos SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO volume peso V W Vs Vw Va Vv Ws Ww Wa O comportamento do solo depende da quantidade relativa de cada uma das fases (sólidos, água e ar). Diversas relações são empregadas para expressar as proporções entre elas. V – volume total Vs – volume de sólidos Vw – volume de água Va – volume de ar Vv – volume de vazios W – peso total Ws – peso de sólidos Ww – peso de água Wa – peso de ar (Wa = 0) Índices Físicos dos Solos a) Entre Pesos b) Entre Volumes c) Entre Pesos e Volumes Relações: Índices Físicos dos Solos Peso Específico: é a relação entre pesos e volumes, expressos geralmente em => kN/m³ Massa Específica: é a relação entre a quantidade de matéria (massa) e volume, expressos geralmente em => g/cm³ kg/dm³ t/m³ Peso Específico = Massa Específica * Aceleração da Gravidade Aceleração da Gravidade => vale em torno de 9,81 m/s² ou 10 m/s² Massa Específica da Terra : média de 5,5 g/cm³. Massa específica é a relação entre a massa e o volume real de um material. Quando falamos de rochas, maiores valores de massa específica representam rochas mais compactas, com menor número de vazios no material. Dureza: é a resistência ao risco. São os números que, atribuídos à dureza das rochas são originários da Escala que vai de 1 a 10 classificando os materiais no sentido crescente de dureza. As rochas ou minerais de dureza 1 são menos resistentes ao risco e as de dureza 10 são as mais resistentes, existindo várias rochas de dureza intermediária neste intervalo. Índices Físicos dos Solos Relações entre Pesos: Teor de Umidade (w ou h) Teor de água contida no solo em função do peso dos sólidos. O teor de umidade depende do tipo de solo e situa-se geralmente entre 10 e 40%, podendo ocorrer valores muito baixos (solos secos) ou muito altos (150% ou mais). Determinado diretamente em laboratório. SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO volume peso V W Vs Vw Va Vv Ws Ww Wa Índices Físicos dos Solos Relações entre Volumes: Índice de Vazios (e) Volume de vazios em relação ao volume dos sólidos É medido por um número natural situado entre 0 e . SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO volume peso V W Vs Vw Va Vv Ws Ww Wa Índices Físicos dos Solos Relações entre Volumes: Porosidade (ŋ) Volume de vazios em relação ao volume total. É expressa em porcentagem, e o seu intervalo de variação é entre 0 e 100%. SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO volume peso V W Vs Vw Va Vv Ws Ww Wa Índices Físicos dos Solos Relações entre Volumes: Grau de Saturação (S ou Sr) Teor de vazios preenchidos por água. Se o solo está completamente seco, então S = 0%, se os poros estão cheios de água, então o solo está saturado e S = 100%. SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO volume peso V W Vs Vw Va Vv Ws Ww Wa Índices Físicos dos Solos Relações entre Pesos e Volumes: Peso específico da água ( W ) Nos casos práticos adota-se o W igual a 10 kN/m³ ou 1 g/cm³. SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO volume peso V W Vs Vw Va Vv Ws Ww Wa Índices Físicos dos Solos Relações entre Pesos e Volumes: Peso específico real dos sólidos (ou dos grão) ( s ) Representa uma média dos pesos específicos dos minerais que compõem a fase sólida. É o maior peso específico que o solo pode ter. SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO volume peso V W Vs Vw Va Vv Ws Ww Wa Índices Físicos dos Solos Relações entre Pesos e Volumes: Peso específico real dos sólidos (ou grãos) ( s ) O valor não varia muito de solo para solo. O fator preponderante é a sua mineralogia, ou seja, depende principalmente da rocha matriz que deu origem ao solo. É determinado em laboratório para cada tipo de solo com o emprego de um picnômetro. O ensaio para determinação do s é padronizado no Brasil pela norma ABNT NBR 6508/84. Índices Físicos dos Solos Relações entre Pesos e Volumes: Peso específico aparente natural ( ) A magnitude do peso específico natural dependerá da quantidade de água nos vazios e dos grãos minerais predominantes. Situa-se em torno de 19 a 20 kN/m³. Normalmente, o peso específico natural é determinado em laboratório após a moldagem de corpo de prova. SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO volume peso V W Vs Vw Va Vv Ws Ww Wa Índices Físicos dos Solos Relações entre Pesos e Volumes: Peso específico aparente seco ( d ) É empregado para verificar o grau de compactação de bases e sub-bases de pavimentos e barragens de terra. Obtido para S = 0(grau de saturação). Corresponde ao peso específico que o solo teria se viesse a ficar seco, se isso pudesse ocorre sem que houvesse variação de volume. SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO volume peso V W Vs Vw Va Vv Ws Ww Wa Não é determinado diretamente em laboratório, mas calculado a partir do peso específico natural e da umidade. Situa-se entre 13 e 19 kN/m³. No caso de argilas orgânicas moles, entre 4 e 5 kN/m³. Índices Físicos dos Solos Relações entre Pesos e Volumes: Peso específico saturado ( sat ) É a relação entre o peso total e o volume total, para a condição em que todos os vazios estão preenchidos com água (S = 1; grau de saturação). É da ordem de 20 kN/m³. SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO volume peso V W Vs Vw Va Vv Ws Ww Wa Índices Físicos dos Solos Relações entre Pesos e Volumes: Peso específico submerso ( sub ) Quando a camada de solo está abaixo do nível freático, define-se o peso específico submerso com o valor do peso específico saturado subtraído do peso específico da água. Considera-se a existência do empuxo de água no solo. É da ordem de 10 kN/m³. Índices Físicos dos Solos Relações entre Pesos e Volumes: Densidade dos grãos ou sólidos (Gs) É a razão entre o peso específico real dos grão (s) e o peso específico da água (W ) a 4ºC. Valor adimensional. A expressão DENSIDADE refere-se massa específica e DENSIDADE RELATIVA é relação entre densidade do material e a densidade da água a 4ºC. É comum se estender o conceito de DENSIDADE RELATIVA à relação dos pesos e se adotar como peso específico a densidade relativa do material multiplicada pelo W. Índices Físicos dos Solos Exercício: 1) Para uma amostra de areia argilosa de origem aluvial foram obtidos: s = 2,72 KN/m³ e = 0,75 S = 50% Vs= 1m³ Determinar: a) Teor de umidade (w ) b) Peso específico natural ( ) c) Peso específico saturado ( sat ) d) Peso específico submerso ( sub ) e) Peso específico seco ( d ) Mecânica dos Solos Faculdade Estácio de Sá paulohenrique_eng@yahoo.com.br Obrigado
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