Aula 2 - Geologia e Formação dos solos_JG

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ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
Geotecnia I 
Prof.: João Guilherme Rassi Almeida
Disciplina: Geotecnia 1
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NOÇÕES DE GEOLOGIA APLICADA A ENGENHARIA
INTRODUÇÃO
Importância do conhecimento básico de Geologia em Engenharia:
– Perfis rochosos ou compostos (rocha e solo)
– Os solos têm origem na decomposição das rochas e podem preservar características mineralógicas e físicas
- PERFIL DO SOLO  Ex.: Fundação apoiada no solo ou na rocha
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
Mineral  Substância inorgânica e homogênea que ocorre naturalmente, com uma combinação química (um ou mais elementos químicos) definida e com uma estrutura atômica ordenada (Cristalina ou Amorfa)
Cristalizam-se a partir de líquidos magmáticos; pela recristalização em estado sólido; ou como produto de reações químicas entre sólidos e líquidos. 
MINERAL ≠ MINÉRIO (POSSUI VALOR ECONÔMICO / CONJUNTO DE 1 OU MAIS MINERAIS)
AMORFO  sem forma definida
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS
Brilho: reflexão da luz incidente da superfície de fratura recente do mineral
Cor: composição química ou impurezas contidas no mineral
Traço: cor do pó mineral quando este risca uma superfície áspera e porcelana branca dura
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS
Clivagem: superfície de fratura plana, paralela a uma face real ou possível do cristal
Fratura: superfície de quebra do mineral, independente do plano de clivagem 
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS
Dureza: resistência do mineral ao risco ou abrasão
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS
Tenacidade: resistência que o mineral oferece à flexão ao esmagamento (flexíveis ou quebradiços)
Magnetismo: contêm o elemento Fe (repelidos ou atraídos pelo imã
Peso Específico: peso do mineral em relação ao peso de igual volume de água
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
- GRANITO  Principais constituintes das rochas ígneas
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PRINCIPAIS MINERAIS FORMADORES DE ROCHA
FATORES DE IMPORTÂNCIA:
Pressão
Temperatura 
Disponibilidade do mineral químico 
Crosta Terrestre  99 % constitui-se de 10 elementos:
Oxigênio (46,6%)
Silício (28,2%)
Alumínio (8,2%)
Ferro (5,6%)
Calcio (4,2%)
Outros (Na; K; Mg; Ti; P)
Silicatos
- SILICATOS  Elementos mais comuns nas rochas
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PRINCIPAIS MINERAIS FORMADORES DE ROCHA
MINERAIS SILICATOS: apresentam o íon Si-4 situado entre quatro íons de O-2 compondo um arranjo tetraédrico (SiO4)-4 ; Al+3, Fe+3 e Mg+2 podem substituir parcialmente o Si.
MINERAIS NÃO SILICATOS: grupos de elementos nativos, sulfetos, óxidos e hidróxidos, carbonatos, haloides e sulfatos.
SILICATOS  Elementos mais comuns nas rochas
ELEMENTOS NATIVOS  qualquer elemento na sua forma simples (não-combinada). Ex.: Grafita (composta somente por Carbono)
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MINERAIS SILICATOS
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MINERAIS SILICATOS
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MINERAIS NÃO SILICATOS
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MINERAIS NÃO SILICATOS
Grafita
Hematita
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PETROLOGIA  Parte da Geologia que estuda as rochas.
BAIXO GRAU  Baixa temperatura e pressão.
ALTO GRAU  Alta temperatura e pressão
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
ROCHA
Corpo sólido natural, resultante de um processo geológico, formado por agregados de um ou mais minerais, arranjados segundo as condições de temperatura e pressão. 
CLASSIFICAÇÃO GERAL
Ígneas
Sedimentares
Metamórficas
O Carvão mineral também é considerado uma rocha  formação a partir de materia orgânica
DIAGÊNESE  Litificação (transformação dos fragmentos em rocha)
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
ROCHAS ÍGNEAS
Devido ao resfriamento e consolidação do MAGMA
Rochas intrusivas ou plutônicas  formadas em profundidade no interior da crosta terrestre
Rochas extrusivas ou vulcânicas  formadas na superfície terrestre devido o extravasamento de lava por condutos vulcânicos
Composição da Lava  Oxigenio e Silicio são os elementos mais abundantes
ROCHAS ÍGNEAS  Alta resistência mecânica
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
ROCHAS SEDIMENTARES
Formadas pelo material de intemperismo de outras
rochas, sujeito a processos de transporte, deposição e consolidação.
ROCHAS SEDIMENTARES  Baixa resistência mecânica
Rochas Calcárias e dolomíticas :Uteis na indústria cimenteira, da cal, vidreira, siderúrgica, de tintas, britas e agregados para concreto.
DIAGÊNESE  Litificação (transformação dos fragmentos em rocha)
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
ROCHAS METAMÓRFICAS
Originadas do metamorfismo de rochas pré-existentes
ROCHAS METAMÓRFICAS  Utilizadas como revestimento de pisos. Ex.: Mármore
Agentes do Metamorfismo
• calor
• pressões
• fluídos
Caracteres metamórficos
• Deformação dos minerais
• Achatamento dos minerais
• Orientação dos minerais
• Dobramento das bandas com
orientação dos minerais
• Recristalização de minerais
Resistência mecânica > rochas sedimentares
			 < rochas ígneas
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PARTÍCULAS DO SOLO
ORIGEM DO SOLO: todos os solos se originam da decomposição das rochas que constituíam inicialmente a crosta terrestre.
 Agentes físicos
Agentes químicos
∆T provoca trincas, o congelamento exerce elevadas tensões, fragmentando blocos.
Fauna e flora provoca ataques químicos; hidratação, hidrólise, oxidação, lixiviação.
Esses processos são mais atuantes em climas quentes do que frios, levando a formação de solos com diferentes partículas e composições químicas.
As características dos solos dependem da rocha que lhe deu origem.
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Geotecnia I
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ORIGEM DOS SOLOS
FATORES QUE INFLUENCIAM:
 Material de origem (rocha ou solo)
 Clima
 Relevo
 Biosfera
 Tempo
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Geotecnia I 
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ORIGEM DOS SOLOS
Solo Jovem (solo residual): é um solo que ainda contém características da rocha que lhe deu origem, é pouco intemperizado e encontram-se no local onde foram formados.
 solo residual maduro: é um solo superficial e que perdeu a estrutura original da rocha mãe e tornou-se relativamente homogêneo;
 solo saprolítico: solo que mantém a estrutura original da rocha mãe, inclusive veios intrusives, fissuras e xistosidade, mas perdeu a consistência de rocha, solo residual jovem.
 rocha alterada: horizonte em que a alteração progrediu ao longo de fraturas, deixando intactos grandes blocos de rochas.
Solos transportados: são aqueles que foram levados por algum agente de transporte.
 solos coluvionares: são formados por ação da gravidade.
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Geotecnia I
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ORIGEM DOS SOLOS
 solos aluvionares: são resultantes do carreamento pela água;
 solos eólicos: são solos transportados pelo vento;
 drifs: solos transportados por geleiras.
Solos orgânicos
Solos lateríticos: apresentam elevada concentração de ferro e alumínio, ficando assim avermelhados. Quando compactados possuem alta capacidade de suporte.
Fatores que influenciam a formação dos solos:
 Material de origem (rocha ou solo)
 Clima
 Relevo
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 Biosfera
 Tempo
Geotecnia I
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ORIGEM DOS SOLOS
Material de origem
Rochas basálticas dão origem a solos de textura argilosa;
Solos derivados de arenito são arenosos;
Material rico em quartzo, conferem ao solo cor clara.
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quartzo
basalto
arenito
granito
Geotecnia I
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ORIGEM DOS SOLOS
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Evolução do solo:
Geotecnia I
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ORIGEM DOS SOLOS
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Camadas de solo, região tropical:
Geotecnia I
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ORIGEM DOS SOLOS
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Constituição mineralógica dos solos:
os minerais encontrados nos solos são basicamente os mesmos da rocha matriz. Os argilos minerais são os que dão um comportamento diferencial aos solos.
Caulinita x Montimorilonita
C : ligadas por pontes de hidrogênio (1:1), argilo mineral altamente resistente e estável. Altamente intemperizado.
M : ligada por cátions Ca+2 e Na+(2:1), ligações fracas, pouco resistentes, área pouco intemperizadas.
Geotecnia I
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ORIGEM DOS SOLOS
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Tamanho e forma das partículas:
Segundo a ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
e Souza Pinto pode-se adotar as faixas de tamanho de grãos:
FRAÇÃO
LIMITES (ABNT)
LIMITES (Sousa Pinto)
Matacão
de 20 cm a 1 m
de 25 cm a 1 m
Pedra
de 60 mm a 20 cm
de 76 mm a 25 cm
Pedregulho
de 2,0 mm a 60 mm
de 4,8 mm a 76 mm
Areia grossa
de 0,60 mm a 2,0 mm
de 2,0 mm a 4,8 mm
Areia média
de 0,20 mm a 0,60 mm
de 0,42 mm a 2,0 mm
Areia fina
de 0,06 mm a 0,20 mm
de 0,05 mm a 0,42 mm
Silte
0,002 mm a 0,06 mm
0,005 mm a 0,05 mm
Argila
inferior a 0,002 mm
inferior a 0,005 mm
# n° 200 = 0,075mm a mais fina usada em laboratório.
Geotecnia I
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ORIGEM DOS SOLOS
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Tamanho e forma das partículas:
Nomenclatura mais comum:
Pedregulho→ Areia→ Silte→ Argila
Geotecnia I
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ORIGEM DOS SOLOS
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Tamanho e forma das partículas:
Arredondadas: predominam em pedregulhos, grão de areia e siltes;
Lamelares: predominam em argilas e mica;
Fibrilares: caract. de solos altamente orgânicos (Turfas).
Sistema solo-água-ar:
Geotecnia I
Partículas de solos
Vazios
- Água (Solo Saturado)
- Água + Ar 
 (Solo Não Saturado)
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ORIGEM DOS SOLOS
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 Sistema solo-água-ar
Geotecnia I
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ORIGEM DOS SOLOS
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 Sistema solo-água-ar
Da combinação das forças de atração e repulsão entre as partículas resulta a estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo e às forças entre elas. Há dois tipos básicos de estrutura:
 estrutura floculada: quando os contatos se fazem entre face-aresta
 estrutura dispersa: quando as partículas se posicionam paralelamente, face-face.
Geotecnia I
- +
- -
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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A identificação dos solos por meio das partículas que constituem os solos, são empregados dois tipos de ensaios: análise granulométrica e os índices de consistência.
 Análise granulométrica
Estudo das distribuição do tamanho dos grãos constituída em duas fases: 
 peneiramento= para partículas superiores a 0,075mm;
 sedimentação=para partículas menores que 0,075mm, Lei de Stokes.
Geotecnia I
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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O peso do material que passa em cada peneira, referido ao peso seco da amostra, é considerado como a “porcentagem que passa”, e representado graficamente em função da abertura da peneira, em log.
Geotecnia I
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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Geotecnia I
Granulometria contínua: solo bem graduado
Granulometria descontínua: solo mal graduado
Granulometria uniforme: solo uniforme
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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Geotecnia I
 Parâmetros definidos a partir da curva 
 Granulométrica
Diâmetro efetivo – D10 → diâmetro tal que o peso correspondente
a partículas menores que este é 10% do peso total da amostra
Coeficiente de uniformidade – Cu → informa a graduação
Cu<5 – solo uniforme
5<Cu<15 – solo medianamente uniforme
Cu > 15 – solo desuniforme 
Coeficiente de curvatura – Cc → permite identificar
descontinuidades da curva
Cc= 1 a 3 – solo bem graduado
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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Geotecnia I
 Nomenclatura dos solos em função da granulometria
Fração dominante + subdominante (simples ou composta com
 sufixo “oso” ou “osa”
Ex: argila siltosa, areia silto-argilosa, silte arenoso,...
Exercício 1:
 Com os dados apresentados a seguir, determine:
	a) A curva granulométrica;
	b) As porcentagens de pedregulho, areia, silte e argila 
conforme a ABNT;
	c) Os valores de Cu e Cc;
	d) Identificação preliminar do solo.
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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Geotecnia I
Abertura (mm)
Massa retida (g)
4,75
0,0
2,00
21,6
0,850
49,5
0,425
102,6
0,250
89,1
0,125
95,6
0,075
60,4
Fundo
31,2
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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Geotecnia I
 Limites de Atterberg
São teores de umidades limite entre os estados de consistência.
Baseiam-se na constatação de que um solo argiloso ocorre com 
Aspectos bem distinto conforme o teor de umidade.
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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Geotecnia I
 Limites de Liquidez
wL : teor de umidade do solo com o qual uma ranhura requer
25 golpes para fechar, numa concha.
25
40
INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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Geotecnia I
 Limites de Plasticidade
wP : menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um 
cilindro com 3mm de diâmetro, rolando-se com a palma da mão.
IP (%)
Descrição
0
Nãoplástico
1-5
Ligeiramente plástico
5-10
Plasticidade baixa
10-20
Plasticidade média
20-40
Plasticidade alta
>40
Plasticidade muito alta
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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Geotecnia I
 Atividade das argilas
 Identificar o potencial de expansão de solos argilosos;
 Pequenos teores de argila e elevados índices de consistência
indicam que a argila é muito ativa;
 Depende dos argilominerais presentes no solo;
Atividade
Descrição
0,75 a 1,25
Normal
Menor que 0,75
Inativa
Maior que 1,25
Ativa
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS
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Geotecnia I
 Exercício 2. Com os dados apresentados a seguir, determine:
	a) Limite de liquidez
	b) Limite de plasticidade
	c) Índice de plasticidade
	d) Atividade, considerando que o solo tem 54,3% de argila.
Umidade (%)
41,6
38,9
36,6
34,4
Golpes
11
21
30
42
Umidade (%)
21,0
21,7
20,4
21,3
20,5
20,4
Limite de liquidez
Limite de plasticidade
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