Notas de aulas parte 4b (Mec. Solos I)

Prévia do material em texto

1
 
 
 
Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 4b) 
 
OBS. As notas de aulas de Mecânica dos Solos I parte 4 foram divididas em duas 
partes, em parte 4a e parte 4b. 
 
 
 
Helio Marcos Fernandes Viana 
 
 
 
 
Tema: 
 
Estrutura dos solos 
 
 
Conteúdo da parte 4b 
 
1 Introdução 
 
2 Estrutura dos solos grossos 
 
3 Estrutura dos solos finos 
 
4 Amolgamento e sensibilidade das argilas 
 
5 Tixotropia 
 
 
 
 
 
 
 2 
1 Introdução 
 
1.1 Conceitos de estrutura dos solos 
 
 
a) Estrutura dos solos é a forma como estão dispostas as partículas do solo; ou 
 
b) Estrutura é a propriedade do solo que proporciona a integridade do solo. 
 
OBS. De acordo com o segundo conceito (b), se houver variação na estrutura de um 
solo, então o solo se transformará em um solo diferente do original, ou seja, o solo 
tornar-se-á diferente em relação ao estado em que se encontra no campo (ou na 
natureza). 
 
 
1.2 Principais componentes da estrutura dos solos 
 
 
 Dentre os principais componentes da estrutura dos solos, destacam-se: 
 
a) A mineralogia do solo; 
b) O tamanho das partículas; 
c) O arranjo físico das partículas; 
d) As proporções relativas das partículas (argila, silte, areia e pedregulho); 
e) O tamanho dos poros do solo; 
f) O ar contido nos poros do solo; 
g) A forças existentes entre as partículas do solo; e 
i) Etc. 
 
 
2 Estrutura dos solos grossos 
 
 
Î Na estrutura dos solos grossos, as partículas se apóiam diretamente uma sobre 
as outras. 
 
Î No caso de areias, a estrutura do solo varia de uma estrutura fofa até uma 
estrutura compacta. 
 
Î No processo de sedimentação dos solos grossos a força que prevalece é a força 
da gravidade, ou o peso próprio dos grãos. 
 
OBS. Sedimentação é o processo de deposição das partículas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 3
Î O comportamento dos solos grossos depende fundamentalmente da sua 
compacidade relativa, definida pela seguinte equação: 
 
 
 (2.1) 
 
em que: 
Dr = compacidade relativa; 
emáx = índice de vazios correspondente ao estado mais fofo possível; 
emín = índice de vazios correspondente ao estado mais compacto possível; e 
enat = índice de vazios correspondente ao estado natural do solo. 
 
OBS. Em aulas futuras será explicado como se obtém o índice de vazios do solo. 
 
 
3 Estrutura dos solos finos 
 
3.1 Estrutura alveolar e estrutura floculenta 
 
 
 Os solos finos de acordo com Terzaghi podem apresentar 2 (dois) tipos de 
estruturas, as quais são: Estrutura alveolar e estrutura floculenta. 
 
a) Características da estrutura alveolar 
 
Î A estrutura alveolar é característica em solos com partículas da ordem de 0,02 
mm (ou siltes), onde as forças de gravidade e as forças de superfície quase se 
equivalem. 
 
Î Quando as partículas da ordem de 0,02 mm se unem para sedimentar na água, 
ou no ar, as partículas formam uma estrutura alveolar semelhante a favos de abelha. 
 
OBS. Alvéolos são as pequenas cavidades do favo de mel. 
 
Î Na estrutura alveolar, os alvéolos são formados por poucas partículas de solo, 
portanto não existe formação grumos de partículas. 
 
OBS. Grumo é uma aglomeração de várias partículas. 
 
 A Figura 3.1 ilustra a estrutura alveolar; Observe que o alvéolo é formado 
pela união de poucas partículas de solo, ou seja, não existem grumos de partículas 
para formar os alvéolos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
%100.
ee
eeDr
mínmáx
natmáx
−
−=
 4 
 
 
Figura 3.1 - Estrutura alveolar de um solo fino com partículas da ordem de 0,02 
mm 
 
b) Características da estrutura floculenta 
 
Î A estrutura floculenta ocorre em partículas menores que 0,02 mm; Portanto, 
ocorre em siltes e argilas. 
 
Î As partículas com diâmetro menor que 0,02 mm necessitam se unir e formar 
grumos para sedimentar. Então, após a sedimentação dos grumos de partículas é 
formada a estrutura floculenta. 
 
Î A estrutura floculenta é semelhante a estrutura alveolar; Contudo, diferentemente, 
da estrutura alveolar onde os alvéolos são formados por poucas partículas de solo, 
na estrutura floculenta os alvéolos são formados por grumos de partículas (ou várias 
partículas). 
 
 A Figura 3.2 ilustra uma estrutura floculenta com os alvéolos formados por 
grumos de partículas. 
 
 
Figura 3.2 - Estrutura floculenta de um solo fino, com partículas menores que 
0,02 mm (siltes e argilas) 
 5
Î Finalmente, destaca-se que o processo de sedimentação (ou deposição de 
partículas) dos solos envolve partículas dos mais diversos tamanhos; Assim sendo, 
raramente, as estruturas alveolar e floculenta ocorrem isoladamente. 
 
OBS(s). 
i) De acordo com a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), tem-se que: 
a) Pedregulhos são solos com partículas com: φ (diâmetro) ≥ 4,8 mm; 
b) Areias são solos com partículas com: 0,05 mm ≤ φ (diâmetro) < 4,8 mm; 
c) Siltes são solos com partículas com: 0,005 mm ≤ φ (diâmetro) < 0,05 mm; e 
d) Argilas são solos com partículas com: φ (diâmetro) < 0,005 mm. 
ii) Para o MIT (Massachusetts Institute of Technology) nos EUA, as argilas são solos 
com φ (diâmetro) < 0,002 mm. 
 
 
3.2 Estrutura esqueleto 
 
 
Î A estrutura esqueleto ocorre em solos formados por grãos finos e grãos grossos. 
 
Î Na estrutura esqueleto, os grãos grossos se dispõem de maneira tal que os 
interstícios (ou pequenos espaços) entre os grãos grossos são ocupados por uma 
estrutura de grãos mais finos. 
 
 A Figura 3.3 ilustra uma estrutura de solo tipo esqueleto. 
 
 
Figura 3.3 - Estrutura esqueleto formada por: grãos de silte, de partículas de 
argila, e por partículas coloidais de baixo e de alto grau de 
adensamento 
 6 
 Pode-se observar, na Figura 3.3, que a estrutura esqueleto é formada por: 
grãos de silte, de partículas de argila, e por partículas coloidais de baixo e de alto 
grau de adensamento. 
 
OBS(s). 
a) Substância coloidal é uma substância que tem a natureza gelatinosa; e 
b) Floco é uma partícula em forma de folha. 
 
Î Como exemplo de solos com estrutura tipo esqueleto tem-se as argilas marinhas 
(ou do mar). 
 
 
3.3 Estruturas das argilas segundo Craig (2007) 
 
 
 Craig (2007) apresenta 5 (cinco) estruturas possíveis de serem encontradas 
em argilas, tais estruturas foram classificadas como: 
 
 a) Estrutura dispersa; 
 b) Estrutura floculada; 
 c) Estrutura livraria; 
 d) Estrutura turbostrática; e 
 e) Estrutura de argila natural, a qual ocorre em argilas naturais, que possui 
porção significativa de partículas grandes e volumosas como partículas de silte. 
 
 A Figura 3.4 ilustra as 5 (cinco) estruturas possíveis de serem encontradas 
nas argilas, as quais são apresentadas por Craig (2007). 
 
 Observe, na Figura 3.4, que na estrutura de argila natural podem ser 
encontradas partículas de silte. 
 
 
 
Figura 3.4 - As 5 (cinco) estruturas de solo possíveis de serem encontradas 
nas argilas, as quais são apresentadas por Craig (2007) 
 7
OBS. Embora, a literatura não registre, possivelmente as estruturas de solo descritas 
por Craig (2007), somente, são observadas por meio de microscópios. 
 
 
3.4 Vazios nos solos finos 
 
 
 Os solos finos possuem um grande volume de vazios, o que confere a estes 
solos uma elevada compressibilidade. Assim sendo, acréscimos de cargas de 
fundações sobre solos finos pode provocar diminuição dos vazios do solo, e 
consequentemente, causar recalques (afundamentos) indesejáveis da fundação. 
 
OBS. Compressibilidade é a capacidade que os solos têm de diminuírem de volume 
aos serem comprimidos por pressão. 
 
 
4 Amolgamento e sensibilidade das argilas 
 
4.1 Introdução 
 
 
 Amolgamento é o amassamento da argila em todas as direções, sem queocorra alteração do teor de umidade. 
 
 O amolgamento tem os seguintes aspectos danosos: 
 
a) O amolgamento tende a destruir a estrutura original do solo, ou seja, o 
amolgamento elimina as ligações existentes no solo desde a sua formação; e 
b) O amolgamento provoca REDUÇÃO DE RESISTÊNCIA do solo. 
 
 
4.2 Sensibilidade da argila quanto ao amolgamento 
 
 
 A um teor de umidade constante, a sensibilidade da argila quanto ao 
amolgamento é definida pela seguinte equação: 
 
 
 (4.1) 
 
em que: 
 St = sensibilidade da argila; 
 RC = resistência à compressão da amostra de argila indeformada; e 
 R’C = resistência à compressão da amostra de argila amolgada. 
 
 Quanto maior a sensibilidade da argila (St) quanto ao amolgamento, maior 
será a perda de resistência da argila, quando a argila for amolgada. 
 
 A Tabela 4.1 mostra a classificação das argilas, quanto a sua sensibilidade 
ao amolgamento. 
 
'
C
C
R
RSt =
 8 
Tabela 4.1 - Classificação das argilas, quanto a sua sensibilidade ao 
amolgamento (St) 
 
 
 
 
5 Tixotropia 
 
 
Î Tixotropia é a recuperação da resistência perdida pela argila pelo efeito do 
amolgamento. 
 
Î Quando a argila permanece em repouso, a argila tende a recuperar a resistência 
inicial que foi perdida pelo amolgamento. 
 
OBS. No amolgamento da argila ocorre o desequilíbrio das forças interpartículas; 
Contudo, quando a argila está em repouso, os potenciais de atração e repulsão no 
interior da argila tende ao equilíbrio, de maneira a recuperar a resistência inicial. 
 
Î A tixotropia é mais evidente nas argilas montmoriloníticas. 
 
Î A propriedade tixotropia é de grande utilidade prática; como por exemplo, para 
estabilizar furos de sondagem com uso de lamas de argila betonita (ou lamas 
betoníticas); Pois, a lama evita desmoronamentos no furo de sondagem. 
 
OBS. A betonita é uma argila do grupo das argilas montmorilonitas. 
 
 
Referências bibliográficas 
 
 
BUENO, B. S.; VILAR, O. M. Mecânica dos solos. Apostila 69. Viçosa - MG: 
Universidade Federal de Viçosa, 1980. 131p. 
 
CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações (fundamentos). Vol. 1. 6. 
ed., Rio de Janeiro - RJ: Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., 2007. 234p. 
(Bibliografia Principal) 
 
CRAIG, R. F. Mecânica dos solos. 7. ed., Rio de Janeiro - RJ: LTC - Livros 
Técnicos e Científicos Editora S. A., 2007. 365p. 
 
St < 1 Argila insensível
1 < St < 2 Argila de baixa sensibilidade
2 < St < 4 Argila de média sensibilidade
4 < St < 8 Argila sensível
St > 8 Argila extrasensível
Classificação da argila quanto à 
sensibilidadeSensibilidade (St)