Aula4 Propriedades dos solos

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MECÂNICA DOS SOLOS I 
(TEC00259) 
 
 
O sistema água-argilomineral 
Propriedades dos Solos 
Prof. Manoel Isidro de Miranda Neto 
Eng.Civil, DSc 
AFINIDADE ÁGUA-ARGILOMINERAL 
UFF-CTC-TCE-TEC-Setor de 
Geotecnia 
ARGILOMINERAL 
CAULINITA 
17 m 
TETRAEDRO DE SILÍCIO 
OCTAEDRO DE ALUMÍNIO 
ARGILOMINERAL DO GRUPO 2:1 
ESMECTITA 
5 m 
ARGILOMINERAL DO GRUPO 2:1 
ILLITA 
7,5 m 
VALORES TÍPICOS PARA ARGILOMINERAIS 
ATAPULGITA 
4.7 m 
Trovey, 1971 ( from Mitchell, 1993) 
Dupla camada difusa da superfície coloidal 
Fonte: Fundamentals of Soil Behavior – James K Mitchell 
Dupla camada difusa: efeito da concentração 
Fonte: Fundamentals of Soil Behavior – James K Mitchell 
Dupla camada difusa: efeito da valência 
Fonte: Fundamentals of Soil Behavior – 
James K Mitchell 
ESTRUTURA DE SOLOS 
• ESTRUTURA – Fábrica, textura e padrões de 
descontinuidades que formam a unidade solo-rocha. 
• FÁBRICA – arranjo espacial das partículas 
componentes do solo, ou seja, a disposição relativa 
dos grãos e dos fluídos (ar e água) presentes no solo. 
• TEXTURA – Forma, tipo e tamanho das partículas. 
• DESCONTINUIDADES – Natureza e distribuição das 
superfícies que separam os elementos constituintes do 
solo (fissuras, falhas, fraturas, planos de acamamentos 
e juntas). 
ESTRUTURA DAS ARGILAS 
• FLOCULADA – disposta em face e aresta 
• DISPERSA – disposta em arranjo face-face 
• AGREGADOS OU CLUSTERS – disposta em arco 
formando macro poros, conforme o processo 
deposicional (quanto mais salino o meio mais 
aberta a estrutura) 
• CONCREÇÕES – desenvolvimento de 
precipitados que contribuem para cimentar os 
agregados. 
ESTRUTURA DAS AREIAS 
• FOFA – arranjo com menor densidade relativa. 
• COMPACTA – arranjo com maior densidade 
relativa. 
• INTERTRAVADA – com grãos de tamanho 
variado que preenchem os vazios e conferem 
um contato maior entre os grãos. 
• CONCREÇÕES – desenvolvimento de 
precipitados que contribuem para cimentar os 
agregados. 
Estrutura alveolar 
Extraído de : Mecânica dos Solos - Maria José C P A Lima 
Propriedades dos solos do ponto de 
vista da Eng. Civil 
Os projetos e obras geotécnicas podem envolver 
até três questões básicas: 
1. As deformações do solo; 
2. A ruptura de uma massa de solo; e/ou 
3. O fluxo de água através do solo. 
Propriedades mecânicas dos solos 
Três propriedades mecânicas contribuem para o 
entendimento dessas questões básicas: 
1. A deformabilidade do solo; 
2. A resistência ao cisalhamento do solo; e 
3. A permeabilidade do solo. 
DEFORMABILIDADE 
mudanças volumétricas na ruptura 
 contração 
 expansão 
Mudanças volumétricas por 
esforços compressivos (recalques) 
Estrutura Alveolar e Estrutura fofa 
Estrutura compacta 
COMPRESSIBILIDADE 
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO 
• OS SOLOS NORMALMENTE NÃO RESISTEM À TRAÇÃO. 
• A RUPTURA DOS SOLOS NORMALMENTE SE DÁ POR 
CISALHAMENTO. 
• A FUNÇÃO DE PLASTIFICAÇÃO (OU FUNÇÃO DE 
RUPTURA) USUAL PARA SOLOS É A ENVOLTÓRIA DE 
MOHR-COULOMB 
• NA MAIORIA DOS CASOS ADMITE-SE QUE O SOLO SE 
COMPORTE COMO UM MEIO “CHILE” (CONTÍNUO, 
HOMOGÊNEO, ISOTRÓPICO, LINEAR E ELÁSTICO), 
EMBORA SEJA UM MEIO PARTICULADO, COM RIGIDEZ 
VARIÁVEL E COM DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS. 
A CURVA TENSÃO DEFORMAÇÃO e 
A ENVOLTÓRIA DE MOHR-COULOMB 
SOLOS COLAPSÍVEIS 
• Solos argilosos têm 
forte dependência da 
resistência com o teor 
de água. 
• Alguns solos podem 
exibir resistência com 
baixo teor de água e, 
quando esse teor de 
água aumenta, entram 
em colapso. 
PERMEABILIDADE 
• É facilidade com que o fluido percola pelos poros do solo. 
• A permeabilidade afeta alguns processos no solo como a 
transferência de massa, a infiltração, ou o adensamento. 
PERMEABILIDADE 
• A permeabilidade do solo permite avaliar a vazão de água 
que flui através do solo, a vazão que pode ser extraída de 
um poço de abastecimento, ou o transporte de solutos nos 
solos. 
Propriedades das 
areias e das argilas 
• Quando as areias predominam nos solos 
consideramos esses solos granulares. 
• Quando o teor de argila é predominante, 
consideramos esses solos como finos. 
• Teores de argila > 20% determinam um 
comportamento como solo fino. 
• Os grãos de silte, apesar de não terem as 
propriedades do sistema água-argila, são 
associadas a solos finos. 
As Propriedades de estado 
das areias e das argilas 
• Em relação ao estado, dizemos que solos 
granulares exibem compacidade. Essa 
propriedade está relacionada com os vazios 
existentes entre os grãos do solo. 
 
• Dizemos que solos finos exibem consistência. 
Essa propriedade está relacionada com a 
resistência, que decorre do teor de água do 
solo. 
Solos granulares como areias, areias siltosas, 
areias argilosas e siltes arenosos podem ser 
classificados como: 
• Muito Fofo; 
• Fofo; 
• Medianamente Compacto; 
• Compacto ; e 
• Muito Compacto. 
Compacidade dos solos granulares como 
areias e siltes arenosos 
• O estado de uma areia, pode ser expresso 
pela compacidade relativa; 
• A compacidade relativa ou densidade 
relativa é dada pela expressão: 
• CR = (emáx – enat)/(emáx – emín). 
• Areias com valores entre 0,33 e 0,66 são 
consideradas medianamente compactas. 
• Areias abaixo de 0,33 são consideradas 
fofas e acima de 0,66 são compactas. 
Solos granulares 
• O comportamento é determinado pelo 
contato entre os grãos minerais (atrito); 
• Quanto mais bem distribuído for o solo 
maior o entrosamento entre os grãos; 
• Quanto mais irregulares forem os grãos 
maior o entrosamento entre eles; 
 
Solos finos como argilas, argilas siltosas, 
argilas arenosas e siltes argilosos podem ser 
classificados como: 
• Muito Mole; 
• Mole; 
• Média; 
• Rija; 
• Muito Rija; e 
• Dura. 
A consistência de solos argilosos pode ser 
expressa em função da resistência à 
compressão simples 
• Muito Mole – até 25 kPa; 
• Mole – de 25 a 50 kPa; 
• Média – de 50 a 100 kPa; 
• Rija – de 100 a 200 kPa; 
• Muito Rija – de 200 a 400 kPa; e 
• Dura – maior que 400 kPa. 
Solos argilosos 
• Os solos finos não são perfeitamente identificáveis 
apenas pela granulometria, seu comportamento 
depende muito da mineralogia, da sua estrutura e 
da água intersticial. 
• Possuem coesão – um conjunto de forças que 
atuam nas partículas finas e conferem uma 
resistência intrínseca à deformação; e 
• Plasticidade – propriedade do material ser 
moldado sem variação de volume. 
• Podem apresentar sensitividade – elevada perda 
de resistência no estado amolgado; 
 
Índices de Atterberg (de consistência) 
• Nas argilas, a plasticidade depende do teor de 
água 
• O limite de plasticidade (LP) é o teor de água 
correspondente a passagem do estado friável 
para o estado plástico. 
• O limite de liquidez (LL) é o teor de água que 
marca a passagem do estado plástico para o 
estado fluido viscoso. 
Solos argilosos 
• A consistência de um solo argiloso pode ser 
determinada pela expressão: 
• IC = (LL – w) / LL – LP 
• O índice de consistência (IC) indica a posição 
relativa da umidade (w) aos limites de estado (LL 
e LP). 
• O índice de plasticidade (IP) é a diferença entre 
os dois limites de Atterberg LL e LP, onde o 
material se apresenta plástico. 
 
CARTA DE PLASTICIDADE DE CASAGRANDE 
Índice de plasticidade de alguns argilominerais 
Solos argilosos 
• Superfície específica – é a relação entre a área 
do grão e sua massa ou volume. Varia conforme o 
argilomineralde 800m2/g para montmorilonita a 
15m2/g para caolinita. 
• Índice de atividade (IA) de Skempton – é a 
relação entre o índice de plasticidade (IP) e o 
percentual de argila do solo. Normal entre 0,75 e 
1,25. Ativa acima e inativa abaixo dessa faixa. 
• O índice de atividade (IA) mede a maior ou menor 
influência da fração argila (partículas coloidais) no 
comportamento do solo.