UNIDADE II - CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DO SOLO

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1 UNIDADE II - CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DO SOLO INTRODUÇÃO Ao e rabalhar com o olo propriamene dio, percebe-e que pouco ou quae nada e conhece a priori obre ee maerial. Dee modo, qualquer problema de engenharia envolvendo olo, neceia de um perfeio e compleo conhecimeno, da ua propriedade fíica e química. Aim, o olo precia er devidamene idenificado e claificado, por meio da ua propriedade índice, para uma melhor realização do projeo geoécnico Naureza da parícula A naureza da parícula ea inimamene ligada ao minerai coniuine da rocha de origem, podendo coner alguma preença de maéria orgânica. O principai minerai componene do olo groo (pedregulho e areia), podem er agrupado quano a compoição química em: a) ilicao - feldpao, mica, quarzo, erpenina, cloria, alco; b) óxido - hemaia, magneia, limonia; c) carbonao - calcia, dolomia; d) ulfao - geo, anidria. Já o chamado olo fino (ile e argila) ocorrem na fraçõe argiloa, onde e deacam rê grupo principai : caolinia, monmorilonia e ilia Fae coniuine do olo De acordo com o amanho, forma e a maneira pela qual a parícula ólida (grão) de um olo e enconram na naureza (arranjo da parícula), oberva-e a formação de vazio que poderão ear parcialmene ou oalmene preenchido por água. Na primeira hipóee, parcialmene preenchido por água, diríamo que o reo do vazio eariam ocupado pelo ar. PARTÍCULAS SÓLIDAS AR ÁGUA Figura Fae coniuine do olo

2 Dea forma, o olo é coniderado, em um cao mai genérico, como um iema dipero coniuído por rê fae fíica : ólida, liquida e gaoa. A água e apreena no olo na mai divera maneira, endo, em algun cao exremamene difícil de diinguir o eu diferene eado. O ipo de água enconrada no olo ão claificada em: a) água de coniuição - faz pare da eruura molecular da parícula; b) água adorvida ou adeiva - é aquela película de água que envolve e adere foremene a parícula ólida, ranmiindo ao olo a propriedade conhecida como coeão; c) água livre ou inericial - ocupa o vazio ora exiene no olo. Segue a lei da Hidráulica; d) água higrocópica - é aquela que permanece no olo memo depoi de eco ao ar livre; e) água capilar - ofre o fenômeno da capilaridade, geralmene enconrada no olo fino. PARTÍCULA DE ARGILA ÁGUA HIGROSCÓPICA ÁGUA ADSORIDA ÁGUA CAPILAR Figura Água conida no olo ale realar que a água livre, higrocópica e capilar ão a única que podem er eliminada, quando levada a uma emperaura maior que 100 o C. Já a fae gaoa é coniuída baicamene, por ar, vapor d água e carbono combinado. A ua imporância é maior, quando verifica-e o ineree em calcular a preõe neura deenvolvida em função da redução de volume da fae gaoa Eruura do olo Defini-e como eruura o arranjo ou dipoição da parícula coniuine do olo. Apear do urgimeno de novo modelo para repreenação da eruura do olo, ainda conideram-e o eguine ipo principai:

3 a) Eruura granular imple - caraceríica do pedregulho e areia, onde a força da gravidade é o principal agene condicionane, podendo o olo er mai deno ou mai fofo, de acordo com a claificação aribuída pela deerminação do Grau de Compacidade. b) Eruura alveolar - ípico em ile e areia fina, influenciada pelo proceo de edimenação ofrido pelo maerial. c) Eruura floculena - ó é poível em olo cuja parícula componene ejam muio pequena, como é o cao da argila. Sofrem influência direa da forma da parícula coniuine e da naureza do íon preene no meio em que e procea a edimenação. d) Eruura em equeleo - enconrado em maeriai em que e verifica ano a preença de grão fino quano de grão mai groo, dando o apeco de um equeleo, onde o vazio ão preenchido por uma eruura de grão mai fino. Ex.: argila marinha Eruura, forma e amanho do grão Eruura e forma da parícula Em função do proceo pelo qual foi originado, bem como do minerai coniuine da rocha, a parícula ólida do olo apreenam o principai ipo de forma: a) Arredonda - ou mai exaamene com forma poliédrica. Predominam o pedregulho, areia e ile; b) Lamelare - emelhane a lamela. A argila fazem pare dee ipo, endo como influência imediaa, a propriedade de compreibilidade e plaicidade. c) Fibilare - olo urfoo Tamanho da parícula A claificação genéica, realizada para a deerminação da origem do olo, apear de er um imporane dado obre o maerial, não é coniderada ecnicamene aplicável em cao práico da engenharia, devido a impoibilidade de e fazer uma correlação única enre a clae e ua propriedade geoécnica (compreibilidade, reiência, permeabilidade, ec). Sendo aim, verifica-e a neceidade de e fazer uma claificação com bae na propriedade índice enconrada no olo. Enre ea, a mai evidene refere-e a compoição granulomérica, ou eja, a porcenagem relaiva da fraçõe (pedregulho, areia, ile e argila) coniuine do olo.

4 Quano ao amanho da parícula, de uma maneira geral, podemo claifica-la na ordem decrecene do amanho da parícula, dependendo no cao da ecala granulomérica adoada. De uma maneira geral emo: Pedregulho - 76,0 mm > > 4,8 mm Groa : 4,8 mm > > 2,0 mm Areia Média : 2,0 mm > > 0,42 mm Fina : 0,42 mm > > 0,06 mm Sile - 0,05 mm > > 0,005 mm Argila - < 0,005 mm Porém, orna-e ainda neceário definir-e previamene uma ecala granulomérica correpondene ao amanho relaivo do grão da divera fraçõe coniuine do olo. U. S. BUREAU OF SOILS Pedregulho Areia Sile Argila 1 0,05 0,005 (mm) INTERNATIONAL (ATTERBERG, 1905) Pedregulho 2 Areia Groa 0,2 Areia Fina 0,02 Sile 0,0 02 Argila (mm) M. I. T. (1931) Pedregulho Areia Groa Areia Fina Sile Argila 2 0,6 0,06 0,002 (mm) ABNT ( 1945) Pedregulho Areia Groa Areia Fina Sile Argila 2 0,4 0,05 0,005 (mm) AASHO Pedregulho Areia Groa Areia Fina Sile Argila Argila coloidal 2 0,4 0,075 0,005 0,001 Figura Ecala Granulomérica (mm) Índice fíico do olo O olo, como já mencionado aneriormene, é coniuído por um iema de parícula repreenada por rê fae diina : ólida, liquida e gaoa. A figura 2.04 repreena ea rê fae, como a mema ão enconrada ipicamene em um olo naural. Na figura 2.05, ea fae ão eparada de maneira equemáica, uma da oura, viando faciliar a ua inerpreação. A fae ão enão dimenionada em volume do lado equerdo e por peo do lado direio.

5 PESOS OLUMES v a ar AR ÁGUA P Pa P SÓLIDA = v +.: v = a + ar P = P + P a endo: = volume oal v = volume de vazio a = volume de água ar = volume de ar = volume de ólido Figura a - Elemeno de olo naural P = peo oal P = peo de ólido P a = peo da água Figura b - Elemeno de olo eparado Dee modo, a mecânica do olo em por objeivo, verificar a relação enre ea rê fae denro de uma maa de olo, uilizando para io o conceio de índice fíico. Definiçõe báica do índice mai uado em mecânica do olo: a) Teor de Umidade (h%): onde: P a = peo da água P = peo do olo eco Pa h% P x 100 (1) b) Peo epecífico aparene de um olo (h 0) P (2) b) Peo epecífico aparene de um olo eco (h = 0) P Dividindo por P, ambo o ermo da fração e noando que P = P + P a, em-e: (3)

6 P P P P a (4) 1 h c) Índice de vazio (e): v e (5) De fao : e g P (6) d) Poroidade (n%) : por definição é a relação enre o volume de vazio e o volume oal de uma amora. v n% x 100 (7) Sua deerminação, ambém pode er feia em relação ao índice de vazio: e) Grau de Sauração (S%): n e (8) 1 e a S% x 100 (9) v f) Grau de Aeração (A%): Por definição : ar A% x 100 (10) v Daí : v a A% 1 S g) Peo epecífico do grão ( g ) : g g v Pg (11)

7 i) Peo epecífico da água ( a ) : Pa a (12) a a = 1,0 g / cm 3 j) Maa epecífica real do grão () : g a (13) Granulomeria O olo devido a oda a condiçõe reulane de eu proceo de formação, pode er coniderado como um maerial alamene heerogêneo, obre o qual erão conruído odo o ipo de obra da engenharia civil. Para alcançar o êxio de uma obra de erra ou fundação, neceia-e conhecer o comporameno prévio dee maerial (olo) in loco, porém em alguma veze orna-e uma arefa não ão fácil e econômica de e realizar. A Mecânica do Solo, oferece uma indicação inicial da qualidade dee maerial, aravé de propriedade fíica imediaa inríneca de cada olo, ai como a granulomeria. Aravé dea propriedade fíica, o olo é claificado egundo o amanho relaivo da ua parícula ólida, ou eja o grão, com a porcenagen da fraçõe coniuine. Exiem doi méodo uilizado para realização da análie granulomérica: a) Peneirameno - análie granulomérica de areia e pedregulho; b) Sedimenação - para grão menore que cerca de 0,075 mm (peneira Tyler n 0 200). O enaio do peneirameno conie na uilização de um jogo de peneira padronizada, de aberura da malha rigoroamene eabelecida, conforme morado na figura Grão menore do que a aberura da malha da peneira ão porçõe de olo reida na peneira, e menore correpondem a porcenagen que paam. (4.76 mm) # 4 (2.00 mm) # 10 (0.84 mm) # 20 (0.42 mm) # 40 (0.25 mm) # 60 (0.147 mm) # 100 Todo maerial nea peneira paou na peneira acima (#10), porano, o amanho do grão na peneira # 20 eão compreendido enre 2.00 e 0.84 mm Noe que odo o olo reido nea peneira, e paando # 20, poui amanho menor do que 0.84 mm (0.074 mm) # 200 Fundo

8 Figura Análie granulomérica por peneirameno O valore do peneirameno ão expreo em peo da porçõe reida na peneira em ordem decrecene : P 1, P 2, P 3,... ou, mai comumene em porcenagen do peo oal: (P 1 /P) x 100, (P 2 /P) x 100, (P 3 /P) x 100,... (14) onde: P - amora oal do olo eco A oma dea porcenagen é chamada de porcenagen acumulada reida, e omando-e o complemeno para 100, obém-e a porcenagen acumulada que paam. Exemplo : (P 1 /P) x % que paa na 1 a. peneira [(P 1 /P) + (P 2 /P)]x % acumulada que paa na 2 a. peneira, e aim uceivamene. Para grão menore do que 0,075 mm (peneira no. 200) uiliza-e, enão o méodo de edimenação conínua em meio líquido deenvolvido por Caagrande, comumene adoado no laboraório de Mecânica do Solo. Ee méodo é baeado na lei de Soke (1850), a qual relaciona o diâmero da parícula e ua velocidade de edimenação em um meio líquido de vicoidade e peo epecífico conhecido. A execução dee enaio, peneirameno e edimenação, foram padronizado por norma da Aociação Braileira de Norma Técnica - ABNT. A análie granulomérica é repreenada graficamene aravé de um diagrama emi-logarímico, conhecido como curva granulomérica. Na abcia ão marcado o logarimo do diâmero do grão maiore e em ordenada a porcenagen, em peo, do grão que paam na repeciva peneira uilizada no enaio. Além da melhor viualização da diribuição granulomérica do olo de graduação fina, a forma da curva é um apeco imporane a er obervado. Segundo a forma da curva o olo podem er eparado no eguine ipo, como morado na figura 2.07 : a) Granulomeria conínua ( curva A); b) Granulomeria deconínua ( curva B); c) Granulomeria uniforme ( curva C); d) Granulomeria bem graduado ( curva A); e) Granulomeria mal graduado

9 Solo bem graduado Solo de graduação uniforme Solo de graduaçào abera Figura Tipo de olo devido a forma da curva granulomerica Argila Sile Areia Fina Areia Média Areia Groa Pedregulho C A B DIÂMETRO DOS GRÃOS mm Figura Tipo de curva granulomerica O doi parâmero definido aravé da curva granulomérica ão : diâmero efeivo e grau de uniformidade. Diâmero efeivo d ef - é o diâmero correpondene a 10 % em peo oal, de oda a parícula menore que ele. Fornece uma boa indicação obre a permeabilidade da areia empregada no dimenionameno de filro. d ef = 10 (15)

10 % que paa d 10 d 60 d (ec. log.) Figura Curva granulomerica : 10 e 60 Coeficiene de deuniformidade - D - é a relação enre o diâmero correpondene a 60 % e 10 %, obervado na curva granulomérica : D (16) Quano maior ee valor, meno uniforme e o olo. De acordo com o valore do coeficiene de deuniformidade o olo ão claificado granulomericamene em : Muio uniforme - C u < 5 Uniformidade média - 5 < C u < 15 Deuniforme - C u > 15 A forma da curva do amanho do grão enre 60 e 10 é definida pelo coeficiene de curvaura do olo: C ( ) 30 c x (17) onde : 30 = diâmero correpondene a 30 %. Conidera-e para olo bem graduado, o valor de C c compreendido enre 1 e 3. Aravé da análie granulomérica a eguine propriedade do olo podem er idenificada: 1 - Se um dado ipo de olo apreena uma maior ou menor permeabilidade;

11 2 - Se o olo é adequado para er uado em projeo de conrução de barragen, rodovia e dique; 3 - Eimaiva da alura capilar; 4 - Se o olo pode ou não er aproveiado em miura de afalo ou concreo; 6 - Projeo de dimenionameno de filro, na prevenção do carreameno de parícula fina da maa do olo ( pipping ); 7 - Serve como uma imporane maneira de claificação do olo.