MECÂNICA DOS SOLOS I (TEC00259)

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1 MECÂNICA DOS SOLOS I (TEC00259) Origem dos Solos Perfis de Solos Grãos e Partículas dos Solos Prof. Manoel Isidro de Miranda Neto Eng.Civil, DSc

2 A ORIGEM DO SOLO Decomposição das rochas que constituíam, inicialmente, a crosta terrestre. Transformação física e química operada nas rochas quando expostas à biosfera, hidrosfera e atmosfera. Essa decomposição, transformação ou meteorização é denominada Intemperismo. O Intemperismo tem agentes físicos e agentes químicos ou biogeoquímicos.

3 ORIGEM DOS SOLOS OS 5 FATORES DE FORMAÇÃO: ROCHA DE ORIGEM CLIMA TEMPO RELEVO ORGANISMOS

4 CICLO DAS ROCHAS O PRODUTO FINAL DO INTEMPERISMO É O SOLO. Fontes:

5 SÉRIE DE BOWEN: Cristalização dos minerais Fonte: Fundamentos da Engenharia Geotécnica, Braja M. Das

6 SÉRIE DE GOLDICH: Estabilidade dos minerais Fonte: Fundamentos da Engenharia Geotécnica, Braja M. Das

7 O INTEMPERISMO na formação do solo

8 OS AGENTES FÍSICOS RADIAÇÃO SOLAR (ação térmica) causa fendilhamento e desagregação. ÁGUA E VENTO (ação mecânica) causa destruição, fendilhamento, fragmentação, corrosão, desbaste e polimento. SERES VIVOS (ação mecânica) causam destruição, fendilhamento e desbaste. OUTROS AGENTES MECÂNICOS : CRISTALIZAÇÃO, ALÍVIO DE PRESSÃO E RETRAÇÃO COLOIDAL.

9 FRAGMENTAÇÃO POR CRISTALIZAÇÃO

10 AGENTES QUÍMICOS: REAÇÕES OXIDAÇÃO de ferrosos (Fe 2+ ) a férricos (Fe 3+ ). HIDRATAÇÃO hidratação e oxidação da pirita [FeS 2 + 7O + H 2 O FeSO 4 + H 2 SO 4 ]; [2FeSO 4 + H 2 SO 4 + O Fe 2 (SO 4 ) 3 + H 2 O]; [FeSO 4 + CaCO 3 + 2H 2 O CaSO 4.2H 2 O (gipsita) + FeCO 3 ]; [4FeCO 3 + 2H 2 O + O 2 2Fe 2 O 3 (hematita) + 2H 2 O + 4CO 2 ] HIDRÓLISE altera silicatos liberando bases 6KAlSi 3 O H 2 O + 6H + 2KAl 3 Si 3 O 10 (OH) 2 + 4K + + 2H + + 3H 2 O + 12H 4 SiO 4 3Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + 6K H 4 SiO 4 (ortoclásio-illita-caulinita) CARBONATAÇÃO (dissolução) - CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 (calcita-bicarbonato cálcico) REDUÇÃO - SO H + H 2 S + 2O 2

11 Transformações com perdas de sílica

12 TRANSFORMAÇÃO DOS MINERAIS PRIMÁRIOS EM MINERAIS SECUNDÁRIOS - DISSOLUÇÃO, OXIDAÇÃO E HIDRATAÇÃO PIROXÊNIO EM GOETHITA e ORTOCLÁSIO EM CAULINITA Fonte: Decifrando a Terra

13 ALGUNS PROCESSOS ESPECÍFICOS LIXIVIAÇÃO - É a perda de substâncias solúveis (bases e sílica), removidas pelas águas. LATOLIZAÇÃO É o processo de formação de solos onde predomina o intemperismo químico e remoção de bases, em face do clima (quente e úmido) e relevo (suave), resultando em solos espessos, permeáveis e homogêneos. LATERIZAÇÃO É o processo de acumulação relativa de óxido de ferro ou de alumínio, decorrente de intensas perdas de sílica e bases, formando concreções ou cimentações.

14 PROCESSOS ESPECÍFICOS (cont.) GLEIZAÇÃO - É o processo de formação de solos sob condição de drenagem imperfeita ou impedida, relevo plano e subsolo impermeável, resultando em solos moles, saturados e em ambiente redutor e de agradação. PODZOLIZAÇÃO É o processo de formação de solos sob condições de lixiviação parcial de bases e translocação de argilas para horizonte inferior, resultando em solos pouco permeáveis, bem intemperizados e argilosos.

15 NOTAS SOBRE O INTEMPERISMO Solos formados em ambientes onde há predominância do intemperismo físico apresentarão composição mineralógica semelhante às rochas de origem. Nesses solos os minerais primários serão predominantes em relação aos minerais secundários. Solos onde o intemperismo químico é predominante são mais profundos e contêm mais finos. Nesses solos os minerais secundários serão predominantes na fração fina. Quartzo é fisicamente estável (dureza 7 na escala Mohs) e é um mineral quimicamente mais estável que a maioria dos minerais primários e predominam em solos granulares.

16 Escala de Dureza Mohs

17 MINERAIS PRIMÁRIOS Os minerais primários mais abundantes na crosta terrestre são os do grupo dos silicatos: Os silicatos reunem: Nesossilicatos (Olivinas), Sorossilicatos (Epídoto), Ciclossilicatos (Turmalina, Berilo ou Esmeralda e Cordierita), Inossilicatos (Piroxênios e Anfibólios), Filossilicatos (Micas: Biotita, Muscovita) e Tectossilicatos (Quartzo e Feldspatos: Albita, Anortita, Ortoclásio, Microclina, Augita, Leucita, Nefelina). Outros grupos de minerais primários são: Óxidos: Cuprita, Cassitetita, Pirolusita, Coríndon, Cromita. Sulfatos: Anidrita, Barita, Pirita, Galena, Cinábrio. Fosfatos: Apatita, Monazita, Lazulita. Carbonatos: Calcita, Dolomita, Malaquita. Elementos Nativos: Ouro, Prata, Platina, Enxofre,

18 MINERAIS SECUNDÁRIOS Os minerais secundários são produto da transformação dos minerais primários: Argilominerais: Caulinita, Esmectita, Haloisita, Vermiculita, Montmorilonita, Saponita. Outros Filossilicatos: Ilita, Clorita, Serpentita Hidróxidos: Bauxita, Brucita, Gibbsita, Goetita. Sulfatos: Gipsita, Jarosita. Carbonatos: Siderita.

19 PERFIS DE INTEMPERISMO

20 FORMAÇÃO DO PERFIL RESIDUAIS Apresentam horizontes gradativos, do solo maduro ao saprolítico, até a rocha sã. TRANSPORTADOS Podem apresentar extratos com materiais diversos (interestratificados) ou uma massa uniforme de solo. Os solos transportados são classificados quanto ao agente transportador: Coluvionar (gravidade), Eólico (vento), Aluvionar (enxurrada) ou Sedimentos Marinhos (mar).

21 PERFIL DE SOLO RESIDUAL

22 PERFIL DE SOLO RESIDUAL

23 Fonte:

24 Solos residuais A formação dos solos residuais está associada com a velocidade de decomposição da rocha superar a velocidade de remoção do solo. Há uma predominância de solos residuais nas regiões tropicais, especialmente pela forte influência do clima (precipitação, temperatura, umidade) e da vegetação Outros fatores também contribuem para a formação do solo como a estrutura e composição da rocha, o relevo e o tempo.

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27 MACIÇO ROCHOSO: ROCHA SÃCOM FAMÍLIA DE FRATURAS ALTERADAS

28 MACIÇO ROCHOSO MUITO FRATURADO

29 SOLO SOBREJACENTE AO MACIÇO ROCHOSO

30 ESTRUTURAS RELIQUIARES

31 ESTRUTURAS RELIQUIARES NO SOLO SAPROLÍTICO

32 SOLO RESIDUAL JOVEM OU SOLO SAPROLÍTICO

33 SOLO LATERÍTICO: SOLO MADURO COM PROCESSO DE LATERIZAÇÃO

34 SOLO SAPROLÍTICO: SOLO JOVEM EM PROCESSO DE FORMAÇÃO

35 SOLO RESIDUAL MADURO SOBREJACENTE AO SOLO RESIDUAL JOVEM

36 SOLO RESIDUAL JOVEM SUBJACENTE AO SOLO RESIDUAL MADURO

37 Solos Transportados Os solos removidos são normalmente transportados e se acumulam conforme a competência do agente transportador, podendo haver seleção granulométrica nas regiões de deposição. As seqüências deposicionais podem ser uniformes (caso das dunas e dos mangues) ou de composição variada (depósito de talus e colúvio)

38 SOLOS COLUVIONARES SOBREPOSTOS A SOLOS RESIDUAIS

39 COLÚVIO (HORIZONTE A) SOBREJACENTE AO SOLO RESIDUAL (B e C)

40 DEPÓSITO DE ENCOSTA - TALUS

41 DEPÓSITO DE ENCOSTA - TALUS

42 Seção geotécnica de um solo aluvionar interestratificado

43 SOLO ALUVIONAR EM PRIMEIRO PLANO E SOLO COLUVIONAR AO FUNDO

44 PAISAGEM COM SOLOS RESIDUAIS E TRANSPORTADOS

45 VISTA AÉREA DE UMA PLANÍCIE ALUVIONAR

46 SOLOS EÓLICOS - DUNAS

47 SOLO MOLE MANGUE

48 Grãos e Partículas dos Solos O solo é um sistema multifásico constituído de: Fase sólida minerais Fase líquida fluido, geralmente água Fase gasosa fluido, geralmente ar ou vapores Fase dissolvida substâncias, geralmente sais ou bases Fase orgânica particulados, geralmente de origem vegetal ou animal

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51 SOLO Análise Granulométrica Na fase sólida, com base nas normas: NBR 6502 Rochas e Solos NBR 5734 Peneiras para Ensaio NBR 6457 Preparação de Amostras NBR 7181 Análise Granulométrica

52 NBR 6502 Rochas e Solos Bloco de rocha f > 1m Matacão 20cm < f < 1m Pedra de mão 6cm < f < 20cm Pedregulho 2mm < f < 6cm grosso 20mm < f < 60mm médio 6mm < f < 20mm fino 2mm < f < 6mm Areia 0,06mm < f < 2mm grossa 0,6mm < f < 2mm média 0,2mm < f < 0,6mm fina 0,06mm < f < 0,2mm Silte 0,002mm < f < 0,06mm Argila f < 2mm

53 Blocos de Rocha, Matacães e Pedras

54 Solos: Pedregulhos

55 Areias

56 Siltes e Argilas

57 NBR 5734 Peneiras para Ensaio

58 NBR 5734 Peneiras para Ensaio São identificadas pela abertura da malha. As mais usuais são: a) Série para Análise Granulométrica (76; 50; 38; 25; 19; 9,5; 4,8; 2; 1,2; 0,6; 0,42; 0,25; 0,15; e 0,075mm). b) Limites de Atterberg (0,42mm). c) Ensaio de Compactação (19 e 4,8mm). d) Determinação do Teor de Umidade (76mm). e) Massa Específica (4,8 e 2mm).

59 FORMATO DAS PARTÍCULAS: Granulares ARREDONDADO SUBARREDONDADO SUBANGULAR UFF-CTC-TCE-TEC-Setor de Geotecnia ANGULAR