Caracterização dos Solos

Transcrição

1 Mecânica dos Solos Caracterização dos Solos Prof. Fernando A. M. Marinho

2 Exemplos de obras de Engenharia Geotécnica Talude Natural Talude de corte Barragem de terra Aterro de estradas Construções em solos moles Fundações de edifício Escavações escoradas Tuneis Fundações de estruturas off shoree Existem obras que são: Modificado de Atkinson (1993) No solo : Fundações de edifícios, pontes Dentro do solo: Tuneis, subterâneos, Com solo : Estradas, Aterros, Barragens. Suportadas : Muros de arrimo.

3 Características básicas dos solos O solo consiste de grãos (minerais e fragmentos de rochas) com ar e água nos vazios entre os grãos A quantidade de ar e água contida no solo varia de acordo com as condições locais O solo pode estar completamente seco, totalmente saturado de água ou entre estes dois extremos Sob o ponto de vista da engenharia o solo não é um material sólido como o aço ou concreto, ele é um meio particulado. É de grande importância compreender o significdado dos tamanhos das partículas, sua forma e composição. Outro aspecto importante é a sua estrutura.

4 Solo Pedologista É uma substância que existe na superfície da terra, a qual permite a cresciemnto de plantas. Geólogo Solo é um material presente na surperfície relativamente fina na qual raizes estão presentes. O restante da crosta é chamada Rocha, independente da dureza. Engenheiro Solo é um depósito desagregado de minerais, particulas orgânicas que cobre a superfície da terra.

5 Descrição dos Solos Várias pessoas descrevem os solos de diversas maneiras. Temos definições dos geólogos, dos agrônomos, etc... A descrição dos engenheiros geotécnicos engloba o estado do solo e sua susceptibilidade para mudanças futuras. Estas mudanças podem ser devidas a: carregamento, drenagem, estruturas, e modificação da superfície do terreno Os engenheiros geotécnicos estão interessados nas seguintes propriedades dos solos: Resistência Rigidez Permeabilidade Isto depende em primeiro lugar : Dos grãos do solo, do Estado de tensão, do teor de umidade e grau de saturação, do peso específico

6 A mecânica dos Solos é uma das mais jovens disciplinas da engenharia civil De acordo com Terzaghi (1948) Mecânica dos solos é a aplicação das lei da mecânica e hidráulica a problemas de engenharia que tratam de sedimentos e outros materiais compostos de partículas não consolidadas, produzidas pela desintegração mecânica e química de rochas tendo ou não materiais orgânicos.

7 Natureza dos Solos

8 Origens dos Solos (Formação e Mineralogia) Os solos são os resultados de eventos geológicos. A natureza e estrutura do solo depende muito do processo geológico que o formou. Estes processos são: Destruição da rocha mãe (intemperismo, decomposição, erosão) Transporte para o local de deposição (gravidade, fluxo de água, vento) Condições ambientais no local da deposição (inundação em planície, bancos em rios, em lagos, no mar) Condições de carregamento e drenagem após a deposição (sem sobrecarga, grande sobrecarga, mudanças de água, lixiviação, contaminação). Transporte e Deposição A natureza do solo é fortemente determinada pelo transporte e deposição (i.e. tamanho, composição e distribuição dos grãos). O ambiente onde a decomposição ocorreu e o subseqüente evento geológico tem um papel fundamental no estado do solo (i.e. densidade, teor de umidade). Afeta ainda a estrutura do solo (i.e. acamamento, estratificação, ocorrência de juntas ou fissuras, presença de raízes, vazios..etc.).

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10 Tamanho das Partículas, Forma e Distribuição Barril Prato Moeda Areia Silte Argila

11 Tamanho das Partículas Areias As partículas são visíveis a olho nu Siltes Quando secam ficam viram pó e são facilmente removidos das mãos e dos sapatos. Argilas Quando úmidas são pegajosas e difíceis de serem removidas das mãos e dos sapatos. Argila Silte Areia Cascalho Pedra de mão Matacão mm 0.06mm 2mm 60mm 200mm

12 Areias

13 Areias e Siltes Areias e partículas de grandes diâmetros são arredondadas, mas possuem diferentes características na forma e na rugosidade da superfície Isto depende da forma de transporte Possuem uma baixa superfície específica Aredondados água ou ar sedimento transportado Angular Faces planas e quinas vivas solos residuais

14 Areia do Mar da China Africa do Sul - Sun City Caribe Ilha Turks & Caicos Mexico Praia de Cancun

15 Argilas As argilas possuem uma forma de placas onde sua espessura é muitas vezes menor que seu comprimento e largura. Muitas vezes isto chega a 1/100 de seu comprimento. Possuem um elevado valor de superfície específica. Suas superfícies possuem uma pequena carga elétrica negativa que atrai a carga positiva da moléculas de água. A carga depende do tipo de mineral e pode ser afetado pela característica da água. Esta característica causa forças entre as partículas que são proporcionais a superfície específica. Muita água pode ser absorvida pela argila.

16 Caulin Solo Laterítico Bentonita Solo Residual

17 Tipos de minerais Argila São três os principais tipos de minerais argila: As Caolinitas : Formada pela decomposição de feldspato ortoclase (i.e. granito) Ilitas : São os mais comuns. São formados pela decomposição de algumas micas e feldspatos Montmorilonita : São do grupo das Esmectitas. São formados pela alteração de rochas ígneas básicas contendo silicatos ricos em Ca e Mg. São potencialmente expansivos.

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19 Solo Residual - compactado

20 Solo Residual de Gnaisse - compactado

21 Solo Residual de Gnaisse - compactado

22 Mineral - Solo Largura do Grão d (µm) Espessura Superfície Específica m²/n Grãos de Quartzo 100 d Areia de Quartzo d Caolinita d 2 Ilita d 8 Montmorilonita d 80

23 Origens dos Solos - ROCHAS Todos os solos se originam, direta ou indiretamente de rochas: Rochas ígneas : Esfriamento do magma (granitos, basaltos..etc.) Rochas sedimentares: Camadas de sedimentos adensados e cimentados (arenitos, calcáreos, folhelhos, etc.) Rochas metamórficas Alteração de rochas existentes devido ao calor de intrusões ígneas (mármores, quartzitos) ou devido a pressão do movimento da crosta terrestre (gnaisse, ardósia)

24 Origens dos Solos - INTEMPERISMO A Intemperização das rochas podem dos seguintes tipos: Física ou mecânica ( ação da água, temperatura, vento) O produto é uma material grosso (silte, areias e pedregulhos) Químico (ambiente quente e úmido. Degradação por alteração/ou decomposição). O produto é geralmente solos finos. O tipo de mineral depende da rocha mãe e da drenagem local. O quartzo não é afetado pelo intemperismo químico. As argilas são formadas principalmente dos feldspatos.

25 vento chuva gelo calor frio minerais e nutrientes óxidos de ferro e alumínio sílica intemperização mecânica intemperização química Argila 3-camadas Argila 2-camadas silte areia/quartzo Rocha mãe Rocha mãe decomposta

26 Solos Residuais

27 Solos Transportados

28 Solo Residual Solo Residual Turfa Solo orgânico

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30 Bibliografia Curso Básico de Mecânica dos Solos Carlos de Sousa Pinto Ed. Oficina de Textos An Introduction to The Mechanics of Soils and Foundations John Atkinson Ed. McGrawHill Fundamentals of Soil Behavior James K. Mitchell Ed. Wiles & Sons.