Universidade Paulista Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Professora Moema Castro, MSc. C O M P L E M E N T O S D E M E C Â N I C A D O S S O L O S E F U N D A Ç Õ E S NATUREZA DOS SOLOS G R A N U L O M E R I A A U L A 02 G o i â n i a, 2 0 1 6 / 2.
Material de apoio 2 PINTO, C. de S. Curso Básico de Mecânica dos Solos, Editora Oficina de Textos, São Paulo, 2006. MASSAD, F. Mecânica dos Solos Experimental, Editora Oficina de Textos, 2016.
Granulometria do Solo 3 Primeira característica que diferencia o solo. Não é fácil identificar pelo simples manuseio. Recebe Denominações específicas para faixas de tamanhos de grãos.
Conceito: Granulometria do Solo 4 A granulometria do solo representa uma de suas características mais estáveis, sendo determinada por meio de análise granulométrica. A granulometria do solo vem a ser a distribuição de suas partículas constituintes, de natureza inorgânica ou mineral, em classes de tamanho. As classes de tamanho das partículas inorgânicas são também chamadas de frações granulométricas.
Fração Granulométrica: Granulometria do Solo 5 Uma fração granulométrica representa uma classe de tamanho de partícula, que é definida por um limite superior e um limite inferior de acordo com a escala adotada. As partículas de uma mesma classe ou fração podem variar quanto à forma, estrutura e composição granulométrica, podendo ser cristalinas ou amorfas.
Granulometria do Solo Fração fina do solo Argila: inferior a 0,005mm (normalmente abaixo de 0,002mm) Silte: de 0,005mm a 0,05mm 6 Fração grossa do solo Areia: de 0,05mm a 4,8mm Pedregulho: de 4,8mm a 7,6cm Pedregulho > Areia > Silte > Argila
Granulometria do Solo 7 Limites das frações de solo pelo tamanho dos grãos: Fração Matacão Pedra Pedregulho Areia grossa Areia média Areia fina Silte Argila Limites definidos pela ABNT De 25 cm a 1 m De 7,6 cm a 25 cm De 4,8 mm a 7,6 cm De 2 mm a 4,8 mm De 0,42 mm a 2 mm De 0,05 mm a 0,42 mm De 0,005 mm a 0,05 mm Inferior a 0,005 mm
Constituição Mineralógica 8 Quartzo Feldspatos Resistente à desagregação Forma grãos de silte e areia Composição química simples SiO 2 Partículas equidimensionais Cubos e esferas Baixa atividade superficial Mais atacado pela natureza Dão origem ao argilominerais Apresentam um estrutura complexa Comportamento bem distintos Exemplo: caulinita firmemente empacotadas, com ligações de hidrogênio que impedem sua separação e a introdução de moléculas de água entre elas. ilita - devido a presença de íons de potássio, não absorve água entre as camadas (comportamento intermediário). esmectita superfície específica (1.000m²/g) e substituições isomórficas de um átomo de Al3+ por um de Si4+ ou Mg++ (carga negativa) que são neutralizados por cátions livres no solo (Ca++ ou Na+) cujas forças não impede a entrada de água entre as camadas.
Sistema Solo-Água Sistema Solo Água Solos saturados; Origem da água no solos (ciclo hidrológico); Formas de ocorrência da água nos solos; Água higroscópica É fixada na superfície dos colóides, por absorção; Água capilar 9 É sujeita a fenômenos de capilaridade no solo e desloca-se nos espaços intersticiais; Água gravitacional Não é retida no solo, deslocando-se apenas nos macroporos, por ação da gravidade; Água de constituição Integrante da estrutura química da fração sólida do solo.
Sistema Solo-Água 10 No sistema solo-água atuam tanto forças gravitacionais, decorrentes do peso das partículas, como forças de natureza superficial, de atração e repulsão entre as partículas de solo, a água e os íons presentes. A interação físico-química entre as moléculas de água, as partículas de solo e os íons presentes, dão origem à formação da chamada camada dupla. Da combinação das forças de atração e de repulsão entre as partículas resulta a estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo e às forças entre elas.
Sistema Solo-Água Lambe (1953) identificou dois tipos básicos de estrutura: 11 Estrutura Floculada: Os contatos se fazem entre faces e arestas, ainda que através da água adsorvida. Estrutura Dispersa: Quando as partículas se posicionam paralelamente, face a face. Exemplo de estruturas de solos sedimentares: (a) floculada em água salgada, (b) floculada em água não salgada, (c) dispersa.
Solos não saturados; Sistema Solo-Água-Ar Formas de ocorrência do ar nos solos: Bolhas oclusas Canalículos intercomunicados Formação de meniscos nos contatos ar-água Tensão de sucção; Fenômeno da capilaridade. 12
Análise Granulométrica 13 Seqüência de procedimentos de ensaios normatizados que visam determinar a distribuição granulométrica dos solos. Ensaios (NBR 7181/84) Peneiramento se aplica a solos granulares, pois a malha mais fina exequível de fabricação é a da peneira 200. Sedimentação solo com predominância de finos Lei de Stokes (1850)
Análise Granulométrica Curva granulométrica (sedimentação e peneiramento) 14
Análise Granulométrica ENSAIO DE PENEIRAMENTO Série padrão de peneiras. 15 Peneira n Abertura (mm) Peneira n Abertura (mm) 4 4,75 30 0,600 5 4,00 35 0,500 6 3,35 40 0,425 7 2,80 50 0,355 8 2,36 60 0,250 10 2,00 70 0,212 12 1,70 80 0,180 14 1,40 100 0,150 16 1,18 120 0,125 18 1,000 140 0,106 20 0,850 170 0,090 25 0,710 200 0,075
Análise Granulométrica ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO LEI DE STOKES (1850) 16 Determina a velocidade limite de esferas em queda livre num fluido viscoso. Ao colocar-se uma certa quantidade de solo (uns 60g) em suspensão em água (cerca de um litro), as partículas cairão com velocidades proporcionais ao quadrado de seus diâmetros.
Análise Granulométrica ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO LEI DE STOKES (1850) 17
Análise Granulométrica ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO LEI DE STOKES (1850) Expressão: 18 v = γ s γ w 18μ D 2 Donde: υ γ s γ w μ D é a velocidade limite peso específico do material peso específico do fluido viscosidade do fluido diâmetro da esfera
LEI DE STOKES Análise Granulométrica 19 Exemplo 01: para grãos esféricos de solos (γ s = 27,0 kn/m³) com diâmetro de 0,074mm (peneira n.200) sedimentando em água na temperatura de 20ºC, tem-se: μ = 0,010009 dina s/cm² = 1,029 10-6 kpa s γ w = 9,982 kn/m³ v = 27 9,98 18(1,029 10 6 ) (7,4 10 5 ) 2 = 0,50cm/s Isto é, grãos de solos com diâmetros equivalentes aos da aberturas das malhas da peneira nº.200 caem com velocidade de 0,50 cm/s em água na temperatura de 20ºC.
LEI DE STOKES Análise Granulométrica 20 Para Taylor (1948), para materiais com densidades próximas às dos solos a lei de Stokes é aplicável desde que o diâmetro das esferas esteja na faixa de 0,2 mm à 0,2 µm; Limite superior: Evitar turbulência provocada pela queda de grandes esferas; Limite inferior: Evitar um fenômeno chamado movimento Browniano. Abaixo de 0,2 µm as forças de superfície da partícula passam a interagir com as forças de volume, gravitacionais, resultando no movimento aleatório destas no fluído, em conseqüência da colisão destas partículas suspensas com átomos e moléculas presentes na solução.