1 Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 4b) OBS. As notas de aulas de Mecânica dos Solos I parte 4 foram divididas em duas partes, em parte 4a e parte 4b. Helio Marcos Fernandes Viana Tema: Estrutura dos solos Conteúdo da parte 4b 1 Introdução 2 Estrutura dos solos grossos 3 Estrutura dos solos finos 4 Amolgamento e sensibilidade das argilas 5 Tixotropia
2 1 Introdução 1.1 Conceitos de estrutura dos solos a) Estrutura dos solos é a forma como estão dispostas as partículas do solo; ou b) Estrutura é a propriedade do solo que proporciona a integridade do solo. OBS. De acordo com o segundo conceito (b), se houver variação na estrutura de um solo, então o solo se transformará em um solo diferente do original, ou seja, o solo tornar-se-á diferente em relação ao estado em que se encontra no campo (ou na natureza). 1.2 Principais componentes da estrutura dos solos Dentre os principais componentes da estrutura dos solos, destacam-se: a) A mineralogia do solo; b) O tamanho das partículas; c) O arranjo físico das partículas; d) As proporções relativas das partículas (argila, silte, areia e pedregulho); e) O tamanho dos poros do solo; f) O ar contido nos poros do solo; g) A forças existentes entre as partículas do solo; e i) Etc. 2 Estrutura dos solos grossos Na estrutura dos solos grossos, as partículas se apóiam diretamente uma sobre as outras. No caso de areias, a estrutura do solo varia de uma estrutura fofa até uma estrutura compacta. No processo de sedimentação dos solos grossos a força que prevalece é a força da gravidade, ou o peso próprio dos grãos. OBS. Sedimentação é o processo de deposição das partículas.
O comportamento dos solos grossos depende fundamentalmente da sua compacidade relativa, definida pela seguinte equação: 3 e Dr = e em que: Dr = compacidade relativa; e máx = índice de vazios correspondente ao estado mais fofo possível; e mín = índice de vazios correspondente ao estado mais compacto possível; e e nat = índice de vazios correspondente ao estado natural do solo. máx máx e e nat mín.100% (2.1) OBS. Em aulas futuras será explicado como se obtém o índice de vazios do solo. 3 Estrutura dos solos finos 3.1 Estrutura alveolar e estrutura floculenta Os solos finos de acordo com Terzaghi podem apresentar 2 (dois) tipos de estruturas, as quais são: Estrutura alveolar e estrutura floculenta. a) Características da estrutura alveolar A estrutura alveolar é característica em solos com partículas da ordem de 0,02 mm (ou siltes), onde as forças de gravidade e as forças de superfície quase se equivalem. Quando as partículas da ordem de 0,02 mm se unem para sedimentar na água, ou no ar, as partículas formam uma estrutura alveolar semelhante a favos de abelha. OBS. Alvéolos são as pequenas cavidades do favo de mel. Na estrutura alveolar, os alvéolos são formados por poucas partículas de solo, portanto não existe formação grumos de partículas. OBS. Grumo é uma aglomeração de várias partículas. A Figura 3.1 ilustra a estrutura alveolar; Observe que o alvéolo é formado pela união de poucas partículas de solo, ou seja, não existem grumos de partículas para formar os alvéolos.
4 Figura 3.1 - Estrutura alveolar de um solo fino com partículas da ordem de 0,02 mm b) Características da estrutura floculenta A estrutura floculenta ocorre em partículas menores que 0,02 mm; Portanto, ocorre em siltes e argilas. As partículas com diâmetro menor que 0,02 mm necessitam se unir e formar grumos para sedimentar. Então, após a sedimentação dos grumos de partículas é formada a estrutura floculenta. A estrutura floculenta é semelhante a estrutura alveolar; Contudo, diferentemente, da estrutura alveolar onde os alvéolos são formados por poucas partículas de solo, na estrutura floculenta os alvéolos são formados por grumos de partículas (ou várias partículas). A Figura 3.2 ilustra uma estrutura floculenta com os alvéolos formados por grumos de partículas. Figura 3.2 - Estrutura floculenta de um solo fino, com partículas menores que 0,02 mm (siltes e argilas)
Finalmente, destaca-se que o processo de sedimentação (ou deposição de partículas) dos solos envolve partículas dos mais diversos tamanhos; Assim sendo, raramente, as estruturas alveolar e floculenta ocorrem isoladamente. OBS(s). i) De acordo com a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), tem-se que: a) Pedregulhos são solos com partículas com: φ (diâmetro) 4,8 mm; b) Areias são solos com partículas com: 0,05 mm φ (diâmetro) < 4,8 mm; c) Siltes são solos com partículas com: 0,005 mm φ (diâmetro) < 0,05 mm; e d) Argilas são solos com partículas com: φ (diâmetro) < 0,005 mm. ii) Para o MIT (Massachusetts Institute of Technology) nos EUA, as argilas são solos com φ (diâmetro) < 0,002 mm. 5 3.2 Estrutura esqueleto A estrutura esqueleto ocorre em solos formados por grãos finos e grãos grossos. Na estrutura esqueleto, os grãos grossos se dispõem de maneira tal que os interstícios (ou pequenos espaços) entre os grãos grossos são ocupados por uma estrutura de grãos mais finos. A Figura 3.3 ilustra uma estrutura de solo tipo esqueleto. Figura 3.3 - Estrutura esqueleto formada por: grãos de silte, de partículas de argila, e por partículas coloidais de baixo e de alto grau de adensamento
6 Pode-se observar, na Figura 3.3, que a estrutura esqueleto é formada por: grãos de silte, de partículas de argila, e por partículas coloidais de baixo e de alto grau de adensamento. OBS(s). a) Substância coloidal é uma substância que tem a natureza gelatinosa; e b) Floco é uma partícula em forma de folha. Como exemplo de solos com estrutura tipo esqueleto tem-se as argilas marinhas (ou do mar). 3.3 Estruturas das argilas segundo Craig (2007) Craig (2007) apresenta 5 (cinco) estruturas possíveis de serem encontradas em argilas, tais estruturas foram classificadas como: a) Estrutura dispersa; b) Estrutura floculada; c) Estrutura livraria; d) Estrutura turbostrática; e e) Estrutura de argila natural, a qual ocorre em argilas naturais, que possui porção significativa de partículas grandes e volumosas como partículas de silte. A Figura 3.4 ilustra as 5 (cinco) estruturas possíveis de serem encontradas nas argilas, as quais são apresentadas por Craig (2007). Observe, na Figura 3.4, que na estrutura de argila natural podem ser encontradas partículas de silte. Figura 3.4 - As 5 (cinco) estruturas de solo possíveis de serem encontradas nas argilas, as quais são apresentadas por Craig (2007)
OBS. Embora, a literatura não registre, possivelmente as estruturas de solo descritas por Craig (2007), somente, são observadas por meio de microscópios. 7 3.4 Vazios nos solos finos Os solos finos possuem um grande volume de vazios, o que confere a estes solos uma elevada compressibilidade. Assim sendo, acréscimos de cargas de fundações sobre solos finos pode provocar diminuição dos vazios do solo, e consequentemente, causar recalques (afundamentos) indesejáveis da fundação. OBS. Compressibilidade é a capacidade que os solos têm de diminuírem de volume aos serem comprimidos por pressão. 4 Amolgamento e sensibilidade das argilas 4.1 Introdução Amolgamento é o amassamento da argila em todas as direções, sem que ocorra alteração do teor de umidade. O amolgamento tem os seguintes aspectos danosos: a) O amolgamento tende a destruir a estrutura original do solo, ou seja, o amolgamento elimina as ligações existentes no solo desde a sua formação; e b) O amolgamento provoca REDUÇÃO DE RESISTÊNCIA do solo. 4.2 Sensibilidade da argila quanto ao amolgamento A um teor de umidade constante, a sensibilidade da argila quanto ao amolgamento é definida pela seguinte equação: R St = R (4.1) em que: St = sensibilidade da argila; R C = resistência à compressão da amostra de argila indeformada; e R C = resistência à compressão da amostra de argila amolgada. C ' C Quanto maior a sensibilidade da argila (St) quanto ao amolgamento, maior será a perda de resistência da argila, quando a argila for amolgada. A Tabela 4.1 mostra a classificação das argilas, quanto a sua sensibilidade ao amolgamento.
8 Tabela 4.1 - Classificação das argilas, quanto a sua sensibilidade ao amolgamento (St) Sensibilidade (St) Classificação da argila quanto à sensibilidade St < 1 Argila insensível 1 < St < 2 Argila de baixa sensibilidade 2 < St < 4 Argila de média sensibilidade 4 < St < 8 Argila sensível St > 8 Argila extrasensível 5 Tixotropia Tixotropia é a recuperação da resistência perdida pela argila pelo efeito do amolgamento. Quando a argila permanece em repouso, a argila tende a recuperar a resistência inicial que foi perdida pelo amolgamento. OBS. No amolgamento da argila ocorre o desequilíbrio das forças interpartículas; Contudo, quando a argila está em repouso, os potenciais de atração e repulsão no interior da argila tende ao equilíbrio, de maneira a recuperar a resistência inicial. A tixotropia é mais evidente nas argilas montmoriloníticas. A propriedade tixotropia é de grande utilidade prática; como por exemplo, para estabilizar furos de sondagem com uso de lamas de argila betonita (ou lamas betoníticas); Pois, a lama evita desmoronamentos no furo de sondagem. OBS. A betonita é uma argila do grupo das argilas montmorilonitas. Referências bibliográficas BUENO, B. S.; VILAR, O. M. Mecânica dos solos. Apostila 69. Viçosa - MG: Universidade Federal de Viçosa, 1980. 131p. CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações (fundamentos). Vol. 1. 6. ed., Rio de Janeiro - RJ: Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., 2007. 234p. (Bibliografia Principal) CRAIG, R. F. Mecânica dos solos. 7. ed., Rio de Janeiro - RJ: LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., 2007. 365p.