MECÂNICA DOS SOLOS I (TEC00259) O sistema água-argilomineral Propriedades dos Solos Prof. Manoel Isidro de Miranda Neto Eng.Civil, DSc
AFINIDADE ÁGUA-ARGILOMINERAL UFF-CTC-TCE-TEC-Setor de Geotecnia
CAULINITA ARGILOMINERAL 17 m
TETRAEDRO DE SILÍCIO
OCTAEDRO DE ALUMÍNIO
ARGILOMINERAL DO GRUPO 2:1 ESMECTITA 5 m
ARGILOMINERAL DO GRUPO 2:1 ILLITA 7,5 m
VALORES TÍPICOS PARA ARGILOMINERAIS 4.7 m Trovey, 1971 ( from Mitchell, 1993) ATAPULGITA
Dupla camada difusa da superfície coloidal Fonte: Fundamentals of Soil Behavior James K Mitchell
Dupla camada difusa: efeito da concentração Fonte: Fundamentals of Soil Behavior James K Mitchell
Dupla camada difusa: efeito da valência Fonte: Fundamentals of Soil Behavior James K Mitchell
ESTRUTURA DE SOLOS ESTRUTURA Fábrica, textura e padrões de descontinuidades que formam a unidade solo-rocha. FÁBRICA arranjo espacial das partículas componentes do solo, ou seja, a disposição relativa dos grãos e dos fluídos (ar e água) presentes no solo. TEXTURA Forma, tipo e tamanho das partículas. DESCONTINUIDADES Natureza e distribuição das superfícies que separam os elementos constituintes do solo (fissuras, falhas, fraturas, planos de acamamentos e juntas).
ESTRUTURA DAS ARGILAS FLOCULADA disposta em face e aresta DISPERSA disposta em arranjo face-face AGREGADOS OU CLUSTERS disposta em arco formando macro poros, conforme o processo deposicional (quanto mais salino o meio mais aberta a estrutura) CONCREÇÕES desenvolvimento de precipitados que contribuem para cimentar os agregados.
ESTRUTURA DAS AREIAS FOFA arranjo com menor densidade relativa. COMPACTA arranjo com maior densidade relativa. INTERTRAVADA com grãos de tamanho variado que preenchem os vazios e conferem um contato maior entre os grãos. CONCREÇÕES desenvolvimento de precipitados que contribuem para cimentar os agregados.
Estrutura alveolar Extraído de : Mecânica dos Solos - Maria José C P A Lima
Propriedades dos solos do ponto de vista da Eng. Civil Os projetos e obras geotécnicas podem envolver até três questões básicas: 1. As deformações do solo; 2. A ruptura de uma massa de solo; e/ou 3. O fluxo de água através do solo.
Propriedades mecânicas dos solos Três propriedades mecânicas contribuem para o entendimento dessas questões básicas: 1. A deformabilidade do solo; 2. A resistência ao cisalhamento do solo; e 3. A permeabilidade do solo.
DEFORMABILIDADE mudanças volumétricas na ruptura contração expansão
Mudanças volumétricas por esforços compressivos (recalques) Estrutura Alveolar e Estrutura fofa Estrutura compacta
COMPRESSIBILIDADE
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO OS SOLOS NORMALMENTE NÃO RESISTEM À TRAÇÃO. A RUPTURA DOS SOLOS NORMALMENTE SE DÁ POR CISALHAMENTO. A FUNÇÃO DE PLASTIFICAÇÃO (OU FUNÇÃO DE RUPTURA) USUAL PARA SOLOS É A ENVOLTÓRIA DE MOHR-COULOMB NA MAIORIA DOS CASOS ADMITE-SE QUE O SOLO SE COMPORTE COMO UM MEIO CHILE (CONTÍNUO, HOMOGÊNEO, ISOTRÓPICO, LINEAR E ELÁSTICO), EMBORA SEJA UM MEIO PARTICULADO, COM RIGIDEZ VARIÁVEL E COM DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS.
A CURVA TENSÃO DEFORMAÇÃO e A ENVOLTÓRIA DE MOHR-COULOMB
Solos argilosos têm forte dependência da resistência com o teor de água. Alguns solos podem exibir resistência com baixo teor de água e, quando esse teor de água aumenta, entram em colapso. SOLOS COLAPSÍVEIS
PERMEABILIDADE É facilidade com que o fluido percola pelos poros do solo. A permeabilidade afeta alguns processos no solo como a transferência de massa, a infiltração, ou o adensamento.
PERMEABILIDADE A permeabilidade do solo permite avaliar a vazão de água que flui através do solo, a vazão que pode ser extraída de um poço de abastecimento, ou o transporte de solutos nos solos.
Propriedades das areias e das argilas Quando as areias predominam nos solos consideramos esses solos granulares. Quando o teor de argila é predominante, consideramos esses solos como finos. Teores de argila > 20% determinam um comportamento como solo fino. Os grãos de silte, apesar de não terem as propriedades do sistema água-argila, são associadas a solos finos.
As Propriedades de estado das areias e das argilas Em relação ao estado, dizemos que solos granulares exibem compacidade. Essa propriedade está relacionada com os vazios existentes entre os grãos do solo. Dizemos que solos finos exibem consistência. Essa propriedade está relacionada com a resistência, que decorre do teor de água do solo.
Solos granulares como areias, areias siltosas, areias argilosas e siltes arenosos podem ser classificados como: Muito Fofo; Fofo; Medianamente Compacto; Compacto ; e Muito Compacto.
Compacidade dos solos granulares como areias e siltes arenosos O estado de uma areia, pode ser expresso pela compacidade relativa; A compacidade relativa ou densidade relativa é dada pela expressão: CR = (e máx e nat )/(e máx e mín ). Areias com valores entre 0,33 e 0,66 são consideradas medianamente compactas. Areias abaixo de 0,33 são consideradas fofas e acima de 0,66 são compactas.
Solos granulares O comportamento é determinado pelo contato entre os grãos minerais (atrito); Quanto mais bem distribuído for o solo maior o entrosamento entre os grãos; Quanto mais irregulares forem os grãos maior o entrosamento entre eles;
Solos finos como argilas, argilas siltosas, argilas arenosas e siltes argilosos podem ser classificados como: Muito Mole; Mole; Média; Rija; Muito Rija; e Dura.
A consistência de solos argilosos pode ser expressa em função da resistência à compressão simples Muito Mole até 25 kpa; Mole de 25 a 50 kpa; Média de 50 a 100 kpa; Rija de 100 a 200 kpa; Muito Rija de 200 a 400 kpa; e Dura maior que 400 kpa.
Solos argilosos Os solos finos não são perfeitamente identificáveis apenas pela granulometria, seu comportamento depende muito da mineralogia, da sua estrutura e da água intersticial. Possuem coesão um conjunto de forças que atuam nas partículas finas e conferem uma resistência intrínseca à deformação; e Plasticidade propriedade do material ser moldado sem variação de volume. Podem apresentar sensitividade elevada perda de resistência no estado amolgado;
Índices de Atterberg (de consistência) Nas argilas, a plasticidade depende do teor de água O limite de plasticidade (LP) é o teor de água correspondente a passagem do estado friável para o estado plástico. O limite de liquidez (LL) é o teor de água que marca a passagem do estado plástico para o estado fluido viscoso.
Solos argilosos A consistência de um solo argiloso pode ser determinada pela expressão: IC = (LL w) / LL LP O índice de consistência (IC) indica a posição relativa da umidade (w) aos limites de estado (LL e LP). O índice de plasticidade (IP) é a diferença entre os dois limites de Atterberg LL e LP, onde o material se apresenta plástico.
CARTA DE PLASTICIDADE DE CASAGRANDE
Índice de plasticidade de alguns argilominerais
Solos argilosos Superfície específica é a relação entre a área do grão e sua massa ou volume. Varia conforme o argilomineral de 800m 2 /g para montmorilonita a 15m 2 /g para caolinita. Índice de atividade (IA) de Skempton é a relação entre o índice de plasticidade (IP) e o percentual de argila do solo. Normal entre 0,75 e 1,25. Ativa acima e inativa abaixo dessa faixa. O índice de atividade (IA) mede a maior ou menor influência da fração argila (partículas coloidais) no comportamento do solo.