Origem e Natureza dos Solos - Mecânica dos Solos

UniANHANGUERA Centro Universitário de Goiás Origem e Natureza dos Solos Docente Raquel Franco Bueno Email raquelfbuenohotmailcom Disciplina Mecânica dos Solos Introdução Mecânica dos Solos 2 R F BUENO Origem e Natureza Introdução cont Mecânica dos solos estuda o comportamento dos solos quando tensões São aplicadas como no caso de fundações Aliviadas como em escavações Perante o escoamento de água nos seus vazios 3 R F BUENO Origem e Natureza Mecânica dos Solos Introdução cont Aplicações Investigação geotécnica Fundações Estruturas de contenção Estabilidade de taludes Escavações e aterros Escolha do solo como material de construção Perfurações Obras ambientais Rebaixamento do lençol freático 4 R F BUENO Origem e Natureza Mecânica dos Solos Introdução cont Investigação do subsolo Ensaios de laboratório e ensaios de campo Objetivos dos ensaios Caracterizar o solo Determinar os parâmetros de resistência Determinar os parâmetros de compressibilidade Estudar a percolação da água nos solos Determinar a capacidade de suporte do solo 5 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Introdução cont Engenheiro civil se baseia nessa Ciência de Engenharia para desenvolver seus projetos Karl Terzaghi Fundador da Mecânica dos solos 1936 apontou que não se podiam aplicar aos solos leis teóricas de uso corrente em projetos que envolviam materiais mais bem definidos como o concreto e o aço 6 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Introdução cont 7 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Origem dos Solos cont O que é solo Agronomia meio para o desenvolvimento de plantas Engenharia todo material proveniente da decomposição da rocha escavável com o auxílio de pás picaretas ou escavadeiras 8 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Origem dos Solos cont Se dá pela decomposição das rochas Intemperismo físico processos que causam desagregação e fragmentação das rochas Intemperismo químico reações químicas oxidação hidratação Intemperismo biológico transformação a partir da ação de seres vivos ação de bactérias decomposição de organismos Mistura de partículas pequenas Depende da composição química da rocha 9 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Origem dos Solos 10 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Origem dos Solos cont Horizonte O orgânico Horizonte A Solo transportado ou solo intemperizadolaterítico Horizonte E Solo residual ou saprolítico Horizonte B Solo residual jovem preserva as características da rocha Horizonte C Rocha desintegrada Horizonte R Rocha 11 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Origem dos Solos cont 12 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Partículas dos solos Solos conjunto de partículas sólidas água ou outro líquido ar Partículas livres para deslocarse entre si em geral Pequena cimentação pode ocorrer 13 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Partículas dos solos cont Os grãos diferem no tamanho forma e composição 14 Angulosa Subangulosa Subarredondada Arredondada Esférica Lamelar Fibrilar Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Partículas dos solos cont Tamanho das partículas Primeira característica que diferencia o solo Não é fácil identificar o tamanho das partículas pelo simples manuseio do solo Denominações específicas para faixas de tamanhos de grãos 15 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Partículas dos solos cont Nomenclatura mais comum Pedregulho Areia Silte Argila 16 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Partículas dos solos cont Limites variam conforme sistema de classificação ASTM American Society for Testing and Materials AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials MIT Massachusetts Institute of Technology ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas 17 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Partículas dos solos cont Frequentemente limite entre silte e areia é 0075mm 200 mais fina nos laboratórios Silte argila fração fina Areia pedregulho fração grossa 18 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Constituição mineralógica Mais comum que partículas sejam constituídas de um único mineral Quartzo bastante resistente à desagregação e forma grãos de silte e areias Feldspatos minerais mais atacados pela natureza e dão origem aos argilominerais fração mais fina dos solos Argilominerais mais comuns caulinita ilita e esmectita comportamento diferenciado de silte e areia 19 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Constituição mineralógica cont Argilominerais Estrutura complexa Apresentam comportamentos distintos principalmente na presença dágua Liberdade de movimento das placas elevada capacidade de absorção de água Caulinita 11 Rede cristalina As camadas são mantidas juntas por pontes de hidrogênio 20 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Constituição mineralógica cont Ilita 21 Ligadas por íons de potássio Ligações mais fracas Camadas livres 21 Esmectita 21 Não há íons de potássio Água entre as camadas Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Constituição mineralógica cont Comportamento das argilas é mais complexo devido às imperfeições na sua composição mineralógica Há argilas com elevada capacidade de absorção de água resultando em sua expansão quando em contato com água e sua contração considerável ao secar 22 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Sistema soloágua Ordem decrescente de Resistência à água estabilidade Caulinita ilita e esmectita A sensitividade indica o quanto um solo é suscetível ao amolgamento sensível conseguese amolgar 23 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Partículas dos solos Arranjo das partículas entre si Solos granulares Granular compacta 24 Granular fofa Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Partículas dos solos Solos coesivos Floculada contatos que fazem entre faces e arestas 25 Dispersa contatos face a face com partículas paralelas entre si Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Partículas dos solos Superfície Específica superfície das partículas dividida por seu peso ou volume É a soma das superfícies de todas as partículas contidas na unidade de volume ou de massa do solo Imaginandose uma partícula de forma cúbica inicialmente com 1 cm de aresta e subdividindoa em cubos menores 26 Aresta cm Volume da partícula cm³ Área de cada partícula cm² Superfície Específica cm²cm³ 1 1 6 6 101 103 6x102 6x10 102 sala sala sala 104 sala sala sala Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Sistema soloáguaar Solo não saturado ar em bolhas oclusas ou canalículos intercomunicados Tensão superficial água em contato com o ar ascensão capilar Aula 5 27 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios Análise tátil visual Análise Granulométrica e Índices de Consistência 28 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios ANÁLISE TATIL VISUAL A identificação de um solo através de testes rápidos e sem a utilização de equipamentos é de grande importância para a engenharia geotécnica podendo ser realizada no campo Permite definir o tipo e número de ensaios necessários para a caracterização de um modo mais correto em laboratório posteriormente No laboratório podese ter um maior controle das condições limites do ensaio do material ensaiado e da precisão das medidas realizadas 29 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios ANÁLISE TATIL VISUAL Testes simples e um tanto rudimentares 1 Teste visual e tátil misturandose uma pequena quantidade de solo com água 1 As areias são ásperas ao tato apresentam partículas visíveis a olho nú 2 Silte é menos áspero do que areia mas perceptível ao tato Entre siltes grossos e areia fina a distinção é praticamente impossível apenas visualmente 3 Argilas quanto misturadas com água e trabalhadas entre os dedos apresentam uma semelhança com pasta de sabão escorregadia 30 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios ANÁLISE TATIL VISUAL 2 Teste de sujar as mãos fazse uma pasta de solo com água e esfregase na palma das mãos colocandose em seguida sob água corrente 1 O solo mais arenoso lavase facilmente limpando a mão rapidamente 2 O solo mais siltoso só se limpa depois que bastante água correu sobre as mãos sendo necessário sempre alguma fricção para limpeza total 3 O solo mais argiloso distinguese pela dificuldade de se desprender da palma das mãos pois os grãos são muito finos impregnamse na pele 31 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios ANÁLISE TATIL VISUAL 3 Teste de dispersão em água pequena quantidade de solo destorroado numa proveta com água agitase o conjunto e deixase em repouso observando o tempo de deposição da maior parte de partículas constituintes da amostra 1 O solo mais arenoso assenta suas partículas em 30 a 60 segundos 2 O solo mais siltoso em 15 a 60 minutos 3 O solo mais argiloso pode levar horas em suspensão 32 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios ANÁLISE TATIL VISUAL 4 Teste de resistência do solo seco uma amostra de solo seco agregado pode apresentar grande média ou nenhuma resistência quando se tenta desfazêla entre os dedos Isso indica respectivamente uma grande coesão dos solos argilosos pouca coesão para os solos siltosos e nenhuma coesão para os solos arenosos 33 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório Análise Granulométrica Feito em duas fases peneiramento e sedimentação NBR 7181 Peso seco do material que passa em cada peneira que passa representado graficamente em função da abertura nominal da peneira diâmetro das partículas Peneiramento separação fração fina e grossa 34 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório Análise granulométrica cont 35 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório Análise granulométrica cont Sedimentação separação da porção mais fina do solo silte e argila Lei de Stokes velocidade de queda de partículas esféricas num fluido atinge um valor limite que depende do peso específico do material da esfera e do fluido da viscosidade do fluido e diâmetro da esfera Partículas caem com velocidades proporcionais ao quadrado de seus diâmetros Com ou sem defloculante 36 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório Análise granulométrica cont 37 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório Índices de consistência Fração fina do solo importante no comportamento dos solos Quanto menor a partícula maior sua superfície específica Com a água comportamento se difere com partículas diferentes dependendo dos minerais 38 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório Índices de consistência LL Limite de Liquidez teor de umidade que separa o estado plástico do estado líquido LP Limite de Plasticidade é a umidade que delimita o estado semisólido do plástico LC Limite de Contração é o limite entre os estados semisólido do sólido 39 Mecânica dos Solos LP LC LL Estado sólido Semisólido Plástico Líquido ou viscoso Teor de umidade R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório Limites de Atterberg LL é definido pelo teor de umidade do solo com o qual uma ranhura nele feita requer 25 golpes para se fechar numa concha Aparelho de Casagrande NBR 6459 40 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório LL 41 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório Limites de Atterberg LP é definido como o menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um cilindro de 3 mm de diâmetro rolandose o solo com a palma da mão NBR 7180 42 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório Limites de Atterberg LP os valores serão aceitáveis se a variação for inferior à 5 i Calculase a média dos teores de umidade encontrados ii Calculase 5 dessa média iii Verifica se os valores dos teores de umidade estão no intervalo de média 5 e média 5 iv Se sim o limite de plasticidade é a média dos teores de umidade aproximado para o inteiro mais próximo v Se não eliminase o s teor es de umidade que está ão fora do intervalo e repetese o procedimento i a iv 43 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Identificação dos solos por meio de ensaios de laboratório Índice de Plasticidade IP relação com a análise tátil visual rapidez com que o solo seca Quanto maior o IP mais plástico será o solo Sabese ainda que as argilas são tanto mais compressíveis quanto maior for o IP IP LL LP Solo nãoplástico NP não se consegue medir LL ou LP 1 IP 7 solo fracamente plástico 7 IP 15 solo medianamente plástico IP 15 solo altamente plástico 44 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Atividade das argilas Os Índices de Atterberg indicam a influência dos finos argilosos no comportamento do solo Um solo com teor elevado de argila pode apresentar índices mais baixos do que um solo com pequenos teores de argila argila muito ativa devido à composição mineralógica dos argilominerais ser bastante variável Índice de Atividade influência da fração argila 𝐼𝐴 𝐼𝑃 0002𝑚𝑚 𝐼𝐴 075 fração argilosa inativa 075 𝐼𝐴 125 argila normal 𝐼𝐴 125 argila ativa 45 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Emprego dos Índices de Consistência Classificação de solos Previsão de comportamento Estimativa de parâmetros de projeto 46 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza Exemplo 1 Livro Sousa Pinto Na determinação do limite de liquidez de um solo de acordo com o Método Brasileiro NBR6459 foram feitas cinco determinações para que a ranhura se fechasse com teores de umidade crescentes tendose obtido os resultados apresentados a seguir Qual o Limite de Liquidez desse solo 47 Mecânica dos Solos Tentativa Umidade Nº de golpes 1 513 36 2 528 29 3 545 22 4 555 19 5 567 16 R F BUENO Origem e Natureza Exemplo 1 parte 2 Livro Sousa Pinto Com a mesma amostra foram feitas quatro determinações do limite de plasticidade de acordo com o Método Brasileiro NBR7180 e obtiveramse as seguintes umidades quando o cilindro com diâmetro de 3mm se fragmentava ao ser moldado 223 242 219 e 225 Qual o Limite de Plasticidade desse solo Qual o Índice de Plasticidade Quanto ao IP como poderia ser classificado este solo 48 Mecânica dos Solos R F BUENO Origem e Natureza