Trabalho particulas solidas do solo

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Trabalho particulas solidas do solo

  1. 1. ENGENHARIA CIVIL IGOR NASCIMENTO MOREIRA JOSE ROBERTO GUIMARÃES EÇA JUNIOR LYDIA PATRÍCIA SILVA LAIANA GEAMBASTIANI NASCIMENTO UBIRAJARA BARBOSA PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS DO SOLO Itabuna 2013
  2. 2. IGOR NASCIMENTO MOREIRA JOSE ROBERTO GUIMARÃES EÇA JUNIOR LYDIA PATRÍCIA SILVA LAIANA GEAMBASTIANI NASCIMENTO UBIRAJARA BARBOSA PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS SÓLIDAS DO SOLO Trabalho apresentado ao Prof.º Totti, da disciplina Mecânica dos Solos, da turma do IV Semestre de Engenharia Civil, para fins avaliativo. Itabuna 2013
  3. 3. Introdução O solo é formado pela desintegração da rocha, sob a ação de várias forças da natureza, tais como a água, vento, geada, mudanças de temperatura e gravidade. Ele pode, assim, ser consideradouma rede de partículas sólidas que ocupa espaços vaziosou poros. Os solos são constituídos por um conjunto de partículas com água (ou outro líquido) e ar nos espaços intermediários. As partículas, de maneira geral, encontram-se livres para deslocar entre si. Em alguns casos, uma pequena cimentação pode ocorrer entre elas, mas num grau extremamente mais baixo dos que nos cristais de uma rocha ou de um metal, ou nos agregados de um concreto. O comportamento dos solos depende do movimento das partículas sólidas entre si e isto faz com que ele se afaste do mecanismo dos sólidos idealizados na Mecânica dos Sólidos Deformáveis, na qual se fundamenta a Mecânica das Estruturas, de uso corrente na Engenharia Civil. Mais que qualquer dos materiais encontrados nas estruturas, o solo diverge, no seu comportamento, do modelo de um sólido deformável. As soluções da Mecânica dos Sólidos Deformáveis são frequentemente empregadas para a representação do comportamento de maciços de solo, graças a sua simplicidade e por obterem comprovação aproximada de seus resultados com o comportamento real dos solos, quando verificada experimentalmente em obras de engenharia. As desintegrações das rochas se deram através de um processo denominadointemperismo, ouseja, a ação do tempo. As várias formas de intemperismo podem ser classificadas em dois grandes grupos: Intemperismo químicoe Intemperismo mecânico. O primeiro está relacionado com os vários processosquímicos que alteram, solubilizam e depositam os minerais de rocha, transformando-a em solo. Esse tipoé mais frequente nos climas quentes e úmidos e, portanto, muito comum no Brasil. O segundo é proveniente da ação mecânica desagregadora de transporte da água, do vento e da variação detemperatura. Muitas vezes ocorre a ação conjunta de vários agentes do intemperismo.Os solos que permanecem próximos à rocha que lhes deu origem são denominadosresiduais; os demaissãosedimentaresoutransportados. A Fig. 1.1 apresente um perfil típico de solo residual.
  4. 4. O agente transportador pode ser a água ou o vento, este último dando origem aos depósitos denominadosloess. As dunas são também um exemplo da ação do vento. Quando o agente transportador é a água, ossolos sedimentares podem ser classificados como de origem marinha, fluvial ou deltaico.A rocha que mantém as características originais, ou seja, a rocha sã, é a que ocorre em profundidade.Quanto mais próximo da superfície do terreno, maior o efeito do intemperismo. Sobre a rocha sãencontra-se a rocha alterada, em geral muito fraturada e permitindo grande fluxo de água através dedescontinuidades. A rocha alterada é sobreposta pelo solo residual jovem, ousaprolito(sapros, em grego,significa deteriorado, podre), que é um material arenoso. O material mais intemperizado ocorre acima dosaprolito e é denominadosolo residual maduro, o qual contém maior percentagem de argila. O objeto de estudo deste trabalho são as partículas sólidas do solo, no decorrer do seu desenvolvimento, iremos abordar suas características gerais e específicas, bem como analisar as relações matemáticas no cálculo de sua massa, peso e densidade. O referencial teórico que iremos utilizar estará pautado no livro "Curso Básico de Mecânica dos Solos" escrito pelo professor Carlos de Sousa Pinto.
  5. 5. Tamanho das partículas A primeira característica que diferencia os solos é o tamanho das partículas que os compõem. Numa primeira aproximação, pode-se identificar que alguns solos possuem grãos perceptíveis a olho nu, como os grãos de pedregulho ou a areia do mar, e que outros tem os grãos tão finos que, quando molhados, se transformam numa pasta (barro), não podendo se visualizar as partículas individualmente. A diversidade do tamanho dos grãos é enorme. Não se percebe isto num primeiro contato com o material, simplesmente porque parecem todos muito pequenos perante os materiais com os quais se está acostumado a lidar. Mas alguns são consideravelmente menores do que outros. Existem grãos de areia com dimensões de 1 a 2 mm, e partículas de argila com espessuras da ordem de 10 Angstrons (0,000001 mm). Isto significa que, se uma partícula de argila fosse ampliada de forma a ficar com o tamanho de uma folha de papel, o grão de areia acima citado ficaria com diâmetros da ordem de 100 a 200 metros. Num solo, geralmente convivem partícula de tamanhos diversos. Não é fácil identificar o tamanho das partículas pelo simples manuseio do solo, porque grãos de areia, por exemplo, podem estar envoltos por uma grande quantidade de partículas argilosas, finíssimas, ficando com o mesmo aspecto de uma aglomeração formada exclusivamente por uma grande quantidade destas partículas. Quando secas, as duas formações são muito semelhantes. Quando úmidas, entretanto, a aglomeração de partículas argilosas se transforma em uma pasta fina, enquanto a partícula arenosa revestida é facilmente reconhecida pelo tato. Denominações específicas são empregadas para as diversas faixas de tamanho de grãos; seus limites, entretanto, variam conforme os sistemas de classificação. Os valores adotados pela ABNT, são indicados na Tabela 1. Diferentemente desta terminologia adotada pela ABNT, a separação entre as fraçõessilte e areia é frequentemente tomada como 0,075 mm, correspondente à abertura da peneira nº 200, que é a mais fina peneira correntemente usada nos laboratórios. O conjunto de silte e argila é denominado como a fração de finos do solo, enquanto o conjunto areia e pedregulho é denominado fração grossa ou grosseira do solo. Por outro lado, a fração argila é considerada, com frequência,
  6. 6. como a fração abaixo do diâmetro de 0,002 mm, que corresponde ao tamanho mais próximo das partículas de constituição mineralógica dos minerais-argila. Tabela 1: Limites das frações de solo pelo tamanho dos grãos Textura do Solo A textura do solo é definida pela proporção relativa das classes de tamanho de partículas de um solo. Desconsiderando a presença da matéria orgânica e de partículas maiores do que 2 mm no solo, o total de partículas de um solo é igual ao somatório da proporção de areia, silte e argila, de maneira que um solo pode ter de 0 a 100% de areia, de silte e de argila. O número possível de arranjamento resultante da combinação das proporções de classes de partículas é muito grande, o que impulsionou o desenvolvimento de um sistema de classificação gráfico e funcional para definição das classes de textura dos solos. O sistema consta da sobreposição de três triângulos isósceles que representam a quantidade de argila, silte e areia do solo (Figura 2). A avaliação da textura é feita diretamente no campo e em laboratório. Nele, a estimativa é baseada na sensação ao tato ao manusear uma amostra de solo. A areia manifesta sensação de aspereza, o silte maciez e a argila maciez e plasticidade e pegajosidade quando molhada. No laboratório, a amostra de solo é dispersa numa suspensão e, por peneiramento e sedimentação, se determina exatamente a proporção de areia, argila e por diferença a de silte.
  7. 7. Figura 2 – Triângulo textural (T) com as 13 classes texturais. Ao lado exemplo explicativo de como obter a classe textural. Exemplo: Qual a classe textural de um solo com 35% de argila, 32% de silte e 33% de areia? A isolinha correspondente a 35% de argila inicia no ponto correspondente a 35 na escala da lateral esquerda do T e se prolonga paralela à base. A do silte inicia no ponto da escala à direita e prolonga-se paralelamente à lateral esquerda do T e a da areia inicia no ponto da escala da base do T e prolonga-se paralela à lateral direita. A interseção das três linhas ocorrerá numa figura geométrica dentro do T que corresponderá à classe textural. No exemplo, a interseção das linhas tracejadas indica que a classe textural do solo é Franco Argilosa A natureza e a forma das partículas do solo foram elementos chaves para a definição, que é empírica, das classes de tamanho de partículas e, juntamente com a experiência prática, da delimitação das classes texturais no T. Assim, as partículas de areia e silte, especialmente nos solos do Brasil, são predominantemente de forma esférica e composição mineralógica formada por quartzo, ao passo que as partículas de argila são de formato laminar e compostas por minerais de argila (caulinita, ilita,
  8. 8. montmorilonita,...) e óxidos (de Fe, Al, ...). A classe textural é determinada pela distribuição do tamanho de partículas e juntamente com o tipo de argila marcadamente afetam outras propriedades físicas como a drenagem e a retenção de água, a aeração e a consistência dos solos. Na tabela 1 são listadas algumas propriedades dos solos influenciadas pelo tamanho das partículas dos solos. Tabela1–Relaçãodatexturadosolocomalgumaspropriedadesdossolos. Solosarenosos Solosargilosos Menorporosidade dosolo Maiorporosidadedosolo Menormicroemaiormacroporosidade Maiormicroemenormacroporosidade Baixaretençãodeágua Altaretenção deágua Boadrenagemeaeração Drenagemlentaepoucoarejadoagregados Menordensidadedosolo Maiordensidadedosolo Aquecerápido Aquecelentamente Resisteàcompactação Maiorsusceptibilidadeàcompactação BaixaCTC MaiorCTC Maislixiviável Menoslixiviável Maiorerosão Maisresistenteàerosão Coesão baixa,friável Coesãoelevada,firme Consistênciafriávelquandoúmido Consistênciaplásticae pegajosa-molhado Fácilpreparomecânico Maisresistenteaopreparo(pesado) Matéria orgânica baixa e rápida decomposição Matériaorgânicamédiaaaltaemenortaxa dedecomposição Aclassetexturaldeumsoloéumacaracterísticaimportantedeleporquevariamuitop oucoaolongodotempo.Amudançasomenteocorrerásehouvermudançadacomposiçãod osolodevidoàerosãoseletivae/ouprocessosdeintemperismo,queocorrememescalades éculosamilênios. Formas de partículas Classificação tradicional (Caputo):
  9. 9. Arredondadas - ou de forma poliédrica. Ex.: pedregulhos, areias, siltes Lamelares - semelhantes a lamelas ou escamas. Ex.: argilas (compressibilidade e plasticidade) Fibrilares - em forma de fibras. Ex.: solos turfosos (origem vegetal) Outra Classificação: (Lambe) 1 - Angular 2 - Sub-angular 3 - Arredondadas 4 - Sub-arredondadas 5 - Bem arredondadas. O ESTADO DO SOLO - Índices físicos entre as três fases Num solo, só parte do volume total é ocupado pelas partículas sólidas, que seacomodam formando uma estrutura. O volume restante costuma ser chamado de vazios, embora esteja ocupado por água ou ar. Deve-se reconhecer, portanto,que osolo é constituído de três fases: partículas sólidas,água e ar.O comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma dastrês fases (sólido, água e ar). Diversas relações são empregadas para expressar asproporções entre elas. Na
  10. 10. figura 3.1 (a), estão representadas,simplificadamente, as trêsfases que normalmente ocorrem nos solos, ainda que, em alguns casos, todos os vaziospossam estar ocupados pela água. Na Figura 3.1 (b), as três fases estão separadasproporcionalmente aos volumes que ocupam, facilitando a definição e a determinaçãodas relações entre elas. Os volumes de cada fase são apresentados à esquerda e ospesos à direita. Figura 3.1 As fases no solo; (a) no estado natural, (b) separada em volume, (c) em função do volume de sólidos. Em princípio, as quantidades de água e ar podem variar. A evaporação pode fazerdiminuir a quantidade de água, substituindo-a por ar, e a compressão do solo podeprovocar a saída de água e ar, reduzindo o volume de vazios. O solo, no que se refereàs partículas que o constituem, permanece o mesmo, mas seu estado se altera. Asdiversas propriedades do solo dependem do estado em que se encontra. Quandodiminui o volume de vazios, por exemplo, a resistência aumenta. Para identificar o estado do solo, empregam-se índices que correlacionam os pesos e os volumes das três fases. Estes índices são os seguintes: Umidade–Relaçãoentreopesodaáguaeopesodossólidos.Éexpressopela letrah.Parasuadeterminação,pesa-seo solonoseu estado natural, seca-se em estufa a105°Catéconstância e pesa-senovamente.Tendo-seopesodasduasfases,a umidadeécalculada. Éaoperaçãomaisfrequentenumlaboratóriodesolos. Os teoresdeumidadedependemdotipodesoloesituam-segeralmenteentre10e40%, podendo ocorrer valores muito baixos (solossecos) ou muito altos (150% ou mais).
  11. 11. h Pa 100 Ps Índicedevazios–Relaçãoentreovolumedevazioseovolumedaspartículas sólidas. É expresso pelaletrae. Nãopodeser determinadodiretamente, mas é calculadoapartirdosoutrosíndices. Costumasesituarentre0,5e1,5,masargilas orgânicaspodemocorrercomíndicesdevaziossuperioresa3(volumedevazios,no caso com água, superior a 3 vezes o volume de partículas sólidas). e Vv Vs Porosidade–Relaçãoentreovolumedevazioseototal.Indicaamesmacoisa que o índice de vazios. É expresso pela letra n. Valores geralmente entre 30 e 70%. n Vv 100 Vt Graudesaturação–Relaçãoentreovolumedeáguaeovolumedevazios. ExpressopelaletraS.Nãoédeterminadodiretamente,mascalculado.Variadezero (solo seco) a 100% (solo saturado). S Va 100 Vv Peso específico das partículas - ϒg ==> (g/cm3 - ton/m3): É definido como a relação entre o peso da substância sólida do solo, Ps, por unidade de volume da parte sólida, Vs. ϒg= (ou massa especifica das partículas ou dos grãos) Densidade relativa das partículas (δ):
  12. 12. É numericamente igual ao peso especifico das partículas. A diferença e que a densidade e adimensional. É a razão entre o peso da substância sólida e o peso de igual volume de C. δ= ϒa C = 1 g/cm3 ou (9,81 kN/m3) assim: ϒg= δϒa Valores médios de densidades dos solos: SOLO δ Pedregulho 2,65 - 2,68 Areia 2,65 - 2,68 Silte 2,66 - 2,70 Argila 2,68 - 2,80 Solo orgânico < 2,0 Quanto maior o teor de matéria orgânica no solo, menor a densidade relativa. Quanto maior o teor de oxido de ferro, maior a densidade relativa. Densidade real das partículas no laboratório: Método do Picnômetro (Laboratório): P1 –Ps =P2 – Ps δ= P1 = peso do picnômetro com solo e água P2 = peso do picnômetro com água pura PS = peso do solo seco
  13. 13. Figura3.2 – Esquema de determinação do volume do peso específico dos grãos Édeterminadoemlaboratório.Coloca-seumpesosecoconhecidodosolo(Ps) numpicnômetroecompleta-secomágua,determinandoopesototal(Pp+Ps+Pa’).O pesodopicnômetrocompletadosócomágua(Pp+Pa),maisopesodosolo,menoso pesodopicnômetrocomsoloeágua,éopesodaáguaquefoisubstituídopelosolo. Destepeso,calcula-seovolumedeáguaquefoisubstituídopelosoloequeéovolume do solo. Vs (Pp Pa) (Ps) (Pp Ps Pa') Com peso e o volume, tem-se o peso específico. γg Ps (Pp Pa) (Ps) (Pp Ps Pa') Opesoespecíficodosgrãosdossolosvariapoucodesoloparasoloe,porsi, nãopermite identificarosoloemquestão,masénecessárioparacálculosdeoutros índices.Osvaloressituam-seemtornode27kN/m³,sendoestevaloradotadoquando nãosedispõedovalores específicos paraosoloemestudo. Grãosdequartzo(areia) costumam apresentar pesos específicos de 26,5 kN/m³ e argilas, em virtude da deposição de sais de ferro, valores até 30 kN/m³. Pesoespecíficodaágua –Embora varieumpoucocomatemperatura,adota- se sempre como igual a 10kN/m³, a não ser emcertosprocedimentosdelaboratório. Aexpressão“pesoespecíficonatural”é, algumasvezes,substituídasópor “pesoespecífico”dosolo. Tratando-sedecompactaçãodosolo, opesoespecífico natural é denominado peso específico úmido.
  14. 14. Parasuadeterminação,molda-se um cilindro do solo cujas dimensões conhecidaspermitemcalcularovolume.Opesototaldivididopelovolumeéopeso específiconatural.Opesoespecíficotambémpodeserdeterminadoapartirdecorpos irregulares,obtendo-seovolumepormeiodopesoimerson’água.Paratal,ocorpo deve ser previamente envolto por parafina. Opesoespecíficonaturalnãovariamuitoentreosdiferentessolos.Situa-seem tornode19e20kN/m³e,porisso,quandonãoconhecido,éestimadocomoiguala20kN/m³. Podeserumpoucomaior(21kN/m³)oumenor(17kN/m³).Casos especiais,comoasargilasorgânicasmoles,podemapresentarpesosespecíficosde14 kN/m³. Pesoespecíficoaparenteseco-Relaçãoentreopesodossólidoseovolume total.Correspondeaopesoespecíficoqueosoloteriaseviesseaficarseco,seisto pudesseocorrersemquehouvessevariaçãodevolume.Expressopelosímboloγs.Não édeterminadodiretamenteemlaboratório,mascalculadoapartirdopesoespecífico naturaledaumidade.Situa-seentre13e19kN/m³(4a5kN/m³nocasodeargilas orgânicas moles). Pesoespecíficoaparentesaturado–Pesoespecíficodosoloseviesseaficar saturadoeseistoocorressesemvariaçãodevolume.Édepoucaaplicaçãoprática, servindopara a programaçãodeensaiosouaanálisededepósitosdeareiaquepossam vir a se saturar. Expresso peloysat,é da ordem de 20 kN/m³. Pesoespecíficosubmerso–Éopesoespecíficoefetivodosoloquando submerso.Serveparacálculosdetensõesefetivas.Éigualaopesoespecíficonatural menosopesoespecíficodaágua,portantocomvaloresdaordemde10kN/m³. Granulometria
  15. 15. Uma outra análise das partículas sólidas do solo é a Granulometria ou Análise Granulométrica dos solos que é caracterizadapelo processo que visa definir, para determinadas faixas pré-estabelecidas de tamanho de grãos, a percentagemem peso que cada fração possui em relação à massa total da amostra em análise. A análise granulométrica pode ser realizada: 1 - por peneiramento, quando temos solos granulares como as areias e os pedregulhos; 2 - por sedimentação, no caso de solos argilosos; 3 - pela combinação de ambos os processos; 4 - por difração de laser.
  16. 16. Conclusão Com um estudo sistemático sobre as teorias que circundam a disciplina Mecânica dos Solos, é possível compreender e interpretar os vários materiais encontrados na investigação do solo. Considerar a terra como um material de engenharia é muito complicado, pois este, não é um material sólido coerente como o aço, por exemplo, mas é um material em partículas. É importante compreender a importância do tamanho da partícula, forma e composição, e da estrutura interna de um solo afim de conseguir informações concretas sobre as propriedades mecânicas do mesmo. Neste trabalho foram apresentadas algumas equações matemáticas que servem como suporte no momento da investigação e estudos quantitativos e qualitativos do solo objeto de estudo.
  17. 17. Bibliografia CARDOSO, L. R.; Apostila de Mecânica dos Solos, ETFES, Vitória, 1995. CAPUTO, H. P.; Mecânica dos Solos e suas Aplicações, Livros Técnicos e Científicos, São Paulo, 1994. PINTO, Carlos de Souza; Curso Básico de Mecânica dos Solos- 3º Edição

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