Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Composição química e mineralógica dos solos

Os minerais que formam os solos dependem da rocha de origem:

Primários: quando provêm diretamente da rocha matriz. Ex: quartzo, ortoclasse

Secundários: quando são formados na decomposição da rocha. Ex: minerais argílicos, hematita.

Mineral: substância inorgânica e natural, com composição química e estrutura definidas;as propriedades físicas de maior interesse para a engenharia são a densidade e dureza.

As rochas, em geral, são formadas basicamente por:

Quartzo: é um dos minerais mais resistentes ao intemperismo, estável, ótima resistência e compressão(SiO2); é o mineral mais abundante na crosta terrestre.

Feldspato: silicato de alumínio, de ferro etc – é a parte fraca da rocha, facilmente atacável produzindo compostos solúveis;

Mica: sob certas condições são atacáveis, noutras não. Apresentam-se na forma de palhetas ou escamas brilhantes. Os principais tipos são a muscovita (branca) e a biotita (preta).

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Principais minerais componentes dos solos grossos:

Silicatos: feldspato, mica, quartzo, talco, etc;

Óxidos : hematita, magnetita, limonita, etc;

Carbonatos: calcita, dolomita, etc;

Sulfatos: gesso, anidrita, etc.

• Comportamento mecânico e hidráulico relacionado principalmente à compacidade e orientação das partículas; a composição mineralógica é, até certo ponto, secundária.

• Características físicas determinadas principalmente pelo tamanho das partículas, forma, textura superficial e distribuição de tamanho.

Solos grossos

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

A investigação dos componentes mineralógicos das argilas é de grande importância, pois o comportamento mecânico destas é função principalmente de sua estrutura, a qual é fortemente influenciada pela constituição mineralógica. As argilas são constituídas de pequenos minerais cristalinos, denominados minerais argílicos, os quais ordinariamente têm células unitárias com carga residual negativa

Argilas

Influencia bastante nas propriedades das argilas.

Uma montmorilonita sódica é muito mais expansiva e quimicamente ativa do que uma montmorilonita cálcica.(a espessura da dupla camada é maior para cátions monovalentes do que para cátions bivalentes).

Cátions trocáveis (Na+, K+, Ca+2, Mg+2)

Teoria a dupla camada

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Minerais ArgílicosUnidades cristalográficas fundamentais:

Sílica Gibsita

Tetraedro de silício Octaedro de alumínio

Representação esquemática:

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Minerais Argílicos

Caulinita

Montmorilonita

Ilita

Unidades Básicas: Lâminas (tetraedros de Si e/ou octaedros de Al)

União das Lâminas: Camadas

Empilhamento de Camadas: Minerais

Destacam-se três grupos principais:

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Principais minerais argílicos

Caulinita: formado por empilhamento regular das camadas 1:1, 1 tetraedro SiO4 e um octaedro Al2O6 ligados entre si através de oxigênios comuns. A ligação entre unidades é suficientemente firme para não permitir a penetração de moléculas de água entre elas. Em consequência as caulinitas são relativamente estáveis em presença de água. Montmorilonita: uma camada é constituída por duas folhas de SiO4 e uma folha central Al2O6 (2:1), unidas entre si por oxigênios comuns. As camadas sucessivas estão ligadas fracamente entre si e camada de água ou moléculas polares podem entrar entre elas. Apresentam possibilidade de expansão. Ilita: estrutura cristalina semelhante a montmorilonita (2:1), com uma substituição maior de alumínio por silício e um cátion neutralizante de potássio. As camadas estruturais são muito ligadas entre si e, portanto, quase não expandem.

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Algumas características física dos solos

Fase sólida: caracterizada pelo seu tamanho, forma, distribuição e composição mineralógica dos grãos;

Fase gasosa: ar, vapor d’água e carbono combinado. É bem mais compressível que as fases liquida e sólida;

Fase líquida: pode estar em equilíbrio hidrostático ou fluir sob a ação da gravidade ou de outra forma.

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Água nos solos

Água de constituição: faz parte da estrutura molecular das partículas sólidas. É liberada à temperatura acima de 1200oC.Ex: montmorilonita: (OH)4Al4Si8O20 x H2O.  Água adesiva ou adsorvida: é uma película que envolve a partícula sólida e a ela se adere fortemente. É liberada a temperatura da ordem ou acima de 600oC.

Água higroscópica: é aquela resultante de um solo seco ao ar. Está ligada à parte fina do solo. Só é liberada à temperatura acima de 100oC.

Água livre: é a que preenche todos os vazios do solo e é regida pela lei da hidráulica.

Água capilar: é a que nos solos finos sobe pelos canículos, formados pelas partículas sólidas e vai além da superfície livre da água.

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Partícula de argila

Água livre

São aquelas que podem ser retiradas com aquecimento a 105-110oC.

Água higroscópica

Água capilar

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Dimensão dos grãos (tipos de solos)

A medida do tamanho relativo dos grãos que formam a fase sólida dos solos é chamada de granulometria.

FRAÇÃO LIMITES (ABNT)

Matacão de 25cm a 1m

Pedra de 7,6cm a 25cm

Pedregulho de 4,8mm a 7,6cm

Areia Grossa de 2,0mm a 4,8mm

Areia média de 0,42mm a 2,0mm

Areia fina de 0,05mm a 0,42mm

Silte de 0,005mm a 0,05mm

Argila Inferior a 0,005

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Dimensão dos grãos (tipos de solos)

Métodos usados para determinação: solos grossos – peneiramento solos finos – sedimentação

Pedregulho e areia: são agregados de fragmentos de rochas ou minerais de forma arredondada ou angulosa (nenhuma plasticidade). São chamados de solos grossos. Apresenta alta permeabilidade.

Siltes e argilas: são chamados solos finos.

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

É a soma das superfícies de todas as partículas contidas na unidade de peso (ou de volume) do solo. Para o caso de uma partícula esférica, teríamos:

No caso dos minerais argílicos as superfícies específicas assumem valores maiores.

Areia (d = 0,1mm) 0,03m2/g

Minerais Argílicos

Caulinita 10 m2/g

Ilita 80 m2/g

Montmorilonita 800 m2/g

Quanto mais fino o solo, maior sua superfície específica, isto constitui uma das diferenças entre os solos arenosos e argilosos. A superfície específica, também, é relacionada à forma dos grãos. A forma lamelar das argilas é a causa da sua maior superfície específica.

)/(3

34

4 323

2

cmcmrr

rS

Superfície específica

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Formas das partículas

a e b – predominam em pedregulho, areia e silte.c e f – predominam nas argilas.g – predominam nas turfas puras. A forma lamelar das argilas é uma das causas de algumas das propriedades intrínsecas dos solos argilosos (plasticidade, coesão, etc).

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Fração areia

(0,075<fgrão mm<2)

Bem arredondado

Arredondado

Subarredondado

Angular

Subangular

Obtenção por lupa

binocular

Formas das partículas - Areias

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Formas das partículas - Argilas

Caulinita

Ilita

Montmorilonita

Forma lamelar

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

É o arranjo ou a disposição das partículas constituintes entre si.

Tipos de estruturas

Granular simples (areias e predegulhos) – predominância das forças da gravidade na disposição das partículas, que se apoiam umas sobre as outras. A estrutura pode ser mais ou menos densa.

Alveolar (siltes e areias finas) – predominância de atração molecular sobre o peso dos grãos. Este fica na posição que cai, dispondo-se em forma de arcos.

Estrutura dos solos

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Floculada (argilas) – em tais estruturas as ações elétricas desempenham uma função importante, com a influência dos íons presentes no meio da sedimentação.

Esquelética – nos solos onde, além dos grãos finos existentes, existem grãos maiores (argilas marinha).

Estrutura dos solos

Mecâ

nic

a d

os

Solo

s 1

Estrutura dos solos

Floculada e agregada

Floculada e dispersa

Agregada e defloculada