origem e formaÇÃo dos solos geotecnia i prof.: joão guilherme rassi almeida disciplina: geotecnia...

ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS

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Prof.: João Guilherme Rassi Almeida

Disciplina: Geotecnia 1

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NOÇÕES DE GEOLOGIA APLICADA A ENGENHARIA

INTRODUÇÃOImportância do conhecimento básico de Geologia em Engenharia:– Perfis rochosos ou compostos (rocha e solo)– Os solos têm origem na decomposição das rochas e podem preservar características mineralógicas e físicas

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NOÇÕES DE GEOLOGIAMineral Substância inorgânica e homogênea que ocorre naturalmente, com uma combinação química (um ou mais elementos químicos) definida e com uma estrutura atômica ordenada (Cristalina ou Amorfa)

Cristalizam-se a partir de líquidos magmáticos; pela recristalização em estado sólido; ou como produto de reações químicas entre sólidos e líquidos.

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NOÇÕES DE GEOLOGIAPROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS Brilho: reflexão da luz incidente da superfície de

fratura recente do mineral Cor: composição química ou impurezas contidas

no mineral Traço: cor do pó mineral quando este risca uma

superfície áspera e porcelana branca dura

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NOÇÕES DE GEOLOGIAPROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS

Clivagem: superfície de fratura plana, paralela a uma face real ou possível do cristal

Fratura: superfície de quebra do mineral, independente do plano de clivagem

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NOÇÕES DE GEOLOGIAPROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS

Dureza: resistência do mineral ao risco ou abrasão

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NOÇÕES DE GEOLOGIAPROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS

Tenacidade: resistência que o mineral oferece à flexão ao esmagamento (flexíveis ou quebradiços)

Magnetismo: contêm o elemento Fe (repelidos ou atraídos pelo imã

Peso Específico: peso do mineral em relação ao peso de igual volume de água

Peso específico =

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NOÇÕES DE GEOLOGIA

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NOÇÕES DE GEOLOGIA

PRINCIPAIS MINERAIS FORMADORES DE ROCHA

FATORES DE IMPORTÂNCIA: Pressão Temperatura Disponibilidade do mineral químico

Crosta Terrestre 99 % constitui-se de 10 elementos: Oxigênio (46,6%) Silício (28,2%) Alumínio (8,2%) Ferro (5,6%) Calcio (4,2%) Outros (Na; K; Mg; Ti; P)

Silicatos

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NOÇÕES DE GEOLOGIA

PRINCIPAIS MINERAIS FORMADORES DE ROCHA

MINERAIS SILICATOS: apresentam o íon Si-4 situado entre quatro íons de O-2 compondo um arranjo tetraédrico (SiO4)-4 ; Al+3, Fe+3 e Mg+2 podem substituir parcialmente o Si.

MINERAIS NÃO SILICATOS: grupos de elementos nativos, sulfetos, óxidos e hidróxidos, carbonatos, haloides e sulfatos.

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MINERAIS SILICATOS

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MINERAIS SILICATOS

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MINERAIS NÃO SILICATOS

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MINERAIS NÃO SILICATOS

Grafita

Hematita

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NOÇÕES DE GEOLOGIA

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NOÇÕES DE GEOLOGIA

ROCHACorpo sólido natural, resultante de um processo geológico, formado por agregados de um ou mais minerais, arranjados segundo as condições de temperatura e pressão.

CLASSIFICAÇÃO GERAL Ígneas Sedimentares Metamórficas

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NOÇÕES DE GEOLOGIA

ROCHAS ÍGNEAS

Devido ao resfriamento e consolidação do MAGMA

Rochas intrusivas ou plutônicas formadas em profundidade no interior da crosta terrestre

Rochas extrusivas ou vulcânicas formadas na superfície terrestre devido o extravasamento de lava por condutos vulcânicos

Composição da Lava Oxigenio e Silicio são os elementos mais abundantes

ROCHAS ÍGNEAS Alta resistência mecânica

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NOÇÕES DE GEOLOGIA

ROCHAS SEDIMENTARES

Formadas pelo material de intemperismo de outrasrochas, sujeito a processos de transporte, deposição e consolidação.

ROCHAS SEDIMENTARES Baixa resistência mecânica

Rochas Calcárias e dolomíticas :Uteis na indústria cimenteira, da cal, vidreira, siderúrgica, de tintas, britas e agregados para concreto.

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NOÇÕES DE GEOLOGIA

ROCHAS METAMÓRFICAS

Originadas do metamorfismo de rochas pré-existentes

ROCHAS METAMÓRFICAS Utilizadas como revestimento de pisos. Ex.: Mármore

Agentes do Metamorfismo • calor • pressões • fluídos

Caracteres metamórficos • Deformação dos minerais • Achatamento dos minerais • Orientação dos minerais • Dobramento das bandas

com orientação dos minerais • Recristalização de minerais

Resistência mecânica > rochas sedimentares < rochas ígneas

PARTÍCULAS DO SOLOORIGEM DO SOLO: todos os solos se originam da decomposição das rochas que constituíam inicialmente a crosta terrestre.

• Agentes físicos• Agentes químicos

∆T provoca trincas, o congelamento exerce elevadas tensões, fragmentando blocos.Fauna e flora provoca ataques químicos; hidratação, hidrólise, oxidação, lixiviação.Esses processos são mais atuantes em climas quentes do que frios, levando a formação de solos com diferentes partículas e composições químicas.As características dos solos dependem da rocha que lhe deu origem.

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ORIGEM DOS SOLOSFATORES QUE INFLUENCIAM:

• Material de origem (rocha ou solo)• Clima• Relevo• Biosfera• Tempo

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• ROCHA

intemperismo

• Solo Jovem (residual)

+ intemperismo

• Solo maduro

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ORIGEM DOS SOLOSSolo Jovem (solo residual): é um solo que ainda contém características da rocha que lhe deu origem, é pouco intemperizado e encontram-se no local onde foram formados.

• solo residual maduro: é um solo superficial e que perdeu a estrutura original da rocha mãe e tornou-se relativamente homogêneo;

• solo saprolítico: solo que mantém a estrutura original da rocha mãe, inclusive veios intrusives, fissuras e xistosidade, mas perdeu a consistência de rocha, solo residual jovem.

• rocha alterada: horizonte em que a alteração progrediu ao longo de fraturas, deixando intactos grandes blocos de rochas.

Solos transportados: são aqueles que foram levados por algum agente de transporte.

• solos coluvionares: são formados por ação da gravidade.22

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ORIGEM DOS SOLOS

• solos aluvionares: são resultantes do carreamento pela água;• solos eólicos: são solos transportados pelo vento;• drifs: solos transportados por geleiras.

Solos orgânicos

Solos lateríticos: apresentam elevada concentração de ferro e alumínio, ficando assim avermelhados. Quando compactados possuem alta capacidade de suporte.

Fatores que influenciam a formação dos solos:• Material de origem (rocha ou solo)• Clima• Relevo

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• Biosfera• Tempo

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ORIGEM DOS SOLOSMaterial de origemRochas basálticas dão origem a solos de textura argilosa;Solos derivados de arenito são arenosos;Material rico em quartzo, conferem ao solo cor clara.

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quartzobasalto

arenitogranito

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Evolução do solo:

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Camadas de solo, região tropical:

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Constituição mineralógica dos solos:os minerais encontrados nos solos são basicamente os mesmos da rocha matriz. Os argilos minerais são os que dão um comportamento diferencial aos solos.

Caulinita x Montimorilonita

C : ligadas por pontes de hidrogênio (1:1), argilo mineral altamente resistente e estável. Altamente intemperizado.

M : ligada por cátions Ca+2 e Na+(2:1), ligações fracas, pouco resistentes, área pouco intemperizadas.

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Tamanho e forma das partículas:

Segundo a ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas e Souza Pinto pode-se adotar as faixas de tamanho de grãos:

FRAÇÃO LIMITES (ABNT) LIMITES (Sousa Pinto)

Matacão de 20 cm a 1 m de 25 cm a 1 m

Pedra de 60 mm a 20 cm de 76 mm a 25 cm

Pedregulho de 2,0 mm a 60 mm de 4,8 mm a 76 mm

Areia grossa de 0,60 mm a 2,0 mm de 2,0 mm a 4,8 mm

Areia média de 0,20 mm a 0,60 mm de 0,42 mm a 2,0 mm

Areia fina de 0,06 mm a 0,20 mm de 0,05 mm a 0,42 mm

Silte 0,002 mm a 0,06 mm 0,005 mm a 0,05 mm

Argila inferior a 0,002 mm inferior a 0,005 mm

# n° 200 = 0,075mm a mais fina usada em laboratório.

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Tamanho e forma das partículas:

Nomenclatura mais comum:

Pedregulho→ Areia→ Silte→ Argila

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Tamanho e forma das partículas:

Arredondadas: predominam em pedregulhos, grão de areia e siltes;Lamelares: predominam em argilas e mica;Fibrilares: caract. de solos altamente orgânicos (Turfas).

Sistema solo-água-ar:

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Partículas de solos

Vazios

- Água (Solo Saturado)

- Água + Ar (Solo Não Saturado)

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Sistema solo-água-ar

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ORIGEM DOS SOLOS

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Sistema solo-água-ar

Da combinação das forças de atração e repulsão entre as partículas resulta a estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo e às forças entre elas. Há dois tipos básicos de estrutura:

• estrutura floculada: quando os contatos se fazem entre face-aresta

• estrutura dispersa: quando as partículas se posicionam paralelamente, face-face.

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- +

- -

INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS

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A identificação dos solos por meio das partículas que constituem os solos, são empregados dois tipos de ensaios: análise granulométrica e os índices de consistência.

Análise granulométricaEstudo das distribuição do tamanho dos grãos constituída em duas fases:

• peneiramento= para partículas superiores a 0,075mm;• sedimentação=para partículas menores que 0,075mm, Lei de Stokes.

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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS

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O peso do material que passa em cada peneira, referido ao peso seco da amostra, é considerado como a “porcentagem que passa”, e representado graficamente em função da abertura da peneira, em log.

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•Granulometria contínua: solo bem graduado•Granulometria descontínua: solo mal graduado•Granulometria uniforme: solo uniforme

INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS

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Parâmetros definidos a partir da curva Granulométrica

Diâmetro efetivo – D10 → diâmetro tal que o peso correspondentea partículas menores que este é 10% do peso total da amostraCoeficiente de uniformidade – Cu → informa a graduaçãoCu<5 – solo uniforme5<Cu<15 – solo medianamente uniformeCu > 15 – solo desuniforme Coeficiente de curvatura – Cc → permite identificardescontinuidades da curvaCc= 1 a 3 – solo bem graduado

10

60

D

DCu

1060

230

.DD

DCc

INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS

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Nomenclatura dos solos em função da granulometria

Fração dominante + subdominante (simples ou composta com sufixo “oso” ou “osa”Ex: argila siltosa, areia silto-argilosa, silte arenoso,...

Exercício 1: Com os dados apresentados a seguir, determine:

a) A curva granulométrica;b) As porcentagens de pedregulho, areia, silte e argila

conforme a ABNT;c) Os valores de Cu e Cc;d) Identificação preliminar do solo.

INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS

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Abertura (mm) Massa retida (g)

4,75 0,0

2,00 21,6

0,850 49,5

0,425 102,6

0,250 89,1

0,125 95,6

0,075 60,4

Fundo 31,2

INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS

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Limites de AtterbergSão teores de umidades limite entre os estados de consistência.Baseiam-se na constatação de que um solo argiloso ocorre com Aspectos bem distinto conforme o teor de umidade.

pL wwIP

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Limites de Liquidez

wL : teor de umidade do solo com o qual uma ranhura requer25 golpes para fechar, numa concha.

1

10

100

34 36 38 40 42 44Teor de Umidade (%)

Nú

me

ro d

e G

olp

es

25

INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS

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Limites de Plasticidade

wP : menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um cilindro com 3mm de diâmetro, rolando-se com a palma da mão.

IP (%) Descrição

0 Não plástico

1-5 Ligeiramente plástico

5-10 Plasticidade baixa

10-20 Plasticidade média

20-40 Plasticidade alta

>40 Plasticidade muito alta

INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS

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Atividade das argilas• Identificar o potencial de expansão de solos argilosos;• Pequenos teores de argila e elevados índices de consistênciaindicam que a argila é muito ativa;• Depende dos argilominerais presentes no solo;

)02,0(arg mmilafração

IPIA

Atividade Descrição

0,75 a 1,25 Normal

Menor que 0,75 Inativa

Maior que 1,25 Ativa

INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS

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Exercício 2. Com os dados apresentados a seguir, determine:

a) Limite de liquidez

b) Limite de plasticidade

c) Índice de plasticidade

d) Atividade, considerando que o solo tem 54,3% de argila.

Umidade (%) 41,6 38,9 36,6 34,4

Golpes 11 21 30 42

Umidade (%) 21,0 21,7 20,4 21,3 20,5 20,4

Limite de liquidez

Limite de plasticidade