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11 SSUUMMRRIIOO

1 SUMRIO 1

2 APRESENTAO 4

3 DEFINIES PRELIMINARES 5

3.1 DEFINIES E OBJETIVOS DA MECNICA DOS SOLOS 5 3.2 DEFINIO DE SOLOS 6 3.2.1 FASE SLIDA 7 3.2.2 FASE LQUIDA 7 3.2.3 FASE GASOSA 10 3.3 EMPREGO DO CONHECIMENTO DE SOLOS NA ENGENHARIA CIVIL 11 3.4 ORIGEM E EVOLUO DA MECNICA DOS SOLOS 11 3.5 DEFINIES GERAIS 12

4 FORMAO DOS SOLOS, FORMA DAS PARTCULAS E ESTRUTURA 14

4.1 CONTEXTUALIZAO 14 4.2 PROCESSO DE ALTERAO 15 4.3 FATORES QUE CONTROLAM OS PROCESSOS DE ALTERAO 18 4.3.1 ROCHA ME 18 4.3.2 CLIMA 18 4.3.3 TOPOGRAFIA 19 4.3.4 VEGETAO 19 4.3.5 TEMPO 19 4.3.6 PERFIL DO SOLO 19 4.4 CLASSIFICAO DOS SOLOS QUANTO A ORIGEM 21 4.4.1 SOLOS RESIDUAIS 21 4.4.2 SOLOS SEDIMENTARES 22 4.4.3 SOLOS ORGNICOS 24 4.5 ALTERAO DOS SOLOS APS A SUA FORMAO 24 4.5.1 TENSO 25 4.5.2 TEMPO 25 4.5.3 GUA 25 4.5.4 AMBIENTE 26 4.5.5 PERTURBAO 26 4.6 FORMA DAS PARTCULAS 27 4.7 ESTRUTURA DOS SOLOS 29 4.7.1 ESTRUTURA SIMPLES 29 4.7.2 ESTRUTURA ALVEOLAR 31 4.7.3 ESTRUTURA FLOCULADA 31 4.7.4 ESTRUTURAS COMPOSTAS 32 4.7.5 ESTRUTURA EM CASTELO DE CARTAS 34 4.7.6 ESTRUTURA DISPERSA 35 4.7.7 COMPOSIO DAS PARTCULAS 36

2

5 FASES CONSTITUINTES DO SOLO 38

5.1 CONTEXTUALIZAO 38 5.2 RELAO DE FASES 39 5.2.1 RELAO ENTRE PESOS 40 5.2.2 RELAO ENTRE VOLUMES 40 5.2.3 RELAO ENTRE PESOS E VOLUMES 42 5.2.4 FRMULAS DE CORRELAO 44 5.3 DETERMINAO EXPERIMENTAL DOS NDICES FSICOS 44 5.3.1 DETERMINAO DO PESO E VOLUME DE UMA AMOSTRA 44 5.3.2 DETERMINAO DO TEOR DE UMIDADE (W) 45 5.3.3 DETERMINAO DO PESO ESPECFICO REAL DOS GROS (S) 47 5.3.4 RETIRADA DE AMOSTRAS 48

6 GRANULOMETRIA DOS SOLOS 55

6.1 INTRODUO 55 6.2 CLASSIFICAO DOS SOLOS BASEADOS EM CRITRIOS GRANULOMTRICOS 56 6.3 PROPRIEDADES QUE AUXILIAM NA IDENTIFICAO DOS SOLOS 58 6.3.1 TEXTURA 58 6.3.2 COMPACIDADE 61 6.3.3 FORMA DOS GROS 62 6.4 USO DA GRANULOMETRIA 63

7 PLASTICIDADE E CONSISTNCIA DOS SOLOS 65

7.1 INTRODUO E CONTEXTUALIZAO 65 7.2 COMPOSIO MINERALGICA DAS ARGILAS 65 7.2.1 ARGILO-MINERAIS 66 7.2.2 ESTRUTURA DOS ARGILO-MINERAIS 66 7.3 RESISTNCIA AO CISALHAMENTO 69 7.4 COESO 71 7.5 TIXOTROPIA 72 7.6 CONSISTNCIA DOS SOLOS 73 7.6.1 ESTADOS DE CONSISTNCIA 73 7.7 DETERMINAO EXPERIMENTAL DOS LIMITES DE CONSISTNCIA 75 7.7.1 LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) 75 7.7.2 LIMITE DE PLASTICIDADE 77 7.8 LIMITE DE CONTRAO (LC) 78 7.9 NDICE DE PLASTICIDADE (IP) 78 7.10 NDICE DE CONSISTNCIA (IC) 79 7.11 NDICE DE LIQUIDEZ (IL) 80 7.12 ATIVIDADE COLOIDAL (AC) 80 7.13 GRAU DE CONTRAO (C) 80 7.14 GRFICO DE PLASTICIDADE 81

8 CLASSIFICAO DOS SOLOS 82

8.1 CONTEXTUALIZAO 82 8.2 SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAO DOS SOLOS 82 8.2.1 SOLOS GROSSOS 83

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8.2.2 SOLOS FINOS 85 8.3 SISTEMA H.R.B. 89

9 BIBLIOGRAFIA 92

4

22 AAPPRREESSEENNTTAAOO

O presente volume intitulado Notas de Aula de Solos I, tem por objetivo reunir os tpicos de maior relevncia na rea de mecnica dos solos, essenciais a formao do Tcnico Nvel Mdio em Estradas.

As informaes seguir relacionas constituem um apanhado geral das notas de aula que me acompanham desde o perodo que cursei a Faculdade de Engenharia, bem como um garimpo das informaes atualmente disponibilizadas na internet.

A organizao e estrutura atuais, so dinmicas e sistematicamente so atualizadas no processo de troca que constitui o elo Ensino x Aprendizagem.

No desenvolvimento deste documento esto organizadas informaes acerca dos seguintes assuntos:

Definies preliminares;

Formao dos solos, forma das partculas e estrutura;

Fases constituintes dos solos;

Granulometria dos solos;

Plasticidade e consistncia dos solos;

Classificao de solos.

Professor Clio Antnio DAvilla

Agosto de 2008

Nada deveria ser capaz de causar dano a qualquer pessoa, a no ser ela mesma. Deveria ser impossvel roubar uma pessoa. Afinal, o que ela realmente possui o que traz dentro de si; o que est fora no deveria ter importncia alguma

Oscar Wilde

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33 DDEEFFIINNIIEESS PPRREELLIIMMIINNAARREESS

33..11 DDEEFFIINNIIEESS EE OOBBJJEETTIIVVOOSS DDAA MMEECCNNIICCAA DDOOSS SSOOLLOOSS

A mecnica dos solos estuda as caractersticas fsicas dos solos e as suas propriedades mecnicas (equilbrio e deformao) quando submetido a acrscimos ou alvio de tenses.

O objetivo principal da mecnica dos solos substituir por mtodos cientficos os mtodos empricos aplicados no passado. Neste contexto, destaca-se que o grande problema a resolver esta ligado a prpria natureza do solo.

Problemas comuns que necessitam o conhecimento de Mecnica dos Solos:

Recalque em fundaes;

Ruptura de taludes;

Escolha de material para aterro ou barragem de terra;

Percolao de gua e rebaixamento do nvel fretico;

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33..22 DDEEFFIINNIIOO DDEE SSOOLLOOSS

De forma sistmica solo a camada mais superficial da crosta e composto por sais minerais dissolvidos na gua intersticial e seres vivos e rochas em decomposio.

Apesar da grande heterogeneidade usualmente os solos agrupam-se em:

O primeiro grupo rico em hmus e detritos de origem orgnica. Esse grupo constitui a camada frtil, propicia ao plantio;

O segundo grupo constitui-se de sais minerais, composto por:

Calcrio que corresponde de 7% a 10% do grupo.

Argilas e siltes que correspondem de 20% a 30% do grupo.

Areia que corresponde de 60% a 70% do grupo.

O terceiro grupo o das rochas parcialmente decompostas.

E o quarto grupo o das rochas que esto comeando a se decompor. Denominadas de rocha me.

Sob o ponto de vista da engenharia, Solo a denominao que se d a todo material de construo ou minerao da crosta terrestre escavvel por meio de p, picareta, escavadeira, etc., sem necessidade de explosivos.

Conforme destacado anteriormente, os problemas esto ligados a natureza do solo que de uma forma mais sucinta pode ser definido como: Material natural, no concrecionado, resultante do intemperismo fsico e qumico das rochas e constitudo por 03 (trs) fases, ou seja; slida, lquida e gasosa.

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33..22..11 FFAASSEE SSLLIIDDAA

Consiste dos gros propriamente ditos, ou seja, as partculas slidas que diferem-se em relao ao tipo de solo analisado. Podem variar em formato, natureza ou composio mineralgica. As diferenciaes decorrem da sua origem de formao, onde os agentes e a rocha me, iro caracterizar futuramente os gros.

O conhecimento pleno da fase slida, bem como as relaes entre as diversas fases constituintes materializado mediante ensaios geotcnicos. Antecedendo efetivao do ensaio necessrio preparar previamente as amostras. As rotinas a serem observadas nesta etapa constam do fluxograma apresentado seguir:

Repartidor de amostras

Pesagem

1500g solos finos e 2000g de solos grossos

Amostra

Secagem da amostra ao ar

Almofariz

# 2,00mm # 0,42mm

> 2,00mm < 2,00mm < 0,42mm> 0,42mm

Granulometria >2,00mm

Granulometria

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gua Higroscpica;

gua Adesiva;

gua de Constituio.

3.2.2.1 gua Livre ou Gravimtrica

Trata-se da gua, que preenchidos todos os vazios de um macio de solo, tem seu comportamento regido pelas leis da hidrulica . a gua que circula livremente pelo solo, po-dendo entrar ou sair .atravs dos poros. De forma genrica podemos assegurar que a gua livre :

A gua que retiramos do solo nos poos, ou seja, a gua do lenol fretico;

A gua que circula sendo absorvida pela infiltrao ou emergindo atravs das nascentes;

Denominao da gua do lenol artesiano quando a gua est sob presso.

3.2.2.2 gua Capilar

Para se compreender como a gua capilar observada na massa de solo, torna-se necessrio observar o que acontece prximo ao NA em um poo que foi escavado. Pelas paredes do poo, verifica-se que a gua sobe acima do NA por efeito de capilaridade, formando franjas de saturao capilar. A regio totalmente saturada do solo, denomina-se franja de saturao capilar total; no restante, a franja de saturao parcial. Nesta regio, a

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gua que ocupa os poros ou interstcios do solo est sob presso negativa, ou seja, inferior atmosfrica.

As franjas capilares tm uma importncia primordial para os agrnomos, pois da as plantas retiram gua e outras substncias que necessitam. Para os engenheiros geotcnicos, o maior interesse est no que acontece abaixo do NA, onde as presses intersticiais da gua, ou poropresses ( u0 ), so positivas e calculadas pela expresso:

uo = Zw x W gw peso especfico da gua, tomado igual a 1,00 g/cm

Zw profundidade em relao ao NA (cm)

Os fenmenos capilares podem ser facilmente observados, quando colocamos face a face duas placas de vidro e tentamos afast-las. Neste caso, observaremos uma fora resistente denominada coeso. De forma anloga podemos afirmar que a gua capilar que apresenta presses intersticiais negativas tendem aproximar os gros aumentando a resistncia dos solos.

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3.2.2.3 gua Higroscpica

Trata-se daquela que encontrada em um solo seco ao ar livre.

Assim sendo funo do grau de saturao momentnea da atmosfera (umidade relativa do ar ) e da natureza Podemos evapor-la totalmente em estufa, pelo efeito do calor, a temperatura superior a 100 C.

Um mesmo solo poder ter diferentes umidades higroscpicas ao longo das estaes do ano.

3.2.2.4 gua Adesiva

Trata-se de um "filme" ou "pelcula" de gua que est fortemente ligada partcula slida, envolvendo-a completamente.

Esta gua s pode ser libertada em estufa, quando em temperaturas elevadssimas, isto , normalmente acima de 5000 C.

A formao desta pelcula resultado da polarizao das molculas de gua. Caracteriza-se por apresentar propriedades diferentes da gua comum, pois manifesta-se no estado semi-slido, devido a grande presso eletrosttica de adsorso, cujo valor estimado em torno de 20.000 Kg/cm, possuindo espessura mdia aproximada de 0,005 mm

3.2.2.5 gua de Constituio

A gua de constituio pode ser apreciada a partir da anlise da composio molecular do solo. Ela faz parte da estrutura dos gros. A sua remoo implica no surgimento de material com caractersticas diferentes, alterados mineralogicamente.

33..22..33 FFAASSEE GGAASSOOSSAA

Consiste simplesmente de bolses de ar ou vapor d'gua, dispersos em uma massa de solo.

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33..33 EEMMPPRREEGGOO DDOO CCOONNHHEECCIIMMEENNTTOO DDEE SSOOLLOOSS NNAA EENNGGEENNHHAARRIIAA CCIIVVIILL

O solo, sob o ponto de vista da engenharia geotcnica, poder ser utilizado tanto em suas condies naturais quanto como material de construo. Em sua condio natural, ser usado como elemento de suporte de uma estrutura ou como a prpria estrutura, nem sempre sendo possvel melhorar suas propriedades de uma forma econmica.

Como material de construo poder ser usado, principalmente, na construo de aterros para finalidades as mais diversas, como sub-bases e bases de pavimentos sendo nestes casos, possvel dar ao solo as caractersticas necessrias e desejadas em cada projeto (Nogueira, 1988). Na tabela a seguir esto indicados, resumidamente, alguns aspectos de utilizao do solo em sua condio natural e como material de construo.

33..44 OORRIIGGEEMM EE EEVVOOLLUUOO DDAA MMEECCNNIICCAA DDOOSS SSOOLLOOSS

Os primeiros trabalhos sobre o comportamento dos solos datam do sculo XVII. COULOMB, 1773, RANKINE, 1856 e DARCY 1856 publicaram importantes trabalho sobre o comportamento dos solos. O acmulo de insucessos em obras de Engenharia observados no incio do sculo XX como:

O escorregamento de solo durante a construo do canal do Panam,

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1913;

Rompimento de grandes Barragens de Terra e Recalque em Grandes edifcios, 1913;

Escorregamento de Muro de Cais na Sucia, 1914. O Levou em 1922 a publicao pelos suecos de uma nova teoria para o clculo e Estabilidade de taludes;

Deslocamento do Muro de cais e escorregamento de solo na construo do canal de Kiev na Alemanha,1915.

Em 1925 o professor Karl Terzaghi publicou seu primeiro livro de Mecnica dos solos, baseado em estudos realizados em vrios pases, depois do incio dos grandes acidentes.

A mecnica dos solos nasceu em 1925 e foi batizada em 1936 durante a realizao do primeiro Congresso Internacional de Mecnica dos Solos.

Em meados de 1938 foi instalado o primeiro Laboratrio de Mecnica dos solos em So Paulo. Em novembro de 1938 foi instalado o Laboratrio de Solos e Concreto da Inspetoria Nacional de Obras Contra a Seca em Curemas Paraba.

33..55 DDEEFFIINNIIEESS GGEERRAAIISS

A litosfera (do grego "lithos" = pedra) a camada slida mais externa do planeta Terra, constituda por rochas e solo. tambm denominada como crosta terrestre.

um dos trs principais grandes ambientes fsicos da Terra, ao lado da hidrosfera e da atmosfera, que, na sua relao enquanto suportes de vida, constituem a biosfera.

A crosta terrestre constituda principalmente por basalto e granito e fisicamente menos rgida e mais fria do que o manto e o ncleo da Terra.

Composta de minerais a litosfera cobre toda a superfcie da terra, desde o topo do Monte Everest at as profundezas das Fossas Marianas.

A crosta terrestre subdividida em crosta ocenica, de constituio mfica (com o nome de SiMa - minerais de slica e magnsio) e crosta continental de constituio flsica (com o nome de SiAl - minerais de slica e alumnio).

O Manto a camada da estrutura da Terra que fica abaixo da crosta prolongando-se em profundidade at ao limite exterior do ncleo, estende-se desde cerca de 30 km de profundidade (podendo ser menor nas zonas ocenicas) at 2 900km.

A diferenciao do manto iniciou-se h cerca de 3.800 milhes de anos, quando a segregao gravimtrica dos componentes do proto-planeta Terra produziram a atual estratificao. A presso na parte inferior do manto atinge mais de 140GPa (1.400.000 atmosferas).

A astenosfera uma zona do manto externo, menos rgida, com comportamento plstico devido, talvez, fuso parcial de uma poro mnima de material do manto

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sobre essa camada que se assentam as placas tectnicas.

A existncia da astenosfera foi evidenciada atravs do estudo do comportamento das ondas ssmicas. Na astenosfera, a velocidade de propagao das ondas ssmicas diminui. Como h um abaixamento da velocidade de propagao das ondas, admite-se que o material deve ser menos rgido, menos elstico e mais plstico que nas regies acima e abaixo dela.

Uma hiptese a considerar que nesta zona a temperatura seja suficientemente elevada para provocar a fuso parcial de alguns constituintes dos peridotitos, rochas existentes na astenosfera. A quantidade de material fundido deve ser muito pequena, uma vez que as ondas S propagam-se atravs desta zona do manto (as ondas S so ondas ssmicas que se propagam apenas em meios slidos).

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44 FFOORRMMAAOO DDOOSS SSOOLLOOSS,, FFOORRMMAA DDAASS PPAARRTTCCUULLAASS EE EESSTTRRUUTTUURRAA

44..11 CCOONNTTEEXXTTUUAALLIIZZAAOO

A Mecnica dos Solos lida com vrias propriedades e caractersticas dos solos avaliadas por meio de exames e ensaios laboratoriais executados sobre amostras de solos.

Nos problemas ideais, as grandes massas de solo so consideradas homogneas de forma que as propriedades fsicas em qualquer ponto dessa massa sejam idnticas quelas determinadas em laboratrio com algumas amostras representativas do terreno.

Mas como infelizmente os solos resultam de processos naturais complexos esse processo no pode ser considerado verdadeiro, pois a situao raramente corresponde realidade, porque a maioria dos solos naturais heterognea.

Assim, para avaliar conscientemente as propriedades de uma extensa massa de solo a partir de ensaios laboratoriais executados com um nmero limitado de amostras fundamental compreender os processos responsveis pela formao dos solos e como estes influenciam nas respectivas propriedades.

uma crena comum que o solo um agregado de partculas orgnicas e inorgnicas sujeita a uma desorganizao total. Na realidade se trata de um conjunto apresentando propriedades que variam segundo uma organizao definida.

Geralmente as propriedades na direo vertical variam muito mais rapidamente que na horizontal.

Conforme j comentado anteriormente, o solo uma complexa mistura de matria inorgnica que pode ou no conter resduos orgnicos decompostos e outras substncias que cobrem a crosta terrestre. formado por processos climticos, representados pela desintegrao e decomposio das rochas e minerais na/ou prxima superfcie em partculas cada vez menores sob a ao de agentes naturais fsicos (ou mecnicos) e qumicos. Os dois ltimos tipos de fatores sempre agem simultaneamente.

As rochas sofrem alteraes devidas a aes climticas como oscilaes de temperatura, do vento e da gua, aes qumicas (oxidao, hidratao, hidrlise, carbonatao, plantas e animais) que so provocadas pela gua ou microorganismos, especialmente quando contm cidos carbnicos, agindo ao longo do tempo. Todas as rochas que se encontram na litosfera (parte slida da Terra) esto sujeitas a estas aes.

As alteraes isoladas ou simultneas modificam e fragmentam as rochas existentes, transportam e renem estes fragmentos para originar novos sedimentos. Os processos que atuam na superfcie da crosta terrestre so da maior importncia porque no s permitem interpretar e compreender a formao de um determinado tipo de rochas (rochas sedimentares), mas so tambm responsveis pelas imposies naturais das formas da superfcie terrestre.

Utilizando o princpio da uniformizao, um dos conceitos fundamentais em Geologia, ou seja, rochas semelhantes se formaram no passado por processos semelhantes aos atuais, pode-se interpretar a histria da evoluo da amostra da rocha sedimentar em

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estudo e reproduzir a evoluo das formas terrestres.

Embora as rochas sedimentares representem uma pequena porcentagem em relao ao volume, cerca de 5%, o seu estudo reverte-se da maior importncia para a Engenharia Civil, pelo fato de cobrirem cerca de 70% da Crosta Terrestre.

A superfcie da litosfera adquire a sua topografia em funo de dois processos: a eroso e a deposio. Os agentes da eroso so as chuvas, rios, oceanos, ondas e gelos que atuando sob a ao da gravidade removem os fragmentos das superfcies das rochas que os originaram expondo-as continuamente ao ataque. Quando estes agentes cessam de atuar ou diminuem de intensidade do origem a um processo de deposio denominado sedimentao.

Cada agente de transporte produz diferentes efeitos erosivos e de deposio de sedimentos. As propriedades destes sedimentos transportados refletem bem os agentes de transporte e de deposio.

Os processos de formao dos solos so, pois complexos na medida em que os fatores de eroso e transporte se combinam nas mais diferentes normas, mas aqui sero apenas encarados do ponto de vista dos seus efeitos sobre as propriedades de interesse Engenharia dos Solos.

A forma das partculas minerais tambm uma das caractersticas muito importantes que regem o comportamento mecnico do solo. Nas sees onde que sero apresentadas este tema discutem-se de uma maneira simples e objetiva as diferentes formas das partculas dos solos, e tambm das suas estruturas acompanhadas de seus respectivos mecanismos.

44..22 PPRROOCCEESSSSOO DDEE AALLTTEERRAAOO

A alterao ou fragmentao das rochas pode ocorrer atravs de processos fsicos ou qumicos.

Nos processos fsicos no h em geral alterao da composio qumica ou mineralgica. O processo envolve apenas a fragmentao da rocha em fraes menores. No outro processo, a alterao qumica, ou seja, decomposio da rocha ocorre por meio de reaes qumicas com possveis alteraes dos minerais da rocha.

A alterao mecnica ou fsica se refere a intemperizao das rochas por agentes fsicos, tais como variao cclica da temperatura, ao do congelamento da gua que se infiltram nas juntas e fraturas das rochas, ao dos organismos, plantas, etc. Atravs desses processos chegam a formar areias ou, em alguns siltes, podendo at mesmo a formar argilas em situaes muito especiais.

A fragmentao da rocha produzida pelas tenses que se desenvolvem por meio das variaes de temperatura, formao de gelo, crescimento de cristais, e crescimento de razes.

A primeira delas resulta das variaes dirias de temperatura na superfcie provocam o ciclo de expanso e contrao do macio rochoso levando-o ao fraturamento. Se a gua penetrar nessas fendas e for levada a uma temperatura de congelamento, a

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expanso conseqente da sua massa aumenta a extenso das fendas e pode produzir uma escamao. A continuao desses processos vai levando os fragmentos a dimenses cada vez menores.

As plantas ou animais do tambm origem a alterao mecnica: as razes crescendo atravs das fendas e aumentando-as; os animais incluindo o homem fazendo escavaes. A cristalizao de sais d, pela sua expanso, origem ao alargamento e propagao de fendas.

Nos climas secos, o impacto de gros de areia transportados pelo vento provoca uma eroso muito rpida da superfcie das rochas.

Por outro lado, os produtos de alterao qumica resultam de ataque dos minerais das rochas pela gua do solo. O anidrido carbnico do ar e materiais orgnicos do solo superficial so as fontes comuns para a formao de cidos que se dissolvem na gua e atacam as rochas.

Resumindo, os processos de alterao das rochas, representam a resposta a uma mudana de ambiente que ocorre na interface atmosfera-litosfera. Com efeito, os minerais e textura de muitas rochas podem se originar sob temperaturas muito elevadas e ou a grandes profundidades, no se encontrando, portanto em equilbrio sob as condies de ambiente que prevalecem na superfcie. Os processos de alterao tendem ento a restabelecer o equilbrio sob o novo ambiente fsico-qumico e assim podem at formar novos minerais com diferentes formas de agrupamento.

Na maioria das condies climticas atuais os processos de alterao fsica e qumica se completam. A desagregao maior na superfcie do material exposto ao ar ambiente e assim permitindo a acelerao do processo de alterao qumica. As reaes qumicas produzem freqentemente novos minerais cujo desenvolvimento ajuda a fragmentar ainda mais as rochas podendo chegar a dimenses que os processos mecnicos no conseguiriam alcanar.

Mas h climas em que um processo dominante e as caractersticas dos produtos de alterao so conseqentemente dependentes das condies climticas. Como a matria prima dos sedimentos deriva quase sempre de rochas gneas fundamental compreender como estas rochas esto sujeitas aos processos de alterao.

Os minerais constituintes das rochas gneas pertencem a trs grupos: quartzo, feldspatos e minerais ferromagnesianos (micas, anfiblios, piroxenas e olivinas), que reagem diferentemente aos processos de alterao.

O quartzo, apresentando uma estrutura compacta e composio estvel, suporta bem as alteraes qumicas e quando se fragmenta mecanicamente se torna a principal constituinte das areias.

Os feldspatos, silicato de alumina, lcalis e clcio, so quimicamente mais complexos e desagregam com relativa facilidade. As bases fortes, soda, potssio e cal convertem-se em carbonatos e dissolvem-se, enquanto que a alumina e a slica se combinam com a gua para formarem os silicatos hidratados de alumina. Estes novos minerais sos estveis sob as novas condies de alterao e constituem os minerais das argilas.

Os minerais ferromagnesianos so os menos resistentes alterao qumica.

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Converte-se em minerais de argila, slica coloidal e carbonatos de magnsio, clcio de ferro. O carbonato de ferro oxidado d origem hematita vermelha que hidratada forma a limonita.

Em resumo: da alterao das rochas gneas resulta na permanncia do quartzo resistente, a formao de slica coloidal, mineral argila e hidrxidos de ferro em associao com carbonatos de lcalis e terras alcalinas que so dissolvidas.

Geralmente as alteraes das rochas no ocorrem de forma regular de cima para baixo. A existncia de fraturas e juntas permitem a penetrao dos agentes de alterao pelas descontinuidades atingindo-se assim maiores profundidades. A partir das descontinuidades processa-se o ataque qumico que mais intenso nas arestas produzindo blocos arredondados, cujo processo se denomina alterao esferoidal.

A decomposio qumica significa ao de agentes que atacam as rochas modificando sua composio mineralgica ou qumica. O principal agente a gua, e os mecanismos de ataque mais importantes so a oxidao, a hidratao e a carbonatao. Os efeitos qumicos da vegetao tm tambm um papel de destaque. Estes mecanismos geralmente produzem argilas como produto final da decomposio. Todos os efeitos anteriores se acentuam com a mudana de temperatura, donde se torna freqente encontrar formaes argilosas em zona midas e quentes, enquanto que so formaes arenosas e siltosas so tpicas em zonas mais frias.

Nos desertos quentes, a falta de gua faz com que o fenmeno de decomposio no se desenvolva, e neste caso predominam a formao de areias; ali os efeitos de alternncia entre trao e compresso sobre as rochas, produzidos pela elevao e queda peridica e contnua de temperatura so os mecanismos de ataque determinantes.

PROCESSO EXEMPLO TIPO E IMPORTNCIA DOS EFEITOSDecomposio Efeitos secundriosDilatao trmica Reduo das dimenses dos fragmentos eAo do gelo aumento da rea das superfcies de ataqueExpanso coloidal Permitem-se a composio qumicaOxidaoCarbonatao Alterao quase completa das propriedadesHidrlise fsicas e qumicas com aumento sensvel deHidratao volumeDissoluoReconstituio qumicaAo de cunha das razesAo dos cidos orgnicos Efeitos secundriosAo de animais Combinao de efeitos fsicos e qumicos

FSICO

QUMICO

BIOLGICO

As alteraes qumicas referidas incluem os seguintes processos: oxidao, carbonatao, hidrlise, hidratao, e ao de vegetais e microorganismos.

OXIDAO: Mudana que sofre um mineral em decorrncia da penetrao de oxignio na rocha.

CARBONATAO: O carbonato de clcio em contato com a gua carregada de cido carbnico se transforma em bicarbonato de

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clcio.

HIDRLISE: Resulta na destruio dos silicatos.

HIDRATAO: Penetrao da gua nos minerais, atravs de fissuras. A hidratao ocasiona nos Granitos e Gnaisses a transformao de feldspato em argila.

44..33 FFAATTOORREESS QQUUEE CCOONNTTRROOLLAAMM OOSS PPRROOCCEESSSSOOSS DDEE AALLTTEERRAAOO

Os fatores que controlam os processos de alterao das rochas esto continuamente relacionados e a sua importncia relativa depende de certas condies especficas. A classificao pedolgica (Pedologia definida, no Soil Survey Manual do U.S. of Department of Agriculture, como a cincia que se ocupa dos solos, incluindo a sua natureza, propriedades, formao, comportamento e reao, do seu uso e aproveitamento) se baseia na premissa de que a estrutura, forma, e as propriedades dos solos so controladas por cinco fatores agindo simultaneamente: material parente (rocha me); clima; topografia; vegetao e idade.

44..33..11 RROOCCHHAA MMEE

A composio e textura da rocha me importante nos estados iniciais do processo de alterao. A durao de influncia da rocha me muito curta nas zonas onde prevalecem condies extremamente midas e altas temperaturas. Em regies ridas a influncia da composio da rocha me dura indefinidamente. Sob condies diferentes de clima, topografia e tempo podem-se formar solos caulinticos e montemorilonticos a partir da mesma rocha me. Por outro lado, rochas com composies e textura muito diferentes podem dar origem ao mesmo tipo de solo com uma composio caracterstica dos minerais argilas.

Os lcalis e o ction alcalino e a sua percentagem na rocha me um fator importante para os produtos de alterao que se formam. Assim rochas sem lcalis s podem originar caulinitas ou produtos laterticos. As rochas gneas e xistos pelas suas porcentagens de lcalis, ctions alcalinos e alumina, slica, etc, do origem a grande variedade de produtos de alterao.

44..33..22 CCLLIIMMAA

O clima atravs dos seus principais fatores climticos, temperatura e chuva, tm grande importncia no desenvolvimento da alterao das rochas.

Climas quentes midos promovem rapidamente a alterao dos minerais da rocha me. Num clima continuamente mido, a percolao da gua remove os produtos decompostos permitindo a evoluo da decomposio, enquanto numa regio seca estes produtos podem permanecer in situ.

O clima afeta a vegetao e os produtos produzidos pela decomposio da matria orgnica. Os cidos orgnicos ativos reagem com os elementos da rocha me nos climas temperados midos, enquanto que a matria orgnica rapidamente destruda por oxidao em climas quentes midos.

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Resumindo: a ao do clima traduz-se por alteraes qumicas que ocorrem mais facilmente em climas quentes midos, pois so atenuadas por baixas temperaturas e praticamente interrompidas com a falta de gua; e por alteraes mecnicas favorecidas em regies de variaes rpidas de temperatura ou com ao do gelo e predominam, portanto nas regies subpolares, em desertos e em reas montanhosas.

Assim, as regies atuais de alterao podem diferenciar-se do seguinte modo:

Subpolar: alterao mecnica, principalmente devido ao da fragmentao produzida pelo gelo;

Temperada: alteraes fsicas e qumicas atuando conjuntamente;

Desrtica: alterao mecnica, principalmente devida variao de temperatura;

Tropical: alteraes qumicas profunda, favorecidas por chuvas intensas e temperaturas altas.

44..33..33 TTOOPPOOGGRRAAFFIIAA

A percolao e infiltrao da gua atravs de material alterado so controladas pela topografia. A topografia influencia no grau de eroso na superfcie. reas planas baixas esto normalmente completamente saturadas em gua em regies muito chuvosas, o que retarda a alterao.

44..33..44 VVEEGGEETTAAOO

A quantidade e qualidade dos produtos resultantes da decomposio da vegetao so fatores significativos. Onde a vegetao escassa ou rapidamente oxidvel, poucos cidos orgnicos se formam para atacar as rochas, e pelo contrrio em condies frescas e midas com vegetao de folhas pequenas, os produtos de decomposio orgnica atacam os silicatos minerais.

44..33..55 TTEEMMPPOO

O fator tempo muito importante quando a alterao moderada e a composio da rocha me permite a formao de produto de alterao. Com uma ao prolongada a lixiviao (ao da gua passando atravs do material de alterao) e outros processos de alterao acabam por tornar sensveis os seus lentos efeitos.

44..33..66 PPEERRFFIILL DDOO SSOOLLOO

Uma seo vertical das camadas de um solo desde a superfcie at a rocha me constitui um perfil do solo, que se divide em horizontes.

O horizonte A situa-se na superfcie e nele os minerais e colides vo sendo removidos por lixiviao. Tem espessura mdia de duas a trs dezenas de centmetros.

O horizonte B forma uma bolsa de acumulao para os materiais lavados do horizonte A. A espessura mdia da ordem de grandeza do horizonte A, mas pode atingir metros.

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O horizonte C muito menos alterado e a partir dele que se formam os horizontes A e B.

O horizonte D constitui a base.

O perfil de um solo descrito acima utilizado pelos gelogos e foi aqui muito enfatizado porque em muitas regies dispe-se de mapas ou cartas de solos para fins agrcolas com as respectivas classificaes pedolgicas que podem constituir um instrumento muito til de estudo. Mas para evitar confuses de nomenclatura e de critrios de classificao adotados em engenharias de solos, mostra-se no esquema seguinte a relao entre solo pedolgico e o solo do ponto de vista da engenharia de solos.

Da associao dos fatores que controlam os processos de alterao resultam dois tipos de solos nos climas temperados e um no clima tropical.

Denomina-se de podzolizao o processo que se desenvolve em climas temperados midos com cobertura de floresta dando origem a solos com concentrao de Al e Fe no horizonte B e lixiviao de Ca, Na e Mg (caulinita a principal forma)

Denomina-se de calcificao o processo que se desenvolve em climas temperados secos com cobertura de prado dando origem a solos com concentrao de Ca e Mg no horizonte B usualmente sob a forma de carbonatos (montmorilonita a principal forma).

Denomina-se laterizao o processo que se desenvolve em climas tropicais e subtropicais dando origem a solos laterticos que se formam com concentrao de Fe e Al no horizonte B; sendo a slica lixiviada, se a argila instvel, concentrando-se a alumina para se formar uma argila contendo alumina. Em solos laterticos a alterao rpida e o caulim o seu produto final.

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Por vezes confuso de terminologia chamando-se erroneamente aos solos laterticos apenas lateritas. Apresentando-se em seguida as definies que constam do vocabulrio de estradas e aeroportos:

Solo latertico: solo cuja frao argilosa tem uma relao molecular SiO2/R2O3

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afeta sensivelmente a concepo, projeto e execuo das grandes obras de Engenharia Civil. Soares (1963) indica as seguintes profundidades tpicas para solos residuais.

Os perfis tpicos de solo residual dividem-se em 3 zonas mais ou menos diferenciadas:

Camada superficial de solo residual com porosidade e grau de saturao baixos (denominada por vezes de zona porosa);

Camada de solo residual jovem que por vezes tem aparente a estrutura original da rocha me; 3. Camada desintegrada que s pode ser retirada com meios vigorosos.

o horizonte B onde se d a concentrao de Fe e Al que se pode formar a couraa latertica, que por vezes aflora superfcie em conseqncia da eroso superficial.

44..44..22 SSOOLLOOSS SSEEDDIIMMEENNTTAARREESS

Os solos sedimentares ou transportados so aqueles que foram levados de seu local de origem por algum agente de transporte e l depositados.

Os agentes de transporte so:

Vento (solos elicos);

gua (solos aluvionares);

gua dos Oceanos e Mares (Solos Marinhos)

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gua dos Rios (Solos Fluviais)

gua das Chuvas (Solos Pluviais)

Geleiras (Solos Glaciais);

Gravidade (Solos Coluvionares)

4.4.2.1 Solos elicos

Transporte pelo vento. Devido ao atrito os gros dos solos transportados possuem forma arredondada. A ao do vento se restringe ao caso das areias e dos siltes. So exemplos de solos elicos as DUNAS e os solos LOSSICOS.

Dunas Barreira.

Lossicos Vegetais.

4.4.2.2 Solos aluvionres

O agente de transporte a gua, os solos sedimentares. A sua textura depende da velocidade de transporte da gua. podem ser classificados como de origem PLUVIAL, FLUVIAL ou

Gros de diversos tamanhos;

Mais grossos que os elicos;

Sem coeso.

4.4.2.3 Solos glaciais

Formados pelas geleiras. So formados de maneira anloga aos fluviais.

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4.4.2.4 Solos coluvionares

Formados pela ao da gravidade. Grande variedade de tamanhos. Dentre os solos podemos destacar o TALUS, que solo formado pelo deslizamento de solo do topo das encostas.

44..44..33 SSOOLLOOSS OORRGGNNIICCOOSS

A Impregnao do solo por sedimentos orgnicos preexistentes, em geral misturados de restos de animais e vegetais com cor escura e cheiro forte.

As TURFAS so solos que encorporam florestas soterradas em estado avenado de decomposio. No se aplicam as teorias da mecnica dos solos.

44..55 AALLTTEERRAAOO DDOOSS SSOOLLOOSS AAPPSS AA SSUUAA FFOORRMMAAOO

O engenheiro civil quando projetam as suas obras tm que ter em ateno no s as condies e propriedades que esto presentes no incio dos trabalhos, mas tambm saber como evoluiro essas propriedades ao longo da vida das obras.

Quer as dimenses que as formas de um determinado depsito e de e as respectivas propriedades podem alterar-se de maneira significativa. Essas alteraes podem ocorrer independentemente da atividade do homem enquanto que outras so conseqncias da prpria construo. Com a prtica o engenheiro aprende que o solo no inerte e que bastante sensvel ao ambiente, o que se por um lado dificulta a resoluo de muitos problemas, por outro os torna bastante interessantes.

Os principais fatores que influenciam o comportamento dos solos so:

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44..55..11 TTEENNSSOO

Em geral o aumento de tenses sobre um elemento de solo produz um aumento da sua resistncia ao cisalhamento, uma reduo da compressibilidade e uma diminuio da permeabilidade; pelo contrrio uma diminuio de tenses produz efeitos contrrios, que so, no entanto, bastante menos sensveis para a mesma variao do valor da tenso.

Durante a formao de um depsito as tenses totais impostas s vrias camadas vo aumentando medida que cresce a altura do solo sobre as camadas; e assim as propriedades das camadas de solo vo evoluindo com a formao do depsito. A remoo do solo por eroso faz, pelo contrrio, diminuir as tenses aplicadas s camadas de solo subjacentes.

Destes fatos resultam duas importantssimas situaes para os solos finos (argilas), e que muito condicionam o seu comportamento. Assim, se um solo est em equilbrio sob a mnima tenso a que foi sujeito na sua histria geolgica denominada de normalmente adensado, enquanto que quando em equilbrio sob tenses inferiores aquelas em que tenha sido anteriormente adensado se denominam de pr-adensado.

Na engenharia civil h atividades de construo que conduzem a um aumento de tenses no solo e outras que resultam em reduo das tenses. O primeiro caso verifica-se, por exemplo, na fundao de uma barragem de terra, e o solo atingido o equilbrio, ou seja, depois de expulsar parte da gua dos seus poros ganham maior resistncia, diminuindo a compressibilidade e a permeabilidade. O segundo caso ocorre, por exemplo, na abertura de canais, em que a escavao de materiais reduz as tenses aplicadas no solo diminuindo-se por vezes a resistncia o que combinado com o surgimento de outros fatores que provocam a instabilidade, pode conduzir a rupturas do solo.

44..55..22 TTEEMMPPOO

O tempo uma varivel dependente para os outros fatores intervenientes na modificao do comportamento dos solos. Com efeito, para que os efeitos das variaes de tenses, se faam sentir necessrio dar-se tempo a que a gua dos poros do solo seja expulsa ou introduzida o que fortemente condicionado pela permeabilidade baixa dos solos finos. O tempo como j se referiu importante para os fenmenos de alterao, quer para os processos qumicos quer fsicos.

44..55..33 GGUUAA

Este fator tambm muito principalmente nos solos argilosos onde a simples presena da gua faz com que as foras atrativas existentes entre partculas de argila reduzam. A gua existente nos poros recebe parte das cargas aplicadas ao solo, influenciando assim o seu comportamento. Uma argila que quando seca apresenta resistncia aprecivel, quando bem misturado com a gua, transforma-se num lodo com comportamento fluido. Assim, o aumento do contedo de gua num solo fino geralmente reduz a resistncia.

A natureza ou a atividade do homem, produzem variaes na quantidade de gua nos poros dos solos. Em muitas regies com pocas secas e chuvosas, o solo submetido a diferentes condies de umidade. Na poca seca, o nvel fretico baixa e o solo acima dele perde gua quer por evaporao, quer por ao da gravidade, ao passo que as

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camadas inferiores ficam embebidas de gua.

Estas variaes sazonais conduzem a uma sensvel variao das propriedades mecnicas do solo. Infelizmente estes fatos so por vezes esquecidos, pois nem sempre os estudos, ensaios e amostragem so feitos na poca mais desfavorvel.

A atividade do homem conduz tambm a alteraes significativas de gua no solo. A criao de grandes ou pequenas barragens imerge solos aumentando-lhes a presso da gua nos poros; as estruturas enterradas exigem por vezes o rebaixamento de nveis freticos e estes so fatores que no podem ser esquecidos e h que ponderar cuidadosamente em que medida a conseqente alterao de comportamento do solo pode vir a afetar as obras previstas.

44..55..44 AAMMBBIIEENNTTEE

As caractersticas bsicas dos ambientes de formao de solos, bem como aquelas a que fica sujeito depois da sua formao podem influenciar sensivelmente o seu comportamento. Dois fatores que podem influenciar o comportamento do solo depois da sua formao, a natureza do fluido dos poros e a temperatura.

Uma argila sedimentar ou compactada pode formar-se com um fluido nos poros com ma determinada composio que pode evoluir ao longo da vida do depsito. Como o caso das argilas marinhas depositadas em gua salgada. Por movimentos epirognicos de levantamento pode a formao argilosa atingir nveis superiores ao do mar e ficar assim sujeita percolao de guas com teores de sal muito mais baixo do que os da gua da mar.

Este efeito da lixiviao atuando durante sculos remover os sais da gua dos poros alterando significativamente a composio do fluido dos poros. Como se ver a reduo do teor eletroltico da gua entre partculas de argila pode reduzir a atrao entre elas e em conseqncia a respectiva resistncia ao corte.

Quanto temperatura normal em solos finos (argilas) que um decrscimo provoque uma expanso do solo e que o ar dissolvido no fluido dos poros se liberte em parte. As argilas depositadas em lagos glaciais sofrem um aumento de temperatura durante o transporte para o laboratrio, o que pode por vezes ter influncia nas respectivas propriedades.

44..55..55 PPEERRTTUURRBBAAOO

A perturbao aqui interpretada como um fenmeno mecnico adicional que torna aparente uma desfavorvel caracterstica tambm mecnica do solo e que estava latente. O exemplo mais significativo o das argilas muito sensveis, quick clay, que ocorrem na Escandinvia e no Canad. As partculas destas argilas por serem marinhas tm uma estrutura floculada, isto , as partculas se agrupam umas em relao s outras segundo topo e face. As foras de contato inicialmente fortes so enfraquecidas por efeito da lixiviao feita por guas de percolao menos salinas que reduzem o teor inico da gua dos poros. Como a estrutura floculada da argila marinha permite a existncia de um alto teor de gua nos poros, quando a perturbao ocorre rompendo as fracas ligaes entre partculas a estrutura floculada passa a dispersa, perdendo a argila a sua existncia e passando a comportar-se como um fluido.

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44..66 FFOORRMMAA DDAASS PPAARRTTCCUULLAASS

Nos solos grossos a forma caracterstica eqidimensional, o qual as trs dimenses da partcula so de magnitude semelhantes. Origina-se pela ao de agentes mecnicos e qumicos. Segundo a intensidade e o tempo em que estes agentes mecnicos tenham atuado, se produzem variedades na forma eqidimensional, das quais podem ser arredondadas, subarredondadas, subangulares, ou angulares, em escala decrescente dos efeitos do ataque dos agentes mecnicos.

A forma arredondada praticamente esfrica, enquanto que angulares a que apresenta arestas e vrtices pontiagudos (por exemplo, pedra britada). Quando estas arestas e vrtices esto arredondados pelo efeito de rolamento e abraso mecnica, se tem a forma sub-angular, os quais por um processo mais intenso da eroso podem obter a forma sub-arredondada final.

As formas angulares so tpicas de areias residuais, e as areias vulcnicas apresentam essa forma em partculas cristalizadas. As areias marinhas so geralmente angulares.

A forma arredondada freqente nas areias de rio e em algumas formaes de praia, se bem que no primeiro caso, predominam as formas sub-arredondada e sub-angular, pois as partculas que no se arrastam, no sofrem o efeito da abraso ou rolamento; naturalmente que o anterior mais certo em partculas de pequeno tamanho, por sua maior facilidade para manter-se em suspenso. As areias elicas so de gro fino e arredondado.

Nos solos finos a forma das partculas tende a ser achatada, porque as minerais argilas, em sua maior parte se adotam a forma laminar; com exceo de alguns minerais que possuem forma fibrosa. Nestes materiais a influncia da forma muito importante, pois a cada um dos dois mencionados corresponde a uma diferente relao entre rea e volume da partcula e, portanto, uma atividade superficial muito distinta, no que se refere absoro.

A partcula de forma laminar tem duas dimenses muito maiores que a terceira; na forma fibrosa uma dimenso da partcula muito maior que outras duas. A forma laminar

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a mais freqente nos minerais de argila. A forma fibrosa muito mais rara (haloisita, e algumas outras formas mineralgicas no muito comuns).

Durante muitos anos acreditou-se que o tamanho das partculas era o fator dominante em algumas importantes propriedades mecnicas, concretamente na compressibilidade. Hoje se estima que a forma das partculas exerce um papel muito mais preponderante nesta propriedade.

Uma experincia clssica que prova esta afirmao consiste no preenchimento de provetas de 1000 cm, uma com areia e outra com plaquetas de mica, de tamanho anlogo; aplicando uma presso muito pequena na areia com pisto, esta compresso por ser muito pequena, que dificilmente se faz sentir; e se as mesmas presses fossem aplicadas na mica podem produzir redues volumtricas de at 80%.

A reduo de volumes de um solo pode ser alcanada por aplicao de presso esttica, por meio de vibrao ou por combinao de ambos os mtodos. Mesmo que a amostra da areia no seja afetada pela presso esttica de forma aprecivel, se for aplicada uma vibrao se nota uma reduo volumtrica da ordem de 10%. A vibrao afeta tambm as plaquetas de mica, porm menos que a presso esttica.

Uma pequena quantidade de plaquetas de mica misturada na areia d a esta uma caracterstica de compressibilidade abaixo so cargas estticas notavelmente incrementadas. Terzaghi foi o primeiro a emitir uma opinio de que a proporo de partculas laminares contidas no solo a causa fundamental da variao to acentuada observada no comportamento dos mesmos, em relao compressibilidade.

As partculas maiores designados por pedregulho, areia e silte, podem ter formas arredondadas ou angulosas. As formas das partculas refletem a origem e a histria geolgica de material. Muitas das partculas dos solos so provenientes dos processos de alterao de rochas tem inicialmente formas angulosas. A subseqente abraso durante a seu transporte (pela ao da gua, vento ou gelo) reduz as irregularidades.

A forma das partculas na mistura com dimenses de argila (< 2) depende da sua composio qumica e da sua estrutura cristalina. Quando as partculas de argila, dado que a sua estrutura cristalina, consiste de uma sucesso de lminas contendo slica, alumina, oxignio e hidrognio a sua forma corrente de placas. o caso das argilas pertencentes aos grupos da caulinita, ilita e montmorilonita. A haloisita uma exceo, pois as suas partculas tm forma alongada.

A espessura das partculas de argila da ordem de 10-6 mm, mas sua largura muitas vezes superior. Nas Figuras seguintes mostram-se aproximadamente as formas das partculas da caulinita e de ilita.

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44..77 EESSTTRRUUTTUURRAA DDOOSS SSOOLLOOSS

Sero estudadas agora as disposies adotadas pelas partculas minerais para dar lugar ao conjunto chamado solo. Primeiramente convm insistir na afirmao de que o solo nunca um mero agregado desprovido de organizao; antes ao contrrio, suas partculas se dispem sempre na forma organizada, seguindo algumas leis fixas e segundo a ao de foras naturais susceptveis a analises.

Nos solos formados por partculas relativamente grandes (pedregulhos e areias) as foras que intervm na formao de estruturas so muitas bem conhecidas e seus efeitos so relativamente simples de qualificar; por isso, praticamente no existe discusso em relao ao mecanismo de estruturao que, por sua vez, pode ser verificada visualmente.

Por outro lado, nos solos formados por partculas muito pequenas (siltes e argilas), as foras que intervm nos processos de estruturao so de carter muito mais complexo e as estruturas resultantes s podem ser parcialmente verificadas por mtodos indiretos, relativamente complexos e ainda em pleno desenvolvimento. Tudo isso faz que os mecanismos de estruturao e ainda as mesmas estruturas resultantes so em relao aos solos, matria de hiptese.

Tradicionalmente se tem considerado como bsicas para os solos reais as estruturas simples, alveolar e floculenta. Em pocas atuais tem-se procurado superar aquele quadro tradicional introduzindo modificaes luz de alguns resultados obtidos em experimentos realizados com tcnicas mais modernas. Assim, no solo, esto variando as idias muitas investigaes a respeito dos mecanismos de estruturao dos solos, sem que, inclusive tenha surgido estruturas que, como a dispersa, no estavam includas no quadro tradicional.

44..77..11 EESSTTRRUUTTUURRAA SSIIMMPPLLEESS

aquela produzida quando as foras devidas ao campo gravitacional terrestre so claramente predominantes na disposio das partculas; , portanto, solos tpicos de gros grossos (pedregulhos e areias) de massas comparativamente importantes. As partculas se dispem apoiando-se diretamente umas sobre as outras e cada partcula possuem vrios pontos de apoio.

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Como um ponto de vista da engenharia, o comportamento mecnico e hidrulico de um solo de estrutura simples, definido principalmente por suas caractersticas; a compacidade do manto e a orientao das partculas.

O termo compacidade se refere ao grau de acomodao alcanada pelas partculas do solo, deixando mais ou menos vazios entre elas. Num solo muito compacto, as partculasslidas que o constituem tem um alto grau de acomodao e a capacidade de deformao sob carga do conjunto ser pequena. Em solos pouco compactos o grau de acomodao menor; em solos com volumes de vazios e, por conseqncia as capacidades de deformao, sero maiores. Uma base de comparao para ter uma idia da compacidade alcanvel por uma estrutura simples, se tem estudado a disposio de um conjunto de esferas iguais.

Na figura mostra-se, perfil ou planta, os estados mais soltos e mais compacto possvel de tal conjunto. Os valores da porosidade (n) e ndice de vazios (e) correspondentes a ambos os casos podem ser calculadas facilmente.

As areias naturais muito uniformes em tamanho possuem valores da porosidade e ndice de vazios muito prximos do acima descrito. Mas nas areias comuns, os valores podem diminuir apreciavelmente e uma pequena porcentagem de partculas laminares aumenta sensivelmente o volume de vazios no estado mais solto; em areias bem graduadas, com ampla gama de tamanhos, os estados mais fofos e mais compactos tem valos da porosidade e ndice de vazios muito menores que os que correspondem a acumulao de esferas iguais.

Para medir a compacidade de uma camada de estrutura simples, Terzaghi introduziu uma relao emprica, determinvel em laboratrio, chamada Compacidade Relativa (Cr):

Onde:

emax = relao de vazios correspondente ao estado mais fofo;

emin = relao de vazios correspondente ao estado mais compacto;

enat = relao de vazios da amostra no estado natural.

As determinaes do emax, emin e enat do solo so feitas em laboratrio segundo procedimentos padronizados. Para o caso de areias grossas e puras, os valores de e nas condies mais compactas e mais fofas podem ser determinadas no estado seco ou no

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estado completamente saturado, devendo ser determinadas preferencialmente na primeira condio.

Nas areias finas deve haver grande diferena nos resultados segundo se tenha determinado num ou outro estado; alm disso, quando se fazem determinaes no estado seco, os resultados dependem do tempo transcorrido a partir do momento da extrao da amostra da estufa ou secador, pois o ar pode transmitir umidade. Tambm influem o tamanho do recipiente de onde se compacta a amostra (para a determinao do emin) e o mtodo de compactao; tm-se propostos vrios mtodos, porm at hoje, nenhum considerado perfeito. Por exemplo, em um solo bem graduado, com 10% de partculas de tamanho menor que 0,04 mm de dimetro foi encontrados em uma prova que sua relao de vazios variava entre 0,57 e 0,62 no estado mais fofo e entre 0,28 e 0,30 no mais compacto; estas flutuaes foram atribudas umidade higroscpica, pois se tem encontrado variaes de 0,01 na relao de vazios ao se retirar a amostra do secador e exp-la ao ar durante 10 ou 15 minutos.

Em outra amostra do mesmo solo se obtiveram valores de 0,32 e 0,6 para as relaes correspondentes aos estados mais compactos e mais fofos, respectivamente. As variaes anteriores so suficientes para produzir uma diferena na compacidade relativa na ordem de 10%. Para tanto, dita compacidade relativa no pode se considerar como uma quantidade fixa e, em cada caso, deve ser descrito detalhadamente o mtodo de determinao empregado.

As orientaes das partculas de areia sedimentar e na gua so mais pronunciadas quanto mais se afasta da sua forma esfrica; esta orientao produz, como efeito principal, uma permeabilidade do solo muito distinta; o efeito aumenta profundamente se o solo contm uma porcentagem aprecivel de partculas laminares. Ainda em areias naturais com formas praticamente eqidimensionais o efeito da orientao sobre a permeabilidade aprecivel.

44..77..22 EESSTTRRUUTTUURRAA AALLVVEEOOLLAARR

Esta estrutura se considera tpica e gros de pequeno tamanho (0,02 mm de dimetro ou algo menores), que se depositam em um meio contnuo, normalmente gua e, algumas vezes, ar.

Nestas partculas, a gravidade exerce um efeito que faz com que tendam a se sedimentar, mas dada sua pequena massa, outras foras naturais podem ter uma magnitude significativa. A partcula, antes de chegar ao fundo do depsito, toca a outra partcula j depositada, a fora de aderncia desenvolvida entre ambas, pode neutralizar o peso, fazendo com que a partcula seja detida antes de completar seu percurso: outra partcula pode agora ter o mesmo comportamento e assim elas podero chegar a formar uma tela, com quantidade importante de vazios, a modo de um painel.

As foras de aderncia, causadoras destas estruturas so foras superficiais.

44..77..33 EESSTTRRUUTTUURRAA FFLLOOCCUULLAADDAA

Quando no processo de sedimentao, duas partculas de dimetros menores que 0,02 mm chegam a se tocar, se aderem com fora e se sedimentam juntas; assim, outras partculas podem unir-se ao grupo, formando um grumo, com estrutura similar a um painel.

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Este mecanismo produz uma estrutura muito frgil e solta, com grande volume de vazios, chamada floculenta, ou algumas vezes, alveolar de ordem superior.

As partculas menores que 0,0002 mm (0,2 micra) j so consideradas colides; estas partculas podem permanecer em suspenso indefinidamente, pois nelas o peso exerce pouca influncia em comparao com as foras eltricas desenvolvidas entre as partculas carregadas negativamente, segundo j foi dito e com as foras moleculares exercidas pela prpria gua; quando duas destas partculas tendem a se aproximar, suas cargas exercem uma repulso que as afasta novamente; as vibraes moleculares da gua impedem que as partculas se precipitem; o resultado um movimento caracterstico em rpido zig-zag, conhecido como movimento browniano (observado pela primeira vez pelo botnico ingls Brown ao estudar suspenses de clorofila no microscpio). Por esse mecanismo, as partculas coloidais do solo em suspenso no se sedimentam jamais. As cargas eltricas das partculas coloidais podem, sem dvida, neutralizar-se sob a influncia da adio de ons de carga positiva oposta: um eletrlito, por exemplo, os cidos clordricos, quando se dissocia em gua origina ons positivos e negativos (Cl- e H+). Pelo efeito dos ons H- em soluo, os colides neutralizam suas cargas e chocam entre si, mantendo unidos pelas foras de aderncia que se desenvolvem. Desta maneira podem comear a formar flocos de massa maior, que tendem a se depositar.

Na gua do mar, os sais contidos atuam como eletrlito, fazendo possvel a gerao de mecanismo antes descrito: nas guas naturais a dissociao normal de algumas molculas (H+, OH-) que sempre so geradas, as presenas de sais, etc, levam ao mesmo efeito.

Os flocos se unem entre si para formar painis, que se depositam conjuntamente, formando novos painis ao tocar o fundo e dando lugar a uma forma extraordinariamente difusa de estrutura floculenta, no qual o volume slido pode no representar mais de 5 a 10%.

Conforme aumenta o peso devido a sedimentao contnua, as capas inferiores expulsam a gua aumentado a consolidao. Durante esse processo, as partculas e grumos se aproximam entre si e possvel que esta estruturao to pouco firme no princpio, alcance resistncias de importncia.

44..77..44 EESSTTRRUUTTUURRAASS CCOOMMPPOOSSTTAASS

Considera-se que as estruturas anteriores raramente se apresentam puras na natureza, pois a sedimentao compreende partculas de todos os tamanhos e tipos, para as que regem as leis da natureza de modo diferente. Segundo as idias at aqui expostas

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sobre estruturao, seria comum encontrar nos solos reais estruturas como a ilustrada abaixo. Nestas formaes define-se um esqueleto constitudo por gros grossos e massas coloidais de flocos que proporcionam unio entre elas.

A estrutura formada em condies que permitem a sedimentao de partculas grossas e finas simultaneamente; isto ocorre freqentemente na gua do mar ou lagos, com contedo aprecivel de sais, donde o efeito floculante dos sais coexiste com o arraste de ventos, correntes de gua, etc.

O processo de acmulo de sedimentos acima de um certo nvel faz com que as camadas inferiores se consolidem sob o peso das sobrejacentes; as partculas mais grossas se aproximam fazendo com que a argila floculada ao tocar o fundo diminua de volume; a compresso resultante da argila maior nas zonas onde se encontre mais confinada, isto , nas regies de aproximao entre os gros mais grossos, sempre que no haja fluxo lateral da massa nestas regies. Se o incremento da carga rpido, existir um fluxo lateral e, conseqentemente, a massa coloidal sofrer um decrscimo de volume mais uniforme; mas na natureza a carga cresce muito lentamente, pelo que o fluxo lateral tende a se produzir em escala muito menor e as propriedades tixotrpicas da matria coloidal podem ajudar eficazmente no impedimento quase por completo.

Assim se produz nas regies de aproximao entre os gros grossos uma liga argilosa coloidal altamente consolidada, que define fundamentalmente a capacidade do esqueleto para suportar cargas. Estas ligas argilosas esto sujeitas a presses muito maiores que o meio da massa do solo, mesmo que a argila preencha os vazios do esqueleto se mantenha branda e solta, sujeito a presses comparativamente muito menores.

Com as idias anteriores fcil entender a diferena que apresentam as argilas nas propriedades mecnicas quando se encontram nos estados indeformado e deformado. O amolgamento destri a liga de argila altamente consolidada entre as partculas grossas e permite que a argila a cubra em volta, atuando como lubrificante entre elas; como resultado, a consistncia no estado amolgado ser muito fraca. Embora no sejam destrudas as ligaes consolidadas, a argila se comporta elasticamente e possui resistncia ao das cargas, que depende principalmente da presso a que foi consolidada na natureza; a deformao da massa decresce a uma maior consolidao prvia e a uma maior diferena entre a presso nas zonas argilosas de envolvimento e a presso mdia em

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toda a massa: esta diferena tanto maior quanto mais complexa for a estrutura (argila marinha, por exemplo).

Alguns autores tm atribudo exclusivamente a diferena de comportamento mecnico das argilas, entre o estado inalterado e amolgado, s propriedades tixotrpicas destes materiais.

Com efeito, a tixotropia produz certa rigidez reversvel na massa plstica, aumentando a aderncia nos pontos de contato: como este aumento depende da posio elativa das partculas, existe uma deformao crtica que rompe a aderncia e devolve a fraqueza ao material. muito provvel como dito anteriormente, que a tixotropia coopere com a formao da estrutura composta e a coerncia de seu esqueleto, impedindo o fluxo lateral da massa coloidal nas regies de predominncia de gros grossos: assim quanto maior grau a propriedade se apresente nas massas coloidais, maior a possibilidade de manter-se no depsito muito solto sob grandes cargas. Sem dvida, a resistncia do material da liga de argila, no funo da tixotropia, seno da intensa concentrao da carga daquelas ligas, a qual, por sua vez, depende da estrutura adotada e da carga mxima do extrato j tenha suportado ao longo da sua histria geolgica.

44..77..55 EESSTTRRUUTTUURRAA EEMM CCAASSTTEELLOO DDEE CCAARRTTAASS

Alguns investigadores como Goldschmidt e Lambe tem sugerido uma interpretao diferente sobre a gnese de uma estrutura floculenta e a estrutura resultante entre si. Segundo estas idias a forma lamelar tpica dos minerais de argila fundamental no resultado da estruturao dos solos finos.

As investigaes realizadas em partculas de caulinitas, ilitas e montmorilonitas demonstram que os seus comprimentos so da mesma ordem das suas larguras e que as espessuras variam de 1/100 destas dimenses, nas montmorilonitas, a 1/10 nas caulinitas, ocupando as ilitas uma posio intermediria. Com estes dados possvel estimar a superfcie especfica destas partculas (metro quadrado de rea superficial por grama de peso) da ordem de 10 em caulinitas, 80 nas ilitas e 800 nas montmorilonitas; estes valores cobrem toda sua importncia ao considerar a ao das foras superficiais como fator que intervm na estruturao, no sendo difcil conceber que tal fator chegue a ser determinante.

Alm disso, nas investigaes de referncia permitiu notar que, embora a partcula do solo tenha carga negativa parece certo que nas suas arestas exista uma concentrao de carga positiva que faz com que essa zona localizada se atraia com outra superfcie qualquer de uma partcula vizinha. Tomando isto como considerao, os investigadores mencionados propuseram para as argilas uma estrutura tal como a quemostra a figura abaixo, na qual se denominou castelo de cartas.

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Deve ser notado que, segundo esta hiptese de estruturao, tambm corresponde ao solo um importante volume de vazios e que os reflexos anteriores sobre consolidao das zonas baixas sob o peso das sobrejacentes conservam a sua validez.

44..77..66 EESSTTRRUUTTUURRAA DDIISSPPEERRSSAA

Algumas investigaes posteriores tm indicado que uma hiptese estrutural do tipo de castelo de cartas, na qual as partculas tm contatos mtuos, embora se possa aceitar como real em muitos casos, talvez no seja a mais estvel no que poderia se pensar. Qualquer perturbao que possa existir, como deformao por esforo cisalhante, tende em geral a diminuir os ngulos entre as diferentes lamelas do material.

Conforme isso esteja ocorrendo, atuam entre a partcula presses osmtica inversamente proporcional ao espaamento entre elas. As presses osmticas tendem a fazer com que as partculas se separem e assumam uma posio tal como mostrado esquematicamente na figura a seguir.

Em (a) e (b) mostra-se o mecanismo pelo qual a presso osmtica tende a atuar, para chegar a uma condio mais uniforme, que as partculas se separem. Mostra-se em (c) a estrutura na condio final.

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Deve-se notar que o conjunto de estruturas antes descrito sumariamente no constitui uma srie de reais possibilidades na natureza, seno, simplesmente algumas das hipteses de estruturao de que se comenta atualmente.

Muitos investigadores, que aceitam alguma das explicaes anteriores, rechaam outras e no existe um pleno acordo a esse respeito.

Tambm h de ser observado que com as estruturas em castelo de cartas ou dispersa podem gerar estruturas compostas anlogas s j tratadas com as formas estruturais mais clssicas.

44..77..77 CCOOMMPPOOSSIIOO DDAASS PPAARRTTCCUULLAASS

Pode parecer primeira vista que a composio das partculas de um solo uma caracterstica muito importante deste. No entanto, no existem correlaes prticas entre a composio das partculas de um solo e os seus comportamentos. O que importante que ajuda na interpretao e a compreenso desse comportamento.

A natureza e arranjo dos tomos em uma partcula de solo, isto , a sua composio qumica, influencia de forma significativa na permeabilidade, compressibilidade, resistncia ao cisalhamento e na propagao de tenses nos solos, especialmente aqueles de natureza mais fina.

Existem, com efeito, certos minerais que conferem propriedades especiais. J se referiu anteriormente que a montmorilonita d grande expansibilidade ao solo. Tambm a haloisita, com as suas formas alongadas, d origem a solos com pesos especficos muito baixos. Estas e muitas outras razes que sero referidas mais tarde justificam que a base indispensvel na compreenso dos fundamentos do comportamento das argilas e em particular como evolui no tempo, afetado pela presso e ambiente.

As partculas de solo podem ser orgnicas ou inorgnicas. As partculas inorgnicas so minerais. Um mineral um elemento ou um composto qumico natural (tem composio qumica que pode ser expressa por uma frmula) formado por processos naturais.

Os minerais classificam-se de acordo com a natureza e arranjo dos seus tomos. Os mais importantes so os silicatos, pois que mais de 90% do peso dos solos existentes na terra so minerais de silicatos.

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38

55 FFAASSEESS CCOONNSSTTIITTUUIINNTTEESS DDOO SSOOLLOO

55..11 CCOONNTTEEXXTTUUAALLIIZZAAOO

Na Natureza, o solo como o conhecemos compreende as partculas slidas de minerais ou de outros materiais que so acumuladas nos chamados depsitos de solo, mas tambm os espaos que existem entre essas partculas. Tais vazios esto parcial ou totalmente preenchidos por gua ou outros lquidos (solues1). Os espaos vazios no ocupados por nenhum fluido esto cheios de ar ou outra mistura de gases.

Uma vez que o volume ocupado por um pedao de solo dever, de uma maneira geral, incluir materiais nos trs estados da matria slido, lquido e gasoso - os depsitos de solos so considerados sistemas trifsicos.

Propriedades importantes de qualquer depsito de solo, nomeadamente as referentes sua utilizao no mbito da construo, tais como a tenso e a compressibilidade do mesmo, esto relacionadas com condies to simples como quanto do volume ou do peso do solo em questo constitudo por partculas slidas, por gua ou por ar. Algumas caractersticas de tais solos, como por exemplo a sua densidade, o teor de umidade (ou teor em gua), o ndice de vazios ou o grau de saturao (termos a definir mais frente neste texto) so utilizadas em clculos realizados para determinar a capacidade de carga para efeitos de fundaes, para calcular assentamentos de fundaes e para avaliar da estabilidade de taludes (como por exemplo em encostas ou junto a estradas e caminhos).

Por outras palavras, tais clculos ajudam a estabelecer em que estado se encontra um depsito de solo, nomeadamente no que se pretende com a sua aptido para servir de fundao ou para ser utilizado como material de construo. Por este motivo, conhecer a terminologia e as definies relacionadas com a composio do solo, um fator fundamental para o estudo da Mecnica dos Solos e, portanto da Geotecnia.

O solo, tal como existe na Natureza, constitui uma acumulao, mais ou menos ao acaso, de partculas slidas (minerais e/ou orgnicas), de gua e de ar, tal como mostra a Figura a seguir.

Para efeitos de estudo e de anlise do solo, torna-se conveniente representar esta massa de solo por meio de um diagrama de fases (ou de blocos), com uma parte deste diagrama a representar as partculas slidas, parte representando a gua ou outros lquidos outra parte fazendo a representao do ar ou outros gases como tambm ilustra a figura a seguir.

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As partculas slidas do solo so pequenos gros de diferentes minerais, cujos vazios podem ser preenchidos por gua, ar, ou parcialmente por ambos (ar e gua). Define-se mineral como uma substncia inorgnica e natural, com uma estrutura interna definida (tomos e ons) e com composio qumica e propriedades fsicas fixas ou variam dentro de limites definidos.

As partculas slidas dos solos grossos so constitudas por silicatos (feldspatos, micas, olivinas, etc.), xidos (quartzo), carbonatos (calcita, dolomita), sulfatos (limonita, magnetita). J os solos finos so constitudos por silicatos de alumnio hidratado (argilo-minerais).

Em outras palavras, o volume total da massa de solo (V) consiste do volume de partculas slidas (Vs) e do volume de vazios (Vv). O volume de vazios geralmente formado pelo volume de gua (Vw) e pelo volume de ar (Va).

Como o peso especfico do ar muito pequeno quando comparada aos pesos especficos da gua e dos slidos, o peso da fase gasosa (Wa) ser sempre desprezado no clculo do peso do solo.

55..22 RREELLAAOO DDEE FFAASSEESS

As relaes apresentadas a seguir constituem uma parte essencial da Mecnica dos Solos e so bsicas para a maioria dos clculos desta cincia.

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55..22..11 RREELLAAOO EENNTTRREE PPEESSOOSS

5.2.1.1 Teor de umidade (w , h)

O teor de umidade de um solo determinado como a relao entre o peso de gua (Ww) e o peso das partculas slidas (Ws) em um volume de solo.

O teor de umidade pode assumir o valor de 0% para solos secos (Ww = 0) at valores superiores a 100% em solos orgnicos.

55..22..22 RREELLAAOO EENNTTRREE VVOOLLUUMMEESS

Existem trs relaes volumtricas que so muito utilizadas na Engenharia Geotcnica e podem ser determinadas diretamente do diagrama de fases

5.2.2.1 ndice de vazios (e)

a relao entre o volume de vazios (Vv) e o volume dos slidos (Vs), existente em igual volume de solo. Este ndice tem como finalidade indicar a variao volumtrica do solo ao longo do tempo, tem-se:

O ndice de vazios ser medido por um nmero natural e dever ser, obrigatoriamente, maior do que zero em seu limite inferior, enquanto no h um limite superior bem definido, dependendo da estrutura do solo.

O volume de slidos permanecendo constante ao longo do tempo, qualquer variao volumtrica ser medida por uma variao do ndice de vazios, que assim poder contar a histria das tenses e deformaes ocorridas no solo.

Exemplo de valores tpicos do ndice de vazios para solos arenosos podem situar de 0,4 a 1,0; para solos argilosos, variam de 0,3 a 1,5. Nos solos orgnicos, podemos encontrar valores superiores a 1,5.

5.2.2.2 Porosidade ()

a relao entre o volume dos vazios (Vv) e o volume total (Vt) da amostra, tem-se:

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A porosidade expressa em porcentagem, e o seu intervalo de variao entre 0 e 100%.

Das equaes apresentadas mais adiante podemos expressar a porosidade em funo do ndice de vazios e vice versa, atravs das equaes apresentadas abaixo:

Segundo o IAEG (1979), a porosidade e o ndice de vazios podem ser classificados segundo a tabela a seguir:

5.2.2.3 Grau de saturao (S , Sr)

O grau de saturao indica que porcentagem do volume total de vazios contem gua. Se o solo est completamente seco, ento Sr = 0%, se os poros esto cheios de gua, ento o solo est saturado e Sr = 100%. Para solos parcialmente saturados, os valores de Sr situam-se entre 1 e 99%.

O grau de saturao, segundo o IAEG (1979), pode ser classificado em:

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55..22..33 RREELLAAOO EENNTTRREE PPEESSOOSS EE VVOOLLUUMMEESS

Em Mecnica dos Solos se relaciona o peso das diferentes fases com seus volumes correspondentes por meio de pesos especficos.

5.2.3.1 Peso especfico aparente natural ou mido ( , sat , t)

a relao entre o peso total (W) e o volume total da amostra (V) para um valor qualquer do grau de saturao, diferente dos extremos:

A magnitude do peso especfico natural depender da quantidade de gua nos vazios e dos gros minerais predominantes, e utilizado no clculo de esforos.

5.2.3.2 Peso especfico aparente seco (d)

a relao entre o peso dos slidos (Ws) e o volume total da amostra (V), para a condio limite do grau de saturao (limite inferior - Sr = 0%), tem-se:

O peso especfico aparente seco empregado para verificar o grau de compactao de bases e sub-bases de pavimentos e barragens de terra.

5.2.3.3 Peso especfico saturado (sat)

a relao entre o peso total (W) e o volume total (V), para a condio de grau de saturao igual a 100%, tem-se:

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Em nenhuma das condies extremas levou-se em considerao a variao do volume do solo, devido ao secamento ou saturao.

5.2.3.4 Peso especfico real dos gros ou slidos (s , ) (NBR 6508/84)

a relao entre o peso dos slidos (Ws) e o volume dos slidos (Vs), dependendo dos minerais formadores do solo, tem-se:

O valor do peso especfico dos slidos representa uma mdia dos pesos especficos dos minerais que compem a fase slida. A Tabela a seguir apresenta o intervalo de variao do peso especfico dos slidos de diversos tipos de minerais.

5.2.3.5 Peso especfico da gua (w)

a razo entre o peso de gua (Ww) e seu respectivo volume (Vw). Nos casos prticos adota-se o peso especfico da gua como: 1g/cm = 10kN/m = 1000kg/m.

5.2.3.6 Peso especfico submerso (sub , )

Quando a camada de solo est abaixo do nvel fretico, define-se o peso especfico submerso, o qual utilizado para o clculo de tenses.

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5.2.3.7 Densidade real dos gros ou slidos (G)

a razo entre o peso especifico real dos gros (s) e o peso especfico da gua a 4C.

A densidade possui valor numrico igual ao Peso Especfico Real entretanto admensional.

55..22..44 FFRRMMUULLAASS DDEE CCOORRRREELLAAOO

As frmulas de definio dos ndices fsicos no so prticas, para a utilizao em clculos e assim, recorre-se as frmulas de correlao entre os ndices, como as apresentadas a seguir:

peso especfico natural: = W/V

teor de umidade: w = (Ww/Ws)

peso especfico real dos gros: s = Ws/Vs

peso especfico aparente seco: d = Ws/V = /(1 + w)

ndice de vazios: e = Vv/Vs = (s/d) - 1

porosidade: = Vv/V = e/(1+ e)

grau de saturao: Sr = Vw/Vv = (w . s)/(e . w)

peso especfico saturado: sat = Wsat/V = (1 - ) . s + . w

peso especfico submerso: sub = sat - w = (s - w) . (1 - )

55..33 DDEETTEERRMMIINNAAOO EEXXPPEERRIIMMEENNTTAALL DDOOSS NNDDIICCEESS FFSSIICCOOSS

Os ndices fsicos so determinados em laboratrio ou mediante frmulas de correlao, vistas no item anterior. Em laboratrio, so determinados o peso especfico natural (atravs do peso e volume total), o teor de umidade e o peso especfico real dos gros.

55..33..11 DDEETTEERRMMIINNAAOO DDOO PPEESSOO EE VVOOLLUUMMEE DDEE UUMMAA AAMMOOSSTTRRAA

Molda-se um corpo de prova cilndrico de solo indeformado, obtm-se vrias medidas de dimetro (d) e altura (h) para o clculo do volume da amostra de solo com os valores mdios obtidos. Obter o peso total da amostra de solo (W) com a balana.

Pode-se utilizar tambm para determinar o peso e o volume anis metlicos de dimenses conhecidas, onde so moldados no solo. Deve-se salientar que o peso especfico natural normalmente determinado em corpos de prova j talhados para os

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ensaios usuais de Mecnica dos Solos.

Para verificaes, in situ, utiliza-se para determinar o peso especfico um cilindro cortante (Figura 2.2) com peso e dimenses conhecidas que cravado no solo (ABNT/NBR 9813/87 - Determinao da massa especfica aparente in situ com o emprego do cilindro de cravao).

No campo a determinao de pode ser feita, ainda, utilizando-se um frasco ao qual se adapta um funil munido de um registro (ABNT/NBR 7185/86 - Solo - Determinao da massa especfica aparente, "in situ", com emprego do frasco de areia).

55..33..22 DDEETTEERRMMIINNAAOO DDOO TTEEOORR DDEE UUMMIIDDAADDEE ((WW))

O teor de umidade obtido por diferena de peso de uma amostra de solo antes e aps a secagem em estufa. Os procedimentos adotados no laboratrio (ABNT/NBR 6457/86 - Amostras de Solo - Preparao para ensaios de compactao e ensaios de caracterizao) so:

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Toma-se uma cpsula com peso conhecido (Wc)

Seleciona-se uma poro de amostra representativa (aproximadamente 50g)

Coloca-se a amostra na cpsula e pesa-se o conjunto (Wc + W)

Seca-se em estufa o conjunto at a constncia do peso

Pesa-se novamente o conjunto (Wc + Ws)

O teor de umidade (w) calculado de acordo com a expresso:

onde:

W = peso total da amostra

Ws = peso seco

Ww = peso da gua

Wc = peso da cpsula

No campo utiliza-se para a determinao do teor de umidade: o processo da frigideira (DNER-ME 086/64), o mtodo expedito do lcool (DNER-ME 088/94 - Determinao da umidade pelo mtodo expedito do lcool), ou o mtodo expedito Speed (DNER-ME 052/94 - Solos e agregados midos - determinao da umidade pelo mtodo expedito "Speedy").

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55..33..33 DDEETTEERRMMIINNAAOO DDOO PPEESSOO EESSPPEECCFFIICCOO RREEAALL DDOOSS GGRROOSS ((SS)) O peso especfico real dos gros, ou slidos, determinado, usualmente,

empregando umfrasco de vidro denominado picnmetro (balo volumtrico), de acordo com ABNT/NBR 6508/84 -`Gros de solo que passam na peneira de 4,8mm - Determinao da massa especfica dos slidos.

O ensaio compara o peso de um picnmetro contendo gua destilada at a marca de calibrao (W1) com o peso do mesmo picnmetro contendo solo e gua (W2) at a mesma marca, e determina-se a temperatura da suspenso e mediante a curva de calibrao do picnmetro, determinam-se o peso do picnmetro e a gua para a temperatura do ensaio.

Esquema explicativo do ensaio est representado na Figura seguir:

O peso de gua correspondente ao volume deslocado pelos gros (slidos) ser:

W1 = Ww + Wp (gua + picnmetro)

W2 = Ww + Wp + Ws (gua + picnmetro + solo)

W1 - W2 = Ww + Wp - (Ww + Wp + Ws)

W1 - W2 = Ww - Ww - Ws

W1 - W2 = Ww Ws

Portanto, o volume dos slidos corresponde a volume de gua deslocada, tem-se:

Ww = Vw . w

Vs = Vw/w

W1 - W2 = Vs . w - Ws

Vs = (W1 - W2 + Ws) / w

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Normalmente so realizadas no mnimo trs determinaes, fazendo variar a temperatura e acertando o nvel de gua na marca de referncia, com vistas obteno de valor mdio consistente.

A determinao do peso especfico dos slidos muito simples, mas s vezes adota-se um valor mdio para resoluo de problemas, uma vez que a faixa de variao no caso de solos no muito grande. Em geral para solos arenosos, pode-se tomar s = 2,67 g/cm e para solos argilosos, s = 2,75 - 2,90 g/cm.

55..33..44 RREETTIIRRAADDAA DDEE AAMMOOSSTTRRAASS

A caracterizao de um solo, atravs de parmetros obtidos em ensaios de laboratrio, depende, simultaneamente, da qualidade da amostra e do procedimento dos ensaios. Tanto para a amostragem quanto para os ensaios existem normas, brasileiras e estrangeiras, que regem o assunto e que, portanto, devem ser obedecidas.

Em qualquer laboratrio de geotecnia, dois tipos de amostras so usadas na realizao desses ensaios. A amostra deformada, uma poro de solo desagregado, deve ser representativa do solo que est sendo investigado, apenas, quanto textura e constituio mineral. Ela usada na identificao visual e tctil, nos ensaios de

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classificao (granulometria, limites de consistncia e massa especfica dos slidos), no ensaio de compactao e na preparao de corpos de prova para ensaios de permeabilidade, compressibilidade e resistncia ao cisalhamento.

Essas amostras, at um metro abaixo da superfcie do terreno, podero ser obtidas atravs de ferramentas simples (ps, enxadas, picaretas e outras mais apropriadas a cada caso), enquanto que para profundidade maior ter-se- necessidade de ferramentas especiais (trados ou um amostrador de parede grossa).

A amostra indeformada, geralmente de forma cbica ou cilndrica, deve ser representativa da estrutura e teor de umidade do solo, na data de sua retirada, alm da textura e composio mineral.

Ela usada para se determinar s caractersticas do solo in situ, como os ndices fsicos, o coeficiente de permeabilidade, os parmetros de compressibilidade e de resistncia ao cisalhamento.

Uma amostra indeformada pode ser obtida de diversas maneiras dependendo da cota da amostragem, da densidade do solo e da posio do lenol fretico; assim, para solos moles abaixo do nvel dgua ser usado um amostrador de parede fina, enquanto que, para solos acima do nvel dgua e mais densos, deve-se abrir um poo at a cota de interesse e retirar um bloco de solo usando uma caixa metlica ou de madeira como frma e com dimenses apropriadas ao tipo e nmero de ensaios a realizar.

A NBR 9604/86 rege a abertura de poo e trincheira de inspeo em solo, com retirada de amostras deformadas e indeformadas.

Na retirada, no transporte e no manuseio, de qualquer um dos dois tipos de amostras, devem ser tomados cuidados extras para que a amostra no sofra nenhuma avaria.

Os equipamentos e acessrios, o procedimento da amostragem, os cuidados e o dimensionamento de cada uma das amostras sero descritos nos itens seguintes.

5.3.4.1 Equipamentos e acessrios

Equipamentos: trados de diversos tipos e dimetros; amostrador de parede grossa; caixa metlica; amostrador de parede fina;

Acessrios: sacos de lona ou de plstico de diferentes tamanhos, ps, enxadas, picaretas, facas, esptulas, conchas; fogareiro a gs; parafina; tecido (tipo estopa ou similar); etiquetas; caixas de madeira, serragem.

5.3.4.2 Procedimentos para a amostragem

Para cada um dos tipos de amostras representativas o procedimento na amostragem ser diferente. A seguir ser descrita a forma de se obter uma amostra deformada e uma amostra indeformada em bloco, em uma camada acima do nvel dgua.

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5.3.4.2.1 Amostra deformada

Para este tipo de amostragem deve-se inicialmente, fazer uma limpeza no local de trabalho, retirando a vegetao superficial, razes e qualquer outra matria estranha ao solo, para s depois iniciar o processo de coleta de amostra.

Se a cota de retirada da amostra estiver, no mximo, um metro da superfcie do terreno pode-se fazer uma escavao, at a cota de interesse, com uma das ferramentas indicadas e, ento fazer a coleta.

Entre um e seis metros de profundidade pode-se usar o trado cavadeira, desde que, o furo no precise de revestimento.

Para profundidade maior do que seis metros, ou quando o furo exigir tubo de revestimento deve-se usar o trado helicoidal.

Quando o trabalho com o trado helicoidal se tornar difcil ou para amostragem abaixo do nvel dgua, quando poder se tornar pouco eficaz, pode-se utilizar um amostrador de parede grossa que cravado dinamicamente no solo atravs de energia fornecida pela queda livre de um martelo.

A sondagem a trado regulada pela NBR 9603/86.

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Ensaio SPT, introduzidos entre ns h mais de 40 anos, o mais adotado por todos os institutos tcnicos e oficiais, e firmas particulares especializadas. O Ensaio SPT obedece os critrios estabelecidos na NBR 6484/01.

O Standard Penetration Test (SPT), possui a dupla funo: de medir a resistncia penetrao e de coletar amostras que nesse caso so alteradas pelo choque e vibrao no momento da cravao do amostrador. Este mtodo alm de econmico rpido e pode ser aplicado maioria dos solos, exceto pedregulhos. O ensaio basicamente consiste em introduzir o barrilete amostrador, que fixado na extremidade das hastes de cravao e cravado 45 cm no solo, por dentro de um tubo de sondagem. A cravao feita por um peso (martelo) de 65 kg, com uma altura de 75 cm de queda.

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5.3.4.2.2 Amostra indeformada

A viabilidade tcnica e econmica da obteno de amostras indeformadas funo da natureza do solo a ser amostrado, da profundidade em que se encontra e da presena do nvel dgua.

Esses fatores determinam o tipo de amostrador e os recursos a utilizar. Algumas formaes apresentam maiores dificuldades que outras no processo de extrao de amostras indeformadas.

Assim, a retirada de amostras indeformadas pode ser subdividida em duas classes:

Amostra indeformada de superfcie: a coleta de amostras realizada prxima superfcie do terreno natural, ou prximas superfcie de uma explorao acessvel, utilizando-se amostradores em que o processo de avano por aparamento (cilindros e anis biselados ou escavaes ).

Uma amostra indeformada, em bloco, poder ser retirada em diversas posies como mostrado na Figura a seguir:

Amostra indeformada em profundidade: os mtodos de perfurao para atingirem-se as profundidades desejadas so os mesmos das sondagens de reconhecimento. A diferena essencial entre as

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sondagens mais simples e das sondagens em questo est nos amostradores, sendo os mais busuais, os amostradores de parede fina, o amostrador de pisto, o amostrador de pisto estacionrio, o amostrador de pisto Osterberg e o amostrador Denison ou barrilete triplo.

O amostrador de parede fina mais empregado, o tipo Shelby, composto basicamente de um tubo de lato ou de ao inoxidvel de espessura reduzida, ligado a um cabeote provido de uma vlvula de esfera que permite ao ar e a gua escaparem medida que h a penetrao da amostra

O amostrador introduzido no solo por presso esttica e constante e retirado quando estiver cheio. A camisa ento liberada do cabeote, selada e enviada ao laboratrio. Este tipo de amostrador usado para extrao de amostras em solos moles.

5.3.4.3 Dimensionamento da amostra

O dimensionamento da amostra a ser retirada funo do tipo e do nmero de ensaios que sero realizados, bem como, da condio atual e futura do local da amostragem.

Para o dimensionamento de uma amostra deformada deve-se partir da massa de slidos estimada para cada ensaio e calcular o total necessrio. Para se chegar na massa de solo que dever ser retirada, ser preciso conhecer o teor de umidade da jazida, o que poder ser feito por uma estimativa visual e tctil ou atravs de um processo rpido.

Para uma amostra indeformada deve-se partir das dimenses dos corpos de prova e assim chegar-se ao nmero e s dimenses necessrias de cada bloco.

Ser preciso levar em considerao que durante a realizao dos ensaios poder ocorrer uma perda de material e que alguns ensaios devero ser repetidos. Alm disso, a condio do local aps a amostragem poder no permitir a retirada de novas amostras, bem como, a sua distncia at o laboratrio e a movimentao do pessoal e equipamento para a amostragem traro custos adicionais a obra. Assim uma sobra de material no laboratrio, desde que, no excessiva sempre prefervel a uma falta de material.

5.3.4.3.1 Amostra deformada

A NBR 6457/86 Preparao de amostras para ensaios de compactao e ensaios de caracterizao, indica as quantidades apresentadas na Tabela a seguir, para preparao de amostras para os ensaios de compactao e de caracterizao, para solos que tenham partculas menores que 4,8mm (# 4).

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5.3.4.3.2 Amostra indeformada

Para amostras indeformadas o dimensionamento est diretamente relacionado ao tipo e a dimenso do amostrador a ser usado no momento da coleta de amostra.

Na amostragem de bloco, este deve ter forma cbica com lados variando entre 20 e 30cm, o que permitir a retirada de 9 a 18 C. P. (corpos de prova), com 5,0 cm de dimetro e 12,5 cm de altura, desde que o solo esteja em boas condies.

O bloco no dever ter lado menor do que 20,0 cm, pois isso diminuir e muito o nmero de corpos de prova com as dimenses j citadas, nem dever ter dimenso maior do que 30,0 cm, pois isso aumentar o seu peso, dificultando o manuseio em campo e no laboratrio, com um risco maior de alterao estrutural.

O solo que retirado do bloco durante a moldagem dos corpos de prova suficiente para se realizar os ensaios de classificao do solo.

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66 GGRRAANNUULLOOMMEETTRRIIAA DDOOSS SSOOLLOOSS

66..11 IINNTTRROODDUUOO

Todos os solos, em sua fase slida, contm partculas de diferentes tamanhos em propores as mais variadas. A determinao do tamanho das partculas e suas respectivas porcentagens de ocorrncia permitem obter a funo distribuio de partculas do solo e que denominada distribuio granulomtrica.

A distribuio