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