INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIAFortificao eConstruoProf. Maria Jos C. P. AlvVOLUME IMECNICA DOS SOLOS INTRODUO 1 1.1GEOTCNICA Modernamente,otermoGEOTCNICAouGEOTECNIAsignificaoconjuntodecinciasda Terra, ou seja, daquelas que estudam o solo e a parte superficial do subsolo para permitira sua utilizao in-situouasuaexplorao.AGEOTECNIAinteressa,particularmente,aosproblemasdaengenharia civil, das construes, das estradas e das guas subterrneas pouco profundas. Assim, a GEOTECNIA est associada : GEOLOGIADefinidacomoacinciaquetratadaorigem,evoluoeestruturadaTerra, atravs do estudo das rochas. MECNICA DOS SOLOS oramomatemticodaGeotecniapoistemcomocaractersticaaaplicao deumateoriapreviamentedesenvolvida,snecessidadesdeumproblema prtico.Aplicaaossolososprincpiosbsicosdamecnica,incluindoa cinemtica, a dinmica, a mecnica dos fluidos e dos materiais.MECNICA DAS ROCHAS EstemaisrecenteramodaGeotecniaprope-seasistematizaroestudodas propriedadestecnolgicasdasrochaseocomportamentodosmacios rochososseguindoosmtodosdaMecnicadosSolos.AMecnicadas Rochasveiopreencherumlapsoexistentenoconhecimentodo comportamentodosmateriais,quepelassuascaractersticas,situam-seentre os solos e as rochas. GEOLOGIA DE ENGENHARIA Estabeleceuma relao ntima entre a engenharia e a geologia, associando na soluodeumprojetodeengenharia,osconhecimentosdaGeologia, MecnicadosSolosedaMecnicadasRochas.Ageologiadeengenharia requisitada para a soluo dos problemas em que a rocha surge como material de construo ou de fundao, especialmente em obras enterradas, fundaes de barragens, escavaes profundas, estabilidade de taludes em rochas, etc. GEOFSICA APLICADA ConsistenaaplicaodaFsicaaoestudodaspropriedadesdosmacios rochososeterrosos.Sodegrandeutilidadenosprojetosdeengenhariaos mtodosdeprospecogeofsica.Naprospecogeofsicaprocura-selocali-zarinterfaces,superfciesdeseparaodemateriaisdepropriedadesdife-rentes, pela medida do parmetro fsico que as origina.EmboraotermoGeotecniadatedemaisdecemanos,elaumacinciaquenosedesenvolveu comoumtodo,poissuascomponentestiveramcrescimentosparaleloseindependentesesmais recentemente se associaram para, em conjunto, encontrarem a melhor soluo para um problema prtico. A Geotecnia uma cincia aplicada. MECNICA DOS SOLOSINTRODUO 2 Como cincia, tem um objetivo puramente especulativo, permitindo ao HOMEM tentar compreender a NATUREZA mineral e concretizar seus conhecimentos num sistema terico, coerente, assegurando a evoluo permanente desse sistema. Comotcnica,possuiumafinalidadeutilitriaaodaraoHOMEMosmeiosdequeeletem necessidade para manusear a Natureza, afim de adaptar o meio natural s suas necessidades. AGeotecniatovelhaquantoahumanidadeeconhecidadetodasascivilizaes.Comotodasas outrascincias,comeouasedesenvolver,racionalmente,nosculoXVIII,quandoosprogressosda cinciaocidentalpermitiramabordar,metodicamente,oestudodosfenmenoscomplexosqueeram conhecidos empiricamente. Uma das caractersticas do homem sua aptido em adaptar o meio, no qual ele vive, s suas prprias necessidades.Ento,tudoqueconcernesrelaes prticasdohomemedomeiomineraldizrespeito Geotcnica. Escolher uma gruta para morar, explorar uma formao de slex, construir uma cidade lacustre, erigir umasepultura,incluem-se,semdvida,entreosprimeirosatosgeotcnicosdohomem.NoNovo Testamento, segundo Mateus ( Captulo 7 - Versculo 24 - 27 ), o homem prudente aquele que constri suacasasobrearochaenosobreaareia,poissassimelaresistiraodachuva,dosriosque transbordam e dos ventos que incidirem sobre ela. Foramtambmatosgeotcnicos,quandodesdeaantiguidade,ohomemparalevantarseus monumentosescolhiaolocaldaconstruo,selecionavaeexploravaosmateriaiseimplantavaas fundaes.Osantigossabiammuitobemfazerissopoissuasobraschegaramatns.Anotvel construodaGrandeMuralhadaChinadatadade221-207DC,umexemplodousodosolocomo material de construo, em tempos remotos. Ospovosdoslocaismaisingratostornaram-seosmaishbeisgeotcnicos,emparticularosdela-gunas, deltas e plancies aluvionares, pois precisavam construir sobre materiais pouco consolidados. Aatualescolaholandesanasceudosesforossecularesqueapopulaofoiobrigadaarealizar,na disputa de seu pas com o mar e na construo sobre um terreno totalmente desfavorvel. Entretanto, foram os venezianos que mostraram-se os mais extraordinrios geotcnicos do ocidente, porfundarem,desenvolverememanterem,durantemaisdetrezesculos,umacidadeeseusarredores num dos locais mais inspitos que existem. Ou seja, uma laguna particularmente instvel, no fundo de um golfo, submetida s mars, tempestades impressionantes, rios torrenciais alpinos e um subsolo afetado por um abaixamento permanente, impondo cidade mudar de nvel vrias vezes. . 1.2ORIGENS E DESENVOLVIMENTO DA MECNICA DOS SOLOS Trabalhos sobre o comportamento dos solos datam do sculo XVII e XVIII, como o deCoulomb ( 1773)referenteestabilidadedeumamassadeterra,admitindoossoloscomomassasideaisde fragmentoseatribuindo propriedadesdematerial homogneo. As teorias clssicas sobre o equilbrio dos macios terrosos tiveram um sentido predominantemente matemtico, sem o correspondente ajustamento das suas concluses realidade fsica. No sculo seguinte, os engenheiros franceses Collin e Darcy e o escocs Rankine fizeram importantes descobertas.Collinfoioprimeiroengenheiroaseinteressarpelarupturadetaludesemsolosargilosos bem como pela resistncia ao cisalhamento desses solos. Darcy estabeleceu sua lei para o escoamento da guaatravsdasareias.Rankinedesenvolveuummtodoparaestimarapressocontraummurode arrimo. Naviradadosculo,essecampodascinciasexperimentouimportantesdesenvolvimentosna Escandinvia,principalmentenaSucia.Atterbergdefiniuoslimitesdeconsistnciautilizadosaindahoje. Duranteoperodode1914-1922,conjuntamentecomasinvestigaesrealizadasemgravesrupturas ocorridasemportoseferrovias,aComissoGeotcnicadasFerroviasSuecasdesenvolveuconceitos importanteseequipamentosrelacionadoscomaengenhariageotcnica.Foramcriadososmtodospara MECNICA DOS SOLOSINTRODUO3calcular a estabilidade de taludes. Essa Comisso foi a primeira a utilizar o termo Geotcnica (geotekniska em sueco) no sentido em que se emprega hoje: a combinao da geologia com a tecnologia da engenharia civil. EmquepeseessestrabalhosiniciaisnaSucia,opaidaMecnicadosSolosfoiefetivamenteKarl Terzaghi, nascido em Praga mas formado na ustria. Em 1925, ele publicou um livro que se tornou um marco decisivo na nova orientao a ser seguidano estudo do comportamento dos solos, como um sistema constituido por uma fase slida granular e uma fase fluida.De fato, o nome mecnica dos solos uma traduo direta da palavra alem Erdbaumechanik,parte do ttulo do livro de Terzaghi. Entretanto,sem1936essacinciaaplicadaconsagrou-sedemaneiradefinitivaporocasiodo Primeiro Congresso Internacional de Mecnica dos Solos e Fundaes, realizado em Cambridge ( USA ), organizado por Arthur Casagrande e com discurso inaugural de Karl Terzaghi. Terzaghifoiumengenheirodeprojeoemuitocriativo,tendoescritovrioslivrosimportantese mais de 250 documentos tcnicos e artigos. Foi professor nas universidades de Istambul, Viena, M.I.T e na Universidade de Harvard, de 1938 at sua aposentadoria em 1963, na idade de 80 anos. Outro responsvel importante pelo avano da moderna mecnica dos solos foi Arthur Casagrande, que esteve na Universidade de Harvard de 1932 at 1969. Seu nome muito citado em qualquer livro de mecnicadossolos,poisdeucontribuiesimportantesarteecinciadamecnicadossoloseda engenharia de fundaes. OutrosnomesdedestaquenodesenvolvimentodessecamposoTaylor,Peck,Tschebotarioff, Skempton e Bjerrum cujas contribuies sero apresentadas no decorrer do curso. 1.3A MECNICA DOS SOLOS NO BRASIL AintroduodaMecnicadosSolosnoBrasildatadacriaodaSeodeSoloseFundaesno Instituto de Tecnologia de So Paulo ( IPT ) em 1938 com o primeiro laboratrio de solos. Participaram desse evento os engos Odair Grillo, Raymundo de Araujo Costa, Milton Vargas, entre outros. NoRiodeJaneiro,em1942,foiinstaladoumlaboratriodeMecnicadosSolosemcadaumadas seguintes instituies: Instituto Nacional de Tecnologia ( INT ), na Escola Tcnica do Exrcito (atual Ins-tituto Militar de Engenharia - IME) e Estacas Franki.Em 1944, foi fundada a primeira empresa comercial de Mecnica dos Solos pelos engenheiros Odair Grillo, Raymundo Costa e Othelo Machado. Almdosprofissionaiscitados,osengenheirosVitorF.B.deMelloeA.J.daCostaNunesderam importantescontribuiesMecnicadosSolos,atravsdeseustrabalhosepesquisasderenome internacional e pela formao de uma gerao de engenheiros geotcnicos. Deve-seaoprof.CostaNunesacriao,pioneiranomundo,deestruturasdecontenoancoradas em solos. Graas a esse tipo de obra foi possvel a recuperao das encostas do Rio de Janeiro, quando em 1966/67,apsumperododechuvasintensas,ocorreramgrandesdeslizamentosegravesacidentesque deixaram a cidade semi-destruida. AAssociaoBrasileiradeMecnicadosSoloseEngenhariaGeotcnica(ABMS),afiliada AssociaoInternacionaldeMecnicadosSoloseEngenhariadeFundaes(IASSMEF),fundadaem 1950,congregaosespecialistasemGeotecniaerealizaacadaquatroanosumCongressoBrasileirode Mecnica dos Solos. O primeiro congresso foi realizado em 1954, na cidade de Porto Alegre. 1.4A NATUREZA SINGULAR DOS SOLOS E ROCHAS Emfunodasseguintespropriedadesdosolo,aengenhariageotcnicaaltamenteempricaesua identificao a uma arte excede a de qualquer outra disciplina da engenharia civil. MECNICA DOS SOLOSINTRODUO 4 Os solos so altamente heterogneos, isto , suas caractersticas e propriedades podem variar am-plamente, de ponto para ponto, dentro de uma formao. Muitasdasteoriasdisponveispara a anlise do comportamento mecnico dos materiais admitem queosmateriaissohomogneos,istroposeobedecemaleislinearesdetenso-deformao. Materiaiscomunstaiscomooconcretoeoaonosedesviamsignificativamentedesseideale portantopode-seusarteoriassimpleslinearesparasepreverrespostasaoscarregamentosde engenharia. Entretanto,ascurvastenso-deformaodossolosnosolinhasretasequandonumprojeto admite-se uma resposta linear do terreno, deve-se aplicar grandes correes empricas ou fatores de segurana para considerar-se o real comportamento do material. Ocomportamentodossolosemateriaisrochososin-situmuitasvezesgovernadoecontrolado porjuntas,fraturas,camadasfracas,etc.Nemsempreosensaiosdelaboratrioeosmtodosde anlise podem reproduzir e considerar essas singularidades. Os solos so dotados de uma fantstica memria; lembram-se de tudo que j aconteceu com eles no passado e isso afeta fortemente seu comportamento de engenharia. Osucessodaengenhariageotcnicavaidepender,portanto,dacapacidadedejulgamentoe experinciaprticadoprojetista,construtorouconsultor.Emconseqncia,oengenheirogeotcnico precisadesenvolverumasensibilidadecomrelaoaocomportamentodossoloserochas,antesde projetar uma fundao econmica ou construir uma estrutura segura. 1.5SUGESTES PARA A FORMAO DE UM PROFISSIONAL DE GEOTCNICA O melhor caminho pelo qual um estudante pode desenvolver uma sensibilidade quanto ao compor-tamentodossolosarealizaodosensaiospadronizadosdeclassificaoeosdedeterminaodas propriedades de engenharia, em muitos tipos de solo. Assim,onovatocriarumbancomentaldedadosquecorrelacionaraaparnciadecertossoloscom suas propriedades, bem como com os parmetros que caracterizam seu comportamento sob determinadas condies,comoporexemploapresenadagua.Finalmente,poderpreversuaprovvelrespostaaos diferentes nveis de carregamento, impostos por uma obra projetada. Poroutrolado,mesmoconsiderandoaimportnciadaexperinciaadquiridacomosensaiosde campo e de laboratrio indispensvel a complementao com o estudo cuidadoso terico e emprico das leis da mecnica dos solos e sua aplicao aos diversos componentes de um projeto geotcnico. Osengenheirosiniciantesemmecnicadossolosdevemtambmpesquisaraliteraturageotcnica, onde tomaro conhecimento de problemas reais com suas respectivas solues e onde encontraro exem-plos da seleo de parmetros dos solos e suas aplicaes no mtodo usado para o projeto. SOLOS - ORIGEM E FORMAO2 2.1GENERALIDADES ATerranoumcorporgidoeestticopoisestemconstantemodificao,tantointernamente, ondehforasatuandoparacriarnovasrochas,comonasuperfcieondeoutrasforasestodestruindo rochas formadas no passado. Oprodutodesteprocessodestrutivodenominadosolo,queseconstituinumaoutraformade material. AdefiniodesoloutilizadanaGeotcnicaarbitrriaebastantediferentedasempregadaspelos gelogos, pedlogos ou mesmo pelos profissionais que tratam do uso do solo, sob os aspectos legais. Considerando as finalidades especficas da Engenharia Civil, o termo solo pode ser definido: SOLOtodomaterialorgnicoeinorgnicoquerecobreumacamadaderochaenoofereceresistncia intransponvel escavao mecnica. Por outro lado, a rocha seria definida como: ROCHAaquelematerialcujaresistnciaaodesmontepermanentespodendoservencidapormeiode explosivos, exceto quando em processo geolgico de decomposio. Todosolotemsuaorigem,imediataouremota,nadecomposiodasrochaspelaaodas intempries; logo, suas propriedades estaro ligadas natureza das rochas que lhe deram origem e ao seu processodeformao.Portanto,aperfeitacompreensodoscomponentesdossolos,queditamseu comportamento, est ligada ao conhecimento da origem das rochas e sua classificao. Otextoquesesegueaborda,sumariamente,essesassuntos.recomendvelqueparasua complementao,sejamconsultadostrabalhossobregeologia,deprefernciaaquelesorientadosparaa geologia de engenharia. 2.2ROCHA - A FONTE DOS SOLOS Deacordocomasteoriasgeralmenteaceitas,aTerraseformouh4,5bilhesdeanospelo resfriamento de um enorme esferide fundido, composto de gases e resduos csmicos. Atualmente,admite-sequeaestruturadogloboterrestrecompe-sedecamadasconcntricasde constituio qumica e fsica diferentes entre si. So designadas por: crosta superior ou litosfera, a parte externa consolidada da Terra com espessura avaliada de 35 a 50 km. manto, a camada seguinte com espessura em torno de 2 900 km. ncleo, a camada mais interna, constituda de nquel e ferro ( Nife ), principalmente. MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO Alitosferaasededosfenmenosgeolgicosrelacionadosdinmicainternataiscomo movimentostectnicos,ssmicos,magmticos,metamrficos,etc.Compe-se,essencialmente,de rochasquenadefiniodosgelogossoagregadosnaturaisformadosporumoumaisminerais, inclusive vidro vulcnico e matria orgnica. Nasregiescontinentaisalitosferaformadadeduaszonas;asuperior,denominadaSial,onde predominamasrochasricasemsilcioealumnioeazonainferior,naqualsesupehaver predominncia de silicatos de magnsio e ferro, da o nome de Sima. No substrato da crosta consolidada ocorre a zona do magma, variando sua profundidade conforme aregio,admitindo-seentretanto,quesejadaordemde30kmnasregiesdegrandeantiguidadee conseqenteestabilidadetectnica.Nasregiesvulcnicasazonamagmticalocaliza-seem profundidades bem menores. O magma uma mistura heterognea e complexa de substncias minerais no estado de fuso, con-tendo ainda gases de diversas naturezas e substncias volteis que escapam sob a forma de vapores. Assubstnciasqueconstituemomagmasoemgeralpoucovolteisecomelevadopontode fuso, na maioria dos casos. Quanto a composio qumica, predominam largamente os silicatos, seguidos dos xidos, mais os compostos volteis, dos quais a gua o mais importante. Potencialmente, esto presentes todas as su-bstnciasqumicasqueseassociaroparaformarosdiversosmineraisdasrochassquaispoderdar origem. Oresfriamentoeendurecimentodomagmainiciaumciclodeformao,destruioe transformaodasrochas,pelaaodediversosagentes,conformedescritonafigura2.1.Sob condiesespeciaisdeprofundidade,temperaturae presso, qualquer tipo de rocha pode voltar a um estado de fuso, fechando o ciclo. Osdiferentestiposderochasogrupadosemtrsclassesprincipais-gneasoumagmticas, sedimentares e metamrficas - em funo de sua origem, ou seja, do seu processo de formao. 6 MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO 2.2.1ROCHAS MAGMTICAS OU GNEAS Resultamdoresfriamentoeendurecimentodomagmaoriginadonasregiesprofundasdacrosta terrestre.Omagmapodemovimentar-seativamenteporenergiaprpriaoupassivamenteporforas tectnicas. Assim, pode atingir a superfcie terrestre, transbordando da cratera dos vulces ou de vastas fendas, sob a forma de lava, esparramando-se at longas distncias.Asrochasmagmticasextrusivasouvulcnicas,ondeseincluembasaltos,rilitoseandesitos, originam-sedoresfriamentorpidodomagma.Muitofreqentemente,entretanto,omagmano consegueromperascamadassuperioresdacrostaeseuresfriamentoecristalizaoocorrem internamente, formando as rochas intrusivas ou plutnicas. 7 Umarochamagmticaexpressaascondies geolgicasemqueseformouatravsasuatextura, isto , o tamanho e a disposio dos minerais que a constituem. Nasrochasextrusivasemqueomagmase resfriarapidamente,oscomponentesminerais solidificam-seempequenoscristaiscompouco entrosamentoentreeles,svisveisem microscpio. Oresfriamentodomagmaemcamadas profundasdacrostaterrestreocorremuito lentamente,possibilitandoaformaodegrandes cristais a olho nu. Deste modo, nas rochas intrusivas como granito, sienito, gabro, etc, a granulao pode variar de milimtrica a centimtrica. Asformasmaiscomunsdasformaesgeolgicas magmticas brasileiras ( fig 2.2 ) tem as carac-tersticas a seguir descritas: sillsSocamadasderochadeformatabular,relativamentepoucoespessas,provenientes dasolidificaodeummagmaquepenetrounascamadasderochaencaixante,em posio aproximadamente horizontal. diquesQuandoomagmapenetranacrostalitosfrica,demaneiraperpendicularouoblqua aos estratos. batlitosSo grandes massas magmticas consolidadas internamente, de constituio grantica.A eroso das montanhas expe o ncleo de granito em grandes extenses. derrameCorpos magmticos superficiais, de forma tabular que cobrem extensas reas.So exemplos os derrames de basalto do sul do Brasil. MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO 2.2.2ROCHAS SEDIMENTARES Aps a exposio ao ar, gua, elementos qumicos em soluo na gua, variao de temperatura e fatoreserosivos,asrochassuperficiaisdequalquernaturezasoreduzidasafragmentoscadavez menores,podendosertransportadospelovento,geloemaiscomumente,pelagua.Posteriormente, essematerialserdepositadopeloagentedetransporteouprecipitadoemumdosmuitosambientes propcios do globo terrestre ( bacias de sedimentao ), tais como as regies mais baixas do continente, nosfundosdosmareseesturiosetc,constituindoumsedimento.Ossedimentospossuemuma estrutura em camadas ou leitos, denominados estratos. ( Fig 2.3 )Asrochassedimentaresresultamdacompactaoeconsolidaodossedimentossobelevadas presses ou de sua cimentao por minerais.Aspressesquepromovemacompactaoeconsolidaodossedimentos,criandoumaforte ligao entre suas partculas, provm do peso de material sobrejacente de grande espessura. Minerais que promovem a cimentao, como slica, carbonato de clcio e xido de ferro, resultam da alterao das rochas e so posteriormente dissolvidos na gua que vai circular no depsito de solos e precipitar-se entre as partculas. Asrochassedimentareslocalizam-senasuperfciedalitosfera,daqualrepresentamumapequenaespessura; elas no constituem na escala do globo, seno uma pelcula superficial acima do conjunto das rochasmagmticasemetamrficas.Poroutrolado,elascobremumagrandepartedasuperfcieda terra,encontrando-seagrandemaioriaemmeiosaquosos:meiomarinhoabertooufechado,meio salobro ( lagunas, esturios e deltas ) e meio de gua doce ( lagos e cursos dgua ). 8 So exemplos de rochas sedimentares: Folhelhos, argilitos, arenitos e siltitos que seenquadramnacategoriaderochas sedimentares de origem clstica, originadas de fragmentos de rochas pr-existentes. Calcrios que podem ser de origem orgnica equmica.Oscalcriosdeorigemorgnica resultam da acumulao de restos de conchas, corais,etc;eosdeorigemqumicada precipitao do carbonato de clcio.Deve-sedestacarautilizaodestarochana produodecimento,pedradeconstruo,cal,almdaproduodebarrilha.Entretanto,poder apresentaralvolosoucavidadesprovocadaspeladissoluodecarbonatodeclcio,causando problemas se localizados na fundao de barragens e grandes obras. 2.2.3ROCHAS METAMRFICAS As rochas metamrficas so formadas de outros tipos de rocha, magmticas ou sedimentares, pela aodatemperaturaepresso,isoladamenteouemconjunto,associadasemalgunscasosatividade qumica das solues aquosas e gases que circulam nos espaos existentes nas rochas. A esse conjunto de transformaes que intervm numa rocha existente no estado slido, sem lev-la a um estado de fuso ou dissoluo denomina-se metamorfismo. As transformaes minerais que ocorrem nos processos de metamorfismo dependem, em primeiro lugar, da composio da rocha original, da natureza, do tipo e finalmente, do grau do metamorfismo. Normalmentepodemocorrertantoarecristalizaodosmineraispr-existentescomotambma formaodenovosminerais.Sobasnovascondiesdepressoetemperatura,havermudanasna MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO 9estrutura cristalina ou ainda, graas combinao qumica entre dois ou mais minerais, a formao de um novo mineral, estvel sob as novas condies reinantes.Dependendodanaturezadosesforossofridospelarocha,poder-se-overificardeformaes mecnicasnosminerais.Assim,umapressonouniformeedirigidanumdeterminadosentido, associada ao aumento da temperatura, propicia o fraturamento das rochas. Essas rochas adquirem uma textura,comumenteorientadaouxistosa,caracterizadapeloarranjodetodosoualgunsminerais segundoplanosparalelos.Aslminasdemicaseguemumamesmadireo.Oquartzoeofeldspato crescemdeformalenticular,orientadossegundoosmaioreseixos.Osesforosdirigidosocorremnas regiessuperioresdacrostaterrestreeometamorfismoemquestodenominadocataclsticoou dinmico. Em regies mais profundas da crosta terrestre, as rochas podem ficar sob a influncia de presses muitoaltaseuniformes,associadasselevadastemperaturasmantidasemfunodaprofundidadee pelocalormagmtico.Comoconseqncia,haverarecristalizaototaleasrochasproduzidas,no tendosofridoosefeitoscisalhantesdeumapressodirigida,noapresentamestruturasparalelas.Ao contrrio, exibem estruturas granulares e sem direes predominantes.Na natureza, a maioria das rochas metamrficas tem a mesma composio qumica e mineralgica das rochas gneas. Entretanto, pode dar-se o caso da rocha original receber elementos estranhos, que se adicionamduranteoprocessodetransformao.Agua,geralmentedissociada,ofluidomais comum, de alta importncia nas transformaes mineralgicas, pelo fato de tornar o meio mais fluido.As principais rochas metamrficas so as seguintes: FilitoseXistos-resultamdometamorfismodeargilas,siltesousuasmisturas.Soconstitudos emgrandeparteporcristaisdemicaque,sobaaodapresso,ficaramtodosparalelamente orientados.Nosfilitososcristaissomicroscpicosesuaorientaoparaleladsuperfcieda rocha aspecto brilhante e lustroso. Por outro lado, nos xistos os cristais so macroscpicos, dando aspecto granuloso rocha. Esta a principal diferena entre o aspecto das duas rochas. Quartzito-umarochaderivadadometamorfismodoarenito;oquartzopoisomineral principal.Osgrosdequartzodaconstituiooriginaliniciamumcrescimentonasuperfcie, invadindo os interstcios. O eventual cimento argiloso do arenito transforma-se em muscovita. Mrmore - provm do calcrio ou do dolomito. Os gros microscpicos de calcita recristalizam-se,formandocristaismacroscpicos.Acorbastantevarivel,podendoserbranca,rsea, esverdeada ou preta. Gnaisse - um grande grupo de rochas metamrficas so designadas por este termo. So rochas de texturabemorientada,comumacomposiomineralgicaidnticaadogranito,contendofelds-pato,quartzo,mica,anfiblio,granada,etc.Ognaisseprovenientedometamorfismode sedimentos chamado paragnaisse enquanto o originado de rochas gneas designado ortognaisse. 2.3AGENTES GERADORES DE SOLOS - INTEMPERISMO O material rochoso prximo superfcie da crosta terrestre sofre, continuamente, um processo de decomposio e transporte durante o qual experimenta profundas transformaes. Intemperismo o termo usado para descrever o processo de decomposio por agentes atmosfricos ebiolgicos,segundoasmaisvariadasformasdeao;erosoaremoodasrochasalteradaspela chuva, rios, vento e gelo para outros locais - terrenos baixos ou oceanos. Ocartereaamplitudedaalteraodependem,deumlado,danaturezadarocha,istodesua composioqumica,estruturaetextura,edooutro,doclimadaregio,ousejadasalternnciasde chuvasetemperatura.Masemltimaanlise,todososmecanismosdeataquesrochaspodemser classificados em dois grandes grupos: intemperismo mecnico ou fsico e intemperismo qumico. Ointemperismofsicoocorrequandoarochareduzidaafragmentosmenores,semqualquer alterao qumica dos materiais. Pode ser causado por qualquer um dos seguintes fatores, atuando num perodo de tempo significativo. MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO 10 Variao da temperatura Adiversidadedecoeficientededilataodosdiferentesmineraisquecompemumarocha,faz comqueestesrecebamesforosintermitentesdurantesculosesculos,comocontnuo aquecimentodiurnoseguidoderesfriamentonoturnodarocha.Ocorre,ento,afadigadesses minerais que nessas condies so facilmente desagregados e reduzidos a pequenos fragmentos. Nasregiessemi-ridas,comoonordestebrasileiro,ondeainsolaointensivaegrandeo aquecimento das rochas, pode ser observado o fenmeno da desintegrao mecnica com a quebra brusca do material, se as rochas forem expostas a uma chuva repentina. Cristalizao de sais Emclimasridosesemi-ridosaprecipitaopluviomtricainsuficiente;emconseqncia,a pouca gua que penetra no terreno no consegue remover os sais dissolvidos. Eles so trazidos superfcie pela gua em sua asceno capilar e se precipitam quando a gua se evapora. Quandoacristalizaosedemfendas,estastendemaseraumentadas,graasaoesforodo crescimentodoscristais.Arepetioseculardestefenmenofazcomqueasrochasse desagreguem lentamente. Congelamento Aguapodepenetraremfraturas,fendasoudiclasesquesozonasdefraquezadasrochas.O congelamento da gua no interior desse vazios provocar um aumento de seu volume em cerca de10%,exercendoumaforaexpansvelconsidervelnasparedesdasfendas.Arepetio contnuade congelaredescongelaralarga as fendas, a rocha afrouxa-se e desagrega-se, formando lascasoublocosdetamanhosvariados.Aatividadedestrutivatantomaiorquantomaiorforo nmero de poros preenchidos pela gua. NoBrasil,estetipodeintemperismoocorreapenasempequenaescala,nosplanaltosdeSanta Catarina e Rio Grande do Sul. Agentes fsico-biolgicos Apressodecrescimentodasraizesvegetaispodeprovocaradesagregaodeumarocha,desde queestapossuafendasporondepenetremasraizesearesistnciaoferecidapelarochanoseja muito grande. Asatividadesdevriosanimais,comominhocas,formigas,cupinsevriosroedoresqueabrem buracos, fazem com que o solo seja afofado e mais facilmente removido, facilitando a penetrao de outros agentes ativos na decomposio das rochas. Ointemperismoqumicosecaracterizapelaaodeagentesqueatacamarocha,modificando sua constituio mineralgica ou qumica.Aguaoprincipalagente,poissoluesaquosaspenetramnosporosedescontinuidadese reagem com as rochas, sendo a velocidade de destruio acelerada se a rocha for previamente preparada pelo intemperismo fsico. A gua da chuva contm dissolvidos os gases do ar dos quais os mais importantes para o intempe-rismoqumicosoooxignioeogscarbnico.Existeaindaapresenadonitrognioque,embora inerte,podenosdiaschuvosos,graasaooxigniodoareaodasfascaseltricas,produzircido ntrico e nitroso de ao corrosiva sobre as rochas. Aoinfiltrar-senosolo,aguadissolveecarregadiversassubstnciasorgnicaseinorgnicas, muitasvezesdenaturezacida,poisasraizesdasplantasemitemdixidodecarbonoetambm fabricam cidos hmicos. Oclimamidooambientemaispropcioataisfenmenos,especialmentenascondiesde umidade e calor, como no Brasil, onde a velocidade da reao acelerada pela temperatura. Os processos de decomposio qumica podem ser classificados em funo da natureza da reao quepredominanoprocesso,emalgunscasoscomplexo,envolvendomaisdeumtipodereao qumica. So as seguintes as reaes de decomposio: Oxidao MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO 11umdosprimeirosfenmenosaocorrernadecomposiodascamadassuperficiaisdosubsolo, pela ao oxidante do oxignio e gs carbnico, dissolvidos na gua. Oselementosmaissuscetveisdeoxidaoduranteointemperismosoocarbono,nitrognio, fsforo,ferro,manganseoscompostosdeenxofre,pelaformaodecidosulfrico,agente poderoso na decomposio das rochas. Oferrobivalente,contidonasrochas,passaformatrivalenteprovocandomodificaesna estrutura cristalina dos minerais ricos em ferro. Normalmente, o primeiro indcio da decomposio uma mudana de cor, para vermelho ou amarelo. Hidrlise e hidratao Pelahidrataoaguaincorporada,passandoafazerpartedaestruturacristalinadominerale pela hidrlise d-se a decomposio pela gua com a formao de novas substncias. Os feldspatos so relativamente pouco estveis e sofrem com facilidade a ao da hidrlise. A gua em estado de dissoluo, desdobra os silicatos em seus ions. O potssio e eventualmente o sdio podemserfacilmenteliberadosdosfeldspatos,osquaisfinamentepulverizadosreagemcoma gua, formando KOH ou NaOH. A slica e alumina formam, geralmente, combinaes estveis nas condies da superfcie terrestre, onde se processa o intemperismo. Dessas combinaes formam-semineraisquefazempartedafraoargilosadosolo,detamanhocoloidalouquasecoloidal; quimicamentesohidratosehidrosilicatosdealumnio(caulim,montmorilonita,ilitaevrios outros). Decomposio pelo cido carbnico Trata-setalvezdoagentemaisimportantenointemperismoqumico,poisage,secularmente, decompondoosfeldspatos,omineralmaiscomumdacrostaterrestre.Aguapluviomtrica dissolveoCO2daatmosferaeumapartedelesecombinacomaguaparadarcidocarbnico, que se encontra sempre em estado de dissociao.O resultado final da reao com o felspato ser um mineral argiloso, slica e carbonato de potssio ou de sdio, solveis.Essecidoagetambmdiretamentenadissoluodecertosminerais,comooscarbonatos facilmentesolubilizados.Assim,umcalcrioouumdolomitolentamentedissolvido.O bicarbonatodeclcioformadonareaolevadopelasoluo,enquantoomaterialargiloso, insolvel,podepermanecerconstituindoespessascamadasdecalcrioquejfoidissolvidoe lixiviado. Decomposio qumico-biolgica Os primeiros atacantes de uma rocha exposta s intempries so bactrias e fungos microscpicos. Seguem-seoslquens,asalgasemusgos,formandoepreparandoossolosparaasplantas superiores.Todosessesorganismossegregamgscarbnico,nitratos,cidosorgnicos,etc, incorporados s solues aquosas que atravessam o solo, atingindo as rochas inferiores, em vias de sofrer um ataque qumico. 2.4FORMAO DO SOLO Aoprodutofinaldointemperismodasrochasd-seonomedesoloesuanaturezadepende principalmentedarocha,doclima,dacoberturavegetal,datopografiaedotempodeduraodo processo de intemperizao.Deve-sedestacaraimportnciadofatorclima,poisamesmarochapoderformarsolos completamente diferentes se decomposta em diferentes climas. Aseguir,soapresentadososprodutosdaalteraomaisusualmenteobtidosemalgunstiposde rocha. Intemperismo do granito Esta rocha constituda pelos minerais quartzo, feldspato e mica. Em clima tropical, sofre o pro-cesso de decomposio seguinte: depois de trazida superfcie da crosta, a rocha fraturada pela MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO alternnciadecalorechuva.Quandosuficientementefraturada,comeaoataquequmicopela guaacidulada,geralmentecomgscarbnicoagressivo,provenientedadecomposiodos vegetais.Estaacidulaocrescentecomatemperaturae,portanto,maisefetivanospases tropicais( Quadro 2.1 ). Osfeldspatossoatacados,arochadesmancha-seeosgrosdequartzo,emboranosejam alterados,soltam-se,formandoosgrosdeareiaepedregulhos.Osfelspatosvodaromineral denominado argila e sais solveis que so carreados. Algumas espcies de mica ( biotita mica ) so-frem processo de alterao semelhante ao dos feldspatos, formando tambm argilas. Outrostiposdemica(muscovita)resistemevoformaraspalhetasbrilhantes,presentesnos chamado solos micceos. Do processo descrito resulta um solo que pode apresentar grandes blocos ou fragmentos pequenos da rocha original, que resistiram decomposio. EXISTENTE NA PROVVEL RESDUO POSSVEL SOLOROCHAMINERALRESULTANTE quartzoquartzoAreia muscovitamuscovitaAreia miccea biotita micaclorita ou vermiculite +Mg soluo de carbonato Argila escura feldspato ortoclsicoilita ou kaolinita +K soluo de carbonato Argila clara feldspato plagioclsicomontmorilonita +Na ou Ca - soluo de carbonato Argila expansiva Quadro 2.1Intemperismo do granito Intemperismo do basalto A decomposio do basalto se d, principalmente, nos locais de clima tropical, de invernos secos e veres midos, pelo ataque das guas aciduladas, sobre os feldspatos plagioclsicos. No resultado predominam as argilas, sem a presena de areia pois os basaltos no contem quartzo. Nocentro-suldoBrasiladecomposiodobasaltoformaumsolotpicoconhecidocomo terra-roxa . Intemperismo do arenito Os arenitos do origem a solos essencialmente arenosos, pois no existem feldspatos ou micas em sua composio. O elemento que pode sofrer decomposio o cimento que aglutina os gros. Se o cimento for silicoso forma-se um solo extremamente arenoso; se argiloso aparecer no solo uma pequena percentagem de argila que poder conceder ao solo uma certa coeso. Intemperismo do micaxisto Omicaxistoumarochadeorigemmetamrfica,constitudaessencialmentedemicas,quartzo, alguns feldspatos e vrios minerais secundrios. A decomposio do micaxisto d aparecimento a um material argiloso, com predominncia de palhetas de mica, da a denominao de solo micceo. 2.5CLASSIFICAO GENTICA DOS SOLOS Os produtos do intemperismo podem permanecer, diretamente, sobre a rocha da qual derivaram e por isso so denominados solos residuais. Quando as condies climticas e topogrficas so favorveis, podem sofrer os efeitos da eroso e deagentestransportadores,incluindo-seentreosprincipaisasimplesgravidade,quefazcairemas 12 MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO 13massasdesoloaolongodetaludes,asguassuperficiais,deriosouenxurradaseovento.Ossolos formados depois do transporte e deposio dos materiais chamam-se solos transportados. Assim, uma classificao gentica que leve em conta to somente a formao originria dos solos os divide em dois grandes grupos: os solos residuais e os solos transportados.MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO 2.5.1SOLOS RESIDUAIS Comoanteriormenteexposto,soaquelesprovenientesdadecomposioealteraodasrochas in-situ , onde o agente de transporte reduzido a um mnimo. Os solos residuais podem ser subdivididos, conforme a zona de intensidade de intemperismo, em horizontes que se organizam da superfcie para o fundo, com uma transio gradativa entre eles. Solo residual maduro Osolo perdeu toda a estrutura original da rocha-matriz e tornou-se relativamente homogneo. Saprolito Mantmaestruturaoriginaldarocha-matriz,inclusiveveios intrusivos, fissuras, xistosidades e camadas, mas perdeu totalmente sua consistncia. Blocos em material alterado Aalteraoprogrediuaolongodefraturasouzonasdemenor resistncia,deixandorelativamenteintactosgrandesblocosda rocha original, envolvidos por solo de alterao de rocha. O Brasil rico em solos residuais, principalmente na regio centro-suldopas.Afigura2.4mostraumperfilesquemticodesses solos. 2.5.2SOLOS TRANSPORTADOS Ossolostransportadossooriundosdadeposio,numdeterminadolocal,dedetritos provenientesdeoutrarea.Classificam-sesegundooagentedetransportenasseguintesclasses: coluvies, aluvies, elicos e glaciais. Coluvies Nosdenominadoscolviosoagente transportadoraaodagravidade,deslocando solosresiduaisdenveismaisaltosparaosmais baixos de uma encosta. Omaterialdepositado,designadotlus,em geralbastanteporosoepermevelconstitudode fragmentos de vrios tamanhos de rocha em vias de decomposio,emmisturacommaterialj completamente decomposto. Esseacmulo,nasreasondeodeclivemenosabrupto,podeserconseqnciadeum deslocamento lento do talude ou de um deslizamento rpido, em geral aps grandes chuvas, fenmeno 14 MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO esse bastante comum nas regies montanhosas do sul do Brasil. Na Serra do Mar a espessura do tlus pode atingir at 80m. Aluvies Incluemdepsitosdepartculasmuitofinas(argilasesiltes),areia,pedregulhosemataces transportados, essencialmente, pela gua em grande quantidade. Asgrandescorrentesdegua,apsaerosodossolosourochasalteradassuperficiais, selecionam as partculas que sero transportadas, em funo de sua velocidade. Quanto maior sua velocidade,maiorserodimetrodapartculaqueaguapodertransportaremsuspenso. Portanto, um mesmo rio pode transportar materiais de grandes dimenses no perodo de cheias e partculas menores na poca de seca. O material mais grado o primeiro a ser depositado. As partculas mais finas so encontradas agrandesdistnciasdafontedossedimentos,depositadasquandoacorrentelquidaperdesua velocidade por atingir guas tranquilas ou vales extensos. Osltimos materiaisapermanecer em suspenso so os microcristais de argila, inclusive nas grandesmassasdeguadoslagosoulagunas,prximasaomar.Asedimentaodaargilased, entoporfloculaodaspartculasdevidoneutralizaodesuascargaseltricaspelocontacto com a gua do mar, ou pela radiao solar nas guas doces dos lagos interiores. Sotiposdealuvio:aluviesdeterraosfluviais,aluviesdelticos,aluviesdeesturiose baixadas litorneas. Solos elicos Osefeitosdiretosdoventopodemserclassificadosemdestrutivos,transportadoresecons-trutivos; sua ao energtica depende, principalmente, de sua velocidade. O vento por si s praticamente incapaz de produzir a destruio de uma rocha por eroso.Oimpactodaspartculasdeareiaqueelegeralmentetransportaquemprovocaumdesgaste considervel na rocha, desagregando partculas que so a seguir carregadas pelo vento. Emformaesdesrticasouaolongodaspraiasocenicas,ventosfortessopramsobreas areias e as carreiam at que obstculos diversos como arbustos, pedras, irregularidades de terreno, quebrandoaforadovento,provocamadeposiodaareiacarregada,formandomorrotes chamados dunas. Opoderseletivodovento,quantoaopesodaspartculasquepodemsertransportadas muito maior do que o da gua. Ento, os depsitos elicos se caracterizam pela uniformidade dos gros que os constituem. Glaciais Sodepsitosdemateriaiserodidosetransportadospelogelo.Ogelotransporta, simultaneamente,seixosgrandes,areiaepfinamentetriturado,semselecionarostamanhos, como se d no transporte pela gua ou pelo vento. O sedimento muito mal selecionado, pois ao ladodeseixosdealgunsdecmetrosdedimetroacham-sesedimentadosgrosfinssimos,que formam uma matriz de aspecto aparentemente homogneo. 15MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO Umacaractersticainteressantedosdepsitosglaciaisaquasetotalausnciadealterao qumica pelo intemperismo em seus componentes. 2.5.3SOLOS ORGNICOS Os solos ditos orgnicos podem se originar dos seguintes processos: a)impregnao de matria orgnica em sedimentos pr-existentes; b) transformao carbonfera de materiais de origem vegetal contida no material sedimentado; c)absoro no solo de carapaas de moluscos ou diatomceas. Os solos referidos no item (a) so os de maior importncia tcnica. A matria orgnica origina-se da decomposio de restos de plantas ou animais. O produto final um material escuro que impregna osgrosdosolo,denominadohumus,relativamenteestvelefacilmentecarreadopelagua.A impregnaoocorre,principalmente,naspartculasmuitofinas(argilasesiltes)eemmenorextenso nasareias.Noseformamareiasgrossasepedregulhosorgnicos,poissendoaltamentepermeveisa velocidade desenvolvida suficientemente grande para carrear toda a matria orgnica estvel.Sobopontodevistadaengenharia,ossolosorgnicosapresentamcaractersticasindesejveis, dstacando-se sua elevada compressibilidade e alta capacidade de absoro de gua. Omaisimportantesoloincludonotem(b)soas turfas. Esse material se constitui no primeiro estgio da formao do carvo, com a deposio de detritos vegetais tais como folhas, caules, troncos e aposteriordecomposiodessamatriaorgnica,pelaaoconjuntadebactriasefungos,que exercem importante papel na fermentao da celulose. Como as turfas se originam em guas estagnadas e pouco arejadas, a decomposio muito lenta e incompleta, ficando preservada parte dos vegetais. Forma-se ento um solo fibroso, essencialmente de carbono, com baixo peso especfico e combustvel, quando seco. As turfas ocorrem nos vales entre espiges de serras e nos planaltos prximos ao litoral. Referncias BELLAIR, P. e POMEROL, C. (1968)Tratado de Geologia,Editorial Vicens - Vives CHIOSSI, N.J. (1975)Geologia Aplicada Engenharia,Universidade de So Paulo-Escola Politcnica HARVEY, J.C. (1982)Geology for Geotechnical Engineers,Cambridge University Press LEINZ, V. e AMARAL, S.E. (1978)Geologia Geral,Companhia Editora Nacional RODRIGUES, J.C. (1977)Geologia para Engenheiros Civis,Ed. Mc.Graw-Hill do Brasil Ltda. 16 MECNICA DOS SOLOSSOLOS - ORIGEM E FORMAO 17ANOTAES DIAGRAMA DAS FASES RELAES MASSA-VOLUME 3 3.1CONSTITUIO DOS SOLOS Asformaesnaturaisdesoloconstituem-sedeumconjuntodepartculasslidas,tocando-se entre si e deixando um espao vazio entre elas - os poros do solo. Os vazios podero estar parcial ou totalmente preenchidos com gua. Os poros no ocupados pelo lquido podero conter ar ou outro gs. Assim,comoovolumetotalocupadoporumamassadesoloinclui,normalmente,materiaisnostrs estados da matria - slido, lquido e gasoso - diz-se que o solo um sistema trifsico ( Fig. 3.1 ). Aresistnciaeacompressibilidade, propriedades de engenharia significativas de um horizonte de solo, esto diretamente relacionadas ou pelo menos so fortemente influenciadas, pela fato de o volume total do solo ser constitudo, predominantemente, de partculas slidas, gua e ou ar. Informaestaiscomoopesoespecfico(pesoporunidadedevolume),oteordeumidade,o ndicedevazios,ograudesaturao-termosdefinidosnasseesseguintesdestecaptulo-so empregadasnosclculosdacapacidadedecargadas fundaes, na estimativa dos recalques das cons-trues e na verificao da estabilidade de taludes de terra. Em outras palavras, tais informaes ajudam nadefiniodascondiesdeumaformaodesoloedesuaadequabilidadecomosuportede fundao ou material de construo.Por essas razes, o conhecimento da terminologia e definies relativas composio dos solos fundamental no estudo da mecnica dos solos. MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES 3.2DIAGRAMA DAS FASES Nanatureza,osoloexistenumarranjoaleatrio das partculas slidas, da gua e do ar, como re-presentadonafigura3.1.Entretanto,parafinsdeestudoeanlisedosolo,bemcomoparafacilitara deduo de ndices que correlacionam as diferentes fases, recorre-se a um bloco diagrama, denominado diagrama das fases. Trata-se de um diagrama hipottico, onde se admite que os componentes de cada fase possamserrepresentadosisoladamente,associando-seacadaum,seusrespectivosvolumes,massase pesos, tal comona figura 3.2. Vs = volume das partculas do solo Ms = massa das partculas do solo Ps = peso das partculas do solo ou peso seco Va = volume da gua nos vazios Ma = massa da gua nos vazios Pa = peso da gua nos vazios Vg = volume ocupado pelo gs Mg = massa do ar = 0 Pg = 0 Vv = volume de vazios Vv =Va +Vg V = volume total M = massa total P = Peso total ou peso mido V = Vs + Va + Vg = Vs + Vv

M = Ms + MaP = Ps + Pa18 3.3DEFINIES BSICAS - NDICES FSICOS MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES Existem trs relaes volumtricas, derivadas do diagrama das fases que so muito teis para a des-crio da composio de um solo e seu estado fsico. ndice de vazios ( e ) Trata-se da relao entre o volume no ocupado pelas partculas de solo - o volume de vazios e o volume de slidos. 19 Ondicedevaziosnormalmenteexpressosobformadecimal.Osvalorestpicosparaasareias naturais esto contidos entre 0,5 e 0,8, enquanto os das argilas variam de 0,7 a 1,1. Porosidade ( n ) Outramaneiradeseexpressaraquantidadedevaziosrelacionarovolumedevazioscomo volumetotal,definindoaporosidade.Tradicionalmente,aporosidadeapresentadaempercentagem, embora nos clculos geotcnicos seja empregada sob forma decimal. Da anlise da expresso (3.2), constata-se que n dever estar contida no intervalo 0 1 n . A combinao das equaes (3.1) e (3.2) resulta na correlao:enn= 133 ( . )Grau de saturao ( S ) O grau de saturao informa que percentagem do volume total dos vazios contm gua. Se o solo est completamente seco,S =0% ; quando os poros esto completamente cheios de gua, diz-sequeosoloestsaturadoeS=100%.Umsolopodepermanecercompletamentesaturado, mesmovariandoaquantidadedeguapresente,desdequesofraumacompressoouexpanso, traduzidas numa variao do volume de vazios. eVVV VVVSg aS= =+( . ) 31nVVV= 100% 32 ( . ) SVVaV= 100% 34 ( . )MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES Teor de umidade natural ( h ) Pordefinio,teordeumidadedeumsolo,arelaoentreamassadeguacontidanum determinado volume de solo e a massa das partculas slidas presentes nesse mesmo volume; ou o peso da guadividido pelo peso das partculas slidas. hMMPPaSaS= = 100% 100% 3 5 ( .. ) O teor de umidade de um solo pode variar de h = 0% ( solo seco ) at algumas centenas. O teor de umidadenaturaldamaioriadossolosestbemabaixo de 100%, embora possa atingir 500% oumais, em algumas argilas marinhas e solos orgnicos. A correlao, entre o teor de umidade ( h ) e o peso total ou mido ( P ) de um volume de solo, pode ser estabelecida como se segue: P P PP h PS aa S= += como conseqncia: ( )P P h PP hS SS= + = + 1 e a relao procurada: PPhS=+ 136 ( . )Do mesmo modo: MMhS=+ 137 ( . )Estas equaes permitem, facilmente, o clculo do peso seco ( ou massa ) de um grande volume de solo,quandooteordeumidadedeterminadocomumapequenaamostrarepresentativadamassa total.Esteprocedimentodedeterminaodopesosecomuitoempregadonolaboratrioenos trabalhos de campo. Densidade real dos gros de solo ( ) A densidade de qualquer material a relao entre a massa de um dado volume desse material e a massa de igual volume de gua. Geralmente,osengenheirosgeotcnicosnecessitamda densidade das partculas slidas, isto , da densidade real dos gros de solo ( ). Considerandoadefiniodopargrafoanterioreodiagramadafigura3.1,adensidaderealdos gros de solo ser determinada pela expresso (3.8). 20 MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES =MVSS a( . ) 38 onde:aamassaespecficadagua,admitida,nosproblemasprticos,iguala1,00Mg/m3

( 1 g/cm3 ). Ovalorde( )varianumintervalomuitocurto,emfunodaconstituiomineralgicados gros.Porexemplo,asareias,cujosgrossocomumenteconstitudosdequartzo,apresentam densidade real dos gros = 2,65. A maioria dos solos argilosos possuem valores de variando entre 2,65 e 2,80, enquanto os solos, altamenteorgnicos,temosvaloresmaisbaixosdadensidadedosgros(2,45ou2,50). Conseqentemente, quando se precisa arbitrar um valor para , a fim de resolver um problema prtico, admitir 2,65 ou 2,70 uma aproximao adequada Uma correlao importante pode ser estabelecida entre o ndice de vazios e o teor de umidade: Por definio:VMaaa= Dividindo ambos os membros por VS , obtem-seVVMVaSaS a= Multiplicando-se o termo esquerdo por VVVV tem-se VVVVMVaVVSaS a = ecomoM h Ma S= S e hMVSS a = eS e h = (3.9) Para um solo com determinado ndice de vazios e densidade real dos gros, a equao (3.9) permite conhecer o mximo teor de umidade que o solo poder conter, quando estiver saturado.( S = 1 )hesat=(3.10) Paraseconstruirodiagramadefasesdeumsolo,sonecessriasalgumasdeterminaesno laboratrio e atravs delas calcula-se as demais. So determinados diretamente: 21MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES V - volume total de uma amostra no seu estado natural ou moldada nas condies que interessam ao estudo em causa. M - a massa da amostra nas condies em que se determinou o volume MS - a massa da amostra seca em estufa -a densidade real dos gros 3.3.1Determinao do teor de umidade O mtodo mais preciso para a determinao do teor de umidade natural o da secagem da amostra emestufa,conformenormalizadopelaAssociaoBrasileiradeNormasTcnicas-ABNTMB-27( NBR - 6457 ) e pelas Normas Rodovirias DNER - ME 213/94. Convencionou-se, na Mecnica dos Solos, que a secagem de uma amostra de solo, a temperaturas de 110 C a 115 C, durante um perodo suficiente para chegar-se a um peso constante, elimina a gua livreeproduzumaamostraseca.Narealidade,aescolhadatemperaturaarbitrriapoisosolo continuacomumapelculadeguaadsorvidaaosgrosecomasmolculasdeguaintegrantesda estrutura slida. Oensaioconsisteemcolocar-seaamostradesolonumacpsulametlicadepeso(T.)e determinar-se numa balana o peso do conjunto solo mido + cpsula ( P1 =PS+Pa +T ). A seguir, a cpsula levada estufa onde permanece at a completa secagem da amostra.Imediatamenteapsaretiradadaestufa,determina-seopesodoconjuntosoloseco+cpsula. ( P2 =PS + T )A determinao do teor de umidade se faz atravs dos seguintes clculos: peso da gua Pa =P1 - P2peso do solo secoPS =P2 - T teor de umidade hPPaS%= 100 3.3.2Determinao da densidade real dos gros Retomando-seaequao = M VS S a,constata-sequeparasedeterminarovalorde() necessrio conhecer a massa de uma amostra seca ( MS ) e correspondente volume ( VS ) das partculas slidas que a constituem. Essasgrandezassodeterminadas,utilizando-seomtododopicnmetrorecomendadopelas normas ABNT MB-28 ( NBR - 6508 ) e DNER - ME 093/94. 22 MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES O material do qual se quer determinar a densidade dos gros dever ser seco ao ar, destorroado e passadonumapeneiracomaberturade2,0mm.Domaterialquepassanapeneira,separa-seumaamostra de 70 a 100 g e seca-se na estufa, at constncia de peso. O picnmetro utilizado tem capacidade de 500 ou 1 000 ml e dele deve-ser determinada sua massa quando vazio ( P1 ) e quando cheio de gua destilada e desareada, at a marca de calibrao.( P4 ) Duranteoensaio,coloca-seinicialmente,aamostranopicnmetroedetermina-seamassado conjunto - picnmetro + solo ( P2 = P1 + MS ).A seguir, adiciona-se gua no picnmetro at a marca de referncia, sendo realizadas todas as ope-raesnecessriascomumabombadevcuo,paraeliminartodooarexistentenopicnmetro. Determina-se o peso do novo conjunto - picnmetro + solo + gua ( P3 = P1 + MS + Pa).Para a aplicao da expresso=MVSS a, calcula-se: Massa da amostra ensaiada MS =P2 - P1 (g) Massa de gua na calibrao Pac = P4 - P1 (g) Massa de gua no picnmetro, aps adio do solo Paf = P3 - P2 (g) Adiferena(Pac-Paf ),correspondeaumamassadegua,equivalenteaovolumedosgrosde solo,colocadonopicnmetro(VS.a ).Portanto,adensidaderealdosgrosdesolo,referida temperatura da gua no ensaio,ser determinada pela expresso: ( )( ) ( ) = P PP P P P2 14 1 3 2(3.11) Moldou-se um corpo de prova cilndrico de um solo argiloso, com altura H = 12,5 cm e dimetro =5cm,determinando-sesuamassaM=478,25g.Apssecagememestufa,amassapassoua 418,32 g. Sabendo-se que a densidade dos gros slidos = 2,70, determinar: a) o diagrama de fasesb) o teor de umidadec) o ndice de vazios d) a porosidade e) o grau de saturao Soluo: Dados do problema: 23MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES Massa do c.p. midoM =478,25 g Massa do c.p. seco MS =418,32 g Densidade dos gros do solo =2,70ou massa especfica dos slidosg =2,70 g/cm3Volume do corpo de provaV H = 24V c = =314 54125 2454423,, , mDeterminaes: a) Diagrama de fases Massa de guaM ga= = 47825 41832 5993 , , ,Volume da gua V M cma a a= = = 5993 10 59933, , , Volume ocupado pelos slidos g S S S S gM V V M cm = = = = 41832 270 154933, , , Volume de vazios V V V cmV S= = = 24544 15493 90513, , , b) umidadehMMaS= = =599341832100 1433%,,, c) ndice de vazios eVVVS= = =905115493058,,, d) porosidadenVVV= = =905124544036,,, e) grau de saturao SVVaV= = =59939051100 6621,,, % 24 MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES 3.4RELAES PESO - VOLUME O peso especfico de qualquer material representa uma medida da quantidade de material, referida ao espao que ele ocupa. Definido como seu peso por unidade de volume determinado pela equao =peso do materialvolume do material.Considerando-seodiagramadefasesdeumsolo,constata-sequeopeso especfico uma funo dos seguintes parmetros: ( ) = , , e hAssim,opesoespecficodepender,apenas,dadensidadedaspartculasslidas(),donmero total de partculas presentes ( e ) e da quantidade de gua presente nos vazios. Convm ressaltar que o peso especfico s poder ser modificado, alterando-se o ndice de vazios e/ou o teor de umidade, uma vez que a densidade dos gros uma constante para cada solo. Todasasdefiniesreferentesaospesosespecficos,consideradasaseguir,teroas correspondentes massas especficas, pois a massa especfica definida por =MV e = g , onde ( g ), acelerao da gravidade. Na mecnica dos solos, adota-se o sistema SI de unidades e portanto a massa especfica expressa em (kg / m3) e o peso especfico em (kN / m3). O valor da acelerao da gravidade poder ser adotado g = 9,81 m/s2 10 m/s2So definidos diversos pesos especficos, utilizados em funo da natureza do problema. Peso especfico aparente do solo ou peso especfico mido ( ) Definido como a relao entre o peso total da amostra e o volume total. = = PVM gV( 3.12 ) Peso especfico aparente do solo seco ( s ) Nessas condies a gua foi eliminada, geralmente por evaporao, e o peso especfico aparente denominado peso especfico aparente seco. Corresponde relao entre o peso das partculas slidas e o volume total. SS SPVM gV= =( 3.13 ) Peso especfico das partculas slidas ( g ) gSSaPV= = ( 3.14 ) 25MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES Partindo das definies do tem 3.2 e representando o diagrama de fases como na figura 3.4, onde seadmiteovolumedeslidosV=1,pode-seestabelecer,facilmente,correlaesentrediversos parmetros. 26 Com relao ao peso especfico aparente ( ): ( ) =++11hea ou =++Seea1 ( ) =++11heae( 3.15 ) =++Seea1( 3.16) Nos solos secosh = 0 e S = 0 e portanto: Se=+1a( 3.17) Uma correlao entre os pesos especficos aparente mido e aparente seco, muito usada na prtica, pode ser estabelecida atravs das expresses (3.15) e (3.17). ( ) = + 1 hS(3.18) Do mesmo modo, partindo-se de (3.14) e (3.17), chega-se relao: Se=+11g(3.19) Peso especfico aparente do solo saturado ( sat ) Quandoumsoloestsaturado,ouseja,comseusvaziostotalmentepreenchidoscomgua,seu peso especfico aparente denomina-se peso especfico saturado, representado como satSoexemplosdesolossaturados,nanatureza,osqueseencontramnassituaoesindicadasna figura 3.5 MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES A figura 3.6 tem como objetivo esclarecer o conceito de peso especfico saturado. Admitindo-sequesepudesseremoverdoterreno um cubo de solo saturado, com aresta a = 1, e coloc-lo numabalana,ovalorregistradoseriaocorrespondente ao peso especfico saturado, uma vez que V = 1 Assim,nosproblemasprticosemquesenecessita avaliar o peso ou a presso que um solo saturado exerce sobreumasuperfciequalquer,utiliza-seopeso especfico saturado. Os parmetros referentes aos solos saturados e as respectivas correlaes sero tambm obtidos do diagrama de fases, representado na figura 3.7. Massa e peso especfico saturado ( sat ): sat aee=++1e( 3.20 ) sat aee=++1( 3.21 ) Umidade de saturao hesat= 100( 3.22 ) 27MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES Peso especfico submerso O solo responde a qualquer solicitao externa ou interna e mobiliza sua resistncia, em funo dos esforos que so transmitidos atravs do esqueleto slido. Assim, da maior importncia na engenharia de solos, o conceito de peso especfico submerso, representado por ( ) ou sub.As amostras de solo representadas na figura 3.5 encontram-se na condio submersa. Paraestabeleceresteconceito,obloco hipotticoutilizadonafigura3.6,foiagora mergulhadonumrecipientecomgua,devendo-se avaliaroesfororegistradonabalananaqualo bloco est suspenso. Para isso, o corpo isolado e aplicadostodososesforosatuantessobreele, analisando-se seu equilbrio. Osesforoshidrostticos,atuantesnasfaces lateraisdocubo,seanulam,poissoidnticosem todas as direes. A resultante das foras verticais nula FV=0 A fora E, atuante de baixo para cima, na base do cubo ser ( ) E Aa= 1 , ondeA = 1 a rea da base do cubo ea o peso especfico da gua , multiplicados pela profundidade da base do cubo.(1). O peso do cubo de solo saturado ser ( ) sat. F P EV s= + = 0atPsat a= sub sat a= ( 3.23 ) A partir da expresso ( 3.21 ), pode ser estabelecida uma correlao entre os parmetros (e) e ()e o peso especfico submerso: sub sat a a a aeeee= =++ =++ 1 11 ou sub ae=+ 11( 3.24 ) Sero apresentados, a seguir, alguns problemas cujas solues so facilitadas pelo conhecimento do diagrama de fases, elaborado a partir de determinaes de laboratrio. A tabela 3.1 contem correlaes entre os diversos parmetros do solo, muito teis tambm nos problemas prticos. 28 MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES Comojreferidoanteriormente,aMecnicadosSolosadotaoSI-sistemainternacionalde unidades. Entretanto, face a ordem de grandeza de algumas medidas, so usados mltiplos das unidades principais, em combinao com outras que no pertencem ao SI. Assim, so empregados:paraforas,oquiloNewton,obtendo-senmerosmenoresnosresultadosdas medidas; kN N = 103para presses, o quiloPascal, pelas mesmas razes acima. kPa Pa = 103Quando se trata de determinaes de laboratrio, a unidade prtica para as medidas dos corpos de prova o ( cm ), pois a unidade SI ( m ) conduziria a nmeros muito pequenos.Emlaboratrio,poroutrolado,sorealizadasdeterminaesdemassas,quesoexpressasem grama(g)ouquilograma(kg).Conseqentemente,socalculadasmassasespecficasenopesos especficos. A transformao das massas especficas em pesos especficos devero considerar o exposto no tem 3.4. Para facilitar a soluo de questes prticas, so aceitas as seguintes aproximaes: massa especfica da gua - 1 103 3g cm kg m =3 peso especfico da gua -981 103 3, kN m kN m e consideradas as equivalncias: 1 10 1 10 1 10 1 102 2 2 2kgf N tf kN kgf m kN m tf m kN m = = = =2 A massa especfica de uma areia drenada, acima do nvel d gua foi determinada em 2,06 Mg/m3 e seu teor de umidade 18%. Admita que a densidade real dos gros seja 2,70 e:a)calcule o peso especfico drenado; b)desenhe o diagrama de fases, para o estado inicial da areia; c)determine o peso especfico saturado e o teor de umidade se a areia estivesse abaixo do lenol fretico Soluo: Dados do problema: Massa especfica aparente da areia mida =2,06 Mg / m3 =2 060 kg / m3 Teor de umidadeh =18 % Densidade dos gros do solo =2,7029MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES Determinaes: a) Peso especfico aparente = = = g k 206 10 2063, , N mb) Determinaes para o diagrama de fases Quando se conhece o peso especfico aparente, o desenho do diagrama de fases fica facilitado admitin-do-se que o volume do solo unitrio. No caso, teriamos V m = 13Peso totalP V kN = = = 1 206 206 , ,Peso do solo seco( ) Ps P h kNh= + = = 1 206 118 1746 , , ,Peso da guaP ka= N = 206 1746 314 , , ,Volume ocupado pelos slidos V P mS S g= = = 1746 270 06473, , ,Volume de vazios V V V mV S= = = 1 0647 03533, ,Volume da gua Va P ma a= = = 314 10 03143, , c) Determinao do peso especfico saturado e da umidade de saturao Se o solo estiver saturado, a gua ocupar todo o volume de vazios, ou seja, V ma= 03533,Peso do solo saturadoPsat kN = + = 1746 353 20990 , , ,Peso da guaP ka= N = 0353 10 353 , ,Peso especfico saturado sat satP V kN m = = 20993,Umidade de saturao ( ) h P Vsat a a= = = 3531746 100 202% , , ,30 MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES Osolodeumareadeemprstimopossuiaporosidaden=0,58epesoespecficodosgrosde gkN m = 2703, . Com este material ser construdo um aterro, cujo volume final ser 100 000 m3. Que volume ser escavado, se esto previstos para o aterro um peso especfico = 1803, kN m e um teor de umidadeh = 150 , %. Soluo: Dados do Aterro: Peso especfico aparente=18,0 kN / m3

Teor de umidadeh =15 % Peso especfico dos gros do solo g =27,0 kN / m3Volume V m = 1000003 Dados do Emprstimo: Porosidaden =58 % Peso especfico dos gros do solo g =27,0 kN / m3Como ( g ) propriedade intrnseca do material, ser o mesmo no emprstimo e no aterro. Determinaes: a) Determinao do volume de slidos, necessrio ao aterro.Peso especfico seco( ) ( ) Sh k = + = + = 1 180 1 015 1573, , , N mndice de vazios ( )( ) eg S= = = 1 270 157 1 073 , , ,Volume total( ) V V V e V e mS S S= + = + = 1 1000003 Volume de slidos( ) V mS= + = 100000 1 073 5780353, ,b) Determinao do volume a ser escavado Ovolumedeslidosomesmonoaterroenoemprstimologo,atravsdondicedevaziosno emprstimo( )[ ]( )[ ]e n n = = = 1 058 1 058 138 , , , , ser calculado o volume a escavar. Resposta: Volume de escavao( ) ( ) V V e mS= + = + = 1 5780351 138 13762743, , ,31MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES Uma areia foi compactada no local da obra de tal modo que o ndice de vazios variou de 0,80 a 0,50.Seadensidadedosgrosdesolo2,70,qualoacrscimoocorridonopesoespecficosecodaareia, aps a compactao? Soluo: Dados do problema:Definies bsicas ndice de vazios iniciale1080 = ,eVVVS= ndice de vazios ndice de vazios finale2050 = ,SS SV SPVPV V= =+Densidade dos gros = 270 ,Peso especfico seco ( )SSSPV e=+ 1 Aplicando-se essa expresso para as duas situaes da areia: ( ) ( ) SSSSSSPV eePV e11221 1=+=+ SSee211211181512 =++= =,,, Da relao entre os dois pesos especficos, obtem-se: Resposta: O peso especfico seco aumenta 20%. Estabelecerumafunodotipo,quecorrelacioneograudesaturaocomopeso especfico aparente, o teor de umidade e o peso especfico dos gros slidos. (S f hg= , ,)Soluo: Parte-se das definies dos diversos parmetros envolvidos. ( )SVVPP PPP PPPPPaVa aS ga ga g Sa ga S gS= == = hPPaS=como( ) ( )( )ShP PPhhga ga SSga g= += + 1 ( )[ ]Shhga g= + 1Resposta: 32 MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES Incgnitas s sat hsat n e ,s -- ssa + as 1 1 sa as 1 ,sat - sat a1 - ( ) a satsat a ( ) a sa 1Dados at a ssat aat ,hsat - 1+hsata( ) 11 ++hhsatsata-hhsatsat1+ hsat ,n - ( ) 1 na( ) [ ] an 1( )nn 1 - nn 1 ,e- 1+ea ( ) ++eea1 e ee 1+ - s sat, ss sat +a--sats 1 sat sa sat sa sat s + s sath , sa sat sh - ( ) s sah 1+t - hsatsa s sata s sahht sn ,( )san 1 - s an +nas - nn 1 se ,( ) sae 1+ - s aee++ 1 eeas1+ ee 1+ - sat sath , ( ) sata sat sat ah satsath 1+ -- ( )sat sata sahh+ 1t ( ) sat sata sathha satn ,( ) sat aann 1 sat an - nnasat a - nn 1 sate ,( ) sataee1+ sat aee+ 1- ( )eeasat sat a + ee 1+- h nsat ,( )nh nsat 1 nhasat( )nhhasatsat + 1-- nn 1 h esat , ehsat ( )ee hasat1+( )( )ehheasatsat++ 11 - ee 1+ - Tabela 3.1Correlaes entre os parmetros dos solos 33MECNICA DOS SOLOSDIAGRAMA DAS FASES 34 ESTUDO DA FASE SLIDA 4 4.1INTRODUO Emdecorrnciadoseuprocessodeformao,principalmente,asdimensesdaspartculasde um solo variam, amplamente, desde partculas coloidais -extremamente finas - at pedregulhos com vrios centmetros. Nosprimrdiosdasinvestigaessobreaspropriedadesdossolos,acreditava-sequeassuas propriedades mecnicas dependiam, diretamente, da distribuio das partculas slidas, segundo seus tamanhos.Atualmente,sabe-se,queparacompreenderocomportamentodeumsolocomoum conjunto, necessrio conhecer as caractersticas de cada fase, em separado, bem como a natureza das mtuas interaes entre elas. Neste captulo, sero analisadas as seguintes propriedades da fase slida: textura, granulometria e forma dos gros. Embora constituindo uma parcela da fase slida de alguns solos, as caractersticas das partculas muito finas - as argilas minerais - sero objeto do captulo seguinte. 4.2TEXTURA DOS SOLOS O termo textura de um solo refere-se ao grau de finura, aos dimetros relativos das partculas e aosintervalosdedistribuiodessesdimetros.Podeservisualmenteidentificadaesentida, apertando-se o solo entre os dedos. Quantotextura,ossolossodivididosemsolosdegranulaogrossaesolosdegranulao fina. Uma divisria conveniente para distinguir essas categorias pode ser o menor dimetro de gro, visto a olho nu (cerca de 0,05 mm). Assim, os solos de maiores dimenses, como areias e pedregu-lhos so solos de granulao grossa. Por outro lado, solos compostos de gros minerais, muito finos, invisveisaolhon,sosolosdegranulaofina.Ossilteseasargilassoexemplosdesolosde granulao fina. Arespostaaosproblemasdeengenhariadossolosdegranulaogrossaestrelacionadasua textura.Entretanto,nossolosdegranulao fina, a presena da gua responde muito mais por seu comportamento do que a textura e as dimenses das partculas consideradas, isoladamente. A gua afeta a interao entre gros minerais e isto altera sua plasticidade e coeso. MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA 4.3GRANULOMETRIA DOS SOLOS A descrio quantitativa da textura de um solo feita atravs da sua granulometria, ou seja, das dimensesdeseusgrosedadistribuiopercentualdosgros,empeso,emintervalosde dimenses arbitradas por mtodos de classificao de solos. Esses intervalos, denominados fraes de solo, recebem designaes especiais, para permitir a descrio dos solos segundo, exclusivamente, a sua granulometria. Natabela4.1estorepresentadasasfraesdesoloadotadasporalgunssistemasde classificao de solo, inclusive da Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT. Os solos naturais so misturas de partculas que no se enquadram, somente, num intervalo ou fraodesolo,podendocobrirduasoumaiscategorias.Ento,pararepresentaradistribuiodos grospelasdiversasfraesrecorre-se,geralmente,aumadistribuioestatsticaacumulada.Acurvadedistribuiogranulomtricatraada,marcando-secomoabcissaasdimensesdas partculas, em escala logartimica, e como ordenada a percentagem, em peso, dos gros de dimetros inferiores aos da abcissa correspondente. Lanando-sejuntocurvaumaescalagranulomtrica,pode-seobteraconstituiodosolo, segundoaquelaescala.Nafigura4.1,ondeestotraadasvriascurvasgranulomtricasde formaes brasileiras, foi desenhada a escala da ABNT. 36 MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA Comparando-seacurva1comaescalagranulomtricaconclui-sequeaconstituio granulomtrica deste solo : 2% de pedregulho, 58% de areia,24% de silte e 16% de argila. As propriedades de engenharia dos solos de granulao grossa so perfeitamente identificveis pelasuacomposiogranulomtrica.Areiasepedregulhosdemesmascurvasgranulomtricas, comportam-se, na prtica, de modo semelhante. Entretanto,nossolosfinosacurvagranulomtricanosuficienteparapreversuasproprie-dadesmecnicas.Nemtodosolo,cujacomposiogranulomtricaapresentaelevadaporcentagem dafraoargila,possuiaspropriedadescaractersticasdossolosargilosos,destacando-sea plasticidade,coeso,baixapermeabilidadeecompressibilidade.Areiaspulverizadasepartculasde poeira de rocha, embora de granulao muito fina, no conferem ao solo propriedades coesivas. Por outro lado, a presena de uma certa quantidade de argila mineral na massa de solo afeta as propriedadesdessesolo.Quantomaioraquantidadedeargilamineral,maisocomportamentodo solo ser governado pelas propriedades da argila. Se o teor de argila atingir 50%, os gros de areia e silteestaroflutuandonamatrizdeargilaenoteroefeitonocomportamentodosolo.37MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA 38 Aelevadaatividadedaspartculasdeargilamineraldecorredesuacomposiomineralgica,da forma lamelar de seus gros e da interao das partculas slidas com a gua dos vazios. Muitasinterpretaeserrneassocausadaspelofatodeummesmotermoserutilizadopara diferentes conceitos. Assim, o termo argila pode significar:argilasminerais-partculasdecorrentesdointemperismoqumicodasrochas,muitoativas eletro-quimicamente. fraoargila-partculaspresentesnaconstituiodeumsolo,comdimetrosinferioresa 5m. Geralmente, nas formaes naturais esta frao de solo composta de argilas minerais solosargilosos-ocorrnciasnaturaisquesomisturasdepartculasdediferentesdimetros, cujo comportamento fortemente afetado pela presena de argilas minerais. 4.3.1Determinao da composio granulomtrica Osprocedimentosexperimentaisparadeterminaracomposiogranulomtricadossolos compem-se de trs etapas: obteno de uma amostra representativa; disperso da amostra, de modo a se desagregar todas as partculas slidas; determinao do peso das partculas, separadas segundo as diferentes fraes de solo.As amostras obtidas no programa de investigao de campo, adequado ao problema em estudo, sotratadasdeacordocomanormabrasileiraNBR-6457-Amostrasdesolo-Preparaopara ensaiosdecompactaoeensaiosdecaracterizao.Nofinaldapreparao,dispemdeamostras com menores quantidades de material, mas que reproduzem a composio do material em estudo. Comadispersodasamostras,busca-seremoverosmateriaisresponsveispelaagregaodas partculas por cimentao e a matria orgnica, aderente superfcie dos gros. Nas partculas finas necessriaautilizaodeumasubstnciadefloculante,isto,capazdeanularasforasdeatrao entre os gros, de modo que possam se comportar, isoladamente, nos processos de separao. Paraaseparaodaspartculas,segundodeterminadosintervalosdedimenses,soutilizados dois processos de anlise: o peneiramento e a sedimentao. As partculas gradas ( areias e pedregulhos ) so submetidas a um peneiramento.Os materiais mais finos ( siltes e argilas ) so separados, provocando-se sua sedimentao num meio aqoso e utilizando-se um densmetro, para medir a variao do peso especfico da suspenso com o tempo. O peso especfico ser correlacionado com a velocidade de queda das partculasMECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA 4.3.2Anlise por simples peneiramentoOensaiodepeneiramentosimplesrealizadoquandoosolopossuiapenasgrosmaioresdo que 0,075 mm ( # n 200 ) ou quando no h interesse em se conhecer a distribuio granulomtrica das partculas de dimenses inferiores a esse dimetro. O peneiramento simples tem larga aplicao emobrasrodovirias,estandonormalizadopeloDNER,nodocumentoME80/94-Anlise granulomtrica de solos por peneiramento. Consisteemfazerpassarumaamostra,secaemestufa,atravsdeumconjuntodepeneiras metlicas, padronizadas, empilhadas na ordem decrescente da abertura das malhas. Aps submeter o conjuntoaumprocessodeagitaomecnica,determinam-seospesosdossolosretidosemcada peneira e calculam-se suas respectivas percentagens, em relao ao peso seco da amostra total.Somando-se as percentagens dos materiais retidos nas peneiras, com aberturas superiores a um determinadovalor(#a)-ousejasuperioresaelanapilhadepeneiras,obtm-seapercentagem retida acumulada, correspondente a esta peneira.% retida acumulada = % retida na peneira e acima dela Ascurvasgranulomtricassotraadascomaspercentagensdematerialquepassamnas diversaspeneiras.Ento,paracadapeneira,calcula-seapercentagemacumuladadematerialque passa, isto , que possui dimenses menores do que ( # a ). % passando = 100 - ( % retida acumulada ) Acurvagranulomtricaobtida,plotando-senoeixodasabcissas,osnmeroseasaberturas daspeneiras(escalalogartmica)enoseixosdasordenadas,ascorrespondentespercentagensde material passando. 4.3.3Anlise por peneiramento e sedimentao Geralmente,ossoloscontmfraesgradasefraesfinas.Aanlisegranulomtricarea-lizada, combinando-se os processos de peneiramento, para os solos grossos e de sedimentao, para definiracomposiodafraomaisfina.Asamostrasparaestaanlisesopreparadasdeacordo comajcitadaNBR-6457eosensaiosobedecemnormadaABNT,designadaNBR - 7181Solo- Anlise granulomtrica. Inicialmente,aamostraaserensaiadapassadanapeneirademalha2,0mm(#n10)ea seguir submetida a um peneiramento, usando uma pilha de peneiras com aberturas maiores do que2,0mm.Aspeneirassoselecionadasdeacordocomasdimensesdaspartculaspresentesna amostra. Este peneiramento denominado peneiramento grosso. Domaterialquepassa,separa-seumaoutraamostraparaarealizaodoensaiode sedimentao,comcercade120gparasolosarenosose70gparasolosargilosos.Submete-sea 39MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA amostra aos efeitos de uma substncia defloculante e dispersa-se os gros, mecanicamente, conforme as instrues da norma. Prepara-se, a seguir, o volume V = 1000 ml de uma suspenso de ( solo + gua ), colocada numa proveta de vidro, com essa capacidade.Asedimentaofornecerapenasagranulometriadaspartculasinferioresa0,075mm( # n 200 ). A granulometria das partculas no intervalo 0,075 - 2,0 mm ser obtida num segundo peneiramento(peneiramentofino),realizadoapsasedimentao.Concludaasedimentao,o materiallavadonapeneiran200,secadoemestufaepassadonumconjuntodepeneirascom aberturas, variando de 0,075 a 1,2 mm. Oclculodaspercentagenspassando,correspondentesaopeneiramentogrosso,feitode modoanlogoaodopeneiramentosimples,sendotomadasemrelaoaopesosecodaamostra total. Quanto ao clculo do peneiramento fino, as percentagens so calculadas considerando o peso seco da amostra utilizada na sedimentao.Apercentagemacumuladadematerialquepassanapeneiran10(2,0mm),obtidano peneiramento grosso e aqui designada ( N % ), muito importante para o clculo do peneiramento finoedasedimentao.Estesensaiossorealizadosnumaamostraparcialdaamostratotale portanto, as percentagens, calculadas em funo dos resultados do peneiramento e da sedimentao, devem ser multiplicadas por ( N % ). Princpios da sedimentao O ensaio de sedimentao baseia-se no fato de que partculas, dispersas num meio de mais baixa densidade, so separadas segundo seu peso porque as partculas mais pesadas ou maiores caem com maiores velocidades. Durante a queda, uma partcula est submetida ao seu peso ( P ), resultante da ao da gravidade eresponsvelpelasuaquedaeaforasqueresistemaomovimento:oempuxo(E)eaforade arrasto(F),decorrentedaresistnciaviscosaoferecidapelolquido.Rapidamente,essasforas entramemequilbrioeapartculapassaasedeslocarcomvelocidadeconstante(v),denominada velocidadedequeda.Paraadeterminaododimetrodeumapartcula,torna-senecessrio, portanto, estabelecer uma correlao entre sua dimenso e a sua velocidade de queda.Admitindo-sequeaspartculaspossamserassimiladasaesferasderaioR,podemser estabelecidas as expresses: peso da esfera ( ) P Rg= +43413 .ondeg o peso especfico do gro slidoempuxo( ) E Ra= 43423 .40 MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA sendoao peso especfico da gua. AforadearrastoobtidapelaaplicaodaleideStokes,estabelecidaparaumaesferaem queda num lquido de viscosidade . fora de arrasto( ) F v R = 6 43 .A velocidade ser deduzida da igualdade:( ) + 43436 43 3 R R v Rg g.4( ) v R K Rg a= =29452 2 .A constanteKg a= 29 depende da temperatura do lquido, durante o ensaio. ConsiderandoquevHt= ,podemoscalcularpelaexpresso4.6,oraiodapartculaque,no tempo ( t ), ter cado uma profundidade ( H ), pois (H v t =) ev K R =2 RHKt2 =(4.6) Comojafirmadoanteriormente,aspartculasseparam-se duranteasedimentaoporqueasmaispesadascaemmais rapidamente,masadistnciaentretodasaspartculas,demesmo peso ou dimetro, permanece constante. Portanto, a concentrao de todas as partculas, num determinado plano, permanece a mesma at quetodas,deumcertodimetro,tenhamatravessadoesteplano.Amedidaqueumapartculacai,outrasedeslocaparaoplano, ocupando seu lugar, tal como ilustrado na figura 4.2 Aspartculasdepositam-se,aumavelocidadequedependede seu dimetro. Aps um certo tempot , num plano a uma profundidade H, todas as partculas com a velocidade de queda maior do que 1Ht1 tero cado abaixo do plano, mas a concentrao de partculas com velocidades menores do que Ht1, ainda ser a mesma do incio do ensaio.Durante a anlise granulomtrica por sedimentao, o peso especfico da suspenso varia com a profundidade e com o tempo, pois as partculas vo se depositando no fundo da proveta. O mtodo 41MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA padronizado para este ensaio determina o emprego de um densmetro, que mede a concentrao da suspenso, em intervalos de tempo ( t ), previamente estabelecidos. Nesse caso, para cada leitura do densmetro, teremos um tempo ( t ) e uma altura ( H ), que corresponde profundidade do centro de volume do densmetro. Peloexpostoeconsiderandoaexpresso4.6,pode-seafirmarquenotempo(t),acimada profundidade ( H ), s existiro partculas com dimetros menores do que ( 4.7 ): DHtg a=18 (4.7) ParaseobterodimetroDemmilmetros,osdemaiscomponentesdafrmuladevementrar com as seguintes unidades: D - dimetro das partculas mm - coeficiente de viscosidade do meio dispersor, temperatura do ensaio g.s / cm2H - altura de queda das partculas cm t- tempo de sedimentaos s = . a- peso especfico dos gros do solo gf / cm3a - peso especfico da gua ( admitida igual a 1,00 gf / cm3 ) gf / cm3Ovalorde(H),denominadoalturadequeda,obtidodacalibraododensmetroque fornece, para cada leitura do mesmo, a profundidade do seu centro de volume. Paratraaracurvagranulomtricacomaspercentagensacumuladas,restariadeterminara concentrao dessas partculas de dimetros inferiores a ( D ), presentes na suspenso. Usando-se a leituradodensmetonotempo(t),deduz-seopesoespecficodamisturafluido-partculas, partindo-se do peso total de cada componente. Peso total da mistura: V P VPssga = + (4.8) Peso especfico da mistura: = +PVs aga1(4.9)onde: V - volume total da supenso - peso especfico mdio da suspenso Ps - peso das partculas slidas g - peso especfico do groa - peso especfico da gua Considerando a correlao a frmula (4.9) pode ser expressa: g= a42 MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA = +PVsa1 (4.10)sendo = densidade real dos gros Amedidaqueaspartculassedepositam,opesoPsdaspartculasemsuspensodiminuieo peso especfico da mistura varia com a profundidade. Notempo(t),contadodoinciodoensaio,odensmetrotemseucentrodevolumena profundidade ( H ) e acima dessa profundidade s existem partculas com dimetros inferiores a ( D ) Se ( q% ) for a percentagem dessas partculas em relao ao peso ( Ps ), modificando-se a expresso ( 4.11 ), obtem-se o valor correspondente leitura do densmetro no tempo ( t ). = + = qPVLsa1T ( 4.11 ) ou ( )qV LPT as= 1 ( 4.12 )ConsiderandoqueV=1000cm3,a=1g/cm3eN%-apercentagemqueaamostra submetida sedimentao, representa da amostra total ( % de material que passa na # n 10 ), pode-se determinar a expresso da percentagem, corrigida, das partculas com dimetros menores do que D. ( )Q NLPTs= 11000 1 ( 4.13 ) Cabemosseguintescomentriosrelativosscondieselimitaesparaaaplicaodaleide Stokes, na determinao da granulometria dos solos finos. Aspartculasdevemcair,independentemente,umadasoutras.Issolimitaaconcentrao da suspenso a menos de 5%. Avelocidadedequedadevesersuficientementebaixa,demodoqueaviscosidadedo lquido seja a nica resistncia oferecida queda. Ou seja, o escoamento do fluido junto s partculas deve ser laminar com o nmero de ReynoldsRe 1. Em conseqncia do tem anterior, a lei de Stokes vlida apenas para partculas menores do que 0,1 mm e maiores do que 1m, que no so afetadas pelo movimento Browniano. 43MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA AleideStokesaplica-seaesferas,rgidaselisas.Portanto,noensaiodesedimentao determina-seodimetroequivalente,isto,odimetrodeumaesferaquepossuiomesmo peso especfico e a mesma velocidade de queda, que a partcula de solo. Com os pares de valores D ( expresso 4.7 ) e Q ( expresso 4.13 ), correspondentes a todas as leituras do densmetro, poder ser traada a curva granulomtrica, apresentada na figura 4.3. 4.3.4Interpretao das curvas granulomtricas A primeira informao obtida atravs da curva de distribuio granulomtrica de um solo, refe-re-se sua posio em relao escala dos dimetros. As curvas situadas a direita do grfico corres-pondemasolosdegranulaogrossa:areiasepedregulhos.Poroutrolado,aaltadeclividade,o achatamentoeaformageraldascurvasinformamsobreadistribuiodosgrospelodiversos dimetros. Paraaclassificaodossolosgrossos,nosquaissuaspropriedadesdeengenhariapodemser inferidas de sua composio granulomtrica so definidos os seguintes parmetros: dimetro efetivo, coeficiente de uniformidade e coeficiente de curvatura, lidos na curva granulomtrica.44 MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA Dimetro efetivo: ( D10 ) Denomina-se dimetro efetivo de um solo aquele para o qual 10% das partculas tem dimetros inferiores a ele. Ou seja, na curva granulomtrica corresponde ao dimetro de 10%, passando. Coeficiente de uniformidade: ( CU ) O coeficiente de uniformidade definido pela relaoCDDU=6010, onde D60 o dimetro, que nacurvagranulomtrica,correspondepercentagemde60%passando.Umgrandevalordo coeficiente de uniformidade significa que as partculas se distribuem amplamente entre os dimetros D60eD10.OmenorvalorqueesteparmetropodeassumirCU =1.Nessecaso,acurvaseria vertical nesse intervalo, isto as partculas teriam todas o mesmo dimetro. Coeficiente de curvatura: ( Cc) OcoeficientedecurvaturadefinidocomoCDD Dc =30210 60erepresentaumamedidada distribuiodosgrosnumaamplafaixadedimetros.Analogamente,D30odimetroquena curva granulomtrica corresponde percentagem de 30% passando.Os coeficientes de uniformidade e de curvatura no tem significado para os solos com mais de 10%, passando na peneira #200. 45MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA Naclassificaodasareiasepedregulhosdistinguem-se,emfunodesuacomposio granulomtrica, os seguintes tipos de solos, representados na figura 4.5. Solos bem graduadosNos solos bem graduados as dimenses das partculas abrangem uma extensa faixa de valores e a curva granulomtrica apresenta um aspecto suave, com a concavidade para cima ( curva B ). Paraqueumsolopossaserclassificadocomobemgraduadodevesatisfazersseguintes condies, quanto ao coeficiente de uniformidade: pedregulhosCu 4areiasCu 6Tantoparaasareiascomoparaospedregulhos,ocoeficientedecurvaturadeveestarno intervalo1 3. CcSolos mal graduados Ossolosmalgraduadossoaquelesquenoseenquadramcomosolobemgraduado.Nasua granulometria h um excesso ou deficincia de partculas, num determinado intervalo de dimenses. Opatamarapresentadonacurvagranulomtrica,indicaaausnciadepartculascomdimenses naquele intervalo ( curva C ). Solos de granulometria uniforme Os solos de granulometria uniforme constituem um exemplo de solo mal graduado. A maioria dosgrosdessessolospossui,aproximadamente,amesmadimenso.Acurvagranulomtrica apresenta alta declividade, aproximando-se da vertical ( curva A ) e valores do grau de uniformidade muito baixos.Cu 3 46 MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA 4.4FORMA DOS GROS Nos solos de granulao grossa, os gros so aproximadamente equidimensionais, isto , as trs dimensesdaspartculassodamesmaordemdegrandeza.Comosesabe,originam-seda desintegraomecnicadasrochaseraramentecorrespondemapartculasquetenhamsofrido qualquer ataque qumico. Ento, dependendo da intensidade e do tempo de atuao dos agentes de desagregao,produzem-sealteraesnaformaequidimensional,dandoorigemsseguintes variedades de forma dos gros (figura 4.6): arredondada, subarredondada, subangulosa e angulosa. SubangulosaAngulosaAngulosaArredondadaArredondada Subarredondada Fig. 4.6Formas das partculas de areias e pedregulhos Aformaarredondadapraticamenteesfrica,enquantoqueaangulosaapresentaarestase vrticesaguados.Quandoessasarestasevrticessoarredondadospeloefeitoderolageme abraso mecnica, tem-se a forma subangulosa, podendo vir a assumir uma forma final arredondada, aps um processo intenso de eroso.As formas angulosas so tpicas das areias residuais, como tambm, freqentemente, das areias depraia.Asformasarredondadassoencontradasnasareiasderioeemalgumasareiasdepraia, emboranosriossejamabundantesasformassubarredondadasesubangulosas.Enquantoas partculasnosoarrastadas,nosofremoprocessodeabrasoearredondamento.Asareiasde dunas, de origem elicas, so compostas de gros finos e arredondados. Quando mais adiante, neste curso, se discutir a resistncia ao cisalhamento das areias ficar clara a importncia da forma dos gros, nas caractersticas de atrito dos solos granulares. As partculas das argilas minerais, em decorrncia de sua constituio mineralgica, possuem a forma de lminas ( figura 4.7), invisveis a olho nu, empilhadas umas sobre as outras, com foras de ligao entre elas e a gua que as circundam. 47MECNICA DOS SOLOSESTUDO DA FASE SLIDA Devido origem sedimentar dos depsitos de solos finos, no usual encontrar-se formaes naturais constitudas apenas de partculas de argilas minerais. Freqentemente, os depsitos de argila, na realidade, compem-se de partculas de argilas minerais e partculas de outra natureza. Referncias Al-Khafaji, A. e Andersland, O. (1992) Geotechnical Engineering and Soil Testing, Oxford UniversityMcCarthy, D. (1982) Essentials of Soil Mechanics and Foundations,Reston Publishing Company, Inc. Vargas, M. (1977) Introduo Mecnica dos SolosEditora McGraw-Hill do BrasilYong, R. e Warkentin, B. (1975) Soil Properties and BehaviourElsevier Scientific Publishing Company RODRIGUES, J.C. (1977) Geologia para Engenheiros Civis,Ed. Mc.Graw-Hill do Brasil Ltda. 48 ARGILAS MINERAIS 5 5.1INTRODUO Poder-se-iapensarqueotipodemineralpresentenumsoloinfluenciasse,sempre,suas propriedadesdeengenharia.Contudo,nossolosdegranulaogradaaspropriedadesmais amplamenteempregadasnodependemdosconstituintesminerais,emboraemcertoscasos particulares,anaturezadomineralpossainfluenciarnascaractersticasdeatritoentrepartculas individuais. Por outro lado, a medida que o dimetro das partculas diminui, ou seja, nos solos de granulao finacomoasargilas,seucomportamentodepende,fundamentalmente,dasuacomposiomine-ralgica e da presena e natureza da gua.Essadiversidadeestligadaatuaodosdoiscamposdeforas,atuantesnaspartculasdo solo: o peso da partcula e as foras superfciaisPgFS. O peso a resultante das foras gravitacionais e funo do volume da partcula. Nas partculas equidimensionais, tais como esferas de dimetro D, o peso proporcional aPgD3 ( ).P Dg 3As foras superfciais so de origem eletroqumica, causadas por cargas eltricas, no anuladas, da estrutura cristalina da partcula. So diretamente proporcionais rea superficial e portanto, para partculas equidimensionais proporcional aFSD2( F Ds 2).A relaoP F D Dg S 3 2 equivaleento a P F Dg S Assim, nos solos granulares as partculas so to grandes, que predominam as foras gravitacionais e as resultantes de tenses externas, aplicadas na massa de solo. Os efeitos das foras superficiais so desprezveis. ( 0075 , mm )Amedidaqueodimetrodiminui,arazoP Fg Stambmdiminuieparavaloresmuito pequenosdeD,predominamasforassuperficiais,decorrentesdaestruturacristalinadapartcula. Numapartculapequena,umagrandeproporodonmerototaldemolculasencontra-sena superfcie da partcula. As foras associadas a essas molculas superficiais tem um efeito importante no comportamento da partcula e, conseqentemente, no comportamento da massa de solo. MECNICA DOS SOLOSARGILAS MINERAIS Conformeanteriormentemencionado,naprticadaengenharia,utiliza-seotermoargilapara designar ocorrncias naturais de solos , misturas de partculas de diferentes tamanhos, que possuem determinadas caractersticas e apresentam comportamentos, tais como:associadasadeterminadaquantidadedegua,apresentamplasticidade,ousejaaproprie-dade de assumir e manter novas formas quando moldada; socoesivas,isto,combaixosteoresdeumidade,aspartculasdeargilaexercemfortes foras de atrao umas sobre as outras, produzindo um tipo de tenso interna denominada coeso;umaamostradeargila,quandosecaaoar,apresentaelevadaresistncia,sendoimpossvel quebr-la com os dedos e oferece resistncia a percolao da gua e por isso so consideradas impermeveis quando comparadas com outros materiais. A anlise granulomtrica de um solo argiloso pode apresentar vrias fraes de solo como, desdefraesclassificadascomoargilas( ) 0005 , mm atfraesdesignadascomoareias oupedregulhos.Entretanto,aspropriedadesacimadescritasparaossolos argilosos s estaro presentes se a frao fina for constituda, mesmo em pequeno percentual, de argilas minerais, isto , de partculas provenientes da decomposio qumica dos feldspatos da rocha matriz. Quanto maior o percentual de argila mineral, mais o comportamento do solo governado pelas propriedades da argila.( 005 , mm ) 5.2ESTRUTURA CRISTALINA DAS ARGILAS MINERAIS As argilas minerais so silicatos de alumnio hidratados, sob uma forma cristalina relativamente complexa. Esto divididas, em trs grandes grupos, de acordo com seu arranjo cristalino. Constata-se que, de um modo geral, propriedades de engenharia semelhantes, correspondem a argilas minerais pertencentes a um mesmo grupo. O conhecimento da estrutura cristalina das argilas minerais portanto, a introduo natural ao estudo do comportamento das argilas, nos aspectos que interessam engenharia. Hduasunidadescristalinasbsicasqueformamasargilasminerais:otetraedrodeslica-oxignio (SiO2)eooctaedrodealumnio-hidroxila[Al(OH)3].Omodocomoessasunidadessecombinam, diferenciam os trs grupos principais de argilas. 50 MECNICA DOS SOLOSARGILAS MINERAIS Fig. 5.1(a) Tetraedro de slica(b) Vista isomtrica da lmina de slica (c) Smbolo da lmina de slica O tetraedro de slica consiste de um tomo de slica, envolvido por quatro tomos de oxignio, localizados nos vrtices de tringulos equilteros, como mostrado na figura 5.1 (a). Um certo nmero de tetraedros podem combinar-se para formar uma lmina de slica. - figura 5.1 (b).Observa-senalminadeslicaumabaseplanadetomosdeoxignionumarranjohexagonal cujas ligaes esto equilibradas, pois cada oxignio compartilhado pelo tetraedro adjacente. Nessa formaohumplanocentraldetomosdeslicasobreoqualprojetam-setomosisoladosde oxignio. Esses tomos esto livres para combinarem com cations externos, pois suas valncias no esto completamente balanceadas. O outro elemento estrutural, o octaedro de alumnio, tem a forma de um octaedro cristalino no qual os tomos de alumnio ocupam o centro da estrutura, acima e abaixo dos quais esto dispostos os ions de hidroxila. A lmina de alumnio est descrita na figura 5.2 e se denomina gibsita. Fig.5.2(a) Octaedro de alumnio ou magnsio.(b) Vista isomtrica da gibsita(c) Smbolo da lmina octadrica 51MECNICA DOS SOLOSARGILAS MINERAIS 52 5.3MINERAIS ARGLICOS MAIS COMUNS Caolinita-aunidadebsicanaformaodacaolinitaconstitudaporumalminaalumintica (gibsita)apoiadanumalminadeslica,produzindoumconjuntoeletricamenteneutro.Asduas lminas esto to intimamente ligadas que constituem uma nica camada com espessura de 7,2 . - figura 5.3 (a). O mineral caolim ser formado por um certo nmero dessas unidades, empilhadas umas sobre as outras, ligadas entre si por pontes de hidrognio. Embora as lminas de slica e gibsita possam se estender infinitamente nas direes dos planos, sabe-se que as partculas de caolim a tem forma de placas hexagonais, com dimetros variando de 1 000 a 20 000 e uma espessura de 100 a 1000. Asligaesdehidrognioconferemcaolinitaconsidervelresistnciaeestabilidade,com pequena tendncia para que as interfaces recebam gua e expandam. A caolinita a menos ativa das argilas. Ilitas-seumalminadegibsitaforligadaaduaslminasdeslica,comoindicadonafigura5.3(b),voconstituiroelementobsicodaargilamineralilita.Ascamadasdeilitasoligadaspor ionsdepotssio,ocupandoposiesentreasbasesplanasdeO-2.Paracontrabalanarosionsdo potssio, ocorre a substituio de alguns tomos de alumnio por slica nas lminas tetradricas. Essa substituiodeumelementoporoutro,semalteraraformacristalina,conhecidacomo substituio isomrfica. As partculas de ilita, geralmente, possuem dimenses no intervalo de 1 000 a 5000 e espessura de 50 a 500. Aligaodepotssiomaisfracaqueasdehidrognio.Conseqentemente,ailitaapresenta condiesmenosestveisdoqueacaolinita,comalgumaexpansoempresenadaguaemaior atividade.Montmorilonita - a montmorilonita tem uma estrutura cristalina semelhante a da ilita, isto , uma lmina de gibsita entre duas lminas de slica - figura 5.3 (c). Essas lminas podem se estender, como nos casos anteriores, na direo dos dois planos, mas as partculas de montmrilonita tem dimenses laterais de 1000 a 5000 e espessura de 10 a 50 .Asligaesentreasunidadescristalinassodevidasafor