UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE – UFAC

CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL

MECÂNICA DOS SOLOS I

ESTRUTURAS EM SOLOS COESIVOS

LORENNA ALENCAR DA SILVA

RIO BRANCO

MARÇO DE 2013

INTRODUÇÃO

Cada tipo de solo tem suas exigências e controles próprios e individuais

tanto no campo como para fins de testes. Os tipos de solo são comumente

classificados pelo tamanho do grão, determinado pela passagem do solo

através de uma série de peneiras para separar os diferentes tamanhos de grão.

A classificação do solo é dividida em 15 categorias. Os solos

encontrados na natureza quase sempre têm uma combinação de tipo de solo.

Um solo bem qualificado consiste em uma larga faixa de tamanhos de partícula

com as partículas menores preenchendo vazios entre partículas maiores. O

resultado é uma estrutura densa, boa para compactação. Há três grupos

básicos de solo: Coesivo, Granular, Orgânico. Neste trabalho enfatizaremos

sobre estruturas em solos coesivos.

ESTRUTURA DOS SOLOS

A estrutura do solo é definida como o arranjo ou a disposição geométrica

das partículas de um solo entre si.Entre os inúmeros fatores que afetam a

estrutura estão o formato, o tamanho e a composição mineralógica das

partículas do solo e a natureza e composição da água do solo.

ESTRUTURA GRANULAR SIMPLES

É característica das areias e pedregulhos, predominando as forças da

gravidade na disposição das partículas, que se apoiam diretamente umas

sobre as outras.

De acordo com a maneira pela qual os grãos se agrupam, a estrutura

pode ser mais densa ou mais solta (fofa), o que é definido pelo “grau de

compacidade”.

ESTRUTURA ALVEOLAR OU EM FAVO DE ABELHA

É o tipo de estrutura comum nos siltes mais finos e em algumas areias.

Quando na formação de um solo sedimentar, um grão cai sobre o sedimento já

formado, devido à predominância da atração molecular sobre o seu peso, ele

ficará na posição em que se der o primeiro contato, dispondo-se assim em

forma de arcos.

ESTRUTURA FLOCULENTA

Nesse tipo de estrutura, que só é possível em solos cujas partículas

componentes são muito pequenas (argilosos), as partículas ao se

sedimentarem, dispõe-se em arcos, que por sua vez formam outros arcos,

originando uma estrutura de ordem dupla.

As ações elétricas que se desenvolvem entre as partículas, que por

sua vez são influenciadas pela natureza dos íons presentes no meio onde se

processa a sedimentação, desempenham uma função importante na formação

dessas estruturas. Em geral, a estrutura molecular desses solos é aberta, isto

é, uma das moléculas tem uma espécie de carga elétrica ainda disponível,

possibilitando assim, a formação das mesmas.

ESTRUTURA EM ESQUELETO

É observada em solos onde ocorrem grãos finos e grãos mais grossos.

Os grãos mais grossos formam um tipo de esqueleto, cujos interstícios são

preenchidos parcialmente por uma estrutura de grãos mais finos. É o caso das

complexas estruturas das argilas marinhas.

SOLOS

Os solos podem ser divididos, em geral em: não coesivos e coesivos.

ESTRUTURAS EM SOLOS NÃO COESIVOS

As estruturas geralmente encontradas em solos não coesivos podem ser

divididas em duas categorias principais: granular simples (ou de grãos

isolados) e em favos (ou alveolares). Nas estruturas granulares simples, as

partículas do solo estão em posição estável e em contato com as outras

partículas ao redor. A forma e a distribuição do tamanho das partículas do

solos e suas posições influenciam na densidade do empacotamento desse

solo; assim é possível que haja uma grande variedade de índice de vazios.

ESTRUTURAS EM SOLOS COESIVOS

Para compreender a estrutura básica de solos coesivos, é necessário

conhecer primeiramente os tipos de forças que atuam entre as partículas de

argila suspensas em água. Quando duas partículas de argila em suspensão se

aproximam uma da outra, a tendência para interpenetração das camadas

duplas difusas gera repulsão entre as partículas. Ao mesmo tempo, existe uma

força de atração entre as partículas de argila causada pelas forças de van der

Waals independente das características da água. Tanto a força de repulsão

como a força de atração aumentam com a diminuição da distância entre as

partículas, mas em taxas diferentes. Quando o espaçamento entre as

partículas é muito pequeno, a força de atração é maior que a força de repulsão.

Essas são as forças estudadas pelas teorias coloidais.

Quando as partículas de argila estiverem muito próximas entre si, as

bordas carregadas positivamente podem ser atraídas pelas faces carregadas

negativamente das partículas.

Considerando o comportamento da argila na forma de uma

suspensão diluída. Quando a argila é inicialmente dispersa na água, as

partículas se repelem entre si. Esta repulsão ocorre porque, com o maior

espaçamento interpartículas, as forças de repulsão entre elas são maiores que

as forças de atração (forças de van der Waals). A força da gravidade sobre

cada partícula é desprezível. Assim, cada partícula individual pode se

sedimentar muito lentamente ou, então, permanecer em suspensão, submetida

a um movimento Browniano (um movimento aleatório em zigue-zague de

partículas coloidais em suspensão). O sedimento formado pela decantação de

partículas individuais apresenta uma estrutura dispersa e uma orientação

aproximadamente paralela entre si. Se as partículas de argila dispersas

inicialmente na água se aproximarem umas da outras durante o movimento

aleatório em suspensão, elas podem se agregar formando flocos visíveis com

contato entre as bordas. Nesse caso, as partículas são mantidas unidas pela

atração eletrostática das bordas carregadas positivamente com faces com

cargas negativas. Essa agregação é conhecida como floculação. Quando ficam

maiores, os flocos decantam pela ação da gravidade. O sedimento formado

dessa maneira possui estrutura floculada. Quando se adiciona sal a uma

suspensão argila-água que tenha inicialmente sido dispersa, os íons tendem a

enfraquecer a camada dupla ao redor das partículas. Esse enfraquecimento

reduz a impulsão entre partículas e essas são atraídas umas para as outras,

formando flocos e decantando. Nas estruturas floculadas sedimentares salinas,

a orientação da partícula se aproxima de uma alto grau de paralelismo, devido

às forças de van de Waals.

As argilas que apresentam estruturas floculares são leves e possuem

um alto nível de vazios. Os depósitos de argilas formados no mar são

altamente floculados. A maioria dos depósitos de sedimentos formados em

água doce possuem uma estrutura intermediária entre dispersa e floculada.

Um depósito puro de argilominerais é raro na natureza. Quando o solo

apresenta 50% ou mais de partículas com tamanho menor ou igual a 0,002

mm, geralmente é chamado de argila. Estudos realizados com microscópio

eletrônico de varredura (Collins e McGown, 1974; Pusch, 1978; Young e

Sheeran, 1973) mostraram que as partículas individuais de argila tendem a se

agregar ou flocular em unidades submicroscópicas. Essas unidades são

chamadas domínios. Em seguida, os domínios se agrupam e esses grupos são

chamados de aglomerados. Os aglomerados podem ser observados em um

microscópio óptico. Esse agrupamento para formar os aglomerados é causado

principalmente pelas forças entre partículas. Os aglomerados, por sua vez,

podem se atraem para formar agregados de solo, que podem ser observados

sem o uso de microscópio. Os grupos de agregados são unidades

macroestruturais com juntas e fissuras.

A tabela abaixo representa um resumo das macroestruturas dos solos argilosos.

Estruturas DispersasFormadas pela sedimentação de partícula isoladas de argila; orientação mais ou menos paralela.

Estruturas Floculadas Formadas pela sedimentação de flocos de partículas de argila.

Aglomerados Se agrupam para formar os aglomerados. Podem ser observados em microscópio óptico.

Domínios Unidades submicroscópicas agrupadas ou floculadas de partículas de argila.

Agregados Os aglomerados se agrupam para formar os agregados. Podem ser vistos sem microscópios.

EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃO

Compactadores de Percussão (Sapo)

São os mais indicados para terrenos coesivos, tais com alta

porcentagem de argila muito encontrado em nosso país. O seu efeito de

compactação é através de um sistema de pistão e molas, imprimindo

ao solo um impacto de alta amplitude (até 60 cm). A sua freqüência

de golpes é de até 700 golpes por minuto e sua força de impacto é de

até 24 kN.

Deve ser utilizado em trabalhos de compactação de valas de

saneamento, tubulação de gás; junto a pilares; muro de arrimo; cabeceira de

pontes, onde maquinas maiores não podem ser empregadas.As

camadas de terreno a ser compactadas nunca devem exceder a 40 cm, para

termos um efeito de compactação ideal e rápido.

O importante é observar neste tipo de equipamento é a relação do

peso da mesma e a potência do motor que o aciona.

2) Placas Compactadoras

São empregadas na compactação de solos granulares, brita e asfalto.

a) Unidirecionais

Este equipamento tem como elemento vibratório um eixo excêntrico,

encapsulado em uma caixa protetora e refrigerado a óleo. A sua

amplitude é baixa porém com uma freqüência de golpes (vibração) alta,

sendo a ideal para solos granulares e asfalto. Como a amplitude é

baixa, não pode ser utilizada em camadas de terreno muito grossas,

sendo sugerido, nas placas compactadoras até 130 kg de peso estático,

camadas de até 25. É recomendada para trabalho de "tapa-buraco"

porque asfalto é considerado como granular, aceitando bem este tipo de

vibração.

b) Reversíveis (Marcha a frente-ré)

Este equipamento tem o mesmo princípio de funcionamento, porém

através de seu sistema hidráulico possibilita a direcionar o deslocamento para

a frente ou atrás, dando um melhor rendimento. Desta forma é crescente a sua

aplicação em trabalhos em valas, sempre

observando a espessura das capas de solo a serem compactadas,

devido ao alto grau de impacto, podendo alguns modelos imprimir até 70

kN ao solo.

3) Rolo Compactador

São recomendados para compactação de brita, asfalto e pavimentos

intertravados.

A sua vibração é produzida através de um eixo excêntrico montado ou

dentro de seu cilindros ou sobre o chassis. Existem 3 tipos de rolos.

a) Manual (com o operador caminhando atrás da máquina).

Pode ser com 1 ou 2 cilindros ,sempre recomendado para os materiais

acima citados.

b) Tripulado, (com o operador sobre o rolo).

A partir de um peso de 1 tonelada, o mais comumente usado é este

tipo de rolo, podendo ter vibração em um cilindro ou em 2, sendo

normalmente hidrostático.

c) Pé de Carneiro

Alta força de impacto associada a uma alta amplitude, fazem deste

equipamento o ideal para valas ou áreas confinadas, com solos

coesivos (argila).

CONCLUSÃO

Portanto os solos em geral podem ser divididos em coesivos e não

coesivos. Os solos não coesivos compreendem-se os solos compostos de

pedras, pedregulhos, cascalhos e areias, ou seja, de partículas grandes

(grossas). Enquanto que os grãos dos solos coesivos são muito finos, quase

farináceos, se aderem firmemente um a outro e não podem ser reconhecidos a

olho nu. Os espaços vazios entre as partículas são muito pequenos.

Devido à sua estrutura estes solos apresentam resistência à penetração

de água, absorvendo-a muito lentamente. Entretanto, uma vez que tenha

conseguido penetrar no solo, a água também encontra dificuldade para ser

extraída do interior do mesmo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

DAS,Braja M. Principles of Geotechnical Engineering . Tradução da 6. ed. São Paulo:

Thomson, 2007.

Caputo, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas aplicações. Vol. 1, 5ª Ed.

São Paulo: Livros Técnicos e Científicos, 1983.

http://www.camarlocacao.com.br/Diversos/Manual%20B%C3%A1sico%20de

%20compacta%C3%A7%C3%A3o%20de%20solo.pdf