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 f loculada. 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 Dispersas
Formadas 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%20comp acta%C3%A7%C3%A3o%20de%20solo.pdf
