IDENTIFICAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS SOLIDOS, Resumos de Geologia

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Geotécnica

**- Classificação e identificação dos solos;

• Materiais constituintes dos solos.**
  • Conhecer as formas de identifi cação e classificação dos solos;
  • Aprender as principais características dos materiais constituintes dos solos e como

eles se comportam.

OBJETIVO DE APRENDIZADO

Identificação e Classificação dos Solos

Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas:

Assim:

Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”;

Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;

No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;

Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem.

Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte

Mantenha o foco!

Evite se distrair com

as redes sociais.

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para estudar.

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Não se esqueça

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hidratado.

Aproveite as

Conserve seu

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estudos sempre

organizados.

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contato com seus

colegas e tutores

para trocar ideias!

Isso amplia a

aprendizagem.

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Unidade Identificação e Classificação dos Solos

Identificação e Classificação dos Solos

A identificação e classificação dos solos são fundamentais para a implantação de obras de engenharia diante da diversidade de solos e dos seus distintos com- portamentos. A identificação é realizada em campo, com a observação qualitativa de algumas características dos solos, como a sua fração grossa e fina, permitindo conhecer algumas propriedades gerais facilmente identificáveis.

A classificação parte do enquadramento dos solos em um sistema de classifica- ção, que leve em consideração os seus parâmetros quantificáveis, que torna possí- vel conhecer o comportamento dos solos em condições diversas. Busca-se, então, enquadrar os solos com características semelhantes em agrupamentos para antever o seu comportamento.

Os solos podem ser classificados de diversas formas, como pudemos verificar nas unidades anteriores: na Unidade 1, classificação em relação a sua origem; na Unidade 2, classificamos os solos em relação ao tamanho dos seus constituintes e, na Unidade 3, conhecemos os limites de consistência dos solos, que são pa- râmetros essenciais para os Sistemas de Classificação de Solos. Nesta Unidade, conheceremos algumas técnicas para a identificação dos solos em campo, e serão apresentadas outras propriedades dos solos, fundamentais para o entendimento da complexidade do seu comportamento, como a mineralogia da fração grossa e fina, e a sua estrutura.

Na Unidade 5, serão discutidos os principais Sistemas de Classificação de Solos, utilizados mundialmente para agrupar solos com características geotécnicas seme- lhantes.

Identificação dos solos em campo

A identificação do solo em campo parte de um exame tátil visual, que objetiva reconhecer algumas informações qualitativas do material. O reconhecimento é fei- to pelo manuseio do material e pela aplicação de algumas técnicas simples de cam- po, como a observação do tamanho das partículas, a plasticidade e a identificação da cor do material.

Para conhecer a textura do solo, deve-se manusear uma amostra entre os dedos. O pedregulho é facilmente identificável devido ao seu diâmetro, mas a areia pode ser sentida pelo tato, quando úmida, em razão do aspecto áspero de que o material é atribuído.

Definido se o material é um solo grosso ou fino, é possível estimar se os finos apresentam características de silte ou argila. Pinto (2006) apresenta alguns proce- dimentos que podem ser seguidos para a identificação das partículas finas, como a resistência a seco, em que uma pelota de material úmido é moldada, deixando-a secar ao ar. Se a pelota ficar muito dura e se quebrar em pedaços distintos, possui

Unidade Identificação e Classificação dos Solos

O pedregulho é formado por partículas minerais ou fragmentos de rochas e possui tamanho superior a 2,0 mm, conforme a ABNT. Pode ser caracterizado em relação a sua textura, compacidade e forma dos grãos.

1. A areia é composta por grãos minerais com tamanho entre 0,06 mm e 2 mm. É um material sem coesão e plasticidade, e, assim como o pedre- gulho, caracteriza-se pela sua textura, compacidade e forma dos grãos. Possui diferentes classes de textura, classificadas, conforme a NBR 6502 (ABNT, 1995) em: - (^) areia fina: grãos com diâmetro entre 0,06 e 0,2 mm; - (^) areia média: grãos com diâmetro entre 0,2 e 0,6 mm; - (^) areia grossa: grãos com diâmetro entre 0,6 e 2,0 mm

Já o silte é formado por partículas com diâmetros entre 0,002 mm e 0,006 mm e se caracteriza por apresentar reduzida plasticidade e baixa resistência quando seco ao ar.

As argilas são as partículas de menor dimensão presente nos solos (<0, mm) e se caracterizam por apresentarem plasticidade dentro de um intervalo de umidade e coesão.

Constituição mineralógica dos solos

Como vimos na Unidade 1, os solos são formados pela atuação de processos físicos e químicos que desagregam as rochas e dão origem aos solos. Os solos for- mados terão características que dependerão da composição da rocha que lhe deu origem e da atuação dos fatores de formação do solo, como o clima.

Serão constituídos por minerais primários ou secundários. Os primários são aqueles que não foram alterados pelo intemperismo e são resquícios do material de origem, e os secundários foram modificados e deram origem a novos minerais, como os argilominerais.

As partículas maiores dos solos, como os pedregulhos e as areias, são formadas pela agregação de um único mineral, situação mais comum, ou pela agregação de minerais distintos. Em geral, apresentam em sua composição os minerais do gru- po dos silicatos, como o quartzo, o feldspato e a mica, mas em menor ocorrência também verifica-se outros grupos de minerais, como os carbonatos e os óxidos.

Entre os minerais mais resistentes e comuns de serem encontrados devido a sua dureza e estabilidade química está o quartzo, um mineral do grupo dos silicatos, que formam os grãos de areia e o silte. A sua composição química é SiO2 e suas par- tículas são equidimensionais, com baixa atividade superficial em razão do tamanho de suas partículas (PINTO, 2006).

Os argilominerais também são comumente encontrados nos solos e tratam-se de silicatos complexos compostos por tetraedros de sílica (quatro átomos de oxigênio ligados a um de sílica) e octaedros de alumínio (seis átomos de oxigênio ligados ao alumínio), formados pelo intemperismo de minerais primários, como o feldspato, ou pela transformação de minerais secundários. Além das argilas silicatadas, exis- tem também as argilas oxídicas, que não possuem os octaedros de sílica em sua composição.

Esses argilominerais podem ser classificados em relação aos elementos que os compõem e ao arranjo desses elementos. As associações entre os tetraedros e os octaedros formam diferentes argilominerais, entre os principais estão a caulinita, a montmorilonita (grupo da esmectita) e a ilita.

A união entre os tetraedros de sílica e os octaedros de alumínio formam lâminas que, quando colocadas umas sobre as outras, formam camadas. É possível a for- mação de vários tipos de camadas, mas as mais comuns são constituídas de uma lâmina de tetraedro ligada a uma de octaedro (1:1) e duas lâminas de tetraedros ligadas a uma de octaedros (2:1) (LEPSCH, 2011).

A caulinita é um tipo de argila que possui uma lâmina de tetraedro de silício ligada a uma lâmina de octaedro de alumínio, ou seja, é uma argila do tipo 1:1. Quando as lâminas de tetraedros e octaedros são empilhadas, as camadas adjacen- tes são unidas por ligações de hidrogênio (o hidrogênio presente nas hidroxilas), que impedem a entrada da água e a expansão entre as camadas quando a argila é umedecida. Como a água e os cátions não conseguem penetrar nas camadas de argilas, as caulinitas possuem menor plasticidade, coesão, expansão, contração e retêm menos água do que argilas do tipo 2:1 (BRADY; WEIL, 2013).

A representação esquemática das ligações entre os tetraedros de silício e os octaedros de alumínio, formando argilas do tipo 1:1, como a caulinita, estão re- presentadas no Infográfico 1.

A montmorilonita apresenta camadas adjacentes, unidas por fracas ligações de oxigênio, com espaço variável entre elas, permitindo a entrada da água (Figura 3). Suas partículas se agrupam em flocos que tendem a se empilhar uns sobre os outros, formando microporos. Quando umedecidas, a água é absorvida nos micro- poros, ocasionando na expansão da argila (BRADY; WEIL, 2013).

Figura 3 - Representação da montmorilonita: espaço em que ocorre a entrada e saída de água e cátions. Fonte: Lepsch (2011).

O modelo rotacional 3D das esmectitas, grupo de argila do tipo 2:1, no qual a montmori-

lonita se enquadra, pode ser visualizado no website do Museu Virtual de Moléculas e Mi-

nerais da Universidade de Wisconsin-Madison, disponível em: <https://virtual-museum.

soils.wisc.edu/display/soil-smectite/>.

Explor

A capacidade de absorver água e se expandir torna, os solos que possuem esse tipo de argilomineral, menos desejáveis para a implantação de obras de engenha- ria, devido à grande mudança de volume entre o estado seco e úmido, podendo, por exemplo, ocasionar o movimento da fundação de casas ou edifícios.

Estrutura dos solos

A estrutura refere-se ao padrão de arranjo das partículas que constituem os solos e apresenta características distintas nos solos coesivos e não-coesivos. As estruturas

Unidade Identificação e Classificação dos Solos

dos solos são determinadas, principalmente, pelo tamanho das partículas, a forma e a composição mineralógica.

Segundo Das (2007), nos solos não-coesivos são encontradas duas categorias de estruturas predominantes: grãos isolados e alveolares.

• (^) Estrutura de grãos isolados ou grãos simples: é o tipo de estrutura característi- ca dos pedregulhos e areias (Figura 4). Nesse tipo de estrutura, as partículas de solos estão em contato com as adjacentes. Os grupamentos de partículas pos- suem densidades distintas, conforme a sua posição e tamanho, apresentando distintos índices de vazios. Pode variar entre uma estrutura de grãos isolados fofa ou compacta, conforme a organização das partículas dos solos.

Denomina-se grau de compacidade o maior ou menor grau de concentração de partículas de um solo e, consequentemente, maior ou menor volume de espaços vazios. O grau de compacidade é determinado por:

$GC=\frac{e~m\acute{a}x~-~e~nat}{e~m\acute{a}x~-~e~m\acute{i}n}$

em que e máx = índice de vazios correspondente ao estado mais fofo;

e mín = índice de vazios correspondente ao estado mais compacto;

e nat = índice de vazios em estado natural do solo.

A determinação dos índices de vazios máximo e mínimo é realizada em labora- tório, por meio de ensaios. Para a obtenção do índice de vazios máximo, coloca-se a amostra seca em um recipiente de volume conhecido, pesando o material. O cálculo é dado por:

$e~m\acute{a}x~=~\left( V-Ps/ys \right)~/~\left( Ps/ys \right)$

onde V = volume do recipiente;

Ps = peso do material seco;

ys = peso específico dos sólidos.

O índice de vazios mínimo é obtido com a compactação do material, colocando- -o em um recipiente de volume conhecido para a pesagem, obtendo o e mín por:

$e~m\acute{i}n~=~\left( V-Ps/ys \right)~/~\left( Ps/ys \right)$

O grau de compacidade pode variar de 0% a 100%, e é classificado em muito fofo, fofo, medianamente compacto, compacto e muito compacto, conforme a tabela

Unidade Identificação e Classificação dos Solos

Conforme Das (2007), quando as partículas de argila tendem a se agregar ou flocular em unidade submicroscópicas, são chamadas de domínios. Um grupo de domínios pode ser chamado de aglomerados e os aglomerados se agrupam for- mando os agregados, que podem ser visíveis macroscopicamente.

Amolgamento

O amolgamento é o processo de destruição da estrutura original do solo, pelo qual ele perde toda a sua resistência. A maior ou menor perda de resistência de solos estruturados é chamada de sensitividade da argila, cujo índice é medido pela resistência à compressão de uma amostra indeformada e a resistência da mesma amostra após a sua destruição. Tal relação é descrita por:

$Gs=~\frac{Rci}{Rcf}$

em que Rci = resistência da amostra à compressão simples;

Rcf = resistência da amostra após amolgada.

Quanto maior a sensibilidade da argila, maior será a sua perda de resistência. Em relação a sua classificação, são distinguidas em insensíveis, de baixa sensibi- lidade, média sensibilidade, muito sensíveis e extrassensíveis, conforme pode ser visualizado na tabela 2.

Tabela 2 - Classificação das argilas em relação a sua sensibilidade. Classificação da argila Grau de sensibilidade (Gs) Insensíveis 1 Sensibilidade baixa 1 – 2 Sensibilidade média 2 – 4 Muito sensíveis 4 – 8 Extrassensíveis > 8 Fonte: Rosenqvist (1953) apud Mitchell e Soga (2005).

Tixotropia

A tixotropia ocorre quando um solo com partículas muito finas é completamente amassado, e, após repousar por um tempo, essa massa de solo adquire uma resis- tência coesiva maior. Se a amostra é novamente amassada, mantendo a mesma umidade, a coesão diminui e, após um tempo em repouso, ela tem novamente sua resistência aumentada (CAPUTO, 1988).

A bentonita é um tipo de argila muito fi na, que possui tixotropia. Esse termo foi usado

pela primeira vez para nomear uma rocha com material argiloso descoberta nos Estados

Unidos, e atualmente utiliza-se para designar o argilomineral montmorilonita. Mais infor-

mações sobre a bentonita podem ser consultadas no livro Rochas e minerais industriais,

publicado pelo CETEM, em 2005, e que está disponível em: <http://mineralis.cetem.gov.

br/bitstream/cetem/1046/1/10.Argila-BENTONITA%20ok.pdf>. Acesso em: 25 fev. 2019.

Explor

A tixotropia é uma propriedade do solo, que representa o restabelecimento de sua resistência após ser amolgado e ocorre mais comumente entre as argilas ex- pansivas.

Exercícios resolvidos

1. Uma amostra indeformada foi utilizada para o cálculo da sensitividade da ar- gila. A resistência à compressão simples, no estado natural do solo, foi de 96 kPa e a resistência, após a amostra ter sido amassada, foi de 34 kPa. Qual a sensitividade da argila?

Solução:

Gs = Rci/ Rcf

Gs = 96/

Gs = 2,

Segundo a classificação proposta na tabela 2, esse solo é classificado como de sensibilidade média.

2. Um aterro foi executado em um solo arenoso, indicando, no projeto, um grau de compactação de 0,5. Considerando os dados a seguir, verifique se o aterro está dentro das especificações.

Umidade = 12%

y = 1,8 g/cm³

yg = 2,63 g/cm³

e max = 0,

e min = 0,

ya = 1 g/cm³

A determinação da colapsividade de um solo é feita pelos ensaios de compres- são endométrica, com a saturação de uma amostra e aplicação de tensões, tendo, o recalque, como dependente da quantidade de água presente no solo e das ten- sões a que foi submetido.

Os solos colapsíveis podem ser vistos na paisagem, em áreas onde ocorreu o es- corregamento de taludes, devido à presença de água, ou em deformações verticais que ocorrem em terrenos planos ( PINTO, 2006).

Já os solos expansivos mudam o seu volume quando submetidos à saturação. A expansão ocorre, como vimos ao longo desta unidade, em virtude da entrada da água entre as camadas dos argilominerais. O seu estudo é feito a partir de ensaios de compressão endométrica, por meio da medição da quantidade de material que se expandiu ao ser saturado, tendo as pressões aplicadas sobre a amostra estabilizadas.

Segundo Pinto (2006), a construção em solos expansivos promove a imperme- abilização do terreno, podendo ocasionar a elevação do teor de umidade, já que a evaporação é reduzida. Esse aumento da umidade pode acarretar a expansão do material, resultando em trincas nas construções.

Importante!

Nesta Unidade, conhecemos como os solos são identificados em campo e algumas pro-

priedades importantes para entender o seu comportamento. É importante lembrar:

1) os solos podem ser identifi cados em campo por meio de testes táctil visuais, que tor-

nam possíveis o conhecimento de algumas propriedades qualitativas do material;

2) os materiais constituintes dos solos possuem tamanhos distintos e podem ser carac-

terizados de acordo com propriedades particulares. Por exemplo, a argila se diferencia

pelo seu tamanho e pela plasticidade que apresenta;

3) os solos possuem constituições mineralógicas distintas, podendo ser compostos por

partículas primárias ou secundárias. Os pedregulhos e areias são formados pela agrega-

ção de um único mineral, predominantemente, mas podem ser formados pela agrega-

ção de minerais distintos;

4) os argilominerais são formados pela combinação de lâminas de tetraedros de silício e

lâminas de octaedros de alumínio, que, quando unidas, formam camadas;

5) as camadas constituídas por uma lâmina de tetraedro de sílica ligada a uma lâmina de

octaedro de alumínio são chamadas de argilas do tipo 1:1, e a mais comum é a caulinita;

6) as camadas constituídas de uma lâmina octaédrica de alumínio envolta por duas lâ-

minas tetraédricas de silício formam as argilas do tipo 2:1, representadas pela montmo-

rilonita e a ilita;

7) a forte ligação existente entre os hidrogênios nas camadas de argila do tipo 1:1 impe-

dem a entrada de água e a expansão dessas argilas. A entrada de água entre as camadas

de argilas, como ocorre nas montmorilonitas, investem-nas de propriedades expansivas;

8) os solos podem ser classifi cados em relação a sua estrutura em grãos isolados, alveo-

lar, dispersa e floculada;

9) o amolgamento e a tixotropia são propriedades que indicam a perda da resistência do

solo e a sua capacidade de se recuperar. A maior ou menor perda de resistência do solo

estruturado é chamada de sensitividade da argila

Em Síntese

Unidade Identificação e Classificação dos Solos

Conhecendo os atributos físicos dos solos, os seus limites de consistência, a distribuição do tamanho de suas partículas e como são constituídos mineralogica- mente, torna-se mais fácil o enquadramento em classes, como ocorre nos Sistemas de Classificação de Solos, assunto que será abordado na próxima Unidade.