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Propriedades das partículas do solo
1 - Natureza das partículas
2 - Peso específico das partículas
3 - Densidade relativa das partículas
4 - Densidade real das partículas no laboratório
5 - Formas de partículas
6 - Adsorção
7 - A água como líquido dipolar
8 - Tixotropia
9 - Granulometria dos solos
1 - Natureza das partículas
As partículas dos solos são sólidas, ou seja, são grãos minerais
podendo ter também matéria orgânica.
Existem solos como a areia em que as partículas podem ser
facilmente visualizadas, enquanto que em outros é necessário o auxílio de
microscópios para distinguí-las.
Estas partículas estão relativamente livres para se moverem uma com
relação à outra não tão facilmente como os elementos de um fluido como
também não são fortemente ligadas como num cristal de metal.
O sistema de partículas do solo é o que o distingue do mecanismo
sólido e do fluido.
As frações grossas do solo são predominantemente de grãos silicosos
e os minerais que ocorrem nas frações argilosas são as caolinitas, as
montmorilonitas e as illitas.
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2 - Peso específico das partículas - γg ==> (g/cm3 - ton/m3):
É definido como a relação entre o peso da substância sólida do solo,
Ps, por unidade de volume da parte sólida, Vs.
Ps
γg =
Vs
(ou massa específica das partículas ou dos grãos)
3 - Densidade relativa das partículas (δ):
É numericamente igual ao peso específico das partículas. A diferença é
que a densidade é adimensional.
É a razão entre o peso da substância sólida e o peso de igual volume de
água pura a 4° C.
δ=
γg
γa
3
γa = peso específico da água a 4°C = 1 g/cm3 ou (9,81 kN/m )
assim: γg = δγa
Valores médios de densidades dos solos:
δ
SOLO
Pedregulho
2,65 - 2,68
Areia
2,65 - 2,68
Silte
2,66 - 2,70
Argila
2,68 - 2,80
Solo orgânico
< 2,0
3
Quanto maior o teor de matéria orgânica no solo, menor a densidade
relativa.
Quanto maior o teor de óxido de ferro, maior a densidade relativa.
4 - Densidade real das partículas no laboratório:
Método do Picnômetro (Laboratório):
P1 − PS = P2 − Ps
δ=
δ aT
δ
Ps.δaT
PS + P2 − P1
P1 = peso do picnômetro com solo e água
P2 = peso do picnômetro com água pura
PS = peso do solo seco
δaT = densidade da água à temperatura T° C do ensaio
Figura 1. Picnômetro
Exercício:
Um picnômetro utilizado para determinar a densidade real das
partículas do solo tem massa de 524 g quando vazio e 1.557 g quando cheio
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de água limpa. Uma amostra de solo seca de solo não coesivo com massa
de 512 g é colocada dentro do picnômetro que é agitado para expelir todo o
ar. O picnômetro é então, cuidadosamente, preenchido com água limpa, e
tem massa total igual a 1.878 g. Determine a densidade real do solo.
Solução:
P1 = peso do picnômetro + solo + água = 1.878 g
P2 = peso do picnômetro + água pura = 1.557 g
PS = peso do solo seco = 512 g
δaT = densidade da água à temperatura T° C do ensaio = 1
δ=
δ=
Ps.δaT
PS + P2 − P1
512
= 2,68
512 + 1557 − 1878
5 - Formas de partículas:
Classificação tradicional (Caputo):
1 - Arredondadas
2 - Lamelares
3 - Fibrilares
Arredondadas - ou de forma poliédrica.
Ex.: pedregulhos, areias, siltes.
Lamelares - semelhantes a lamelas ou escamas.
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Ex.: argilas (compressibilidade e plasticidade)
Fibrilares - em forma de fibras.
Ex.: solos turfosos (oigem vegetal)
Outra Classificação: (Lambe)
1 - Angular
2 - Sub-angular
3 - Arredondadas
4 - Sub-arredondadas
5 - Bem arredondadas.
6 - Adsorção:
As partículas de argila possuem uma rede de carga negativa nas suas
superfícies.
Para balançar esta carga negativa as partículas atraem íons positivos
dos sais da água contida na argila.
Essa atração é conhecida como camada dupla de água (camada
adsorvida), o que confere a propriedade plástica das argilas.
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A camada mais interna da camada dupla de água e a mais fortemente
ligada à partícula da argila é chamada de água adsorvida.
Esta camada apresenta-se num estado semi-sólido, submetida a
forças eletrostáticas ( 20.000 kg/cm2), com espessura média de 0,005µ.
7 - A água como líquido dipolar nas argilas:
As moléculas da água são dipolares, desde que os átomos de
hidrogênio não são, simetricamente, arranjados em torno do átomo de
oxigênio:
Isto significa que a água é como uma barra com cargas negativa e
positiva nas suas extremidades.
Os mecanismos de atração com a partícula da argila são:
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8 - Tixotropia: thixis (contato) e trepo (mudar)
É a perda e o conseqüente retorno da resistência coesiva devido a
destruição e seguida reordenação da estrutura molecular das camadas
adsorvidas.
Exemplo: Bentonita (argilas ultra-finas formadas por alteração
química de cinzas vulcânicas, formada por montmorilonita e utilizada em
injeções para vedação em perfurações de petróleo, fundações profundas,
barragens, cortinas enterradas, etc)
9 - Granulometria dos solos:
Granulometria: é a medida da textura do solo, ou seja, do tamanho
relativo dos grãos que formam a fase sólida dos solos. Esta medida é
realizada através do peneiramento e da sedimentação.
a) Peneiramento:
A distribuição granulométrica da fração grossa do solo (com
dimensão das partículas maior que 0,074 mm - peneira 200) é usualmente
determinada pelo peneiramento ou análise das peneiras. O peso do solo
seco retido em cada peneira é determinado e baseado nesses pesos é
determinada a percentagem acumulada que passa nas peneiras.
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O número padrão e a abertura (em mm) das peneiras nos Estados
Unidos é:
(ASTM - American Society for Testing and Materials)
Número da
Abertura
peneira
(mm)
3
6.35
4
4.76
6
3.36
8
2.38
10
2.00
16
1.19
20
0.84
30
0.59
40
0.42
50
0.297
60
0.25
70
0.21
100
0.149
140
0.105
200
0.074
270
0.053
A análise granulométrica é representada, graficamente, pela curva
granulométrica em papel semi-logarítmico com as aberturas das peneiras
em escala logarítmica e as percentagens, em peso, do material que tem
dimensão média menor que a dimensão considerada, em escala aritmética.
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Os tipos de granulometria são definidos a partir dessa curva em:
- uniforme
- bem graduada (contínua)
- mal graduada (descontínua)
"Diâmetro efetivo", o "coeficiente de uniformidade" e o
"coeficiente de curvatura".
Diâmetro efetivo:
D10 - é o diâmetro correspondente a 10% , em peso total, de todas as
partículas menores que ele.
Coeficiente de uniformidade: Cu
Cu =
D60
D10
D60 = diâmetro através do qual 60% do total do solo passa.
Quando:
Cu < 5 Î solo muito uniforme;
5 < Cu < 15 Î solo com uniformidade média;
Cu > 15 Î solo desuniforme.
Coeficiente de curvatura: Cc
10
( D 30 ) 2
Cc =
D60. D10
D30 Î diâmetro correspondente a 30%
1 < Cc < 3 Î solos bem graduados.
b) Sedimentação:
Para a fração fina do solo, ou seja, com grãos menores que 0,074 mm
(peneira Tyler n° 200), emprega-se o método da análise por sedimentação
contínua em meio líquido.
Neste método (Casagrande), uma certa quantidade de solo é dispersa
num frasco de água em um agente anti-floculante, a fim de se obter uma
suspensão fina.
As partículas cairão sob a ação da gravidade, em meio resistente,
segundo a Lei de Stokes, com velocidades uniformes proporcionais à massa
e dependentes da forma das partículas. Se admitirmos que as partículas
tenham formas esféricas, a velocidade de queda numa distância z num
tempo t será:
v=
z δ − γa 2
=
D
t 1.800η
onde:
δ=
peso específico das partículas do solo
γa = peso específico da água
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η = viscosidade do meio dispersor (água)
D = diâmetro da esfera
assim:
D=
1.800η z
.
δ −γ a t
Até a profundidade z, depois do tempo t, todas as partículas terão
diâmetro inferior a D.
A quantidade de grãos em suspensão acima da profundidade z poderá
ser determinada pela medida da densidade da suspensão, por meio de um
hidrômetro (densímetro) calibrado.
Lendo-se a medida do hidrômetro, num certo tempo t, ter-se-á a
densidade da suspensão, a qual permite o cálculo da percentagem de grãos
em suspensão (que são os grãos de diâmetro inferior a D, calculado pela
fórmula acima). EB - 22R - MB - 32 - ABNT.
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Curvas: A - contínua (bem graduada); B - descontínua (mal graduada) e C - uniforme.
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