Aula 2

Solos
Definição - conjunto de partículas não cimentadas ou fracamente
cimentadas, resultantes da desagregação de material rochoso.
“Conjunto natural (mistura) de partículas minerais que podem ser
separadas por agitação na água. Os vazios entre as partículas contêm
água e ar”. (LNEC)
Material polifásico: fases sólida, líquida e gasosa.
O esqueleto das partículas sólidas de um solo, entre as quais existem
espaços vazios, que poderão conter água e ar, poderá ser estudado
como se tratasse de 3 conjuntos de matéria diferentes.
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Solos (2)
O ar e a água preenchem os vazios ou poros do solo.
Se os vazios estão totalmente preenchidos por água:
- não existe fase gasosa
- o solo está saturado
Origem e formação dos solos - Desintegração das rochas constituintes
da crosta terrestre, por acções mecânicas e químicas sobre a rochamãe.
Na natureza ocorrem processos de desagregação físico-química de que
resultam solos com partículas de diferentes dimensões e características.
Argila - ∅ < 2 μm (0,002 mm)
Silte – 2 μm < ∅ < 60 μm (0,06 mm)
Areia - 60 μm < ∅ < 2 mm
Cascalho ou seixo - 2 mm < ∅ < 60 mm
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Trabalho de Campo
• Amostras remexidas - manualmente ou por meios mecânicos (ensaios
de identificação)
• Amostras intactas - trados manuais e trados mecânicos
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Composição granulométrica
Distribuição em percentagem ponderal (% do peso total) das partículas
do solo de acordo com as suas dimensões.
Peneiração - o solo é obrigado a passar por uma série de peneiros de
malha quadrada normalizada e cada vez mais apertada.
O material retido num peneiro representa a fracção de solo com
dimensão superior à da malha desse peneiro, mas inferior à do peneiro
precedente.
Este material é pesado para averiguar que % representa do peso total
da amostra.
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Análise granulométrica
Peneiros ASTM
American Society of Testing Materials
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Análise granulométrica
Gráficos em que as dimensões das partículas (mm) estão
representadas em escala logarítmica.
Curva
Granulométrica
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Classificação dos solos
(com base no seu comportamento físico-mecânico)
Atrito - Ligações entre partículas que resultaram da desagregação física
da rocha mãe. As ligações entre as várias partículas são efectuadas
através do seu contacto físico (atrito interno).
Coesão – Forças superficiais de natureza electroquímica, associadas a
conjuntos de partículas cristalinas de dimensão coloidal (de forma geral/
lenticular) com uma elevada superfície específica, resultantes das
alterações químicas da rocha.
A coesão é influenciada pela quantidade de água no solo e pelos
próprios minerais constituintes.
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Classificação dos solos (2)
(com base no seu comportamento físico-mecânico)
Solos atríticos ou incoerentes (a) – solos grosseiros, formados
maioritariamente por partículas arenoso-cascalhentas.
Solos coesivos ou coerentes (b) – solos finos, formados
maioritariamente por partículas de pequena dimensão, do tipo siltoargiloso.
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Plasticidade dos solos finos
As partículas dos solos finos apresentam faces carregadas negativamente,
devido à dissociação dos átomos de H.
Em presença da H2O, as partículas do solo atraem os catiões existentes
no líquido, formando-se a chamada dupla camada.
A água que circunda as partículas ⇒ água adsorvida
A alteração da quantidade de água existente num solo fino modificará o
estado existente na dupla camada:
• quer por quebra das fracas ligações entre partículas;
• quer por alteração da sua espessura e consequente alteração das
forças inter-moleculares das partículas.
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Plasticidade dos solos finos
O estado físico de um solo fino em função do seu teor em água é designado
por consistência.
O mesmo solo fino poderá ter diferentes consistências: líquida, plástica, semisólida
e sólida.
Plasticidade de um solo – aptidão que esse solo tem para se deformar,
mantendo constante o seu volume, e depende fundamental/ dos minerais
argilosos existentes no solo.
• Limite de plasticidade – teor em água a partir do qual o solo se comporta
como um material plástico.
• Limite de liquidez – teor em água a partir do qual o solo se comporta como
um líquido.
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Equação empírica que apresenta a forma como um solo saturado absorve as
forças que lhe são transmitidas.
Considerando a aplicação de uma carga P no solo e analisando o que se passa
num plano xx, de área A, que une pontos de contacto tem-se:
σ=σ’+u
σ - tensão normal total (σ=P/A)
Princípio da tensão efectiva
σ’- tensão normal efectiva, representando a tensão transmitida
apenas entre as partículas sólidas ao longo do plano (σ=ΣN’/A)
u – tensão intersticial (tensão da água ao longo dos vazios)
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Os solos são materiais permeáveis, pois é possível a água circular entre os
espaços vazios que existem no seu interior.
A percolação nos solos dá-se devido à existência de gradientes hidráulicos, com
deslocação dos locais de carga superior para os de inferior.
A tensão intersticial é medida em relação à pressão atmosférica, designando-se o
nível da toalha freática em que ocorre essa pressão por nível freático (NF).
Considera-se para efeitos práticos que, abaixo do NF, o solo se encontra
completamente saturado e, acima do NF, completamente seco.
O coeficiente de permeabilidade de um solo (k) é definido como a relação
entre a velocidade de escoamento (v) no interior do solo e o gradiente
hidráulico que provoca esse escoamento (i).
Em que:
k=v/i=q/Ai
PERCOLAÇÃO
q – volume de água por unidade de tempo
A – secção transversal do solo que é atravessada pela água

Parâmetros utilizados no estudo dos solos
(Grandezas básicas dos solos)
V = volume total do solo
Vs = volume das partículas sólidas
Vv = volume de vazios
Vw = volume de água
Va = volume de ar
Água
Solo
As grandezas necessárias para descrever o estado físico do solo
interrelacionam-se.
O solo é caracterizado por um peso e um volume:
V = Va + Vw + Vs = Vv + Vs
P = Pw + Ps , considerando (Pa ~ 0)
Vv
Ar
Va
Vw
Vs
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V

Grandezas básicas dos solos (2)
Vw e Pw – estão relacionados através do peso volúmico da água:
Quando o solo está saturado: Vv = Vw
P
Índice de vazios (-)
Porosidade (%) * 100
Grau de saturação (%) * 100
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Grandezas básicas dos solos (3)
Pw
Teor em água (%) * 100
Ps
Peso volúmico do solo
ou Peso volúmico aparente
ou Peso volúmico total (kN/m 3 )
Peso volúmico seco (kN/m 3 )
P s
P
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Grandezas básicas dos solos (4)
Peso volúmico das partículas sólidas (kN/m 3 )
~26 kN/m 3
Peso volúmico submerso (kN/m 3 )
Densidade das partículas sólidas (-)
P s
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Grandezas básicas dos solos (5)
Massa específica dos solos - Densidade dos sólidos (g/cm 3 ):
ρs = Ms/Vs
Densidade aparente – Baridade (g/cm 3 ):
Densidade total (g/cm 3 ):
Humidade gravimétrica (%):
Humidade volúmica (%):
ρb = Ms/V
ρt = Mt/V
W = Mw/Ms*100
θ = Vw/Vt*100
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