Propriedades das partículas do solo

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Ágata Fernandes Valente
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1 1 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.

2 2 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. γg Ps = 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 γa = peso específico da água a 4 C = 1 g/cm3 ou (9,81 kn/m 3 ) assim: γ g = 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

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.

3 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): P PS = P 1 2 δ = P S P s. 2 δ Ps δ δat + P P 1 at P 1 = peso do picnômetro com solo e água P 2 = peso do picnômetro com água pura P S = 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 g quando cheio

2 δ Ps δ δat + P P 1 at P 1 = peso do picnômetro com solo e água P 2 = peso do picnômetro com água pura P S = peso do solo seco δat = densidade da

4 4 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 g. Determine a densidade real do solo. Solução: P 1 = peso do picnômetro + solo + água = g P 2 = peso do picnômetro + água pura = g P S = peso do solo seco = 512 g δat = densidade da água à temperatura T C do ensaio = 1 δ = P S P s. δat + P P 2 1 δ = = 2, 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.

878 g P 2 = peso do picnômetro + água pura = 1.557 g P S = peso do solo seco = 512 g δat = densidade da água à temperatura T C do ensaio = 1 δ = P S P s.

5 5 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.

6 - Adsorção: As partículas de argila possuem uma rede de carga negativa nas suas superfícies.

6 6 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 ( kg/cm 2 ), 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:

7 - A água como líquido dipolar nas argilas: As moléculas da água são dipolares, desde que os átomos de hidrogênio não são, simetricamente,

7 7 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.

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.

8 8 Unidos é: O número padrão e a abertura (em mm) das peneiras nos Estados (ASTM - American Society for Testing and Materials) Número da peneira Abertura (mm) 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.

9 9 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: C u C u = D D D60 = diâmetro através do qual 60% do total do solo passa. Quando: C u < 5 solo muito uniforme; 5 < C u < 15 solo com uniformidade média; C u > 15 solo desuniforme. Coeficiente de curvatura: Cc

Diâmetro efetivo: D10 - é o diâmetro correspondente a 10%, em peso total, de todas as partículas menores que ele.

10 10 D Cc = ( ) D. D D30 diâmetro correspondente a 30% 1 < Cc < 3 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 t = δ γa D 1.800η 2 onde: δ = peso específico das partículas do solo γa = peso específico da água

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.

11 11 η = viscosidade do meio dispersor (água) D = diâmetro da esfera assim: D = 1.800η z. δ γ t a 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 ABNT.

A quantidade de grãos em suspensão acima da profundidade z poderá ser determinada pela medida da densidade da suspensão, por meio de um hidrômetro

12 Curvas: A - contínua (bem graduada); B - descontínua (mal graduada) e C - uniforme. 12

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