Apostila final, Notas de estudo de Engenharia Civil

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UNIVERSIDADE SALGADO DE OLIVEIRA

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

Mecânica dos Solos

APOSTILA 1

1. ORIGEM E NATUREZA DOS SOLOS

1.1 A Mecânica dos Solos na Engenharia Civil

Todas as obras de Engenharia Civil se assentam sobre o terreno e inevitavelmente requerem que o comportamento do solo seja devidamente considerado. A Mecânica dos Solos, que estuda o comportamento dos solos quando tensões são aplicadas, como nas fundações, ou aliviadas, no caso de escavações, ou perante o escoamento de água nos vazios, constitui-se numa Ciência de Engenharia, na qual o engenheiro civil se baseia para desenvolver seus projetos. Este ramo da engenharia, chamado de engenharia Geotécnica ou engenharia de Solos, costuma empolgar os seus praticantes pela diversidade de suas atividades, pelas peculiaridades que o material apresenta em cada local e pela engenhosidade freqüentemente requerida para a solução de problemas reais.

Trabalhos marcantes sobre o comportamento dos solos já foram desenvolvidos em séculos passados, como os clássicos de Coulomb, 1773, Rankine, 1856 e Darcy,

1856. Entretanto, um acúmulo de insucessos em obras de engenharia civil no início deste século, dos quais se destacam as rupturas do Canal do Panamá e rompimentos de grandes taludes em estradas e canais em construção na Europa e nos Estados Unidos, mostrou a necessidade de revisão os procedimentos de cálculo. Como apontou Terzaghi em 1936, ficou evidente que não se podiam aplicar aos solos leis teóricas de uso corrente em projetos que envolviam materiais mais bem definidos, como o concreto e o aço. Não era suficiente determinar em laboratório parâmetros de resistência e deformidade em amostras de solos e aplicá-los a modelos teóricos adequados àqueles materiais.

O conhecimento do comportamento deste material, disposto pela natureza em depósitos heterogêneos e apresentando comportamento demasiadamente complicado para tratamentos teóricos rigorosos, deveu-se em grande parte aos trabalhos de Karl Terzaghi, engenheiro civil de larga experiência, sólido preparo científico e acurado espírito de investigação – internacionalmente conhecido como o fundador da Mecânica dos Solos. Seus trabalhos, identificando o papel das pressões da água no estudo nas tenções nos solos e a apresentação da solução matemática para a evolução dos recalques das argilas com o tempo após o carregamento, são conhecidos como o marco inicial desta nova ciência de engenharia.

Apesar de seu nome, hoje empregado internacionalmente, a Mecânica dos Solos não se restringe ao conhecimento das propriedades dos solos que a Mecânica pode esclarecer. A Química e a Física Coloidal, importantes para justificar aspectos do comportamento dos solos, são parte integrante da Mecânica dos Solos, enquanto que o conhecimento da Geologia é fundamental para o tratamento correto dos problemas de fundações.

1.2.2 Classificação dos solos pela sua origem

A classificação dos solos pela sua origem é um complemento importante para o conhecimento das ocorrências e para a transmissão de conhecimentos acumulados. Algumas vezes, a indicação da origem do solo é tão ou mais útil do que a classificação sob o ponto de vista da constituição física.

Os solos podem ser classificados em dois grandes grupos: solos residuais e solos transportados.

Solos residuais são aqueles resultantes da decomposição das rochas que se encontram no próprio local em que formaram. Para que eles ocorram, é necessário que a velocidade de decomposição da rocha seja maior do que a velocidade de decomposição por agentes externos. A velocidade de decomposição depende de vários fatores, entre os quais a temperatura, o regime de chuva e a vegetação. As condições existentes nas regiões tropicais são favoráveis a degradações mais rápidas da rocha, razão pela qual as maiores ocorrências de solos residuais ocorrem nestas regiões, entre elas o Brasil.

Figura 1.1 – Perfil de solo residual de decomposição de gnaisse (Vargas, 1981)

Os solos residuais se apresentam em horizontes com grau de intemperização decrescente. Vargas (1981) identifica as seguintes camadas, cujas transições são gradativas, conforme mostra a Figura 1.1.

Solo residual maduro : superficial ou sotoposto a um horizonte “poroso” ou “húmico”, e que perdeu toda a estrutura original da rocha-mãe e tornou-se relativamente homogêneo.

Saprolitro ou solo saprolítico : solo que mantém a estrutura original da rocha-mater, mas perdeu a consistência da rocha. Visualmente pode confundir-se com uma rocha alterada, mas apresenta pequena resistência ao manuseio. É também chamado de solo residual jovem ou solo de alteração de rocha.

Rocha alterada : horizonte em que a alteração progrediu ao longo de fraturas ou zonas de menor resistência, deixando intactos grandes blocos da rocha original.

Em se tratando de solos residuais, é de grande interesse a indicação da rocha- mãe, pois ela condiciona, entre outras coisas, a própria composição física. Solos residuais de basalto são predominantemente argilosos, os de gnaisse são siltosos e os granitos apresentam teores aproximadamente iguais de areia média, silte e argila, etc.

Solos transportados são aqueles que foram levados ao seu local atual por alguns agentes de transporte. As características dos solos são função do agente transportador.

Solos formados por ação da gravidade dão origem a solos coluvionares. Entre eles estão os escorregamentos das escarpas da Serra do Mar, formando os tálus nos pés do talude, massas de materiais muito diversos e sujeitos a movimentações de rastejo. Têm sido também classificados como coluviões , solos superficiais do planalto brasileiro depositados sobre solos residuais.

Solos resultantes do carregamento pela água são os aluviões , ou solos aluvionares. Sua composição depende da velocidade das águas no momento de deposição. Existem aluviões essencialmente arenosos, bem como aluviões muito argilosos, comuns nas várzeas quaternárias dos córregos e rios. Registra-se também a ocorrência de camadas sobrepostas de granulometrias distintas, devidas a diversas épocas e regimes de deposição.

O transporte pelo vento dá origem aos depósitos eólicos. O transporte eólico provoca o arredondamento das partículas, em virtude do seu atrito constante. As areias constituintes dos arenitos brasileiros são arredondadas, por ser esta uma rocha sedimentar com partículas previamente transportadas pelo vento.

O transporte por geleiras dá origem aos drifts , muito freqüentes na Europa e nos Estados Unidos, mas com pequena ocorrência no Brasil.

1.2.3 Solos orgânicos

São chamados solos orgânicos àqueles que contém uma quantidade apreciável de matéria decorrente de decomposição de origem vegetal ou animal, em vários estágios de decomposição. Geralmente argilas ou areias finas, os solos orgânicos são de fácil identificação, pela cor escura e pelo odor característico. A norma norte-americana classifica como solo orgânico àquele que apresenta LL de uma amostra seca em estufa menor do que 75% do LL de amostra natural sem secagem em estufa. O teor de

Tabela 1.1 – Limites das frações de solo pelo tamanho dos grãos

Fração Limites definidos pela Norma da ABNT Matacão de 25 cm a 1 m Pedra de 7,6 cm a 25 cm Pedregulho de 4,8 cm a 7,6 cm Areia grossa de 2,0 cm a 4,8 cm Areia média de 0,042mm a 2,0 cm Areia fina de 0,05 mm a 0,042 mm Silte de 0,005 mm a 0,05 mm Argila inferior a 0,005 mm

Diferentemente desta terminologia adotada pela ABNT, a separação entre as frações silte e areia é freqüente tomada como 0,075 mm, correspondente à abertura da peneira nº 200, O conjunto de silte e argila é denominado como a fração de finos do solo, enquanto o conjunto areia e pedregulho é denominado fração grossa ou grosseira do solo. Por outro lado, a fração argila é considerada, com freqüência, como a fração abaixo do diâmetro de 0,002 mm, que corresponde ao tamanho mais próximo das partículas de constituição mineralógica dos minerais-argila.

1.2.5 Constituição mineralógica

As partículas resultantes da desagregação de rochas dependem da composição da rocha matriz.

Algumas partículas maiores, dentre os pedregulhos, são constituídas freqüentemente de agregações de minerais distintos. É mais comum, entretanto, que as partículas sejam constituídas de um único mineral. O quartzo, presente na maioria das rochas, é bastante resistente à desagregação e forma grãos de silte e areia. Sua composição química é simples, SiO2, as partículas são equidimensionais, como cubos ou esferas, e ele apresenta baixa atividade superficial. Outros minerais, como feldspato, gipsita, calcita e mica , também podem ser encontrados neste tamanho.

Os feldspatos são os minerais mais atacados pela natureza, dando origem aos argilo-minerais, que constituem a fração mais fina dos solos, geralmente com dimensão inferior a 2 mm. Não só o reduzido tamanho mas, principalmente, a constituição mineralógica faz com que estas partículas tenham um comportamento extremamente diferenciado em relação ao dos grãos de silte e areia.

Os argilo-minerais apresentam uma estrutura complexa. Uma abordagem detalhada deste tema foge ao intuito desta apostila, uma síntese do assunto, que permite compreender o comportamento dos solos argilosos perante a água, é apresentada a seguir, tomando-se como exemplo três dos minerais mais comuns na

natureza (a caulinita, a ilita e a esmectita), que apresentam comportamentos bem distintos, principalmente na presença de água.

Na composição química das argilas, existem dois tipos de estruturas: uma estrutura de tetraedros justapostos num plano, com átomos de oxigênio que pertencem simultaneamente a ambas. Alguns minerais-argila são formados por uma camada tetraédrica e uma octaédrica (estrutura de camada 1:1), determinando uma espessura da ordem de 7 Å (1 Angstron = 10 -10^ m), como a caulinita, cuja estrutura está representada na Figura 1.2. As camadas assim constituídas encontram-se firmemente empacotadas, com ligações de hidrogênio que impedem sua separação e que entre elas se introduzam moléculas de água. A partícula resultante fica com espessura da ordem de 1.000 Å, sendo sua dimensão longitudinal de cerca de 10.000 Å.

Figura 1.2 – Estrutura de uma camada de caulinita; (a) atômica, (b) simbólica

Noutros minerais o arranjo octaédrico é encontrado entre duas estruturas do arranjo tetraédrico (estrutura de camadas 2:1), definindo uma espessura de cerca de 10 Å. Com esta constituição estão as esmectitas e as ilitas, cujas estruturas simbólicas estão apresentadas na Figura 1.3. Nestes minerais, as ligações entre as camadas se fazem por íons O²-^ e O²+^ dos arranjos tetraédricos, que são mais fracos que a ligações entre camadas de caulinita, em que íons O²+^ da estrutura tetraédrica se ligam a OH-^ da estrutura octaédrica. As camadas ficam livres, e as partículas, no caso das esmectitas, ficam com a espessura da própria camada estrutural, que é de 10 Å. Sua dimensão longitudinal também é reduzida, ficando com cerca de 1.000 Å, pois as placas se quebram por flexão.

As partículas de esmectita apresentam um volume 10-4 vezes menor do que as de caulinita e uma área 10-2 vezes menor. Isto significa que para igual volume ou massa, a superfície das partículas de esmectita é 100 vezes maior do que das partículas de caulinita. A superfície específica (superfície total de um conjunto de partículas dividida pelo seu peso) das caulinitas é da ordem de 10 m²/g, enquanto que a das esmectitas é de cerca de 1.000m²/g. As forças de superfície são muito importantes no comportamento de partículas coloidais, sendo a diferença de superfície específica uma indicação da diferença de comportamento entre os solos com distintos minerais-argila.

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como nos transportados. Os fatores que determinam as propriedades dos solos considerados na pedologia são: (1) a rocha matriz, (2) o clima e a vegetação, (3) organismos vivos, (4) topografia, e (5) o tempo de exposição a estes fatores. Na engenharia civil, as classificações pedológicas são utilizadas principalmente pelos engenheiros rodoviários, que lidam com solos superficiais e que encontram úteis correlações entre o comportamento de pavimentos e taludes com estas classificações.

A identificação dos solos lateríticos é de particular interesse para o Brasil, já que são típicos da evolução de solos em climas quentes, com regime de chuvas moderadas a intensas. A denominação de lateríticos se incorporou na terminologia dos engenheiros, embora não seja mais usada nas classificações pedológicas. Os solos lateríticos têm sua fração argila constituída predominantemente de minerais cauliníticos e apresentam elevada concentração de ferro e alumínio na forma de óxidos e hidróxidos, donde vem sua peculiar coloração avermelhada. Estes sais se encontram, geralmente, recobrindo agregações de partículas argilosas.

Os solos lateríticos apresentam-se na natureza, geralmente não-saturados e com índice de vazios elevado, daí sua pequena capacidade de suporte. Quando compactados, entretanto, sua capacidade de suporte é elevada, sendo por isto muito empregado em pavimentação e em aterros. Depois de compactado, um solo laterítico apresenta contração se o teor de umidade diminuir, mas não apresenta expansão na presença de água. Uma metodologia de classificação, que permite a identificação dos solos de comportamento laterítico, foi desenvolvida pelo Prof. Job S. Nogami e vem sendo empregada por alguns órgãos rodoviários do País.

1.3 Estrutura

A água é um mineral de comportamento bem mais complexo do que sua simples composição química (H2O) sugere. Os dois átomos de hidrogênio, em órbita em torno do átomo de oxigênio não se encontram em posições diametralmente opostas, o que resultaria num equilíbrio de cargas. Do movimento constante dos átomos resulta um comportamento para a água que poderia ser interpretado como se os dois átomos de hidrogênio estivessem em posições que definiriam um ângulo de 105° com o centro no oxigênio. Em conseqüência, a água atua como um bipólo, orientando-se em relação às cargas externas.

Quando duas partículas de argila, na água, estão muito próximas, ocorrem forças de atração e de repulsão entre elas. Da combinação das forças de atração e de repulsão entre as partículas resulta a estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo e às forças entre elas. Lambe (1953) identificou dois tipos básicos de estruturas: estrutura floculada, quando os contatos se fazem entre faces e arestas, ainda que através da água adsorvida; e estrutura dispersa, quando as partículas se posicionam paralelamente, face a face.

As argilas sedimentares apresentam estruturas que dependem da salinidade da água em que se formaram. Em águas salgadas, a estrutura é bastante aberta, embora haja um relativo paralelismo entre as partículas. Estruturas floculadas em água não salgada resultam da atração das cargas positivas das bordas com as cargas negativas das faces das partículas. A Figura 1.4 ilustra esquematicamente estes tipos de estrutura. O conhecimento das estruturas permite o entendimento de diversos fenômenos notados no comportamento dos solos, como, por exemplo, a sensitividade das argilas.

Figura 1.4 – Exemplo de estruturas de solos sedimentares; (a) floculada em água salgada, (b) floculada em água não salgada, (c) dispersa (Mitchel, 1976)

O modelo de estrutura mostrado acima é simplificado. No caso de solos residuais e de solos compactos, a posição relativa das partículas é mais elaborada. Intimamente, existem aglomerações de partículas argilosas que se dispõem de forma a determinar vazios de maiores dimensões, como se mostra na Figura 1.5. Existem microporos nos vazios entre as partículas argilosas que constituem as aglomerações e macroporos entre as aglomerações. Esta diferenciação é importante para o entendimento de alguns comportamentos dos solos como, por exemplo, a elevada permeabilidade de certos solos residuais no estado natural, ainda que apresentando considerável parcela de partículas argilosas, como se estudará.

Figura 1.5 – Exemplo de estrutura de solo residual, mostrando micro e macroporos

Por outro lado, observa-se que em solos evoluídos pedologicamente, principalmente em climas quentes e úmidos (comportamento laterítico), aglomerações de partículas minerais se apresentam envoltas por deposições de sais de ferro e de alumínio (agentes cimentantes), sendo este aspecto determinante para seu comportamento.

Para identificar o estado do solo, empregam-se índices que correlacionam os pesos e os volumes das três fases. Estes índices são os seguintes (vide esquema da Figura 2.1):

Umidade – Relação entre o peso da água e o peso dos sólidos. É expresso pela letra w. Para sua determinação, pesa-se o solo no seu estado natural, seca-se em estufa a 105°C até constância e peso e pesa-se novamente. Tendo-se o peso das duas fases, a umidade é calculada. É a operação mais freqüente em um laboratório de solos. Os teores de umidade dependem do tipo de solo e situam-se geralmente entre 10 e 40%, podendo ocorrer valores muito baixos (solos secos) ou muito altos (150% ou mais).

W = [Págua/Psólido] X 100

Índice de vazios – Relação entre o volume de vazios e o volume das partículas sólidas. É expresso pela letra e. Não pode ser determinado diretamente, mas é calculado a partir dos outros índices. Costuma se situar entre 0,5 e 1,5, mas argilas orgânicas podem ocorrer com índices de vazios superiores a 3 (volume de vazios, no caso com água, superior a 3 vezes o volume de partículas sólidas).

e = Vvazios/Vsólidos

Porosidade – Relação entre o volume de vazios e o total. Indica a mesma coisa que o índice de vazios. É expresso pela letra n. Valores geralmente entre 30 e 70%.

n = [Vvazios/Vtotal] X 100

Grau de saturação – Relação entre o volume de água e o volume de vazios. Expresso pela letra S. Não é determinado diretamente, mas calculado. Varia de zero (solo seco) a 100% (solo saturado).

S = [Vágua/Vvazios] X 100

Peso específico dos sólidos (ou dos grãos) – É uma característica dos sólidos. Relação entre o peso das partículas sólidas e o seu volume. É expresso pelo símbolo γ g.

γγγγ g = Psólidos/Vsólidos

Figura 2.2 – Esquema de determinação do volume do peso específico dos grãos

É determinado em laboratório. Coloca-se um peso seco conhecido do solo (Ps) num picnômetro e completa-se com água, determinando o peso total (Pp+Ps+Pa’). O peso do picnômetro completado só com água (Pp+Pa), mais o peso do solo, menos o peso do picnômetro com solo e água, é o peso da água que foi substituído pelo solo. Deste peso, calcula-se o volume de água que foi substituído pelo solo e que é o volume do solo.

Vsólidos = (Ppicn + Págua) + Psólido – (Ppicn + Psólido + Pa’)

Com o peso e o volume, tem-se o peso específico.

γγγγ G = Psól / [ (Ppicn + Págua) + Psólido – (Ppicn + Psólido + Pa’)]

O peso específico dos grãos dos solos varia pouco de solo para solo e, por si, não permite identificar o solo em questão, mas é necessário para cálculos de outros índices. Os valores situam-se em torno de 27 kN/m³, sendo este valor adotado quando não se dispõe do valor específico para o solo em estudo. Grãos de quartzo (areia) costumam apresentar pesos específicos de 26,5 kN/m³ e argilas, em virtude da deposição de sais de ferro, valores até 30 kN/m³.

Peso específico da água – Embora varie um pouco com a temperatura, adota- se sempre como igual a 10kN/m³, a não ser em certos procedimentos de laboratório. É expresso pelo símbolo γ a.

Peso específico natural – Relação entre o peso total do solo e seu volume total. É expresso pelo símbolo γ nat.

γγγγ nat = Psól/Vtotal

A expressão “peso específico natural” é, algumas vezes, substituída só por “peso específico” do solo. Tratando-se de compactação do solo, o peso específico natural é denominado peso específico úmido.

(γnat). Um é adotado, o peso específico da água. Os outros são calculados a partir dos determinados. Algumas correlações resultam diretamente da definição dos índices:

Outras resultam de fáceis deduções. A seqüência natural dos cálculos, a partir de valores determinados em laboratório, ou estimado, é a seguinte:

Massas específicas

Relações entre pesos e volumes são denominados pesos específicos, como acima definidos, e expressos geralmente em kN/m³.

Relações entre quantidade de matéria (massa) e volume são denominadas massa específicas, e expressas geralmente em ton/m³, kg/ dm³ ou g/cm³.

A relação entre valores numéricos que expressão as duas grandezas é constante Se um solo tem uma massa específica de 1,8 t/m³, seu peso específico é o produto deste valor pela aceleração da gravidade, que varia conforme a posição no globo terrestre e que vale em torno de 9,81 m/s² (em problemas de engenharia prática, adota- se, simplificadamente, 10m/s²). O peso específico é, portanto, de 18 kN/m³.

No laboratório, determina-se massas e as normas existentes indicam como se obter massas específicas. Entretanto, na prática da engenharia, é mais conveniente trabalhar com pesos específicos, razão pela qual se optou por apresentar os índices físicos nestes termos.

Deve ser notado, por outro lado, que no Sistema Técnico de unidades, que vem sendo paulatinamente substituído pelo Sistema Internacional, as unidades de peso tem denominação semelhante às das unidades de massa no Sistema Internacional. Por exemplo, um decímetro cúbico de água tem uma massa de um quilograma (1kg) e um peso de dez Newtons (10N) no Sistema Internacional e um peso de um quilograma força no Sistema Técnico (1kgf).

Assim, ainda é comum que se diga no meio técnico, por exemplo, que a “tensão” admissível aplicada numa sapata é de 5 t/m² (não é correto,mas se omite o complemento força). Na realidade, a pressão aplicada é de 50kN/m², resultante da ação da massa de 5 toneladas por metro quadrado.

A expressão densidade se refere á massa específica e densidade relativa é a relação entre a densidade do material e a densidade da água a 4°C. Como esta é igual a 1 kg/dm³, resulta que a densidade relativa tem o mesmo valor que a massa específica (expressa em g/cm³, kg/dm³ ou ton/m³), mas é adimensional. Como a relação entre o peso específico de um material e o peso específico da água a 4°C é igual à relação das

massas específicas, é comum se estender o conceito de densidade relativa à relação dos pesos e se adotar como peso específico a densidade relativa do material multiplicada pelo peso específico da água.

3. IDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS

Para identificação dos solos a partir das partículas que os constituem, são empregados correntemente dois tipos de ensaios, a análise granulométrica e os índices de consistência.

3.1 Analise granulométrica

Num solo, geralmente convivem partículas de tamanhos diversos. Nem sempre é fácil identificar as partículas porque grãos de areia, por exemplo, podem estar envoltos por uma grande quantidade de partículas argilosas, finíssimas, apresentando o mesmo aspecto de uma aglomeração formada exclusivamente por estas partículas argilosas. Quando secas, as duas formações são dificilmente diferenciáveis. Quando úmidas, entretanto, a aglomeração de partículas argilosas se transforma em uma pasta fina, enquanto que a partícula arenosa revestida é facilmente reconhecida pelo tato. Portanto, numa tentativa de identificação tátil-visual dos grãos de um solo, é fundamental que ele se encontre bastante úmido.

Figura 3.1 – Exemplo de curva de distribuição granulométrica do solo

obtida por peneiramento. Novamente, neste caso, o que se determina é um diâmetro equivalente, pois as partículas não são as esferas às quais se refere a Lei de Stokes. Diâmetro equivalente da partícula é o diâmetro da esfera que sedimenta com velocidade igual à da partícula.

Deve-se frisar, que uma das operações mais importantes é a separação de todas as partículas, de forma que elas possam sedimentar isoladamente. Na situação natural, é freqüente que as partículas estejam agregadas ou floculadas. Se estas aglomerações não forem destruídas, determinar-se-ão os diâmetros dos flocos e não os das partículas isoladas. Para esta desagregação, adiciona-se um produto químico, com ação defloculante, deixa-se a amostra imersa em água por 24 horas e provoca-se uma agitação mecânica padronizada. Mesmo quando se realiza só o ensaio de peneiramento, esta preparação da amostra é necessária (destorroamento), pois, se não for feita, ficarão retidas nas peneiras agregações de partículas muito mais finas.

Para diversas faixas de tamanho de grãos, existem denominações específicas, como definidas na Tabela 1.1 (item 1.2.4). Conhecida a distribuição granulométrica do solo, como na Figura 3.1, pode-se determinar a porcentagem correspondente a cada uma das frações acima especificadas. A figura 3.3 apresenta exemplos de curvas granulométricas de alguns solos brasileiros.

Figura 3.3 – Curvas granulométricas de alguns solos brasileiros

Deve-se notar que as mesmas designações usadas para expressar as frações granulométricas de um solo são empregadas para denominar os próprios solos. Diz-se,

por exemplo, que um solo é uma argila quando o seu comportamento é o de um solo argiloso, ainda que contenha partículas com diâmetros correspondentes às frações silte e areia. Da mesma forma, uma areia é um solo cujo comportamento é ditado pelos grãos arenosos que ele possui, embora partículas de outras frações possam estar presentes.

No caso de argilas, um terceiro sentido pode estar sendo empregado: os “minerais-argila”, uma família de minerais cujo arranjo de átomos foi descrito no item 1.2.5. Estes minerais se apresentam geralmente em formato de placas e em tamanhos reduzidos, predominantemente, mas não exclusivamente correspondentes à fração argila. São estes minerais que conferem a plasticidade característica aos solos argilosos.

3.2 Índices de consistência (Limites de Atterberg)

Só a distribuição granulométrica não caracteriza bem o comportamento dos solos sob o ponto de vista da engenharia. A fração fina dos solos tem uma importância muito grande neste comportamento. Quanto menores as partículas, maior a superfície específica (superfície das partículas dividida por seu peso ou por seu volume). Um cubo com 1 cm de aresta tem 6 cm² de área e volume de 1 cm³. Um conjunto de cubos com 0,05 mm (siltes) apresentam 125 cm² por cm³ de volume. Já certos tipos de argilas chegam a apresentar 300 m² de área por cm³ (1 cm³ é suficiente para cobrir uma sala de aula!).

O comportamento de partículas com superfícies específicas tão distintas perante a água é muito diferenciado. Por outro lado, as partículas de minerais-argila diferem acentuadamente pela estrutura mineralógica, bem como pelos cátions adsorvidos, como visto nos itens 1.2.5 e 1.3. Desta forma, para a mesma porcentagem de fração argila, o solo pode ter comportamento muito diferente, dependendo das características dos minerais presentes.

Todos estes fatores interferem no comportamento do solo, mas o estudo dos minerais-argila é muito complexo. À procura de uma forma mais prática de identificar a influência das partículas argilosas, a engenharia a substituiu por uma análise indireta, baseada no comportamento do solo na presença de água. Generalizou-se, para isto, o emprego de ensaios e índices propostos pelo engenheiro químico Attemberg, pesquisador do comportamento dos solos sob o aspecto agronômico, adaptados e padronizados pelo professor de Mecânica dos Solos, Arthur Casagrande.

Os limites se baseiam na constatação de que um solo argiloso ocorre com aspectos bem distintos conforme o seu teor de umidade. Quando muito úmido, ele se comporta como um líquido; quando perde parte de sua água, fica plástico; e quando mais seco, torna-se quebradiço. Este fato é bem ilustrado pelo comportamento do mineral transportado e depositado por rio ou córrego que transborda invadindo as ruas da cidade. Logo que o rio retorna ao seu leito, o barro resultante se comporta como um líquido: quando um automóvel passa, o barro é espirrado lateralmente. No dia