Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica
Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais
(Setor de Geotecnia)
MECÂNICA DOS SOLOS I
Conceitos introdutórios
Autores: Sandro Lemos Machado e Miriam de Fátima C. Machado
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Mecânica dos Solos UFBA, Notas de aula de Engenharia Geotécnica
Mecânica dos Solos UFBA parte 1 apostila
Tipologia: Notas de aula
2022
1 / 114
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Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica
Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais
(Setor de Geotecnia)
MECÂNICA DOS SOLOS I
Conceitos introdutórios
Autores: Sandro Lemos Machado e Miriam de Fátima C. Machado
MECÂNICA DOS SOLOS I
Conceitos introdutórios
NOTA DOS AUTORES
Este trabalho foi desenvolvido apoiando-se na estruturação e ordenação de tópicos
já existentes no Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais (DCTM), relativos à disciplina Mecânica dos Solos. Desta forma, a ordenação dos capítulos do trabalho e a sua lógica de apresentação devem muito ao material desenvolvido pelos professores deste Departamento, antes do ingresso do professor Sandro Lemos Machado à UFBA, o que se deu em 1997. Vale ressaltar também que o capítulo de origem e formação dos solos, cujo
conteúdo é apresentado no volume 1 deste trabalho, tem a sua fundamentação no material elaborado, com uma enorme base de conhecimento regional, pelos professores do DCTM e pelo aluno Maurício de Jesus Valadão, apresentado em um volume de notas de aulas , de grande valor didático e certamente referência bibliográfica obrigatória para os alunos que cursam a disciplina Mecânica dos Solos.
1. INTRODUÇÃO AO CURSO
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Quase todas as obras de engenharia têm, de alguma forma, de transmitir as cargas sobre elas impostas ao solo. Mesmo as embarcações, ainda durante o seu período de construção, transmitem ao solo as cargas devidas ao seu peso próprio. Além disto, em algumas obras, o solo é utilizado como o próprio material de construção, assim como o concreto e o aço são utilizados na construção de pontes e edifícios. São exemplos de obras que utilizam o solo como material de construção os aterros rodoviários, as bases para pavimentos de aeroportos e as barragens de terra, estas últimas podendo ser citadas como pertencentes a uma categoria de obra de engenharia a qual é capaz de concentrar, em um só local, uma enorme quantidade de recursos, exigindo para a sua boa construção uma gigantesca equipe de trabalho, calcada principalmente na interdisciplinaridade de seus componentes. O estudo do comportamento do solo frente às solicitações a ele impostas por estas obras é portanto de fundamental importância. Pode-se dizer que, de todas as obras de engenharia, aquelas relacionadas ao ramo do conhecimento humano definido como geotecnia (do qual a mecânica do solos faz parte), são responsáveis pela maior parte dos prejuízos causados à humanidade, sejam eles de natureza econômica ou mesmo a perda de vidas humanas. No Brasil, por exemplo, devido ao seu clima tropical e ao crescimento desordenado das metrópoles, um sem número de eventos como os deslizamentos de encostas ocorrem, provocando enormes prejuízos e ceifando a vida de centenas de pessoas a cada ano. Vê-se daqui a grande importância do engenheiro geotécnico no acompanhamento destas obras de engenharia, evitando por vezes a ocorrência de desastres catastróficos.
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Por ser o solo um material natural, cujo processo de formação não depende de forma direta da intervenção humana, o seu estudo e o entendimento de seu comportamento depende de uma série de conceitos desenvolvidos em ramos afins de conhecimento. A mecânica dos solos é o estudo do comportamento de engenharia do solo quando este é usado ou como material de construção ou como material de fundação. Ela é uma disciplina relativamente jovem da engenharia civil, somente sistematizada e aceita como ciência em 1925, após trabalho publicado por Terzaghi (Terzaghi, 1925), que é conhecido, com todos os méritos, como o pai da mecânica dos solos.
Um entendimento dos princípios da mecânica dos sólidos é essencial para o estudo da mecânica dos solos. O conhecimento e aplicação de princípios de outras matérias básicas como física e química são também úteis no entendimento desta disciplina. Por ser um material de origem natural, o processo de formação do solo, o qual é estudado pela geologia, irá influenciar em muito no seu comportamento. O solo, como veremos adiante, é um material trifásico, composto basicamente de ar, água e partículas sólidas. A parte fluida do solo (ar e água) pode se apresentar em repouso ou pode se movimentar pelos seus vazios mediante a existência de determinadas forças. O movimento da fase fluida do solo é estudado com base em conceitos desenvolvidos pela mecânica dos fluidos. Pode-se citar ainda algumas disciplinas, como a física dos solos, ministrada em cursos de agronomia, como de grande importância no estudo de uma mecânica dos solos mais avançada, denominada de mecânica dos solos não saturados. Além disto, o estudo e o desenvolvimento da mecânica dos solos são fortemente amparados em bases experimentais, a partir de ensaios de campo e laboratório.
A aplicação dos princípios da mecânica dos solos para o projeto e construção de fundações é denominada de "engenharia de fundações". A engenharia geotécnica (ou geotecnia) pode ser considerada como a junção da mecânica dos solos, da engenharia de fundações, da mecânica das rochas, da geologia de engenharia e mais recentemente da
2. ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS.
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Quando mencionamos a palavra solo já nos vem a mente uma idéia intuitiva do que se trata. No linguajar popular a palavra solo está intimamente relacionada com a palavra terra, a qual poderia ser definida como material solto, natural da crosta terrestre onde habitamos, utilizado como material de construção e de fundação das obras do homem. Uma definição precisa e teoricamente sustentada do significado da palavra solo é contudo bastante difícil, de modo que o termo solo adquire diferentes conotações a depender do ramo do conhecimento humano que o emprega. Para a agronomia, o termo solo significa o material relativamente fofo da crosta terrestre, consistindo de rochas decompostas e matéria orgânica, o qual é capaz de sustentar a vida. Desta forma, os horizontes de solo para agricultura possuem em geral pequena espessura. Para a geologia, o termo solo significa o material inorgânico não consolidado proveniente da decomposição das rochas, o qual não foi transportado do seu local de formação. Na engenharia, é conveniente definir como rocha aquilo que é impossível escavar manualmente, que necessite de explosivo para seu desmonte. Chamamos de solo, em engenharia, a rocha já decomposta ao ponto granular e passível de ser escavada apenas com o auxílio de pás e picaretas ou escavadeiras. A crosta terrestre é composta de vários tipos de elementos que se interligam e formam minerais. Esses minerais poderão estar agregados como rochas ou solo. Todo solo tem origem na desintegração e decomposição das rochas pela ação de agentes intempéricos ou antrópicos. As partículas resultantes deste processo de intemperismo irão depender fundamentalmente da composição da rocha matriz e do clima da região. Por ser o produto da decomposição das rochas, o solo invariavelmente apresenta um maior índice de vazios do que a rocha mãe, vazios estes ocupados por ar, água ou outro fluido de natureza diversa. Devido ao seu pequeno índice de vazios e as fortes ligações existentes entre os minerais, as rochas são coesas, enquanto que os solos são granulares. Os grãos de solo podem ainda estar impregnados de matéria orgânica. Desta forma, podemos dizer que para a engenharia, solo é um material granular composto de rocha decomposta, água, ar (ou outro fluido) e eventualmente matéria orgânica, que pode ser escavado sem o auxílio de explosivos.
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Intemperismo é o conjunto de processos físicos, químicos e biológicos pelos quais a rocha se decompõe para formar o solo. Por questões didáticas, o processo de intemperismo é freqüentemente dividido em três categorias: intemperismo físico químico e biológico. Deve se ressaltar contudo, que na natureza todos estes processos tendem a acontecer ao mesmo tempo, de modo que um tipo de intemperismo auxilia o outro no processo de transformação rocha- solo. Os processos de intemperismo físico reduzem o tamanho das partículas, aumentando sua área de superfície e facilitando o trabalho do intemperismo químico. Já os processos químicos e biológicos podem causar a completa alteração física da rocha e alterar suas propriedades químicas.
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É o processo de decomposição da rocha sem a alteração química dos seus componentes. Os principais agentes do intemperismo físico são citados a seguir: Variações de Temperatura - Da física sabemos que todo material varia de volume em função de variações na sua temperatura. Estas variações de temperatura ocorrem entre o dia e a noite e durante o ano, e sua intensidade será função do clima local. Acontece que uma rocha é geralmente formada de diferentes tipos de minerais, cada qual possuindo uma
constante de dilatação térmica diferente, o que faz a rocha deformar de maneira desigual em seu interior, provocando o aparecimento de tensões internas que tendem a fraturá-la. Mesmo rochas com uma uniformidade de componentes não têm uma arrumação que permita uma expansão uniforme, pois grãos compridos deformam mais na direção de sua maior dimensão, tendendo a gerar tensões internas e auxiliar no seu processo de desagregação. Repuxo coloidal - O repuxo coloidal é caracterizado pela retração da argila devido à sua diminuição de umidade, o que em contato com a rocha pode gerar tensões capazes de fraturá-la. Ciclos gelo/degelo - As fraturas existentes nas rochas podem se encontrar parcialmente ou totalmente preenchidas com água. Esta água, em função das condições locais, pode vir a congelar, expandindo-se e exercendo esforços no sentido de abrir ainda mais as fraturas preexistentes na rocha, auxiliando no processo de intemperismo (a água aumenta em cerca de 8% o seu volume devido à nova arrumação das suas moléculas durante a cristalização). Vale ressaltar também que a água transporta substâncias ativas quimicamente, incluindo sais que ao reagirem com ácidos provocam cristalização com aumento de volume. Alívio de pressões - Alívio de pressões irá ocorrer em um maciço rochoso sempre que da retirada de material sobre ou ao lado do maciço, provocando a sua expansão, o que por sua vez, irá contribuir no fraturamento, estricções e formação de juntas na rocha. Estes processos, isolados ou combinados (caso mais comum) "fraturam" as rochas continuamente, o que permite a entrada de agentes químicos e biológicos, cujos efeitos aumentam a fraturação e tende a reduzir a rocha a blocos cada vez menores.
É o processo de decomposição da rocha com a alteração química dos seus componentes. Há várias formas através das quais as rochas decompõem-se quimicamente. Pode-se dizer, contudo, que praticamente todo processo de intemperismo químico depende da presença da água. Entre os processos de intemperismo químico destacam-se os seguintes: Hidrólise - Dentre os processos de decomposição química do intemperismo, a hidrólise é a que se reveste de maior importância, porque é o mecanismo que leva a destruição dos silicatos, que são os compostos químicos mais importantes da litosfera. Em resumo, os minerais na presença dos íons H+^ liberados pela água são atacados, reagindo com os mesmos. O H+^ penetra nas estruturas cristalinas dos minerais desalojando os seus íons originais (Ca++, K+, Na+, etc.) causando um desequilíbrio na estrutura cristalina do mineral e levando-o a destruição. Hidratação - Como a própria palavra indica, é a entrada de moléculas de água na estrutura dos minerais. Alguns minerais quando hidratados (feldspatos, por exemplo) sofrem expansão, levando ao fraturamento da rocha. Carbonatação - O ácido carbônico é o responsável por este tipo de intemperismo. O intemperismo por carbonatação é mais acentuado em rochas calcárias por causa da diferença de solubilidade entre o CaCO 3 e o bicarbonato de cálcio formado durante a reação.
Os diferentes minerais constituintes das rochas originarão solos com características diversas, de acordo com a resistência que estes tenham ao intemperismo local. Há, inclusive, minerais que têm uma estabilidade química e física tal que normalmente não são decompostos. O quartzo, por exemplo, por possuir uma enorme estabilidade física e química é parte predominante dos solos grossos, como as areias e os pedregulhos.
Figura 2.1 - Ciclo rocha - solo
Podemos avaliar comparativamente as rochas vulcânicas e plutônicas pelo tamanho dos cristais, o que pode ser feito facilmente a olho nu ou com o auxílio de lupas. Cristais maiores indicam uma formação mais lenta, característica das rochas plutônicas, e vice-versa. Uma vez exposta, (fig. 2.1-1), a rocha sofre a ação das intempéries e forma os solos residuais (fig. 2.1-2), os quais podem ser transportados e depositados sobre outro solo de qualquer espécie ou sobre uma rocha (fig. 2.1 linha 2-3), vindo a se tornar um solo
sedimentar. A contínua deposição de solos faz aumentar a pressão e a temperatura nas camadas mais profundas, que terminam por ligarem seus grãos e formar as rochas sedimentares (fig. 2.1 linha 3-4), este processo chama-se litificação ou diagênese. As rochas sedimentares podem, da mesma maneira que as rochas ígneas, aflorarem à superfície e reiniciar o processo de formação de solo ( fig. 2.1 linha 4-1), ou de forma inversa, as deposições podem continuar e conseqüentemente prosseguir o aumento de pressão e temperatura, o que irá levar a rocha sedimentar a mudar suas características texturais e mineralógicas, a achatar os seus cristais de forma orientada transversalmente à pressão e a aumentar a ligação entre os cristais (fig. 2.1 linha 4-5). O material que surge daí tem características tão diversas da rocha original, que muda a sua designação e passa a se chamar rocha metamórfica. Naturalmente, a rocha metamórfica está sujeita a ser exposta (fig. 2.1 linha 5-1), decomposta e formar solo. Se persistir o aumento de pressão e temperatura graças à deposição de novas camadas de solo, a rocha fundirá e voltará à forma de magma (fig. 2.1 linha 5-6). Obviamente, todos esses processos. com exceção do vulcanismo e de alguns transportes mais rápidos, ocorrem numa escala de tempo geológica, isto é, de milhares ou milhões de anos.
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Há diferentes maneiras de se classificar os solos, como pela origem, pela sua evolução, pela presença ou não de matéria orgânica, pela estrutura, pelo preenchimento dos vazios, etc. Neste item apresentar-se-á uma classificação genética para os solos, ou seja, iremos classificá- los conforme o seu processo geológico de formação. Na classificação genética, os solos são divididos em dois grandes grupos, sedimentares e residuais, a depender da existência ou não de um agente de transporte na sua formação, respectivamente. Os principais agentes de transporte atuando na formação dos solos sedimentares são a água, o vento e a gravidade. Estes agentes de transporte influenciam fortemente nas propriedades dos solos sedimentares, a depender do seu grau de seletividade.
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São solos que permanecem no local de decomposição da rocha. Para que eles ocorram é necessário que a velocidade de decomposição da rocha seja maior do que a velocidade de remoção do solo por agentes externos. A velocidade de decomposição depende de vários fatores, entre os quais a temperatura, o regime de chuvas e a vegetação. As condições existentes nas regiões tropicais são favoráveis a degradações mais rápidas da rocha, razão pela qual há uma predominância de solos residuais nestas regiões (centro sul do Brasil, por exemplo). Como a ação das intempéries se dá, em geral, de cima para baixo, as camadas superiores são, via de regra, mais trabalhadas que as inferiores. Este fato nos permite visualizar todo o processo evolutivo do solo, de modo que passamos de uma condição de rocha sã, para profundidades maiores, até uma condição de solo residual maduro, em superfície. A fig. 2.2 ilustra um perfil típico de solo residual.
depositado no local. Merece uma atenção especial o solo formado pela decomposição da rocha sedimentar denominada de folhelho, muito comum no Recôncavo Baiano. Esta rocha, quando decomposta, produz uma argila conhecida popularmente como "massapê", que tem como mineral constituinte a montimorilonita, apresentando grande potencial de expansão na presença de água. As constantes mudanças de umidade a que o solo está submetido provocam variações de volume que geram sérios problemas nas construções (aterros ou edificações) assentes sobre estes solos. A fig. 2.4 apresenta fotos que ilustram alguns dos aspectos de um Folhelho/Massapê comumente encontrado em Pojuca, Região Metropolitana de Salvador. Na fig. 2.4(a) pode-se notar o aspecto extremamente fraturado do folhelho alterado enquanto na fig. 2.4(b) nota-se a existência de uma grande quantidade de trincas de tração originadas pela secagem do solo ao ser exposto à atmosfera.
Figura 2.3 - Perfil geotécnico típico do recôncavo Baiano.
(a) (b) Figura 2.4- Características do Folhelho/Massapê, encontrado em Pojuca-BA. (a) - Folhelho alterado e (b) - Retração típica do solo ao sofrer secagem.
Os solos sedimentares ou transportados são aqueles que foram levados ao seu local atual por algum agente de transporte e lá depositados. As características dos solos sedimentares são função do agente de transporte. Cada agente de transporte seleciona os grãos que transporta com maior ou menor facilidade, além disto, durante o transporte, as partículas de solo se desgastam e/ou quebram. Resulta daí um tipo diferente de solo para cada tipo de transporte. Esta influência é tão marcante que a denominação dos solos sedimentares é feita em função do agente de transporte predominante. Pode-se listar os agentes de transporte, por ordem decrescente de seletividade, da seguinte forma:
Ventos (Solos Eólicos) Águas (Solos Aluvionares) ♣ Água dos Oceanos e Mares (Solos Marinhos) ♣ Água dos Rios (Solos Fluviais) ♣ Água de Chuvas (Solos Pluviais) Geleiras (Solos Glaciais) Gravidade (Solos Coluvionares)
Os agentes naturais citados acima não devem ser encarados apenas como agentes de transporte, pois eles têm uma participação ativa no intemperismo e portanto na formação do próprio solo, o que ocorre naturalmente antes do seu transporte.
O transporte pelo vento dá origem aos depósitos eólicos de solo. Em virtude do atrito constante entre as partículas, os grãos de solo transportados pelo vento geralmente possuem forma arredondada. A capacidade do vento de transportar e erodir é muito maior do que possa parecer à primeira vista. Vários são os exemplos de construções e até cidades soterradas parcial ou totalmente pelo vento, como foram os casos de Itaúnas - ES e Tutóia - MA; os grãos mais finos do deserto do Saara atingem em grande escala a Inglaterra, percorrendo uma distância de mais de 3000km!. Como a capacidade de transporte do vento depende de sua velocidade, o solo é geralmente depositado em zonas de calmaria. O transporte eólico é o mais seletivo tipo de transporte das partículas do solo. Se por um lado grãos maiores e mais pesados não podem ser transportados, os solos finos, como as argilas, têm seus grãos unidos pela coesão, formando torrões dificilmente levados pelo vento. Esse efeito também ocorre em areias e siltes saturados (falsa coesão) o que faz da linha de lençol freático (definida por um valor de pressão da água intersticial igual a atmosférica) um limite para a atuação dos ventos. Pode-se dizer portanto que a ação do transporte do vento se restringe ao caso das areias finas ou silte. Por conta destas características, os solos eólicos possuem grãos de aproximadamente mesmo diâmetro, apresentando uma curva granulométrica denominada de uniforme. São exemplos de solos eólicos:
As dunas são exemplos comuns de solos eólicos nordeste do Brasil). A formação de uma duna se dá inicialmente pela existência de um obstáculo ao caminho natural do vento, o que diminui a sua velocidade e resulta na deposição de partículas de solo (fig. 2.5)
Mar
Vento
Figura 2.5- Atuação do transporte eólico na formação das dunas.
^ ^ ^ ^
Os rios durante sua existência têm várias fases. Em áreas de formação geológicas mais recentes, menos desgastadas, existem irregularidades topográficas muito grandes e por isso os rios têm uma inclinação maior e conseqüentemente uma maior velocidade. Existem vários fatores determinantes da capacidade de erosão e transporte dos rios, sendo a velocidade a mais importante. Assim, os rios mais jovens transportam mais matéria sólida do que os rios mais velhos. Sabe-se que os rios não possuem a mesma idade em toda a sua extensão; quanto mais distantes da nascente, menor a inclinação e a velocidade. As partículas de determinado tamanho passam a ter peso suficiente para se decantar e permanecer naquele ponto, outras menores só serão depositadas com velocidade também menor. O transporte fluvial pode ser descrito sumariamente da seguinte forma:
a) Os rios desgastam o relevo em sua parte mais elevada e levam os solos para sua parte mais baixa, existindo com o tempo uma tendência a planificação do leito. Rios mais velhos têm portanto menor velocidade e transportam menos. b) Cada tamanho de grão será depositado em um determinado ponto do rio, correspondente a uma determinada velocidade, o que leva os solos fluviais a terem uma certa uniformidade granulométrica. Solos muito finos, como as argilas, permanecerão em suspensão até decantar em mares ou lagos com água em repouso.
De um modo geral, pode-se dizer que os solos aluvionares apresentam um grau de uniformidade de tamanho de grãos intermediário entre os solos eólicos (mais uniformes) e coluvionares (menos uniformes).
^ ^
As ondas atingem as praias com um pequeno ângulo em relação ao continente. Isso faz com que a areia, além do movimento de vai e vem das ondas, desloquem-se também ao longo da praia. Obras que impeçam esse fluxo tendem a ser pontos de deposição de areia, o que pode acarretar sérios problemas.
^ ^ ^ !"^ ^
De pequena importância para nós, os solos formados pelas geleiras, ao se deslocarem pela ação da gravidade, são comuns nas regiões temperadas. São formados de maneira análoga aos solos fluviais. A corrente de gelo que escorre de pontos elevados onde o gelo é formado para as zonas mais baixas, leva consigo partículas de solo e rocha, as quais, por sua vez, aumentam o desgaste do terreno. Os detritos são depositados nas áreas de degelo. Uma ampla gama de tamanho de partículas é transportada, levando assim a formação de solos bastante heterogêneos que possuem desde grandes blocos de rocha até materiais de granulometria fina.
São solos formados pela ação da gravidade. Os solos coluvionares são dentre os solos transportados os mais heterogêneos granulometricamente, pois a gravidade transporta indiscriminadamente desde grandes blocos de rocha até as partículas mais finas de argila. Entre os solos coluvionares estão os escorregamentos das escarpas da Serra do Mar formando os Tálus nos pés do talude, massas de materiais muito diversas e sujeitas a movimentações de rastejo. Têm sido também classificados como coluviões os solos superficiais do Planalto Brasileiro depositados sobre solos residuais.
^ ^ - Os tálus são solos coluvionares formados pelo deslizamento de solo do topo
das encostas. No sul da Bahia existem solos formados pela deposição de colúvios em áreas mais baixas, os quais se apresentam geralmente com altos teores de umidade e são propícios à lavoura cacaueira. Encontram-se solos coluvionares (tálus) também na Cidade Baixa, em Salvador, ao pé da encosta paralela à falha geológica que atravessa a Baia de Todos os Santos. De extrema beleza são os tálus encontrados na Chapada Diamantina, Bahia. A fig. 2.6 lustra formações típicas da região. A parte mais inclinada dos morros corresponde à formação original, enquanto que a parte menos inclinada é composta basicamente de solo coluvionar (tálus). .
Figura 2.6 - Exemplos de solos coluvionares (tálus) encontrados na chapada diamantina.
Formados pela impregnação do solo por sedimentos orgânicos preexistentes, em geral misturados a restos de vegetais e animais. Podem ser identificados pela cor escura e por possuir forte cheiro característico. Têm granulometria fina, pois os solos grossos tem uma permeabilidade que permite a "lavagem" dos grãos, eximindo-os da matéria impregnada.
^ ^ - solos que encorporam florestas soterradas em estado avançado de
decomposição. Têm estrutura fibrilar composta de restos de fibras vegetais e não se aplicam aí as teorias da Mecânica dos Solos, sendo necessários estudos especiais. Têm ocorrência registrada na Bahia, Sergipe, Rio Grande do Sul e outros estados do Brasil.
! #"$"%^ &('^ *) " + , (^) Alguns solos sofrem, em seu local de formação (ou de deposição) uma série de transformações físico-químicas que os levam a ser classificados como solos de evolução pedogênica. Os solos lateríticos são um tipo de solo de evolução pedogênica. O processo de laterização é típico de regiões onde há uma nítida separação entre períodos chuvosos e secos e é caracterizado pela lavagem da sílica coloidal dos horizontes superiores do solo, com posterior deposição desta em horizontes mais profundos, resultando em solos superficiais com altas concentrações de óxidos de ferro e alumínio. A importância do processo de laterização no comportamento dos solos tropicais é discutida no item classificação dos solos.
formato mais angulares, por possuírem em geral uma menor área de contato, são mais susceptíveis a se quebrarem.
^ ^ ^
Quando as partículas que constituem o solo possuem dimensões menores que 0,074mm (DNER), ou 0,06mm (ABNT), o solo é considerado fino e, neste caso, será classificado como argila ou como silte. Nos solos formados por partículas muito pequenas, as forças que intervêm no processo de estruturação do solo são de caráter muito mais complexo e serão estudadas no item composição mineralógica dos solos. Os solos finos possuem partículas com formas lamelares, fibrilares e tubulares e é o mineral que determina a forma da partícula. As partículas de argila normalmente apresentam uma ou duas direções em que o tamanho da partícula é bem superior àquele apresentado em uma terceira direção. O comportamento dos solos finos é definido pelas forças de superfície (moleculares, elétricas) e pela presença de água, a qual influi de maneira marcante nos fenômenos de superfície dos argilo-minerais.
A fração granulométrica do solo classificada como argila (diâmetro inferior a 0,002mm) se caracteriza pela sua plasticidade marcante (capacidade de se deformar sem apresentar variações volumétricas) e elevada resistência quando seca. É a fração mais ativa dos solos.
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Apesar de serem classificados como solos finos, o comportamento dos siltes é governado pelas mesmas forças dos solos grossos (forças gravitacionais), embora possuam alguma atividade. Estes possuem granulação fina, pouca ou nenhuma plasticidade e baixa resistência quando seco. A fig. 3.1 apresenta a escala granulométrica adotada pela ABNT (NBR 6502):
Figura 3.1 - Escala granulométrica da ABNT NBR 6502 de 1995
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Muitas vezes em campo temos a necessidade de uma identificação prévia do solo, sem que o uso do aparato de laboratório esteja disponível. Esta classificação primária é extremamente importante na definição (ou escolha) de ensaios de laboratório mais elaborados e pode ser obtida a partir de alguns testes feitos rapidamente em uma amostra de solo. No processo de identificação tátil visual de um solo utilizam-se freqüentemente os seguintes procedimentos (vide NBR 7250):
Tato : Esfrega-se uma porção do solo na mão. As areias são ásperas; as argilas parecem com um pó quando secas e com sabão quando úmidas.
Argila Fina Média
Areia
Silte Grossa (^) Pedregulho
2,
mm 0,002 0,06 0,20 0,60 60,
Pedra de mão
Plasticidade : Moldar bolinhas ou cilindros de solo úmido. As argilas são moldáveis enquanto as areias e siltes não são moldáveis. Resistência do solo seco : As argilas são resistentes a pressão dos dedos enquanto os siltes e areias não são. Dispersão em água : Misturar uma porção de solo seco com água em uma proveta, agitando-a. As areias depositam-se rapidamente, enquanto que as argilas turvam a suspensão e demoram para sedimentar. Impregnação : Esfregar uma pequena quantidade de solo úmido na palma de uma das mãos. Colocar a mão embaixo de uma torneira aberta e observar a facilidade com que a palma da mão fica limpa. Solos finos se impregnam e não saem da mão com facilidade. Dilatância: O teste de dilatância permite obter uma informação sobre a velocidade de movimentação da água dentro do solo. Para a realização do teste deve-se preparar uma amostra de solo com cerca de 15mm de diâmetro e com teor de umidade que lhe garanta uma consistência mole. O solo deve ser colocado sobre a palma de uma das mãos e distribuído uniformemente sobre ela, de modo que não apareça uma lâmina d'água. O teste se inicia com um movimento horizontal da mão, batendo vigorosamente a sua lateral contra a lateral da outra mão, diversas vezes. Deve-se observar o aparecimento de uma lâmina d'água na superfície do solo e o tempo para a ocorrência. Em seguida, a palma da mão deve ser curvada, de forma a exercer uma leve compressão na amostra, observando-se o que poderá ocorrer à lâmina d' água, se existir, à superfície da amostra. O aparecimento da lâmina d água durante a fase de vibração, bem como o seu desaparecimento durante a compressão e o tempo necessário para que isto aconteça deve ser comparado aos dados da tabela 3.1, para a classificação do solo.
Tabela 3.1 - Teste de dilatância
Descrição da ocorrência de lâmina d'água durante Vibração (aparecimento) Compressão (desaparecimento)
Dilatância
Não há mudança visível Nenhuma (argila) Aparecimento lento Desaparecimento lento Lenta (silte ou areia argilosos) Aparecimento médio Desaparecimento médio Média (Silte, areia siltosa) Aparecimento rápido Desaparecimento rápido Rápida (areia)
Após realizados estes testes, classifica-se o solo de modo apropriado, de acordo com os resultados obtidos (areia siltosa, argila arenosa, etc.). Os solos orgânicos são identificados em separado, em função de sua cor e odor característicos.
Além da identificação tátil visual do solo, todas as informações pertinentes à identificação do mesmo, disponíveis em campo, devem ser anotadas. Deve-se informar, sempre que possível, a eventual presença de material cimentante ou matéria orgânica, a cor do solo, o local da coleta do solo, sua origem geológica, sua classificação genética, etc.
A distinção entre solos argilosos e siltosos, na prática da engenharia geotécnica, possui certas dificuldades, já que ambos os solos são finos. Porém, após a identificação tátil-visual ter sido realizada, algumas diferenças básicas entre eles, já citadas nos parágrafos anteriores, podem ser utilizadas para distingui-los.
1- O solo é classificado como argiloso quando se apresenta bastante plástico em presença de água, formando torrões resistentes ao secar. Já os solos siltosos quando secos, se esfarelam com facilidade. 2- Os solos argilosos se desmancham na água mais lentamente que os solos siltosos. Os solos siltosos, por sua vez, apresentam dilatância marcante, o que não ocorre com os solos argilosos.