Apostila de mec solos ba i

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Apostila de mec solos ba i

  1. 1. Universidade Federal da Bahia - Escola PolitécnicaDepartamento 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
  2. 2. 1 MECÂNICA DOS SOLOS I Conceitos introdutórios SUMÁRIO1. INTRODUÇÃO AO CURSO. 4 1.1 Importância do estudo dos solos 4 1.2 A mecânica dos solos, a geotecnia e disciplinas relacionadas. 4 1.3 Aplicações de campo da mecânica dos solos. 5 1.4 Desenvolvimento do curso. 52. ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS. 6 2.1 Conceituação de solo e de rocha. 6 2.2 Intemperismo. 6 2.3 Ciclo rocha - solo. 8 2.4 Classificação do solo quanto a origem e formação. 103. TEXTURA E ESTRUTURA DOS SOLOS. 17 3.1 Tamanho e forma das partículas. 17 3.2 Identificação táctil visual dos solos. 18 3.3 Análise granulométrica. 20 3.4 Designação segundo NBR 6502. 23 3.5 Estrutura dos solos. 24 3.6 Composição química e mineralógica 254. FASES SÓLIDA - ÁGUA - AR. 28 4.1 Fase sólida. 28 4.2 Fase gasosa. 28 4.3 Fase líquida. 285. LIMITES DE CONSISTÊNCIA. 29 5.1 Noções básicas 29 5.2 Estados de consistência. 29 5.3 Determinação dos limites de consistência. 30 5.4 Índices de consistência 32 5.5 Alguns conceitos importantes. 336. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS. 36 6.1 Classificação segundo o Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS). 37 6.2 Classificação segundo a AASHTO. 427. ÍNDICES FÍSICOS. 46 7.1 Introdução. 46 7.2 Relações entre volumes. 46 7.3 Relação entre pesos e volumes - pesos específicos ou entre massas e volumes - massa específica. 47 7.4 Diagrama de fases. 48 7.5 Utilização do diagrama de fases para a determinação das relações entre os diversos índices físicos. 49 7.6 Densidade relativa 49 7.7 Ensaios necessários para determinação dos índices físicos. 50
  3. 3. 2 7.8 Valores típicos. 518. DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NO SOLO 52 8.1 Introdução. 52 8.2 Tensões em uma massa de solo. 52 8.3 Cálculo das tensões geostáticas. 54 8.4 Exemplo de aplicação. 56 8.5 Acréscimos de tensões devido à cargas aplicadas. 579. COMPACTAÇÃO. 73 9.1 Introdução 73 9.2 O emprego da compactação 73 9.3 Diferenças entre compactação e adensamento. 73 9.4 Ensaio de compactação 74 9.5 Curva de compactação. 74 9.6 Energia de compactação. 76 9.7 Influência da compactação na estrutura dos solos. 77 9.8 Influência do tipo de solo na curva de compactação 77 9.9 Escolha do valor de umidade para compactação em campo 78 9.10 Equipamentos de campo 79 9.11 Controle da compactação. 81 9.12 Índice de suporte Califórnia (CBR). 8310. INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO. 86 10.1 Introdução. 86 10.2 Métodos de prospecção geotécnica. 87
  4. 4. 3 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.
  5. 5. 41. INTRODUÇÃO AO CURSO (¨ 420¨10¨$()¥( $# ! ¨£§¥¢£¡   ¡   3 ¨ % ¨ © ¦ ¤ Quase todas as obras de engenharia têm, de alguma forma, de transmitir as cargassobre elas impostas ao solo. Mesmo as embarcações, ainda durante o seu período deconstrução, transmitem ao solo as cargas devidas ao seu peso próprio. Além disto, emalgumas obras, o solo é utilizado como o próprio material de construção, assim como oconcreto e o aço são utilizados na construção de pontes e edifícios. São exemplos de obrasque utilizam o solo como material de construção os aterros rodoviários, as bases parapavimentos de aeroportos e as barragens de terra, estas últimas podendo ser citadas comopertencentes a uma categoria de obra de engenharia a qual é capaz de concentrar, em um sólocal, uma enorme quantidade de recursos, exigindo para a sua boa construção umagigantesca equipe de trabalho, calcada principalmente na interdisciplinaridade de seuscomponentes. O estudo do comportamento do solo frente às solicitações a ele impostas porestas obras é portanto de fundamental importância. Pode-se dizer que, de todas as obras deengenharia, aquelas relacionadas ao ramo do conhecimento humano definido como geotecnia(do qual a mecânica do solos faz parte), são responsáveis pela maior parte dos prejuízoscausados à humanidade, sejam eles de natureza econômica ou mesmo a perda de vidashumanas. No Brasil, por exemplo, devido ao seu clima tropical e ao crescimento desordenadodas 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-sedaqui a grande importância do engenheiro geotécnico no acompanhamento destas obras deengenharia, evitando por vezes a ocorrência de desastres catastróficos. 2$4 ¨ ! AC2( B ¦ 2 £## ! (4A(4#98 ¨ 220(¨$# 4§7$ ¡5  ¡ ! ! 3 %© ! 3 % % ¨ % @ ! 3 ¨ ! % ¤ 6 ¡ Por ser o solo um material natural, cujo processo de formação não depende de formadireta da intervenção humana, o seu estudo e o entendimento de seu comportamento dependede uma série de conceitos desenvolvidos em ramos afins de conhecimento. A mecânica dossolos é o estudo do comportamento de engenharia do solo quando este é usado ou comomaterial de construção ou como material de fundação. Ela é uma disciplina relativamentejovem da engenharia civil, somente sistematizada e aceita como ciência em 1925, apóstrabalho 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 damecânica dos solos. O conhecimento e aplicação de princípios de outras matérias básicascomo física e química são também úteis no entendimento desta disciplina. Por ser um materialde origem natural, o processo de formação do solo, o qual é estudado pela geologia, iráinfluenciar em muito no seu comportamento. O solo, como veremos adiante, é um materialtrifásico, composto basicamente de ar, água e partículas sólidas. A parte fluida do solo (ar eágua) pode se apresentar em repouso ou pode se movimentar pelos seus vazios mediante aexistência de determinadas forças. O movimento da fase fluida do solo é estudado com baseem conceitos desenvolvidos pela mecânica dos fluidos. Pode-se citar ainda algumasdisciplinas, como a física dos solos, ministrada em cursos de agronomia, como de grandeimportância no estudo de uma mecânica dos solos mais avançada, denominada de mecânicados solos não saturados. Além disto, o estudo e o desenvolvimento da mecânica dos solos sãofortemente 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 defundações é denominada de engenharia de fundações. A engenharia geotécnica (ougeotecnia) pode ser considerada como a junção da mecânica dos solos, da engenharia de
  6. 6. 5fundações, da mecânica das rochas, da geologia de engenharia e mais recentemente dageotecnia ambiental, que trata de problemas como transporte de contaminantes pelo solo,avaliação de locais impactados, proposição de medidas de remediação para áreas impactadas,projetos de sistemas de proteção em aterros sanitários, etc. ££¥4 £%10¥)(%#¥ ©§¥£ ¡¢  ¡ ¨ ! 3 2 $ ! ¦ $ ! ¨ ¦ ¤ ¡ Fundações: As cargas de qualquer estrutura têm de ser, em última instância,descarregadas no solo através de sua fundação. Assim a fundação é uma parte essencial dequalquer estrutura. Seu tipo e detalhes de sua construção podem ser decididos somente com oconhecimento e aplicação de princípios da mecânica dos solos. Obras subterrâneas e estruturas de contenção: Obras subterrâneas como estruturasde drenagem, dutos, túneis e as obras de contenção como os muros de arrimo, cortinasatirantadas somente podem ser projetadas e construídas usando os princípios da mecânica dossolos e o conceito de interação solo-estrutura. Projeto de pavimentos: o projeto de pavimentos pode consistir de pavimentosflexíveis ou rígidos. Pavimentos flexíveis dependem mais do solo subjacente para transmissãodas cargas geradas pelo tráfego. Problemas peculiares no projeto de pavimentos flexíveis sãoo efeito de carregamentos repetitivos e problemas devidos às expansões e contrações do solopor variações em seu teor de umidade. Escavações, aterros e barragens: A execução de escavações no solo requerfreqüentemente o cálculo da estabilidade dos taludes resultantes. Escavações profundaspodem necessitar de escoramentos provisórios, cujos projetos devem ser feitos com base namecânica dos solos. Para a construção de aterros e de barragens de terra, onde o solo éempregado como material de construção e fundação, necessita-se de um conhecimentocompleto do comportamento de engenharia dos solos, especialmente na presença de água. Oconhecimento da estabilidade de taludes, dos efeitos do fluxo de água através do solo, doprocesso de adensamento e dos recalques a ele associados, assim como do processo decompactação empregado é essencial para o projeto e construção eficientes de aterros ebarragens de terra. 1£I£F¥EDB$ 9 1A@£ 87£5 ¡  ¡ H G ! C 3 ¨ 9 3 6 ¡ Este curso de mecânica dos solos pode ter sua parte teórica dividida em duas partes:uma parte envolvendo os tópicos origem e formação dos solos, textura e estrutura dos solos,análise granulométrica, estudo das fases ar-água-partículas sólidas, limites de consistência,índices físicos e classificação dos solos, onde uma primeira aproximação é feita com o temasolos e uma segunda parte, envolvendo os tópicos tensões geostáticas e induzidas,compactação, permeabilidade dos solos, compressibilidade dos solos, resistência aocisalhamento, estabilidade de taludes e empuxos de terra e estruturas de contenção, onde umtratamento mais fundamentado na ótica da engenharia civil é dado aos solos.
  7. 7. 62. ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS.¨©21%#)$¦ ¨¨%$¢ ©¨¥¥¡ £ ¢  3 ¦0 ( ¦ # ¦ ! § ¦ ¤ ¡ Quando mencionamos a palavra solo já nos vem a mente uma idéia intuitiva do que setrata. No linguajar popular a palavra solo está intimamente relacionada com a palavra terra, aqual 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 definiçãoprecisa e teoricamente sustentada do significado da palavra solo é contudo bastante difícil, demodo que o termo solo adquire diferentes conotações a depender do ramo do conhecimentohumano que o emprega. Para a agronomia, o termo solo significa o material relativamentefofo da crosta terrestre, consistindo de rochas decompostas e matéria orgânica, o qual é capazde sustentar a vida. Desta forma, os horizontes de solo para agricultura possuem em geralpequena espessura. Para a geologia, o termo solo significa o material inorgânico nãoconsolidado proveniente da decomposição das rochas, o qual não foi transportado do seu localde formação. Na engenharia, é conveniente definir como rocha aquilo que é impossívelescavar manualmente, que necessite de explosivo para seu desmonte. Chamamos de solo, emengenharia, a rocha já decomposta ao ponto granular e passível de ser escavada apenas com oauxílio de pás e picaretas ou escavadeiras. A crosta terrestre é composta de vários tipos de elementos que se interligam e formamminerais. Esses minerais poderão estar agregados como rochas ou solo. Todo solo tem origemna desintegração e decomposição das rochas pela ação de agentes intempéricos ou antrópicos.As partículas resultantes deste processo de intemperismo irão depender fundamentalmente dacomposição da rocha matriz e do clima da região. Por ser o produto da decomposição dasrochas, 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 seupequeno índice de vazios e as fortes ligações existentes entre os minerais, as rochas sãocoesas, enquanto que os solos são granulares. Os grãos de solo podem ainda estarimpregnados de matéria orgânica. Desta forma, podemos dizer que para a engenharia, solo éum material granular composto de rocha decomposta, água, ar (ou outro fluido) eeventualmente matéria orgânica, que pode ser escavado sem o auxílio de explosivos. BA @9¢65¢  ¢ ¦ 7 0 8 7 §4 ¡ ¡ Intemperismo é o conjunto de processos físicos, químicos e biológicos pelos quais arocha se decompõe para formar o solo. Por questões didáticas, o processo de intemperismo éfreqüentemente dividido em três categorias: intemperismo físico químico e biológico. Deve seressaltar 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, aumentandosua área de superfície e facilitando o trabalho do intemperismo químico. Já os processosquímicos e biológicos podem causar a completa alteração física da rocha e alterar suaspropriedades químicas. © ¢ F2$9A @D¢25¡ C¢  ¢ ¦ E ¦ 7 0 8 7 § 4 £¡ ¡ É o processo de decomposição da rocha sem a alteração química dos seuscomponentes. Os principais agentes do intemperismo físico são citados a seguir: Variações de Temperatura - Da física sabemos que todo material varia de volumeem função de variações na sua temperatura. Estas variações de temperatura ocorrem entre odia e a noite e durante o ano, e sua intensidade será função do clima local. Acontece que uma
  8. 8. 7rocha é geralmente formada de diferentes tipos de minerais, cada qual possuindo umaconstante de dilatação térmica diferente, o que faz a rocha deformar de maneira desigual emseu interior, provocando o aparecimento de tensões internas que tendem a fraturá-la. Mesmorochas com uma uniformidade de componentes não têm uma arrumação que permita umaexpansão 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 àsua diminuição de umidade, o que em contato com a rocha pode gerar tensões capazes defraturá-la. Ciclos gelo/degelo- As fraturas existentes nas rochas podem se encontrar parcialmenteou totalmente preenchidas com água. Esta água, em função das condições locais, pode vir acongelar, expandindo-se e exercendo esforços no sentido de abrir ainda mais as fraturaspreexistentes na rocha, auxiliando no processo de intemperismo (a água aumenta em cerca de8% o seu volume devido à nova arrumação das suas moléculas durante a cristalização). Valeressaltar também que a água transporta substâncias ativas quimicamente, incluindo sais queao reagirem com ácidos provocam cristalização com aumento de volume. Alívio de pressões - Alívio de pressões irá ocorrer em um maciço rochoso sempre queda retirada de material sobre ou ao lado do maciço, provocando a sua expansão, o que por suavez, irá contribuir no fraturamento, estricções e formação de juntas na rocha. Estes processos,isolados ou combinados (caso mais comum) fraturam as rochas continuamente, o quepermite a entrada de agentes químicos e biológicos, cujos efeitos aumentam a fraturação etende a reduzir a rocha a blocos cada vez menores.)( #$£ ©¢©§¤¥£  ¢  ¢  % ! ¨ ¦ ¡ ¡ ¡ É o processo de decomposição da rocha com a alteração química dos seuscomponentes. Há várias formas através das quais as rochas decompõem-se quimicamente.Pode-se dizer, contudo, que praticamente todo processo de intemperismo químico depende dapresença da água. Entre os processos de intemperismo químico destacam-se os seguintes: Hidrólise - Dentre os processos de decomposição química do intemperismo, ahidrólise é a que se reveste de maior importância, porque é o mecanismo que leva a destruiçãodos silicatos, que são os compostos químicos mais importantes da litosfera. Em resumo, osminerais 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 adestruição. Hidratação - Como a própria palavra indica, é a entrada de moléculas de água naestrutura dos minerais. Alguns minerais quando hidratados (feldspatos, por exemplo) sofremexpansão, levando ao fraturamento da rocha. Carbonatação - O ácido carbônico é o responsável por este tipo de intemperismo. Ointemperismo por carbonatação é mais acentuado em rochas calcárias por causa da diferençade solubilidade entre o CaCo3 e o bicarbonato de cálcio formado durante a reação. Os diferentes minerais constituintes das rochas originarão solos com característicasdiversas, 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 sãodecompostos. O quartzo, por exemplo, por possuir uma enorme estabilidade física e química éparte predominante dos solos grossos, como as areias e os pedregulhos.
  9. 9. 8 32 10( ¦%#! ¦¢¨¦¤£ ¢  ¢  ) $ © §¥ ¡ ¡ ¡ Neste caso, a decomposição da rocha se dá graças a esforços mecânicos produzidospor vegetais através das raízes, por animais através de escavações dos roedores, da atividadede minhocas ou pela ação do próprio homem, ou por uma combinação destes fatores, ou aindapela liberação de substâncias agressivas quimicamente, intensificando assim o intemperismoquímico, seja pela decomposição de seus corpos ou através de secreções, como é o caso dosouriços do mar. Logo, os fatores biológicos de maior importância incluem a influência da vegetação noprocesso de fraturamento da rocha e o ciclo de meio ambiente entre solo e planta e entreanimais e solo. Pode-se dizer que a maior parte do intemperismo biológico poderia serclassificado como uma categoria do intemperismo químico em que as reações químicas queocorrem nas rochas são propiciadas por seres vivos. %GFE D0B#! ¦¢C3§ B1A9 ¤0¢86 ¨¨¥¦¤4 ¢  ¢  @ © § © @ 2 § 7 5 § ¡ ¡ ¡ O intemperismo químico possui um poder de desagregação da rocha muito maior doque o intemperismo físico. Deste modo, solos gerados em regiões onde há a predominância dointemperismo químico tendem a ser mais profundos e mais finos do que aqueles solosformados em locais onde há a predominância do intemperismo físico. Além disto,obviamente, os solos originados a partir de uma predominância do intemperismo físicoapresentarão uma composição química semelhante à da rocha mãe, ao contrário daquelessolos formados em locais onde há predominância do intemperismo químico. P! R#¢C3§ Q1FE F0QP 0I1A9 ¤0¢86 ¨¨¥¦¢H ¢  ¢  © @ © § 9 2 @ 2 § 7 5 § ¡ ¡ ¡ Conforme relatado anteriormente, a água é um fator fundamental no desenvolvimentodo intemperismo químico da rocha. Deste modo, regiões com altos índices de pluviosidade ealtos valores de umidade relativa do ar tendem a apresentar uma predominância deintemperismo do tipo químico, o contrário ocorrendo em regiões de clima seco. !Q¤2¤¨B 02 UT£ ¢  W 9 V S ¡ ¡ Como vimos, todo solo provém de uma rocha pré-existente, mas dada a riqueza da suaformação não é de se esperar do solo uma estagnação a partir de um certo ponto. Como emtudo na natureza, o solo continua suas transformações, podendo inclusive voltar a ser rocha.De forma simplificada, definiremos a seguir um esquema de transformações que vai domagma ao solo sedimentar e volta ao magma (fig. 2.1). No interior do Globo Terrestre, graças às elevadas pressões e temperaturas, oselementos químicos que compõe as rochas se encontram em estado líquido, formando omagma (fig. 2.1 -6). A camada sólida da Terra pode romper-se em pontos localizados e deixar escapar omagma. Desta forma, haverá um resfriamento brusco do magma (fig. 2.1 linha 6-1), que setransformará em rochas ígneas, nas quais não haverá tempo suficiente para o desenvolvimentode estruturas cristalinas mais estáveis. O processo indicado pela linha 6-1 é denominado deextrusão vulcânica ou derrame e é responsável pela formação da rocha ígnea denominada debasalto. A depender do tempo de resfriamento, o basalto pode mesmo vir a apresentar umaestrutura vítrea. Quando o magma não chega à superfície terrestre, mas ascende a pontos maispróximos à superfície, com menor temperatura e pressão, ocorre um resfriamento mais lento(fig. 2.1 linha 6-7), o que permite a formação de estruturas cristalinas mais estáveis, e,portanto, de rochas mais resistentes, denominadas de intrusivas ou plutônicas (diabásio, gabroe granito).
  10. 10. 9 Figura 2.1 - Ciclo rocha - solo Podemos avaliar comparativamente as rochas vulcânicas e plutônicas pelo tamanhodos cristais, o que pode ser feito facilmente a olho nu ou com o auxílio de lupas. Cristaismaiores 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 solosresiduais (fig. 2.1-2), os quais podem ser transportados e depositados sobre outro solo de
  11. 11. 10qualquer espécie ou sobre uma rocha (fig. 2.1 linha 2-3), vindo a se tornar um solosedimentar. A contínua deposição de solos faz aumentar a pressão e a temperatura nascamadas mais profundas, que terminam por ligarem seus grãos e formar as rochassedimentares (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 àsuperfície e reiniciar o processo de formação de solo ( fig. 2.1 linha 4-1), ou de formainversa, as deposições podem continuar e conseqüentemente prosseguir o aumento de pressãoe temperatura, o que irá levar a rocha sedimentar a mudar suas características texturais emineralógicas, a achatar os seus cristais de forma orientada transversalmente à pressão e aaumentar a ligação entre os cristais (fig. 2.1 linha 4-5). O material que surge daí temcaracterísticas tão diversas da rocha original, que muda a sua designação e passa a se chamarrocha 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 deposiçãode 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 algunstransportes mais rápidos, ocorrem numa escala de tempo geológica, isto é, de milhares oumilhões de anos. ¢@¢92#8¢¢5 ¢32)! ¤¤%$#¢ ¢© ¨¦¤£ ¢ ! © 7 4 ! 6 7 6 4 ! © !1 0 © ( § ! ! ! © § ¥ ¡ ¡ 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, sedimentarese 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 solossedimentares são a água, o vento e a gravidade. Estes agentes de transporte influenciamfortemente nas propriedades dos solos sedimentares, a depender do seu grau de seletividade. $©$ ¢HGF@! ¤!ED¡ B¤£ ¢  ( 6 4 § C A¡ ¡ São solos que permanecem no local de decomposição da rocha. Para que eles ocorramé necessário que a velocidade de decomposição da rocha seja maior do que a velocidade deremoção do solo por agentes externos. A velocidade de decomposição depende de vários fatores, entre os quais atemperatura, o regime de chuvas e a vegetação. As condições existentes nas regiões tropicaissão favoráveis a degradações mais rápidas da rocha, razão pela qual há uma predominância desolos residuais nestas regiões (centro sul do Brasil, por exemplo). Como a ação das intempéries se dá, em geral, de cima para baixo, as camadassuperiores são, via de regra, mais trabalhadas que as inferiores. Este fato nos permitevisualizar todo o processo evolutivo do solo, de modo que passamos de uma condição derocha sã, para profundidades maiores, até uma condição de solo residual maduro, emsuperfície. A fig. 2.2 ilustra um perfil típico de solo residual.
  12. 12. 11 Solo maduro Solo jovem Deformabilidade Resistência Saprolito Rocha alterada Rocha sã Figura 2.2 - Perfil típico de solo residual. Conforme se pode observar da fig. 2.2, a rocha sã passa paulatinamente à rochafraturada, depois ao saprolito, ao solo residual jovem e ao solo residual maduro. Em setratando de solos residuais, é de grande interesse a identificação da rocha sã, pois elacondiciona, entre outras coisas, a própria composição química do solo. A rocha alterada caracteriza-se por uma matriz de rocha possuindo intrusões de solo,locais onde o intemperismo atuou de forma mais eficiente. O solo saprolítico ainda guarda características da rocha mãe e tem basicamente osmesmos minerais, porém a sua resistência já se encontra bastante reduzida. Este pode sercaracterizado como uma matriz de solo envolvendo grandes pedaços de rocha altamentealterada. Visualmente pode confundir-se com uma rocha alterada, mas apresentarelativamente a rocha pequena resistência ao cisalhamento. Nos horizontes saprolíticos écomum a ocorrência de grandes blocos de rocha denominados de matacões, responsáveis pormuitos problemas quando do projeto de fundações. O solo residual jovem apresenta boa quantidade de material que pode ser classificadocomo pedregulho (# 4,8 mm). Geralmente são bastante irregulares quanto a resistênciamecânica, coloração, permeabilidade e compressibilidade, já que o processo de transformaçãonão se dá em igual intensidade em todos os pontos, comumente existindo blocos da rocha noseu interior. Pode-se dizer também que nos horizontes de solo jovem e saprolítico assondagens a percussão a serem realizadas devem ser revestidas de muito cuidado, haja vistaque a presença de material pedregulhoso pode vir a danificar os amostradores utilizados,vindo a mascarar os resultados obtidos. Os solos maduros, mais próximos à superfície, são mais homogêneos e nãoapresentam semelhanças com a rocha original. De uma forma geral, há um aumento daresistência ao cisalhamento, da textura (granulometria) e da heterogeneidade do solo com aprofundidade, razão esta pela qual a realização de ensaios de laboratório em amostras de soloresidual jovem ou do horizonte saprolítico é bastante trabalhosa. No Recôncavo Baiano é comum a ocorrência de solos residuais oriundos de rochassedimentares. Um perfil típico de solo do recôncavo Baiano é apresentado na fig. 2.3, sendoconstituído de camadas sucessivas de argila e areia, coerente com o material que foi
  13. 13. 12depositado no local. Merece uma atenção especial o solo formado pela decomposição darocha sedimentar denominada de folhelho, muito comum no Recôncavo Baiano. Esta rocha,quando decomposta, produz uma argila conhecida popularmente como massapê, que temcomo mineral constituinte a montimorilonita, apresentando grande potencial de expansão napresença de água. As constantes mudanças de umidade a que o solo está submetido provocamvariações 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 umFolhelho/Massapê comumente encontrado em Pojuca, Região Metropolitana de Salvador. Nafig. 2.4(a) pode-se notar o aspecto extremamente fraturado do folhelho alterado enquanto nafig. 2.4(b) nota-se a existência de uma grande quantidade de trincas de tração originadas pelasecagem 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 localatual por algum agente de transporte e lá depositados. As características dos solossedimentares são função do agente de transporte. Cada agente de transporte seleciona os grãos que transporta com maior ou menorfacilidade, 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 tãomarcante que a denominação dos solos sedimentares é feita em função do agente de transportepredominante. Pode-se listar os agentes de transporte, por ordem decrescente de seletividade, daseguinte forma:
  14. 14. 13 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 detransporte, pois eles têm uma participação ativa no intemperismo e portanto na formação dopróprio solo, o que ocorre naturalmente antes do seu transporte. ! ¥¥ ¤©§¥  ¤£ ¢  ¨ ¦¡ ¡ ¡ O transporte pelo vento dá origem aos depósitos eólicos de solo. Em virtude do atritoconstante entre as partículas, os grãos de solo transportados pelo vento geralmente possuemforma arredondada. A capacidade do vento de transportar e erodir é muito maior do que possaparecer à primeira vista. Vários são os exemplos de construções e até cidades soterradasparcial ou totalmente pelo vento, como foram os casos de Taunas - ES e Tutóia - MA; osgrãos mais finos do deserto do Saara atingem em grande escala a Inglaterra, percorrendo umadistância de mais de 3000km!. Como a capacidade de transporte do vento depende de suavelocidade, o solo é geralmente depositado em zonas de calmaria. O transporte eólico é o mais seletivo tipo de transporte das partículas do solo. Se porum lado grãos maiores e mais pesados não podem ser transportados, os solos finos, como asargilas, 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 delençol freático (definida por um valor de pressão da água intersticial igual a atmosférica) umlimite para a atuação dos ventos. Pode-se dizer portanto que a ação do transporte do vento se restringe ao caso dasareias finas ou silte. Por conta destas características, os solos eólicos possuem grãos deaproximadamente mesmo diâmetro, apresentando uma curva granulométrica denominada deuniforme. São exemplos de solos eólicos: ¤¤% $ ) ( # As dunas são exemplos comuns de solos eólicos nordeste do Brasil). A formação deuma duna se dá inicialmente pela existência de um obstáculo ao caminho natural do vento, oque diminui a sua velocidade e resulta na deposição de partículas de solo (fig. 2.5) Vento Mar Figura 2.5- Atuação do transporte eólico na formação das dunas.
  15. 15. 14 A deposição continuada de solo neste local acaba por gerar mais deposição de solo, jáque o obstáculo ao caminho do vento se torna cada vez maior. Durante o período deexistência da duna, partículas de areia são levadas até o seu topo, rolando então para o outrolado. Este movimento faz com que as dunas se desloquem a uma velocidade de poucos metrospor ano, o que para os padrões geológico é muito rápido.¨¨ ¢¦¨¥ ¦¦¤£¡  ¢¥ ¢¥© ¢ §¥¢ ¢ Formado por deposições sobre vegetais que ao se decomporem deixam seu molde nomaciço, o Loess é um solo bastante problemático para a engenharia, pois a despeito de umacapacidade de formar paredões de altura fora do comum e inicialmente suportar grandesesforços mecânicos, podem se romper completa e abruptamente devido ao umedecimento. O Loess, comum na Europa oriental, geralmente contêm grandes quantidades de cal,responsável por sua grande resistência inicial. Quando umedecido, contudo, o cimentocalcáreo existente no solo pode ser dissolvido e solo entra em colapso.¢31¦¥ ( %$¨¥ ¦¥ ¦ 20 #) § # ¢ § ! São solos resultantes do transporte pela água e sua textura depende da velocidade daágua no momento da deposição, sendo freqüente a ocorrência de camadas de granulometriasdistintas, devidas às diversas épocas de deposição. O transporte pela água é bastante semelhante ao transporte realizado pelo vento,porém algumas características importantes os distinguem: a) Viscosidade - por ser mais viscosa a água tem uma capacidade de transporte maior, transportando grãos de tamanhos diversos. b) Velocidade e Direção - ao contrário do vento que em um minuto pode soprar com forças e direções bastante diferenciadas, a água têm seu roteiro mais estável; suas variações de velocidade tem em geral um ciclo anual e as mudanças de direção estão condicionadas ao próprio processo de desmonte e desgaste do relevo. c) Dimensão das Partículas - os solos aluvionares fluviais são, via de regra, mais grossos que os eólicos, pois as partículas mais finas mantêm-se sempre em suspensão e só se sedimentam quando existe um processo químico que as flocule (isto é o que acontece no mar ou em alguns lagos). d) Eliminação da Coesão - vimos que o vento não pode transportar os solos argilosos devido a coesão entre os seus grãos. A presença de água em abundância diminui este efeito; com isso somam-se as argilas ao universo de partículas transportadas pela água.¢ 1# ( 65¨¥ ¦¥ !   § 4 ¢ § A água das chuvas pode ser retida em vegetais ou construções, podendo se evaporar apartir daí. Ela pode se infiltrar no solo ou escoar sobre este e, neste caso, a vegetação rasteirafunciona como elemento de fixação da parte superficial do solo ou como um tapeteimpermeabilizador (para as gramíneas), sendo um importante elemento de proteção contra aerosão. A água que se infiltra pode carrear grãos finos através dos poros existentes nos solosgrossos, mas este transporte é raro e pouco volumoso, portanto de pouca relevância emrelação à erosão superficial. De muito maior importância é o solo que as águas das chuvaslevam ao escoar de pontos mais elevados no relevo aos vales. Os vales contém rios ou riachosque serão alimentados não só da água que escoa das escarpas, como também de matériasólida.
  16. 16. 15¦ ¨©§¢ ¥£¡   ¤ ¦ ¤¢ Os rios durante sua existência têm várias fases. Em áreas de formação geológicas maisrecentes, menos desgastadas, existem irregularidades topográficas muito grandes e por isso osrios têm uma inclinação maior e conseqüentemente uma maior velocidade. Existem váriosfatores determinantes da capacidade de erosão e transporte dos rios, sendo a velocidade amais importante. Assim, os rios mais jovens transportam mais matéria sólida do que os riosmais velhos. Sabe-se que os rios não possuem a mesma idade em toda a sua extensão; quanto maisdistantes da nascente, menor a inclinação e a velocidade. As partículas de determinadotamanho passam a ter peso suficiente para se decantar e permanecer naquele ponto, outrasmenores só serão depositadas com velocidade também menor. O transporte fluvial pode serdescrito sumariamente da seguinte forma: a) Os rios desgastam o relevo em sua parte mais elevada e levam os solos para suaparte mais baixa, existindo com o tempo uma tendência a planificação do leito. Rios maisvelhos 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 certauniformidade granulométrica. Solos muito finos, como as argilas, permanecerão emsuspensão até decantar em mares ou lagos com água em repouso. De um modo geral, pode-se dizer que os solos aluvionares apresentam um grau deuniformidade de tamanho de grãos intermediário entre os solos eólicos (mais uniformes) ecoluvionares (menos uniformes).§%¥# §¢ ¥£¡  ¦¢$ ! ¦ ¤¢ As ondas atingem as praias com um pequeno ângulo em relação ao continente. Isso fazcom que a areia, além do movimento de vai e vem das ondas, desloquem-se também ao longoda praia. Obras que impeçam esse fluxo tendem a ser pontos de deposição de areia, o quepode acarretar sérios problemas.¦ 4( ©¢ %1¡ ¥0 % ¥) ( 3 ¤ 2 ¦ ¤¢ De pequena importância para nós, os solos formados pelas geleiras, ao se deslocarempela ação da gravidade, são comuns nas regiões temperadas. São formados de maneiraanáloga aos solos fluviais. A corrente de gelo que escorre de pontos elevados onde o gelo éformado para as zonas mais baixas, leva consigo partículas de solo e rocha, as quais, por suavez, aumentam o desgaste do terreno. Os detritos são depositados nas áreas de degelo. Uma ampla gama de tamanho departículas é transportada, levando assim a formação de solos bastante heterogêneos quepossuem desde grandes blocos de rocha até materiais de granulometria fina.48¥¢ %65§¢ ¥£¡ ¥) % ¥) (¦7! # ¤ ¢3 ¦ ¤¢ São solos formados pela ação da gravidade. Os solos coluvionares são dentre os solostransportados os mais heterogêneos granulometricamente, pois a gravidade transportaindiscriminadamente desde grandes blocos de rocha até as partículas mais finas de argila. Entre os solos coluvionares estão os escorregamentos das escarpas da Serra do Marformando os Tálus nos pés do talude, massas de materiais muito diversas e sujeitas amovimentações de rastejo. Têm sido também classificados como coluviões os solossuperficiais do Planalto Brasileiro depositados sobre solos residuais.
  17. 17. 16 ¨¦ ¥£¡   § ¤ ¢ - Os tálus são solos coluvionares formados pelo deslizamento de solo do topodas encostas. No sul da Bahia existem solos formados pela deposição de colúvios em áreasmais baixas, os quais se apresentam geralmente com altos teores de umidade e são propícios àlavoura cacaueira. Encontram-se solos coluvionares (tálus) também na Cidade Baixa, emSalvador, 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 lustraformações típicas da região. A parte mais inclinada dos morros corresponde à formaçãooriginal, enquanto que a parte menos inclinada é composta basicamente de solo coluvionar(tálus). . Figura 2.6 - Exemplos de solos coluvionares (tálus) encontrados na chapadadiamantina.§ ¨ ¥¥#! § ¤ © % $ Formados pela impregnação do solo por sedimentos orgânicos preexistentes, em geralmisturados a restos de vegetais e animais. Podem ser identificados pela cor escura e porpossuir forte cheiro característico. Têm granulometria fina, pois os solos grossos tem umapermeabilidade que permite a lavagem dos grãos, eximindo-os da matéria impregnada. § 0#) £¡ ( ¦   - solos que encorporam florestas soterradas em estado avançado dedecomposição. Têm estrutura fibrilar composta de restos de fibras vegetais e não se aplicamaí as teorias da Mecânica dos Solos, sendo necessários estudos especiais. Têm ocorrênciaregistrada na Bahia, Sergipe, Rio Grande do Sul e outros estados do Brasil.  ¨ C 4 B @ ¤¦ ¨653§ ¤ 1 © 0 % D 2 A 98 74 4 2 Alguns solos sofrem, em seu local de formação (ou dedeposição) uma série de transformações físico-químicas que os levam a ser classificadoscomo solos de evolução pedogênica. Os solos lateríticos são um tipo de solo de evoluçãopedogênica. O processo de laterização é típico de regiões onde há uma nítida separação entreperíodos chuvosos e secos e é caracterizado pela lavagem da sílica coloidal dos horizontessuperiores do solo, com posterior deposição desta em horizontes mais profundos, resultandoem solos superficiais com altas concentrações de óxidos de ferro e alumínio. A importânciado processo de laterização no comportamento dos solos tropicais é discutida no itemclassificação dos solos.
  18. 18. 173. TEXTURA E ESTRUTURA DOS SOLOS.¢¦ ¢20 ()¥§¢¦#©¨ ¢¢©¨¥§¥¡ £ ¡¢ $ 3 1 ¦ % $ ! ¦ ¦ ¦ ¤ Entende-se por textura o tamanho relativo e a distribuição das partículas sólidas queformam os solos. O estudo da textura dos solos é realizado por intermédio do ensaio degranulometria, do qual falaremos adiante. Pela sua textura os solos podem ser classificadosem dois grandes grupos: solos grossos (areia, pedregulho, matacão) e solos finos (silte eargila). Esta divisão é fundamental no entendimento do comportamento dos solos, pois adepender do tamanho predominante das suas partículas, as forças de campo influenciando emseu comportamento serão gravitacionais (solos grossos) ou elétricas (solos finos). De umaforma geral, pode-se dizer que quanto maior for a relação área/volume ou área/massa daspartículas sólidas, maior será a predominância das forças elétricas ou de superfície. Estasrelações são inversamente proporcionais ao tamanho das partículas, de modo que os solosfinos apresentam uma predominância das forças de superfície na influência do seucomportamento. Conforme relatado anteriormente, o tipo de intemperismo influencia natextura e estrutura do solo. Pode-se dizer que partículas com dimensões até cerca de 0,001mmsão obtidas através do intemperismo físico, já as partículas menores que 0,001mm provém dointemperismo químico. 7¢$97)87 ¢ $ $ $ 35 64 Nos solos grossos, por ser predominante a atuação de forças gravitacionais, resultandoem arranjos estruturais bastante simplificados, o comportamento mecânico e hidráulico estáprincipalmente condicionado a sua compacidade, que é uma medida de quão próximas estãoas partículas sólidas umas das outras, resultando em arranjos com maiores ou menoresquantidades de vazios. Os solos grossos possuem uma maior percentagem de partículasvisíveis a olho nu (φ ≥ 0,074 mm) e suas partículas têm formas arredondadas, poliédricas eangulosas. 7¢ D1¢BA¢A@¡E $ 3 C ! % São classificados como pedregulho as partículas de solo com dimensões maiores que2,0mm (DNER, MIT) ou 2,0mm (ABNT). Os pedregulhos são encontrados em geral nasmargens dos rios, em depressões preenchidas por materiais transportados pelos rios ou atémesmo em uma massa de solo residual (horizontes correspondentes ao solo residual jovem eao saprolito). ¢¦ BG#¡E $ H F As areias se distinguem pelo formato dos grãos que pode ser angular, subangular earredondado, sendo este último uma característica das areias transportadas por rios ou pelovento. A forma dos grãos das areias está relacionada com a quantidade de transporte sofridopelos mesmos até o local de deposição. O transporte das partículas dos solos tende aarredondar as suas arestas, de modo que quanto maior a distância de transporte, mais esféricasserão as partículas resultantes. Classificamos como areia as partículas com dimensões entre2,0mm e 0,074mm (DNER), 2,0mm e 0,05mm (MIT) ou ainda 2,0mm e 0,06mm (ABNT). O formato dos grãos de areia tem muita importância no seu comportamento mecânico,pois determina como eles se encaixam e se entrosam, e, em contrapartida, como eles deslizamentre si quando solicitados por forças externas. Por outro lado, como estas forças setransmitem dentro do solo pelos pequenos contatos existentes entre as partículas, as de
  19. 19. 18formato mais angulares, por possuírem em geral uma menor área de contato, são maissusceptíveis a se quebrarem.§ ©§¢ ¥£¡  ¦¢ ¨ ¦ ¤¢ Quando as partículas que constituem o solo possuem dimensões menores que0,074mm (DNER), ou 0,06mm (ABNT), o solo é considerado fino e, neste caso, seráclassificado como argila ou como silte. Nos solos formados por partículas muito pequenas, as forças que intervêm no processode estruturação do solo são de caráter muito mais complexo e serão estudadas no itemcomposição 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 argilanormalmente apresentam uma ou duas direções em que o tamanho da partícula é bem superioràquele apresentado em uma terceira direção. O comportamento dos solos finos é definidopelas forças de superfície (moleculares, elétricas) e pela presença de água, a qual influi demaneira marcante nos fenômenos de superfície dos argilo-minerais.#¥ ¤! ¦ A fração granulométrica do solo classificada como argila (diâmetro inferior a0,002mm) se caracteriza pela sua plasticidade marcante (capacidade de se deformar semapresentar variações volumétricas) e elevada resistência quando seca. É a fração mais ativados solos.#( ¤% $¡ ¦ Apesar de serem classificados como solos finos, o comportamento dos siltes égovernado pelas mesmas forças dos solos grossos (forças gravitacionais), embora possuamalguma atividade. Estes possuem granulação fina, pouca ou nenhuma plasticidade e baixaresistência quando seco. A fig. 3.1 apresenta a escala granulométrica adotada pela ABNT(NBR 6502): Areia Pedra de Argila Silte Fina Média Grossa Pedregulho mão mm 0,002 0,06 0,20 0,60 2,0 60,0 Figura 3.1 - Escala granulométrica da ABNT NBR 6502 de 1995 §¢ ¥£P¢ 3 ¤ 7IHBED(¥¦ £B#§#§8 76 55# 412# 0 )¦ ¤¢ ¡ ¦ %G F ¤ !C A ¢@9! % 3 Muitas vezes em campo temos a necessidade de uma identificação prévia do solo, semque o uso do aparato de laboratório esteja disponível. Esta classificação primária éextremamente importante na definição (ou escolha) de ensaios de laboratório mais elaboradose pode ser obtida a partir de alguns testes feitos rapidamente em uma amostra de solo. Noprocesso de identificação tátil visual de um solo utilizam-se freqüentemente os seguintesprocedimentos (vide NBR 7250): Tato: Esfrega-se uma porção do solo na mão. As areias são ásperas; as argilasparecem com um pó quando secas e com sabão quando úmidas.
  20. 20. 19 Plasticidade: Moldar bolinhas ou cilindros de solo úmido. As argilas são moldáveisenquanto as areias e siltes não são moldáveis. Resistência do solo seco: As argilas são resistentes a pressão dos dedos enquanto ossiltes 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 edemoram para sedimentar. Impregnação: Esfregar uma pequena quantidade de solo úmido na palma de uma dasmãos. Colocar a mão embaixo de uma torneira aberta e observar a facilidade com que a palmada 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 demovimentação da água dentro do solo. Para a realização do teste deve-se preparar umaamostra de solo com cerca de 15mm de diâmetro e com teor de umidade que lhe garanta umaconsistência mole. O solo deve ser colocado sobre a palma de uma das mãos e distribuídouniformemente sobre ela, de modo que não apareça uma lâmina dágua. O teste se inicia comum movimento horizontal da mão, batendo vigorosamente a sua lateral contra a lateral daoutra mão, diversas vezes. Deve-se observar o aparecimento de uma lâmina dágua nasuperfície 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 àlâmina d água, se existir, à superfície da amostra. O aparecimento da lâmina d água durante afase de vibração, bem como o seu desaparecimento durante a compressão e o temponecessário para que isto aconteça deve ser comparado aos dados da tabela 3.1, para aclassificação do solo. Tabela 3.1 - Teste de dilatância Descrição da ocorrência de lâmina dágua durante Dilatância Vibração (aparecimento) Compressão (desaparecimento) 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 comos resultados obtidos (areia siltosa, argila arenosa, etc.). Os solos orgânicos são identificadosem separado, em função de sua cor e odor característicos. Além da identificação tátil visual do solo, todas as informações pertinentes àidentificação 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 dosolo, 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, possuicertas dificuldades, já que ambos os solos são finos. Porém, após a identificação tátil-visualter 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.
  21. 21. 20 )( #$¢! ¨ §¨¦¤¢  ¡¢  % © ¥ © ¥ £ ¡ A análise da distribuição das dimensões dos grãos, denominada análisegranulométrica, objetiva determinar os tamanhos dos diâmetros equivalentes das partículassólidas em conjunto com a proporção de cada fração constituinte do solo em relação ao pesode solo seco. A representação gráfica das medidas realizadas é denominada de curvagranulométrica. Pelo fato de o solo geralmente apresentar partículas com diâmetrosequivalentes variando em uma ampla faixa, a curva granulométrica é normalmenteapresentada em um gráfico semi-log, com o diâmetro equivalente das partículas em umaescala logarítmica e a percentagem de partículas com diâmetro inferior à abertura da peneiraconsiderada (porcentagem que passa) em escala linear. %A@! ¢¨9876! ¤¢43¡ 1¢  ¡¢  © ¥ 5 ¥ 2 0¡ O ensaio de granulometria conjunta para o levantamento da curva granulométrica dosolo é realizado com base em dois procedimentos distintos: a) peneiramento - realizado parapartículas com diâmetros equivalentes superiores a 0,074mm (peneira 200) e b) Sedimentação- procedimento válido para partículas com diâmetros equivalentes inferiores a 0,2mm. Oensaio de peneiramento não é realizado para partículas com diâmetros inferiores a 0,074mmpela dificuldade em se confeccionar peneiras com aberturas de malha desta ordem degrandeza. Embora existindo no mercado, a peneira 400 (com abertura de malha de 0,045mm)não é regularmente utilizada no ensaio de peneiramento, por ser facilmente danificada e decusto elevado. O ensaio de granulometria é realizado empregando-se os seguintes equipamentos: jogode peneiras, balança, estufa, destorroador, quarteador, bandejas, proveta, termômetro,densímetro, cronômetro, dispersor, defloculante, etc. A preparação das amostras de solo se dápelos processos de secagem ao ar, quarteamento, destorroamento (vide NBR 9941),utilizando-se quantidades de solo que variam em função de sua textura (aproximadamente1500g para o caso de solos grossos e 200g, para o caso de solos finos). A seguir são listadas algumas características dos processos normalmente empregadosno ensaio de granulometria conjunta (vide NBR 7181). Peneiramento: utilizado para a fração grossa do solo (grãos com até 0,074mm dediâmetro equivalente), realiza-se pela passagem do solo por peneiras padronizadas e pesagemdas quantidades retidas em cada uma delas. Retira-se 50 a 100g da quantidade que passa napeneira de #200 e prepara-se o material para a sedimentação. Sedimentação: os solos muito finos, com granulometria inferior a 0,074mm, sãotratados de forma diferenciada, através do ensaio de sedimentação desenvolvido por ArthurCasagrande. Este ensaio se baseia na Lei de Stokes, segundo a qual a velocidade de queda, V,de uma partícula esférica, em um meio viscoso infinito, é proporcional ao quadrado dodiâmetro da partícula. Sendo assim, as menores partículas se sedimentam mais lentamente queas partículas maiores. O ensaio de sedimentação é realizado medindo-se a densidade de uma suspensão desolo em água, no decorrer do tempo. A partir da medida da densidade da solução no tempo,calcula-se a percentagem de partículas que ainda não sedimentaram e a velocidade de quedadestas partículas (a profundidade de medida da densidade é calculada em função da curva decalibração do densímetro). Com o uso da lei de Stokes, pode-se inferir o diâmetro máximodas partículas ainda em suspensão, de modo que com estes dados, a curva granulométrica écompletada. A eq. 3.1 apresenta a lei de Stokes.
  22. 22. 21 γ S −γ W V= ⋅ D 2 onde, 18 µ γ S → peso específico médio das partículas do solo γ W → peso específico do fluido (3.1) µ → viscosidade do fluído D → diâmetro das partículas Deve-se notar que o diâmetro equivalente calculado empregando-se a eq. 3.1corresponde a apenas uma aproximação, à medida em que durante a realização do ensaio desedimentação, as seguintes ocorrências tendem a afastá-lo das condições ideais para as quais alei de Stokes foi formulada. As partículas de solo não são esféricas (muito menos as partículas dos argilo-mineraisque têm forma placóide). A coluna líquida possui tamanho definido. O movimento de uma partícula interfere no movimento de outra. As paredes do recipiente influenciam no movimento de queda das partículas. O peso específico das partículas do solo é um valor médio. O processo de leitura (inserção e retirada do densímetro) influencia no processo dequeda das partículas. 2D¢$ B!)5@9$ 5¢¤95957 875#3 2¢)!#!¤¢¢¨¦¤£ ¢  ¡¢  1 § C 8 6 A § 4 1 § $ 4 $ 4 6 § $ 4 1 0 ( % $ § § © § ¥ ¡ ¡ A representação gráfica do resultado de um ensaio de granulometria é dada pela curvagranulométrica do solo. A partir da curva granulométrica, podemos separar facilmente ossolos grossos dos solos finos, apontando a percentagem equivalente de cada fraçãogranulométrica que constitui o solo (pedregulho, areia, silte e argila). Além disto, a curvagranulométrica pode fornecer informações sobre a origem geológica do solo que está sendoinvestigado. Por exemplo, na fig. 3.2, a curva granulométrica a corresponde a um solo com apresença de partículas em uma ampla faixa de variação. Assim, o solo representado por estacurva granulométrica poderia ser um solo de origem glacial, um solo coluvionar (tálus)(ambos de baixa seletividade) ou mesmo um solo residual jovem. Contrariamente, o solodescrito pela curva granulométrica c foi evidentemente depositado por um agente detransporte seletivo, tal como a água ou o vento (a curva c poderia representar um solo eólico,por exemplo), pois possui quase que tosas as partículas do mesmo diâmetro. Na curvagranulométrica b, uma faixa de diâmetros das partículas sólidas está ausente. Esta curvapoderia ser gerada, por exemplo, por variações bruscas na capacidade de transporte de um rioem decorrência de chuvas. De acordo com a curva granulométrica obtida, o solo pode ser classificado como bemgraduado, caso ele possua uma distribuição contínua de diâmetros equivalentes em umaampla faixa de tamanho de partículas (caso da curva granulométrica a) ou mal graduado, casoele possua uma curva granulométrica uniforme (curva granulométrica c) ou uma curvagranulométrica que apresente ausência de uma faixa de tamanhos de grãos (curvagranulométrica b). Alguns sistemas de classificação utilizam a curva granulométrica para auxiliar naprevisão do comportamento de solos grossos. Para tanto, estes sistemas de classificaçãolançam mão de alguns índices característicos da curva granulométrica, para uma avaliação desua uniformidade e curvatura. Os coeficientes de uniformidade e curvatura de umadeterminada curva granulométrica são obtidos a partir de alguns diâmetros eqüivalentecaracterísticos do solo na curva granulométrica. São eles:
  23. 23. 22 D10 - Diâmetro efetivo - Diâmetro eqüivalente da partícula para o qual temos 10% daspartículas passando (10% das partículas são mais finas que o diâmetro efetivo). D30 e D60 - O mesmo que o diâmetro efetivo, para as percentagens de 30 e 60%,respectivamente. 100 90 Porcentagem que passa (%) 80 Solo bem graduado (a) 70 (granulação contínua) 60 50 40 (a) Contínua (b) Aberta Granulação uniforme (c) 30 (c) Uniforme (mal graduado) 20 10 0 0,001 0,01 0,1 1 10 100 Granulação aberta (b) Abertura da peneira (mm) (mal graduado) Figura 3.2 - Representação de diferentes curvas granulométricas. As equações 3.2 e 3.3 apresentam os coeficientes de uniformidade e curvatura de umadada curva granulométrica. Coeficiente de uniformidade: D60 Cu = D10 (3.2) De acordo como valor do Cu obtido, a curva granulométrica pode ser classificadaconforme apresentado abaixo: Cu 5 → muito uniforme 5 Cu 15 → uniformidade média Cu 15 → não uniforme Coeficiente de curvatura: 2 D30 Cc = D60 x D10 (3.3) Classificação da curva granulométrica quanto ao coeficiente de curvatura 1 Cc 3 → solo bem graduado Cc 1 ou Cc 3 → solo mal graduado
  24. 24. 23¢4¥#0(%©#¢¦©! ©§¤¥¢£ ¡¢ 7 6 5 3 2 1 ) $ ¨ ¨ ¦ ¡ A NBR- 6502 apresenta algumas regras práticas para designar os solos de acordo coma sua curva granulométrica. A tabela 3.2 ilustra o resultado de ensaios de granulometriarealizados em três solos distintos. As regras apresentadas pela NBR-6502 serão entãoempregadas para classificá-los, em caráter ilustrativo. Tabela 3.2 - Exemplos de resultados de ensaios de granulometria para três solosdistintos. PERCENTAGEM QUE PASSA # Abertura (mm) Solo 1 Solo 2 Solo 3 3 76,2 98 1 25,4 100 82 ¾ 19,05 100 95 72 N° 4 4,8 98 88 61 N° 10 2,0 92 83 45 N° 40 0,42 84 62 20 N° 200 0,074 75 44 03 Argila ------ 44 21 00 Silte ------ 31 23 03 Areia ------ 17 39 42 Pedregulho ------ 08 17 53 Pedra ------ 00 00 02 Considerar a areia com partículas entre 0,074mm e 2,0mm. 4X dB©bA@ ¢F%W4`¢W©¢W©B©%#@©¢VU@¢R10Q8%¢#¢©P ¢¢!%8 ¨©%$HGF9E8@CB@§82 9 c a I 9 Y9 X ¨ ¦ ¨ 2 $ ¦ ¨ T S 7 6 5 3 ) $ ¦ ¨ I ¨ $ ¦ D ¨ A 9 Quando da ocorrência de mais de 10% de areia, silte ou argila adjetiva-se o solo com asfrações obtidas, vindo em primeiro lugar as frações com maiores percentagens.Em caso de empate, adota-se a seguinte hierarquia: 1°) Argila; 2°) Areia e e 3°) SilteNo caso de percentagens menores do que 10% adjetiva-se o solo do seguinte modo,independente da fração granulométrica considerada: 1 a 5% → com vestígios de 5 a 10% → com poucoPara o caso de pedregulho com frações superiores a 10% adjetiva-se o solo do seguinte modo: 10 a 29% → com pedregulho 30% → com muito pedregulhoResultado da nomenclatura dos solos conforme os dados apresentados na tabela 3.2.Solo 1: Argila Silto-Arenosa com pouco PedregulhoSolo 2: Areia Silto-Argilosa com Pedregulho
  25. 25. 24Solo 3: Pedregulho Arenoso com vestígios de Silte e Pedra ATENÇÃO: A completa classificação de um solo depende também de outros fatoresalém da granulometria, sendo a adoção de uma nomenclatura baseada apenas na curvagranulométrica insuficiente para uma previsão, ainda que qualitativa, do seu comportamentode engenharia. $ ¢!§¨¢©¨¦¤£ ¡¢ § # © § ¥ ¡ Denomina-se estrutura dos solos a maneira pela qual as partículas minerais dediferentes tamanhos se arrumam para formá-lo. A estrutura de um solo possui um papelfundamental em seu comportamento, seja em termos de resistência ao cisalhamento,compressibilidade ou permeabilidade. Como os solos finos possuem o seu comportamentogovernado por forças elétricas, enquanto os solos grossos têm na gravidade o seu principalfator de influência, a estrutura dos solos finos ocorre em uma diversificação e complexidademuito maior do que a estrutura dos solos grossos. De fato, sendo a gravidade o fator principalagindo na formação da estrutura dos solos grossos, a estrutura destes solos difere, de solo parasolo, somente no que se refere ao seu grau de compacidade. No caso dos solos finos, devido apresença das forças de superfície, arranjos estruturais bem mais elaborados são possíveis. Afig. 3.3 ilustra algumas estruturas típicas de solos grossos e finos. Areia compacta Estrutura dispersa Areia fofa + + + + Placas individuais, Estrutura floculadaFigura 3.3 - Alguns arranjos estruturais presentes emsolos grossos e finos e fotografias obtidas a partir datécnica de Microscopia Eletrônica de Varredura. Quando duas partículas de argila estão muito próximas, entre elas ocorrem forças deatração e de repulsão. As forças de repulsão são devidas às cargas líquidas negativas que elaspossuem e que ocorrem desde que as camadas duplas estejam em contato. As forças deatração decorrem de forças de Van der Waals e de ligações secundárias que atraem materiaisadjacentes. Da combinação das forças de atração e de repulsão entre as partículas resulta aestrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo e as forças entreelas. Lambe (1969) identificou dois tipos básicos de estrutura do solo, denominando-os deestrutura floculada, quando os contatos se fazem entre faces e arestas das partículas sólidas,
  26. 26. 25ainda que através da água adsorvida, e de estrutura dispersa quando as partículas seposicionam paralelamente, face a face.% A@8 5653 21)% $¨ #! ¢¦¦¤£ ¡¢  9 7 4 ( 0 ( § § © ¨ § ¥ ¡ Os solos são formados a partir da desagregação de rochas por ações físicas e químicasdo intemperismo. As propriedades química e mineralógica das partículas dos solos assimformados irão depender fundamentalmente da composição da rocha matriz e do clima daregião. Estas propriedades, por sua vez, irão influenciar de forma marcante o comportamentomecânico do solo. Os minerais são partículas sólidas inorgânicas que constituem as rochas e os solos, eque possuem forma geométrica, composição química e estrutura própria e definidas. Elespodem ser divididos em dois grandes grupos, a saber: - Primários ⇒ Aqueles encontrados nos solos e que sobrevivem a transformação darocha (advêm portanto do intemperismo físico). - Secundários ⇒ Os que foram formados durante a transformação da rocha em solo(ação do intemperismo químico). §¢X ¢5¢RW¢EUS¢ 5RQP@¢@6))§ ¢FE¡ C¤£ ¡¢  7 9 ( 4 V ( T ( ( 4 I H § § 4 G 7 § D B¡ As partículas dos solos grossos, dentre as quais apresentam-se os pedregulhos, sãoconstituídas algumas vezes de agregações de minerais distintos, sendo mais comum,entretanto, que as partículas sejam constituídas de um único mineral. Estes solos sãoformados, na sua maior parte, por silicatos (90%) e apresentam também na sua composiçãoóxidos, carbonatos e sulfatos. Silicatos - feldspato, quartzo, mica, serpentina Grupos Minerais Óxidos - hematita, magnetita, limonita Carbonatos - calcita, dolomita Sulfatos - gesso, anidrita O quartzo, presente na maioria das rochas, é bastante estável, e em geral resiste bem ao processo de transformação rocha-solo. Sua composição química é simples, SiO2, as partículas são eqüidimensionais, como cubos ou esferas e ele apresenta baixa atividade superficial (devido ao tamanho de seus grãos). Por conta disto, o quartzo é o componente principal na maioria dos solos grossos (areias e pedregulhos)¢ 7 AdcIH@3 ¤)@§ a`Y ¤£ ¡¢  9 4 § b 7 § D ¡ Os solos finos possuem uma estrutura mais complexa e alguns fatores, como forças desuperfície, concentração de íons, ambiente de sedimentação, etc., podem intervir no seucomportamento. As argilas possuem uma complexa constituição química e mineralógica,sendo formadas por sílica no estado coloidal (SiO2) e sesquióxidos metálicos (R2O3), ondeR = Al; Fe, etc. Os feldspatos são os minerais mais atacados pela natureza, dando origem aos argilo-minerais, que constituem a fração mais fina dos solos, geralmente com diâmetro inferior a2µm. Não só o reduzido tamanho, mas, principalmente, a constituição mineralógica faz comque estas partículas tenham um comportamento extremamente diferenciado em relação ao dosgrãos de silte e areia. O estudo da estrutura dos argilo-minerais pode ser facilitado construindo-se o argilo-mineral a partir de unidades estruturais básicas. Este enfoque é puramente didático e nãorepresenta necessariamente o método pelo qual o argilo-mineral é realmente formado nanatureza. Assim, as estruturas apresentadas neste capítulo são apenas idealizações. Um cristal
  27. 27. 26típico de um argilo-mineral é uma estrutura complexa similar ao arranjo estrutural aquiidealizado, mas contendo usualmente substituições de íons e outras modificações estruturaisque acabam por formar novos tipos de argilo-minerais. As duas unidades estruturais básicasdos argilo-minerais são os tetraedros de silício e os octaédros de alumínio (fig. 3.4). Ostetraedros de silício são formados por quatro átomos de oxigênio eqüidistantes de um átomode silício enquanto que os octaédros de alumínio são formados por um átomo de alumínio nocentro, envolvido por seis átomos de oxigênio ou grupos de hidroxilas, OH-. A depender domodo como estas unidades estruturais estão unidas entre si, podemos dividir os argilo-minerais em três grandes grupos. a) GRUPO DA CAULINITA: A caulinita é formada por uma lâmina silícica e outrade alumínio, que se superpõem indefinidamente. A união entre todas as camadas ésuficientemente firme (pontes de hidrogênio) para não permitir a penetração de moléculas deágua entre elas. Assim, as argilas cauliníticas são as mais estáveis em presença dágua,apresentando baixa atividade e baixo potencial de expansão. b) MONTMORILONITA: É formada por uma unidade de alumínio entre duassilícicas, superpondo-se indefinidamente. Neste caso a união entre as camadas de silício éfraca (forças de Van der Walls), permitindo a penetração de moléculas de água na estruturacom relativa facilidade. Os solos com grandes quantidades de montmorilonita tendem a serinstáveis em presença de água. Apresentam em geral grande resistência quando secos,perdendo quase que totalmente a sua capacidade de suporte por saturação. Sob variações deumidade apresentam grandes variações volumétricas, retraindo-se em processos de secagem eexpandindo-se sob processos de umedecimento. c) ILITA: Possui um arranjo estrutural semelhante ao da montmorilonita, porém osíons não permutáveis fazem com que a união entre as camadas seja mais estável e não muitoafetada pela água. É também menos expansiva que a montmorilonita. o Al Si Si Al o o o Si Al Si Si Al Al Si Si Si K Al Si Al Si Al Si Si Si Al Al Si Si Si Al Si Al Si Montmorilonita Ilita Caulinita Unidades cristalográficas Figura 3.4 - Arranjos estruturais típicos dos três principais grupos de argilo- minerais. Como a união entre as camadas adjacentes dos argilo-minerais do tipo 1:1 (grupo dacaulinita) é bem mais forte do que aquela encontrada para os outros grupos, é de se esperarque estes argilo-minerais resultem por alcançar tamanhos maiores do que aqueles alcançadospelos argilo-minerais do grupo 2:1, o que ocorre na realidade: Enquanto um mineral típico de
  28. 28. 27caulinita possui dimensões em torno de 500 (espessura) x 1000 x 1000 (nm), um mineral demontmorilonita possui dimensões em torno de 3x 500 x 500 (nm). A presença de um determinado tipo de argilo-mineral no solo pode ser identificadautilizando-se diferentes métodos, dentre eles a análise térmica diferencial, o raio x , amicroscopia eletrônica de varredura, etc. Superfície específica - Denomina-se de superfície específica de um solo a soma daárea de todas as partículas contidas em uma unidade de volume ou peso. A superfícieespecífica dos argilo-minerais é geralmente expressa em unidades como m2/m3 ou m2/g.Quanto maior o tamanho do mineral menor a superfície específica do mesmo. Deste modo,pode-se esperar que os argilo-minerais do grupo 2:1 possuam maior superfície específica doque os argilo-minerais do grupo 1:1. A montmorilonita, por exemplo, possui uma superfícieespecífica de aproximadamente 800 m2/g, enquanto que a ilita e a caulinita possuemsuperfícies específicas de aproximadamente 80 e 10 m2/g, respectivamente. A superfícieespecífica é uma importante propriedade dos argilo-minerais, na medida em que quanto maiora superfície específica, maior vai ser o predomínio das forças elétricas (em detrimento dasforças gravitacionais), na influência sobre as propriedades do solo (estrutura, plasticidade,coesão, etc.)
  29. 29. 284. FASES SÓLIDO - ÁGUA - AR. O solo é constituído de uma fase fluida (água e/ ou ar) e se uma fase sólida. A fasefluida ocupa os vazios deixados pelas partículas sólidas. ¢©§¥¡ £ ¢ ¦ ¨ ¦ ¤ ¡ Caracterizada pelo seu tamanho, forma, distribuição e composição mineralógica dosgrãos, conforme já apresentado anteriormente.¢%¢¢¦#¢¢§¥§ ¢ ¦ ¨ $ ¨ ! ¨ ¦ ¤ ¡ ¡ Fase composta geralmente pelo ar do solo em contato com a atmosfera, podendo-setambém apresentar na forma oclusa (bolhas de ar no interior da fase água). A fase gasosa é importante em problemas de deformação de solos e é bem maiscompressível que as fases sólida e líquida. ©120 ©(¨©§¥¢ ¢ ¦ ) ¦ ¤ ¡ ¡ Fase fluida composta em sua maior parte pela água, podendo conter solutos e outrosfluidos imiscíveis. Pode-se dizer que a água se apresenta de diferentes formas no solo, sendocontudo extremamente difícil se isolar os estados em que a água se apresenta em seu interior.A seguir são expressados os termos mais comumente utilizados para descrever os estados daágua no solo. @%8 §7¦%62¡ 3¢ ¢  9 1 5 4 £¡ ¡ Preenche os vazios dos solos. Pode estar em equilíbrio hidrostático ou fluir sob a açãoda gravidade ou de outros gradientes de energia. 2¦ ¥§B(¦%65¡© ¢ ¢ 9 C ¦ A 1 4 ¡ ¡ É a água que se encontra presa às partículas do solo por meio de forças capilares. Estase eleva pelos interstícios capilares formados pelas partículas sólidas, devido a ação dastensões superficiais nos contatos ar-água-sólidos, oriundas a partir da superfície livre da água. RP8 §¨2©IH %F§¢6D%6D¢ ¢ ¢ Q ¦ ¦G ¦ 89 $ ¨ E ¦ 1 5 4 ¡ ¡ ¡ É uma película de água que adere às partículas dos solos finos devido a ação de forçaselétricas desbalanceadas na superfície dos argilo-minerais. Está submetida a grande pressões,comportando-se como sólido na vizinhança da partícula de solo. 6PX ¢1WU V%P¢¥S2¦%65  ¢ ¢ $ Y U ¨ T $ A 1 4 ¡ ¡ ¡ É a água presente na própria composição química das partículas sólidas. Não é retiradautilizando-se os processos de secagem tradicionais. Ex: Montmorilonita (OH)4 Si2 Al4 O20 nH2O Pc ¥CP¢%$W9b5 §(¦%65§` ¢ ¢ ¦ c ¨ a 1 4 ¡ ¡ ¡ Água que o solo possui quando em equilíbrio com a umidade atmosférica e atemperatura ambiente.
  30. 30. 295. CONSISTÊNCIA DOS SOLOS. !©©§¥¡ £ ¢  # ¨ ¦ ¤ ¡ Quando tratamos com solos grossos (areias e pedregulhos com pequena quantidade ousem a presença de finos), o efeito da umidade nestes solos é freqüentemente negligenciado, namedida em que a quantidade de água presente nos mesmos tem um efeito secundário em seucomportamento. Pode se dizer, conforme aliás será visto no capítulo de classificação dossolos, que podemos classificar os solos grossos utilizando-se somente a sua curvagranulométrica, o seu grau de compacidade e a forma de suas partículas. Por outro lado, ocomportamento dos solos finos ou coesivos irá depender de sua composição mineralógica, dasua umidade, de sua estrutura e do seu grau de saturação. Em particular, a umidade dos solosfinos tem sido considerada como uma importante indicação do seu comportamento desde oinício da mecânica dos solos. Um solo argiloso pode se apresentar em um estado líquido, plástico, semi-sólido ousólido, a depender de sua umidade. A este estado físico do solo dá-se o nome de consistência.Os limites inferiores e superiores de valor de umidade para cada estado do solo sãodenominados de limites de consistência. No estado plástico, o solo apresenta uma propriedade denominada de plasticidade,caracterizada pela capacidade do solo se deformar sem apresentar ruptura ou trincas e semvariação de volume. A manifestação desta propriedade em um solo dependerá fundamentalmente dosseguintes fatores: Umidade: Existe uma faixa de umidade dentro da qual o solo se comporta de maneiraplástica. Valores de umidade inferiores aos valores contidos nesta faixa farão o solo secomportar como semi-sólido ou sólido, enquanto que para maiores valores de umidade o solose comportará preferencialmente como líquido. Tipo de argilo-mineral: O tipo de argilo-mineral (sua forma, constituiçãomineralógica, tamanho, superfície específica, etc.) influi na capacidade do solo de secomportar de maneira plástica. Quanto menor o argilo-mineral (ou quanto maior suasuperfície específica), maior a plasticidade do solo. É importante salientar que oconhecimento da plasticidade na caracterização dos solos finos é de fundamental importância.# ©!9 !75321)!$ ¢  6 8( 6 ¦ 4 0 ¦ 0 #( % ¡ ¡ A depender da quantidade de água presente no solo, teremos os seguintes estados de consistência: SÓLIDO SEMI-SÓLIDO PLÁSTICO FLUIDO-DENSO wS wP wL w% Cada estado de consistência do solo se caracteriza por algumas propriedadesparticulares, as quais são apresentadas a seguir. Os limites entre um estado de consistência eoutro são determinados empiricamente, sendo denominados de limite de contração, wS, limitede plasticidade, wP e limite de liquidez, wL. Estado Sólido - Dizemos que um solo está em um estado de consistência sólidoquando o seu volume não varia por variações em sua umidade. Estado Semi - Sólido - O solo apresenta fraturas e se rompe ao ser trabalhado. Olimite de contração, wS, separa os estados de consistência sólido e semi-sólido.
  31. 31. 30 Estado Plástico - Dizemos que um solo está em um estado plástico quando podemosmoldá-lo sem que o mesmo apresente fissuras ou variações volumétricas. O limite deplasticidade, wP, separa os estados de consistência semi-sólido e plástico. Estado Fluido - Denso (Líquido) - Quando o solo possui propriedades e aparência deuma suspensão, não apresentando resistência ao cisalhamento. O limite de liquidez, wL, separaos estados plástico e fluido. Como seria de se esperar, a resistência ao cisalhamento bem como a compressibilidadedos solos variam nos diversos estados de consistência. !( !876532© 1 !0#$!#! ¢¨¥¦¤£ ¢  @ 9© ( $ 4 § % ( § ) ( % $ §© § ¡ ¡ A delimitação entre os diversos estados de consistência é feita de forma empírica. Estadelimitação foi inicialmente realizada por Atterberg, culminando com a padronização dosensaios para a determinação dos limites de consistência por Arthur Casagrande. Conforme apresentado anteriormente, são os seguintes os limites que separam osdiversos estados de consistência do solo: . Limite de Liquidez (wL) . Limite de Plasticidade (wP) . Limite de Contração (wS)G3% 73E ¢03%D© ¢C¡ B¤£ ¢  § F ) § § ) A¡ ¡ É o valor de umidade para o qual o solo passa do estado plástico para o estado fluido. Determinação do limite de liquidez (wL). A determinação do limite de liquidez dosolo é realizada seguindo-se o seguinte procedimento: 1) coloca-se na concha do aparelho deCasagrande uma pasta de solo passando #40 e com umidade próxima de seu limite deplasticidade. 2) faz-se um sulco na pasta com um cinzel padronizado. 3) Aplicam-se golpes àmassa de solo posta na concha do aparelho de Casagrande, girando-se uma manivela, a umavelocidade padrão de 2 golpes por segundo. Esta manivela é solidária a um eixo, o qual porpossuir um excêntrico, faz com que a concha do aparelho de casagrande caia de uma alturapadrão de aproximadamente 1cm. 4) Conta-se o número de golpes necessário para que aranhura de solo se feche em uma extensão em torno de 1cm. 5) Repete-se este processo aomenos 5 vezes, geralmente empregando-se valores de umidade crescentes. 6) lançam-se ospontos experimentais obtidos, em termos de umidade versus log N° de golpes. 6) ajusta-seuma reta passando por esses pontos. O limite de liquidez corresponde à umidade para a qualforam necessários 25 golpes para fechar a ranhura de solo. A fig. 5.1 ilustra o aparelhoutilizado na determinação do limite de liquidez. A fig. 5.2 apresenta a determinação do limitede liquidez do solo (vide NBR 6459).
  32. 32. 31 Figura 5.1 - Aparelho utilizado na determinação do limite de liquidez. Apud Vargas(1977) 90 86 Teor de umidade, w (%) 82 N w (%) 53 70,11 78,7 35 75,20 78 28 75,91 22 81,07 18 83,26 12 86,32 74 25 78,70 70 10 100 Número de golpes (N) Figura 5.2 - Determinação do limite de liquidez do solo. ¦ $ %$¤ ! ©¢¨¡¦¥ ¤£ ¢  © © # © § ¡ ¡ É o valor de umidade para o qual o solo passa do estado semi-sólido para o estadoplástico. Determinação do limite de plasticidade (wP). A determinação do limite deplasticidade do solo é realizada seguindo-se o seguinte procedimento: 1) prepara-se uma pastacom o solo que passa na #40, fazendo-a rolar com a palma da mão sobre uma placa de vidroesmerilhado, formando um pequeno cilindro. 2) quando o cilindro de solo atingir o diâmetrode 3mm e apresentar fissuras, mede-se a umidade do solo. 3) esta operação é repetida pelomenos 5 vezes, definido assim como limite de plasticidade o valor médio dos teores de
  33. 33. 32umidade determinados. A fig. 5.3 ilustra a realização do ensaio para determinação do limitede plasticidade (vide NBR 9180). Rolo de solo Placa de vidro fosco Se o solo fissurar com um diâmetro superior a 3mm, então Controle, WW 3mm Se o solo fissurar com um diâmetro inferior a 3mm, então Controle, W WP 3mm ¨)¨$¤ © ¨¦¤£ ¤£ ¢  ( %# ! § § ¥ ¡ ¡ ¡ É o valor de umidade para o qual o solo passa do estado sólido para o estado semi-sólido. Determinação do limite de contração (wS). A determinação do limite de contraçãodo solo é realizada seguindo-se o seguinte procedimento: 1) molda-se uma amostra de solopassando na #40, na forma de pastilha, em uma cápsula metálica com teor de umidade entre10 e 25 golpes no aparelho de Casa Grande. 2) seca-se a amostra à sombra e depois em estufa,pesando-a em seguida. 3) utiliza-se um recipiente adequado (cápsula de vidro) para medir ovolume do solo seco, através do deslocamento de mercúrio provocado pelo solo quando desua imersão no recipiente. O limite de contração é determinado pela eq. 5.1, apresentada aseguir (vide NBR 7183). V 1 2 ws 0 1 w x100 (5.1) P 2 s Onde: V = Volume da amostra seca P = Peso da amostra seca γw = Peso específico da água γs = Peso específico das partículas sólidas
  34. 34. 33 $$$ !¤ ¦¨¦¤£ ¢  § %# § © © §¥ ¡ ¡ Uma vez conhecidos os limites de consistência de um solo, vários índices podem serdefinidos. A seguir, apresentaremos os mais utilizados. 4© $¤ 1! 1!0¦¡ )¤£ ¢  © # 3 2 © © § ¥ (¡ ¡ O índice de plasticidade (IP) corresponde a faixa de valores de umidade do solo naqual ele se comporta de maneira plástica. É a diferença numérica entre o valor do limite deliquidez e o limite de plasticidade. IP = wL − wP (5.2) O IP é uma maneira de avaliarmos a plasticidade do solo. Seria a quantidade de águanecessária a acrescentar a um solo (com uma consistência dada pelo valor de wP) para queeste passasse do estado plástico ao líquido. Classificação do solo quanto ao seu índice de plasticidade: IP = 0 → NÃO PLÁSTICO 1 IP 7 → POUCO PLÁSTICO 7 IP 15 → PLASTICIDADE MÉDIA IP 15 → MUITO PLÁSTICO $$ 698! ¦!0¥¦65 ¤£ ¢  § %# § 7 © © § ¡ ¡ ¡ É uma forma de medirmos a consistência do solo no estado em que se encontra emcampo. wL − w IC = IP (5.3) É um meio de se situar a umidade do solo entre os limites de liquidez e plasticidade,com o objetivo de utilização prática. Obtenção do estado de consistência do solo em campoutilizando-se o IC: IC 0 → FLUÍDO - DENSO 0 IC 1 → ESTADO PLÁSTICO IC 1 → ESTADO SEMI - SÓLIDO OU SÓLIDO !¢¨61H00# ¢!$¤97D!¢B A4¢  ¢  # § #I G FE § § C 3 @ ¡ ¡ AMOLGAMENTO: É a destruição da estrutura original do solo, provocandogeralmente a perda de sua resistência (no caso de solos apresentando sensibilidade). SENSIBILIDADE: É a perda de resistência do solo devido a destruição de suaestrutura original. A sensibilidade de um solo é avaliada por intermédio do índice desensibilidade (St), o qual é definido pela razão entre a resistência à compressão simples deuma amostra indeformada e a resistência à compressão simples de uma amostra amolgada,

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