O documento descreve as características básicas do solo, incluindo sua composição, estrutura e índices físicos. Ele explica que o solo é composto por partículas sólidas de diferentes tamanhos e formas, e que contém fases sólida, líquida e gasosa. Além disso, discute a classificação granulométrica do solo com base no tamanho das partículas e métodos para análise granulométrica.

1. UNIDADE II - CARACTERÍSTICASBÁSICAS DO SOLO
2.1 - INTRODUÇÃO
Ao se trabalhar com o solo propriamente dito, percebe-se que pouco ou quase nada
se conhece a priori sobre este material.
Deste modo, qualquer problema de engenharia envolvendo solo, necessita de um
perfeito e completo conhecimento, das suas propriedades físicas e químicas.
Assim, o solo precisa ser devidamente identificado e classificado, por meio das
suas propriedades índices, para uma melhor realização do projeto geotécnico.
2.2 - Natureza das partículas
A natureza das partículas esta intimamente ligada aos minerais constituintes da
rocha de origem, podendo conter alguma presença de matéria orgânica.
Os principais minerais componentes dos solos grossos (pedregulho e areia),
podem ser agrupados quanto a composição química em:
a) silicatos - feldspato, mica, quartzo, serpentina, clorita, talco;
b) óxidos - hematita, magnetita, limonita;
c) carbonatos - calcitas, dolomita;
d) sulfatos - gesso, anidrita.
Já os chamados solos finos (siltes e argilas) ocorrem nas frações argilosas, onde
se destacam três grupos principais : caolinita, montmorilonita e ilita.
2.3 - Fases constituintes dos solos
De acordo com o tamanho, forma e a maneira pela qual as partículas sólidas
(grãos) de um solo se encontram na natureza (arranjo das partículas), observa-se a
formação de vazios que poderão estar parcialmente ou totalmente preenchidos por água.
Na primeira hipótese, parcialmente preenchido por água, diríamos que o resto dos vazios
estariam ocupados pelo ar.
Figura 2.01 - Fases constituintes do solo
Dessa forma, o solo é considerado, em um caso mais genérico, como um sistema
disperso constituído por três fases físicas : sólida, liquida e gasosa.
PARTÍCULAS SÓLIDAS
AR
ÁGUA

2. A água se apresenta no solo nas mais diversas maneiras, sendo, em alguns casos
extremamente difícil de distinguir os seus diferentes estados. Os tipos de águas
encontradas no solo são classificadas em:
a) água de constituição - faz parte da estrutura molecular das partículas;
b) água adsorvida ou adesiva - é aquela película de água que envolve e adere
fortemente a partícula sólida, transmitindo aos solos a propriedade conhecida como
coesão;
c) água livre ou intersticial - ocupa os vazios ora existentes no solo. Segue as leis
da Hidráulica;
d) água higroscópica - é aquela que permanece no solo mesmo depois de seco ao
ar livre;
e) água capilar - sofre o fenômeno da capilaridade, geralmente encontrada nos
solos finos.
Figura 2.02 - Água contida no solo
Vale ressaltar que a água livre, higroscópica e capilar são as únicas que podem ser
eliminadas, quando levadas a uma temperatura maior que 100 oC.
Já a fase gasosa é constituída basicamente, por ar, vapor d’água e carbono
combinado. A sua importância é maior, quando verifica-se o interesse em calcular as
“pressões neutras” desenvolvidas em função da redução de volume da fase gasosa.
2.4 - Estrutura dos solos
Defini-se como estrutura o arranjo ou disposição das partículas constituintes do
solo.
Apesar do surgimento de novos modelos para representação da estrutura do solo,
ainda consideram-se os seguintes tipos principais:
a) Estrutura granular simples - característica dos pedregulhos e areias, onde a
força da gravidade é o principal agente condicionante, podendo o solo ser mais denso ou
mais fofo, de acordo com a classificação atribuída pela determinação do “Grau de
Compacidade”.
PARTÍCULA
DE ARGILA
ÁGUA
ADSORVIDA
ÁGUA
HIGROSCÓPICA
ÁGUA
CAPILAR

3. b) Estrutura alveolar - típicos em siltes e areias finas, influenciadas pelo processo
de sedimentação sofrido pelo material.
c) Estrutura floculenta - só é possível em solos cujas partículas componentes
sejam muito pequenas, como é o caso das argilas. Sofrem influência direta da forma das
partículas constituintes e da natureza dos íons presentes no meio em que se processa a
sedimentação.
d) Estrutura em esqueleto - encontrados em materiais em que se verifica tanto a
presença de grãos finos quanto de grãos mais grossos, dando o aspecto de um esqueleto,
onde os vazios são preenchidos por uma estrutura de grãos mais finos. Ex.: argilas
marinhas.
2.5 - Estrutura, forma e tamanho dos grãos
2.5.1 - Estrutura e forma das partículas
Em função do processo pelo qual foi originado, bem como dos minerais
constituintes da rocha, as partículas sólidas do solo apresentam os principais tipos de
formas:
a) Arredondas - ou mais exatamente com forma poliédrica. Predominam os
pedregulhos, areias e siltes;
b) Lamelares - semelhantes a lamelas. As argilas fazem parte deste tipo, tendo
como influência imediata, as propriedades de compressibilidade e plasticidade.
c) Fibilares - solos turfosos.
2.5.2 - Tamanho das partículas
A classificação genética, realizada para a determinação da origem do solo, apesar
de ser um importante dado sobre o material, não é considerada tecnicamente aplicável em
casos práticos da engenharia, devido a impossibilidade de se fazer uma correlação única
entre as classes e suas propriedades geotécnicas (compressibilidade, resistência,
permeabilidade, etc).
Sendo assim, verifica-se a necessidade de se fazer uma classificação com base nas
propriedades índices encontradas no solo.
Entre essas, a mais evidente refere-se a composição granulométrica, ou seja, a
porcentagem relativa das frações (pedregulho, areia, silte e argila) constituintes dos solos.
Quanto ao tamanho das partículas, de uma maneira geral, podemos classifica- las
na ordem decrescente do tamanho das partículas, dependendo no caso da escala
granulométrica adotada.
De uma maneira geral temos:
Pedregulho - 76,0 mm >  > 4,8 mm
Grossa : 4,8 mm >  > 2,0 mm
Areia Média : 2,0 mm >  > 0,42 mm
Fina : 0,42 mm >  > 0,06 mm
Silte - 0,05 mm >  > 0,005 mm
Argila -  < 0,005 mm

4. Porém, torna-se ainda necessário definir-se previamente uma “escala
granulométrica” correspondente ao tamanho relativo dos grãos das diversas frações
constituintes dos solos.
Figura 2.03 - Escalas Granulométricas
2.5 - Índices físicos dos solos
O solo, como já mencionado anteriormente, é constituído por um sistema de
partículas representadas por três fases distintas : sólida, liquida e gasosa. A figura 2.04
representa estas três fases, como as mesmas são encontradas tipicamente em um solo
natural. Na figura 2.05, estas fase são separadas de maneira esquemática, uma das outras,
visando facilitar a sua interpretação. As fases são então dimensionadas em volumes do
lado esquerdo e por pesos do lado direito.
U. S. BUREAU OF SOILS
INTERNATIONAL
(ATTERBERG, 1905)
ABNT ( 1945)
M. I. T. (1931)
AASHO
Pedregulho Silte Argila
Areia
Pedregulho
Pedregulho
Pedregulho
Pedregulho
Silte
Silte
Silte
Silte Argila
Argila
Argila
Argila
Areia Fina
Areia Grossa
Argila coloidal
Areia Grossa
Areia Grossa
Areia Grossa
Areia Fina
Areia Fina
Areia Fina
1 0,005
0,05
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
2
2
2
2
0,02
0,2
0,06
0,0 02
0,6
0,4 0,05
0,002
0,005
0,4 0,005 0,001
0,075
VOLUMES
ÁGUA
AR
Vs
Vv
Va
Var
Vt
SÓLIDA
PESOS
Ps
Pa
Pt

5. Vt = Vv + Vs .: Vv = Va + Var Pt = Ps + Pa
sendo: Vt = volume total Pt = peso total
Vv = volume de vazios Ps = peso de sólidos
Va = volume de água Pa = peso da água
Var = volume de ar
Vs = volume de sólidos
Figura 2.04 -a - Elemento de solo natural Figura 2.04 -b - Elemento de solo separado
Deste modo, a mecânica dos solos tem por objetivo, verificar a relação entre estas
três fases dentro de uma massa de solo, utilizando para isto o conceito de índices físicos.
Definições básicas dos índices mais usados em mecânica dos solos:
a) Teor de Umidade (h%):
h
P
P
x
a
s
% 100
(1)
onde: Pa = peso da água
Ps = peso do solo seco
b) Peso específico aparente de um solo (h  0)
 t
t
t
P
V

(2)
b) Peso específico aparente de um solo seco (h = 0)
s
s
t
P
V

(3)
Dividindo por Pt, ambos os termos da fração e notando que Pt = Ps + Pa, tem-se:


s
s
s a
t
t
t
P
P P
V
P
h




1
(4)
c) Índice de vazios (e):
e
V
V
v
s

(5)

6. De fato :
e
V V
V
V
V
V
V
V
P
t s
s
t
s
t
s
s
s
g
s


     
1 1 1


(6)
d) Porosidade (n%) : por definição é a relação entre o volume de vazios e o
volume total de uma amostra.
n
V
V
x
v
t
% 100
(7)
Sua determinação, também pode ser feita em relação ao índice de vazios:
n
e
e


1
(8)
e) Grau de Saturação (S%):
S
V
V
x
a
v
% 100
(9)
f) Grau de Aeração (A%):
Por definição :
A
V
V
x
ar
v
% 100
(10)
Daí :
A
V V
V
S
v a
v
%

 
1
g) Peso específico dos grãos (g) :
g
g
g
P
V

(11)
i) Peso específico da água (a) :
a
a
a
P
V

(12)
a = 1,0 g / cm3
j) Massa específica real dos grãos () :

7. 



g
a
(13)
2.6 - Granulometria
O solo devido a todas as condições resultantes de seu processo de formação, pode
ser considerado como um material altamente heterogêneo, sobre o qual serão construídos
todos os tipos de obras da engenharia civil. Para alcançar o êxito de uma obra de terra ou
fundação, necessita-se conhecer o comportamento prévio deste material (solo) “in loco”,
porém em algumas vezes torna-se uma tarefa não tão fácil e econômica de se realizar.
A Mecânica dos Solos, oferece uma indicação inicial da qualidade deste material,
através de propriedades físicas imediatas intrínsecas de cada solo, tais como a
granulometria.
Através desta propriedade física, o solo é classificado segundo o tamanho relativo
das suas partículas sólidas, ou seja os grãos, com as porcentagens das frações
constituintes.
Existem dois métodos utilizados para realização da análise granulométrica:
a) Peneiramento - análise granulométrica de areias e pedregulhos;
b) Sedimentação - para grãos menores que cerca de 0,075 mm (peneira
Tyler n0 200).
O ensaio do peneiramento consiste na utilização de um jogo de peneiras
padronizadas, de abertura da malha rigorosamente estabelecidas, conforme mostrado na
figura 2.05. Grãos menores do que a abertura da malha da peneira são porções de solo
retidas nas peneiras, e menores correspondem as porcentagens que passam.
Figura 2.05 - Análise granulométrica por peneiramento
O s valores do peneiramento são expressos em pesos das porções retidas nas
peneiras em ordem decrescente : P1, P2, P3, ... ou, mais comumente em porcentagens do
peso total:
(P1/P) x 100, (P2/P) x 100, (P3/P) x 100, ...
(14)
onde: P - amostra total do solo seco
(4.76 mm) # 4
(0.84 mm) # 20
(0.42 mm) # 40
(0.25 mm) # 60
(0.147 mm) # 100
(0.074 mm) # 200
Fundo
(2.00 mm) # 10
Todo material nesta
peneira passou na
peneira acima (#10),
portanto, o tamanho
dos grãos na peneira
# 20 estão compreen-
didos entre 2.00 e 0.84 mm
Note que totdo o solo
retido nesta peneira, e
passando # 20, possui
tamanho menor do que
0.84 mm

8. A soma dessas porcentagens é chamada de “porcentagens acumuladas retidas”, e
tomando-se o complemento para 100, obtém-se as “porcentagens acumuladas que
passam”.
Exemplo :
100 - (P1/P) x 100 - % que passa na 1a. peneira
100 - [(P1/P) + (P2/P)]x 100 - % acumulada que passa na 2a. peneira, e
assim sucessivamente.
Para grãos menores do que 0,075 mm (peneira no. 200) utiliza-se, então o método
de sedimentação contínua em meio líquido desenvolvido por Casagrande, comumente
adotado nos laboratórios de Mecânica dos Solos.
Este método é baseado na lei de Stokes (1850), a qual relaciona o diâmetro da
partícula e sua velocidade de sedimentação em um meio líquido de viscosidade e peso
específicos conhecidos.
A execução destes ensaios, peneiramento e sedimentação, foram padronizados por
normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT.
A análise granulométrica é representada graficamente através de um diagrama
semi-logarítmico, conhecido como “curva granulométrica”. Na abcissa são marcados os
logaritmos dos diâmetros dos grãos maiores e em ordenada as porcentagens, em peso, dos
grãos que passam nas respectivas peneiras utilizadas no ensaio.
Além da melhor visualização da distribuição granulométrica do solo de graduação
fina, a forma da curva é um aspecto importante a ser observado.
Segundo a forma da curva os solos podem ser separados nos seguintes tipos, como
mostrado na figura 2.07 :
a) Granulometria contínua ( curva A);
b) Granulometria descontínua ( curva B);
c) Granulometria uniforme ( curva C);
d) Granulometria bem graduado ( curva A);
e) Granulometria mal graduado
Figura 2.06 - Tipos de solo devido a forma da curva granulometrica
Solo bem graduado
Solo de graduação uniforme
Solo de graduaçào aberta

9. Figura 2.07 - Tipos de curvas granulometricas
Os dois parâmetros definidos através da curva granulométrica são : “diâmetro
efetivo” e “grau de uniformidade”.
Diâmetro efetivo def - é o diâmetro correspondente a 10 % em peso total, de todas
as partículas menores que ele. Fornece uma boa indicação sobre a permeabilidade das
areias empregadas no dimensionamento de filtros.
def = 10
(15)
Figura 2.08 - Curva granulometrica : 10 e 60
Coeficiente de desuniformidade - D - é a relação entre os diâmetros
correspondentes a 60 % e 10 %, observados na curva granulométrica :
0.00 0.01 0.01 0.05 0.10 0.50 1.00 2.00 5.00 10.00 20.00 30.00
DIÂMETRODOS GRÃOS mm
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
Pedregulho
Areia Grossa
Areia Média
Areia Fina
Silte
Argila
A
C
B
40
90
100
10
0
50
60
70
80
30
20
% que
passa
d (esc. log.)
d
60
d
10

10. D 


60
10
(16)
Quanto maior este valor, menos uniforme e o solo.
De acordo com os valores do coeficiente de desuniformidade os solos são
classificados granulometricamente em :
Muito uniforme - Cu < 5
Uniformidade média - 5 < Cu < 15
Desuniforme - Cu > 15
A forma da curva do tamanho dos grãos entre 60 e10 é definida pelo coeficiente
de curvatura do solo:
C
x
c 
( )

 
30
2
60 10
(17)
onde : 30 = diâmetro correspondente a 30 %.
Considera-se para solos bem graduados, o valor de Cc compreendido entre 1 e 3.
Através da análise granulométrica as seguintes propriedades do solo podem ser
identificadas:
1 - Se um dado tipo de solo apresenta uma maior ou menor permeabilidade;
2 - Se o solo é adequado para ser usado em projetos de construção de barragens,
rodovias e diques;
3 - Estimativa da altura capilar;
4 - Se o solo pode ou não ser aproveitado em misturas de asfalto ou concreto;
6 - Projeto de dimensionamento de filtros, na prevenção do carreamento de
partículas finas da massa do solo (“pipping”);
7 - Serve como uma importante maneira de classificação do solo.