[1] O documento discute a origem e formação dos solos, incluindo a desintegração de rochas por processos físicos e químicos. [2] A mecânica dos solos surgiu no século 20 para estudar o comportamento dos solos de forma física, levando em conta sua natureza granular. [3] Os principais tipos de solos são classificados segundo sua origem, tamanho de partículas e constituição mineralógica.

1. MECÂNICA DOS SOLOS
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
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Prof. MSc. Eric Ribeiro da Silva
Profª MSc. Kamila Rodrigues Cassares Seko
Prof. MSc. Paulo Afonso C. Luz

2. Solo
“A necessidade do homem de trabalhar com os solos encontra
sua origem nos tempos mais remotos, podendo-se mesmo
afirmar ser tão antiga quanto a civilização (CAPUTO, 2016)”.
“Todas as obras de Engenharia Civil assentam-se sobre o
terreno e inevitavelmente requerem que o comportamento do
solo seja devidamente considerado (PINTO, 2006)”.
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3. A Mecânica dos Solos
Os primeiros trabalhos sobre o comportamento dos solos
datam do século XVII. Em tais trabalhos, os solos eram
admitidos como “massas ideais de fragmentos”, atribuindo-lhes
propriedades de material homogêneo e estudando-os mais de
um ponto de vista matemático do que físico.
Todavia, um acúmulo de insucessos em obras de Engenharia
Civil no início do século XX, dos quais se destacam o
rompimento do canal do Panamá e rompimentos de grandes
taludes em estradas e canais em construção nos EUA e Europa,
mostrou a necessidade de revisão dos procedimentos de
cálculo.
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4. A Mecânica dos Solos
No ano de 1925, com a publicação do
famoso livro Erdbaumechanik pelo Prof.
KARL TERZAGHI, nascia a Mecânica dos
Solos, ou seja, a mecânica constituída por
uma fase sólida granular e uma fase fluida.
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Karl von Terzaghi
(1883 – 1963)
Fonte: Imagem da
internet
Em 1936 foi realizado o Primeiro Congresso
Internacional de Mecânica dos Solos e
Fundações que, consagrou de maneira
definitiva essa ciência aplicada.

5. Investigações
Geotécnicas
O solo é um material extremamente complexo, que varia de
lugar para lugar e que, em geral, não pode ser observado em
sua totalidade, mas, tão somente, através de amostras.
“É verdade conhecida que, em se tratando de solos e rochas, a
heterogeneidade é a regra, a homogeneidade, a exceção
(CAPUTO, 2016)”.
Os custos de uma investigação geotécnica, em geral são
desprezíveis em valor (entre 0,2 e 0,5% do valor da obra),
mas tal investigação é indispensável para a definição do tipo de
fundação mais adequado.
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6. Definições
Os solos são materiais que recobrem a crosta terrestre (acima ou abaixo
do mar) e resultam do intemperismo das rochas, por desintegração
mecânica ou decomposição química, podendo ou não conter matéria
orgânica.
“A Mecânica dos Solos é a aplicação das leis da mecânica e da hidráulica
aos problemas de engenharia relacionados com os sedimentos e outros
depósitos não consolidados de partículas sólidas produzidas pela
desintegração mecânica ou química das rochas (TERZAGHI, 1945).”
Na Engenharia Civil, solos são definidos como todo material da crosta
terrestre que pode ser escavado mecanicamente e que perde
totalmente sua resistência quando está em contato prolongado com a
água (VARGAS, 1977).
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7. Origem e Formação
dos Solos
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Por desintegração mecânica (física) das rochas, através de
agentes como água, vento, temperatura e vegetação, formam-se
os solos de partículas grossas.
Exemplos: pedregulhos, areia grossa e média.
Por decomposição química das rochas, ocorrem reações
químicas, como hidrólise (reação de decomposição ou
alteração de uma substância pela água), hidratação, carbo-
natação e oxidação, e ação de micro-organismos que conduzem
à decomposição das rochas e levam à formação de solos de
partículas finas.
Exemplos: areias finas, siltes e argilas.

8. Intemperismo
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Desintegração mecânica devida a agentes físicos:
➢ Água
Fragmentação por ação do gelo. (a) a água em estado líquido
ocupa as fissuras da rocha, (b) após congelamento expande
exercendo pressão nas paredes.
Fonte: Decifrando a Terra

9. Intemperismo
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Desintegração mecânica devida a agentes físicos:
Bloco de gnaisse fraturado pela ação do gelo nas
fissuras (Antártica). Fonte: Decifrando a Terra.

10. Intemperismo
10
Desintegração mecânica devida a agentes físicos:
➢ Vento
Aspectos produzidos pela ação do vento e consequente erosão
do material transportado.
Fonte: Imagem da Internet

11. Intemperismo
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Desintegração mecânica devida a agentes físicos:
➢ Vegetação
As raízes da arvore penetram
nas fraturas da rocha, produ-
zindo ainda mais fraturas
(intemperismo físico). Sua
decomposição, devido a ação
dos microrganismos presentes
nas raízes, causa intempe-
rismo químico.
Fonte: geonoemancipa

12. Intemperismo
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Intemperismo das rochas devido à decomposição química:
➢ Oxidação: mudança que sofre um mineral em decorrência
da penetração de oxigênio na rocha;
➢ Hidratação: moléculas de água entram na estrutura de um
mineral, enfraquecendo-a e podendo formar um novo
mineral com características distintas;
➢ Hidrólise: esta reação destrói a estrutura do mineral, ou
seja, quebra as ligações químicas entre os elementos
químicos que constituem cada mineral atingido e os libera
na água, em forma de cátions (+) e ânions (-).
➢ Carbonatação: o CO2 dissolvido na água forma ácido
carbônico, contribuindo para a decomposição da rocha.

13. Intemperismo
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Aumento da superfície de exposição aos agentes do
intemperismo:
Fonte: Maria Cristina Motta de Toledo
Aumento da superfície
específica de um bloco de
rocha, mostrando como a
fragmentação pode aumentar
intensamente a abertura de
caminhos para a água promo-
ver as reações químicas de
intemperismo.
Denomina-se superfície específica a soma das superfícies de todas as
partículas contidas na unidade de volume (ou de peso) do solo.

14. Pedologia
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Pedologia é a ciência que tem por objetivo o estudo das
camadas superficiais da crosta terrestre, em particular sua
formação e classificação, levando-se em conta a ação de
agentes climatológicos.
Segundo os pedologistas, a formação de um solo é função da
rocha de origem, da ação dos organismos vivos, do clima, da
fisiografia (Geografia física) e do tempo.
Em pedologia, as camadas que constituem um perfil são
denominadas horizontes e designam-se pelas letras A
(camada superficial), B (subsolo) e C (camada profunda).

15. Perfil de Formação
do Solo
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Fonte: Imagem da Internet

16. Perfil de Formação
do Solo
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Fonte: Adaptado de imagem da
Internet
É mais homogêneo e não apresenta
nenhuma relação com a rocha mãe.
Resistência
Deformabilidade
Solo residual
maduro
Solo residual
jovem
Saprólito
Rocha alterada
Rocha sã
Grande quantidade de pedregulho,
é bastante heterogêneo.
Guarda características da rocha sã
e tem basicamente os mesmos
minerais, porém sua resistência é
bem reduzida.
Preserva parte da estrutura e dos
minerais da rocha mãe, porém com
dureza inferior (muito fraturada).
Rocha inalterada.

17. Classificação dos solos
quanto à sua origem
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Solos residuais (ou autóctones)
➢ São formados a partir da decomposição das rochas pelo
intemperismo, sendo que os materiais intemperizados ficam
no próprio local de origem, in situ.
Solos sedimentares ou transportados (ou alotóctones)
➢ São formados a partir do transporte dos solos residuais ou
de outros materiais, por qualquer meio de transporte, para
regiões diferentes à região de origem.
➢ Aluvionares – quando transportados pela água;
➢ Eólicos – quando o agente de transporte é o vento;
➢ Coluvionares – transportados pela ação da gravidade;
➢ Glaciais – transportados por geleiras.

18. Classificação dos solos
quanto à sua origem
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Solos de formação orgânica
➢ São os de origem essencialmente orgânica, seja de natureza
vegetal (plantas, raízes), seja animal (conchas);
➢ Possuem alto teor de matéria orgânica em decomposição e
são de cor escura;
➢ Turfa (solo com alto teor orgânico, com raízes).
Solos de evolução pedogenética
➢ São solos que após o processo de formação são alterados por
processos físico-químicos, como lixiviação, laterização,
cimentação, etc.
Exemplo: solos lateríticos (solos vermelhos de zonas úmidas e
quentes, compostos por hidróxidos de alumínio e ferro)

19. Tamanho das Partículas
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A primeira característica que diferencia os solos é o tamanho
das partículas que os compõem.
Solo
Fração grossa
Fração fina

20. Tamanho das Partículas
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Matacão – fragmento de rocha transportado ou não, comu-
mente arredondado por intemperismo ou abrasão.
Pedra de mão – idem ao anterior, com dimensões menores.
Pedregulho – solos formados por minerais ou partículas de
rocha. Quando arredondados ou semiarredondados, são deno-
minados cascalhos ou seixos.
Areia – origina-se da alteração de rochas que contém quartzo e
outros silicatos. Solo inerte, não coesivo e não plástico formado
por minerais ou partículas de rochas, com formato aproxi-
madamente esférico.

21. Tamanho das Partículas
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Silte – solo que apresenta baixa ou
nenhuma plasticidade e baixa resis-
tência quando seco ao ar.
Argila – origina-se dos argilomine-
rais. Apresenta características mar-
cantes de plasticidade; quando
suficientemente úmido, molda-se
facilmente em diferentes formas;
quando seco, apresenta coesão
suficiente para construir torrões
dificilmente desagregáveis por
pressão dos dedos. Caracteriza-se
pela sua plasticidade, textura e
consistência em seu estado e
umidade naturais.
Adaptado de: ctahr.hawaii.edu

22. Constituição
mineralógica
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Entre os solos finos, as argilas apresentam uma complexa
constituição química, sendo constituídas de pequeníssimos
minerais cristalinos, denominados de argilo-minerais (ou
minerias-argila). Sua estrutura compõe-se do agrupamento de
duas unidades cristalográficas fundamentais:
Tetraedros justapostos com
átomos de silício ligados a
quatro átomos de oxigênio (SiO2).
Fonte: CAPUTO (2016)
Octaedros em que átomos de
alumínio são circundados por
oxigênio ou hidroxila [Al(OH)3].
Representação
simbólica

23. Constituição
mineralógica
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Dentre os argilo-minerais, distinguem-se três grupos
principais, a saber:
➢ Caulinitas (𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑 ∙ 𝟐𝑺𝒊𝑶𝟐 ∙ 𝟐𝑯𝟐𝑶 𝒐𝒖 𝑯𝟒𝑨𝒍𝟐𝑺𝒊𝟐𝑶𝟗): São forma-
das por unidades de silício e alumínio, que se unem
alternadamente, conferindo-lhes uma estrutura rígida e altamente
estáveis em presença de água;
➢ Montmorilonitas (𝑶𝑯)𝟒𝑺𝒊𝟖𝑨𝒍𝟒𝑶𝟐𝟎𝒏𝑯𝟐𝑶 : São formadas por
unidades alumínio entre duas unidades de silício. A ligação entre
essas unidades, por não ser suficientemente firme para impedir a
passagem de moléculas de água, torna as argilas montmorilonitas
expansíveis e instáveis em presença de água;
➢ Ilitas 𝑶𝑯 𝟒𝑲𝒚(𝑺𝒊𝟖−𝒚 ∙ 𝑨𝒍𝒚)(𝑨𝒍𝟒𝑭𝒆𝟒𝑴𝒈𝟒𝑴𝒈𝟔)𝑶𝟐𝟎 : São estru-
turalmente análogas às montmorilonitas, porém menos expan-
sivas. Na sua fórmula química, geralmente y é igual a 1,5. Para as
micas, y = 2.

24. Caulinitas
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Alguns argilo-minerais são formados por uma camada
tetraédrica e uma octaédrica, que determinam uma espessura
de aproximadamente 7 Å, como a caulinita.
Nota: 1 Angstron = 1 Å = 10-10 m
Estrutura de uma camada de caulinita;
(a) atômica, (b) simbólica
As camadas assim construídas
encontram-se firmemente
empacotadas, com ligações de
hidrogênio que impedem sua
separação e a introdução de
moléculas de água entre elas.
A partícula resultante fica com
uma espessura da ordem de
1.000 Å e dimensão longitudinal
da ordem de 10.000 Å.
Fonte: PINTO (2006)

25. Montmorilonitas e
Ilitas
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As montmorilonitas e ilitas são formadas por arranjos octaédricos
entre duas estruturas de arranjos tetraédricos. Nesses minerais, a
ligação entre as camadas ocorrem por íons dos arranjos tetraédricos.
As camadas ficam livres e as partículas ficam com a espessura da
própria camada estrutural.
Fonte: PINTO (2006)
Estrutura simbólica da ilita
Fonte: PINTO (2006)
Estrutura simbólica da
montmorilonita (esmectita)

26. Superfície específica
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Denomina-se superfície específica de um solo a soma das
superfícies de todas as partículas contidas na unidade de
volume (ou de peso) do solo.
Aresta
Volume
total
N° de
cubos
Área total
Superfície
específica
1 cm 1 cm³ 1 6 cm² 6 cm²/cm³
1 mm = 10-1
cm 1 cm³ 10³ 60 cm² 60 cm²/cm³
0,1 mm = 10-2
cm 1 cm³ 106
600 cm² 600 cm²/cm³
0,01 mm = 10-3
cm 1 cm³ 109
6.000 cm² 6.000 cm²/cm³
0,001 mm = 1 μ =10-4
cm 1 cm³ 1012
60.000 cm² = 6 m² 60.000 cm²/cm³
Para o caso de uma partícula esférica, teríamos:
𝑠 =
4𝜋𝑟2
4
3
𝜋𝑟3
=
3
𝑟
( Τ
𝑐𝑚² 𝑐𝑚³)

27. Superfície específica
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Para os argilo-minerais, as superfícies específicas assumem os
valores:
Caulinita 10 m²/g
Ilita 80 m²/g
Montmorilonita 800 m²/g
Logo, quanto mais fino o solo → maior sua superfície
específica, o que constitui uma das diferenças entre as
propriedades físicas dos solos arenosos e argilosos.

28. Forma das partículas
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➢ Partículas arredondadas ou, mais exatamente, com forma
poliédrica. São as que predominam nos pedregulhos,
areias e siltes.
A forma das partículas de solo tem grande influência sobre
suas propriedades.
Distinguem-se principalmente as seguintes formas:
➢ Partículas lamelares semelhantes a lamelas ou escamas.
São as que se encontram nas argilas.
➢ Partículas fibrilares característica dos solos altamente
orgânicos e das turfas.

29. Sistema solo-água
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A água contida no solo pode ser
classificada em:
➢ Água de constituição – é a que faz parte
da estrutura molecular da partícula
sólida;
➢ Água adsorvida (ou adesiva) – é a
película de água que envolve e adere
fortemente a partícula sólida;
➢ Água livre – é a que se encontra em uma
determinada região do terreno, enchendo
todos os seus vazios; seu estudo rege-se
pelas leis da hidráulica;
➢ Água higroscópica – é a que ainda se
encontra em um solo seco ao ar livre;
➢ Água capilar – é a que nos solos de grãos
finos sobe pelos interstícios capilares
deixados pelas partículas sólidas. Fonte: CAPUTO (2016)
Podem ser totalmente evaporadas pelo efeito
do calor, a uma temperatura maior que 100°C.

30. Sistema solo-água
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A água atua como um bipolo, orientando-se em relação às
cargas externas.
Fonte: CAPUTO (2016)
➢ Em contato com a água, cujas
moléculas são polarizadas, as
partículas de argila (que possuem
carga elétrica negativa) atraem
seus íons positivos, formando
assim uma película de água
adsorvida, denominada camada
adsorvida.
➢ As propriedades da água adsorvida são diferentes da água comum, em
vista da grande pressão (da ordem de 2.000 MPa) que está submetida
pelas forças eletrostáticas de adsorção. Apresenta-se num estado
semissólido e com espessuras médias da ordem de 0,005 μ (CAPUTO
2016).

31. Estrutura dos solos
finos
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Quando duas partículas de argilo-minerais, na água, estão
muito próximas ocorrem forças de atração e de repulsão
entre elas.
A combinação das forças de atração e repulsão entre as
partículas irá determinar a forma de contato entre as diversas
partículas de argila, resultando em diferentes estruturas
para os solos finos.
Considera-se a existência de dois tipos básicos de estruturas:
➢ Floculada – quando os contatos se fazem entre as faces e
arestas, ainda que através da água adsorvida;
➢ Dispersa – quando as partículas se posicionam parale-
lamente, face a face.

32. Estrutura dos solos
finos
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Predominam os contatos entre
faces e arestas.
Fonte: PINTO (2006)
floculada em água salgada
floculada em água não salgada
dispersa
Exemplo de estrutura de solos sedimentares
Predominam os contatos face a
face.

33. Sistema solo-água-ar
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Quando o solo não se encontra saturado, o ar pode se apresentar em forma
de bolhas oclusas ou em forma de canalículos intercomunicados, inclusive
com o meio externo.
A água na superfície se comporta como se fosse uma membrana.
As moléculas de água, no contato com o ar, orientam-se em virtude da
diferença de atração química das moléculas adjacentes. Sendo esse
comportamento medido pela tensão superficial.
Em virtude desta tensão, a superfície de contato entre a água e o solo nos
vazios pequenos das partículas apresenta uma curvatura, indicando que a
pressão nos fluídos não é a mesma.
Essa diferença de pressão, denominada tensão de sucção, é responsável
por diversos fenômenos referentes ao comportamento mecânico dos solos.

34. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR
6502 - rochas e solos. Rio de janeiro, 1995.
CAPUTO, H. P., CAPUTO, A. N. Mecânica dos Solos e suas
aplicações. 7. ed., V1 – Fundamentos. Editora LTC, Rio de
Janeiro, 2016.
PINTO, Carlos de Souza. Curso básico de Mecânica dos
Solos. 3. ed. Oficina de Textos, São Paulo, 2006.
VARGAS, Milton. Introdução à Mecânica dos Solos.
McGraw-Hill do Brasil, São Paulo,1977.
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Referências Bibliográficas