“Prof. Milton Vargas em seu livro Introdução à Mecânica dos Solos, apresenta uma definição do solo sob o ponto de vista da engenharia – “A palavra solo, na expressão da Mecânica dos Solos, não tem significado intuitivo imediato. Ela necessita de uma definição erudita. Mas toda definição exige, de imediato, a fixação da finalidade para que é feita. Em português clássico, o termo solo significa tão somente a superfície do chão. Já no campo da agricultura, solo é a camada de terra tratável, geralmente de poucos metros de espessura, que suporta as raízes das plantas. Na expressão Mecânica dos Solos, o termo adquire um significado específico às finalidades de engenharia. Ele denota um material de construção ou de mineração”.

O solo tem sua origem imediata ou remota na decomposição das rochas pela ação das intempéries. O intemperismo (químico ou físico) gera sedimentos que poderão ser transportados por agentes da natureza, como a água, e depositados em locais distantes de sua origem. Com o tempo esses sedimentos podem sofrer alterações em sua composição inicial, originando solos diferentes.

  • Solo Residual - provém do produto final da rocha sã intemperizada pelo processo químico, permanecendo “in situ”, constituindo o manto de intemperismo. Grande relação com a rocha de origem.

  • Solo Transportado -caracterizado pelo solo residual que sofre a ação transportadora dos agentes geológicos: mar, rio, vento, gelo, gravidade. Neste tipo de solo tem-se uma grande quantidade de matéria orgânica em sua composição. Não possui ligação coma rocha original.

Muitas são as dificuldades encontradas quando se trata de solo, pois o solo não possui comportamento, tensão e deformação linear ou único como é o caso do aço. Isto ocorre porque ele sofre, quando solicitado, variação de volume, que altera sua resistência; comportamento do solo depende da solicitação, tempo de aplicação e meio ambiente; o solo é diferente para cada local; o solo a ser pesquisado geralmente não está situado na superfície, mas sim em horizontes profundos; muitos solos são sensíveis às perturbações na amostragem e não reproduzem em laboratório suas características reais etc.

Os espaços entre as partículas são chamados de vazios. Os vazios estão normalmente preenchidos por água e ou ar. Um solo que apresenta seus vazios totalmente preenchidos por água é chamado de solo saturado.

Quando a carga aplicada ao solo é variada subitamente, essa variação é absorvida tanto pelo esqueleto sólido como pela água contida nos vazios. A mudança na pressão da água contida nos vazios provocará um movimento dessa água acarretando uma mudança nas suas propriedades com o tempo.

Tamanho e Forma das Partículas

Em função dos agentes de intemperismo e transporte, os depósitos de solos podem estar constituídos de partículas dos mais diversos tamanhos. Solos cuja maior porcentagem esteja constituída por partículas visíveis a olho nu (?>0,074 mm ou # 200) são chamados de solos granulares (solos grossos). Os solos de granulações grossas apresentam-se compostos de partículas normalmente eqüidimensionais, podem ser esféricas (solos transportados) ou angulosos (solos residuais). O Löes (Depósitos Eólicos) --> partículas bem arredondadas da fração da areia fina e silte grosso. A forma característica do solo de granulação fina (?<0,074mm) é a laminar, em que duas dimensões são incomparavelmente maiores que a terceira. As argilas (granulação muito fina), a forma das partículas minerais aproxima de uma lâmina. Para discutir o tamanho das partículas, é usual citar a sua dimensão ou fazer uso de nomes conferidos arbitrariamente a certa faixa de variação de tamanhos. Neste sentido, existem escalas que apresentam nomes dos solos juntamente com a dimensão que representam. Os solos grossos (granulares) são subdivididos em pedregulhos e areias, e os de granulação fina, em silte e argila.

    • Pedregulhos – são acumulações incoerentes de fragmentos de rocha. Normalmente são encontrados em grandes expansões, nas margens dos rios e depressões preenchidos por materiais transportados pelos rios.
    • Areias – Tem origem semelhante à dos pedregulhos. As areias são ásperas ao tacto e, estando isenta de finos, não se contraem ao secar, não apresentam plasticidade e compreendem-se, quase instantaneamente, ao serem carregadas.
    • Siltes – solo de granulação fina que apresentam pouca ou nenhuma plasticidade. Um torrão de solte seco ao ar pode ser desfeito com bastante facilidade.
    • Argilas – granulação muito fina que apresentam características marcantes de plasticidade e elevada resistência, quando secas, constituem a fração mais ativa dos solos. As argilas, quando secas e desagregadas, dão uma sensação de farinha ao tacto, e quando úmida, são lisas.

Os solos na natureza apresentam-se compostos por elementos das três fases físicas, em maior ou menor proporção. O arcabouço do solo, constituído do agrupamento das partículas sólidas, apresenta-se entremeado de vazios, os quais podem estar preenchidos com água e/ou ar. O ar é extremamente compressível, e a água pode fluir através do solo, portanto, quando da avaliação quantitativa do comportamento do solo, há necessidade de se levar em conta às ocorrências dessas fases físicas.

 

Propriedades dos Solos

Índices de Consistência

O comportamento físico dos solos de granulometria fina (argilas e siltes), em relação a propriedades como compressibilidade, resistência ao cisalhamento e permeabilidade, é relacionado ao grau de umidade da amostra, assim como o é a consistência dos mesmos.

A percepção da consistência de um solo variando em função do grau de umidade foi traduzida em forma de limites de consistência e/ou índices de consistência. Para um dado solo, pode-se criar correlações semi-empíricas entre as importantes propriedades citadas e estes limites e/ou índices, de forma a poder-se aproximadamente prever estas propriedades de amostras genéricas no mesmo campo apenas conhecendo seus limites ou índices.

Este procedimento se sustenta pelo fato de que geralmente é mais simples a determinação dos limites de consistência do que compressibilidade, permeabilidade ou resistência e, dependendo do estágio e grau de importância da obra, podem ser uma alternativa final ou ao menos preliminar aos demais ensaios.

Estados de Consistência

Atterberg definiu quatro estados de consistência do solo, em função da variação crescente do teor de umidade da amostra. Os estados são:

    • Sólido (quando qualquer secagem do solo não implica em variação de volume).
    • Semi-sólido (tem a aparência de um sólido, mas com a secagem ocorre variação de volume). O solo ainda apresenta retração ao secamento.
    • Plástico (o material possui comportamento plástico, deformável).
    • Líquido (quando não possui forma definida. A resistência ao cisalhamento é nula). O solo tem aparência fluida ou de lama.

Delimitando-os foram definidos três teores de umidade, o limite de contração (LC), o limite de plasticidade (LP) e o limite de liquidez (LL). Esses limites são teores de umidade do solo na mudança de estado determinados sob condições padronizadas de ensaio, e fornecem uma base excelente para a classificação e identificação de solos de granulometria fina. Os ensaios para determinação dos limites de consistência são:

    • Limite de Liquidez
    • Limite de Plasticidade
    • Limite de Contração

Compactação dos Solos

A construção de aterros é um caso típico onde deve-se estudar a fundo a compactação dos solos. A compactação do solo é um processo pelo qual se processa a diminuição de seus vazios, dessa forma lhe infere características de resistência e compressibilidade. A resistência de um aterro, isto é, sua estabilidade, deve-se manter permanente em todos os períodos do ano, independentemente da condição seca ou chuvosa.

A compactação do solo é feita través do lançamento de camadas horizontais ao aterro (20 a 30cm) e posterior passagem de equipamento mecânico (rolos compactadores), para o caso de pequenas valas, se faz o uso de equipamentos manuais.

Diversas obras se empregam a compactação: pavimentação, barragens, valas, muros de arrimo etc.

Permeabilidade dos Solos

Com muita freqüência, a água ocupa a maior parte ou a totalidade dos vazios do solo. Submetida a diferenças de potenciais, a água se desloca no seu interior. O estudo da percolação pode ser resumido em três problemas prático:

    • No cálculo das vazões, como por exemplo, na estimativa da quantidade de água que se infiltra numa escavação;
    • Na análise de recalques, porque freqüentemente está relacionado com a diminuição do índice de vazios, decorrente da expulsão de água.
    • Estudos de estabilidade, pois as tensões resistentes do solo depede da tensão da água.

Compressibilidade e Adensamento

Toda vez que uma argila (saturada) sofre uma ação externa, através de um carregamento, surgem gradientes hidráulicos e um fluxo de água. Com a expulsão da água o solo se deforma, até atingir uma nova posição de equilíbrio.

Essa variação volumétrica ao longo do tempo constitui o fenômeno de adensamento, e são responsáveis pelos recalques nas estruturas que estão apoiadas sobre este solo.

Em solos argilosos os recalques são muito lentos e em areias ou solos argilosos não saturados as deformações são rápidas.

Modelos matemáticos capazes de prever a velocidade de dissipação das pressões neutras e do campo de deformações são denominados Teorias de Adensamento.

Recalques por Colapso

Este fenômeno ocorre em várias regiões do Brasil, é caracterizado por solos tropicais e porosos (superficiais). Tais solos, quando estão sujeitos a carregamentos e por uma razão qualquer (infiltração de águas de chuva, rompimento de condutos de água ou esgoto etc) tem seu grau de saturação aumentado, passando por uma repentina variação de volume, manifestada por uma redução de vazios.

O fenômeno deve-se ao fato de a entrada de água na estrutura instável desses solos, tender eliminar as causas de equilíbrio (pequena cimentação, coesão aparente), provocando um colapso da estrutura do solo, razão pelas quais são chamados de colapsíveis.

 

Resistência ao Cisalhamento dos Solos

A resistência ao cisalhamento de uma massa de solo é a resistência interna por área que a massa de solo pode oferecer para resistir a rupturas e a deslizamentos ao longo de qualquer plano no seu interior. O fenômeno de ruptura dos solos envolvem o equilíbrio das forças atuantes num maciço de terra, onde se levam em conta o seu peso próprio e eventualmente as forças de inércias originadas por sismos e vibrações, tem como oposição a essas forças, aquelas resistências intrínsecas do maciço. As estruturas decorrentes desse fenômeno de ruptura são:

    • Estabilidade de taludes de terra;
    • Os empuxos passivos e ativos sobre muros de arrimo;
    • Placas de ancoragem ou paramentos que agem sobre o solo;
    • Capacidade de carga de fundações em geral (rasa ou profunda).

Há vários métodos de laboratório disponível para determinar os parâmetros de resistência ao cisalhamento de um solo, sendo: ensaio de cisalhamento direto, ensaio triaxial, ensaio de compressão simples, entre outros.