Universidade Federal da Bahia Escola Politcnica Departamento de Cincia e Tecnologia dos Materiais (Setor de Geotecnia)

Universidade Federal da Bahia Escola Politcnica Departamento de Cincia e Tecnologia dos Materiais (Setor de Geotecnia)

Conceitos introdutrios Autores: Sandro Lemos Machado e Miriam de Ftima C. Machado

MECNICA DOS SOLOS I Conceitos introdutrios

1.INTRODUO AO CURSO.4 1.1 Importncia do estudo dos solos4 1.2 A mecnica dos solos, a geotecnia e disciplinas relacionadas.4 1.3 Aplicaes de campo da mecnica dos solos.5 1.4 Desenvolvimento do curso.5

2.ORIGEM E FORMAO DOS SOLOS.6 2.1Conceituao de solo e de rocha.6 2.2 Intemperismo. 6 2.3Ciclo rocha solo.8 2.4Classificao do solo quanto a origem e formao. 10

3.TEXTURA E ESTRUTURA DOS SOLOS.17 3.1Tamanho e forma das partculas.17 3.2Identificao tctil visual dos solos.18 3.3 Anlise granulomtrica. 20 3.4Designao segundo NBR 6502.23 3.5Estrutura dos solos.24 3.6Composio qumica e mineralgica25

5.LIMITES DE CONSISTNCIA.29 5.1Noes bsicas29 5.2Estados de consistncia.29 5.3Determinao dos limites de consistncia.30 5.4ndices de consistncia32 5.5Alguns conceitos importantes.3

6.CLASSIFICAO DOS SOLOS.36 6.1Classificao segundo o Sistema Unificado de Classificao dos Solos (SUCS).37 6.2Classificao segundo a AASHTO.42

7. NDICES FSICOS. 46 7.1 Generalidades. 46 7.2Relaes entre volumes.46 7.3Relao entre pesos e volumes pesos especficos ou entre massas e volumes massa especfica.47 7.4Diagrama de fases.48 7.5Utilizao do diagrama de fases para a determinao das relaes entre os diversos ndices fsicos.49 7.6 Densidade relativa 49 7.7Ensaios necessrios para determinao dos ndices fsicos.50

8.DISTRIBUIO DE TENSES NO SOLO52 8.1 Introduo. 52 8.2Tenses em uma massa de solo.52 8.3Clculo das tenses geostticas.54 8.4Exemplo de aplicao.56 8.5Acrscimos de tenses devido cargas aplicadas.57

9. COMPACTAO. 73 9.1 Introduo 73 9.2O emprego da compactao73 9.3Diferenas entre compactao e adensamento.73 9.4Ensaio de compactao 74 9.5Curva de compactao.74 9.6Energia de compactao.76 9.7Influncia da compactao na estrutura dos solos.7 9.8Influncia do tipo de solo na curva de compactao77 9.9Escolha do valor de umidade para compactao em campo78 9.10 Equipamentos de campo79 9.1 Controle da compactao.81 9.12 ndice de suporte Califrnia (CBR).83

10.INVESTIGAO DO SUBSOLO.86 10.1 Introduo.86 10.2 Mtodos de prospeco geotcnica.87

NOTA DOS AUTORESEste trabalho foi desenvolvido apoiandose na estruturao e ordenao de tpicos j existentes no Departamento de Cincia e Tecnologia dos Materiais (DCTM), relativos disciplina Mecnica dos Solos. Desta forma, a ordenao dos captulos do trabalho e a sua lgica de apresentao devem muito ao material desenvolvido pelos professores deste Departamento, antes do ingresso do professor Sandro

Lemos Machado UFBA, o que se deu em 1997.Valeressaltartambmqueocaptulodeorigemeformaodossolos,cujo contedo apresentado no volume 1 deste trabalho, tem a sua fundamentao no material elaborado, com uma enorme base de conhecimento regional, pelos professores do DCTM e pelo aluno Maurcio de Jesus Valado, apresentado em um volume de notas de aulas , de grande valor didtico e certamente referncia bibliogrfica obrigatria para os alunos que cursam a disciplina Mecnica dos Solos.

4 1. INTRODUO AO CURSO

Quase todas as obras de engenharia tm, de alguma forma, de transmitir as cargas sobre elas impostas ao solo. Mesmo as embarcaes, ainda durante o seu perodo de construo, transmitem ao solo as cargas devidas ao seu peso prprio. Alm disto, em algumas obras, o solo utilizado como o prprio material de construo, assim como o concreto e o ao so utilizados na construo de pontes e edifcios. So exemplos de obras que utilizam o solo como material de construo os aterros rodovirios, as bases para pavimentos de aeroportos e as barragens de terra, estas ltimas podendo ser citadas como pertencentes a uma categoria de obra de engenharia a qual capaz de concentrar, em um s local, uma enorme quantidade de recursos, exigindo para a sua boa construo uma gigantesca equipe de trabalho, calcada principalmente na interdisciplinaridade de seus componentes. O estudo do comportamento do solo frente s solicitaes a ele impostas por estas obras portanto de fundamental importncia. Podese dizer que, de todas as obras de engenharia, aquelas relacionadas ao ramo do conhecimento humano definido como geotecnia (do qual a mecnica do solos faz parte), so responsveis pela maior parte dos prejuzos causados humanidade, sejam eles de natureza econmica ou mesmo a perda de vidas humanas. No Brasil, por exemplo, devido ao seu clima tropical e ao crescimento desordenado das metrpoles, um sem nmero de eventos como os deslizamentos de encostas ocorrem, provocando enormes prejuzos e ceifando a vida de centenas de pessoas a cada ano. Vse daqui a grande importncia do engenheiro geotcnico no acompanhamento destas obras de engenharia, evitando por vezes a ocorrncia de desastres catastrficos.

Por ser o solo um material natural, cujo processo de formao no depende de forma direta da interveno humana, o seu estudo e o entendimento de seu comportamento depende de uma srie de conceitos desenvolvidos em ramos afins de conhecimento. A mecnica dos solos o estudo do comportamento de engenharia do solo quando este usado ou como material de construo ou como material de fundao. Ela uma disciplina relativamente jovem da engenharia civil, somente sistematizada e aceita como cincia em 1925 por Terzaghi (Terzaghi, 1925), que conhecido com todos os mritos, como o pai da mecnica dos solos.

Um entendimento dos princpios da mecnica dos slidos essencial para o estudo da mecnica dos solos. O conhecimento e aplicao de princpios de outras matrias bsicas como fsica e qumica so tambm teis no entendimento desta disciplina. Por ser um material de origem natural, o processo de formao do solo, o qual estudado pela geologia, ir influenciar em muito no seu comportamento. O solo, como veremos adiante, um material trifsico, composto basicamente de ar, gua e partculas slidas. A parte fluida do solo (ar e gua) pode se apresentar em repouso ou pode se movimentar pelos seus vazios mediante a existncia de determinadas foras. O movimento da fase fluida do solo estudado com base em conceitos desenvolvidos pela mecnica dos fluidos. Podese citar ainda algumas disciplinas, como a fsica dos solos, ministrada em cursos de agronomia, como de grande importncia no estudo de uma mecnica dos solos mais avanada, denominada de mecnica dos solos no saturados. Alm disto, o estudo e o desenvolvimento da mecnica dos solos so fortemente amparados em bases experimentais, a partir de ensaios de campo e laboratrio.

A aplicao dos princpios da mecnica dos solos para o projeto e construo de fundaes denominada de "engenharia de fundaes". A engenharia geotcnica (ou geotecnia) pode ser considerada como a juno da mecnica dos solos, da engenharia de fundaes, da mecnica das rochas, da geologia de engenharia e mais recentemente da geotecnia ambiental, que trata de problemas como transporte de contaminantes pelo solo, avaliao de locais impactados, projetos de sistemas de proteo em aterros sanitrios, etc.

Fundaes: As cargas de qualquer estrutura tm de ser, em ltima instncia, descarregadas no solo atravs de sua fundao. Assim a fundao uma parte essencial de qualquer estrutura. Seu tipo e detalhes de sua construo podem ser decididos somente com o conhecimento e aplicao de princpios da mecnica dos solos.

Obras subterrneas e estruturas de conteno: Obras subterrneas como estruturas de drenagem, dutos, tneis e as obras de conteno como os muros de arrimo, cortinas atirantadas somente podem ser projetadas e construdas usando os princpios da mecnica dos solos e o conceito de "interao soloestrutura".

Projeto de pavimentos: o projeto de pavimentos pode consistir de pavimentos flexveis ou rgidos. Pavimentos flexveis dependem mais do solo subjacente para transmisso das cargas geradas pelo trfego. Problemas peculiares no projeto de pavimentos flexveis so o efeito de carregamentos repetitivos e problemas devidos s expanses e contraes do solo por variaes em seu teor de umidade.

Escavaes, aterros e barragens: A execuo de escavaes no solo requer freqentemente o clculo da estabilidade dos taludes resultantes. Escavaes profundas podem necessitar de escoramentos provisrios, cujos projetos devem ser feitos com base na mecnica dos solos. Para a construo de aterros e de barragens de terra, onde o solo empregado como material de construo e fundao, necessitase de um conhecimento completo do comportamento de engenharia dos solos, especialmente na presena de gua. O conhecimento da estabilidade de taludes, dos efeitos do fluxo de gua atravs do solo, do processo de adensamento e dos recalques a ele associados, assim como do processo de compactao empregado essencial para o projeto e construo eficientes de aterros e barragens de terra.

Este curso de mecnica dos solos pode ter sua parte terica dividida em duas partes: uma parte envolvendo os tpicos origem e formao dos solos, textura e estrutura dos solos, anlise granulomtrica, estudo das fases arguapartculas slidas, limites de consistncia, ndices fsicos e classificao dos solos, onde uma primeira aproximao feita com o tema solos e uma segunda parte, envolvendo os tpicos presses geostticas, compactao, permeabilidade dos solos, compressibilidade dos solos, resistncia ao cisalhamento e empuxos de terra, onde um tratamento mais fundamentado na tica da engenharia civil dado aos solos.

6 2. ORIGEM E FORMAO DOS SOLOS.

Quando mencionamos a palavra solo j nos vem a mente uma idia intuitiva do que se trata. No linguajar popular a palavra solo est intimamente relacionada com a palavra terra, a qual poderia ser definida como material solto, natural da crosta terrestre onde habitamos, utilizado como material de construo e de fundao das obras do homem. Uma definio precisa e teoricamente sustentada do significado da palavra solo contudo bastante difcil, de modo que o termo solo adquire diferentes conotaes a depender do ramo do conhecimento humano que o emprega. Para a agronomia, o termo solo significa o material relativamente fofo da crosta terrestre, consistindo de rochas decompostas e matria orgnica, o qual capaz de sustentar a vida. Desta forma, os horizontes de solo para agricultura possuem em geral pequena espessura. Para a geologia, o termo solo significa o material inorgnico no consolidado proveniente da decomposio das rochas, o qual no foi transportado do seu local de formao. Na engenharia, conveniente definir como rocha aquilo que impossvel escavar manualmente, que necessite de explosivo para seu desmonte. Chamamos de solo, a rocha j decomposta ao ponto granular e passvel de ser escavada apenas com o auxlio de ps e picaretas ou escavadeiras.

A crosta terrestre composta de vrios tipos de elementos que se interligam e formam minerais. Esses minerais podero estar agregados como rochas ou solo. Todo solo tem origem na desintegrao e decomposio das rochas pela ao de agentes intempricos ou antrpicos. As partculas resultantes deste processo de intemperismo iro depender fundamentalmente da composio da rocha matriz e do clima da regio. Por ser o produto da decomposio das rochas, o solo invariavelmente apresenta um maior ndice de vazios do que a rocha me, vazios estes ocupados por ar, gua ou outro fluido de natureza diversa. Devido ao seu pequeno ndice de vazios e as fortes ligaes existentes entre os minerais, as rochas so coesas, enquanto que os solos so granulares. Os gros de solo podem ainda estar impregnados de matria orgnica. Desta forma, podemos dizer que para a engenharia, solo um material granular composto de rocha decomposta, gua, ar (ou outro fluido) e eventualmente matria orgnica, que pode ser escavado sem o auxlio de explosivos.

Intemperismo o conjunto de processos fsicos, qumicos e biolgicos pelos quais a rocha se decompe para formar o solo. Por questes didticas, o processo de intemperismo freqentemente dividido em trs categorias: intemperismo fsico qumico e biolgico. Deve se ressaltar contudo, que na natureza todos estes processos tendem a acontecer ao mesmo tempo, de modo que um tipo de intemperismo auxilia o outro no processo de transformao rochasolo.

Os processos de intemperismo fsico reduzem o tamanho das partculas, aumentando sua rea de superfcie e facilitando o trabalho do intemperismo qumico. J os processos qumicos e biolgicos podem causar a completa alterao fsica da rocha e alterar suas propriedades qumicas.

o processo de decomposio da rocha sem a alterao qumica dos seus componentes. Os principais agentes do intemperismo fsico so citados a seguir:

Variaes de Temperatura Da fsica sabemos que todo material varia de volume em funo de variaes na sua temperatura. Estas variaes de temperatura ocorrem entre o dia e a noite e durante o ano, e sua intensidade ser funo do clima local. Acontece que uma rocha geralmente formada de diferentes tipos de minerais, cada qual possuindo uma constante de dilatao trmica diferente, o que faz a rocha deformar de maneira desigual em seu interior, provocando o aparecimento de tenses internas que tendem a fraturla. Mesmo rochas com uma uniformidade de componentes no tm uma arrumao que permita uma expanso uniforme, pois gros compridos deformam mais na direo de sua maior dimenso, tendendo a gerar tenses internas e auxiliar no seu processo de desagregao.

Repuxo coloidal O repuxo coloidal caracterizado pela retrao da argila devido sua diminuio de umidade, o que em contato com a rocha gera tenses capazes de fratur la.

Ciclos gelo/degelo As fraturas existentes nas rochas podem se encontrar parcialmente ou totalmente preenchidas com gua. Esta gua, em funo das condies locais, pode vir a congelar, expandindose e exercendo esforos no sentido de abrir ainda mais as fraturas preexistentes na rocha, auxiliando no processo de intemperismo (a gua aumenta em cerca de 8% o seu volume devido arrumao das partculas durante a cristalizao). Vale ressaltar tambm que a gua transporta substncias ativas quimicamente, incluindo sais que ao reagirem com cidos provocam cristalizao com aumento de volume.

Alvio de presses Alvio de presses ir ocorrer em um macio rochoso sempre que da retirada de material sobre ou ao lado do macio, provocando a sua expanso, o que por sua vez, ir contribuir no fraturamento, estrices e formao de juntas na rocha. Estes processos, isolados ou combinados (caso mais comum) "fraturam" as rochas continuamente, o que permite a entrada de agentes qumicos e biolgicos, cujos efeitos aumentam a fraturao e tende a reduzir a rocha a blocos cada vez menores.

o processo de decomposio da rocha com a alterao qumica dos seus componentes. H vrias formas atravs das quais as rochas decompemse quimicamente. Podese dizer, contudo, que praticamente todo processo de intemperismo qumico depende da presena da gua. Entre os processos de intemperismo qumico destacamse os seguintes:

Hidrlise Dentre os processos de decomposio qumica do intemperismo, a hidrlise a que se reveste de maior importncia, porque o mecanismo que leva a destruio dos silicatos, que so os compostos qumicos mais importantes da litosfera. Em resumo, os minerais na presena dos ons H+ liberados pela gua so atacados, reagindo com os mesmos. O H+ penetra nas estruturas cristalinas dos minerais desalojando os seus ons originais (Ca++, K+, Na+, etc.) causando um desequilbrio na estrutura cristalina do mineral e levandoo a destruio.

Hidratao Como a prpria palavra indica, a entrada de molculas de gua na estrutura dos minerais. Alguns minerais quando hidratados (feldspatos, por exemplo) sofrem expanso, levando ao fraturamento da rocha.

Carbonatao O cido carbnico o responsvel por este tipo de intemperismo. O intemperismo por carbonatao mais acentuado em rochas calcrias por causa da diferena de solubilidade entre o CaCo3 e o bicarbonato de clcio formado durante a reao.

Os diferentes minerais constituintes das rochas originaro solos com caractersticas diversas, de acordo com a resistncia que estes tenham ao intemperismo local. H, inclusive, minerais que tm uma estabilidade qumica e fsica tal que normalmente no so decompostos. O quartzo, por exemplo, por possuir uma enorme estabilidade fsica e qumica parte predominante dos solos grossos, como as areias e os pedregulhos.

Neste caso a decomposio da rocha se d graas a esforos mecnicos produzidos por vegetais atravs das razes, por animais atravs de escavaes dos roedores, da atividade de minhocas ou pela ao do prprio homem, ou de ambos, ou ainda pela liberao de substncias agressivas quimicamente, intensificando assim o intemperismo qumico, seja pela decomposio de seus corpos ou atravs de secrees como o caso dos ourios do mar.

Logo, os fatores biolgicos de maior importncia incluem a influncia da vegetao no processo erosivo da rocha e o ciclo de meio ambiente entre solo e planta e entre animais e solo. Podese dizer que o intemperismo biolgico uma categoria do intemperismo qumico em que as reaes qumicas que ocorrem nas rochas so propiciadas por seres vivos.

O intemperismo qumico possui um poder de desagregao da rocha muito maior do que o intemperismo fsico. Deste modo, solos gerados em regies onde h a predominncia do intemperismo qumico tendem a ser mais profundos e mais finos do que aqueles solos formados em locais onde h a predominncia do intemperismo fsico. Alm disto, obviamente, os solos originados a partir de uma predominncia do intemperismo fsico apresentaro uma composio qumica semelhante da rocha me, ao contrrio daqueles solos formados em locais onde h predominncia do intemperismo qumico.

Conforme relatado anteriormente, a gua um fator fundamental no desenvolvimento do intemperismo qumico da rocha. Deste modo, regies com altos ndices de pluviosidade e altos valores de umidade relativa do ar tendem a apresentar uma predominncia de intemperismo do tipo qumico, o contrrio ocorrendo em regies de clima seco.

Como vimos, todo solo provm de uma rocha prexistente, mas dada a riqueza da sua formao no de se esperar do solo uma estagnao a partir de um certo ponto. Como em tudo na natureza, o solo continua suas transformaes, podendo inclusive voltar a ser rocha. De forma simplificada, definiremos a seguir um esquema de transformaes que vai do magma ao solo sedimentar e volta ao magma (fig. 2.1).

No interior do Globo Terrestre, graas s elevadas presses e temperaturas, os elementos qumicos se encontram em estado lquido formando o magma (fig. 2.1 6).

A camada slida da Terra, pode romperse em pontos localizados e deixar escapar o magma. Desta forma, haver um resfriamento brusco do magma (fig. 2.1 linha 61), que se transformar em rochas gneas, nas quais no haver tempo suficiente para o desenvolvimento de estruturas cristalinas mais estveis. O processo indicado pela linha 61 denominado de extruso vulcnica ou derrame e responsvel pela formao da rocha gnea denominada de basalto. A depender do tempo de resfriamento, o basalto pode mesmo vir a apresentar uma estrutura vtrea.

Quando o magma no chega superfcie terrestre, mas ascende a pontos mais prximos superfcie, com menor temperatura e presso, ocorre um resfriamento mais lento (fig. 2.1 linha 67), o que permite a formao de estruturas cristalinas mais estveis, e, portanto, de rochas mais resistentes, denominadas de intrusivas ou plutnicas (diabsio, gabro e granito).

Figura 2.1 Ciclo rocha solo

Podemos avaliar comparativamente as rochas vulcnicas e plutnicas pelo tamanho dos cristais, o que pode ser feito facilmente a olho nu ou com o auxlio de lupas. Cristais maiores indicam uma formao mais lenta, caracterstica das rochas plutnicas, e viceversa.

Uma vez exposta, (fig. 2.11), a rocha sofre a ao das intempries e forma os solos residuais (fig. 2.12), os quais podem ser transportados e depositados sobre outro solo de qualquer espcie ou sobre uma rocha (fig. 2.1 linha 23), vindo a se tornar um solo sedimentar.

A contnua deposio de solos faz aumentar a presso e a temperatura nas camadas mais profundas, que terminam por ligarem seus gros e formar as rochas sedimentares (fig. 2.1 linha 34), este processo chamase litificao ou diagnese.

As rochas sedimentares podem, da mesma maneira que as rochas gneas, aflorarem superfcie e reiniciar o processo de formao de solo ( fig. 2.1 linha 41), ou de forma inversa, as deposies podem continuar e conseqentemente prosseguir o aumento de presso e temperatura, o que ir levar a rocha sedimentar a mudar suas caractersticas texturais e mineralgicas, a achatar os seus cristais de forma orientada transversalmente presso e a aumentar a ligao entre os cristais (fig. 2.1 linha 45). O material que surge da tem caractersticas to diversas da rocha original, que muda a sua designao e passa a se chamar rocha metamrfica.

Naturalmente, a rocha metamrfica est sujeita a ser exposta (fig. 2.1 linha 51), decomposta e formar solo. Se persistir o aumento de presso e temperatura graas deposio de novas camadas de solo, a rocha fundir e voltar forma de magma (fig. 2.1 linha 56).

Obviamente, todos esses processos. com exceo do vulcanismo e de alguns transportes mais rpidos, ocorrem numa escala de tempo geolgica, isto , de milhares ou milhes de anos.

H diferentes maneiras de se classificar os solos, como pela origem, pela sua evoluo, pela presena ou no de matria orgnica, pela estrutura, pelo preenchimento dos vazios, etc. Neste item apresentarse uma classificao gentica para os solos, ou seja, iremos classificlos conforme o seu processo geolgico de formao.

Nesta classificao gentica, os solos so divididos em dois grandes grupos, sedimentares e residuais, a depender da existncia ou no de um agente de transporte na sua formao, respectivamente. Os principais agentes de transporte atuando na formao dos solos sedimentares so a gua, o vento e a gravidade. Estes agentes de transporte influenciam fortemente nas propriedades dos solos sedimentares, a depender do seu grau de seletividade.

So solos que permanecem no local de decomposio da rocha. Para que eles ocorram necessrio que a velocidade de decomposio da rocha seja maior do que a velocidade de remoo do solo por agentes externos.

A velocidade de decomposio depende de vrios fatores, entre os quais a temperatura, o regime de chuvas e a vegetao. As condies existentes nas regies tropicais so favorveis a degradaes mais rpidas da rocha, razo pela qual h uma predominncia de solos residuais nestas regies (centro sul do Brasil, por exemplo).

Como a ao das intempries se d, em geral, de cima para baixo, as camadas superiores so, via de regra, mais trabalhadas que as inferiores. Este fato nos permite visualizar todo o processo evolutivo do solo, de modo que passamos de uma condio de rocha s, para profundidades maiores, at uma condio de solo residual maduro, em superfcie. A fig. 2.2 ilustra um perfil tpico de solo residual.

Figura 2.2 Perfil tpico de solo residual. Modificado de Nogueira (1995)

Conforme se pode observar da fig. 2.2, a rocha s passa paulatinamente rocha fraturada, depois ao saprolito, ao solo residual jovem e ao solo residual maduro. Em se tratando de solos residuais, de grande interesse a identificao da rocha s, pois ela condiciona, entre outras coisas, a prpria composio qumica do solo.

A rocha alterada caracterizase por uma matriz de rocha possuindo intruses de solo, locais onde o intemperismo atuou de forma mais eficiente.

O solo saproltico ainda guarda caractersticas da rocha me e tem basicamente os mesmos minerais, porm a sua resistncia j se encontra bastante reduzida. Este pode ser caracterizado como uma matriz de solo envolvendo grandes pedaos de rocha altamente alterada. Visualmente pode confundirse com uma rocha alterada, mas apresenta pequena resistncia ao manuseio. Nos horizontes saprolticos comum a ocorrncia de grandes blocos de rocha denominados de mataces, responsveis por muitos problemas quando do projeto de fundaes.

O solo residual jovem apresenta boa quantidade de material que pode ser classificado como pedregulho (# > 4,8 m). Geralmente so bastante irregulares quanto a resistncia mecnica, colorao, permeabilidade e compressibilidade, j que o processo de transformao no se d em igual intensidade em todos os pontos, comumente existindo blocos da rocha no seu interior. Podese dizer tambm que nos horizontes de solo jovem e saproltico as sondagens a percusso a serem realizadas devem ser revestidas de muito cuidado, haja vista que a presena de material pedregulhoso pode vir a danificar os amostradores utilizados, vindo a mascarar os resultados obtidos.

Os solos maduros, mais prximos superfcie, so mais homogneos e no apresentam semelhanas com a rocha original. De uma forma geral, h um aumento da resistncia ao cisalhamento do, da textura (granulometria) e da heterogeneidade do solo com a profundidade, razo esta pela qual a realizao de ensaios de laboratrio em amostras de solo residual jovem ou do horizonte saproltico bastante trabalhosa.

No Recncavo Baiano comum a ocorrncia de solos residuais oriundos de rochas sedimentares. Um perfil tpico de solo do recncavo Baiano apresentado na fig. 2.3, sendo constitudo de camadas sucessivas de argila e areia, coerente com o material que foi depositado no local. Merece uma ateno especial o solo formado pela decomposio da rocha sedimentar denominada de folhelho, muito comum no Recncavo Baiano. Esta rocha, quando decomposta, produz uma argila conhecida popularmente como "massap", que tem como mineral constituinte a montimorilonita, apresentando grande potencial de expanso na presena de gua. As constantes mudanas de umidade a que o solo est submetido provocam variaes de volume que geram srios problemas nas construes (aterros ou edificaes) assentes sobre estes solos. A fig. 2.4 apresenta fotos de um perfil de alterao Flhelho/Massap comumente encontrado em Pojuca, Regio Metropolitana de Salvador. Na fig. 2.4(a) podese notar o aspecto extremamente fraturado do folhelho alterado enquanto na fig. 2.4(b) notase a existncia de uma grande quantidade de trincas de trao originadas pela secagem do solo ao ser exposto atmosfera.

(a)(b)

Figura 2.3 Perfil geotcnico tpico do recncavo Baiano.

Figura 2.4 Perfil de alterao Folhelho/Massap, encontrado em PojucaBA. (a) Folhelho alterado e (b) Retrao tpica do solo ao sofrer secagem.

Os solos sedimentares ou transportados so aqueles que foram levados ao seu local atual por algum agente de transporte e l depositados. As caractersticas dos solos sedimentares so funo do agente de transporte.

Cada agente de transporte seleciona os gros que transporta com maior ou menor facilidade, alm disto, durante o transporte, as partculas de solo se desgastam e/ou quebram. Resulta da um tipo diferente de solo para cada tipo de transporte. Esta influncia to marcante que a denominao dos solos sedimentares feita em funo do agente de transporte predominante.

Podese listar os agentes de transporte, por ordem decrescente de seletividade, da seguinte forma:

Ventos (Solos Elicos) guas (Solos Aluvionares)

gua dos Oceanos e Mares (Solos Marinhos)

gua dos Rios (Solos Fluviais)

gua de Chuvas (Solos Pluviais)

Geleiras (Solos Glaciais) Gravidade (Solos Coluvionares)

Os agentes naturais citados acima no devem ser encarados apenas como agentes de transporte, pois eles tm uma participao ativa no intemperismo e portanto na formao do prprio solo, o que ocorre naturalmente antes do seu transporte.

O transporte pelo vento d origem aos depsitos elicos de solo. Em virtude do atrito constante entre as partculas, os gros de solo transportados pelo vento geralmente possuem forma arredondada. A capacidade do vento de transportar e erodir muito maior do que possa parecer primeira vista. Vrios so os exemplos de construes e at cidades soterradas parcial ou totalmente pelo vento, como foram os casos de Taunas ES e Tutia MA; os gros mais finos do deserto do Saara atingem em grande escala a Inglaterra, percorrendo uma distncia de mais de 3000km!. Como a capacidade de transporte do vento depende de sua velocidade, o solo geralmente depositado em zonas de calmaria.

O transporte elico o mais seletivo tipo de transporte das partculas do solo. Se por um lado gros maiores e mais pesados no podem ser transportados, os solos finos, como as argilas, tm seus gros unidos pela coeso, formando torres dificilmente levados pelo vento. Esse efeito tambm ocorre em areias e siltes saturados (falsa coeso) o que faz da linha de lenol fretico (linha a partir da qual todos os vazios do solo esto preenchidos com gua) um limite para a atuao dos ventos.

Podese dizer portanto que a ao do transporte do vento se restringe ao caso das areias finas ou silte. Por conta destas caractersticas, os solos elicos possuem gros de aproximadamente mesmo dimetro, apresentando uma curva granulomtrica denominada de uniforme. So exemplos de solos elicos:

As dunas so exemplos comuns de solos elicos nordeste do Brasil). A formao de uma duna se d inicialmente pela existncia de um obstculo ao caminho natural do vento, o que diminui a sua velocidade e resulta na deposio de partculas de solo (fig. 2.5)

Mar Vento

Figura 2.5 Atuao do transporte elico na formao das dunas.

A deposio continuada de solo neste local acaba por gerar mais deposio de solo, j que o obstculo ao caminho do vento se torna cada vez maior. Durante o perodo de existncia da duna, partculas de areia so levadas at o seu topo, rolando ento para o outro lado. Este movimento faz com que as dunas se desloquem a uma velocidade de poucos metros por ano, o que para os padres geolgico muito rpido.

Formado por deposies sobre vegetais que ao se decomporem deixam seu molde no macio, o Loess um solo bastante problemtico para a engenharia, pois a despeito de uma capacidade de formar paredes de altura fora do comum e inicialmente suportar grandes esforos mecnicos, podem se romper completa e abruptamente devido ao umedecimento.

O Loess, comum na Europa oriental, geralmente contm grandes quantidades de cal, responsvel por sua grande resistncia inicial. Quando umedecido, contudo, o cimento calcreo existente no solo pode ser dissolvido e solo entra em colapso.

So solos resultantes do transporte pela gua e sua textura depende da velocidade da gua no momento da deposio, sendo freqente a ocorrncia de camadas de granulometrias distintas, devidas s diversas pocas de deposio.

O transporte pela gua bastante semelhante ao transporte realizado pelo vento, porm algumas caractersticas importantes os distinguem:

a) Viscosidade por ser mais viscosa a gua tem uma capacidade de transporte maior, transportando gros de tamanhos diversos. b) Velocidade e Direo ao contrrio do vento que em um minuto pode soprar com foras e direes bastante diferenciadas, a gua tm seu roteiro mais estvel; suas variaes de velocidade tem em geral um ciclo anual e as mudanas de direo esto condicionadas ao prprio processo de desmonte e desgaste do relevo. c) Dimenso das Partculas os solos aluvionares fluviais so, via de regra, mais grossos que os elicos, pois as partculas mais finas mantmse sempre em suspenso e s se sedimentam quando existe um processo qumico que as flocule (isto o que acontece no mar ou em alguns lagos). d) Eliminao da Coeso vimos que o vento no pode transportar os solos argilosos devido a coeso entre os seus gros. A presena de gua em abundncia diminui este efeito; com isso somamse as argilas ao universo de partculas transportadas pela gua.

A gua das chuvas pode ser retida em vegetais ou construes, podendo se evaporar a partir da. Ela pode se infiltrar no solo ou escoar sobre este e, neste caso, a vegetao rasteira funciona como elemento de fixao da parte superficial do solo ou como um tapete impermeabilizador (para as gramneas), sendo um importante elemento de proteo contra a eroso.

A gua que se infiltra pode carrear gros finos atravs dos poros existentes nos solos grossos, mas este transporte raro e pouco volumoso, portanto de pouca relevncia em relao eroso superficial. De muito maior importncia o solo que as guas das chuvas levam ao escoar de pontos mais elevados no relevo aos vales. Os vales contm rios ou riachos que sero alimentados no s da gua que escoa das escarpas, como tambm de matria slida.

Os rios durante sua existncia tm vrias fases. Em reas de formao geolgicas mais recentes, menos desgastadas, existem irregularidades topogrficas muito grandes e por isso os rios tm uma inclinao maior e conseqentemente uma maior velocidade. Existem vrios fatores determinantes da capacidade de eroso e transporte dos rios, sendo a velocidade a mais importante. Assim, os rios mais jovens transportam mais matria slida do que os rios mais velhos.

Sabese que os rios no possuem a mesma idade em toda a sua extenso; quanto mais distantes da nascente, menor a inclinao e a velocidade. As partculas de determinado tamanho passam a ter peso suficiente para se decantar e permanecer naquele ponto, outras menores s sero depositadas com velocidade tambm menor. O transporte fluvial pode ser descrito sumariamente da seguinte forma:

a) Os rios desgastam o relevo em sua parte mais elevada e levam os solos para sua parte mais baixa, existindo com o tempo uma tendncia a planificao do leito. Rios mais velhos tm portanto menor velocidade e transportam menos. b) Cada tamanho de gro ser depositado em um determinado ponto do rio, correspondente a uma determinada velocidade, o que leva os solos fluviais a terem uma grande uniformidade granulomtrica. Solos muito finos, como as argilas, permanecero em suspenso at decantar em mares ou lagos com gua em repouso.

De um modo geral, podese dizer que os solos aluvionares apresentam um grau de uniformidade de tamanho de gros intermedirio entre os solos elicos (mais uniformes) e coluvionares (menos uniformes).

As ondas atingem as praias com um pequeno ngulo em relao ao continente. Isso faz com que a areia, alm do movimento de vai e vem das ondas, desloquemse tambm ao longo da praia. Obras que impeam esse fluxo tendem a ser pontos de deposio de areia, o que pode acarretar srios problemas.

De pequena importncia para ns, os solos formados pelas geleiras, ao se deslocarem pela ao da gravidade, so comuns nas regies temperadas. So formados de maneira anloga aos solos fluviais. A corrente de gelo que escorre de pontos elevados onde o gelo formado para as zonas mais baixas, leva consigo partculas de solo e rocha, as quais, por sua vez, aumentam o desgaste do terreno.

Os detritos so depositados nas reas de degelo. Uma ampla gama de tamanho de partculas transportada, levando assim a formao de solos bastante heterogneos que possuem desde grandes blocos de rocha at materiais de granulometria fina.

So solos formados pela ao da gravidade. Os solos coluvionares so dentre os solos transportados os mais heterogneos granulometricamente, pois a gravidade transporta indiscriminadamente desde grandes blocos de rocha at as partculas mais finas de argila.

Entre os solos coluvionares esto os escorregamentos das escarpas da Serra do Mar formando os Tlus nos ps do talude, massas de materiais muito diversos e sujeitos a movimentaes de rastejo. Tm sido tambm classificados como coluvies os solos superficiais do Planalto Brasileiro depositados sobre solos residuais.

16 Os tlus so solos coluvionares formados pelo deslizamento de solo do topo das encostas. No sul da Bahia existem solos formados pela deposio de colvios em reas mais baixas, os quais se apresentam geralmente com altos teores de umidade e so propcios lavoura cacaueira. Encontramse solos coluvionares (tlus) tambm na Cidade Baixa, em Salvador, ao p da encosta paralela falha geolgica que atravessa a Baia de Todos os Santos. De extrema beleza so os tlus encontrados na Chapada Diamantina, Bahia. A fig. 2.6 lustra formaes tpicas da regio. A parte mais inclinada dos morros corresponde formao original, enquanto que a parte menos inclinada composta basicamente de solo coluvionar (tlus). .

(Parte3de 8)

Figura 2.6 Exemplos de solos coluvionares (tlus) encontrados na chapada diamantina.

Formados pela impregnao do solo por sedimentos orgnicos preexistentes, em geral misturados a restos de vegetais e animais. Podem ser identificados pela cor escura e por possuir forte cheiro caracterstico. Tm granulometria fina, pois os solos grossos tem uma permeabilidade que permite a "lavagem" dos gros, eximindoos da matria impregnada.

solos que encorporam florestas soterradas em estado avanado de decomposio. Tm estrutura fibrilar composta de restos de fibras vegetais e no se aplicam a as teorias da Mecnica dos Solos, sendo necessrios estudos especiais. Tm ocorrncia registrada na Bahia, Sergipe, Rio Grande do Sul e outros estados do Brasil.Algunssolossofrem,emseulocaldeformao(oude deposio) uma srie de transformaes fsicoqumicas que os levam a ser classificados como solos de evoluo pedognica. Os solos laterticos so um tipo de solo de evoluo pedognica. O processo de laterizao tpico de regies onde h uma ntida separao entre perodos chuvosos e secos e caracterizado pela lavagem da slica coloidal dos horizontes superiores do solo, com posterior deposio desta em horizontes mais profundos, resultando em solos superficiais com altas concentraes de xidos de ferro e alumnio. A importncia do processo de laterizao no comportamento dos solos tropicais discutida no item classificao dos solos.

17 3. TEXTURA E ESTRUTURA DOS SOLOS.

Entendese por textura o tamanho relativo e a distribuio das partculas slidas que formam os solos. O estudo da textura dos solos realizado por intermdio do ensaio de granulometria, do qual falaremos adiante. Pela sua textura os solos podem ser classificados em dois grandes grupos: solos grossos (areia, pedregulho, mataco) e solos finos (silte e argila). Esta diviso fundamental no entendimento do comportamento dos solos, pois a depender do tamanho predominante das suas partculas, as foras de campo influenciando em seu comportamento sero gravitacionais (solos grossos) ou eltricas (solos finos). De uma forma geral, podese dizer que quanto maior for a relao rea/volume ou rea/massa das partculas slidas, maior ser a predominncia das foras eltricas ou de superfcie. Estas relaes so inversamente proporcionais ao tamanho das partculas, de modo que os solos finos apresentam uma predominncia das foras de superfcie na influncia do seu comportamento. Conforme relatado anteriormente, o tipo de intemperismo influencia no tipo de solo a ser formado. Podese dizer que partculas com dimenses at cerca de 0,001mm so obtidas atravs do intemperismo fsico, j as partculas menores que 0,001mm provm do intemperismo qumico.

Nos solos grossos, por ser predominante a atuao de foras gravitacionais, resultando em arranjos estruturais bastante simplificados, o comportamento mecnico e hidrulico est principalmente condicionado a sua compacidade, que uma medida de quo prximas esto as partculas slidas umas das outras, resultando em arranjos com maiores ou menores quantidades de vazios. Os solos grossos possuem uma maior percentagem de partculas visveis a olho nu ( 0,074 m) e suas partculas tm formas arredondadas, polidricas e angulosas.

So classificados como pedregulho as partculas de solo com dimenses maiores que 2,0mm (DNER, MIT) ou 4,8mm (ABNT). Os pedregulhos so encontrados em geral nas margens dos rios, em depresses preenchidas por materiais transportados pelos rios ou at mesmo em uma massa de solo residual (horizontes correspondentes ao solo residual jovem e ao saprolito).

As areias se distinguem pelo formato dos gros que pode ser angular, subangular e arredondado, sendo este ltimo uma caracterstica das areias transportadas por rios ou pelo vento. A forma dos gros das areias est relacionada com a quantidade de transporte sofrido pelos mesmos at o local de deposio. O transporte das partculas dos solos tende a arredondar as suas arestas, de modo que quanto maior a distncia de transporte, mais esfricas sero as partculas resultantes. Classificamos como areia as partculas com dimenses entre 2,0mm e 0,074mm (DNER), 2,0mm e 0,05mm (MIT) ou ainda 2,0mm e 0,06mm (ABNT).

O formato dos gros de areia tem muita importncia no seu comportamento mecnico, pois determina como eles se encaixam e se entrosam, e, em contrapartida, como eles deslizam entre si quando solicitados por foras externas. Por outro lado, como estas foras se transmitem dentro do solo pelos contatos entre as partculas, as de formato mais angulares so mais susceptveis a se quebrarem.

Quando as partculas que constituem o solo possuem dimenses menores que 0,074mm (DNER), ou 0,06mm (ABNT), o solo considerado fino e, neste caso, ser classificado como argila ou como silte.

Nos solos formados por partculas muito pequenas, as foras que intervm no processo de estruturao do solo so de carter muito mais complexo e sero estudadas no item composio mineralgica dos solos. Os solos finos possuem partculas com formas lamelares, fibrilares e tubulares e o mineral que determina a forma da partcula. As partculas de argila normalmente apresentam uma ou duas direes em que o tamanho da partcula bem superior quele apresentado em uma terceira direo. O comportamento dos solos finos definido pelas foras de superfcie (moleculares, eltricas) e pela presena de gua, a qual influi de maneira marcante nos fenmenos de superfcie dos argilominerais.

A frao granulomtrica do solo classificada como argila (dimetro inferior a 0,002mm) se caracteriza pela sua plasticidade marcante (capacidade de se deformar sem apresentar variaes volumtricas) e elevada resistncia quando seca. a frao mais ativa dos solos.

Apesar de serem classificados como solos finos, o comportamento dos siltes governado pelas mesmas foras dos solos grossos (foras gravitacionais), embora possuam alguma atividade. Estes possuem granulao fina, pouca ou nenhuma plasticidade e baixa resistncia quando seco. A fig. 3.1 apresenta a escala granulomtrica adotada pela ABNT (NBR 6502):

Figura 3.1 Escala granulomtrica da ABNT NBR 6502 de 1995

Muitas vezes em campo temos a necessidade de uma identificao prvia do solo, sem que o uso do aparato de laboratrio esteja disponvel. Esta classificao primria extremamente importante na definio (ou escolha) de ensaios de laboratrio mais elaborados e pode ser obtida a partir de alguns testes feitos rapidamente em uma amostra de solo. No processo de identificao ttil visual de um solo utilizamse freqentemente os seguintes procedimentos (vide NBR 7250):

Tato: Esfregase uma poro do solo na mo. As areias so speras; as argilas parecem com um p quando secas e com sabo quando midas.

Plasticidade: Moldar bolinhas ou cilindros de solo mido. As argilas so moldveis enquanto as areias e siltes no so moldveis.

Argila MdiaFina Areia

Silte Grossa Pedregulho

Pedra de mo

Resistncia do solo seco: As argilas so resistentes a presso dos dedos enquanto os siltes e areias no so.

Disperso em gua: Misturar uma poro de solo seco com gua em uma proveta, agitandoa. As areias depositamse rapidamente, enquanto que as argilas turvam a suspenso e demoram para sedimentar.

Impregnao: Esfregar uma pequena quantidade de solo mido na palma de uma das mos. Colocar a mo embaixo de uma torneira aberta e observar a facilidade com que a palma da mo fica limpa. Solos finos se impregnam e no saem da mo com facilidade.

Dilatncia: O teste de dilatncia permite obter uma informao sobre a velocidade de movimentao da gua dentro do solo. Para a realizao do teste devese preparar uma amostra de solo com cerca de 15mm de dimetro e com teor de umidade que lhe garanta uma consistncia mole. O solo deve ser colocado sobre a palma de uma das mos e distribudo uniformemente sobre ela, de modo que no aparea uma lmina dgua. O teste se inicia com um movimento horizontal da mo, batendo vigorosamente a sua lateral contra a lateral da outra mo, diversas vezes. Devese observar o aparecimento de uma lmina dgua na superfcie do solo e o tempo para a ocorrncia. Em seguida, a palma da mo deve ser curvada, de forma a exercer uma leve compresso na amostra, observandose o que poder ocorrer lmina d gua, se existir, superfcie da amostra. O aparecimento da lmina d gua durante a fase de vibrao, bem como o seu desaparecimento durante a compresso e o tempo necessrio para que isto acontea deve ser comparado aos dados da tabela 3.1, para a classificao do solo.

Tabela 3.1 Teste de dilatncia

Descrio da ocorrncia de lmina dgua durante

Vibrao (aparecimento) Compresso (desaparecimento) Dilatncia

No h mudana visvelNenhuma (argila)

Aparecimento lentoDesaparecimento lentoLenta (silte ou areia argilosos) Aparecimento mdioDesaparecimento mdioMdia (Silte, areia siltosa) Aparecimento rpidoDesaparecimento rpidoRpida (areia)

Aps realizados estes testes, classificase o solo de modo apropriado, de acordo com os resultados obtidos (areia siltosa, argila arenosa, etc.). Os solos orgnicos so identificados em separado, em funo de sua cor e odor caractersticos.

Alm da identificao ttil visual do solo, todas as informaes pertinentes identificao do mesmo, disponveis em campo, devem ser anotadas. Devese informar, sempre que possvel, a eventual presena de material cimentante ou matria orgnica, a cor do solo, o local da coleta do solo, sua origem geolgica, sua classificao gentica, etc.

A distino entre solos argilosos e siltosos, na prtica da engenharia geotcnica, possui certas dificuldades, j que ambos os solos so finos. Porm, aps a identificao ttilvisual ter sido realizada, algumas diferenas bsicas entre eles, j citadas nos pargrafos anteriores, podem ser utilizadas para distinguilos.

1 O solo classificado como argiloso quando se apresenta bastante plstico em presena de gua, formando torres resistentes ao secar. J os solos siltosos quando secos, se esfarelam com facilidade. 2 Os solos argilosos se desmancham na gua mais lentamente que os solos siltosos.

Os solos siltosos, por sua vez, apresentam dilatncia marcante, o que no ocorre com os solos argilosos.

A anlise da distribuio das dimenses dos gros, denominada anlise granulomtrica, objetiva determinar os tamanhos dos dimetros equivalentes das partculas slidas em conjunto com a proporo de cada frao constituinte do solo em relao ao peso de solo seco. A representao grfica das medidas realizadas denominada de curva granulomtrica. Pelo fato de o solo geralmente apresentar partculas com dimetros equivalentes variando em uma ampla faixa, a curva granulomtrica normalmente apresentada em um grfico semilog, com o dimetro equivalente das partculas em uma escala logartmica e a percentagem de partculas com dimetro inferior abertura da peneira considerada (porcentagem que passa) em escala linear.

O ensaio de granulometria conjunta para o levantamento da curva granulomtrica do solo realizado com base em dois procedimentos distintos: a) peneiramento realizado para partculas com dimetros equivalentes superiores a 0,074mm (peneira 200) e b) Sedimentao procedimento vlido para partculas com dimetros equivalentes inferiores a 0,2mm. O ensaio de peneiramento no realizado para partculas com dimetros inferiores a 0,074mm pela dificuldade em se confeccionar peneiras com aberturas de malha desta ordem de grandeza. Embora existindo no mercado, a peneira 400 (com abertura de malha de 0,045mm) no regularmente utilizada no ensaio de peneiramento, por ser facilmente danificada e de custo elevado.

O ensaio de granulometria realizado empregandose os seguintes equipamentos: jogo de peneiras, balana, estufa, destorroador, quarteador, bandejas, proveta, termmetro, densmetro, cronmetro, dispersor, defloculante, etc. A preparao das amostras de solo se d pelos processos de secagem ao ar, quarteamento, destorroamento (vide NBR 9941), utilizandose quantidades de solo que variam em funo de sua textura (aproximadamente 1500g para o caso de solos grossos e 200g, para o caso de solos finos).

A seguir so listadas algumas caractersticas dos processos normalmente empregados no ensaio de granulometria conjunta (vide NBR 7181).

Peneiramento: utilizado para a frao grossa do solo (gros com at 0,074mm de dimetro equivalente), realizase pela passagem do solo por peneiras padronizadas e pesagem das quantidades retidas em cada uma delas. Retirase 50 a 100g da quantidade que passa na peneira de #10 e preparase o material para a sedimentao.

Sedimentao: os solos muito finos, com granulometria inferior a 0,074mm, so tratados de forma diferenciada, atravs do ensaio de sedimentao desenvolvido por Arthur Casagrande. Este ensaio se baseia na Lei de Stokes, segundo a qual a velocidade de queda, V, de uma partcula esfrica, em um meio viscoso infinito, proporcional ao quadrado do dimetro da partcula. Sendo assim, as menores partculas se sedimentam mais lentamente que as partculas maiores.

O ensaio de sedimentao realizado medindose a densidade de uma suspenso de solo em gua, no decorrer do tempo, calculase a percentagem de partculas que ainda no sedimentaram e a velocidade de queda destas partculas. Com o uso da lei de Stokes, podese inferir o dimetro mximo das partculas ainda em suspenso, de modo que com estes dados, a curva granulomtrica completada. A eq. 3.1 apresenta a lei de Stokes.

(3.1)fluido do especfico peso

partculas das dimetro D fludo do de viscosida solo do partculas das mdio especfico peso

onde,

Devese notar que o dimetro equivalente calculado empregandose a eq. 3.1 corresponde a apenas uma aproximao, medida em que durante a realizao do ensaio de sedimentao, as seguintes ocorrncias tendem a afastlo das condies ideais para as quais a lei de Stokes foi formulada.

As partculas de solo no so esfricas (muito menos as partculas dos argilominerais que tm forma placide).

A coluna lquida possui tamanho definido. O movimento de uma partcula interfere no movimento de outra. As paredes do recipiente influenciam no movimento de queda das partculas. O peso especfico das partculas do solo um valor mdio. O processo de leitura (insero e retirada do densmetro) influencia no processo de queda das partculas.

A representao grfica do resultado de um ensaio de granulometria dada pela curva granulomtrica do solo. A partir da curva granulomtrica, podemos separar facilmente os solos grossos dos solos finos, apontando a percentagem equivalente de cada frao granulomtrica que constitui o solo (pedregulho, areia, silte e argila). Alm disto, a curva granulomtrica pode fornecer informaes sobre a origem geolgica do solo que est sendo investigado. Por exemplo, na fig. 3.2, a curva granulomtrica a corresponde a um solo com a presena de partculas em uma ampla faixa de variao. Assim, o solo representado por esta curva granulomtrica poderia ser um solo de origem glacial, um solo coluvionar (tlus) (ambos de baixa seletividade) ou mesmo um solo residual jovem. Contrariamente, o solo descrito pela curva granulomtrica c foi evidentemente depositado por um agente de transporte seletivo, tal como a gua ou o vento (a curva c poderia representar um solo elico, por exemplo), pois possui quase que tosas as partculas do mesmo dimetro. Na curva granulomtrica b, uma faixa de dimetros das partculas slidas est ausente. Esta curva poderia ser gerada, por exemplo, por variaes bruscas na capacidade de transporte de um rio em decorrncia de chuvas.

De acordo com a curva granulomtrica obtida, o solo pode ser classificado como bem graduado, caso ele possua uma distribuio contnua de dimetros equivalentes em uma ampla faixa de tamanho de partculas (caso da curva granulomtrica a) ou mal graduado, caso ele possua uma curva granulomtrica uniforme (curva granulomtrica c) ou uma curva granulomtrica que apresente ausncia de uma faixa de tamanhos de gros (curva granulomtrica b).

Alguns sistemas de classificao utilizam a curva granulomtrica para auxiliar na previso do comportamento de solos grossos. Para tanto, estes sistemas de classificao lanam mo de alguns ndices caractersticos da curva granulomtrica, para uma avaliao de sua uniformidade e curvatura. Os coeficientes de uniformidade e curvatura de uma determinada curva granulomtrica so obtidos a partir de alguns dimetros eqivalente caractersticos do solo na curva granulomtrica.

So eles:

D10 Dimetro efetivo Dimetro eqivalente da partcula para o qual temos 10% das partculas passando (10% das partculas so mais finas que o dimetro efetivo).

D30 e D60 O mesmo que o dimetro efetivo, para as percentagens de 30 e 60%, respectivamente.

Figura 3.2 Representao de diferentes curvas granulomtricas.

As equaes 3.2 e 3.3 apresentam os coeficientes de uniformidade e curvatura de uma dada curva granulomtrica.

Coeficiente de uniformidade:

Cu D =

De acordo como valor do Cu obtido, a curva granulomtrica pode ser classificada conforme apresentado abaixo:

Cu < 5 muito uniforme

5 < Cu < 15 uniformidade mdia Cu > 15 no uniforme

Coeficiente de curvatura:

D x

Cc D

Classificao da curva granulomtrica quanto ao coeficiente de curvatura 1 < Cc < 3 solo bem graduado

Cc < 1 ou Cc > 3 solo mal graduado

A NBR 6502 apresenta algumas regras prticas para designar os solos de acordo com a sua curva granulomtrica. A tabela 3.2 ilustra o resultado de ensaios de granulometria realizados em trs solos distintos. As regras apresentadas pela NBR6502 sero ento empregadas para classificlos, em carter ilustrativo.

Tabela 3.2 Exemplos de resultados de ensaios de granulometria para trs solos distintos.

#Abertura (m)Solo 1Solo 2Solo 3

Pedra 0 0 02 Considerar a areia com partculas entre 0,074mm e 2,0mm.

Quando da ocorrncia de mais de 10% de areia, silte ou argila adjetivase o solo com as fraes obtidas.

Em caso de empate, adotase a seguinte hierarquia: 1) Argila; 2) Areia e e 3) Silte

No caso de percentagens menores do que 10% adjetivase o solo do seguinte modo, independente da frao granulomtrica considerada:

1 a 5% com vestgios de

5 a 10% com pouco

Para o caso de pedregulho com fraes superiores a 10% adjetivase o solo do seguinte modo:

10 a 29% com pedregulho

> 30% com muito pedregulho

Resultado da nomenclatura dos solos conforme os dados apresentados na tabela 3.2.

Solo 1: Argila SiltoArenosa com pouco Pedregulho Solo 2: Areia SiltoArgilosa com Pedregulho

24 Solo 3: Pedregulho Arenoso com vestgios de Silte e Pedra

ATENO: A completa classificao de um solo depende tambm de outros fatores alm da granulometria, sendo a adoo de uma nomenclatura baseada apenas na curva granulomtrica insuficiente para uma previso, ainda que qualitativa, do seu comportamento de engenharia.

Denominase estrutura dos solos a maneira pela qual as partculas minerais de diferentes tamanhos se arrumam para formlo o solo. A estrutura de um solo possui um papel fundamental em seu comportamento, seja em termos de resistncia ao cisalhamento, compressibilidade ou permeabilidade. Conforme ser visto adiante, os solos finos possuem o seu comportamento governado por foras eltricas, enquanto os solos grossos tm na gravidade o seu principal fator de influncia, de modo que a estrutura dos solos finos ocorre em uma diversificao e complexidade muito maior do que a estrutura dos solos grossos. De fato, sendo a gravidade o fator principal agindo na formao da estrutura dos solos grossos, a estrutura destes solos difere, de solo para solo, somente no que se refere ao seu grau de compacidade. No caso dos solos finos, devido a presena das foras de superfcie, arranjos estruturais bem mais elaborados so possveis. A fig. 3.3 ilustra algumas estruturas tpicas de solos grossos e finos.

Figura 3.3 Alguns arranjos estruturais presentes em solos grossos e finos. Apud Vargas 1977.

Quando duas partculas de argila esto muito prximas, entre elas ocorrem foras de atrao e de repulso. As foras de repulso so devidas s cargas lquidas negativas que elas possuem e que ocorrem desde que as camadas duplas estejam em contato. As foras de atrao decorrem de foras de Van der Waals e de ligaes secundrias que atraem materiais adjacentes. Da combinao das foras de atrao e de repulso entre as partculas resulta a estrutura dos solos, que se refere disposio das partculas na massa de solo e as foras entre elas. Lambe (1969) identificou dois tipos bsicos de estrutura do solo, denominandoos de estrutura floculada, quando os contatos se fazem entre faces e arestas das partculas slidas, ainda que atravs da gua adsorvida, e de estrutura dispersa quando as partculas se posicionam paralelamente, face a face.

Os solos so formados a partir da desagregao de rochas por aes fsicas e qumicas do intemperismo. As propriedades qumica e mineralgica das partculas dos solos assim formados iro depender fundamentalmente da composio da rocha matriz e do clima da regio. Estas propriedades, por sua vez, iro influenciar de forma marcante o comportamento mecnico do solo.

Os minerais so partculas slidas inorgnicas que constituem as rochas e os solos, e que possuem forma geomtrica, composio qumica e estrutura prpria e definida. Eles podem ser divididos em dois grandes grupos, a saber:

Primrios Aqueles encontrados nos solos e que sobrevivem a transformao da rocha (advm portanto do intemperismo fsico).

Secundrios Os que foram formados durante a transformao da rocha em solo (ao do intemperismo qumico).

As partculas dos solos grossos, dentre as quais apresentamse os pedregulhos, so constitudas algumas vezes de agregaes de minerais distintos, sendo mais comum, entretanto, que as partculas sejam constitudas de um nico mineral. Estes solos so formados, na sua maior parte, por silicatos (90%) e apresentam tambm na sua composio xidos, carbonatos e sulfatos.

Grupos Mineraisxidos hematita, magnetita, limonita

Silicatos feldspato, quartzo, mica, serpentina

Carbonatos calcita, dolomita Sulfatos gesso, anidrita

O quartzo, presente na maioria das rochas, bastante estvel, e em geral resiste bem ao processo de transformao rochasolo. Sua composio qumica simples, SiO2, as partculas so eqidimensionais, como cubos ou esferas e ele apresenta baixa atividade superficial (devido ao tamanho de seus gros). Por conta disto, o quartzo o componente principal na maioria dos solos grossos (areias e pedregulhos)

Os solos finos possuem uma estrutura mais complexa e alguns fatores, como foras de superfcie, concentrao de ons, ambiente de sedimentao, etc., podem intervir no seu comportamento. As argilas possuem uma complexa constituio qumica e mineralgica, sendo formadas por slica no estado coloidal (SiO2) e sesquixidos metlicos (R2O3), onde R = Al; Fe.

Os feldspatos so os minerais mais atacados pela natureza, dando origem aos argilo minerais, que constituem a frao mais fina dos solos, geralmente com dimetro inferior a

2m. No s o reduzido tamanho, mas, principalmente, a constituio mineralgica faz com que estas partculas tenham um comportamento extremamente diferenciado em relao ao dos gros de silte e areia.

O estudo da estrutura dos argilominerais pode ser facilitado "construindose" o argilomineral a partir de unidades estruturais bsicas. Este enfoque puramente didtico e no representa necessariamente o mtodo pelo qual o argilomineral realmente formado na natureza. Assim, as estruturas apresentadas neste captulo so apenas idealizaes. Um cristal tpico de um argilomineral uma estrutura complexa similar ao arranjo estrutural aqui idealizado, mas contendo usualmente substituies de ons e outras modificaes estruturais que acabam por formar novos tipos de argilominerais. As duas unidades estruturais bsicas dos argilominerais so os tetraedros de silcio e os octadros de alumnio (fig. 3.4). Os tetraedros de silcio so formados por quatro tomos de oxignio eqidistantes de um tomo de silcio enquanto que os octadros de alumnio so formados por um tomo de alumnio no centro, envolvido por seis tomos de oxignio ou grupos de hidroxilas, OH. A depender do modo como estas unidades estruturais esto unidas entre si, podemos dividir os argilo minerais em trs grandes grupos.

a) GRUPO DA CAULINITA: A caulinita formada por uma lmina silcica e outra de alumnio, que se superpem indefinidamente. A unio entre todas as camadas suficientemente firme (pontes de hidrognio) para no permitir a penetrao de molculas de gua entre elas. Assim, as argilas caulinticas so as mais estveis em presena dgua, apresentando baixa atividade e baixo potencial de expanso.

b) MONTMORILONITA: formada por uma unidade de alumnio entre duas silcicas, superpondose indefinidamente. Neste caso a unio entre as camadas dos minerais fraca (foras de Van der Walls), permitindo a penetrao de molculas de gua na estrutura com relativa facilidade. Os solos com grandes quantidades de montmorilonita tendem a ser instveis em presena de gua. Apresentam em geral grande resistncia quando secos, perdendo quase que totalmente a sua capacidade de suporte por saturao. Sob variaes de umidade apresentam grandes variaes volumtricas, retraindose em processos de secagem e expandindose sob processos de umedecimento.

c) ILITA: Possui um arranjo estrutural semelhante ao da montmorilonita, porm os ons no permutveis fazem com que a unio entre as camadas seja mais estvel e no muito afetada pela gua. tambm menos expansiva que a montmorilonita.

Figura 3.4 Arranjos estruturais tpicos dos trs principais grupos de argilo minerais. Apud Caputo (1981).

Como a unio entre as camadas adjacentes dos argilominerais do tipo 1:1 (grupo da caulinita) bem mais forte do que aquela encontrada para os outros grupos, de se esperar que estes argilominerais resultem por alcanar tamanhos maiores do que aqueles alcanados pelos argilominerais do grupo 2:1, o que ocorre na realidade: Enquanto um mineral tpico de caulinita possui dimenses em torno de 500 (espessura) x 1000 x 1000 (nm), um mineral de montmorilonita possui dimenses em torno de 3x 500 x 500 (nm).

A presena de um determinado tipo de argilomineral no solo pode ser identificada utilizandose diferentes mtodos, dentre eles a anlise trmica diferencial, o raio x , a microscopia eletrnica de varredura, etc.

Superfcie especfica Denominase de superfcie especfica de um solo a soma da rea de todas as partculas contidas em uma unidade de volume ou peso. A superfcie especfica dos argilominerais geralmente expressa em unidades como m2/m3 ou m2/g. Quanto maior o tamanho do mineral menor a superfcie especfica do mesmo. Deste modo, podese esperar que os argilominerais do grupo 2:1 possuam maior superfcie especfica do que os argilominerais do grupo 1:1. A montmorilonita, por exemplo, possui uma superfcie especfica de aproximadamente 800 m2/g, enquanto que a ilita e a caulinita possuem superfcies especficas de aproximadamente 80 e 10 m2/g, respectivamente. A superfcie especfica uma importante propriedade dos argilominerais, na medida em que quanto maior a superfcie especfica, maior vai ser o predomnio das foras eltricas (em detrimento das foras gravitacionais), na influncia sobre as propriedades do solo (estrutura, plasticidade, coeso, etc.)

4. FASES SLIDO GUA AR.

O solo constitudo de uma fase fluida (gua e/ ou ar) e se uma fase slida. A fase fluida ocupa os vazios deixados pelas partculas slidas.

Caracterizada pelo seu tamanho, forma, distribuio e composio mineralgica dos gros, conforme j apresentado anteriormente.

Fase composta geralmente pelo ar do solo em contato com a atmosfera, podendose tambm apresentar na forma oclusa (bolhas de ar no interior da fase gua).

A fase gasosa importante em problemas de deformao de solos e bem mais compressvel que as fases slida e lquida.

Fase fluida composta em sua maior parte pela gua, podendo conter solutos e outros fluidos imiscveis. Podese dizer que a gua se apresenta de diferentes formas no solo, sendo contudo extremamente difcil se isolar os estados em que a gua se apresenta em seu interior. A seguir so expressados os termos mais comumente utilizados para descrever os estados da gua no solo.

Preenche os vazios dos solos. Pode estar em equilbrio hidrosttico ou fluir sob a ao da gravidade ou de outros gradientes de energia.

a gua que se encontra presa s partculas do solo por meio de foras capilares. Esta se eleva pelos interstcios capilares formados pelas partculas slidas, devido a ao das tenses superficiais oriundas a partir da superfcie livre da gua.

uma pelcula de gua que adere s partculas dos solos finos devido a ao de foras eltricas desbalanceadas na superfcie dos argilominerais. Est submetida a grande presses, comportandose como slido na vizinhana da partcula de solo.

a gua presente na prpria composio qumica das partculas slidas. No retirada utilizandose os processos de secagem tradicionais. Ex: Montmorilonita (OH)4 Si2 Al4 O20 nH2 O

gua que o solo possui quando em equilbrio com a umidade atmosfrica e a temperatura ambiente.

29 5. CONSISTNCIA DOS SOLOS.

Quando tratamos com solos grossos (areias e pedregulhos com pequena quantidade ou sem a presena de finos), o efeito da umidade nestes solos freqentemente negligenciado, na medida em que a quantidade de gua presente nos mesmos tem um efeito secundrio em seu comportamento. Pode se dizer, conforme alis ser visto no captulo de classificao dos solos, que podemos classificar os solos grossos utilizandose somente a sua curva granulomtrica, o seu grau de compacidade e a forma de suas partculas. Por outro lado, o comportamento dos solos finos ou coesivos ir depender de sua composio mineralgica, da sua umidade, de sua estrutura e do seu grau de saturao. Em particular, a umidade dos solos finos tem sido considerada como uma importante indicao do seu comportamento desde o incio da mecnica dos solos.

Um solo argiloso pode se apresentar em um estado lquido, plstico, semislido ou slido, a depender de sua umidade. A este estado fsico do solo dse o nome de consistncia. Os limites inferiores e superiores de valor de umidade para cada estado do solo so denominados de limites de consistncia.

No estado plstico, o solo apresenta uma propriedade denominada de plasticidade, caracterizada pela capacidade do solo se deformar sem apresentar ruptura ou trincas e sem variao de volume.

A manifestao desta propriedade em um solo depender fundamentalmente dos seguintes fatores:

Umidade: Existe uma faixa de umidade dentro da qual o solo se comporta de maneira plstica. Valores de umidade inferiores aos valores contidos nesta faixa faro o solo se comportar como semislido ou slido, enquanto que para maiores valores de umidade o solo se comportar preferencialmente como lquido.

Tipo de argilomineral: O tipo de argilomineral (sua forma, constituio mineralgica, tamanho, superfcie especfica, etc.) influi na capacidade do solo de se comportar de maneira plstica. Quanto menor o argilomineral (ou quanto maior sua superfcie especfica), maior a plasticidade do solo. importante salientar que o conhecimento da plasticidade na caracterizao dos solos finos de fundamental importncia.

A depender da quantidade de gua presente no solo, teremos os seguintes estados de consistncia:

wS wP wL w%

Cada estado de consistncia do solo se caracteriza por algumas propriedades particulares, as quais so apresentadas a seguir. Os limites entre um estado de consistncia e outro so determinados empiricamente, sendo denominados de limite de contrao, wS, limite de plasticidade, wP e limite de liquidez, wL.

Estado Slido Dizemos que um solo est em um estado de consistncia slido quando o seu volume no varia por variaes em sua umidade.

Estado Semi Slido O solo apresenta fraturas e se rompe ao ser trabalhado. O limite de contrao, wS, separa os estados de consistncia slido e semislido. Estado Plstico Dizemos que um solo est em um estado plstico quando podemos moldlo sem que o mesmo apresente fissuras ou variaes volumtricas. O limite de plasticidade, wP, separa os estados de consistncia semislido e plstico. Estado Fluido Denso (Lquido) Quando o solo possui propriedades e aparncia de uma suspenso, no apresentando resistncia ao cisalhamento. O limite de liquidez, wL, separa os estados plstico e fluido.

Como seria de se esperar, a resistncia ao cisalhamento bem como a compressibilidade dos solos variam nos diversos estados de consistncia.

A delimitao entre os diversos estados de consistncia feita de forma emprica. Esta delimitao foi inicialmente realizada por Atterberg, culminando com a padronizao dos ensaios para a determinao dos limites de consistncia por Arthur Casagrande.

Conforme apresentado anteriormente, so os seguintes os limites que separam os diversos estados de consistncia do solo:

. Limite de Liquidez (wL) . Limite de Plasticidade (wP) . Limite de Contrao (wS)

o valor de umidade para o qual o solo passa do estado plstico para o estado fluido.

Determinao do limite de liquidez (wL). A determinao do limite de liquidez do solo realizada seguindose o seguinte procedimento: 1) colocase na concha do aparelho de

Casa Grande uma pasta de solo (passando #40) com umidade prxima de seu limite de plasticidade. 2) fazse um sulco na pasta com um cinzel padronizado. 3) Aplicamse golpes massa de solo posta na concha do aparelho de Casagrande, girandose uma manivela, a uma velocidade padro de 2 golpes por segundo. Esta manivela solidria a um eixo, o qual por possuir um excntrico, faz com que a concha do aparelho de casagrande caia de uma altura padro de aproximadamente 1cm. 4) Contase o nmero de golpes necessrio para que a ranhura de solo se feche em uma extenso em torno de 1cm. 5) Repetese este processo ao menos 5 vezes, geralmente empregandose valores de umidade crescentes. 6) lanamse os pontos experimentais obtidos, em termos de umidade versus log N de golpes. 6) ajustase uma reta passando por esses pontos. O limite de liquidez corresponde umidade para a qual foram necessrios 25 golpes para fechar a ranhura de solo. A fig. 5.1 ilustra o aparelho utilizado na determinao do limite de liquidez. A fig. 5.2 apresenta a determinao do limite de liquidez do solo (vide NBR 6459).

Figura 5.1 Aparelho utilizado na determinao do limite de liquidez. Apud Vargas (1977)

Figura 5.2 Determinao do limite de liquidez do solo. Apud Vargas (1977)

o valor de umidade para o qual o solo passa do estado semislido para o estado plstico.

Determinao do limite de plasticidade (wP). A determinao do limite de plasticidade do solo realizada seguindose o seguinte procedimento: 1) preparase uma pasta com o solo que passa na #40, fazendoa rolar com a palma da mo sobre uma placa de vidro esmerilhado, formando um pequeno cilindro. 2) quando o cilindro de solo atingir o dimetro de 3mm e apresentar fissuras, medese a umidade do solo. 3) esta operao repetida pelo menos 5 vezes, definido assim como limite de plasticidade o valor mdio dos teores de umidade determinados. A fig. 5.3 ilustra a realizao do ensaio para determinao do limite de plasticidade (vide NBR 9180).

Figura 5.3 Determinao do limite de plasticidade. Apud Vargas (1977)

o valor de umidade para o qual o solo passa do estado slido para o estado semi slido.

Determinao do limite de contrao (wS). A determinao do limite de contrao do solo realizada seguindose o seguinte procedimento: 1) moldase uma amostra de solo passando na #40, na forma de pastilha, em uma cpsula metlica com teor de umidade entre 10 e 25 golpes no aparelho de Casa Grande. 2) secase a amostra sombra e depois em estufa, pesandoa em seguida. 3) utilizase um recipiente adequado (cpsula de vidro) para medir o volume do solo seco, atravs do deslocamento de mercrio provocado pelo solo quando de sua imerso no recipiente. O limite de contrao determinado pela eq. 5.1, apresentada a seguir (vide NBR 7183).

w s V s w

Onde: V = Volume da amostra seca P = Peso da amostra seca w = Peso especfico da gua s = Peso especfico das partculas slidas

Uma vez conhecidos os limites de consistncia de um solo, vrios ndices podem ser definidos. A seguir, apresentaremos os mais utilizados.

O ndice de plasticidade (IP) corresponde a faixa de valores de umidade do solo na qual ele se comporta de maneira plstica. a diferena numrica entre o valor do limite de liquidez e o limite de plasticidade.

O IP uma maneira de avaliarmos a plasticidade do solo. Seria a quantidade de gua necessria a acrescentar a um solo (com uma consistncia dada pelo valor de wP) para que este passasse do estado plstico ao lquido.

Classificao do solo quanto ao seu ndice de plasticidade:

IP = 0 NO PLSTICO

1 < IP < 7 POUCO PLSTICO 7 < IP < 15 PLASTICIDADE MDIA IP > 15 MUITO PLSTICO

uma forma de medirmos a consistncia do solo no estado em que se encontra em campo.

wwI LC =

um meio de se situar a umidade do solo entre os limites de liquidez e plasticidade, com o objetivo de utilizao prtica. Obteno do estado de consistncia do solo em campo utilizandose o IC:

IC < 0 FLUDO DENSO

0 < IC < 1 ESTADO PLSTICO IC > 1 ESTADO SEMI SLIDO OU SLIDO

AMOLGAMENTO: a destruio da estrutura original do solo, provocando geralmente a perda de sua resistncia (no caso de solos apresentando sensibilidade).

SENSIBILIDADE: a perda de resistncia do solo devido a destruio de sua estrutura original. A sensibilidade de um solo avaliada por intermdio do ndice de sensibilidade (St), o qual definido pela razo entre a resistncia compresso simples de uma amostra indeformada e a resistncia compresso simples de uma amostra amolgada, remoldada no mesmo teor de umidade da amostra indeformada. A sensibilidade de um solo calculada por intermdio da eq. 5.4, apresentada adiante.

t R RS

Onde St a sensibilidade do solo e RC e RC so as resistncias compresso simples da amostra indeformada e amolgada, respectivamente.

Segundo Skempton:

St < 1 NO SENSVEIS

1 < St < 2 BAIXA SENSIBILIDADE 2 < St < 4 MDIA SENSIBILIDADE 4 < St < 8 SENSVEIS St > 8 EXTRA SENSVEIS

Quanto maior for o St, temse uma menor coeso, uma maior compressibilidade e uma menor permeabilidade do solo.

TIXOTROPIA: o fenmeno da recuperao da resistncia coesiva do solo, perdida pelo efeito do amolgamento, quando este colocado em repouso. Quando se interfere na estrutura original de uma argila, ocorre um desequilbrio das foras interpartculas. Deixandose este solo em repouso, aos poucos vaise recompondo parte daquelas ligaes anteriormente presentes entre as suas partculas.

ATIVIDADE: Conforme relatado anteriormente, a superfcie das partculas dos argilominerais possui uma carga eltrica negativa, cuja intensidade depende principalmente das caractersticas do argilomineral considerado. As atividades fsicas e qumicas decorrentes desta carga superficial constituem a chamada "atividade da superfcie do argilo mineral". Dos trs grupos de argilominerais apresentados aqui, a montmorilonita a mais ativa, enquanto que a caulinita a menos ativa. Segundo Skempton (1953) a atividade dos argilominerais pode ser avaliada pela eq. 5.5, apresentada adiante.

Onde o termo % 1,25.

A fig. 5.4 apresenta o ndice de plasticidade de solos confeccionados em laboratrio em funo da percentagem de argila (% < 0,002mm) presente nos mesmos. Da eq. 5.5 percebese que a atividade do argilomineral corresponde ao coeficiente angular das retas apresentadas na figura. Na fig. 5.4 esto tambm apresentados valores tpicos de atividade para os trs principais grupos de argilominerais.

Figura 5.4 Variao do IP em funo da frao argila para solos com diferentes argilominerais.

6. CLASSIFICAO DOS SOLOS.

Por serem constitudos de um material de origem natural, os depsitos de solo nunca so estritamente homogneos. Grandes variaes nas suas propriedades e em seu comportamento so comumente observadas. Podese dizer contudo, que depsitos de solo que exibem propriedades bsicas similares podem ser agrupados como classes, mediante o uso de critrios ou ndices apropriados. Um sistema de classificao dos solos deve agrupar os solos de acordo com suas propriedades intrnsecas bsicas. Do ponto de vista da engenharia, um sistema de classificao pode ser baseado no potencial de um determinado solo para uso em bases de pavimentos, fundaes, ou como material de construo, por exemplo. Devido a natureza extremamente varivel do solo, contudo, inevitvel que em qualquer classificao ocorram casos onde difcil se enquadrar o solo em uma determinada e nica categoria, em outras palavras, sempre vo existir casos em que um determinado solo poder ser classificado como pertencente a dois ou mais grupos. Do mesmo modo, o mesmo solo pode mesmo ser colocado em grupos que paream radicalmente diferentes, em diferentes sistemas de classificao.

Em vista disto, um sistema de classificao deve ser tomado como um guia preliminar para a previso do comportamento de engenharia do solo, a qual no pode ser realizada utilizandose somente sistemas de classificao. Testes para avaliao de importantes caractersticas do solo devem sempre ser realizados, levandose sempre em considerao o uso do solo na obra, j que diferentes propriedades governam o comportamento do solo a depender de sua finalidade. Assim, devese usar um sistema de classificao do solo, dentre outras coisas, para se obter os dados necessrios ao direcionamento de uma investigao mais minuciosa, quer seja na engenharia, geoqumica, geologia ou outros ramos da cincia.

Implicitamente, nos captulos anteriores, utilizouse alguns sistemas de classificao dos solos. Estes sistemas de classificao, por serem bastante simplificados, no so capazes de fornecer, na maioria dos casos, uma resposta satisfatria do ponto de vista da engenharia, devendo ser usados como informaes adicionais aos sistemas de classificao mais elaborados. So eles: a) Classificao gentica dos solos (classificao do solo segundo a sua origem) Classifica os solos em residuais e sedimentares, podendo apresentar subdivises (ex. solo residual jovem, solo sedimentar elico, etc.); b) Classificao pela NBR 6502 Conforme apresentado anteriormente, esta classificao designa os solos de acordo com as suas fraes granulomtricas preponderantes, utilizando a curva granulomtrica; c) Classificao pela estrutura Essa classificao consta de dois tipos fundamentais de estruturas (agregada e isolada), que por sua vez, so subdivididas em vrios outros subtipos (floculada, dispersa, orientada, aleatria), conforme foi visto no captulo referente a estrutura dos solos. A estrutura do solo est interligada com propriedades como coeso, peso especfico, sensibilidade, expansividade, resistncia, anisotropia, permeabilidade, compressibilidade e outras mais.

Neste captulo sero apresentados os dois sistemas de classificao dos solos mais difundidos no meio geotcnico, a saber, o Sistema Unificado de Classificao do Solos, SUCS (ou Unified Soil Classification System, USCS) e o sistema de classificao dos solos proposto pela AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials). Devese salientar, contudo, que estes dois sistemas de classificao foram desenvolvidos para classificar solos de pases de clima temperado, no apresentando resultados satisfatrios quando utilizados na classificao de solos tropicais (principalmente aqueles de natureza latertica), cuja gnese bastante diferenciada daquela dos solos para os quais estas classificaes foram elaboradas. Por conta disto, e devido a grande ocorrncia de solos laterticos nas regies Sul e Sudeste do pas, recentemente foi elaborada uma classificao especialmente destinada a classificao de solos tropicais. Esta classificao, brasileira, denominada de Classificao MCT, comeou a se desenvolver na dcada de 70, sendo apresentada oficialmente em 1980 (Nogami & Vilibor, 1980).

Este sistema de classificao foi originalmente desenvolvido pelo professor A.

Casagrande (Casagrande, 1948) para uso na construo de aterros em aeroportos durante a Segunda Guerra Mundial, sendo modificada posteriormente para uso em barragens, fundaes e outras construes. A idia bsica do Sistema Unificado de Classificao dos solos que os solos grossos podem ser classificados de acordo com a sua curva granulomtrica, ao passo que o comportamento de engenharia dos solos finos est intimamente relacionado com a sua plasticidade. Em outras palavras, os solos nos quais a frao fina no existe em quantidade suficiente para afetar o seu comportamento so classificados de acordo com a sua curva granulomtrica, enquanto que os solos nos quais o comportamento de engenharia controlado pelas suas fraes finas (silte e argila), so classificados de acordo com as suas caractersticas de plasticidade.

As quatro maiores divises do Sistema Unificado de Classificao dos Solos so as seguintes: (1) Solos grossos (pedregulho e silte), (2) Solos finos (silte e argila), (3) Solos orgnicos e (4) Turfa. A classificao realizada na frao de solo que passa na peneira 75mm, devendose anotar a quantidade de material eventualmente retida nesta peneira. So denominados solos grossos aqueles que possuem mais do que 50% de material retido na peneira 200 e solos finos aqueles que possuem mais do 50% de material passando na peneira 200. Os solos orgnicos e as turfas so geralmente identificados visualmente. Cada grupo classificado por um smbolo, derivado dos nomes em ingls correspondentes: Pedregulho (G), do ingls "gravel"; Argila (C), do ingls "Clay"; Areia (S), do ingls "Sand"; Solos orgnicos (O), de "Organic soils" e Turfa (Pt), do ingls "peat". A nica exceo para esta regra advm do grupo do silte, cuja letra representante, M, advm do Sueco "mjla".

Os solos grossos so classificados como pedregulho ou areia. So classificados como pedregulhos aqueles solos possuindo mais do que 50% de sua frao grossa retida na peneira 4 (4,75mm) e como areias aqueles solos possuindo mais do que 50% de sua frao grossa passando na peneira 4. Cada grupo por sua vez dividido em quatro subgrupos a depender de sua curva granulomtrica ou da natureza da frao fina eventualmente existente. So eles:

1) Material praticamente limpo de finos, bem graduado w, (SW e GW) 2) Material praticamente limpo de finos, mal graduado P, (SP e GP) 3) Material com quantidades apreciveis de finos, no plsticos, M, (GM e SM) 4) Material com quantidades apreciveis de finos, plsticos C, (GC ou SC)

Formados por um solo bem graduado com poucos finos. Em um solo bem graduado, os gros menores podem ficar nos espaos vazios deixados pelos gros maiores, de modo que os solos bem graduados tendem a apresentar altos valores de peso especfico (ou menor quantidade de vazios) e boas caractersticas de resistncia e deformabilidade. A presena de finos nestes grupos no deve produzir efeitos apreciveis nas propriedades da frao grossa, nem interferir na sua capacidade de drenagem, sendo fixada como no mximo 5% do solo, em relao ao seu peso seco. O exame da curva granulomtrica dos solos grossos se faz por meio dos coeficientes de uniformidade (Cu) e curvatura (Cc), j apresentados anteriormente.

Para que o solo seja considerado bem graduado necessrio que seu coeficiente de uniformidade seja maior que 4, no caso de pedregulhos, ou maior que 6, no caso de areias, e que o seu coeficiente de curvatura esteja entre 1 e 3.

Formados por solos mal graduados (curvas granulomtricas uniformes ou abertas).

Como os subgrupos SW e GW, possuem no mximo 5% de partculas finas, mas suas curvas granulomtricas no completam os requisitos de graduao indicados para serem considerados como bem graduados. Dentro destes grupos esto compreendidos as areias uniformes das dunas e os solos possuindo duas fraes granulomtricas predominantes, provenientes da deposio pela gua de rios em perodos alternados de cheia/seca.

So classificados como pertencentes aos subgrupos GM e SM os solos grossos nos quais existe uma quantidade de finos suficiente para afetar as suas propriedades de engenharia: resistncia ao cisalhamento, deformabilidade e permeabilidade. Convencionase a quantidade de finos necessria para que isto ocorra em 12%, embora sabendose que a influncia dos finos no comportamento de um solo depende no somente da sua quantidade mas tambm da atividade do argilomineral preponderante. Para os solos grossos possuindo mais do que 12% de finos, devese realizar ensaios com vistas a determinao de seus limites de consistncia wL e wP, utilizandose para isto a frao de solo que passa na peneira #40. Para que o solo seja classificado como GM ou SM, a sua frao fina deve se situar abaixo da linha A da carta de plasticidade de Casagrande (vide fig. 6.2).

So classificados como GC e SC os solos grossos que atendem aos critrios especificados no item A.3, mas cuja frao fina possui representao na carta de plasticidade acima da linha A. Em outras palavras, so classificados como GC e SC os solos grossos possuindo mais que 12% de finos com comportamento predominante de argila.

OBS: Os solos grossos possuindo percentagens de finos entre 5 e 12% devem possuir nomenclaturas duplas, como GWGM, SPSC, etc., atribudas de acordo com o especificado anteriormente. De uma forma geral, sempre que um material no se encontra claramente dentro de um grupo, devemos utilizar smbolos duplos, correspondentes a casos de fronteira. Ex: GWSW (material bem graduado com menos de 5% de finos e formado com frao de grossos com iguais propores de pedregulho e areia) ou GMGC (solos grossos com mais do que 12% de finos cuja representao na carta de plasticidade de Casagrande se situa muito prxima da linha A).

A fig. 6.1 apresenta um fluxograma exibindo os passos bsicos a serem seguidos na classificao de solos grossos pelo Sistema Unificado.

P e d r e gulho

Mais que

% d a frao g r ossa retido na

Areia ( S ) .

M e n os que

% da f r a o g r ossa retido na

M e n os que p a s s a m na

Mais q u e

% p a s s a na

Entre p a s s a m na

Se

Cu

G P S e n o

N o m e s d u p l o s : G

G MF i n o s ML o u

F i n o s CL o u

M e n os que p a s s a m na

Mais que p a s s a m na

Entre p a s s a m na

Se

Cu

S P S e n o

N o m e s d u p l o s : S

W S MF i n o s ML o u

F i n o s CL o u

F i g u r

C l a s s i f i c ao dos s olos g r o s s os pelo

Os solos finos so classificados como argila e silte. A classificao dos solos finos realizada tomandose como base apenas os limites de plasticidade e liquidez do solo, plotados na forma da carta de plasticidade de Casagrande. Em outras palavras, o conhecimento da curva granulomtrica de solos possuindo mais do que 50% de material passando na peneira 200 pouco ou muito pouco acrescenta acerca das expectativas sobre suas propriedades de engenharia.

A Carta de plasticidade dos solos foi desenvolvida por A. Casagrande de modo a agrupar os solos finos em diversos subgrupos, a depender de suas caractersticas de plasticidade. Conforme apresentado na fig. 6.2, a carta de plasticidade possui trs divisores

= 0,9(wL 8). Deste modo, os solos finos, que so divididos em quatro subgrupos (CL, CH, ML e MH), so classificados de acordo com a sua posio em relao s linhas A e B, conforme apresentado a seguir:

Os solos classificados como CL (argilas inorgnicas de baixa plasticidade) so aqueles os quais tm a sua representao na carta de plasticidade acima da linha A e esquerda da linha B (conforme podese observar na fig. 6.2, devese ter tambm um IP > 7%). O grupo CH (argilas inorgnicas de alta plasticidade), possuem a sua representao na carta de plasticidade acima da linha A e direita da linha B (wL > 50%). So exemplos deste grupo as argilas formadas por decomposio qumica de cinzas vulcnicas, tais como a bentonita ou argila do vale do Mxico, com wL de at 500%.

Os solos classificados como ML (siltes inorgnicos de baixa plasticidade) so aqueles os quais tm a sua representao na carta de plasticidade abaixo da linha A e esquerda da linha B (conforme podese observar na fig. 6.2, devese ter tambm um IP < 4%). O grupo MH (siltes inorgnicos de alta plasticidade), possuem a sua representao na carta de plasticidade abaixo da linha A e direita da linha B (wL > 50%).

So classificados utilizandose os mesmos critrios definidos para os subgrupos ML e

MH. A presena de matria orgnica geralmente identificada visualmente e pelo seu odor caracterstico. Em caso de dvida a escolha entre os smbolos OL/ML ou OH/MH pode ser feita utilizandose o seguinte critrio: Se wLs/wLn < 0,75 ento o solo orgnico seno inorgnico. Os smbolos wLs e wLn correspondem a limites de liquidez determinados em amostras que foram secas em estufa e ao ar livre, respectivamente.

F i g u r

Carta de p l a s t i c i d a de de

C a s a g r n d e .

OBS: Solos c uja r e p r e s e ntao na carta de p l a s t i c i d a de se situe d e n t r o da z o na h a c h u r a da d e v e m ter n o m e nclatura d u pla

S o l o s c u j a r e p r e s e n t a o n a c a r t a d e p l a s t i c i d a d e s e s i t u e p r x i m o l i n h a L L v e m t