Mecânica de Solos: Determinação de Propriedades e Comportamento de Solos, Manuais, Projetos, Pesquisas de Mecânica dos Solos

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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

Fortificação e Construção

Prof. Maria José C. P. Alv

VOLUME I

MECÂNICA DOS SOLOS

INTRODUÇÃO

1.1 GEOTÉCNICA

Modernamente, o termo GEOTÉCNICA ou GEOTECNIA significa o conjunto de ciências da Terra, ou seja, daquelas que estudam o solo e a parte superficial do subsolo para permitir a sua utilização “in-situ” ou a sua exploração. A GEOTECNIA interessa, particularmente, aos problemas da engenharia civil, das construções, das estradas e das águas subterrâneas pouco profundas. Assim, a GEOTECNIA está associada à:

GEOLOGIA Definida como a ciência que trata da origem, evolução e estrutura da Terra, através do estudo das rochas. MECÂNICA DOS SOLOS

É o ramo matemático da Geotecnia pois tem como característica a aplicação de uma teoria previamente desenvolvida, às necessidades de um problema prático. Aplica aos solos os princípios básicos da mecânica, incluindo a cinemática, a dinâmica, a mecânica dos fluidos e dos materiais. MECÂNICA DAS ROCHAS

Este mais recente ramo da Geotecnia propõe-se a sistematizar o estudo das propriedades tecnológicas das rochas e o comportamento dos maciços rochosos seguindo os métodos da Mecânica dos Solos. A Mecânica das Rochas veio preencher um lapso existente no conhecimento do comportamento dos materiais, que pelas suas características, situam-se entre os solos e as rochas. GEOLOGIA DE ENGENHARIA

Estabelece uma relação íntima entre a engenharia e a geologia, associando na solução de um projeto de engenharia, os conhecimentos da Geologia, Mecânica dos Solos e da Mecânica das Rochas. A geologia de engenharia é requisitada para a solução dos problemas em que a rocha surge como material de construção ou de fundação, especialmente em obras enterradas, fundações de barragens, escavações profundas, estabilidade de taludes em rochas, etc. GEOFÍSICA APLICADA

Consiste na aplicação da Física ao estudo das propriedades dos maciços rochosos e terrosos. São de grande utilidade nos projetos de engenharia os métodos de prospecção geofísica. Na prospecção geofísica procura-se locali- zar interfaces, superfícies de separação de materiais de propriedades dife- rentes, pela medida do parâmetro físico que as origina.

Embora o termo Geotecnia date de mais de cem anos, ela é uma ciência que não se desenvolveu como um todo, pois suas componentes tiveram crescimentos paralelos e independentes e só mais recentemente se associaram para, em conjunto, encontrarem a melhor solução para um problema prático.

A Geotecnia é uma ciência aplicada.

MECÂNICA DOS SOLOS INTRODUÇÃO

calcular a estabilidade de taludes. Essa Comissão foi a primeira a utilizar o termo Geotécnica (geotekniska em sueco) no sentido em que se emprega hoje: a combinação da geologia com a tecnologia da engenharia civil. Em que pese esses trabalhos iniciais na Suécia, o pai da Mecânica dos Solos foi efetivamente Karl Terzaghi, nascido em Praga mas formado na Áustria. Em 1925, ele publicou um livro que se tornou um marco decisivo na nova orientação a ser seguida no estudo do comportamento dos solos, como um sistema constituido por uma fase sólida granular e uma fase fluida. De fato, o nome mecânica dos solos é uma tradução direta da palavra alemã “Erdbaumechanik”, parte do título do livro de Terzaghi. Entretanto, só em 1936 essa ciência aplicada consagrou-se de maneira definitiva por ocasião do Primeiro Congresso Internacional de Mecânica dos Solos e Fundações, realizado em Cambridge ( USA ), organizado por Arthur Casagrande e com discurso inaugural de Karl Terzaghi. Terzaghi foi um engenheiro de projeção e muito criativo, tendo escrito vários livros importantes e mais de 250 documentos técnicos e artigos. Foi professor nas universidades de Istambul, Viena, M.I.T e na Universidade de Harvard, de 1938 até sua aposentadoria em 1963, na idade de 80 anos. Outro responsável importante pelo avanço da moderna mecânica dos solos foi Arthur Casagrande , que esteve na Universidade de Harvard de 1932 até 1969. Seu nome é muito citado em qualquer livro de mecânica dos solos, pois deu contribuições importantes à arte e à ciência da mecânica dos solos e da engenharia de fundações. Outros nomes de destaque no desenvolvimento desse campo são Taylor, Peck, Tschebotarioff, Skempton e Bjerrum cujas contribuições serão apresentadas no decorrer do curso.

1.3 A MECÂNICA DOS SOLOS NO BRASIL

A introdução da Mecânica dos Solos no Brasil data da criação da Seção de Solos e Fundações no Instituto de Tecnologia de São Paulo ( IPT ) em 1938 com o primeiro laboratório de solos. Participaram desse evento os engos^ Odair Grillo, Raymundo de Araujo Costa, Milton Vargas, entre outros. No Rio de Janeiro, em 1942, foi instalado um laboratório de Mecânica dos Solos em cada uma das seguintes instituições: Instituto Nacional de Tecnologia ( INT ), na Escola Técnica do Exército (atual Ins- tituto Militar de Engenharia - IME) e Estacas Franki. Em 1944, foi fundada a primeira empresa comercial de Mecânica dos Solos pelos engenheiros Odair Grillo, Raymundo Costa e Othelo Machado. Além dos profissionais citados, os engenheiros Vitor F. B. de Mello e A. J. da Costa Nunes deram importantes contribuições à Mecânica dos Solos, através de seus trabalhos e pesquisas de renome internacional e pela formação de uma geração de engenheiros geotécnicos. Deve-se ao prof. Costa Nunes a criação, pioneira no mundo, de estruturas de contenção ancoradas em solos. Graças a esse tipo de obra foi possível a recuperação das encostas do Rio de Janeiro, quando em 1966/67, após um período de chuvas intensas, ocorreram grandes deslizamentos e graves acidentes que deixaram a cidade semi-destruida. A Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica ( ABMS ), afiliada à Associação Internacional de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações ( IASSMEF ), fundada em 1950, congrega os especialistas em Geotecnia e realiza a cada quatro anos um Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos. O primeiro congresso foi realizado em 1954, na cidade de Porto Alegre.

1.4 A NATUREZA SINGULAR DOS SOLOS E ROCHAS

Em função das seguintes propriedades do solo, a engenharia geotécnica é altamente empírica e sua identificação a uma arte excede a de qualquer outra disciplina da engenharia civil.

MECÂNICA DOS SOLOS INTRODUÇÃO

• Os solos são altamente heterogêneos, isto é, suas características e propriedades podem variar am- plamente, de ponto para ponto, dentro de uma formação.
• Muitas das teorias disponíveis para a análise do comportamento mecânico dos materiais admitem que os materiais são homogêneos, isótropos e obedecem a leis lineares de tensão-deformação. Materiais comuns tais como o concreto e o aço não se desviam significativamente desse ideal e portanto pode-se usar teorias simples lineares para se prever respostas aos carregamentos de engenharia. Entretanto, as curvas tensão-deformação dos solos não são linhas retas e quando num projeto admite-se uma resposta linear do terreno, deve-se aplicar grandes correções empíricas ou fatores de segurança para considerar-se o real comportamento do material.
• O comportamento dos solos e materiais rochosos in-situ é muitas vezes governado e controlado por juntas, fraturas, camadas fracas, etc. Nem sempre os ensaios de laboratório e os métodos de análise podem reproduzir e considerar essas singularidades.
• Os solos são dotados de uma fantástica memória; lembram-se de tudo que já aconteceu com eles no passado e isso afeta fortemente seu comportamento de engenharia.

O sucesso da engenharia geotécnica vai depender, portanto, da capacidade de julgamento e experiência prática do projetista, construtor ou consultor. Em conseqüência, o engenheiro geotécnico precisa desenvolver uma “ sensibilidade ” com relação ao comportamento dos solos e rochas, antes de projetar uma fundação econômica ou construir uma estrutura segura.

1.5 SUGESTÕES PARA A FORMAÇÃO DE UM PROFISSIONAL DE

GEOTÉCNICA

O melhor caminho pelo qual um estudante pode desenvolver uma “ sensibilidade ” quanto ao compor- tamento dos solos é a realização dos ensaios padronizados de classificação e os de determinação das propriedades de engenharia, em muitos tipos de solo.

Assim, o novato criará um banco mental de dados que correlacionará a aparência de certos solos com suas propriedades, bem como com os parâmetros que caracterizam seu comportamento sob determinadas condições, como por exemplo a presença da água. Finalmente, poderá prever sua provável resposta aos diferentes níveis de carregamento, impostos por uma obra projetada.

Por outro lado, mesmo considerando a importância da experiência adquirida com os ensaios de campo e de laboratório é indispensável a complementação com o estudo cuidadoso teórico e empírico das leis da mecânica dos solos e sua aplicação aos diversos componentes de um projeto geotécnico.

Os engenheiros iniciantes em mecânica dos solos devem também pesquisar a literatura geotécnica, onde tomarão conhecimento de problemas reais com suas respectivas soluções e onde encontrarão exem- plos da seleção de parâmetros dos solos e suas aplicações no método usado para o projeto.

MECÂNICA DOS SOLOS SOLOS - ORIGEM E FORMAÇÃO

A litosfera é a sede dos fenômenos geológicos relacionados à dinâmica interna tais como movimentos tectônicos, sísmicos, magmáticos, metamórficos, etc. Compõe-se, essencialmente, de rochas que na definição dos geólogos são agregados naturais formados por um ou mais minerais, inclusive vidro vulcânico e matéria orgânica. Nas regiões continentais a litosfera é formada de duas zonas; a superior, denominada Sial, onde predominam as rochas ricas em silício e alumínio e a zona inferior, na qual se supõe haver predominância de silicatos de magnésio e ferro, daí o nome de Sima. No substrato da crosta consolidada ocorre a zona do magma, variando sua profundidade conforme a região, admitindo-se entretanto, que seja da ordem de 30 km nas regiões de grande antiguidade e conseqüente estabilidade tectônica. Nas regiões vulcânicas a zona magmática localiza-se em profundidades bem menores. O magma é uma mistura heterogênea e complexa de substâncias minerais no estado de fusão, con- tendo ainda gases de diversas naturezas e substâncias voláteis que escapam sob a forma de vapores. As substâncias que constituem o magma são em geral pouco voláteis e com elevado ponto de fusão, na maioria dos casos. Quanto a composição química, predominam largamente os silicatos, seguidos dos óxidos, mais os compostos voláteis, dos quais a água é o mais importante. Potencialmente, estão presentes todas as su- bstâncias químicas que se associarão para formar os diversos minerais das rochas às quais poderá dar origem. O resfriamento e endurecimento do magma inicia um ciclo de formação, destruição e transformação das rochas, pela ação de diversos agentes, conforme descrito na figura 2.1. Sob condições especiais de profundidade, temperatura e pressão, qualquer tipo de rocha pode voltar a um estado de fusão, fechando o ciclo. Os diferentes tipos de rocha são grupados em três classes principais - ígneas ou magmáticas, sedimentares e metamórficas - em função de sua origem, ou seja, do seu processo de formação.

MECÂNICA DOS SOLOS SOLOS - ORIGEM E FORMAÇÃO

2.2.1 ROCHAS MAGMÁTICAS OU ÍGNEAS

Resultam do resfriamento e endurecimento do magma originado nas regiões profundas da crosta terrestre.

O magma pode movimentar-se ativamente por energia própria ou passivamente por forças tectônicas. Assim, pode atingir a superfície terrestre, transbordando da cratera dos vulcões ou de vastas fendas, sob a forma de lava, esparramando-se até longas distâncias.

As rochas magmáticas extrusivas ou vulcânicas, onde se incluem basaltos, riólitos e andesitos, originam-se do resfriamento rápido do magma. Muito freqüentemente, entretanto, o magma não consegue romper as camadas superiores da crosta e seu resfriamento e cristalização ocorrem internamente, formando as rochas intrusivas ou plutônicas.

Uma rocha magmática expressa as condições geológicas em que se formou através a sua textura, isto é, o tamanho e a disposição dos minerais que a constituem. Nas rochas extrusivas em que o magma se resfria rapidamente, os componentes minerais solidificam-se em pequenos cristais com pouco entrosamento entre eles, só visíveis em microscópio. O resfriamento do magma em camadas profundas da crosta terrestre ocorre muito lentamente, possibilitando a formação de grandes cristais a olho nu.

Deste modo, nas rochas intrusivas como granito, sienito, gabro, etc, a granulação pode variar de milimétrica a centimétrica.

As formas mais comuns das formações geológicas magmáticas brasileiras ( fig 2.2 ) tem as carac- terísticas a seguir descritas:

sills â São camadas de rocha de forma tabular, relativamente pouco espessas, provenientes da solidificação de um magma que penetrou nas camadas de rocha encaixante, em posição aproximadamente horizontal.

diques â Quando o magma penetra na crosta litosférica, de maneira perpendicular ou oblíqua aos estratos.

batólitos â São grandes massas magmáticas consolidadas internamente, de constituição granítica. A erosão das montanhas expõe o núcleo de granito em grandes extensões.

derrame â Corpos magmáticos superficiais, de forma tabular que cobrem extensas áreas. São exemplos os derrames de basalto do sul do Brasil.

MECÂNICA DOS SOLOS SOLOS - ORIGEM E FORMAÇÃO

estrutura cristalina ou ainda, graças à combinação química entre dois ou mais minerais, a formação de um novo mineral, estável sob as novas condições reinantes. Dependendo da natureza dos esforços sofridos pela rocha, poder-se-ão verificar deformações mecânicas nos minerais. Assim, uma pressão não uniforme e dirigida num determinado sentido, associada ao aumento da temperatura, propicia o fraturamento das rochas. Essas rochas adquirem uma textura, comumente orientada ou xistosa, caracterizada pelo arranjo de todos ou alguns minerais segundo planos paralelos. As lâminas de mica seguem uma mesma direção. O quartzo e o feldspato crescem de forma lenticular, orientados segundo os maiores eixos. Os esforços dirigidos ocorrem nas regiões superiores da crosta terrestre e o metamorfismo em questão é denominado cataclástico ou dinâmico. Em regiões mais profundas da crosta terrestre, as rochas podem ficar sob a influência de pressões muito altas e uniformes, associadas às elevadas temperaturas mantidas em função da profundidade e pelo calor magmático. Como conseqüência, haverá a recristalização total e as rochas produzidas, não tendo sofrido os efeitos cisalhantes de uma pressão dirigida, não apresentam estruturas paralelas. Ao contrário, exibem estruturas granulares e sem direções predominantes. Na natureza, a maioria das rochas metamórficas tem a mesma composição química e mineralógica das rochas ígneas. Entretanto, pode dar-se o caso da rocha original receber elementos estranhos, que se adicionam durante o processo de transformação. A água, geralmente dissociada, é o fluido mais comum, de alta importância nas transformações mineralógicas, pelo fato de tornar o meio mais fluido. As principais rochas metamórficas são as seguintes: Filitos e Xistos - resultam do metamorfismo de argilas, siltes ou suas misturas. São constituídos em grande parte por cristais de mica que, sob a ação da pressão, ficaram todos paralelamente orientados. Nos filitos os cristais são microscópicos e sua orientação paralela dá à superfície da rocha aspecto brilhante e lustroso. Por outro lado, nos xistos os cristais são macroscópicos, dando aspecto granuloso à rocha. Esta é a principal diferença entre o aspecto das duas rochas. Quartzito - é uma rocha derivada do metamorfismo do arenito; o quartzo é pois o mineral principal. Os grãos de quartzo da constituição original iniciam um crescimento na superfície, invadindo os interstícios. O eventual cimento argiloso do arenito transforma-se em muscovita. Mármore - provém do calcário ou do dolomito. Os grãos microscópicos de calcita recristalizam- se, formando cristais macroscópicos. A cor é bastante variável, podendo ser branca, rósea, esverdeada ou preta. Gnaisse - um grande grupo de rochas metamórficas são designadas por este termo. São rochas de textura bem orientada, com uma composição mineralógica idêntica a do granito, contendo felds- pato, quartzo, mica, anfibólio, granada, etc. O gnaisse proveniente do metamorfismo de sedimentos é chamado paragnaisse enquanto o originado de rochas ígneas é designado ortognaisse.

2.3 AGENTES GERADORES DE SOLOS - INTEMPERISMO

O material rochoso próximo à superfície da crosta terrestre sofre, continuamente, um processo de decomposição e transporte durante o qual experimenta profundas transformações. Intemperismo é o termo usado para descrever o processo de decomposição por agentes atmosféricos e biológicos, segundo as mais variadas formas de ação; erosão é a remoção das rochas alteradas pela chuva, rios, vento e gelo para outros locais - terrenos baixos ou oceanos. O caráter e a amplitude da alteração dependem, de um lado, da natureza da rocha, isto é de sua composição química, estrutura e textura, e do outro, do clima da região, ou seja das alternâncias de chuvas e temperatura. Mas em última análise, todos os mecanismos de ataque às rochas podem ser classificados em dois grandes grupos: intemperismo mecânico ou físico e intemperismo químico.

O intemperismo físico ocorre quando a rocha é reduzida a fragmentos menores, sem qualquer alteração química dos materiais. Pode ser causado por qualquer um dos seguintes fatores, atuando num período de tempo significativo.

MECÂNICA DOS SOLOS SOLOS - ORIGEM E FORMAÇÃO

• Variação da temperatura A diversidade de coeficiente de dilatação dos diferentes minerais que compõem uma rocha, faz com que estes recebam esforços intermitentes durante séculos e séculos, com o contínuo aquecimento diurno seguido de resfriamento noturno da rocha. Ocorre, então, a fadiga desses minerais que nessas condições são facilmente desagregados e reduzidos a pequenos fragmentos. Nas regiões semi-áridas, como o nordeste brasileiro, onde a insolação é intensiva e grande o aquecimento das rochas, pode ser observado o fenômeno da desintegração mecânica com a quebra brusca do material, se as rochas forem expostas a uma chuva repentina.
• Cristalização de sais Em climas áridos e semi-áridos a precipitação pluviométrica é insuficiente; em conseqüência, a pouca água que penetra no terreno não consegue remover os sais dissolvidos. Eles são trazidos à superfície pela água em sua ascenção capilar e se precipitam quando a água se evapora. Quando a cristalização se dá em fendas, estas tendem a ser aumentadas, graças ao esforço do crescimento dos cristais. A repetição secular deste fenômeno faz com que as rochas se desagreguem lentamente.
• Congelamento A água pode penetrar em fraturas, fendas ou diáclases que são zonas de fraqueza das rochas. O congelamento da água no interior desse vazios provocará um aumento de seu volume em cerca de 10 %, exercendo uma força expansível considerável nas paredes das fendas. A repetição contínua de congelar e descongelar alarga as fendas, a rocha afrouxa-se e desagrega-se, formando lascas ou blocos de tamanhos variados. A atividade destrutiva é tanto maior quanto maior for o número de poros preenchidos pela água. No Brasil, este tipo de intemperismo ocorre apenas em pequena escala, nos planaltos de Santa Catarina e Rio Grande do Sul.
• Agentes físico-biológicos A pressão de crescimento das raizes vegetais pode provocar a desagregação de uma rocha, desde que esta possua fendas por onde penetrem as raizes e a resistência oferecida pela rocha não seja muito grande. As atividades de vários animais, como minhocas, formigas, cupins e vários roedores que abrem buracos, fazem com que o solo seja afofado e mais facilmente removido, facilitando a penetração de outros agentes ativos na decomposição das rochas.

O intemperismo químico se caracteriza pela ação de agentes que atacam a rocha, modificando sua constituição mineralógica ou química. A água é o principal agente, pois soluções aquosas penetram nos poros e descontinuidades e reagem com as rochas, sendo a velocidade de destruição acelerada se a rocha for previamente preparada pelo intemperismo físico. A água da chuva contém dissolvidos os gases do ar dos quais os mais importantes para o intempe- rismo químico são o oxigênio e o gás carbônico. Existe ainda a presença do nitrogênio que, embora inerte, pode nos dias chuvosos, graças ao oxigênio do ar e à ação das faíscas elétricas, produzir ácido nítrico e nitroso de ação corrosiva sobre as rochas. Ao infiltrar-se no solo, a água dissolve e carrega diversas substâncias orgânicas e inorgânicas, muitas vezes de natureza ácida, pois as raizes das plantas emitem dióxido de carbono e também fabricam ácidos húmicos. O clima úmido é o ambiente mais propício a tais fenômenos, especialmente nas condições de umidade e calor, como no Brasil, onde a velocidade da reação é acelerada pela temperatura. Os processos de decomposição química podem ser classificados em função da natureza da reação que predomina no processo, em alguns casos complexo, envolvendo mais de um tipo de reação química. São as seguintes as reações de decomposição:

• Oxidação

MECÂNICA DOS SOLOS SOLOS - ORIGEM E FORMAÇÃO

alternância de calor e chuva. Quando suficientemente fraturada, começa o ataque químico pela água acidulada, geralmente com gás carbônico agressivo, proveniente da decomposiçâo dos vegetais. Esta acidulação é crescente com a temperatura e, portanto, mais efetiva nos países tropicais ( Quadro 2.1 ). Os feldspatos são atacados, a rocha desmancha-se e os grãos de quartzo, embora não sejam alterados, soltam-se, formando os grãos de areia e pedregulhos. Os felspatos vão dar o mineral denominado argila e sais solúveis que são carreados. Algumas espécies de mica ( biotita mica ) so- frem processo de alteração semelhante ao dos feldspatos, formando também argilas. Outros tipos de mica ( muscovita ) resistem e vão formar as palhetas brilhantes, presentes nos chamado solos micáceos. Do processo descrito resulta um solo que pode apresentar grandes blocos ou fragmentos pequenos da rocha original, que resistiram à decomposição.

EXISTENTE NA PROVÁVEL RESÍDUO POSSÍVEL SOLO ROCHA MINERAL RESULTANTE

quartzo quartzo Areia muscovita muscovita Areia micácea biotita mica clorita ou vermiculite +Mg solução de carbonato

Argila escura

feldspato ortoclásico ilita ou kaolinita +K solução de carbonato

Argila clara

feldspato plagioclásico montmorilonita +Na ou Ca - solução de carbonato

Argila expansiva

Quadro 2.1 Intemperismo do granito

• Intemperismo do basalto A decomposição do basalto se dá, principalmente, nos locais de clima tropical, de invernos secos e verões úmidos, pelo ataque das águas aciduladas, sobre os feldspatos plagioclásicos. No resultado predominam as argilas, sem a presença de areia pois os basaltos não contem quartzo. No centro-sul do Brasil a decomposição do basalto forma um solo típico conhecido como “ terra-roxa ”.
• Intemperismo do arenito Os arenitos dão origem a solos essencialmente arenosos, pois não existem feldspatos ou micas em sua composição. O elemento que pode sofrer decomposição é o cimento que aglutina os grãos. Se o cimento for silicoso forma-se um solo extremamente arenoso; se argiloso aparecerá no solo uma pequena percentagem de argila que poderá conceder ao solo uma certa coesão.
• Intemperismo do micaxisto O micaxisto é uma rocha de origem metamórfica, constituída essencialmente de micas, quartzo, alguns feldspatos e vários minerais secundários. A decomposição do micaxisto dá aparecimento a um material argiloso, com predominância de palhetas de mica, daí a denominação de solo micáceo.

2.5 CLASSIFICAÇÃO GENÉTICA DOS SOLOS

Os produtos do intemperismo podem permanecer, diretamente, sobre a rocha da qual derivaram e por isso são denominados solos residuais. Quando as condições climáticas e topográficas são favoráveis, podem sofrer os efeitos da erosão e de agentes transportadores, incluindo-se entre os principais a simples gravidade, que faz cairem as

MECÂNICA DOS SOLOS SOLOS - ORIGEM E FORMAÇÃO

massas de solo ao longo de taludes, as águas superficiais, de rios ou enxurradas e o vento. Os solos formados depois do transporte e deposição dos materiais chamam-se solos transportados. Assim, uma classificação genética que leve em conta tão somente a formação originária dos solos os divide em dois grandes grupos: os solos residuais e os solos transportados.

MECÂNICA DOS SOLOS SOLOS - ORIGEM E FORMAÇÃO

esse bastante comum nas regiões montanhosas do sul do Brasil. Na Serra do Mar a espessura do tálus pode atingir até 80m.

• Aluviões Incluem depósitos de partículas muito finas (argilas e siltes), areia, pedregulhos e matacões transportados, essencialmente, pela água em grande quantidade.

As grandes correntes de água, após a erosão dos solos ou rochas alteradas superficiais, selecionam as partículas que serão transportadas, em função de sua velocidade. Quanto maior sua velocidade, maior será o diâmetro da partícula que a água poderá transportar em suspensão. Portanto, um mesmo rio pode transportar materiais de grandes dimensões no período de cheias e partículas menores na época de seca. O material mais graúdo é o primeiro a ser depositado. As partículas mais finas são encontradas a grandes distâncias da fonte dos sedimentos, depositadas quando a corrente líquida perde sua velocidade por atingir águas tranquilas ou vales extensos. Os últimos materiais a permanecer em suspensão são os microcristais de argila, inclusive nas grandes massas de água dos lagos ou lagunas, próximas ao mar. A sedimentação da argila se dá, então por floculação das partículas devido à neutralização de suas cargas elétricas pelo contacto com a água do mar, ou pela radiação solar nas águas doces dos lagos interiores. São tipos de aluvião: aluviões de terraços fluviais, aluviões deltáicos, aluviões de estuários e baixadas litorâneas.

• Solos eólicos

Os efeitos diretos do vento podem ser classificados em destrutivos, transportadores e cons- trutivos; sua ação energética depende, principalmente, de sua velocidade. O vento por si só é praticamente incapaz de produzir a destruição de uma rocha por erosão. O impacto das partículas de areia que ele geralmente transporta é quem provoca um desgaste considerável na rocha, desagregando partículas que são a seguir carregadas pelo vento. Em formações desérticas ou ao longo das praias oceânicas, ventos fortes sopram sobre as areias e as carreiam até que obstáculos diversos como arbustos, pedras, irregularidades de terreno, quebrando a força do vento, provocam a deposição da areia carregada, formando morrotes chamados dunas. O poder seletivo do vento, quanto ao peso das partículas que podem ser transportadas é muito maior do que o da água. Então, os depósitos eólicos se caracterizam pela uniformidade dos grãos que os constituem.

• Glaciais São depósitos de materiais erodidos e transportados pelo gelo. O gelo transporta, simultaneamente, seixos grandes, areia e pó finamente triturado, sem selecionar os tamanhos, como se dá no transporte pela água ou pelo vento. O sedimento é muito mal selecionado, pois ao lado de seixos de alguns decímetros de diâmetro acham-se sedimentados grãos finíssimos, que formam uma matriz de aspecto aparentemente homogêneo.

MECÂNICA DOS SOLOS SOLOS - ORIGEM E FORMAÇÃO

Uma característica interessante dos depósitos glaciais é a quase total ausência de alteração química pelo intemperismo em seus componentes.

2.5.3 SOLOS ORGÂNICOS

Os solos ditos orgânicos podem se originar dos seguintes processos: a) impregnação de matéria orgânica em sedimentos pré-existentes; b) transformação carbonífera de materiais de origem vegetal contida no material sedimentado; c) absorção no solo de carapaças de moluscos ou diatomáceas. Os solos referidos no item (a) são os de maior importância técnica. A matéria orgânica origina-se da decomposição de restos de plantas ou animais. O produto final é um material escuro que impregna os grãos do solo, denominado humus, relativamente estável e facilmente carreado pela água. A impregnação ocorre, principalmente, nas partículas muito finas (argilas e siltes) e em menor extensão nas areias. Não se formam areias grossas e pedregulhos orgânicos, pois sendo altamente permeáveis a velocidade desenvolvida é suficientemente grande para carrear toda a matéria orgânica estável. Sob o ponto de vista da engenharia, os solos orgânicos apresentam características indesejáveis, dstacando-se sua elevada compressibilidade e alta capacidade de absorção de água. O mais importante solo incluído no ítem (b) são as turfas. Esse material se constitui no primeiro estágio da formação do carvão, com a deposição de detritos vegetais tais como folhas, caules, troncos e a posterior decomposição dessa matéria orgânica, pela ação conjunta de bactérias e fungos, que exercem importante papel na fermentação da celulose. Como as turfas se originam em águas estagnadas e pouco arejadas, a decomposição é muito lenta e incompleta, ficando preservada parte dos vegetais. Forma-se então um solo fibroso, essencialmente de carbono, com baixo peso específico e combustível, quando seco. As turfas ocorrem nos vales entre espigões de serras e nos planaltos próximos ao litoral.

Referências

BELLAIR, P. e POMEROL, C. (1968) Tratado de Geologia , Editorial Vicens - Vives

CHIOSSI, N.J. (1975) Geologia Aplicada à Engenharia , Universidade de São Paulo-Escola Politécnica

HARVEY, J.C. (1982) Geology for Geotechnical Engineers , Cambridge University Press

LEINZ, V. e AMARAL, S.E. (1978) Geologia Geral , Companhia Editora Nacional

RODRIGUES, J.C. (1977) Geologia para Engenheiros Civis , Ed. Mc.Graw-Hill do Brasil Ltda.

DIAGRAMA DAS FASES

RELAÇÕES MASSA-VOLUME

3.1 CONSTITUIÇÃO DOS SOLOS

As formações naturais de solo constituem-se de um conjunto de partículas sólidas, tocando-se

entre si e deixando um espaço vazio entre elas - os poros do solo. Os vazios poderão estar parcial ou

totalmente preenchidos com água. Os poros não ocupados pelo líquido poderão conter ar ou outro gás.

Assim, como o volume total ocupado por uma massa de solo inclui, normalmente, materiais nos três

estados da matéria - sólido, líquido e gasoso - diz-se que o solo é um sistema trifásico ( Fig. 3.1 ).

A resistência e a compressibilidade, propriedades de engenharia significativas de um horizonte de

solo, estão diretamente relacionadas ou pelo menos são fortemente influenciadas, pela fato de o volume

total do solo ser constituído, predominantemente, de partículas sólidas, água e ou ar.

Informações tais como o peso específico ( peso por unidade de volume ), o teor de umidade, o

índice de vazios, o grau de saturação - termos definidos nas seções seguintes deste capítulo - são

empregadas nos cálculos da capacidade de carga das fundações, na estimativa dos recalques das cons-

truções e na verificação da estabilidade de taludes de terra. Em outras palavras, tais informações ajudam

na definição das condições de uma formação de solo e de sua adequabilidade como suporte de

fundação ou material de construção.

Por essas razões, o conhecimento da terminologia e definições relativas à composição dos solos é

fundamental no estudo da mecânica dos solos.

MECÂNICA DOS SOLOS DIAGRAMA DAS FASES

3.2 DIAGRAMA DAS FASES

Na natureza, o solo existe num arranjo aleatório das partículas sólidas, da água e do ar, como re-

presentado na figura 3.1. Entretanto, para fins de estudo e análise do solo, bem como para facilitar a

dedução de índices que correlacionam as diferentes fases, recorre-se a um bloco diagrama, denominado

diagrama das fases. Trata-se de um diagrama hipotético, onde se admite que os componentes de cada fase

possam ser representados isoladamente, associando-se a cada um, seus respectivos volumes, massas e

pesos, tal como na figura 3.2.

Vs = volume das partículas do solo Ms = massa das partículas do solo

Ps = peso das partículas do solo ou peso seco

Va = volume da água nos vazios Ma = massa da água nos vazios

Pa = peso da água nos vazios

Vg = volume ocupado pelo gás Mg = massa do ar = 0

Pg = 0

Vv = volume de vazios Vv = Va + Vg

V = volume total M = massa total

P = Peso total ou peso úmido

V = Vs + Va + Vg = Vs + Vv M = Ms + Ma P = Ps + Pa

3.3 DEFINIÇÕES BÁSICAS - ÍNDICES FÍSICOS