Os solos apresentam uma rede de complexos físicos de superfícies sólidas, poros e de interfaces que fornecem o ambiente para inúmeros processos químicos, biológicos e físicos. Estes, por sua vez, influenciam diretamente nos usos do solo pela Engenharia.
A natureza e propriedades das partículas individuais, a sua distribuição de tamanhos, e seu arranjo nos solos é que determinam o volume total do espaço poroso, e também o tamanho de poros, impactando desse modo nas relações de água e ar. O tamanho das partículas, a quantidade de água, e a plasticidade da fração coloidal ajudam a determinar a estabilidade do solo em resposta a força de carga do tráfego ou oriundas da superestrutura das construções.
O material rochoso, próximo à superfície da crosta terrestre, sofre, de modo contínuo, processos de decomposição e de transporte. Dessa forma, acaba sofrendo profundas transformações. Dá-se o nome de Intemperismo à descrição do processo de decomposição das rochas por agentes atmosféricos e biológicos, segundo as mais variadas formas de ação; o transporte das rochas alteradas está associado à erosão pela chuva, rios, vento e gelo.
Solo é o nome dado ao produto final do Intemperismo e sua natureza depende, principalmente, dos seguintes fatores:
- tipo da rocha que lhe deu origem;
- clima, cobertura vegetal;
- topografia;
- tempo de intemperização.
Em classificação, que leve em conta tão somente a formação original, os Solos podem ser divididos em dois grandes grupos:
- solos residuais;
- solos transportados.
Solos residuais são aqueles provenientes da decomposição e alteração das rochas in-situ, em que o agente de transporte é reduzido a um mínimo. Quando as condições climáticas e topográficas são favoráveis, os produtos do intemperismo podem sofrer os efeitos da erosão e de agentes transportadores que os removem para outros locais, tais como: terrenos baixos, rios ou oceanos.
Incluem-se entre os principais agentes de transporte a ação da gravidade, que faz as massas de solo caírem ao longo de encostas, as águas superficiais de rios ou enxurradas e o vento. Os solos formados depois do transporte e deposição dos materiais chamam-se solos transportados.
Há também os solos orgânicos que podem originar-se da impregnação de matéria orgânica em sedimentos pré-existentes (argilas orgânicas), da transformação carbonífera de materiais de origem vegetal contida no material sedimentado (turfas) e pela absorção no solo de carapaças de moluscos ou diatomáceas. Sob o ponto de vista da engenharia, apresentam características indesejáveis, destacando-se sua elevada compressibilidade e alta capacidade de absorção de água. São de grande importância técnica.
Composição dos solos
Toda massa de solo é composta por um conjunto de partículas sólidas que se tocam entre si, deixando espaços vazios entre elas - os poros do solo. Essas partículas são pequenos grãos de diferentes minerais. Os vazios poderão estar preenchidos com água, ar ou parcialmente com ambos.
Um solo é um sistema trifásico constituído das fases sólida (mineral), líquida (água) e gasosa (ar ou vapor d'água).
As soluções dos problemas de Engenharia geotécnica requerem o conhecimento, não só das características de cada fase em separado, mas também da natureza das mútuas interações entre elas, responsáveis, juntamente com outros fatores, pela formação das estruturas dos solos.
As propriedades vinculadas à fase sólida são:
- Textura;
- Granulometria dos Solos;
- Forma das partículas.
Textura
A textura de um solo é identificada pelo seu aspecto visual ou como ele se faz sentir. Segundo LEPSCH (2002), quando se separam os constituintes minerais unitários dos pequenos torrões, verifica-se que o solo é constituído de um conjunto de partículas individuais que estão, em condições naturais, ligadas umas às outras. Essas têm tamanhos bastante variados: algumas são suficientemente grandes para observação a olho nu, outras podem ser vistas com o auxílio de lentes de bolso ou microscópio comum, enquanto as restantes podem ser observadas com o auxílio de microscópio eletrônico.
Depende do tamanho relativo e forma das partículas, bem como dos intervalos de distribuição de suas dimensões. Quanto a textura, os solos são classificados como solos de granulação grossa e solos de granulação fina. Uma linha divisória conveniente para distinguir essas categorias seria o menor diâmetro de grão visível a olho nú (cerca de 0,05 mm). Assim, solos com partículas de maiores dimensões como areias e pedregulhos são solos de granulação grossa. Os siltes e as argilas, compostos de partículas minerais muito finas, são solos de granulação fina.
A resposta aos problemas de Engenharia dos solos de granulação grossa está relacionado à sua textura. Entretanto, nos solos de granulação fina, a presença da água responde muito mais por seu comportamento do que a textura e as dimensões dos grãos, considerados isoladamente. A água afeta a interação entre os grãos minerais e isto altera sua plasticidade e coesão.
Granulometria dos Solos
Em decorrência, principalmente, do seu processo de formação, as dimensões das partículas de um solo variam bastante - desde partículas coloidais, extremamente finas, até pedregulhos com vários centímetros.
O intemperismo físico, que reduz a rocha a fragmentos menores, sem qualquer alteração química dos materiais, dá origem às partículas quartzosas que constituem as areias e pedregulhos. O intemperismo químico caracteriza-se pela ação de agentes que atacam a rocha, modificando sua constituição mineralógica ou química. Assim, minerais como feldspatos e algumas espécies de mica, presentes numa rocha submetida à intemperização química, vão transformar-se em argilas minerais (caolinitas, ilitas e montmorilonitas), partículas de dimensões muito pequenas (< 5 mícron), presentes nos solos argilosos e responsáveis por suas propriedades. A descrição quantitativa da textura de um solo é feita através da sua granulometria, ou seja, da determinação das dimensões de seus grãos e da distribuição percentual em peso dos grãos, em intervalos de dimensões, previamente estabelecidos nos métodos de classificação, baseados exclusivamente na granulometria dos solos.
Esses intervalos denominam-se frações de solo e recebem designações que são utilizadas na descrição dos solos. Várias são as escalas utilizadas em diversos países, mas de acordo com a escala granulométrica brasileira (ABNT) as frações de solo possuem as denominações da tabela seguinte:
Os solos arenosos são perfeitamente identificáveis pela sua composição granulométrica.
Entretanto, isso não acontece com os solos finos. Nem todo solo, cuja composição granulométrica apresenta elevada porcentagem da fração argila, possui as propriedades características dos solos argilosos, destacando-se a plasticidade, coesão, baixa permeabilidade e compressibilidade. As partículas de poeira de rocha são de granulação muito fina mas não conferem ao solo propriedades coesivas. Por outro lado, a presença de uma pequena quantidade de argila mineral numa massa de solo afeta as propriedades daquela massa. Quanto maior a quantidade de argila mineral, mais o comportamento do solo será governado pelas propriedades da argila. Se o teor de argila atingir 50%, os grãos de areia e silte estarão flutuando numa matriz de argila e não terão efeito no comportamento do solo. A atividade das partículas de argila mineral decorre da sua composição mineralógica, da forma dos grãos e da interação das partículas com a água dos vazios.
É preciso notar que o termo 'argila' é utilizado para designar diferentes materiais e conceitos:
- argila pode referir-se às partículas de argilas minerais, muito ativas eletroquimicamente;
- fração de solo argila, presente na composição granulométrica de um solo;
- solos argilosos - ocorrências naturais que são misturas de partículas de diferentes tamanhos, cujo comportamento é fortemente afetado pela presença de argilas minerais.
Forma das partículas
As areias e os pedregulhos são constituídos de partículas arredondadas ou, mais precisamente, de forma poliédrica. Suas dimensões são aproximadamente iguais nas três dimensões. A forma das partículas individuais dos solos granulares é pelo menos tão importante quanto a sua granulometria, na definição das suas propriedades de engenharia, em especial na sua resistência ao cisalhamento. Dependendo do grau do intemperismo e do processo de transporte que sofreram, podem se apresentar mais ou menos angulares e com a superfície rugosa. Para fins da Engenharia geotécnica, as partículas podem ser classificadas, qualitativamente, por uma análise visual, de acordo com as formas mostradas na figura abaixo:
As partículas de argila, embora invisíveis a olho nu, apresentam uma forma lamelar, ou seja, semelhante a lamelas ou escamas, onde uma dimensão é muito pequena em relação às outras duas.
A superfície da partícula de argila mineral possui uma carga elétrica negativa, cuja intensidade depende principalmente de suas características mineralógicas; as atividades físicas e químicas decorrentes dessa carga superficial constituem a chamada atividade da superfície do mineral. Outra propriedade importante dessas partículas é a elevada superfície específica, isto é, a relação entre área superficial e a sua massa. Isto significa que, a quase totalidade da massa da partícula encontra-se próxima da superfície. Quanto menor o diâmetro do grão maior a superfície específica, atingindo nas montmorilonitas, a mais ativa das argilas minerais, o valor de 800 m2/g.
Essas características são as responsáveis pela interação das partículas com a água e os íons existentes na água dos vazios e como consequência, pela estrutura ou arranjo das partículas, pela permeabilidade e pela plasticidade dos solos argilosos.
Referência Bibliográfica:
LEPSCH, Igo F. Formação e Conservação dos Solos. Oficina de Textos. São Paulo. 2002.
Mecânica dos Solos - Apostila de Laboratório - IME
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