MECÂNICA DOS SOLOS

A mecânica dos solos procura prever o comportamento de maciços terrosos quando sujeitos a solicitações 

Introdução

A variedade dos tipos de solos encontrados em problemas de engenharia é quase ilimitada, variando de blocos de pedra dura, densa, grande a pedregulhos, areias, siltes, argilas até depósitos orgânicos de turfas compressíveis e moles.  Para aumento de complexidade, todos estes materiais encontram-se numa ampla variedade de densidades e conteúdos de água.  Em um dado local, um número diferente de tipos de solos pode estar presente, e a composição pode variar de intervalos grandes a pequenos até poucos centímetros.

Não é surpreendente, entretanto, que uma porção considerável dos esforços dos engenheiros geotécnicos sejam dedicados à identificação dos solos e a avaliação de propriedades apropriadas para o uso em uma análise particular. O que é surpreendente, talvez, é que a aplicação dos princípios da mecânica a um material tão diversificado quanto o solo, de tão bons resultados.

Entender e apreciar as características de qualquer depósito de solo requer uma compressão de que material é, e como este pode estar, e em que estado se encontra.  De grande importância são as considerações sobre a intemperização de solos e rochas, a erosão e transporte de solos, processos deposicionais e mudanças pós-deposicionais em sedimentos.

A definição do que é solo depende em muitos casos de quem o utiliza.  Na língua portuguesa, solo significa a superfície do chão, original da palavra herdada do latim “solum”. Na agricultura solo é a camada de terra tratável, que suporta as raízes das plantas. Na geologia, o solo é somente a capa superficial sobrejacente a rocha.

Para o Engenheiro Civil, os solos são um aglomerado de partículas provenientes de decomposição da rocha, que podem ser escavados com facilidade, sem o emprego de explosivos, e que são utilizados como material de construção ou de suporte de  estruturas. O solo em contato prolongado com a água perde totalmente a sua resistência.  Rochas são agregados naturais de um ou diversos minerais, podendo eventualmente, ocorrer vidro ou matéria orgânica. Na engenharia, rocha é todo o material que necessita de explosivo para seu desmonte. 

O solo, sob o ponto de vista da engenharia geotécnica, poderá ser utilizado tanto em suas condições naturais quanto como material de construção. Em sua condição natural, será usado como elemento de suporte de uma estrutura ou como a própria estrutura, nem sempre sendo possível melhorar suas propriedades de uma forma econômica. Como material de construção poderá ser usado, principalmente, na construção de aterros para finalidades as mais diversas, como sub-bases e bases de pavimentos sendo nestes casos, possível dar ao solo as características necessárias e desejadas em cada projeto.

A seguir, estão indicados, resumidamente, alguns aspectos de utilização do solo em sua condição natural e como material de construção.

Condição natural

Fundação :

Estrutura – edifícios, pontes e viadutos;

Pavimento – piso industrial, pátios, estradas, aeroportos;

Estrutura enterrada – casa de força, tubulações, galerias;

Aterro – barragem, estrada industrial.

Solo estrutural:

Corte – estrada, mineração;

Vala – fundação, galeria.

Material de construção

Aterro – barragem de usos múltiplos;

Bases e sub-bases – estradas e prédios.

Origem e formação dos solos

As rochas que constituem a crosta terrestre estão em equilíbrio. Mas, quando entram em contato com a atmosfera ou ficam próximas desta situação, as rochas sofrem a ação de um conjunto de processos físicos, químicos, físico-químicos e biológicos, que produzem sua destruição.

Portanto, intemperismo é o processo que transforma rochas maciças e tenazes em materiais plásticos e friáveis (solos). O intemperismo pode ser físico ou químico.

O intemperismo físico ou mecânico é o que causa a desintegração da rocha através dos seguintes processos: variação de temperatura, alívio de pressões, crescimento de cristais, hidratação dos minerais, ação coloidal e processos físico-biológicos. O intemperismo físico provoca a desintegração da rocha, formando sedimentos de tamanhos diversos, porém, sendo mantida a composição mineralógica da rocha matriz.

O intemperismo químico é o processo caracterizado por reações químicas entre os minerais constituintes de uma rocha e soluções aquosas de diferentes teores.  Há uma agilização do processo do intemperismo químico se a rocha for fragmentada por um intemperismo físico, aumentando assim a superfície exposta às reações químicas. Os agentes do intemperismo químico, de acordo com a natureza da reação predominante no processo, são classificados: oxidação, carbonatação, hidrólise, hidratação e troca de bases.

Os fatores mais importantes nos processos de formação dos solos são: rocha de origem, clima, topografia, vegetação e o tempo de atuação dos fatores anteriores.

A composição mineralógica e a textura da rocha de origem são elementos importantes na fase inicial do processo de intemperismo em face das diferenças nos tempos necessários a alteração. Dependendo ainda de outros fatores, uma mesma rocha poderá formar solos com propriedades diferentes, enquanto que rochas com composição  e textura diferentes poderão formar um mesmo tipo de solo.

O clima, através da temperatura e da chuva, é o fator preponderante no tipo e extensão do intemperismo.  Na região equatorial onde a quantidade de chuva é grande e a temperatura alta, o intemperismo químico é mais ativo, bem como a formação de uma espessa camada de solo. Em regiões temperadas, com estações bem definidas, há uma atuação conjunta dos dois tipos de intemperismo, sendo os processos físicos predominantes no inverno e os químicos no verão.

A topografia do terreno controla a percolação, infiltração e velocidade superficial da água e a erosão. Em face deste controle, os solos formados em taludes íngremes são diferentes daqueles encontrados em áreas pouco inclinadas.

A quantidade de ácidos orgânicos que atacam as rochas depende da vegetação existente na área e é importante na formação de alguns tipos de solos. E finalmente, o tempo de atuação, de cada um dos fatores descritos pode gerar diferentes tipos de solo.

O solo quanto à origem podem ser classificados em solos residuais, solos transportados

(sedimentares) e solos orgânicos.

Solos residuais são os solos que estão sobrejacentes às rochas que lhes deram origem.

Solos transportados são os solos que sofreram algum tipo de transporte (água, vento, gelo, etc.), portanto não estão sobre a rocha que lhes deu origem.  Em função do tipo de agente de transporte classificam-se em: solos aluviais, solos marinhos, solos eólicos, solos glaciais e solos coluviais.

Solos orgânicos são os solos que se caracterizam por apresentarem como constituinte principal, a matéria orgânica, proveniente de restos vegetais ou animais (solos diatomáceos). Camadas sedimentares de argila, areia fina e silte com húmus e turfas (grandes teores de carbono) são os mais comuns solos orgânicos.

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Vale a pena assistir a esse vídeo, explica sobre o ensaio do solo.