Mecânica dos Solo1

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Mecânica dos Solos
Introdução
· Uma grande parte das construções de engenharia está localizada sobre solos, incluídas as barragens, as pistas de aeroportos, de rodovias, as escavações para canais etc.
· O conceito de solo para os engenheiros difere um pouco do conceito geológico, uma vez que, para eles, o termo inclui todo tipo de material orgânico ou inorgânico inconsolidado ou parcialmente cimentado encontrado na superfície da Terra, materiais estes classificados em Geologia como rochas sedimentares ou sedimentos. 
· Os solos são compostos de uma fase sólida, formada por partículas granulares, envolta por uma fase fluida, constituída de água (ou outro líquido) e ar ou gases. As partículas, de maneira geral, encontram-se livres para deslocar-se entre si. 
· Em alguns casos, uma pequena cimentação pode ocorrer entre essas partículas, mas num grau extremamente mais baixo do que nos cristais de uma rocha ou de um metal, ou nos agregados de um concreto. 
· O comportamento do solo depende: do movimento de suas partículas entre si.
· Os grãos sólidos formam um esqueleto ou uma estrutura que tem a capacidade de transmitir cargas através do contato entre as partículas. 
Fig. 1 - Estrutura solo
· Quando se aplicam cargas ao esqueleto sólido, surgem deformações.
· Tipicamente, 95 a 100% da deformação total é causada pelo movimento relativo das partículas sólidas;
· O restante da deformação total é então causada pela deformação dos grãos individuais;
· Existem muitos tipos diferentes de solos, sendo que a diferença entre eles está primariamente no tamanho dos grãos e na natureza do contato entre os grãos. 
· A diferença entre tamanho de grãos e tipos e tipos de contato entre os grãos pode explicar muitos dos comportamentos mecânicos do solos.
· A Mecânica dos Solos estuda as características mecânicas dos sólidos como dos fluidos dos solos.
· Problemas referentes à Mecânica dos Sólidos:
· Quanto que um solo se deforma quando é carregado?
· Quando cargas são aplicadas, como ocorrem as deformações em relação ao tempo?
· Quanta carga o solo pode suportar antes que se rompa?
· De que maneira o solo se rompe?
· Problemas referentes à Mecânica dos Fluidos:
· Como a água percola através do solo? Com que velocidade?
· Como um fluido que percola através de um solo pode fazer com que ele atinja a ruína?
Origem dos solos:
· Todos os solos originam-se da decomposição e desintegração das rochas que constituíam inicialmente a crosta terrestre. 
· A decomposição é decorrente de agentes físicos e químicos.
· O conjunto desses processos, que são mais atuantes em climas quentes do que em climas frios, leva à formação dos solos que, em consequência, são misturas de partículas pequenas que se diferenciam pelo tamanho e pela composição química. 
· A maior ou menor concentração de cada tipo de partícula num solo depende da composição química da rocha que lhe deu origem.
Classificação dos solos pela origem: tipos de solos
· Com base na origem de seus constituintes, os solos podem ser divididos em dois grandes: grupos: solos residuais e solos transportados.
· Solos residuais: 
· Os produtos da rocha intemperizada ainda permanecem no local onde se deu a transformação;
· São comuns no Brasil, principalmente na região centro-sul, em função do próprio clima;
· A natureza desses solos, ou seja, sua composição mineralógica e granulométrica, estrutura e espessura, dependem do clima, relevo, tempo e tipo de rocha de origem.
· Assim, em regiões do clima tropical, como na maior parte do Brasil, o manto de solo residual, formado pela decomposição das rochas com predomínio do intemperismo químico, apresenta, quase sempre, espessura da ordem de dezenas de metros, enquanto que, em regiões com predomínio de clima temperado este manto tem espessuras normalmente de poucos metros.
· A natureza e a espessura do manto de intemperismo de solos residuais têm grande importância na Geologia de Engenharia. Mantos de solos residuais muito espessos podem, por exemplo, impossibilitar a fundação de obras hidráulicas de concreto sobre o maciço de rocha sã, que se encontra a grandes profundidades, obrigando que estas fiquem apoiadas em solos residuais. Vários desses casos de obras antigas e recentes, com fundações de solos residuais, são encontradas no Brasil.
· Praticamente todos os tipos de rocha formam solo residual. Por exemplo, a decomposição de basaltos forma um solo típico, conhecido como “terra-roxa”, de cor marrom-chocolate, composição argiloarenosa e elevada plasticidade. De outro lado, a desintegração e a decomposição de arenitos ou quartzitos irão formar um solo 100% arenoso, constituído de quartzo. Rochas metamórficas do tipo filito darão origem a um solo de composição argilosa e bastante plástico. 
Quadro 1. Constituição das rochas
	Tipo de rocha
	Composição Mineral
	Tipo de solo
	Composição
	Basalto
	Plagiocásio
Piroxênios
	Argiloso (pouca areia)
	Argila
	Quartzito
	Quartzo
	Arenoso
	Quartzo
	Filitos
	Micas (sericita)
	Argiloso
	Argila
	Granito
	Quartzo
Feldspato
Mica
	Arenoargiloso (micáceo)
	Quartzo e argila (micáceo)
	Calcário
	Calcita
	Argiloso
	Argila
· Subdivididos, conforme a zona de intensidade de intemperismo, em horizontes que, geralmente, se organizam da superfície para o mais profundo, mas que, eventualmente, podem estar ausentes, num perfil de solo residual. 
· Não existe um contato ou limite direto e brusco entre o solo e a rocha que o originou. A passagem entre eles é gradativa e permite a separação de, pelo menos, duas faixas distintas: aquela logo abaixo do solo propriamente dito, que é chamada de solo de alteração de rocha, e outra acima da rocha, chamada de rocha alterada ou rocha decomposta.
 
	Fig. 2 - Perfil típico de um solo residual	
Fig. 3 - Dados reais obtidos em um boletim de sondagem evidencia a ocorrência de solo do tipo residual
· Solo residual maduro: é o material mais intemperizado. Perdeu toda a estrutura original da rocha-mãe e tornou-se relativamente homogêneo. Contém maior porcentagem de argila. 
· Solo residual jovem/saprólitos/solo de alteração de rocha: são solos cuja a evolução é recente, ou seja, a alteração da rocha promoveu a criação de um material pulverulento (que se apresenta em estado de pó fino), inconsolidado e com baixa coesão. Mostra alguns elementos da rocha matriz, como linhas incipientes de estruturas ou minerais não decompostos. Visualmente, pode ser confundido com uma rocha alterada, porém apresenta pequena resistência ao manuseio (pela pressão dos dedos, desintegra-se completamente).
Fig. 4 - Solo residual jovem
Fig. 5 - Ocorrência de solo residual maduro e jovem.
· Rocha alterada: horizonte em que a alteração progrediu ao longo de fraturas ou zonas de menor resistência, deixando intactos grande blocos da rocha original. Possui um estágio de dureza ou resistência inferior ao da rocha. Possui a estrutura original da rocha e a ela se assemelha em todos os aspectos visuais perceptíveis, salvo na coloração. Sua constituição é variável, mostrando o conjunto em geral, anisotropia ou heterogeneidade acentuada, decorrente da presença de núcleos de material consistente entremeados a uma massa com característica de solo. É descrita pela textura, plasticidade e consistência ou compacidade, com indicação do grau de alteração e, se possível rocha de origem.
Fig. 6 – Aspecto dos solos sobre material (solo) de alteração e este sobre rocha alterada. Abaixo deste material identificou-se (não mostrada na foto) a ocorrência de rocha fraturada e abaixo praticamente sã (com poucas fraturas).
· Rocha sã: representa a rocha inalterada. 
· As espessuras das quatro faixas descritas são variáveis e dependem das condições climáticas e do tipo de rocha. 
· A ação intensa do intemperismo químico nas áreas de climas quentes e úmidos provoca a decomposição profunda das rochas, com a formação de solos residuais, cujas propriedades dependem fundamentalmente da composição e do tipo de rocha existente na área. 
· Não se deve imaginar que ocorra sempre uma decomposiçãocontínua, homogênea e total na faixa de solo chamada de regolito ou solo residual, uma vez que, em certas áreas das rochas, pode haver minerais mais resistentes à decomposição, fazendo com que essas áreas permaneçam como blocos isolados, englobados no solo. Esses blocos, às vezes de grandes dimensões, são conhecidos como matacões, e são muito comuns nas áreas de granitos, gnaisses e basaltos, bem como no Nordeste brasileiro. 
Fig. 7 – Exemplo de subsolo interpretado a partir da representação de 3 furos de sondagens alinhados (“terreno” de formação residual após terraplanagem – remoção da formação argilosa e execução de aterro).
Fig. 8 – Exemplo de boletim de sondagem à percussão de ocorrência residual. Observe os dados indicativos (diferentes horizontes) ao longo do perfil que evidenciam a formação geológica abordada aqui. 
· Solos transportados:
· Os produtos de alteração foram transportados por um agente qualquer para um local diferente ao da transformação. 
· Geralmente formam depósitos mais inconsolidados e fofos que os residuais, e com profundidade variável. 
· De modo geral, o solo residual é mais homogêneo que o transportado, principalmente se a rocha matriz for homogênea.
· O solo transportado, de acordo com a capacidade do agente transportador, pode exibir grandes variações laterais e verticais na sua composição. 
· O solo residual é mais comum e de ocorrência generalizada, enquanto o transportado ocorre somente em áreas mais restritas. 
· Os solos transportados têm grande importância em Geologia de Engenharia. Apenas para citar alguns exemplos, estes podem ser excelentes fontes de materiais naturais de construção. Entretanto, podem constituir fundações problemáticas para muitas obras de engenharia e, em certos casos, causar problemas de estabilidade de taludes de corte e encostas naturais.
· Assim como os solos residuais, a maioria dos solos transportados, inconsolidados, se formaram a partir do Cenozóico (era geológica), podendo estar, ainda, em processo de formação.
· Entre os solos transportados, destacam-se de acordo com o agente transportador, os seguintes tipos: coluviais, de aluvião e eólicos (dunas costeiras). Existe ainda uma variedade especial, que é o solo orgânico, no qual a material transportado está misturado com quantidades variáveis da matéria orgânica decomposta, que, em quantidades apreciáveis, forma as turfeiras. 
· Tipos de solos transportados:
· 1. Solos de coluviais:
· Coluviões: 
· Formados principalmente por ação da gravidade e também pela água.
· A composição desses depósitos depende do tipo de rocha existente nas partes mais elevadas. 
· Os coluviões são depósitos de materiais inconsolidados.
· Estes coluviões constituem depósitos compostos por misturas de solo e blocos de rocha pequenos (15-20cm), sendo normalmente encontrados recobrindo encostas de serras, como a Serra do Mar.
· São comuns e de ocorrência localizada, situando-se, em geral, ao pé de elevações e encostas. 
· Podem apresentar movimentos lentos como rastejo (creep) .
· Estes solos são compostos predominantemente por materiais bastante homogêneos, com granulometria mais fina, tais como areias argilosas e argilas arenosas.
· Sua espessura é bastante variável, de apenas 0,5 m até 15-20 m. 
· Baixa resistência ao cisalhamento;
· Elevada permeabilidade.
· Uma das características importantes destes solos é apresentar, frequentemente, estrutura porosa, baixos valores de SPT (1 a 6 golpes) e colapso de estruturas, quando submetidos a saturação e ao carregamento.
· A presença de solos coluviais normalmente é desvantajosa para projetos de engenharia, pois são materiais inconsolidados, permeáveis, sujeitos a escorregamentos, etc.
· Tálus: material predominantemente grosseiro.
· São depósitos formados pela ação da água e, principalmente, da gravidade.
· São compostos predominantemente por blocos de rocha de variados tamanhos, em geral, arredondados, envolvidos ou não por matriz areno-silto-argilosa frequentemente saturada. 
· Estes depósitos podem ter variadas dimensões, ocorrendo, ao contrário dos coluviões, de forma localizada, com morfologia própria, ocupando os sopés das encostas de relevos acidentados como serras, escarpas, etc.
· Os talús também podem apresentar movimentos como rastejo, que podem se alterar caso tenham seu frágil equilíbrio alterado, como, por exemplo, por um talude de corte.
· Em vista disto são depósitos quase sempre problemáticos e de difícil contenção quando estáveis.
· Depósitos de tálus mais antigos, provavelmente de idade terciária apresentam quase sempre a matriz laterizada, sendo, nestes casos, depósitos mais consolidados, sem nível d’água e mais estáveis.
	Fig. 9 - Exemplo da composição de solos coluviais.
Fig. 10 – O perfil acima, na extremidade sul do túnel da “Lagoinha”, em Belo Horizonte, exemplifica uma situação de ocorrência de solo coluvionar acima de um solo residual
Fig. 11 – Exemplo de boletim de sondagem à percurssão de ocorrência coluvionar (talus). Observe os dados indicativos (horizontes) ao longo do perfil que evidenciam a formação geológica abordada aqui.
· 2. Solos orgânicos:
· Possuem uma quantidade apreciável de matéria decorrente de decomposição de origem vegetal ou animal, em vários estágios de decomposição ou pela impregnação da matéria orgânica em sedimentos pré-existentes.
· Geralmente argilas ou areias finas, os solos orgânicos são de fácil identificação pela cor escura (pré ou cinza-escuro) e pelo odor característico. 
· Os locais de ocorrência de solos orgânicos estão em áreas topográficas e geograficamente bem caracterizadas: bacias e depressões continentais, baixadas marginais dos rios e baixadas litorâneas.
· São geralmente problemáticos por serem muito compressíveis. 
· Por sua característica orgânica, apresentam elevados índices de vazios, e por serem de sedimentação recente, normalmente adensados, possuem baixa capacidade de suporte e considerável compressibilidade.
· Em algumas formações, ocorre uma importante concentração de folhas e caules em processo incipiente de decomposição, formando as turfas. São materiais extremamente deformáveis, mas muito permeáveis, permitindo que os recalques, devidos a carregamentos externos, ocorram rapidamente. 
· Quando houver um teor apreciável de matéria orgânica, deve ser indicada sua presença, pelo acréscimo da expressão “com matéria orgânica” à designação dada ao solo. Se forem muito moles, pode ser adicionado, entre parênteses, o termo “lodo”.
· Decomposição da matéria orgânica:
· Produto escuro: húmus.
· Facilmente carregado pela água.
· O húmus impregna permanentemente as argilas e siltes, que são solos finos, e em menor extensão as areias e os pedregulhos (solos permeáveis).
· 3. Solos de aluvião:
· Os materiais sólidos – constituídos por materiais erodidos - que são transportados e arrastados pelas águas e depositados nos momentos em que a corrente sofre uma diminuição na sua velocidade constituem os solos aluvionares ou aluvião. Esses materiais podem ser também depositados nos fundos de lagos e lagoas, sempre associados a ambientes fluviais.
· Ocorre, ao longo de um curso d’água qualquer, uma seleção natural do material, segundo sua granulometria. Assim, deve-se encontrar, próximo às cabeceiras de um curso d’água, material grosseiro na forma de blocos e fragmentos, sendo que o material mais fino, como as argilas, é levado a grandes distâncias, mesmo após a diminuição da capacidade de transporte do curso d’água.
· Variações na natureza dos materiais e na capacidade de transporte dos cursos d’água refletem-se na formação de camadas com características distintas. Cada camada representa uma fase de deposição e, consequentemente, tem espessura, continuidade lateral, mineralogia e granulometria particulares. Consequentemente, o pacote aluvionar é altamente heterogêneo. Entretanto, as camadas isoladas podem apresentar-se muito homogêneas. 
· Os depósitos de aluvião podem aparecer de duas formas distintas: 
· Em terraços fluviais: são aluviõesantigos, depositados quando o nível do curso d’água encontrava-se em posição superior à atual. Em consequência os terraços são sempre encontrados em cotas mais altas do que os aluviões. Esta condição topográfica introduz uma importante diferença entre aluviões e os terraços já que, estes últimos, em geral são saturados. Os terraços se distinguem, ainda, por se apresentarem, quase sempre, constituídos por areia grossa e cascalho.
· Planícies de inundação: na forma de depósitos mais extensos. São bastante frequentes ao longo dos rios. Sãos os conhecidos banhados, várzeas e baixadas de inundação. 
· Embora os aluviões sejam, via de regra, fonte de materiais de construção, são, por outro lado, péssimos materiais de fundação.
· A melhor fonte de indicação de áreas de aluvião, de várzeas e planícies de inundação é a fotografia aérea.
· Embora os solos que constituem os aluviões sejam, geralmente, fonte de materiais de construção, eles são, por outro lado, péssimos materiais de fundações. 
· Um exemplo é o local da barragem de Promissão (SP), onde, na margem esquerda, os extensos depósitos de argila existentes foram escavados, pois não suportariam o peso da barragem. 
Fig. 12 – Aspecto da deposição de sedimentos por transporte fluvial (aluvionar).
Fig. 13 – Ocorrência de aluvião no traçado do “Aceso Norte” em Juiz de Fora.
Fig. 14 – Exemplo de boletim de sondagem à percussão de ocorrência aluvionar. Observar os dados indicativos (horizonte) ao longo do perfil que evidenciam a formação geológica abordadas neste item.
Fig. 15 – Exemplos de perfis de solos de formação aluvionar. Observa-se uma pequena variação nos tons de cores (claras), tendo o primeiro perfil com predominância arenosa e o segundo argilosa.
Fig. 16 – Exemplo de terraço fluvial
· 4. Solos eólicos: 
· O transporte pelo vento dá origem aos depósitos eólicos.
· São de destaque apenas os depósitos ao longo do litoral, onde tais solos formam as dunas.
· O problema desses depósitos consiste na sua movimentação. 
· O transporte eólico provoca o arredondamento das partículas, em virtude do seu atrito constante.
· No Brasil, os solos de origem eólica, transportados e depositados pela ação do vento, ocorrem junto à costa, principalmente nas regiões Sudeste, Nordeste e Sul.
· São constituídos por areia fina quartzona, bem arredondada, ocorrendo na forma de franjas de dunas, margeando a costa ou, quando os ventos são mais intensos, como na costa do Maranhão, na forma de campos de dunas. 
· As dunas apresentam a típica estratificação cruzada de solos eólicos (Processos de Dinâmica Superficial). No sul, dunas eólicas também ocorrem no interior, em regiões ambientalmente degradadas da Formação Botucatu, onde seus solos residuais ficam sujeitos ao retrabalhamento eólico, criando ambientes desérticos, como Alegrete (RS).”
· Assim, temos os dépositos de material granular, proveniente do transporte, pelo vento, das areias das praias ou desertos.
· Solos lateríticos:
· De particular interesse para o Brasil é a identificação dos solos lateríticos, típicos da evolução de solos em clima quente, com regime de chuvas moderadas a intensas. 
· A denominação de lateríticos incorporou-se à terminologia dos engenheiros, embora não seja mais usada nas classificações pedológicas.
· Têm sua fração argila constituída predominantemente de minerais cauliníticos e apresentam elevada concentração de ferro e alumínio na forma de óxidos e hidróxidos, donde sua peculiar coloração vermelha. Esses sais encontram-se, geralmente, recobrindo agregações de partículas argilosas. 
· Na natureza, os solos lateríticos apresentam-se, geralmente, não saturados, com índice de vazios elevado, daí sua pequena capacidade de suporte. 
· Quando compactados, sua capacidade de suporte é elevada, e por isso são muito empregados em pavimentação e em aterros. 
Fig. 17 – Solo laterítico e solo saprolítico