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Apostila Mecânica dos Solos I - USP

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O comportamento mecânico desses solos grossos fica determina da fundamentalmente
pela condição de compacidade com que ele se encontra. Para medir essa condição foi
introduzido o conceito de compacidade relativa (Dr) e definida por:
%100
min
⋅−
−=
ee
eeD
máx
natmáx
r
Nessa expressão:
emáx = Índice de vazios correspondente ao estado mais fofo possível.
emin = índice de vazios correspondente ao estado mais compacto possível.
enat = índice de vazios natural.
 
5 Mecânica dos Solos - vol. 1 – Benedito de Souza Bueno & Orencio Monje Vilar – Depto de
Geotecnia – Escola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo
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A compacidade relativa pode ser obtida em laboratório, se bem que exista uma série de
divergências acerca da forma de executar o ensaio. Um dos mais utilizados métodos atualmente
é o D 2049-69 da ASTM (ASTM Test for the Relative Density of Cohesionless Soils - ref. 01).
3 - Estrutura dos Solos Finos
Em se tratando dos solos finos, a situação torna-se muito mais complexa, uma vez que
agora passa a interferir uma série de fatores, tais como as forças de superfície entre as partículas
e a concentração de íons, no líquido em que se deu a sedimentação.
As concepções clássicas acerca da estrutura dos solos finos devem-se a Terzaghi que
sugeriu a estrutura alveolar e a floculenta.
Na estrutura alveolar, característica de solos com partículas da ordem de 0,02 mm, a
força da gravidade e as forças de superfície quase se equivalem. As partículas sedimentando em
água ou em ar podem aderir-se tendendo a formar uma estrutura semelhante a um favo de
abelhas, conforme se mostra na Figura 21.
No caso de partículas menores que 0,02 mm, estas não sedimentam isoladamente por
causa do seu pequeno peso. Entretanto, estas partículas ainda -em suspensão podem vir a tocar-
se e unir-se, for mando grumos de peso maior que podem vir a sedimentar. Completada a
sedimentação, os diversos grumos formam a chamada estrutura floculenta, semelhante à
alveolar, mas agora os alvéolos são compostos por esses grumos, conforme se mostra na Figura
22.
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Como em a natureza o processo de sedimentação envolve partículas dos mais diversos
tamanhos, as estruturas anteriormente descritas raramente ocorrem isoladamente.
A estrutura composta é formada por grãos grossos e por conjuntos de partículas finas
que proporcionam uma ligação entre as diversas partículas. A estrutura mostrada na Figura 23
ocorre, freqüentemente, quando a sedimentação se dá em ambiente marinho ou Iacustre, com
acentuada concentração de sais.
Interpretações mais recentes sugerem novas idéias sobre o mecanismo de formação da
estrutura floculada.
Imaginando partículas de solo fino sedimentado em meio aquoso, tem-se que essas
partículas carregadas negativamente podem estar envolvidas por cátions, os quais estarão livres
(os mais distantes) ou adsorvidos. Isso gera potenciais de atração e de repulsão que tendem a
variar com a distancia, com a concentração de íons e com a temperatura. Dessa forma, em
função desses potenciais de atração e repulsão, podem originar-se situações distintas, como a
que ocorre no estado disperso, em que as forças de repulsão fazem com que as partículas se
sedimentem separadamente, e adotem uma disposição paralela.
Quando os potenciais de atração prevalecem, as partículas tendem a aglutinar-se
formando o estado floculado. Tal pode se dar quando ocorre a sedimentação em água salgada,
pois a concentração de íons tende a aglutinar as partículas, formando os flóculos , que agora
sedimentam, sob a ação da gravidade, e originam a estrutura floculada.
Entretanto, como foi salientado, podem ocorrer situações intermediárias, em virtude da
concentração de íons. A Figura 24 mostra três estruturas que ocorrem por causa da
concentrarão de íons. No caso (a) tem-se uma estrutura floculada constituída em ambiente
salino de sedimentação (35 g/l de NaCl); em (b), a estrutura floculada constituída em ambiente
não salino e em (c) estrutura dispersa.
Como é fácil visualizar, nota-se que as estruturas dos solos finos, dada a forma e a
disposição das partículas que as compõem são bastante porosas, isto é, possuem um grande
volume de vazios o que confere a esses solos uma considerável compressibilidade. O aumento
de peso graças à disposição de novas camadas faz com que seja reduzido o volume de vazios,
com a conseqüente expulsão da água contida nesses vazios.
Compreende-se intuitivamente, que qualquer acréscimo de cargas (por causa de uma
construção por exemplo) sobre um solo desse tipo, tenderá a provocar uma diminuição do
volume de vazios dada a expulsão da água, uma vez que para a faixa de pressões normalmente
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utilizadas na prática, as partículas sólidas do solo são praticamente incompreensíveis. Tal
fenômeno, de particular interesse para a Engenharia, constitui o fenômeno de adensamento do
solo, que será tratado futuramente (CAPÍTULO IX).
4 - Amolgamento e Sensibilidade das Argilas
Entende-se por amolgamento a operação de amassado da argila em todas as direções,
sem que ocorra alteração do teor de umidade. O amolgamento tende a destruir a estrutura
original do solo, isto é, elimina as ligações existentes desde a sua formação, e provoca uma
redução da resistência.
A maior ou menor perda de resistência de uma argila, que ocorre pelo amolgamento, é
medida pela sensibilidade dessa argila que é definida, como a relação entre resistências à
compressão simples (CAPÍTULO XIII) do estado indeformado e do estado amolgado, isto é:
c
c
t R
RS
'
=
St - sensibilidade
Rc - amostra indeformada
R’c - amostra amolgada
As argilas, quanto à sensibilidade, classificam-se em:
St = 1 sem sensibilidade
2 < St < 4 pequena e média sensibilidade
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St > 8 extra-sensíveis
Uma amostra amolgada comprime mais que a amostra indeformada, embora o seu
índice de compressão (CAPITULO IX) seja menor. O que realmente ocorre é que o
amolgamento elimina o pré-adensamento do solo e este passa agora a comprimir-se sob efeito
de seu próprio peso. Outra alteração importante é com referência à permeabilidade, que se torna
menor, quando o solo é amolgado.
5 - Tixotropia
A recuperação da resistência perdida pelo efeito do amolgamento recebe o nome de
tixotropia. Quando se revolve a argila, desequilibram-se as forças interpartículas, porém,
permanecendo a argila em repouso, gradualmente, os potenciais de atração e repulsão tendem a
um estado de equilíbrio mais estável, de maneira a recompor parte da resistência inicial.
O efeito da tixotropia é mais flagrante nas argilas montmoriloniticas. Tal propriedade
encontra grande utilização na prática como, por exemplo, na estabilização dos furos de paredes
diafragmáticas, dos furos de sondagens e de poços de petróleo por meio do emprego de lamas
bentoníticas.
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CAPÍTULO V1
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
1 - Introdução
Tem havido na Mecânica dos Solos um considerável esforço no sentido de criar um
sistema de classificação que, de fato, permita o agrupamento de solos dotados de
características similares, quer sob o aspecto genético, quer de comportamento. A grande
variedade de sistemas de classificação existente procura, quase sempre, em bases mais ou
menos arbitrárias, encontrar um princípio qualificador universal que possibilite agrupar a
grande variedade de solos existentes em classes, com o objetivo de não se facilitar os estudos
de caracterização, senão também antever o comportamento diante das solicitações, a que serão
submetidos.
Diferentemente das outras ciências, deve interessar à Mecânica dos Solos um sistema de
classificação que prefira o comportamento dos solos à 'sua constituição, à origem, à formação
etc. Não se quer, com isso, criar um desinteresse por estes ultimes aspectos. Eles terão uma
considerável importância,