Aula 5 Textura e Estrutura dos Solos e Classificação dos solos

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MECÂNICA DOS SOLOS
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Num solo, geralmente convivem partículas de tamanhos diversos. Não é fácil identificar o tamanho das partículas pelo simples manuseio do solo, porque grãos de areia, por exemplo, podem estar envoltos por uma grande quantidade de partículas argilosas, finíssimas, ficando com o mesmo aspecto de uma aglomeração formada exclusivamente por uma grande quantidade destas partículas. Quando secas, as duas formações são muito semelhantes.Quando úmidas, entretanto, a aglomeração de partículas argilosas se transforma em uma pasta fina, enquanto a partícula arenosa revestida é facilmente reconhecida pelo tato.
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Denominações específicas são empregadas para as diversas faixas de tamanhos de grãos; seus limites, entretanto, variam conforme os sistemas de classificação.
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TEXTURA E ESTRUTURA DOS SOLOS: TAMANHO E FORMA DAS PARTÍCULAS A TEXTURA de um solo, é o tamanho relativo e a distribuição das partículas sólidas que o formam. O estudo da textura dos solos é realizado por intermédio do ensaio de granulometria. Pela sua textura os solos podem ser classificados em solos grossos e solos finos. 
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SOLOS GROSSOS: suas partículas têm forma arredondada poliédrica e angulosa. Os solos grossos são os PEDREGULHOS e as AREIAS.
SOLOS FINOS: são os SILTES e as ARGILAS. A fração granulométrica classificada como ARGILA possui diâmetro inferior a 0,002 mm e se caracteriza pela sua plasticidade marcante e elevada resistência quando seca. 
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 Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) os limites das frações de solo pelo tamanho são os da tabela 1:
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 Diferentemente desta terminologia adotada pela ABNT, a separação entre as frações silte e areia é frequente tomada como 0,075 mm, correspondente à abertura da peneira nº 200. O conjunto de silte e argila é denominado como a fração de finos do solo, enquanto o conjunto areia e pedregulho é denominado fração grossa ou grosseira do solo. 
 Por outro lado, a fração argila é considerada, com frequência, como a fração abaixo do diâmetro de 0,002 mm, que corresponde ao tamanho mais próximo das partículas de constituição mineralógica dos minerais-argila. 
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Para identificação dos solos a partir das partículas que os constituem, são empregados correntemente dois tipos de ensaios, a análise granulométrica e os índices de consistência.
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Análise Granulométrica:
 Para o reconhecimento do tamanho dos grãos de um solo, realiza-se a análise granulométrica, que consiste, em geral, de duas fases: peneiramento e sedimentação. O peso do material que passa em cada peneira, referido ao peso seco da amostra, é considerado como a “percentagem que passa”, e é representado graficamente em função da abertura da peneira, esta em escala logarítmica, como se mostra na Figura a seguir. A abertura nominal da peneira é considerada como o “diâmetro” das partículas. 
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Trata-se, evidentemente, de um “diâmetro equivalente” , pois as partículas não são esféricas. A análise por peneiramento tem como limitação a abertura da malha das peneiras, que não pode ser tão pequena quanto o diâmetro de interesse. A menor peneira costumeiramente empregada é a de nº 200, cuja abertura é de 0,075 mm. Existem peneiras mais finas para estudos especiais, mais são pouco resistentes e por isso não são usadas rotineiramente. 
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Exemplo de Curva de Distribuição granulométrica do solo
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Solo Residual - provém do produto final da rocha sã intemperizada pelo processo químico, permanecendo “in situ”, constituindo o manto de intemperismo. Grande relação com a rocha de origem. 
 
 
Peneiras para análise granulométrica dos solos
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 O ensaio de granulometria é o processo utilizado para a determinação da percentagem em peso que cada faixa especificada de tamanho de partículas representa na massa total ensaiada.
 Através dos resultados obtidos desse ensaio é possível a construção da curva de distribuição granulométrica, tão importante para a classificação dos solos bem como a estimativa de parâmetros para filtros, bases estabilizadas, permeabilidade, capilaridade etc.
 A determinação da granulometria de um solo pode ser feita apenas por peneiramento ou por peneiramento e sedimentação, se necessário.
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 Quando há interesse no conhecimento da distribuição granulométrica da porção mais fina dos solos, emprega-se a técnica da sedimentação, que se baseia na Lei de Stokes: a velocidade de queda de partículas esféricas num fluido atinge um valor limite que depende do peso específico do material da esfera, do peso específico do fluido, da viscosidade do fluido e do diâmetro da esfera.
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 Colocando-se uma certa quantidade de solo (uns 60g) em suspensão em água (cerca de um litro), as partículas cairão com velocidades proporcionais ao quadrado de seus diâmetros. Considere-se a Figura a seguir, na qual, à esquerda do frasco, estão indicados grãos com quatro diâmetros diferentes igualmente representados ao longo da altura, o que corresponde ao início do ensaio. À direita do frasco, está representada a situação depois de decorrido um certo tempo. No instante em que a suspensão é colocada em repouso, a sua densidade é igual ao longo de toda a profundidade. Quando as partículas maiores caem, a densidade na parte superior do frasco diminui. Numa profundidade qualquer, em um certo momento, a relação entre a densidade existente e a densidade inicial indica a porcentagem de grãos com diâmetro inferior ao determinado pela Lei de Stokes. 
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Esquema representativo da sedimentação
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Estrutura 
 A água é um mineral de comportamento bem mais complexo do que sua simples composição química (H 2O) sugere. Os dois átomos de hidrogênio, em órbita em torno do átomo de oxigênio não se encontram em posições diametralmente opostas, o que resultaria num equilíbrio de cargas. Do movimento constante dos átomos resulta um comportamento para a água que poderia ser interpretado como se os dois átomos de hidrogênio estivessem em posições que definiriam um ângulo de 105° com o centro no oxigênio. Em consequência, a água atua como um bipolo, orientando-se em relação às cargas externas. 
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Quando duas partículas de argila, na água, estão muito próximas, ocorrem forças de atração e de repulsão entre elas. Da combinação das forças de atração e de repulsão entre as partículas resulta a estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa de solo e às forças entre elas. Lambe (1953) identificou dois tipos básicos de estruturas: estrutura floculada, quando os contatos se fazem entre faces e arestas, ainda que através da água adsorvida; e estrutura dispersa, quando as partículas se posicionam paralelamente, face a face. 
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Textura: 
 É o tamanho relativo das diferentes partículas que compõem o solo, sendo que a prática de sua quantificação é chamada de granulometria. As partículas menores que 2 mm de diâmetro (areia, silte e argila), são as de maior importância, pois muitas propriedades físicas e químicas da porção mineral do solo dependem das mesmas. Assim, usualmente se consideram apenas as três frações menores para caracterizar a textura. Para o estudo da textura geralmente são usadas peneiras padronizadas, nas quais uma porção de solo é separada nos diferentes tamanhos constituintes.
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A importância da classificação dos solos
 
A diversidade e a enorme diferença de comportamento apresentada pelos diversos solos perante as solicitações de interesse da engenharia levou ao seu natural agrupamento em conjuntos distintos, aos quais podem ser atribuídas algumas
propriedades. Desta tendência racional de organização da experiência acumulada, surgiram os sistemas de classificação dos solos. Os objetivos da classificação dos solos, sob o ponto de vista de engenharia, é o de poder estimar o provável comportamento do solo ou, pelo menos, o de orientar o programa de investigação necessário para permitir a adequada análise de um problema. 
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Quando um tipo de solo é citado, é necessário que a designação seja entendida por todos, ou seja, é necessário que exista um sistema de classificação. Conforme apontado por Terzaghi, “um sistema de classificação sem índices numéricos para identificar os grupos é totalmente inútil”. Se, por exemplo, a expressão areia bem graduada compacta for empregada para descrever um solo, é importante que o significado de cada termo desta expressão possa ser entendida da mesma maneira por todos e, se possível, ter limites bem definidos.
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 Outra crítica aos sistemas de classificação advém do perigo de que técnicos menos experientes supervalorizem a informação,vindo a adotar parâmetros inadequados para os solos. Este perigo realmente existe e é preciso sempre enfatizar que os sistemas de classificação constituem-se num primeiro passo para a previsão do comportamento dos solos. São tantas as peculiaridades dos diversos solos que um sistema de classificação que permitisse um nível de conhecimento adequado para qualquer projeto teria de levar em conta uma grande quantidade de índices, deixando totalmente de ser aplicável na prática. Entretanto, eles ajudam a organizar as ideias e a orientar os estudos e o planejamento das investigações para obtenção dos parâmetros mais importantes para cada projeto. 
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Existem diversas formas de classificar os solos, como pela sua origem, pela sua evolução, pela presença ou não de matéria orgânica, pela estrutura, pelo preenchimento dos vazios. Os sistemas baseados no tipo e no comportamento das partículas que constituem os solos são os mais conhecidos na engenharia de solos. 
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Os sistemas de classificação que se baseiam nas características dos grãos que constituem os solos têm como objetivo a definição de grupos que apresentam comportamentos semelhantes sob os aspectos de interesse da engenharia civil. Nestes sistemas, os índices empregados são geralmente a composição granulométrica e os índices de Atterberg.
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Sistema de Classificação Unificado
O sistema SUCS (ou U.S.C.) é o aperfeiçoamento da classificação de Casagrande para utilização em aeroportos, adaptada para uso no laboratório e no campo pelas agências americanas "Bureau of Reclamation" e "U.S. Corps of Engenneers", com simplificações que permitem a classificação sistemática. Foi proposto por Arthur Casagrande no início da década de 40.
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Sistema de Classificação Unificado
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Pela primeira vez, os solos orgânicos foram considerados como um grupo de características e comportamento próprio.
A classificação de um solo é feita através de um símbolo e de um nome;
Os nomes dos grupos, simbolizados por um par de letras, foram normalizados;
Argilas e siltes orgânicos foram redefinidas;
Foi estabelecida uma classificação mais precisa.
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Neste sistema, todos os solos são identificados pelo conjunto de duas letras,como apresentados na Tabela abaixo. As cinco letras superiores indicam o tipo principal do solo e as quatro seguintes correspondem a dados complementares dos solos. Assim, SW corresponde a areia bem graduada e CH a argila de alta compressibilidade.
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Sistema de Classificação Unificado
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Termos e símbolos utilizados:
SOLOS GROSSOS:
G = gravel (pedregulho)
S= sand (areia)
W = well graded (bem graduado)
P = poorly graded (mal graduado)
C = clay (com argila)
F = fine (com finos)
SOLOS FINOS:
L = low (baixa compressibilidade)
H = high (alta compressibilidade)
M = mo (silte em sueco)
O = organic (silte ou argila, orgânicos)
C = clay (argila inorgânica)
TURFAS (Pt):
Solos altamente orgânicos, geralmente fibrilares e muito compressíveis.
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 Para a classificação, por esse sistema , o primeiro aspecto a considerar é a percentagem de finos presente no solo, considerando-se finos, o material que passa na peneira número 200 (0,075 mm). Se esta percentagem for inferior a 50, o solo será considerado como solo de granulação grosseira, G ou S. Se for superior a 50, o solo será considerado de granulação fina, M, C ou O.
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 Sendo de granulação grosseira, o solo será classificado como pedregulho ou areia, dependendo de qual destas duas frações granulométricas predominar. Por exemplo, se o solo tem 30% de pedregulho, 40% de areia e 30% de finos, ele será classificado como areia –S. Identificado que um solo é areia ou pedregulho, importa conhecer sua característica secundária. Se o material tiver poucos finos, menos de que 5% passando na peneira nº 200, deve-se verificar como é a sua composição granulométrica. Os solos granulares podem ser “bem graduados” ou “mal graduados”. Nos solos mal graduados há predominância de partículas com um certo diâmetro, enquanto que nos solos bem graduados existem grãos ao longo de uma faixa de diâmetros bem mais extensa, como ilustrado na Figura a seguir.
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A expressão solo “bem graduado” expressa o fato de que a existência de grãos com diversos diâmetros confere ao solo, em geral, melhor comportamento sob o ponto de vista de engenharia. As partículas menores ocupam vazios correspondentes às maiores, criando um entrosamento, do qual resulta menor compressibilidade e maior resistência. 
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Os solos estão distribuídos em 6 grupos: pedregulhos (G), areias (S), siltes inorgânicos e areias finas (M), argilas inorgânicas (C), e siltes e argilas orgânicos (O). Cada grupo é então dividido em subgrupos de acordo com suas propriedades índices mais significativos.
Os pedregulhos e as areias com pouco ou nenhum material fino são subdivididos de acordo com suas propriedades de distribuição granulométrica como bem graduado (GW e SW) ou uniforme (GP e SP).
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 Se o solo (grosso) contém mais que 12% de finos, suas propriedades devem ser levadas em conta na classificação. Como a fração fina nos solos pode ter influência substancial no comportamento do solo, os pedregulhos e as areias têm outras duas subdivisões.
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Se o solo (grosso) contém 5% a 12% de finos, deverá ser representado por símbolo duplo: primeiro o do solo grosso (GW, GP, SW, SP), seguido pelo que descreve a
fração fina: aqueles com fração fina silte são GM ou SM.
Se os finos contêm argilas plásticas, os solos são GC ou SC.
Se os finos são orgânicos, acrescentar "com finos orgânicos".
Se em pedregulho a areia >15%, acrescentar "com areia".
Se em areia o pedregulho ultrapassa 15%, acrescentar "com pedregulho".
Exemplos:
GW-GM = "pedregulho bem graduado com silte“.
SP-SC = "Areia mal graduada com argila“.
"GW com areia“.
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Solos de granulação fina (siltes e argilas):
 Quando a fração fina do solo é predominante, ele será classificado como silte (M), argila (C) ou solo orgânico (O), não em função da porcentagem das frações granulométricas silte ou argila, pois como foi visto anteriormente, o que determina o comportamento argiloso do solo não é só o teor de argila, mas também a sua atividade. São os índices de consistência que melhor indicam o comportamento argiloso. 
 Analisando os índices e o comportamento dos solos, Casagrande notou que colocando o IP do solo em função do LL num gráfico, como apresentado na Figura a seguir, os solos de comportamento argiloso se faziam representar por um ponto acima de uma reta inclinada, denominada Linha A, solos orgânicos, ainda que argilosos, e solos siltosos são representados por pontos localizados abaixo
da Linha A; que no seu trecho inicial, é substituía por uma faixa horizontal correspondente a IP de 4 a 7. 
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Carta de Plasticidade
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 Para a classificação destes solos, basta a localização do ponto correspondente ao par de valores IP e LL na Carta de Plasticidade. Os solos orgânicos se distinguem dos siltes pelo seu aspecto visual, pois se apresentam com uma coloração escura típica (marrom escura, cinza escuro ou preto).
 
 Como característica complementar dos solos finos, é indicada sua compressibilidade. Como já visto, constatou-se que os solos costumam ser tanto mais compressíveis quanto maior seu Limite de Liquidez. Assim, o Sistema adjetiva secundariamente como de alta compressibilidade (H) ou de baixa compressibilidade (L) os solos M, C ou O, em função do LL ser superior ou inferior a 50, respectivamente, como se mostra na Carta. Quando se trata de obter a característica secundária de areia e pedregulhos, este aspecto é desconsiderado. 
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 Quando os índices indicam uma posição muito próxima às linhas A ou B (ou sobre a faixa de IP 4 e 7), é considerado um caso intermediário e as duas classificações são apresentadas. Exemplos: SC-SM, CL-CH, etc. 
 Embora a simbologia adotada só considere duas letras, correspondentes às características principal e secundária do solo, a descrição deverá ser a mais completa possível. Por exemplo, um solo SW pode ser descrito como areia (predominantemente) grossa e média, bem graduada, com grãos angulares, cinza.
 
 O Sistema considera ainda a classificação de turfa (Pt), que são os solos muito orgânicos onde a presença de fibras vegetais em decomposição parcial é preponderante. 
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Esquema para Classificação pelo Sistema Unificado
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 Para solos finos, se o retido na peneira 200 for maior que 30%, devemos acrescentar, conforme o caso: "arenoso" ou "pedregulhoso". Se entre 15% e 30%, "com areia" ou "com pedregulho". Para solos finos as propriedades índices mais importantes são os limites de consistência, usados para subdividir as argilas dos siltes.
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REFERÊNCIA 
PINTO, Carlos de Souza. Curso Básico de Mecânica dos Solos, em 16 Aulas. 1 ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2000. 247 p.
Vaz, L. F. - Classificação genética dos solos e dos horizontes de alteração de rochas em regiões tropicais. In: Rev. Solos e Rochas, v.19, n. 2, p. 117-136, ABMS/ABGE, São Paulo, SP, 1996.