Mecânica dos Solos: Tipos e Gênese

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MECÂNICA 
DOS SOLOS
Cleber 
Floriano
M486 Mecânica dos solos / Organizador, Cleber Floriano. – Porto
 Alegre : SAGAH, 2016.
 x, 176 p. il. ; 22,5 cm.
 
 ISBN 978-85-69726-96-8
 1. Engenharia. 2. Mecânica dos solos. 3. Tipos de solo. 4. 
 Classificação dos solos. 5. Compressibilidade. 6.Adensamento. 
 7. Recalque. I. Floriano, Cleber. 
CDU 624.131
Catalogação na publicação: Poliana Sanchez de Araujo – CRB 10/2094
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Tipos de solo e sua gênese
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Conhecer a estrutura de um solo e suas partículas.
 � Entender a origem dos solos.
 � Compreender o comportamento das argilas.
Introdução
Você sabia que o solo é uma massa composta por sólidos (estrutura), 
líquidos (água) e gases (vazios) dispersos em um volume? 
Neste texto, você vai estudar a formação (gênese) que classifi-
ca os solos como residuais ou transportados. Os solos residuais 
originaram-se através da ação do intemperismo das rochas de ori-
gem. Os solos transportados são aqueles que, em algum momento, 
foram erodidos, transportados e depositados em locais afastados da 
sua rocha de origem. A mecânica dos solos se importa muito com a 
classificação quanto ao comportamento mecânico. 
Definição de solo
Você não conseguiria dialogar sobre mecânica dos solos sem ter a definição 
do que é um solo. Como exemplifica o filósofo, engenheiro e professor Vargas 
(1970), para definir algo é necessário sempre ter em mente o fim a que se des-
tina essa definição. Do ponto de vista clássico, solo significa a superfície do 
chão. Para a agricultura, solo é a camada de terra produtiva. 
Na engenharia prática, solo é aquilo que se consegue escavar com a es-
cavadeira (escavação de 1° e 2° categorias). Algumas vezes delimita-se em 
relação a resistência ou dimensão máxima da de blocos. Em geral, as clas-
sificações para estimar produtividade fazem uma divisão dicotômica: o que 
não é rocha é solo, atribuindo a escavação em rocha aquela que necessita de 
detonação ou expansão com perfuração prévia.
Para a mecânica dos solos, o solo é uma massa composta por sólidos (estru-
tura), líquidos e gases (vazios) dispersos em um volume. Essa divisão em três 
fases facilita a caracterização mecânica do solo como um material e a partir 
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daí consegue-se caracterizar e constituir padrões interpretativos. A mecânica 
dos solos se importa muito com a classificação quanto ao comportamento me-
cânico. Nesse contexto, a granulometria dos materiais, ou seja, a dimensão das 
partículas sólidas, sua estruturação e arranjo, justificam o seu comportamento 
mecânico. Assim, de forma clássica, dividem-se os solos em de comportamento 
arenoso e de comportamento argiloso, embora seja quase hipotético encontrar 
na natureza massas expressivas de solos contendo partículas com as mesmas 
somente com areia ou semente com argila. Por outro lado, a geologia busca a 
gênese desse material (solo) para justificar a sua constituição, sem se concentrar 
no comportamento mecânico que é de interesse amplo da engenharia.
Assim, pelos conceitos da geologia de engenharia, você sabe que existem 
diferentes tipos de solo. Do ponto de vista da formação (gênese), você pode clas-
sificar os solos como residuais ou transportados. Os solos residuais são aqueles 
que se originaram pela ação do intemperismo das rochas de origem. Por sua 
vez, os solos transportados são aqueles que em algum momento foram erodidos, 
transportados e depositados em locais afastados da sua rocha de origem. 
Portanto, para falarmos sobre o solo, precisamos saber a sua origem (ma-
triz), que são as rochas. Por isso, o estudo da gênese dos solos passa por um rá-
pido conhecimento de geologia. Vamos entender como são formados os solos 
para depois conseguirmos interpretar o comportamento do ponto de vista da 
mecânica dos solos.
O solo como resíduo do intemperismo das 
rochas
Ciclo de formação
As rochas podem ser classificas em ígneas, sedimentares e metamórficas. As 
rochas ígneas (resfriamento do magma líquido) e metamórficas (a depender 
do grau de metamorfismo), são formadas por um conjunto de cristais (mine-
rais desenvolvidos) constituindo uma assembleia de minerais. Já as rochas 
sedimentares (clásticas) são formadas a partir da consolidação de solos que 
foram transportadas e posteriormente depositados. O processo de formação 
da rocha sedimentar é chamado de diagênese.
Em verdade o sistema dinâmico do planeta terra constitui de um ciclo que po-
demos identificar: criação, modificação e meteorização dos materiais (Figura 1).
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Figura 1. Ciclo de formação das rochas e dos solos no planeta.
Toda e qualquer superfície rochosa sofre a ação do intemperismo. Essa 
ação de intempérie nada mais é do que o processo geral pelo qual as rochas 
são destruídas na superfície da terra para formar os solos. O intemperismo, 
portanto, é uma ação física e/ou química responsável por formar todas as par-
tículas (fragmentação). Quando você se refere a todas as partículas, está in-
cluindo também as partículas dissolvidas (íons e coloides).
Assim, os solos podem incluir partículas da rocha-matriz alterada e sã, de 
argilominerais, de óxidos de ferro e de diversos metais, bem como de outros 
produtos do intemperismo. Os geólogos usam o termo solo para descrever ca-
madas de material, inicialmente criadas por fragmentação de rochas durante 
o intemperismo, que sofrem adição de novos materiais, perda de materiais ori-
ginais e modificação por meio de mistura física e reações químicas. A matéria 
orgânica, chamada de húmus, é um componente importante da maioria dos 
solos da Terra e está presente com grande quantidade na última camada em 
contato com a atmosfera; ela consiste no produto dos resíduos e dos restos de 
muitos organismos que neles vivem. Além disso, a maioria dos solos pode dar 
suporte a plantas enraizadas. Porém, nem todos os solos oferecem suporte à 
biosfera (GROTZINGER, 2013).
As partículas sólidas do solo é apenas um dos vários produtos do intem-
perismo. Os processos que decompõem e desintegram as rochas produzem 
fragmentos que variam muito em tamanho e forma, desde grandes matacões 
de 5 m de diâmetro até pequenas partículas tão finas que não podem sequer 
serem vistas no microscópico. Partículas maiores que um grão de areia muito 
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grosso (2 mm de diâmetro) tendem a ser fragmentas contendo grãos minerais 
da rocha matriz. As partículas de areia e silte são, em geral, grãos cristalinos 
individuais de qualquer dos vários minerais formadores da rocha. É comum 
que solos mais antigos tenham como partículas sólidas mais importantes em 
sua matriz os argilominerais. Por fim, ainda existem elementos dispersos nos 
vazios como matérias coloidais e íons solúveis na água.
Conceito de superfície específica
A permeabilidade de uma rocha define a intensidade e a forma de alteração de 
seus minerais constituintes. A maioria das rochas permite pouca passagem de 
água nos seus poros. O que ocorre com maior frequência é a infiltração que 
percolam pelas fissuras e fraturas, contornado o maciço sólido de minerais 
preservados. Tendo o intemperismo químico é um fenômeno relacionado com 
a presença da água de infiltração, o ataque à rocha se dá pela sua superfície de 
contato com esses fluidos. Portanto, quanto maior a superfície de exposição 
da rocha às águas e atmosfera, maior a velocidade das reações químicas de 
transformação da rocha em solo (ver Figura 2).
Este conceito não é diferente para as estruturas complexas dos argilomi-
nerais, pois essas são partículas muitíssimo pequenas, o que lhes confere in-
tensa interação com a água quanto mais for a área de superfície exposta.
Figura 2. Quanto maior a fragmentação, maior a superfícieespecífica e maior a velocidade de reações químicas.
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O intemperismo físico é a fragmentação de uma parcela de rocha em fragmentos me-
nores por meio de uma ação física como a variação térmica, por exemplo. O intempe-
rismo químico transforma quimicamente os minerais da rocha e forma os argilomine-
rais. Note que ocorre mais intemperismo químico nas regiões de clima quente e úmido 
do que nas regiões frias e secas, ou seja, na maior parte do Brasil (clima tropical) temos 
muitos solos argilosos e espessos.
Classificação das partículas clásticas de um solo
Os solos como já vimos apresentam partículas de diversos tamanho. Uma 
classificação apresentada em diversos livros texto com base na normatização 
brasileira (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1984) 
que regula a nomenclatura utiliza para tipos de rocha e solos é a seguinte:
 � matacão (maior que 200 mm e menor ou igual a 1.000 mm); 
 � pedregulho grosso (maior que 20 mm e menor ou igual a 60 mm);
 � pedregulho médio (maior que 6 mm e menor ou igual a 20 mm);
 � pedregulho fino (maior que 20 mm e menor ou igual a 2 mm);
 � areia grossa (maior que 0,6 mm e menor ou igual a 2 mm);
 � areia média (maior que 0,2 mm e menor ou igual a 0,6 mm);
 � areia fina (maior que 0,06 mm e menor ou igual a 0,2 mm);
 � silte (maior que 0,002 mm e menor ou igual a 0,06 mm); e
 � argila (menor ou igual a 0,002 mm).
Podemos especificar ainda mais uma classificação que seriam os blocos 
(maior que 1.000 mm e menor ou igual a 5.000 mm), não classificado na NBR, 
que muitas vezes são chamados também de matacões.
A Figura 3 mostra uma ideia de proporção entre essas partículas conside-
rando-as esféricas.
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Figura 3. Noção de proporção entre partículas clásticas do solo.
Já modelou peças com argila?
Nas argilas, existem forças químicas que as deixam coesas com uma determinada 
quantidade de água. Já as partículas de dimensões superiores à do silte apresentam 
comportamento inerte. 
As partículas não inertes
Argilominerais
Argilominerais são filossilicatos que provêm da decomposição por hidrólise de 
outros silicatos. Existem muitas espécies de argilominerais, mas na engenharia 
civil, você nota que a ênfase é dada àquelas argilas que são mais frequentes 
nos solos e que comandam as propriedades dos solos. Essas argilas mais im-
portantes são divididas em três famílias: as esmectitas, as ilitas e as caulinitas.
Independentemente da família de argilominerais, é importante frisar al-
gumas questões importantes. A primeira é que a reação de hidrólise remove 
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cátions e sílica dos argilominerais, permitindo ao alumínio aumentar sua par-
ticipação na estrutura do mineral secundário em comparação com a do mi-
neral primário. Enfim, uma argila tem percentualmente mais alumínio do que 
o feldspato que a originou.
Esse alumínio aparece não apenas substituindo isomorficamente o silício 
nos silicatos, mas como um óxido de alumínio conhecido como “gibbsita”. 
Como você pode notar na Figura 4a, a gibbsita na estrutura das argilas aparece 
organizada em lâminas cristalizada a partir da associação do alumínio com seis 
átomos de oxigênio, em um arranjo que pode ser comparado a um octaedro.
Como os silicatos possuem camadas de tetraedros de sílica, então cos-
tuma-se dizer que as argilas são associações de camadas de tetraedros de 
sílica com camadas de octaedros de gibbsita (Figura 4b)
Figura 4. Representação dos dois constituintes dos argilominerais: (a) octaedros 
de alumina ou gibbsita e (b) tetraedros de sílica.
Esmectitas
As esmectitas são argilas com estrutura 2:1, ou seja, possuem uma organi-
zação de duas camadas de tetraedros de sílica para uma camada de gibbsita. 
Entretanto, existem substituições isomórficas do silício pelo alumínio na ca-
mada tetraedral. Também existem substituições isomórficas do alumínio por 
cátions de ferro ou magnésio na camada octaedral. Essas duas substituições, 
assim como nos demais silicatos, requerem a participação de cátions para 
compensar a menor valência desses substitutos. No caso das esmectitas, esses 
cátions são o sódio e o cálcio.
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Esses cátions são ávidos por água, fazendo com que essas argilas desen-
volvam uma espessa camada de água adsorvida se forem saturadas.
Figura 5. Representação do arranjo molecular das 
esmectitas.
Os tetraedros em verde possuem alumínio no lugar do silício; os octae-
dros vermelhos possuem ferro no lugar do alumínio; entre os sanduíches de 
silicato-alumina, as moléculas de água podem se acumular atraídas pelos íons 
de sódio ou cálcio.
As esmectitas são argilas que exibem muita plasticidade. Os solos com 
esmectitas são difíceis de serem trabalhados nas obras de terraplenagem, pois 
complicam o trânsito dos equipamentos.
Essas argilas, devido à sua avidez por água, podem expandir-se até 25 
vezes o seu volume quando hidratadas. Essa expansão faz com que os solos 
que as contêm tenham muita variação de resistência quando são saturados por 
água. Essa é uma propriedade que limita o emprego de solos desse tipo, pelo 
menos naqueles aterros que podem estar expostos às variações de umidade, 
climáticas ou de outra ordem.
Todavia, esmectitas são as argilas menos permeáveis, pois sua expansão 
quando hidratadas faz com que elas ocupem os poros do solo. Por essa razão, 
são argilas muito prestigiadas para a construção de camadas impermeabili-
zantes, como as utilizadas como barreiras em aterros de resíduos.
As esmectitas expansivas produzem efeitos tão expressivos que bastam cerca 
de 2% dessas argilas nos solos para que as suas propriedades sejam notadas.
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Essas argilas são produzidas pela hidrólise de feldspatos calcossódicos 
que aparecem em rochas mais escuras (basaltos, gabros, bandas escuras dos 
gnaisses, etc.). Geralmente estão presentes nos primeiros estágios de intempe-
rismo, ou seja, costumam estar nos solos que estão mais próximos das rochas 
parentais. Também são encontrados solos de decomposição por intemperismo 
físico de lamitos, pois elas são componentes naturais dessas rochas.
Ilitas
Ilitas são argilas que também possuem estrutura 2:1, à semelhança das es-
mectitas. Entretanto, a camada octaedral não possui substituição isomórfica, 
o que ocorre apenas nas camadas tetraedrais de sílica. Os cátions que fazem 
o equilíbrio elétrico são íons de potássio, que estão em menor quantidade em 
comparação com as esmectitas.
Menos ávidos pela água, esses íons fazem com que essas argilas tenham 
plasticidade moderada, tendo pouca ou nenhuma expansão. São argilas de 
permeabilidade intermediária e, embora a sua presença prejudique um pouco 
a trabalhabilidade dos solos nas obras de terraplenagem, não chegam a inter-
ferir na estabilidade dos aterros.
As ilitas, pela sua semelhança com a mica muscovita, também é conhe-
cida como “hidromica” ou ainda “mica hidratada”. São argilominerais que 
se formam nos primeiros estágios de intemperismo dos ortoclásios. Por essa 
razão costumam aparecer nos solos de alteração de rochas que contém fração 
expressiva de feldspatos desse tipo. É interessante destacar que as ilitas es-
tarão mais presentes nos solos próximos à rocha parental.
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Figura 6. Arranjo esquemático da estrutura molecular 
das ilitas e uma microfotografia dessas argilas secas, exi-
bindo formato de placas irregulares que lhe é peculiar.
Caulinitas
Caulinitas são argilas evoluídas. A hidrólise é uma grande limpadora de cá-
tions, de forma que a continuidade desse tipo de intemperismo pode remover 
os íons de outras argilas, forçando os filossilicatos a uma reorganização que 
aumentaa participação da gibbsita e libera sílica solúvel para o ambiente.
As caulinitas possuem estrutura 1:1, ou seja, há uma camada de tetraedros 
de sílica para cada camada de octaedros de óxido de alumínio. Nesse arranjo, 
não existem substituições isomórficas, portanto também não existem cátions 
para garantir o equilíbrio elétrico. Quem “costura” os oxigênios que estão na 
camada octaedral são átomos de hidrogênio, razão pela qual a gibbsita apa-
rece nessa argila na forma de óxido-hidróxido.
Os solos que contêm apenas caulinitas são pouco plásticos, já que a argila 
não é ávida por água. Não apresentam expansão e, com isso, as suas proprie-
dades não são modificadas pela umidade. 
Solos formados por caulinitas são aqueles que melhor se comportam em 
aterros, sendo os mais aptos para a construção de aterros estruturais em obras 
viárias, grandes terraplenagens e barragens de terra.
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Como são originárias da hidrólise de outras argilas, as caulinitas apa-
recem em todos os solos residuais. Os solos que possuem apenas essas argilas 
ocorrem em porções mais afastadas das rochas parentais, com estágios de 
intemperismo mais avançado.
Figura 7. Representação esquemática da estrutura molecular das caulini-
tas e a imagem de microfotografia em amostra seca, revelando o formato 
de finas placas hexagonais. 
Quartzo
O quartzo tem intemperismo químico muito discreto. Parte da sílica pode 
ser removida de forma solúvel, o que poderia ocorrer após a sua hidratação. 
Porém, o produto do intemperismo do quartzo é o próprio quartzo.
Rochas com grande quantidade deste mineral produzem solos arenosos 
porque os grãos de quartzo persistem no solo como areias. Quando o intempe-
rismo é muito intenso, os grãos de quartzo podem ficar tão subdivididos que 
a sua dimensão pode vir a se assemelhar ao silte.
Óxidos
Os óxidos são resultado do intemperismo em estágio avançado e decorrem da 
remoção total da sílica dos argilominerais. Conforme já foi destacado, os óxidos 
são os minerais mais resistentes ao intemperismo, portanto são o resíduo de solos 
que foram muito meteorizados em condições ambientais muito favoráveis à ação 
química. Quando isso ocorre, as caulinitas são reduzidas ao óxido de alumínio.
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Os solos também são classificados segundo a sua pedologia. Nesta classificação, você 
pode observar que os solos residuais apresentam perfis típicos de alteração com ho-
rizontes bem definidos a partir da sua evolução. É importante você notar que quando 
houver solos depositados de argilas saturadas geralmente você enfrentará grandes de-
safios para a construção das obras de engenharia.
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GROTZINGER, J.; JORDAN, T. Para entender a terra. 6. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013.
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Leitura recomendada
GROTZINGER, J.; JORDAN, T. Para entender a terra. 6. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013.