Aula 3 Textura e Estrutura II

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UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO AOS SOLOS 
 
 
 
 
 
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A completa classificação de um solo depende também de outros fatores além da 
granulometria, sendo a adoção de uma nomenclatura baseada apenas na curva 
granulométrica insuficiente para uma previsão, ainda que qualitativa, do seu comportamento 
de engenharia. 
 
1. Designação Segundo a NBR 6502 
A NBR- 6502 apresenta algumas regras práticas para designar os solos de acordo com a 
sua curva granulométrica. A tabela abaixo ilustra o resultado de ensaios de granulometria 
realizados em três solos distintos. As regras apresentadas pela NBR-6502 serão então 
empregadas para classificá-los, em caráter ilustrativo. 
 
1.1. Normas para a Designação do Solo Segundo a NBR, Baseando-se na Curvatura 
Granulométrica 
Quando da ocorrência de mais de 10% de areia, silte ou argila adjetiva-se o solo com as 
frações obtidas, vindo em primeiro lugar as frações com maiores percentagens. 
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Em caso de empate, adota-se a seguinte hierarquia: 
• 1°) Argila; 
• 2°) Areia; 
• 3°) Silte. 
No caso de percentagens menores do que 10% adjetiva-se o solo do seguinte modo, 
independente da fração granulométrica considerada: 
• 1 a 5% → com vestígios; 
• De 5 a 10% → com pouco. 
Para o caso de pedregulho com frações superiores a 10% adjetiva-se o solo do seguinte 
modo: 
• 10 a 29% → com pedregulho; 
• > 30% → com muito pedregulho. 
Resultado da nomenclatura dos solos conforme os dados apresentados na tabela 
acima: 
• Solo 1: Argila Silto-Arenosa com pouco Pedregulho; 
• Solo 2: Areia Silto-Argilosa com Pedregulho; 
• Solo 3: Pedregulho Arenoso com vestígios de Silte e Pedra. 
2. Estrutura dos Solos 
Denomina-se estrutura dos solos a maneira pela qual as partículas minerais de 
diferentes tamanhos se arrumam para formá-lo. A estrutura de um solo possui um papel 
fundamental em seu comportamento, seja em termos de resistência ao cisalhamento, 
compressibilidade ou permeabilidade. Como os solos finos possuem o seu comportamento 
governado por forças elétricas, enquanto os solos grossos têm na gravidade o seu principal 
fator de influência, a estrutura dos solos finos ocorre em uma diversificação e complexidade 
muito maior do que a estrutura dos solos grossos. De fato, sendo a gravidade o fator 
principal agindo na formação da estrutura dos solos grossos, a estrutura destes solos difere, 
de solo para solo, somente no que se refere ao seu grau de compacidade. No caso dos solos 
finos, devido a presença das forças de superfície, arranjos estruturais bem mais elaborados 
são possíveis. A figura abaixo ilustra algumas estruturas típicas de solos grossos e finos. 
 
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Quando duas partículas de argila estão muito próximas, entre elas ocorrem forças de 
atração e de repulsão. As forças de repulsão são devidas às cargas líquidas negativas que 
elas possuem e que ocorrem desde que as camadas duplas estejam em contato. As forças 
de atração decorrem de forças de Van der Waals e de ligações secundárias que atraem 
materiais adjacentes. 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 as 
forças entre elas. Lambe (1969) identificou dois tipos básicos de estrutura do solo, 
denominando-os de estrutura floculada, quando os contatos se fazem entre faces e arestas 
das partículas sólidas, ainda que através da água adsorvida, e de estrutura dispersa quando 
as partículas se posicionam paralelamente, face a face. 
3. Composição Química e Mineralógica 
Os solos são formados a partir da desagregação de rochas por ações físicas e químicas 
do intemperismo. As propriedades química e mineralógica das partículas dos solos assim 
formados irão depender fundamentalmente da composição da rocha matriz e do clima da 
região. Estas propriedades, por sua vez, irão influenciar de forma marcante o 
comportamento mecânico do solo. 
Os minerais são partículas sólidas inorgânicas que constituem as rochas e os solos, e 
que possuem forma geométrica, composição química e estrutura própria e definidas. Eles 
podem ser divididos em dois grandes grupos, a saber: 
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• Primários: Aqueles encontrados nos solos e que sobrevivem a transformação 
da rocha (advêm, portanto, do intemperismo físico); 
• Secundários: Os que foram formados durante a transformação da rocha em 
solo (ação do intemperismo químico). 
3.1. Solos Grossos: Areias e Pedregulhos 
As partículas dos solos grossos, dentre as quais apresentam-se os pedregulhos, são 
constituídas algumas vezes de agregações de minerais distintos, sendo mais comum, 
entretanto, que as partículas sejam constituídas de um único mineral. Estes solos são 
formados, na sua maior parte, por silicatos (90%) e apresentam também na sua composição 
óxidos, carbonatos e sulfatos. Como já estudado em Materiais de Construção I, a saber os 
grupos minerais: 
• Silicatos - feldspato, quartzo, mica, serpentina; 
• Óxidos - hematita, magnetita, limonita; 
• Carbonatos - calcita, dolomita; 
• Sulfatos - gesso, anidrita. 
3.2. Solos Finos: Argilas 
Os solos finos possuem uma estrutura mais complexa e alguns fatores, como forças de 
superfície, concentração de íons, ambiente de sedimentação, etc., podem intervir no seu 
comportamento. As argilas possuem uma complexa constituição química e mineralógica, 
sendo formadas por sílica no estado coloidal (SiO2) e sesquióxidos metálicos (R2O3), onde R 
= Al; Fe, etc. 
Os feldspatos são os minerais mais atacados pela natureza, dando origem aos argilo-
minerais, que constituem a fração mais fina dos solos, geralmente com diâmetro inferior a 2 
µm. Não só o reduzido tamanho, mas, principalmente, a constituição mineralógica faz com 
que estas partículas tenham um comportamento extremamente diferenciado em relação ao 
dos grãos de silte e areia. 
O estudo da estrutura dos argilo-minerais pode ser facilitado "construindo-se" o argilo-
mineral a partir de unidades estruturais básicas. Este enfoque é puramente didático e não 
representa necessariamente o método pelo qual o argilo-mineral é realmente formado na 
natureza. Assim, as estruturas apresentadas nesta aula são apenas idealizações. Um cristal 
típico de um argilo-mineral é uma estrutura complexa similar ao arranjo estrutural aqui 
idealizado, mas contendo usualmente substituições de íons e outras modificações 
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estruturais que acabam por formar novos tipos de argilo-minerais. As duas unidades 
estruturais básicas dos argilo-minerais são os tetraedros de silício e os octaedros de 
alumínio (figura). Os tetraedros de silício são formados por quatro átomos de oxigênio 
equidistantes de um átomo de silício enquanto que os octaedros de alumínio são formados 
por um átomo de alumínio no centro, envolvido por seis átomos de oxigênio ou grupos de 
hidroxilas, OH-. A depender do modo como estas unidades estruturais estão unidas entre si, 
podemos dividir os argilo-minerais em três grandes grupos. 
 
• GRUPO DA CAULINITA: A caulinita é formada por uma lâmina silícica e outra 
de alumínio, que se superpõem indefinidamente. A união entre todas as 
camadas é suficientemente firme (pontes de hidrogênio) para não permitir a 
penetração de moléculas de água entre elas. Assim, as argilas cauliníticas são 
as mais estáveis em presença d'água, apresentando baixa atividade e baixo 
potencial de expansão; 
• MONTMORILONITA:É formada por uma unidade de alumínio entre duas 
silícicas, superpondo-se indefinidamente. Neste caso a união entre as 
camadas de silício é fraca (forças de Van der Walls), permitindo a penetração 
de moléculas de água na estrutura com relativa facilidade. Os solos com 
grandes quantidades de montmorilonita tendem a ser instáveis em presença 
de água. Apresentam em geral grande resistência quando secos, perdendo 
quase que totalmente a sua capacidade de suporte por saturação. Sob 
variações de umidade apresentam grandes variações volumétricas, retraindo-
se em processos de secagem e expandindo-se sob processos de 
umedecimento; 
• ILITA: Possui um arranjo estrutural semelhante ao da montmorilonita, porém 
os íons não permutáveis fazem com que a união entre as camadas seja mais 
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estável e não muito afetada pela água. É também menos expansiva que a 
montmorilonita. 
Como a união entre as camadas adjacentes dos argilo-minerais do tipo 1:1 (grupo da 
caulinita) é bem mais forte do que aquela encontrada para os outros grupos, é de se esperar 
que estes argilo-minerais resultem por alcançar tamanhos maiores do que aqueles 
alcançados pelos argilo-minerais do grupo 2:1, o que ocorre na realidade: Enquanto um 
mineral típico de caulinita possui dimensões em torno de 500 (espessura) x 1000 x 1000 
(nm), um mineral de montmorilonita possui dimensões em torno de 3x 500 x 500 (nm). 
A presença de um determinado tipo de argilo-mineral no solo pode ser identificada 
utilizando-se diferentes métodos, dentre eles a análise térmica diferencial, o raio-X, a 
microscopia eletrônica de varredura, etc. 
3.2.1. Superfície Específica 
Denomina-se de superfície específica de um solo a soma da área de todas as partículas 
contidas em uma unidade de volume ou peso. A superfície específica dos argilo-minerais é 
geralmente expressa em unidades como m2/m3 ou m2/g. Quanto maior o tamanho do 
mineral menor a superfície específica do mesmo. Deste modo, pode-se esperar que os 
argilo-minerais do grupo 2:1 possuam maior superfície específica do que os argilo-minerais 
do grupo 1:1. A montmorilonita, por exemplo, possui uma superfície específica de 
aproximadamente 800 m2/g, enquanto que a ilita e a caulinita possuem superfícies 
específicas de aproximadamente 80 e 10 m2/g, respectivamente. A superfície específica é 
uma importante propriedade dos argilo-minerais, na medida em que quanto maior a 
superfície específica, maior vai ser o predomínio das forças elétricas (em detrimento das 
forças gravitacionais), na influência sobre as propriedades do solo (estrutura, plasticidade, 
coesão, etc.). 
4. As Fases do Solo 
O solo é constituído de uma fase fluida (água e/ou ar) e se uma fase sólida. A fase 
fluida ocupa os vazios deixados pelas partículas sólidas. 
4.1. Fase Sólida 
Caracterizada pelo seu tamanho, forma, distribuição e composição mineralógica dos 
grãos, conforme já apresentado anteriormente. 
 
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4.2. Fase Gasosa 
Fase composta geralmente pelo ar do solo em contato com a atmosfera, podendo-se 
também apresentar na forma oclusa (bolhas de ar no interior da fase água). 
A fase gasosa é importante em problemas de deformação de solos e é bem mais 
compressível que as fases sólida e líquida. 
4.3. Fase Líquida 
Fase fluida composta em sua maior parte pela água, podendo conter solutos e outros 
fluidos imiscíveis. Pode-se dizer que a água se apresenta de diferentes formas no solo, 
sendo, contudo, extremamente difícil se isolar os estados em que a água se apresenta em 
seu interior. A seguir são expressados os termos mais comumente utilizados para descrever 
os estados da água no solo. É diversificada em: 
• Água Livre: Preenche os vazios dos solos. Pode estar em equilíbrio 
hidrostático ou fluir sob a ação da gravidade ou de outros gradientes de 
energia; 
• Água Capilar: É a água que se encontra presa às partículas do solo por meio 
de forças capilares. Esta se eleva pelos interstícios capilares formados pelas 
partículas sólidas, devido a ação das tensões superficiais nos contatos ar-
água-sólidos, oriundas a partir da superfície livre da água; 
• Água Adsorvida: É uma película de água que adere às partículas dos solos 
finos devido a ação de forças elétricas desbalanceadas na superfície dos 
argilo-minerais. Está submetida a grandes pressões, comportando-se como 
sólido na vizinhança da partícula de solo; 
• Água de Constituição: É a água presente na própria composição química das 
partículas sólidas. Não é retirada utilizando-se os processos de secagem 
tradicionais. Ex: Montmorilonita (OH)4Si2Al4O20nH2O; 
• Água Higroscópica: Água que o solo possui quando em equilíbrio com a 
umidade atmosférica e a temperatura ambiente. 
 
Baseado e adaptado de 
Sandro Lemos Machado e 
Miriam C. Machado. Edições 
sem prejuízo de conteúdo.