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TÍTULO

*Caio Tami Nishiura*Emerson Carlos Guedes de Almeida

*Gustavo Julio da Cunha*Mateus Francisco da Silva

RESUMO

Constantes estudos e analises sobre os solos foram capazes de caracterizar e

classificar os diferentes tipos de solos e sua trabalhabilidade. Tendo como grande

destaque o engenheiro Karl Von Terzaghi que apresentou soluções matemáticas

para problemas relacionados aos solos dando origem a uma nova ciência conhecida

como Mecânica dos solos. Os grãos que compõe o solo possuem diferentes

tamanhos e composições. A diferenciação de seus tamanhos é determinada através

da análise granulométrica que consiste geralmente de dois ensaios, o de

peneiramento e o de sedimentação. Pode-se também classificar a resistência ao

cisalhamento de cada tipo de solo, tendo em vista que estes possuem formas

diferentes de extração de seus corpos de prova e análises laboratoriais. Com o

conhecimento da resistência ao cisalhamento torna-se possível avaliar a resposta do

solo ao receber cargas e obter o coeficiente de segurança do solo com relação a

estas. Este conjunto de informações contribui imensamente para construção civil,

tendo grande importância em seus projetos de fundações.

PALAVRAS-CHAVE: Solos; Diferenciação; Classificar; Ensaios; Construção

civil.

ABSTRACT

Constant studies and analyzes about soils were able to characterize and

classify the different types of soils and your workability. Having as great prominence,

the engineer Karl Von Terzaghi, that showed mathematical solutions to problems

related to soils, giving rise to a new science known as Soil Mechanics. The grains

that compose the soil have differing sizes and compositions. The differentiation of

their sizes is determined by granulometric analysis which usually consists of two

trials, the of sieving and of sedimentation. One can also classify the shear strength of

*Discentes do curso de Engenharia Civil, cursando o terceiro semestre na instituição de ensino superior UniFil - Centro Universitário Filadélfia.

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each soil type, in view of that they have differing ways of extracting their bodies

of evidence and laboratory analysis. With knowledge of the shear strength becomes

possible evaluate the response of the soil to receive loads and obtaining the safety

coefficient of the soil in relation thereto. This set of information contributes immensely

to civil construction, having great importance in their designs of foundations.

KEY-WORDS: Soil; Differentiation; Classify; Trials; Civil construction.

INTRODUÇÃO

O conhecimento do solo, encontrado na natureza em depósitos heterogêneos,

apresenta um comportamento que em muitos casos são de difícil compreensão

quando aplicados a um tratamento teórico rigoroso. Pois diferente de outros

materiais como concretos e o aço, o solo não é tão bem definido, tendo muito

variáveis entre si.

Sendo assim, a própria definição desse material se tornou difícil, pois

dependendo da área analisada o solo ganhava um novo sentido, sendo preciso uma

definição que de certa forma uniformizasse todos os conceitos. Com isso, definiu-se

solo como “agregado não cimentado de grãos minerais e matéria orgânica

decomposta (partículas sólidas) com liquido e gás nos vazios entre as partículas

sólidas” (BRAJA, M. DAS – 2007).

Mas esses conceitos só foram desenvolvidos graças ao trabalho de muitos

pesquisadores que se aprofundaram com estudos dos solos. Alguns trabalhos

marcantes sobre comportamento dos solos como os clássicos de Coulomb, 1773,

Rankine, 1856 e Darcy, 1856, foram de grande relevância, porém com as

ocorrências de rupturas e rompimentos em grandes obras foi notório a necessidade

de uma revisão dos procedimentos dos cálculos. Mais tarde Karl Von Terzaghi, um

engenheiro austríaco de larga experiência e grande preparo científico apresentou

novas soluções para os problemas relacionados aos comportamentos. Seus

trabalhos como a identificação das pressões na águas nas tensões do solo e

cálculos sobre a evolução no recalque das argilas são considerados o marco inicial

de uma nova ciência conhecida como Mecânica dos Solos.

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“O conhecimento das propriedades dos solos não se restringe ao que

a Mecânica pode estabelecer. A Química e a Física Coloidal,

importantes para justificar aspectos do comportamento dos solos,

são partes integrantes da Mecânica dos solos, enquanto que o

conhecimento da Geologia é fundamental para tratamento correto

dos problemas de fundações”(PINTO, 1998, p. 51).

Tendo como base estes aspectos, será apresentado neste artigo as

características e comportamentos de dois tipos de solos oriundo de análises e

estudos históricos, classificados como: arenosos (granulares) e argilosos (finos).

Expondo alguns métodos de ensaios e aplicações de cálculos com relação ao solo e

sua trabalhabilidade.

DESENVOLVIMENTO

1. Tamanho dos grãos

Os grãos que compõe o solo possuem diferentes tamanhos. Conforme o maior

percentual de grãos de um determinado diâmetro podemos diferencia-lo de acordo

com esta característica. Solos com grãos de maior dimensão são chamados de

pedregulhos, seguido dos solos arenosos, siltosos e argilosos. As medidas de

padronização para assim se caracterizar um solo, varia de acordo com o sistema

adotado.

O solo pode ser tanto classificado quanto ao seu tamanho e quanto à sua

composição. Os pedregulhos são pedaços que rochas que em geral contêm

partículas de quartzo, feldspato e outros minerais. As areias são compostas de

quartzo e feldspato, mas em maior proporção em relação aos pedregulhos. Os siltes

são formados por partículas muito finas de quartzo com outros minerais em geral

com formas de placas. Já as argilas são de forma laminar formadas por partículas

microscópicas e submicroscópicas de mica, argilominerais e outros.

2. Análise granulométrica

A análise granulométrica de um solo consiste em determinar quais são as

porcentagens do solo que possuem devidos tamanhos de grãos. Para isso são

geralmente utilizados dois métodos. O primeiro é o chamado ensaio de

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peneiramento – utilizado para separar grãos maiores que 0,075 mm de diâmetro, e o

ensaio de sedimentação – para grãos menores que 0,0075 mm de diâmetro.

Para o ensaio de peneiramento são utilizadas peneiras com aberturas

sucessivamente menores, que variam de 0,075 milímetros até 4,75 milímetros.

Geralmente essas peneiras apresentam diâmetro de aproximadamente 203

milímetros. Para a realização deste ensaio essas peneiras são agrupadas, conforme

mostra a Figura 1, de maneira que as peneiras com maiores aberturas ficam na

parte superior e as de menor abertura na parte inferior.

Figura 1 - Conjunto de peneiras para um ensaio em laboratório

Fonte: Braja M. Das, 2007

Após o solo ser colocado e agitado, é medida a massa retida em cada uma

das peneiras. Deste modo é possível, ao final do experimento, medir as massas

retidas em cada uma das peneiras. A porcentagem da massa de solo que passa

pela i-ésima peneira é calculada com a seguinte fórmula:

F=∑ M−(M 1+M 2+⋯+Mi)

∑M

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Após o cálculo da porcentagem de cada uma das peneiras os resultados

podem ser colocados em um gráfico com a porcentagem de material que passa por

uma determinada peneira pelo tamanho da abertura desta peneira.

Com a realização destes cálculos e a construção do gráfico é possível ter

uma boa noção da granulometria que o solo possui, como exemplifica o QUADRO I -

Resultados de um determinado ensaio, e, em seguida o GRÁFICO I – Curva

granulométrica, obtido através destes resultados.

Tabela 1 - Resultados de um determinado ensaio

Abertura da peneira

(mm)

Massa retida (g) Porcentagem

retida

4,75 28 4,72

2 42 11,80

0,85 48 19,90

0,425 128 41,48

0,25 221 78,75

0,15 86 93,25

0,075 40 100,00

Gráfico 1 - Curva granulométrica

0.010.11100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Diametro das Partículas (mm)

Mas

sa R

etida

(%)

3. Resistência ao cisalhamento

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A resistência ao cisalhamento dos solos é realizada através de analises

laboratorial, de corpos de prova extraídos do seu local de origem, onde é exigida alta

rigorosidade em relação à manipulação e ao armazenamento do solo, para que o

mesmo sofra o mínimo possível de alteração em suas características.

Nas areias, o teste de resistência ao cisalhamento pode ser realizado através de

ensaios triaxiais drenados ou por cisalhamento direto onde apenas a resistência da

areia drenada é o essencial, sendo, que a característica das areias secas e

saturadas são as mesmas, desde, que não exista pressão neutra no caso das areias

saturadas. Numa areia muita densa existe um grau considerado de intertravamento

entre partículas. Antes de acontecer a ruptura por cisalhamento, o intertravamento

deve ser superado além da resistência do atrito nos pontos em contato. A curva

característica de tensão – deformação para uma areia inicialmente densa mostra um

ponto alto de tensão máxima e uma deformação relativamente baixa, sendo, deste

ponto em diante conforme o intertravamento seja superado, a tensão diminui com o

crescimento da deformação. A redução no grau de intertravamento gera um

crescimento no volume do corpo de prova durante o cisalhamento da maneira

caracterizada pelo relacionamento, entre a deformação volumétrica e de

cisalhamento. Já nas areias inicialmente fofas não há o intertravamento significativo

das partículas a ser superado e a tensão cisalhante cresce gradativamente até um

valor extremo sem um pico anterior, acompanhado de uma redução em seu volume.

Na pratica, o ensaio de areias não é muito viável devido a dificuldade de obter

corpos de prova intactos e introduzi-lo ainda sem alterações num equipamento de

ensaio. Se necessário é possível realizar os ensaios através de corpos de prova

reconstituídos em equipamento com densidade adequada, sendo impossível que a

estrutura intacta seja reproduzida.

Nas argilas, se permitido, o adensamento de um corpo de prova de uma argila

saturada em um ensaio triaxial, com uma sequência de pressões, e com tempo

suficiente entre os incrementos, é possível obter a relação entre o índice de vazios e

a tensão efetiva. O adensamento em equipamentos triaxial com pressões idênticas é

mais conhecido como adensamento isotrópico. A relação entre numero de vazios e

tensão efetiva depende das tensões sofridas pelo material, se a tensão incidida no

material for a máxima à qual a argila foi submetida, pode-se dizer que a argila está

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normalmente adensada, de outra forma se a tensão efetiva em ocasiões passadas

for maior do que o valor atual, pode-se dizer que a argila está sobreadensada. O

valor Maximo de tensão efetiva do passado dividido pelo valor atual é definido como

taxa de sobreadensamento. Uma argila normalmente adensada tem uma taxa de

sobreadensamento igual a um, já uma argila sobreadensada tem uma taxa de

sobreadensamento maior do que um.

O ensaio não adensado permite que seja definida a resistência não drenada da

argila intacta, com o numero de vazios do corpo de prova no começo do ensaio

permanecendo igual ao valor intacto na profundidade da amostragem, no entanto,

na pratica, os efeitos da amostragem e da preparação resultam em um pequeno

aumento no índice de vazios.

A resistência da argila em termos de tensão efetiva pode ser definida pelo ensaio

de adensamento não drenado com medida de poropressão ou pelo modo triaxial

drenado. Os parâmetros de tensão efetiva também podem ser obtidos por ensaios

triaxiais drenados ou por meio de cisalhamento direto. As argilas sob condições

drenadas se comportam como materiais friccionais, onde a velocidade da

deformação deve ser lenta para garantir a dissipação completa do excesso de

poropressão no instante da aplicação da diferença das tensões principais, de modo

que a tensão total e efetiva sejam iguais durante o ensaio. A velocidade da

deformação deve estar relacionada com a permeabilidade da argila. A mudança de

volume durante a aplicação da diferença das tensões deve ser aferida no ensaio

drenado para que a área corrigida da seção transversal do corpo de prova possa ser

calculada.

4. Capacidade de carga admissível

A capacidade de carga admissível da argila é limitada tanto pela necessidade de

um coeficiente de segurança provável contra ruptura por cisalhamento como por

considerações de recalque. A resistência ao cisalhamento e o coeficiente de

segurança, aumentará sempre que ocorrer o adensamento, no entanto, para argilas

homogêneas com baixa permeabilidade o coeficiente de segurança deve ser

verificado após a construção, utilizando parâmetros não drenados de resistência ao

cisalhamento. No caso em que as argilas apresentam características de macro

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estrutura, a permeabilidade do solo pode ser relativamente alta e a condição não

drenada pode ser muito conservadora ao final da construção.

O coeficiente de segurança e o recalque imediato devem ser estimados

imediatamente com base na carga permanente e a carga imposta inicialmente. As

estimativas de recalque por adensamento devem ser baseadas na carga

permanente e na carga média imposta durante um grande espaço de tempo.

O recalque nas argilas sobreadensadas depende da pressão pré adensamento

ter sido superada ou não, em caso positivo, do valor que aconteceu para

determinadas fundações. A pressão de suporte deve ser limitada para que a pressão

de pré adensamento não seja superada. Em uma série de sapatas o recalque

diferencial pode ser evitado aumentando o tamanho das sapatas maiores acima do

exigido pela capacidade de carga admissível. Geralmente as fundações não são

apoiadas em solos argilosos adensado porque, certamente o recalque por

adensamento resultante seria exabundante.

As areias possuem uma característica pouco negativa com relação à capacidade

de carga, sendo a sua não homogeneidade um dos fatores que limita a sua

capacidade, devido à existência das possibilidades de recalques. Desta forma, no

projeto de estados limites, normalmente o estado limite é determinante, e no método

tradicional o recalque por adensamento é alcançado em uma pressão na qual o

coeficiente de segurança contra ruptura por cisalhamento é maior do que três. O

recalque nas areias é rápido e geralmente ocorre durante o processo de construção

e o carregamento inicial.

Entre varia sapatas de mesmo tamanho, o recalque diferencial é determinado

pela diferenciação na homogeneidade da areia e pelas variações na pressão da

fundação. Caso as sapatas forem executadas em diferentes tamanhos é possível

prever que o recalque será de maiores proporções. A diminuição em recalque pode

ocorrer com o aumento da profundidade das sapatas em relação ao terreno, sendo

assim a pressão confinante lateral será maior. Existe a possibilidade de se reduzir o

recalque diferencial, diminuindo o tamanho das sapatas de menor porte e mantendo

um valor acima do especificado no coeficiente de segurança á ruptura por

cisalhamento.

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O recalque em sapatas é definido pelas caracteritiscas do solo próximo a

superfície, sendo que qualquer sapata terá uma determinada influencia sobre uma

parte fofa do solo. Já no radier o recalque é definido pelas características do solo em

uma profundidade muito extensa, também é possível existir bolsões de solo fofo

durante a extensão, porém possuem uma grande possibilidade de se desfazerem.

O grau de compacidade é um fator relevante em relação a capacidade de carga

admissível das areias, sendo, o histórico de tensões, a posição de nível do lençol

freático em relação ao nível da fundação e o tamanho da fundação, essenciais na

definição da capacidade de carga. Em uma profundidade elevada se a areias

apresentar um fator alto de saturação, o peso especifico será reduzido em

aproximadamente sua metade, gerando um decréscimo na pressão de confinamento

lateral e um aumento no recalque correspondente. A dificuldade na retirada de

amostras indeformadas para ensaio de laboratório e de heterogeneidade, a

capacidade de carga é estimada por meio de correlações baseadas em resultados

de ensaio in loco.

5. Conclusão

Para o engenheiro civil, conhecer o solo é de suma importância, pois todas as

obras são executadas sobre ele. Por isso houve e ainda há muitos estudos para

caracterizar este material, que apesar de ser homogêneo para os leigos, apresenta

uma série de desconformidade e características peculiares que o distingue de outros

materiais, tais como o concreto e o aço. Sendo assim, conhecer o solo, suas

características, suas classificações e comportamentos é essencial para a construção

civil.

Partindo desse princípio, e abordando mais precisamente os solos argilosos e

arenosos, percebeu-se que além das diferenças visuais claramente dispostas, há

também uma série de características e comportamentos que diferem esses dois

solos.

A classificação de um solo pode ser feita tanto sob o aspecto granulométrico

quanto pela composição mineralógica, tendo em vista à primeira, um solo é dito

arenoso se sua curva granulométrica possuir um maior percentual de grão de

maiores dimensões, ao passo que o solo argiloso tem em sua curva um percentual

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maior de pequenos grãos. Quanto à segunda forma de classificar, os solos arenosos

têm uma composição básica de quartzo e feldspato, e os argilosos possui mais mica

e argilominerais.

Também é de grande relevância avaliar a qualidade do solo quanto a sua

resistência, pois este deverá suportar uma enorme transferência de carga sem se

romper. Através de ensaios conclui-se que tanto os solos arenosos quanto os

argilosos possui um coeficiente de segurança ao cisalhamento diferente.

Ainda há muitas descobertas que podem facilitar o trabalho com o solo, obter

novos ensaios, novas técnicas e tratamentos, que possibilitem um maior

aperfeiçoamento com este material, estimando cálculos e previsões mais exatas

com relação a este. Cabe a profissionais como engenheiros e geólogos, buscar

inovações, e assim, cumprir seu dever em prol a sociedade.

REFERÊNCIAS

CRAIG, R. F. Craig. Mecânica dos solos. Rio de Janeiro: LTC, 2007. 365 p.

DAS, Braja M.; TASKS, All (Trad.). Fundamentos de engenharia geotécnica. São

Paulo: Cengage Learning, 2007. 561 p.

GUERRA, Daniel. O solo com atenção na construção civil: O chão exige muito

cuidado. Disponível em: <http://www.cristianepoleto.com.br/mostra_noticias.php?

id=200>. Acesso em: 25 de março de 2014.

HACHICH, Waldemar et al. Fundações: teoria e prática. 2. ed. São Paulo: Pini,

2004. 751 p. ISBN 85-7266-098-4

PINTO, Carlos de Sousa. Curso básico de mecânica dos solos: em 16 aulas. 3.

ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2009. 367 p.

Sociedade brasileira de ciência do solo. Disponível em: <http://www.sbcs.org.br/>.

Acesso em: 25 de março de 2014.

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