A mecânica dos solos é a aplicação das leis da mecânica e da hidráulica aos problemas de Engenharia relacionados com sedimentos e outros depósitos não consolidados de partículas sólidas produzidas pela desintegração mecânica ou química das rochas, prescindindo ou não de elementos constituídos por substâncias orgânicas.
Os problemas que se apresentam no projeto e execução das fundações e obras de terra distinguem-se em dois tipos fundamentais: os que se referem à deformação do solo e os que consideram a ruptura de uma massa de solo.
O primeiro abrange o estudo dos recalques das obras, o segundo envolve as questões relativas à capacidade de carga do solo, estabilidade do maciço terroso e empuxos de terra. Todas essas questões são resolvidas a partir do conhecimento das propriedades físicas e identificação do solo onde se vai construir.
Toda obra, seja ela de engenharia ou outra qualquer, estão apoiadas no solo, além dessas, existem algumas onde se utiliza o próprio solo como componente principal da construção, como por exemplo, as barragens, aterros de estradas entre outros.
Então o comportamento funcional, estético e da estabilidade da obra serão determinados pelo desempenho dos materiais usados nos maciços terrosos.
Emprego do solo na Construção Civil
Solo como material de construção: Aterros, Barragens de Terra, Base e Sub-base de Pavimentos, etc.
Solo como suporte de fundação: Valas, Sapatas, Blocos, Estacas, Tubulões, Subleito, etc.
O Prof. Milton Vargas, em seu livro Introdução à Mecânica dos Solos, apresenta uma definição do solo sob o ponto de vista da engenharia – “A palavra solo, na expressão da Mecânica dos Solos, não tem significado intuitivo imediato. Ela necessita de uma definição erudita. Mas toda definição exige, de imediato, a fixação da finalidade para que é feita. Em português clássico, o termo solo significa tão somente a superfície do chão. Já no campo da agricultura, solo é a camada de terra tratável, geralmente de poucos metros de espessura, que suporta as raízes das plantas. Na expressão Mecânica dos Solos, o termo adquire um significado específico às finalidades de engenharia. Ele denota um material de construção ou de mineração”.
O solo tem sua origem imediata ou remota na decomposição das rochas pela ação das intempéries. O intemperismo (químico ou físico) gera sedimentos que poderão ser transportados por agentes da natureza, como a água, e depositados em locais distantes de sua origem. Com o tempo esses sedimentos podem sofrer alterações em sua composição inicial, originando solos diferentes.
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.
(Imagem: Paulo J. R. Albuquerque/Reprodução)
Solo Transportado - caracterizado pelo solo residual que sofre a ação transportadora dos agentes geológicos: mar, rio, vento, gelo, gravidade. Neste tipo de solo tem-se uma grande quantidade de matéria orgânica em sua composição. Não possui ligação com a rocha original.
Muitas são as dificuldades encontradas quando se trata de solo, pois o solo não possui comportamento, tensão e deformação linear ou único como é o caso do aço. Isto ocorre porque ele sofre, quando solicitado, variação de volume, que altera sua resistência; comportamento do solo depende da solicitação, tempo de aplicação e meio ambiente; o solo é diferente para cada local; o solo a ser pesquisado geralmente não está situado na superfície, mas sim em horizontes profundos; muitos solos são sensíveis às perturbações na amostragem e não reproduzem em laboratório suas características reais etc.
Os espaços entre as partículas são chamados de vazios. Os vazios estão normalmente preenchidos por água e ou ar. Um solo que apresenta seus vazios totalmente preenchidos por água é chamado de solo saturado.
Quando a carga aplicada ao solo é variada subitamente, essa variação é absorvida tanto pelo esqueleto sólido como pela água contida nos vazios. A mudança na pressão da água contida nos vazios provocará um movimento dessa água acarretando uma mudança nas suas propriedades com o tempo.
Classificação dos solos
Com essas variedades de comportamentos e tipos sobre o solo, e tendo em conta as diversas aplicações na engenharia, ficou inevitável o seu agrupamento em conjuntos, que representam as suas características comuns.
(Imagem: APL Engenharia/Reprodução)
Abaixo estão os mais utilizados no Brasil:
Granulométrica - é uma técnica pela qual são agrupados e designados diversos tipos de solo em função das frações preponderantes dos diversos diâmetros de partículas que os compõem. A granulometria é a base para os outros sistemas, onde ela agrupa os solos pelos tamanhos predominantes aos grãos.
Classificação tátil-visual - é um sistema baseado na visão e no tato. Sendo assim, para realizá-la, é preciso um técnico experiente e muito bem treinado no assunto e que tenha prática nesse procedimento.
Sistema Unificado de Classificação de Solos - foi criado para aplicação de obras em aeroportos pelo engenheiro Arthur Casagrande. Atualmente, o sistema é muito utilizado pelos engenheiros geotécnicos em barragens de terra, onde é sua maior utilização.
Sistema Rodoviário de Classificação - é um sistema de classificação dos solos, baseado no sistema de granulometria e nos limites de consistência dos materiais. A sua maior utilização é na construção de rodovias. É um sistema bastante empregado pelos engenheiros de fundações, onde se baseiam nos modelos clássicos, porém também se utiliza da noção prática do comportamento do solo.
Compactação
A construção de aterros é um caso típico onde deve-se estudar a fundo a compactação dos solos. A compactação do solo é um processo pelo qual se processa a diminuição de seus vazios, dessa forma lhe infere características de resistência e compressibilidade. A resistência de um aterro, isto é, sua estabilidade, deve-se manter permanente em todos os períodos do ano, independentemente da condição seca ou chuvosa.
A compactação do solo é feita através do lançamento de camadas horizontais ao aterro (20 a 30cm) e posterior passagem de equipamento mecânico (rolos compactadores). Para o caso de pequenas valas, se faz o uso de equipamentos manuais.
Diversas obras empregam a compactação: pavimentação, barragens, valas, muros de arrimo etc.
Permeabilidade dos Solos
Com muita frequência, a água ocupa a maior parte ou a totalidade dos vazios do solo. Submetida a diferenças de potenciais, a água se desloca no seu interior. O estudo da percolação pode ser resumido em três problemas práticos:
No cálculo das vazões, como por exemplo, na estimativa da quantidade de água que se infiltra numa escavação;
Na análise de recalques, porque frequentemente está relacionado com a diminuição do índice de vazios, decorrente da expulsão de água.
Estudos de estabilidade, pois as tensões resistentes do solo dependem da tensão da água.
Compressibilidade e Adensamento
Toda vez que uma argila (saturada) sofre uma ação externa, através de um carregamento, surgem gradientes hidráulicos e um fluxo de água. Com a expulsão da água o solo se deforma, até atingir uma nova posição de equilíbrio.
Essa variação volumétrica ao longo do tempo constitui o fenômeno de adensamento, e são responsáveis pelos recalques nas estruturas que estão apoiadas sobre este solo.
Em solos argilosos, os recalques são muito lentos, e em areias ou solos argilosos não saturados as deformações são rápidas.
(Imagem: Terra Service/Reprodução)
Modelos matemáticos capazes de prever a velocidade de dissipação das pressões neutras e do campo de deformações são denominados Teorias de Adensamento.
Recalques por Colapso
Este fenômeno ocorre em várias regiões do Brasil, é caracterizado por solos tropicais e porosos (superficiais). Tais solos, quando estão sujeitos a carregamentos e por uma razão qualquer (infiltração de águas de chuva, rompimento de condutos de água ou esgoto etc) têm seu grau de saturação aumentado, passam por uma repentina variação de volume, manifestada por uma redução de vazios.
O fenômeno deve-se ao fato de a entrada de água na estrutura instável desses solos ter a tendência de eliminar as causas de equilíbrio (pequena cimentação, coesão aparente), provocando um colapso da estrutura do solo, razão pelas quais são chamados de colapsíveis.
Resistência ao Cisalhamento dos Solos
A resistência ao cisalhamento de uma massa de solo é a resistência interna por área que a massa de solo pode oferecer para resistir a rupturas e a deslizamentos ao longo de qualquer plano no seu interior. O fenômeno de ruptura dos solos envolve o equilíbrio das forças atuantes num maciço de terra, onde se levam em conta o seu peso próprio e, eventualmente, as forças de inércias originadas por sismos e vibrações, tendo como oposição a essas forças aquelas resistências intrínsecas do maciço. As estruturas decorrentes desse fenômeno de ruptura são:
Estabilidade de taludes de terra;
Os empuxos passivos e ativos sobre muros de arrimo;
Placas de ancoragem ou paramentos que agem sobre o solo;
Capacidade de carga de fundações em geral (rasa ou profunda).
Há vários métodos de laboratório disponíveis para determinar os parâmetros de resistência ao cisalhamento de um solo, sendo: ensaio de cisalhamento direto, ensaio triaxial, ensaio de compressão simples, entre outros.
Fontes:
