2.6 ASPECTOS DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE SOLOS TROPICAIS COESIVOS

Pinto (2000) comenta que a resistência ao cisalhamento dos solos é essencialmente devido ao atrito entre partículas resistindo ao deslizamento entre partículas ou rearranjo e esmagamento. Para Michell & Soga (2005) essa seria a coesão real do solo. No entanto, a atração química das fracas forças de Van der Waals e interações promovidas pelos agentes cimentantes do solo constituído pelos óxidos e hidróxidos de Fe a Al podem provocar uma resistência independente da tensão normal atuante no plano, como se houvesse uma cola interligando as partículas, mantendo-as aglomeradas.

Tal parcela de coesão originada pelas interações químicas nas partículas do solo é chamada de coesão por cimentação. Em solos sedimentares essa parcela de coesão é considerada pequena, mas em solos pedologicamente evoluídos, ou seja, altamente intemperizados, tem uma contribuição significativa. Pinto (2000) também salienta que não se pode confundir com o fenômeno físico de coesão proveniente do intercepto do eixo cisalhante de acordo com o critério de Mohr-Coulomb. Apesar de ter o nome de coesão, indica simplesmente o coeficiente linear de uma equação válida para uma faixa de tensões, a qual independe da tensão normal.

A parcela de coesão por cimentação envolve ligações químicas entre partículas pela cimentação por carbonatos, sílica, alumina, óxido de ferro e compostos orgânicos. Os materiais cimentícios são gerados pelos processos de dissolução ou precipitação. A resistência coesiva pode atingir unidades da ordem de centenas de kPa (Mitchell & Soga, 2005). A Figura 2.21 apresenta o efeito da cimentação na coesão.

Figura 2.21 – Gráfico de ruptura de areia cimentada e não cimentada (Adaptado, Mitchell & Soga, 2005).

As interações interpartículas, que geram certa coesão no solo, podem ocorrer também por forças atrativas eletrostáticas nas bordas ou nas pontas das partículas finas (< 1m) quando secas. A resistência a tração para separar partículas que estão a uma distância menor que 2,5 nm é maior que 7 kN/m2 (Mitichell & Soga, 2005). A outra forma de contato entre partículas são por forças eletromagnéticas por dipolo induzido ou pontes de hidrogênio (Forças de Van der Waals), sendo consideradas forças de curto alcance, menor que 0,3 nm. Essa interação da partícula pode ocorrer pelas pontes de hidrogênio da água adsorvida nos minerais e íons em solução gerando certa interação entre partículas (Mitchell & Soga, 2005).

A coesão aparente é uma parcela de resistência ao cisalhamento de solos úmidos, não saturados, resultante do efeito de capilaridade da solução do solo. O efeito do menisco capilar, em pressões negativas, atraem as partículas do solo. Quando o solo encontra-se na situação saturada, poropressão positiva, não há forças capilares, pois θ assume 90º, dessa forma a parcela de coesão aparente desaparece e daí a origem do termo aparente (Pinto, 2000). Segundo Mitchell & Soga (2005), esta não é a coesão real, mas simplesmente uma força de atrito gerada por uma tensão efetiva positiva proveniente de uma poropressão negativa da

O processo cíclico de secagem e molhagem por longos períodos pode alterar a estrutura de solos coesivos, dando impressão de solos que foram pré-consolidado sob grande tensão de confinamento, com posterior retirada da carga por erosão expondo novamente a superfície a tensões inferiores às sofridas no passado. Contudo, os esforços compressivos da secagem pelo efeito de capilaridade provoca certa redução dos poros, ou seja, consolidação. A esse processo de consolidação denominam-se os solos como pré-adensados. Tal pré-consolidação tem sido diagnosticados em solos dos Estados Unidos, onde parecem ter sofrido sobrecargas da ordem de 200 a 800 kPa, porém valores superiores tem sido observados no Egito, na região do vale do Nilo, com cerca de 900 kPa (Bowles, 1984 in Fiori & Luigi, 2009).

Entretanto, pesquisa realizada em laboratório com solos tropicais usando corpos de prova de amostras deformadas e indeformadas submetidas a 10 ciclos de secagem e molhagem com saturação por capilaridade e secagem ao ar por 7 dias, não apresentou modificação morfológica da estrutura expressiva para amostras indeformadas. Porém para as amostras deformadas pelo processo de moagem houve rearranjo e acomodação das partículas com agregados maiores e microagregados que diferiram da microestrutura original (Viana et al., 2004).

Cardoso (1995) estudando a micromorfologia por meio de microscopia ótica e eletrônica de varredura (MEV) de solos tropicais colapsíveis, concluiu que a porosidade dos solos está associada à agregação de partículas, as quais se conectam por meio de pontes de argila. O autor conclui também que o potencial de colapso dos solos está associado a uma inexpressiva ação cimentante dos oxi-hidróxidos de Fe e a bioturbação de alguns solos que podem formar importantes vazios que influenciam na colapsibilidade. Essas constatações micromorfológicas foram realizadas em diferentes estágios do ensaio oedométrico. Ainda propõe uma evolução mecânica dos agregados e pontes de argila de solos naturais sobre o processo de colapso. A evolução proposta por Cardoso (1995) ocorre pela estrutura intacta dos agregados e pontes de argila com posterior carregamento, superior à tensão de pré-adensamento, gerando quebra parcial dos agregados no contato das pontes de argila, finalizando com dispersão parcial das argilas por inundação.

Farias et al. (2002 e 2003) demonstram a colapsibilidade de Latossolo Vermelho argiloso típico do centro-oeste brasileiro utilizando amostras indeformadas e remoldadas no ensaio oedométrico, na situação simplesmente inundada com água e com tratamento químico utilizando extração seletiva dos oxi-hidróxidos de Fe e Al (Figura 2.22 e Figura 2.23).

Salienta-se que extração utilizada não modificou os picos dos argilominerais dos difratogramas antes e após o tratamento, sendo apenas retirado das amostras os elementos associados à substituição isomórfica do Fe nos oxi-hidróxidos cristalinos ou constituintes das fases de oxi-hidróxidos de Fe paracristalinos, amorfos e elementos adsorvidos na superfície dos minerais.

Figura 2.22 – Curvas de adensamento de amostras indeformadas natural e tratada na situação inundada (Farias et al., 2003).

Figura 2.23 – Curvas de adensamento das amostras remoldadas natural e tratada na situação inundada (Farias et al., 2003).

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1 10 100 1000 Ín di ce d e va zi os n or m al iz ad o (e /eo )

Tensão vertical aplicada (kPa)

natural saturada tratada

0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 0,1 1,0 10,0 100,0 1000,0 Ìn di ce d e va zi os n or m al iz ad o (e /eo )

Tensão vertical aplicada (kPa)

Farias et al. (2003) conclui que nos solos tropicais tipicamente colapsíveis a tensão de pré- adensamento não é regida simplesmente pelo histórico de tensões, mas pela agregação de partícula que forma uma matriz extremamente porosa. Os agregados são ligados por contatos de ponte de argila, que estão associadas aos oxi-hidróxidos de Fe e Al, que são partículas extremamente finas sobre a superfície dos minerais favorecendo a carga elétrica das superfícies minerais e, consequentemente, responsável por certa resistência aos solos.

O efeito cimentante do solo manifesta-se em três tipos de comportamento em ensaios de compressão triaxial (Pinto, 2000):

A. Quando a tensão confinante é bastante baixa perante a tensão de pré-consolidação, a tensão desviadora máxima é atingida com pequena deformação (quando a cimentação é destruída), após a tensão desviadora estabilizar-se num nível mais baixo (quando a resistência passa a ser devida ao atrito entre as partículas).

B. Para uma tensão confinante mais alta, mas ainda abaixo da tensão de pré-adensamento, a curva tensão-deformação apresenta uma mudança de comportamento quando a cimentação é destruída, havendo uma tensão desviadora maior devido ao atrito entre os grãos que passa a ser mobilizado.

C. Para tensões confinantes acima da tensão pré-adensamento, o comportamento do material é típico de solos não cimentados, pois o próprio confinamento destruiu a cimentação. Rocha et al. (2002) ao avaliar a relação existente entre a tensão cisalhante utilizando a prensa de cisalhamento direto e grau de intemperismo Ki e Kr em cinco solos, para classe dos Latossolos encontraram uma diminuição da resistência cisalhante com a redução dos índices intempéricos na sequinte sequência: Latossolo Vermelho Amarelo distrófico > Latossolo Vermelho distrófico > Latossolo Vermelho distroférrico. Dessa relação, às equações encontradas foram quadráticas côncavas com R2 _{acima de 0,9.}