Influência da estrutura

As características de resistência e deformabilidade dos solos sedimentares são resultantes do escorregamento e rolagem entre as partículas. Baseados nisto, os modelos clássicos da Mecânica dos Solos relacionam o conceito de índice de vazios com a sua conseqüente modificação causada pelo histórico de tensões.

Para os solos residuais, entretanto, estas características são diretamente afetadas pelos fenômenos de cimentação e de colagem dos contatos entre as partículas. Estes fenômenos podem surgir por diversas causas, como deposição de carbonatos e hidróxidos, recristalização de minerais, fusão dos contatos entre as partículas sob altas pressões, entre outros (LEROUEIL; VAUGHAN, 1990).

Os solos que apresentam estes fenômenos serão descritos neste estudo como “estruturados”, os que não apresentam serão denominados como “não-estruturados” e os solos em que este fenômeno foi removido serão descritos como “desestruturados”. Segundo

Leroueil e Vaughan (1990), a remoção da estrutura pode ocorrer submetendo-se o solo a um nível suficiente de deformações, ou simplesmente pela remoldagem da amostra.

A estrutura de um solo (fabric) é considerada como sendo o arranjo entre suas

partículas, causado pelas forças físico-químicas que as une. É esta estrutura que justifica a resistência no estado natural superior à resistência após remoldagem, ainda que a argila se apresente com o mesmo índice de vazios, dando origem ao fenômeno de sensitividade das argilas.

Apesar de sua variável e complexa origem, o efeito da estrutura de um solo pode ser descrito de maneiras simplificadas, geralmente relacionadas à perda da cimentação existente, sendo tanto mais sensível quanto maior o índice de vazios.

De acordo com Leroueil e Vaughan (1990), o efeito da estrutura pode ser identificado obtendo-se propriedades de um solo estruturado e comparando-as com as de um solo cuja estrutura foi removida. A estrutura pode ser evidenciada, por exemplo, em uma comparação de ensaios edométricos realizados em amostras naturais e remoldadas (estruturadas e desestruturadas, respectivamente), como mostrado na Figura 4.9. O solo estruturado apresenta maior índice de vazios do que o solo cuja estrutura foi removida, pois o arranjo das partículas dos solos estruturados é, de maneira geral, mais floculado.

σ'1 ou p' índice de vazios curva de compressão de um solo natural espaço permitido a materiais estruturados curva de compressão de um solo desestruturado escoamento

Figura 4.9 – Comparação entre um solo estruturado e um desestruturado em ensaio de compressão, Leroueil e Vaughan (1990)

A influência da estrutura no comportamento mecânico dos solos também pode ser observada nos resultados de ensaios triaxiais, como os da Figura 4.10.

Figura 4.10 – Ensaios drenados de compressão triaxial em amostras artificialmente cimentadas, Maccarini (1987)

Pinto (2006), descreve três tipos de comportamento que podem ser observados em ensaios de compressão triaxial:

i) Para uma tensão confinante bem abaixo da tensão de escoamento, a resistência máxima é alcançada a pequenas deformações, quando a cimentação é destruída. Em seguida a tensão desviadora se estabiliza num nível mais baixo, quando a resistência passa a ser devida ao atrito entre as partículas. É um comportamento semelhante ao de solos não coesivos densos, com resistência de pico seguida por um amolecimento; ii) Para uma tensão confinante mais alta, mas ainda abaixo da tensão de escoamento, a curva tensão-deformação apresenta uma mudança de comportamento quando a cimentação é destruída. Entretanto, a resistência final é maior, devida ao atrito entre grãos que passa a ser mobilizado;

iii) Para tensões confinantes acima do escoamento, o comportamento do material é típico de solos não estruturados, pois o próprio confinamento destrói a cimentação.

O posicionamento da máxima taxa de dilatância em curvas tensão-deformação de ensaios em solos sobre-adensados também pode evidenciar a influência da estrutura do solo. A taxa de dilatância (Ψ ) é definida pela expressão (4.9):

q p ε δ ε δ − = Ψ (4.9)

(

)

(

)

onde v é a deformação vertical e h a deformação horizontal, em ensaios triaxiais.

Maccarini (1987) realizou ensaios triaxiais drenados em um solo artificialmente cimentado, conforme mostrado na Figura 4.10. Os ensaios realizados com baixas tensões confinantes (10 e 50 kPa) apresentaram resistência de pico que não coincide com a máxima taxa de dilatância, a qual ocorreu em deformações maiores e com resistência menor. Sabendo que o pico de resistência de solos não coesivos densos ocorre na máxima taxa de dilatância, Vaughan et al. (1988) atribuíram esta diferença à cimentação do solo, indicando que a resistência de pico é controlada pela estrutura e não pela densidade. Nos ensaios com maiores tensões confinantes, o escoamento ocorreu bem antes da ruptura, a qual foi alcançada sob grandes deformações e acompanhada por uma significante contração.

Como pode ser visto na Figura 4.7, Leroueil e Vaughan (1990) idealizaram a trajetória de tensões de um ensaio edométrico de solos estruturados, a qual sofre uma significante mudança de inclinação ao ser destruída a estrutura existente, aumentando o valor do coeficiente de empuxo em repouso. Na Figura 4.8 pode-se visualizar que Sandroni (1981) obteve resultados semelhantes, simulando a condição edométrica com ensaios triaxiais de deformação horizontal nula.

A estrutura de um solo também influencia em sua permeabilidade, de acordo com Vargas (1978), que demonstrou a variação da permeabilidade de um solo sob condição natural, compactada e remoldada em forma de lama. Ele obteve permeabilidades maiores para os solos compactados, em relação aos solos no estado natural, e permeabilidades muito menores para os solos amolgados no limite de liquidez.

A permeabilidade do solo compactado depende diretamente da densidade seca e do teor de umidade utilizado, ou seja, quanto mais compacto for o solo e maior o teor de umidade utilizado (ramo úmido da curva de compactação) menor a permeabilidade. Isto pode ocasionar uma permeabilidade para o solo compactado menor até mesmo do que a permeabilidade para o solo amolgado.

Em contrapartida, a permeabilidade do solo no estado natural é sempre maior que a do solo amolgado, tendo-se em vista que a estruturação existente entre as partículas propicia caminhos de percolação que aumentam a permeabilidade do solo.