Processo de formação e comportamento dos solos em obras de terraplenagem

O processo de formação dos solos é um assunto abrangente e compreende desde a origem genética das rochas até seu processo de transformação, marcado pelos fenômenos de intemperismo. As transformações pelas quais as rochas passam ao longo de milhares e/ou milhões de anos (intemperismo) dão origem aos solos, e estes, por sua vez, podem ser classificados principalmente como: residuais ou transportados.

Entender o processo de formação dos solos auxilia na compreensão do seu comportamento físico e mecânico, principalmente, no contexto de obras de terraplenagem.

Rochas: conceitos e classificações

De acordo com ISAIA (2007), rocha é um corpo sólido natural, resultante de um processo geológico determinado, formado por agregados de um ou mais minerais, arranjados segundo as condições de temperatura e pressão existentes durante sua formação.

Do ponto de vista genético, as rochas podem ser classificadas de três maneiras: ígnea ou magmática, sedimentar e metamórfica.

As rochas ígneas são catalogadas de duas formas: vulcânicas/extrusivas ou plutônicas/intrusivas.

Rochas extrusivas são formadas quando o magma vulcânico é expelido para a superfície terrestre e este resfria-se rapidamente, não dando tempo suficiente para a cristalização adequada dos minerais. Por exemplo, as rochas basálticas, comumente utilizadas na construção civil e na pavimentação de estradas de vários países.

Por outro lado, as rochas intrusivas são formadas quando o magma vulcânico não é expelido para a superfície terrestre e fica preso na fenda da crosta. O processo de resfriamento destas rochas (intrusivas) dura milhares a milhões de anos, com isso, há tempo e pressão suficientes para formação adequada dos minerais que compõem a rocha. Por exemplo: granito, gabro e diorito.

As rochas sedimentares são catalogadas em: químicas, orgânicas ou detríticas.

Rochas sedimentares químicas são formadas através das reações químicas de outras rochas com a água. Por exemplo: desertos de sal do norte da Argentina, Chile e Bolívia. Em contrapartida, as rochas sedimentares orgânicas são formadas pela deposição de matéria orgânica no solo a milhares/milhões de anos. Por exemplo: calcário, carvão mineral e petróleo. Já as rochas sedimentares detríticas são originadas de detritos da desintegração de outras rochas. Por exemplo: balastros.

As rochas metamórficas são formadas através da transformação de outras rochas (magmáticas e sedimentares), quando submetidas a certas condições de umidade, pressão e temperatura ao longo de milhões de anos.

Processos de intemperismo

Todos os tipos de rochas passam por processos de intemperismo e esse fenômeno provoca sua desintegração e decomposição. O intemperismo pode ser classificado como: físico, químico e biológico.

Através do intemperismo físico, as rochas são desintegradas, porém, não sofrem alteração em suas características químicas. No processo químico há a alteração da composição química das rochas, por meio de processos como hidrólise, oxidação, hidratação etc. Já no intemperismo biológico, as rochas são transformadas por seres vivos, como formigas, fungos, bactérias, dentre outros.

O processo de intemperismo leva à formação dos solos e cada tipo de solo tem relação direta com as características de sua rocha de origem e meio de formação.

Tipos de solo: residual e transportado

Para MASSAD (2016), solo é todo material da crosta terrestre que pode ser escavado por meio de ferramentas e que, além disso, desagrega perante longa exposição à água.

Do ponto de vista geológico, os solos são classificados de acordo com a rocha e/ou material de origem. Os principais tipos de solos são: residuais e transportados.

Os solos residuais podem ser catalogados como maduros ou jovens.

Solos residuais maduros perdem toda a estrutura original da rocha matriz e tornam-se relativamente homogêneos. Já solos residuais jovens ainda apresentam estruturas herdadas da rocha de origem, conforme observado na Figura 1.

Os solos transportados, por outro lado, são definidos pelo meio de transporte: a gravidade, grandes volumes de água e o vento. Por exemplo: colúvio, aluvião e eólico. Veja a Figura 1.

Solos coluviais são formados pela deposição de sedimentos transportados pela gravidade. São comuns em encostas e morros. Em paralelo, solos aluviais são formados pela deposição de sedimentos transportados pela água. São comuns em regiões planas, como as planícies fluviais e costeiras. Já solos eólicos, são formados pela deposição de sedimentos transportados pelo vento. São comuns em regiões áridas e semiáridas.

Comportamentos dos solos

Entender o processo de formação dos solos, auxilia na compreensão do seu comportamento físico e mecânico.

O comportamento físico dos solos tem relação direta com suas propriedades físicas, determinadas através de ensaios laboratoriais, no âmbito geotécnico. A caracterização física apresenta aspectos sobre a textura, estrutura, porosidade, densidade, cor do solo etc. Ou seja, apresenta propriedades peculiares a cada tipo de solo, que não podem ser alteradas independentemente do processo ao qual o material é submetido. Granulometria, Limites de Atterberg, Massa Específica Real dos Grãos e Análise tátil-visual são métodos usualmente empregados na determinação das propriedades físicas dos solos.

De outra perspectiva, o comportamento mecânico dos solos está ligado aos processos e às condições nos quais o material será aplicado. Nesse contexto, são realizados ensaios laboratoriais de caracterização mecânica, para simular condições específicas de aplicabilidade dos solos nos serviços de engenharia. Ensaios como: Triaxiais, Adensamento, Proctor Normal e Cisalhamento Direto, são amplamente adotados, pois fornecem parâmetros fundamentais para estudos sobre o comportamento mecânico dos solos, a depender do objetivo fim, seja ele um aterro compactado, fundação, reforço etc.

Diante do supracitado, nota-se que o comportamento físico dos solos é uma característica não controlável, enquanto o comportamento mecânico pode ser previsto e controlado, tendo em vista a possibilidade de estudos geotécnicos preliminares e por ser um comportamento inerente aos processos adotados nos serviços de engenharia.

Eficiência em obras de terraplenagem

Mesmo conhecendo os comportamentos físico e mecânico dos solos, existem variáveis nos processos de terraplenagem que geram incertezas e são desafios para alcançar a eficiência. A  Figura 3 mostra algumas dessas variáveis.

O controle de espessura de camada, velocidade de compactação, teor de umidade, logística, condição climática, disponibilidade de equipamentos, são exemplos de condições que, na ausência de um controle de processos eficiente, podem impactar nos processos de terraplenagem e comprometer o Controle de Qualidade dos serviços.

Diante desse cenário, como alcançar a eficiência? Para esta indagação não existe uma resposta pronta. O que é possível apresentar são possibilidades, a depender do contexto e das particularidades de cada obra.

Tornar as “variáveis” dados constantes nos processos de terraplenagem reduz as incertezas ligadas ao Controle da Qualidade. Partindo desse preceito, foi desenvolvida uma equação que relaciona certas disciplinas (inseridas no contexto da terraplenagem) com custo e tempo, conforme Figura 4.

Em análise à Figura 4, se nos processos de terraplenagem os fatores do numerador forem atendidos de modo adequado, a um custo e tempo justos, haverá eficiência no processo. Por outro lado, se os mesmos fatores forem atendidos adequadamente, porém, a um custo e tempo elevados, o processo terá pouca ou nenhuma eficiência. É uma relação inversamente proporcional.

Referências bibliográficas

ISAIA, Geraldo Cechella. Materiais de construção civil e princípios de ciência e engenharia de materiais. São Paulo: IBRACON, 2007. 2v

MASSAD, Faiçal. Mecânica dos solos experimental. São Paulo: Oficina de Textos, 2016.

Artigo escrito por Fernando dos Santos Silva, engenheiro civil na Reta Engenharia, pós-graduado em Geotecnia pela PUC Minas.