A importância da granulometria dos solos

O tamanho relativo das partículas sólidas ou grãos define o que podemos chamar de textura e sua determinação é feita por meio da distribuição granulométrica. Já a plasticidade representa a maior ou menor capacidade de o solo ser moldado sem mudança de volume e sob determinada condição de umidade. Você sabe por que essas características são tão importantes? Imagine que você esteja construindo uma obra de terra, uma barragem ou um aterro, por exemplo, ou mesmo uma edificação que terá como fundação um maciço de solo.

O ideal para qualquer projeto é que conheçamos todas ou a maioria das propriedades geotécnicas dos solos. Entretanto, essa investigação é cara, de custo elevado e difícil determinação. Por esses motivos, podemos nos utilizar de algumas propriedades, como a granulometria e a plasticidade, entre outras, para obtermos outras propriedades menos complexas, mais expeditas e de fácil determinação. A essas propriedades atribuímos o nome de propriedades índices. Percebeu como uma simples particularidade do solo pode ser determinante em uma obra?

No passado, quando ocorria um problema em um projeto de engenharia, o foco da investigação era quase sempre a estrutura em si e nos materiais não naturais utilizados (cimento, aço, ferro etc.). Quando existia alguma informação sobre os materiais naturais presentes como os solos, as descrições eram limitadas a termos gerais como “areia grossa” ou “argila plástica”. Com o tempo, os profissionais observaram que esse tipo de abordagem era muito incompleta tendo em vista que dois solos de localidades diferentes classificados como areia fina apresentavam propriedades físicas e mecânicas totalmente incompatíveis. Houve a necessidade, então, do desenvolvimento de métodos e critérios para distinguir diferentes tipos de solos de uma mesma categoria, por meio de propriedades-índice e ensaios de caracterização. Dentre essas propriedades-índice, podemos citar o tamanho, a forma e distribuição granulométrica dos grãos.

Vamos entender como essas propriedades são importantes para nossos projetos de engenharia? Considere dois solos: o primeiro possui grãos bem arredondados e de mesmas dimensões (bem graduados ou com pior distribuição granulométrica). O segundo possui grãos irregulares e angulosos, além de partículas de dimensões variadas (mal graduado ou com melhor distribuição granulométrica). Se construirmos uma edificação acima de cada um, qual você acha que responderia melhor aos esforços aplicados (carregamento)? O solo que apresenta melhor distribuição granulométrica e grãos mais angulosos fornecerá maior resistência, porque ele possui um maior entrosamento entre grãos finos e grossos, que consequentemente promove um maior atrito entre as partículas. Você percebeu como simples características podem ser fundamentais para nossos projetos?

As características que exemplificamos não são facilmente observáveis por métodos convencionais. Se tentarmos enxergar as partículas que constituem um solo a olho nu ou usando uma lupa, seremos capazes apenas de visualizar tamanhos maiores que 0,06 mm, o que corresponde à fração grosseira. Se existirem partículas menores que 0,06 mm (fração fina), a observação apenas será possível se usarmos um microscópio, porém não conseguiremos enxergar tamanhos inferiores a 0,002 mm. Para essas partículas com tamanhos inferiores a 0,002 mm (frações muito finas) sua observação só é possível por meio de um microscópio eletrônico de varredura (MEV) e a estrutura molecular dos grãos só pode ser investigada por meio de técnicas de raios-X.

Se separarmos mecanicamente um solo (análise granulométrica) em suas diversas frações, teremos, ao final, vários grupos de grãos com diferentes tamanhos. Podemos ainda separar esses grupos considerando determinados limites (faixas granulométricas) e por fim classificá-los com base no tamanho e na forma dos grãos. As partículas muito grossas (pedregulhos, blocos etc.) são representadas por fragmentos de rocha alterada ou sã e de formas arredondadas a bastantes angulosas. Já as frações grossas (areias) são predominantemente compostas pelo mineral quartzo e os grãos podem ser angulares ou redondos. Nas frações finas e muito finas, em geral, elas representam um único mineral, com formatos diversos, mas nunca arredondados (siltes e argilas).

Perceba que sem métodos adequados de investigação não seríamos capazes de quantificar as frações finas e muito finas presentes no solo. Se considerarmos que as particularidades geotécnicas dos solos estão quase sempre relacionadas às frações mais finas, muitos problemas de engenharia aconteceriam sem uma visão crítica de nossa parte.

Felizmente, existem técnicas que possibilitam a caracterização dessas frações e podemos determinar o tamanho das partículas ou dos grãos e distribui-los percentualmente em função das faixas granulométricas. Das técnicas mais diretas existentes, a separação do solo em peneiras, para as frações muito grossas a grossas, e por sedimentação, para frações finas, a muito finas são as mais utilizadas.

O produto de ambos os ensaios é a curva granulométrica, que nada mais é que um gráfico semilogarítmico, cujo eixo das abcissas representa o logaritmo do diâmetro das partículas e o das ordenadas, a porcentagem em peso dos grãos menores que o tamanho correspondente no eixo das abcissas.

Já parou para pensar por que a representação da curva granulométrica utiliza um gráfico semilogarítmico em vez de uma relação linear, por exemplo? Existe alguma vantagem ou simplesmente é convenção? Faça um teste! Plote diferentes resultados de granulometria e varie o estilo dos gráficos. O que você observa nas curvas quanto à representação do tamanho médio das partículas dos solos? Imagine-se executando uma quantidade enorme de ensaios de caracterização e plotando os resultados em curvas granulométricas. Como você faria para organizar seus resultados? Não seria mais fácil se você pudesse classificar as frações granulométricas por tamanhos dos grãos, forma ou mesmo nomes e símbolos que representassem a fração de solo predominante? Assim, surgiram classificações baseadas nas frações, definindo nomes conhecidos, como: argila, silte, areia e pedregulho para faixas granulométricas, que podem variar devido ao sistema de classificação adotado (ABNT, M.I.T. etc.).

Se você utilizar uma classificação para um solo com base apenas nos resultados de análise granulométrica pode ocorrer interpretações muito equivocadas, tendo em vista que as frações mais finas são dependentes de propriedades físicas como mineralogia, estrutura etc. Excetuando alguns casos em particular, na maioria dos solos, encontramos ao menos duas frações granulométricas e dessa forma um solo pode ser classificado pela mescla de dois termos, como silte-arenoso, argila-arenosa ou mesmo silte-argiloso, conforme os resultados das análises.

Márcio Leão

É Pós-Doutor em Geotecnia pela UFV, Doutor em Geologia de Engenharia pela UFRJ, Doutorando em Geotecnia pela UERJ, Mestre em Geotecnia pela UERJ, Mestre em Geologia de Engenharia pela UFRJ, possui MBA em Gestão de Projetos pela USP e Bacharel em Geologia pela UFRJ. Geólogo com 13 anos de experiência em planejamento de obras de arte de engenharia civil, nacionais e internacionais. É Docente de Graduação e Pós-graduação. É Pesquisador e Consultor nas áreas de Geologia de Engenharia e Geotecnia, com ênfase em mecânica das rochas, mecânica dos solos, barragens, túneis, taludes e meio ambiente, investigações de campo e ensaios de laboratório e in situ, bem com instrumentação geotécnica. É Membro de Comissões Técnicas, de Corpo Editorial e Revisor Ad hoc de Periódicos nacionais e internacionais.