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CAPÍTULO 3
CARACTARÍSTICAS FÍSICAS DO SOLO
Sendo o solo a pele da Terra, conhecer suas reações quando da alteração de seu estado natural poderá evitar a necessidade do imponderável: uma cirurgia plástica.
O solo, utilizado na produção agropecuária, foi durante muito tempo considerado como um meio de sustentação e depósito de nutrientes que permitiria o desenvolvimento dos vegetais. Com o advento da motomecanização das operações agrícolas a mobilização da camada de aradura tornou-se mais fácil e intensa. As mudanças físicas decorrentes destas ações atingiram esca- las nunca antes experimentadas, seguidas de consequente e proporcional degradação ambi- ental. Para minimizar estes efeitos indesejados torna-se cada vez mais necessário desenvolver conhecimentos relativos aos fenômenos físicos que ocorrem no solo durante a mobilização, as- sim como daqueles derivados da interação do solo com as ferramentas e dispositivos de ro- dado que permitem o deslocamento das máqui- nas e a obtenção de tração na sua superfície.
Diferente do interesse da engenharia civil, cujo objetivo é conhecer fisicamente o solo para utilizá-lo como sustentação para suas obras de construção ou da mineração que o considera, na
maioria das vezes, um transtorno, atividades rurais de produção (agrícola, florestal e pecuária) necessitam de conhecimentos que permitam uti- lizá-lo como meio adequado para o desenvolvi- mento e frutificação das plantas cultivadas. Do ponto de vista da sua capacidade química de for- necer nutrientes tais conhecimentos encontram- se bastante avançados. No entanto, quando se trata do seu comportamento físico com relação aos procedimentos de mobilização, muito ainda tem que ser aprendido. O aumento de área agrícola tratorizada e maior eficiência de mobilização quando comparada com as mesmas operações realizadas anterior- mente de forma manual ou com o auxílio de po- tência animal, induziram nos profissionais do setor a ideia de que mobilizar o solo para insta- lação de culturas seria uma ação simples que po- deria ser executada por qualquer pessoa. Assim, algumas das técnicas aprendidas com a observação, tentativas e erros durante milênios de experiência em cultivo foram abandonadas, esquecidas ou o
Comportamento mecânico do solo em operações agrícolas
que é mais preocupante, negligenciadas por aque- les que têm a atribuição de produzir alimentos, fibras e demais produtos agrícolas de interesse comercial. O manejo inadequado do solo produz efeitos imediatos, no curto prazo, como a queda da produtividade e no longo prazo, efeitos degra- dativos com graves reflexos ambientais.
Uma das características físicas do solo que mais interferem na capacidade de sustentação de atividades agropecuárias ao ser mobilizado é sua textura. Associada à umidade, a textura pode determinar o sucesso ou o fracasso da ação hu- mana neste sentido. Dentre os problemas mais importantes decorrentes da inobservância dos aspectos físicos do solo quando da aplicação de
técnicas de mecanização das atividades produti- vas rurais pode-se citar erosão, compactação, consumo de energia, interferência no ciclo da água, além da possibilidade de danos e desgaste prematuro nos equipamentos agrícolas. A textura dos solos é determinada pela sua composição granulométrica, que é extrema- mente variável em proporção de componentes. A classificação quanto a esta característica é realizada mediante o auxílio do triângulo textural mostrado na figura 3.1. Quando conhecidas as porcentagens de argila, areia e silte encontrados no material, o procedimento permite sua classi- ficação em 13 diferentes categorias.
Figura 3.1. Triângulo textural utilizado para determinação da textura do solo, segundo Lemos & Santos (1996). A divisão dos solos argilosos em duas classes distintas não é considerada na classificação proposta pela USDA (2011), que somente faz referência a 12 tipos de solo.
Comportamento mecânico do solo em operações agrícolas
Como exemplo da determinação da textura de um solo hipotético que possua quantidades de 43% de argila, 41% de areia e 16% de silte, encontra-se a posição onde está a marca hexa- gonal na figura 3.1. Ela representa o ponto de convergência das três linhas paralelas aos lados do triângulo, nas devidas proporções compo- nentes. A classificação deste solo hipotético seria argila ou argiloso.
De forma mais prática (ou expedita) pode- se utilizar a sensibilidade das mãos e obser- vando o comportamento do solo ao ser pressio- nado, estimar sua textura. Este procedimento está descrito pelo diagrama da figura 3.2.
As atividades relacionadas à engenharia que se ocupa dos solos como seu meio de traba- lho necessita, no entanto, de informações mais de- talhadas, sobre as características físicas dos solos, além de sua textura. Estas servirão de suporte para planejamento e projetos de toda ordem. Deter- minar tais características, em grande parte das vezes, não é uma atividade de execução simples e demanda habilidades técnicas importantes.
Para obter tais informações a mecânica do solo utiliza-se de técnicas que podem ser consi- deradas caminhos distintos. Um desses caminhos, que é de interesse da utilização do solo como meio de produção rural, seria o de realizar determina- ções sobre a composição física do material, assim como sondagens para conhecer o compor- tamento físico de interesse para as ações de enge- nharia e estabelecer correlações entre eles. A outra solução empregada seria o estudo de solos “sinté- ticos”, obtidos a partir de materiais cujo com- portamento físico é previamente conhecido.
Há dificuldades em estabelecer correlações entre a composição do solo e seu comporta- mento físico e na grande maioria das vezes esta atividade resulta numa aproximação (às vezes
grosseira). Além disso, existem outras dificul- dades. A variação (quanto à composição e tex- tura) observada nos solos naturais, sedimentares ou residuais, pode ser enorme e ocorrer em locais cuja distância seria de poucos centímetros, o que tornaria a amostragem uma operação complicada e delicada. É possível, ainda, que interações físico-químicas verificadas entre os componen- tes ocorram em intensidade suficiente para tor- nar imprevisível o seu comportamento mecâ- nico.
3.1 Índices físicos do solo
As considerações sobre as propriedades físicas do solo dizem respeito às relações ponde- rais e volumétricas observadas na sua estrutura. Como discutido no capítulo anterior, tais proprie- dades são determinadas, principalmente, pelas condições em que o solo foi formado e do ma- terial de onde se originou. A figura 3.3 mostra esquematicamente a composição física de um bloco hipotético de solo.
Figura 3.3. Esquema de um bloco de solo e suas respectivas proporções ponderais ( M ) e volumé- tricas ( V ).
Características físicas do solo
Na massa total de solo ( M ) considerada, pode-se desprezar a massa de gases ( Mp ), exis- tente nos poros que não estão ocupados pela água. Assim, para efeitos práticos:
em que:
Ma – massa de água;
Ms – massa dos sólidos^20.
Define-se umidade ou teor de água do solo ( U ) como a porcentagem de água encon- trada num total considerado que pode ser com base em massa úmida ( Uu ) ou em massa seca ( Us ). Assim:
𝑈𝑢 =
O volume total ( V ) do bloco de solo con- siderado é composto pela relação:
𝑉 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑎 + 𝑉𝑝 (3.4)
em que:
Vs – volume dos sólidos (incluindo os materiais minerais e orgânicos);
Va – volume de poros, ocupados pela solução do solo (água e sais minerais);
Vp – volume de poros não ocupados pela solução do solo, portanto ocupados pelos gases da atmosfera. Evidentemente, os valores de Va e Vp são extremamente variáveis. Por isso, é comum
(^20) O apêndice 2 mostra o método de determinação da massa
21 dos sólidos do solo. 22 Também chamado de^ índice de vazios. A 20º Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM, 1995, Resolução 8) instituiu no Sistema Internacional de
considerar a soma desses dois volumes como sendo o volume de vazios ( Vv ). Assim:
A relação entre volume de vazios e o vo- lume total define o conceito de porosidade ( n ), que é determinada pela equação 3.6.
A relação entre os volumes de poros e dos sólidos é chamada de índice de porosidade^21 ( e ). Assim:
𝑒 =
Combinando-se as equações 3.6 e 3.7, pode-se redefinir a porosidade ( n ) em função do seu índice ( e ).
𝑛 =
Sabendo que o conteúdo dos poros “vazios” varia em função da água disponível, é possível estabelecer uma relação chamada de índice de saturação ( S ), que indica o percentual do vo- lume de poros ocupado pela solução do solo.
𝑆 =
A exemplo do que ocorre com a umidade do solo (e por causa dela), sua massa específica , também chamada de densidade^22 , pode ser me- dida com base em diferentes referências. Assim, as relações que descrevem a densidade aparente seca ( Ds ) e aparente úmida – ou natural ( Du ) e
Unidades a classe das unidades derivadas em substituição à classe unidades suplementares, anteriormente estabelecidas na Resolução 12 da 11o^ CGPM (1960), dentre elas o peso.
Características físicas do solo
Tabela 3.1. Densidades reais médias para diferentes texturas e intervalos para alguns índices físicos do solo. Adaptado de Cañavate (1989) e Bueno & Vilar (1984).
Textura Densidade (g/cm^3 ) Textura Densidade (g/cm (^3) )
Areia e Areia Franca 2,65 Franco Siltoso 2, Franco Arenoso 2,66 Argilo Arenoso 2, Franco e Silte 2,67 Argiloso 2, Franco Argilo Arenoso 2,68^ Argilo Siltoso^ 2, Franco Argilo Siltoso
Limites (gerais) de Variação dos Índices Físicos
1,0 < Du < 2,5 0 < n < 100% 2,5 < Dr < 3,0 0 < S < 100% 0 < e < 20 0 < Uu < 1500%
Então, com a variação da massa de água presente nos poros do solo ou de sua relação em função da massa total, pode-se experimentar va- riados estados de consistência, cuja classifica- ção poderia ser assim descrita:
a) Estado líquido – não há resistência ao cisa-
lhamento e as propriedades do solo, assim como sua aparência são de uma suspensão. Diz-se que, nestas condições o solo não apresenta forma própria;
b) Estado plástico – o solo admite deformações
permanentes, sem apresentar fissuramento, rup- tura ou variação sensível de volume, os quais podem ser associados às propriedades da plasti- cidade, conforme definido na mecânica;
c) Estado semissólido – o solo apresenta apa-
rência de um sólido e possui propriedades que fa- cilitam sua fragmentação mediante aplicação de
forças relativamente baixas. A quantidade de água presente é insuficiente para que se formem películas contínuas entre suas partículas, difi- cultando a lubrificação e, portanto, o comporta- mento plástico. Nesta fase o solo ainda apresenta variação de volume com a redução da umidade. É o estágio mais adequado para as operações de mobilização com objetivos agronômicos;
d) Estado sólido – o solo apresenta elevada
resistência mecânica (descrita como dureza) resultado da união conferida às suas partículas em função da pequena quantidade de água pre- sente. Não se observa variação de volume pelo processo de secagem. Na prática, estes quatro estados físicos do solo variam sequencialmente com a umidade e podem ser representados de acordo com um padrão generalizado pelo diagrama da figura 3.4.
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Figura 3.4. Estados de consistência do solo em função de sua umidade. LC – limite de contração; LP – limite de plasticidade; LL – limite de liquidez.
3.2.1 Limite de liquidez
Esta é a fronteira entre o estado líquido e o plástico para os solos. Representada na figura 3.4 pela linha balizada pela sigla LL , tem seus parâmetros de obtenção padronizados pelos estudos de Casagrande^23. A figura 3.5 mostra um esquema do aparelho de Casagrande, utili- zado nos ensaios padronizados para determinação de limites de liquidez. Tal ensaio consiste em colocar na cuba do aparelho uma quantidade de solo (que passou na peneira 40) umedecido, com consistência pastosa e imprimir na sua superfí- cie um sulco, com o auxílio de um cinzel. Em seguida gira-se a manivela numa frequência tão próxima quanto possível de 2Hz. Este ato per- mite que a cuba seja sequencialmente elevada e caia, chocando-se contra a base do aparelho.
Registra-se o número de choques necessá- rios para fazer com que, com o escorregamento
(^23) Arthur Casagrande (Austrália, 1902–1981): engenheiro civil fundador da Sociedade Internacional de Mecânica do
dos taludes do sulco, a ranhura se feche em sua base numa extensão de 10mm. Encerra-se o pro- cedimento, colhe-se amostra do solo (preferen- cialmente nos dois lados da amostra, na região onde ocorreu o fechamento da ranhura) e deter- mina-se sua umidade. Desta forma serão obtidos os pares de dados (umidade x número de golpes) que alimentarão o gráfico de fluência (figura 3.6). O procedimento é repetido para variadas condições de umidade. Os valores obtidos são dispostos num gráfico semilogarítmico contendo a umidade na ordenada e na abcissa, os números de golpes da cuba sobre a base do aparelho. Determina-se, então, o valor de umidade correspondente a 25 golpes, que será considerado o limite de liquidez do solo. A figura 3.6 ilustra um evento simulado do procedimento descrito. Neste caso, o limite de liquidez corresponde à umidade de 33,4%.
Solo e Engenharia Geotécnica (ISSMGE) e criador do aparelho de Casagrande (Geotechnical Engineers, 2015).
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Figura 3.6. Exemplo ilustrativo da obtenção do limite de liquidez do solo através da plotagem dos valores obtidos no ensaio.
Figura 3.7. Determinação do Limite de Plasticidade: o solo umedecido é rolado entre a palma da mão numa superfície de vidro jateado, repetidas vezes, até que se torne impossível obter um cilindro uniforme com espessura de três milímetros, como representado à direita (infe- rior). Nesta condição o solo começa a se fraturar e a partir de então se determina sua umi- dade, que será considerada como aquela que indica seu limite de plasticidade.
Ao iniciar o procedimento para produzir os cilindros, é possível que o solo apresente umidade muito elevada o que tornará difícil a sua manipulação e, portanto, será necessário adicio- nar solo seco para diminuir a umidade. Se, por outro lado o solo estiver excessivamente seco,
serão produzidos cilindros de diâmetro maior que o padronizado ou nem sequer será possível produzi-los. Neste caso, deve-se acrescentar água ao solo. O processo deverá ser repetido até que os valores de umidade apresentem desvio máximo de 5% em relação à média.
Características físicas do solo
3.2.3 Limite de contração
Quando uma amostra de solo apresenta umidade próxima do limite de liquidez e a água presente começa a evaporar, observa-se redução gradual no volume da amostra. Este comporta- mento prossegue até que se atinja um limite, a partir do qual o volume não mais será reduzido, embora ainda haja umidade. Esta é a condição de consistência denominada de limite de contração , identificada pela linha com a sigla LC na figura 3.4. Neste ponto, ocorre a migração do estado semissólido para o estado sólido. A figura 3. representa a evolução dessa migração, da esquerda para a direita. Com base nos indicadores de referência da figura 3.8, o limite de contração será correspondente à umidade do solo na condição (B), portanto:
A dificuldade, neste caso, será a determi- nação da massa de água ( Ma ) que está contida na amostra de solo utilizada no ensaio, no momento em que se inicia a transição do estado semissólido (B) para o sólido (C). No entanto, quando a massa específica ou densidade real ( Dr ) do solo é conhecida, pode- se determinar a massa de água pela relação:
em que: γa –^ massa específica da água. Substituindo a equação 3.18 em 3.17, o limite de contração será:
𝐿𝐶 = 𝛾𝑎 ∙ (
Figura 3.8. Representação esquemática da evolução das variações de volume e conteúdo de água numa amostra de solo durante o ensaio para determinação do limite de contração.
Características físicas do solo
definição é dada como a diferença entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade.
O significado físico do índice de plastici- dade é uma tentativa de representar a quantidade de água que seria necessária para que o solo passe
do estado plástico para o estado líquido. Ou seja, quanto maior o valor do índice de plasticidade, tanto mais plástico é o solo, o que significa que ele terá maior capacidade de armazenar água e estará sujeito a deformações causadas pelas cargas impostas por dispositivos de mobilização e de rodado numa faixa maior de umidade, se comparado com outros solos.
Figura 3.9. Fases da determinação laboratorial do limite de contração dos solos: vista superior (a) e lateral do recipiente metálico utilizado para produzir o corpo de prova (pastilha de solo) – com o material úmido (b) e depois de seco (c); imersão do corpo de prova em mercúrio para determinação de seu volume (d).
Os fatores que mais influenciam no índice de plasticidade de um dado solo são o tipo de argila presente, a proporção e o tamanho das suas partículas e o conteúdo de matéria orgânica.
O tipo de argila, no que se refere à estru- tura molecular, determina a sua capacidade de estabelecer uniões com as moléculas de água, o que se reflete na capacidade de retenção de água. Da mesma forma, quanto maior é a proporção de argila, maior será a superfície de absorção e o índice de microporos significando, portanto, maior necessi- dade de água para provocar a transição do estado plástico para o estado líquido. Raciocínio equiva- lente pode-se efetuar em relação ao tamanho
das partículas e a sua capacidade de retenção de água. Com relação ao conteúdo de matéria orgânica, sua presença também concorre para a elevação da capacidade do solo na retenção de água, se bem que em proporções muito inferiores às observadas pela influência das argilas.
3.3 Forças que atuam no solo
Quando dois corpos sólidos estão em con- tato, como representado na figura 3.10 e sobre o corpo que está apoiado no plano atua uma força normal N e outra tangencial T , observa-se o fenômeno do atrito. No caso em que a força nor- mal permanece constante (o peso próprio do
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corpo, por exemplo), a tangencial poderia cres- cer até o momento em que se obtenha iminência de deslocamento do corpo em que atua. Dá-se o nome de obliquidade ao ângulo , formado pela resultante entre as duas forças atuantes, N e T. O deslocamento (ou sua iminência) se dará quando a força tangencial ( Tmax ) iguala-se à força de atrito Fa.
Na iminência de deslocamento, o ângulo (^) adquire um valor igual ao que se convenciona chamar de ângulo de atrito , que é usualmente
representado pela letra grega . Nestas condi-
ções, (^) tg recebe a designação especial de coefi- ciente de atrito sendo usualmente representado
pela letra grega . Assim, pode-se dizer que:
Figura 3.10. Representação esquemática do atrito entre corpos sólidos.
A relação entre as forças tangencial T e normal N , associadas à área de contato ( A ) do corpo com o plano de apoio definem as grande-
zas tensão de cisalhamento ( ) e tensão normal
( ), de acordo com as equações 3.27 e 3.28.
(^25) Charles Augustin Coulomb (1736-1806) – físico francês. Em 1781 apresentou à Academia Francesa de Ciências o estudo Théorie des Machines Simples , confirmando as leis de Da Vinci-Amontons sobre o atrito, enunciando o que hoje se conhece como a quarta lei do atrito : a força de atrito é independente da velocidade, uma vez iniciado o
Portanto, para o caso da iminência de movimento, as relações trigonométricas da figura 3.10 permitem concluir que:
Tais relações são, resumidamente, o que se conhece por lei de Coulomb^25 e seu estabele- cimento resultou de observações empíricas.
3.3.1 Cargas normais em partículas de solo
O solo é um material granular, composto por diversos tipos de partículas das mais diferentes origens. Além disso, água e gases ocupam os poros (macro e micro) existentes no material. A dimensão destas partículas varia entre fragmentos de rocha (algumas vezes de tamanho considera- velmente grande) até partículas microscópicas. Neste contexto é importante compreender o que ocorre quando o fenômeno de interação entre partículas acontece em escala microscópica, pois é neste cenário que ocorrem fenômenos importantes para o comportamento físico do solo. De forma altamente esquemática, a figura 3.11 representa as forças que atuam entre partí- culas microscópicas e adjacentes. Seriam elas: Fm – força de contato mineral-mineral; Fa – força de contato ar-mineral ou ar-ar;
movimento. As três primeiras seriam: o atrito provocado pelo mesmo peso terá a mesma resistência no início do movimento, embora as áreas ou comprimento de contato sejam diferentes; o atrito provoca o dobro do esforço se o peso for dobrado; o atrito depende da natureza dos materiais em contato (BASSALO, 2011).
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argila) e superficialmente mais uniformes, é improvável que haja contato direto face a face, devido às forças de superfície, ficando o atrito restrito a contatos através das películas de água adsorvida e de eventuais vértices existentes.
Tabela 3.2. Relação entre a área superficial exis- tente em partículas (de forma cúbica) de tamanhos diferentes ocupando o mesmo volume (10-9m^3 ).
Tipo de Material
Ordem de Grandeza (m)
Número de Partículas
Área Superficial (m^2 )
Areia Grossa 10 -^3 1 6x10-^6
Areia Fina 10
Argila 10 -^6 109 6x10-^3
Sendo a placa representada na figura 3. um bloco de solo cuja área de contato aparente é A , as considerações das equações 3.25 a 3. explicariam o fenômeno macroscópico, desde que as superfícies em contato fossem perfeita- mente lisas. No entanto, no nível microscópico a área real de contato entre as partículas seriam significativamente menores devido às imperfei- ções das superfícies, resultando tensões transmi- tidas proporcionalmente maiores, a ponto de provocar plastificação do material nos pontos de contato.
Como já discutido, a presença de água adsorvida sugere que, em muitos casos, não ocorre contato direto mineral-mineral, sendo os esforços transmitidos, portanto, pela película de água. Um exemplo dessa situação é representado na figura 3.13(a), onde se observa que placas de argila montmorilonítica sódica úmida, de mes- mas dimensões, são submetidas a uma força
normal de 40,53N atuando numa área de contato de 4.10-4m^2 , resultando numa pressão de 101,3 Mpa (equivalente a 1 atmosfera - atm ). Nestas condições as placas estariam espaçadas entre si de 115Å, indicando a possibilidade de distribuição de esforços sem que haja contato direto entre os minerais, uma vez que a tensão necessária para expulsar a água adsorvida neste material seria de aproximadamente 5.420atm. O gráfico registra o comportamento relativo ao distanciamento das placas, à medida que a tensão aumenta.
Figura 3.12. Representação da vista microscó- pica das áreas de contato e das forças resistentes que ocorrem entre as partículas do solo. Adaptado de Mitchell (1993) e Lambe & Whitman (1979).
A figura 3.13(b) retrata a situação em que as placas de argila são substituídas por partículas de areia equidimencionais, com diâmetro apro- ximado de 6.10-4m, conservando a mesma área de contato aparente (4.10-4m^2 ). Medições reali- zadas para este caso mostram que a área real de
Características físicas do solo
contato é de somente 0,03% da área de contato aparente. Nestas condições a tensão transmitida seria maior que 3.333atm, suficiente para expulsar a película de água adsorvida pela areia, propor- cionado contato entre os minerais presentes.
Evidentemente que estas são situações limites e na realidade o solo é uma mistura de partículas de composição química variada, assim como dimensões e formas diversas o que resulta em distribuição de tensões que representam estados intermediários entre os estudados.
Figura 3.13. Transmissão de tensões entre partículas do solo. Adaptado de Lambe & Whitman (1979).
3.3.3 Coesão
O fenômeno denominado coesão ocorre em função da capacidade de adsorção de água pelas partículas de solo, conferindo-lhe proprieda- des coloidais e sua importância é muito grande no caso de partículas de dimensões reduzidas sendo, portanto, característica dos solos de textura fina.
Verifica-se que a coesão existe indepen- dente de quaisquer tensões aplicadas no solo e persiste, mesmo quando todas as tensões pré- existentes forem retiradas. Os solos ditos coesos possuem a propriedade de manter suas partículas agregadas na forma de torrões ou blocos, po- dendo ser “cortados” em novos blocos, os quais mantêm suas formas.
Características físicas do solo
𝑃𝑐 = A ∙
Considerando solos saturados, à tempera- tura de 20oC, cujas curvaturas dos meniscos capilares apresentam ordem de grandeza equi- valente ao diâmetro das partículas e que a área de contato unitária seja da mesma ordem de grandeza de sua porosidade, o valor de Pc poderia ser calculado. Como exemplo, pode-se imaginar um solo arenoso com partículas de diâmetro médio de 3.10-4m e porosidade de 45%; outro solo, argi- loso com partículas de diâmetro de 1,5.10-6m e porosidade de 60%. Os valores de tensão super- ficial ( Ts ) da água podem ser obtidos na figura A12, no apêndice 2. Os valores de Pc seriam:
𝑃𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎 = 0 , 45 ∙ 2 ∙ 6 , 96 ∙ 10 −^2 3 ∙ 10 −^4 =^0 ,^21 𝑘𝑁𝑚
− 1
𝑃𝑎𝑟𝑔𝑖𝑙𝑎 = 0 , 6 ∙ 2 ∙ 6 , 96 ∙ 10 −^2 1 , 5 ∙ 10 −^6 =^55 ,^68 𝑘𝑁𝑚
− 1
Nestas condições, a coesão apresentada pelo solo argiloso é da ordem de 265 vezes maior que a do solo arenoso.
A figura 3.16 apresenta a quantificação das forças coesivas atuantes no solo, em função do tamanho das partículas.
Na mecanização da agricultura a existência de forças internas entre as partículas é de funda- mental importância, pois sua atuação interfere no resultado das operações de mobilização do solo, tanto nas relações solo-ferramenta quanto na interação solo-rodado. No caso de solos cultivados ocorre migração de partículas de argila dos horizontes superficiais para os subsuperficiais (argiluviação). Embora este seja um processo natural, ele é acelerado pelas modificações estruturais provocadas por operações agrícolas
(^29) Johannes Diderik Van der Waals (1837-1923): físico holandês. Seu trabalho e descoberta sobre as forças que atuam em partículas de dimensões moleculares de um gás, devido à variação de seu tamanho, conferiu a elas a
de manejo que resultam em maior dispersão des- tas partículas. Por esta razão pode-se afirmar que ocorrem intensas modificações estruturais nestes solos. A presença de água adsorvida que atua na transmissão de forças de origem eletroquímica ganha relevância quando a distância entre as partículas é menor que 25Å. Também ocorrem relações eletromagnéticas, do tipo forças de Van der Waals^29 , quando as partículas são de dimen- sões da ordem de 1μm.
Figura 3.15. Coesão aparente devido a forças mecânicas. Adaptado de Mitchell (1993) e Vargas (1977).
No caso de solos não saturados, a água ocupa parcialmente os espaços vazios (poros) entre suas partículas, provocando uma situação na qual as tensões no fluido são negativas e rece- bem o nome de sucção. Evidentemente, tal condi- ção apresenta grande variabilidade, em função da alteração da quantidade de água existente no meio. A figura 3.17 ilustra a situação de tensão em solos saturados e não saturados. O nome aparente dado a esta forma de coesão do solo
denominação de forças de Van der Waals e por este feito foi agraciado com o Nobel de Física de 1910 (Nobel Prize, 2015).
Comportamento mecânico do solo em operações agrícolas
deve-se ao fato de que ela desaparece quando o solo se torna totalmente saturado ou seca comple- tamente. Verifica-se, também que sua ação aumenta inversamente com o diâmetro médio das partículas.
As forças mecânicas aparentes são causa- das pela geometria associada à acomodação das partículas do solo, como ilustrado na figura 3.15. A rugosidade microscópica das superfícies de con- tato poderão gerar tensões de cisalhamento pela acomodação entre as superfícies, mesmo que não exista tensão normal na superfície macroscópica, durante o deslizamento relativo.
Figura 3.16. Contribuição potencial das forças de atração existentes no solo, em função das dimensões das partículas. Adaptado de Ingles (1962) citado por Mitchell (1993).
Figura 3.17. Distribuição da poropressão no solo, em função da profundidade. O fenômeno é associado à tensão superficial, adsorção de água pelas partículas do solo e capilaridade. Na região não saturada (a), a ação da água adsorvida age como uma “cola”, o que resulta em poropressão negativa causando a coesão aparente. No solo saturado (b) a tensão superficial provoca tensões positivas. Adaptado de Lambe & Withman (1979) e Gerscovich (2011).
