O fenômeno de dilatação do solo descreve a variação de volume observada nos materiais granulares quando submetidos ao cisalhamento. Este efeito foi descrito cientificamente pela primeira vez por Osborne Reynolds em 1885-86.
Ao contrário da maioria dos outros materiais sólidos, um material granular compactado tende a se expandir ( expandir em volume) quando cisalhado. Isso vem do emaranhado dos grãos no estado compactado: esses grãos, portanto, não têm a possibilidade de se rearranjar por simples deslizamento. Quando o cacho de grãos é carregado, ocorre um fenômeno de arqueamento entre os grãos vizinhos, o que produz uma expansão da amostra. Por outro lado, ao comprimir um material granular inicialmente solto, ele começa a se compactar em vez de se expandir sob cisalhamento. Um material granular é chamado de dilatação se seu volume aumenta sob cisalhamento crescente e contração se seu volume diminui à medida que o cisalhamento aumenta.
A expansão é uma propriedade comum aos solos e areias . Podemos ver a manifestação disso nos rastros que deixamos ao caminhar na areia. A impressão aumenta à medida que seca e a água dos poros preenche o espaço entre os grãos de areia.
A dilatância é um objeto de estudo para reologistas , mas faz parte do campo mais geral da mecânica do solo .
O fenômeno de dilatância pode ser observado em um teste de cisalhamento simples em uma amostra de areia densa. Nos estágios iniciais de deformação, a distorção diminui a variação relativa de volume; mas quando a tensão se aproxima de seu valor de pico, a variação relativa no volume aumenta novamente. Ao empurrar o cisalhamento longe o suficiente, a amostra de solo acaba ocupando um volume maior do que ocupava inicialmente.
O aumento relativo no volume depende muito da densidade do solo: em geral, quanto mais densa a amostra de solo, mais sensível é a mudança de volume ao cisalhamento. Também foi observado que o ângulo de atrito interno diminui à medida que a tensão normal efetiva diminui .
A relação entre dilatância e fricção interna é algumas vezes representada pictoricamente pelo modelo "dente de serra", onde o ângulo de dilatação é análogo ao ângulo dos dentes com a horizontal. Com base em tal modelo, pode ser mostrado que para um solo não expansível, o ângulo de atrito interno aparente é igual ao ângulo de expansão mais o ângulo de atrito.
A dilatância explica que o ângulo de atrito interno aumenta com a taxa de confinamento de um solo, até atingir um máximo (valor de pico), mas depois diminui repentinamente: este colapso do atrito interno de areias dilatadas deve ser levado em consideração. conta em estruturas (aterros, pilares e fundações ou túneis).