Fundamentos de Mecânica dos solos

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2019
1a Edição
Fundamentos de mecânica 
dos solos
Profa. Narayana Saniele Massocco
Copyright © UNIASSELVI 2019
Elaboração:
Profa. Narayana Saniele Massocco
Revisão, Diagramação e Produção:
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI
Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri 
UNIASSELVI – Indaial.
Impresso por:
M419f
 Massocco, Narayana Saniele
 Fundamentos de mecânica dos solos. / Narayana Saniele Massocco. – 
Indaial: UNIASSELVI, 2019.
 205 p.; il.
 ISBN 978-85-515-0286-0
1. Mecânica do solo. - Brasil. II. Centro Universitário Leonardo Da Vinci.
CDD 624.151
III
apresentação
Olá, caro aluno de Engenharia da UNIASSELVI.
Bem-vindo a mais um módulo! Este livro refere-se ao curso de 
Fundamentos da Mecânica dos Solos. 
Você, aluno de Engenharia, que está acostumado a analisar os esforços 
de materiais como aço e concreto, cujas propriedades são relativamente bem 
ajustadas, terá que lidar com um material denominado solo e a rocha. 
Na construção civil, a Engenharia é bem definida quando escolhemos 
a estrutura que queremos construir, porém qual fundação utilizar? Isso 
dependerá do solo no qual aquela estrutura deverá ser apoiada. O tipo de 
solo determina a condição básica para as fundações. Em obras de terras, por 
exemplo, dependendo do tipo de constituição do perfil de solo, a mudança 
no projeto é bastante evidente, pois afeta diretamente a economia do 
empreendimento.
O estudo do comportamento do solo vem desde Coulomb (1773), 
Rankine (1856), Darcy (1856) e Terzaghi (1936). Estes verificaram a 
necessidade de estudar o comportamento dos solos quando as tensões são 
aplicadas, por exemplo, em fundações, e quando as tensões são aliviadas, no 
caso de escavações. Além disso, a Mecânica dos Solos estuda o escoamento 
da água no solo pelos seus vazios e isto constitui a Engenharia Geotécnica ou 
Engenharia de Solos.
A análise técnica do solo, ou seja, a Geotecnia, é fundamental para a 
nossa formação como engenheiros, pois não adianta sabermos construir um 
prédio se não temos noções do substrato geológico em que essa estrutura será 
apoiada. A partir disso, a proposta deste livro é mostrar os conceitos básicos 
de Mecânica dos Solos, explorar a origem e estruturas do solo, conhecer as 
relações entre as fases do solo, classificá-lo a partir de ensaios de granulometria 
e limites de consistência, estudar a influência da água no solo e, por fim, ter 
noções básicas de investigação do solo.
Para um melhor aprendizado, este curso divide-se em três unidades. 
A Unidade 1 contempla os conteúdos de origem e formação dos solos 
e sobre as estruturas dos solos e seus índices físicos. 
A Unidade 2 define a representatividade do solo em termos de 
granulometria, plasticidade e consistência e, por fim, a classificação do solo. 
IV
Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto 
para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há 
novidades em nosso material.
Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é 
o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um 
formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. 
O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova 
diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também 
contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo.
Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, 
apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade 
de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. 
 
Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para 
apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto 
em questão. 
Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas 
institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa 
continuar seus estudos com um material de qualidade.
Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de 
Desempenho de Estudantes – ENADE. 
 
Bons estudos!
A Unidade 3 foca na condição de água nos solos, características básicas 
de percolação, finalizando com os passos de uma investigação do subsolo.
Bons estudos.
Profa. Narayana Saniele Massocco
NOTA
V
VI
VII
UNIDADE 1 – FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS ............................................................. 1
TÓPICO 1 – ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS ...................................................................... 3
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 3
2 TIPOS DE ROCHA ............................................................................................................................... 4
3 COMPOSIÇÃO QUÍMICA E MINERALÓGICA DOS SOLOS ................................................. 10
3.1 TAMANHO DAS PARTÍCULAS ................................................................................................... 10
3.2 CONSTITUIÇÃO MINERALÓGICA ............................................................................................ 13
3.3 ESTRUTURA SOLO-ÁGUA-AR .................................................................................................... 16
4 TIPOS DE SOLOS ................................................................................................................................ 17
4.1 SOLOS RESIDUAIS ......................................................................................................................... 18
4.2 SOLOS ORGÂNICOS ..................................................................................................................... 19
4.3 SOLOS PEDOGÊNICOS ................................................................................................................. 20
4.4 SOLOS SEDIMENTARES (TRANSPORTADOS) ........................................................................ 21
RESUMO DO TÓPICO 1........................................................................................................................ 22
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 23
TÓPICO 2 – ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS .................................................. 27
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 27
2 NATUREZA DAS PARTÍCULAS ..................................................................................................... 27
2.1 ESTRUTURAS EM SOLOS NÃO COESIVOS ............................................................................. 28
2.2 ESTRUTURAS EM SOLOS COESIVOS ........................................................................................ 32
3 SUPERFÍCIE ESPECÍFICA ................................................................................................................. 36
4 FORMA DAS PARTÍCULAS ............................................................................................................. 38
5 RELAÇÕES ENTRE AS FASES DOS SOLOS ................................................................................ 39
5.1 RELAÇÕES FÍSICAS ENTRE AS FASES DO SOLO ................................................................... 41
5.2 RELAÇÃO DAS FASES ENTRE VOLUMES .............................................................................. 42
5.3 RELAÇÕES DAS FASES ENTRE MASSAS E PESOS ................................................................. 43
6 ÍNDICES FÍSICOS: TEOR DE UMIDADE, MASSA ESPECÍFICA APARENTE E REAL,ÍNDICE DE VAZIOS, POROSIDADE, GRAU DE SATURAÇÃO ............................................. 44
6.1 UMIDADE ....................................................................................................................................... 44
6.2 ÍNDICE DE VAZIOS ........................................................................................................................ 45
6.3 POROSIDADE .................................................................................................................................. 45
6.4 GRAU DE SATURAÇÃO ................................................................................................................ 45
6.5 PESO ESPECÍFICO DO SÓLIDO ................................................................................................... 46
6.5.1 Peso específico da água .......................................................................................................... 46
6.5.2 Peso específico natural ........................................................................................................... 47
6.5.3 Peso específico aparente seco ................................................................................................ 47
6.5.4 Peso específico aparente saturado ........................................................................................ 47
6.5.5 Peso específico submerso ....................................................................................................... 47
6.5.6 Densidade relativa dos grãos (Gs)........................................................................................ 47
6.6 RELAÇÕES ENTRE ÍNDICES FÍSICOS ....................................................................................... 48
LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................... 50
RESUMO DO TÓPICO 2........................................................................................................................ 52
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 53
sumário
VIII
UNIDADE 2 – O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS...............................................59
TÓPICO 1 – GRANULOMETRIA .....................................................................................................61
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................61
2 PREPARAÇÃO DA AMOSTRA .....................................................................................................61
2.1 PENEIRAMENTO GROSSO .......................................................................................................65
2.2 PENEIRAMENTO FINO ............................................................................................................65
2.3 SEDIMENTAÇÃO ........................................................................................................................66
2.4 DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA ....................................................................................68
2.5 ANÁLISE GRÁFICA DE UMA CURVA GRANULOMÉTRICA ...........................................70
RESUMO DO TÓPICO 1.....................................................................................................................73
AUTOATIVIDADE ..............................................................................................................................74
TÓPICO 2 – PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA .......................................................................79
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................79
2 ESTADOS DE CONSISTÊNCIA ....................................................................................................80
3 LIMITE DE LIQUIDEZ .....................................................................................................................82
4 LIMITE DE PLASTICIDADE ..........................................................................................................87
5 LIMITE DE CONTRAÇÃO ..............................................................................................................89
RESUMO DO TÓPICO 2.....................................................................................................................95
AUTOATIVIDADE ..............................................................................................................................96
TÓPICO 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS ................................................................................99
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................99
2 SISTEMA TRILINEAR: USDA .......................................................................................................100
3 SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO (AASHTO)..............................................................................101
LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................114
RESUMO DO TÓPICO 3.....................................................................................................................118
AUTOATIVIDADE ..............................................................................................................................119
UNIDADE 3 – INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS ....................................................121
TÓPICO 1 – INTRODUÇÃO ÀS TENSÕES NO SOLO ...............................................................123
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................123
2 CONCEITO DE TENSÕES ..............................................................................................................124
3 TENSÕES DEVIDO AO PESO PRÓPRIO: CONDIÇÃO SECA OU NATURAL .................126
4 TENSÕES DEVIDO AO PESO PRÓPRIO: CONDIÇÃO GEOSTÁTICA COM ÁGUA ....129
4.1 PRESSÃO NEUTRA ....................................................................................................................129
4.2 TENSÕES EFETIVAS: DEFINIÇÕES DE TERZAGHI .............................................................130
5 CAPILARIDADE NO SOLO ...........................................................................................................133
RESUMO DO TÓPICO 1.....................................................................................................................139
AUTOATIVIDADE ..............................................................................................................................140
TÓPICO 2 – PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO ............................143
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................143
2 ÁGUA NO SOLO SEM FLUXO .....................................................................................................143
3 ÁGUA NO SOLO COM FLUXO: LEI DE DARCY ......................................................................145
3.1 CARGAS HIDRÁULICAS ...........................................................................................................147
3.2 VELOCIDADE DE DESCARGA E VELOCIDADE REAL ......................................................151
3.3 COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE (k) .............................................................................153
3.4 FORÇA DE PERCOLAÇÃO .......................................................................................................159
3.5 TENSÕES NO SOLO DEVIDO À PERCOLAÇÃO .................................................................160
IX
3.6 GRADIENTE CRÍTICO ...............................................................................................................162RESUMO DO TÓPICO 2.....................................................................................................................163
AUTOATIVIDADE ..............................................................................................................................164
TÓPICO 3 – INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO ..............................................................................167
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................167
2 RETIRADA DE AMOSTRAS .........................................................................................................168
3 ENSAIOS DE CAMPO .....................................................................................................................170
3.1 STANDARD PENETRATION TEST (SPT) .................................................................................170
3.2 ENSAIO DE CONE (CPT) E PIEZOCONE (CPTU) .................................................................175
3.3 ENSAIO DE PALHETA (VANE TEST) .......................................................................................177
3.4 SONDAGEM ROTATIVA ...........................................................................................................180
3.5 ENSAIO PRESSIOMÉTRICO .....................................................................................................181
4 ENSAIOS DE LABORATÓRIO ......................................................................................................181
5 PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO ..............................................................................................184
LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................186
RESUMO DO TÓPICO 3.....................................................................................................................199
AUTOATIVIDADE ..............................................................................................................................200
REFERÊNCIAS ......................................................................................................................................203
X
1
UNIDADE 1
FORMAÇÃO E NATUREZA DOS 
SOLOS
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:
• identificar a composição do solo e a influência no comportamento;
• diferenciar as diversas formações dos solos residuais, transportados, 
orgânicos e lateríticos;
• conhecer as relações entre as fases do solo;
• saber calcular os índices físicos do solo.
Esta unidade está dividida em dois tópicos. No decorrer da unidade 
você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo 
apresentado.
TÓPICO 1 – ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
TÓPICO 2 – ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
2
3
TÓPICO 1
UNIDADE 1
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
1 INTRODUÇÃO
Os solos são, na maior parte, produtos da desintegração e da decomposição 
das rochas constituintes da crosta terrestre. Estas rochas, por sua vez, podem 
resultar da cristalização de magma ejetado do interior da Terra para a crosta 
terrestre ou podem ter se desenvolvido a partir da alteração de outras rochas em 
resultado de variações de pressão e temperatura.
As rochas originais com o tempo podem vir a se desintegrar e decompor-
se em solos, os quais, por sua vez, no momento em que são sujeitos a superiores 
pressões e temperaturas, se modificam novamente em matéria rochosa constituindo 
as chamadas rochas sedimentares. Se as temperaturas forem suficientemente 
altas, as partículas individuais do solo podem perder a sua identidade numa 
massa em fusão que, recristalizando, forma as rochas metamórficas.
Nesses processos de formação dos solos e das rochas na crosta terrestre, 
as rochas e os solos podem se formar alternadamente muitas vezes, sendo 
ocasionalmente desintegrados e reagregados os materiais da crosta. 
Com a exposição à superfície da Terra, o maciço rochoso fraturado estará 
submetido à ação física da água, do vento e da gravidade, fazendo blocos da massa 
rochosa original se desligarem e se moverem para novas posições de equilíbrio. 
“O movimento será geralmente acompanhado por novo fraturamento e fissuração 
de cada bloco, quando este entra em contato com outras rochas ou fragmentos, 
à medida que é movido e cai em resultado do vento, da água ou da ação do gelo 
nas fissuras” (FERNANDES, 2016, p. 99). Assim, qualquer massa rochosa tende 
a ser gradualmente desintegrada em fragmentos cada vez menores, formando os 
solos. Esse processo é designado intemperismo. Quanto mais aqueles fragmentos 
entram em contato com outros em resultado do escorregamento pelas encostas, 
do transporte pelos cursos de água ao longo dos respectivos leitos ou pelo vento 
sobre desertos, tanto mais arredondados tornam. 
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
4
À medida que os grãos do solo se tornam cada vez menores, a sua 
massa diminui de tal forma que, para minerais com determinada 
resistência, atinge-se o limite a partir do qual as tensões resultantes 
do choque dos grãos com qualquer outra massa deixam de ser 
suficientes para ocasionar fraturas e subdivisões nos mesmos grãos 
(FERNANDES, 2016, p. 100).
Desse modo, os processos físicos de formação dos solos têm um limite 
inferior no que diz respeito às dimensões médias das partículas dos solos 
que originam (com exceção já referida dos solos de origem glaciar). Se outros 
processos de tipo diferente não existissem, entre os grãos mais finos dos solos não 
haveria, em média, dimensões inferiores a algumas dezenas de mícrons (0,001 
mm). Contudo, existem de fato processos de outro tipo – processos químicos –, 
que intervêm também na formação dos solos.
As reações químicas entre os ácidos dissolvidos na água e as partículas do 
solo dão lugar à solução de minerais presentes nos grãos; esses minerais em solução 
recombinarão e recristalizarão sob diferentes condições de pressão e temperatura 
em outros pontos nos quais a água os conduzir, dando lugar a novos minerais.
Esse processo tende a criar partículas minerais muito pequenas, de forma 
laminar, com diâmetro ou comprimento dezenas ou centenas de vezes superiores 
à respectiva espessura, em contraste com as partículas aproximadamente 
equidimensionais formadas pela alteração física das rochas. “Os novos minerais 
formados pela ação química são conhecidos como minerais de argila e as 
partículas que os constituem tem diâmetros que vão de algumas dezenas de 
mícrons a alguns centésimos do mícron” (FERNANDES, 2016, p. 101).
Muitos processos estão envolvidos na transformação das rochas em 
solos. Com a alta diversidade de processos naturais disponíveis, nota-se que a 
diversidade de solos daqueles que podem resultar é grandiosa. Desse modo, este 
tópico visa definir os diferentes tipos de rochas com o tipo de processo ao qual 
elas se submetem.
2 TIPOS DE ROCHA
Quando falamos de solos, lembramos de rocha e basicamente sabemos 
que esta, por sua vez, tem características provenientes da crosta terrestre, ou seja, 
onde habitamos. As rochas, conhecidas como agregados naturais de um ou mais 
minerais, são divididas em três tipos: sedimentares, metamórficas e magmáticas 
(ígneas). Segundo Chiossi (2013, p. 22):
a) Rochas magmáticas: São aquelas formadas a partir do resfriamento e da consolidação 
do magma, um material em estado de fusão no interior da Terra. Por esse motivo, as 
rochas magmáticas são também chamadas de endógenas (Figura 1).
TÓPICO 1 | ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
5
FIGURA 1 – EXEMPLO DE ROCHAS MAGMÁTICAS TÍPICAS DO RESFRIAMENTO E 
CONSOLIDAÇÃO DO MAGMA
FONTE: Instituto de Educación Secundaria Xoán Montes, 2016
b) Rochas sedimentares: São aquelas formadas por materiais derivados da 
decomposição e desintegração de qualquer rocha. Esses materiais são 
transportados, depositados e acumulados nas regiões de topografia baixa,como 
bacias, vales e depressões. Posteriormente, pelo peso das camadas superiores 
ou pela ação cimentante da água subterrânea, consolidam-se, formando uma 
rocha sedimentar. As rochas sedimentares são também chamadas de exógenas, 
por se formarem na superfície da Terra; e estratificadas, por normalmente 
apresentarem camadas (Figura 2).
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
6
FIGURA 2 – EXEMPLO DE ROCHA SEDIMENTAR: O ARENITO É BASTANTE UTILIZADO NA 
CONSTRUÇÃO CIVIL
 (a) Arenito (b) Argilito
 (a) Quartzito (b) Mármore
FONTE: Native Garden Design (2018)
c) Rochas metamórficas: São aquelas originadas pela ação da pressão da 
temperatura e de soluções químicas em outra rocha qualquer. Por meio desses 
fatores, as rochas podem sofrer dois tipos de alterações básicas: a) Na sua 
estrutura, principalmente pela ação da pressão, que irá orientar os minerais, 
ou pela ação da temperatura, que irá recristalizá-los; b) Na sua composição 
mineralógica, pela ação conjunta dos dois fatores citados, bem como de 
soluções químicas (Figura 3).
FIGURA 3 – EXEMPLOS DE ROCHAS METAMÓRFICAS COMUNS
FONTE: Núcleo de Geotecnia UFJF (2018, p. 30)
O interessante é que os processos de formação das rochas estão 
interligados entre si. A Figura 4 mostra isso de forma mais clara. Percebe-se que, 
através da solidificação do magma, formam-se as rochas magmáticas, a partir 
disso, com a variação de calor e pressão com o metamorfismo, as rochas se tornam 
TÓPICO 1 | ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
7
metamórficas, a ação do intemperismo e transporte e deposição dão surgimento 
ao solo (sedimentos) e, por fim, através da compressão e cimentação (litificação), 
surgem as rochas sedimentares.
Você sabia que a crosta terrestre é constituída em volume por 95% de 
rochas magmáticas e 5% de rochas sedimentares? Porém, quando falamos em área de 
rocha, as rochas sedimentares avançam com 75% da área da crosta, ganhando de 25% 
das rochas magmáticas.
NOTA
FIGURA 4 –CICLO E FORMAÇÕES DOS DIFERENTES TIPOS DE ROCHA
FONTE: Ferreira (2012, p. 30)
Por que estamos falando de rocha e não de solo? Os solos provêm da 
decomposição das rochas que compunham inicialmente a crosta terrestre. Por 
isso devemos retomar o assunto rocha. Segundo Chiossi (2013), o intemperismo, 
ou meteorização, é primordial para a formação do solo, pois é o conjunto 
de processos que ocasiona a desintegração e a decomposição de rochas e dos 
minerais, por ação de agentes atmosféricos e biológicos. 
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
8
Não existe processo algum que seja tão geral que se desenvolva em formas 
variadas como o intemperismo, e, em toda a superfície terrestre, não existe rocha 
alguma que possa escapar da sua ação. Até mesmo uma rocha tão resistente 
quanto o granito, quando sujeita por muito tempo ao intemperismo, chega a 
desfazer-se entre os dedos. A maior importância geológica do intemperismo está 
na destruição das rochas, com a consequente produção de outros materiais, que 
irão constituir os solos, os sedimentos e as rochas sedimentares (CHIOSSI, 2013).
A decomposição ocorre devido aos agentes físicos e químicos. 
Alterações de temperaturas (físico) ocasionam trincas, nas quais 
penetra água, atacando quimicamente os materiais. O congelamento 
da água nas trincas, entre outros fatores, exerce elevadas tensões, do 
que decorre maior fragmentação dos blocos. A presença da fauna e 
flora promove o ataque químico, através de hidratação, hidrólise, 
oxidação, lixiviação, troca de cátions, carbonatação, etc. O conjunto 
desses processos, que são muito mais atuantes em climas quentes do 
que em climas frios, leva à formação dos solos que, em consequência, 
são misturas de partículas pequenas que se diferenciam pelo tamanho 
e composição química (PINTO, 2006, p. 19). 
A maior ou menor concentração de cada tipo de partícula num solo depende 
da composição química da rocha que lhe deu origem.
ATENCAO
Em geral, no intemperismo físico não ocorre alteração mineralógica da 
rocha, somente fragmentação, e os principais agentes são:
a) Temperatura.
b) Água corrente e ondas.
c) Vento (com e sem partículas em suspensão).
d) Gelo (água que preenche fissuras e, ao dilatar-se, ocasiona fissuras).
O intemperismo químico é responsável pelos processos de decomposição 
por ataque químico. Um dos exemplos é a água ácida das chuvas, que forma 
argilominerais e sílica:
2 2 2 3+ →H O CO H CO (Ácido carbônico)
2 3 3 8 1 2 2 2 5 4+ → +H CO KAlS O S O Al S O (OH) (sílica + argilominerais caulinita)
TÓPICO 1 | ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
9
O intemperismo físico tende a gerar solos mais grossos, solos arenosos, por 
exemplo. No entanto, o intemperismo químico tende a gerar solos mais finos, como 
argilas e siltes.
NOTA
Por fim, o conceito de solos para engenheiros difere um pouco dos 
conceitos geológicos, uma vez que, para eles, o termo inclui todo tipo de material 
orgânico ou inorgânico inconsolidado ou parcialmente cimentado encontrado 
na superfície da Terra, materiais estes classificados em Geologia como rochas 
sedimentares ou sedimentos (CHIOSSI, 2013). 
Como foi visto, todo solo é proveniente de uma rocha preexistente, e 
desse modo, na natureza, o solo continua se modificando, ao ponto de poder 
voltar a ser rocha. Assim, o solo é formado por partículas minerais que resultam 
da desintegração física e da decomposição química das rochas, podendo também 
conter matéria orgânica. Os espaços não ocupados pelas partículas são designados 
como poros ou vazios, os quais podem conter água e ar, de forma isolada ou 
conjunta. Quando os poros estão integralmente preenchidos por água, diz-se que 
o solo está saturado, quando estão parcialmente com água, chamamos de solos 
não saturados, e totalmente sem água, chamamos de solos secos (Figura 5).
FIGURA 5 – AS CONDIÇÕES DO SOLO COM ÁGUA E SEM ÁGUA
FONTE: A autora
Desse modo, observamos que com os processos de intemperismo, 
decomposição, erosão há o surgimento dos sedimentos, e assim, denominados 
na engenharia geotécnica como solos. Os solos estão em todo globo terrestre, 
e principalmente nas regiões urbanas mais habitadas estão assentadas as 
infraestruturas, como: fundações, contenções, aterros etc. Existem vários tipos, 
formatos, tamanhos, composição de solos, e isto é essencial para entender a 
resistência desse solo e os parâmetros de cálculo para o dimensionamento de 
infraestruturas. Então, vamos entender um pouco mais?
Solo não saturado
Solo saturado
Solo Seco
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
10
3 COMPOSIÇÃO QUÍMICA E MINERALÓGICA DOS 
SOLOS
Quando analisamos um solo muitas das vezes a composição química e 
mineralógica ajudam a definir o comportamento em diferentes aspectos, entre 
eles o de compressibilidade, permeabilidade e resistência. O primeiro passo é 
definir o tamanho das partículas e após entender isto, analisaremos os aspectos 
mineralógicos dos quais o solo faz parte. Desse modo poderemos ter noções mais 
precisas sobre o solo com que estaremos lidando na pesquisa ou no cotidiano do 
projeto. Vamos começar?
3.1 TAMANHO DAS PARTÍCULAS
Segundo Pinto (2006), o tamanho das partículas é uma das primordiais 
componentes que diferencia os solos de um depósito. Solos como grãos de 
pedregulho ou a própria areia do mar, podemos identificar a olho nu, identificando, 
portanto, solos mais grossos com diâmetros perceptíveis. Com respeito aos grãos 
finos estes quando molhados, se transformam numa pasta (barro), e não se pode 
visualizar as partículas individualmente.
FIGURA 6 – SOLO ARENOSO: POSSIBILIDADE DE OBSERVAR OS GRÃOS A OLHO NU
FONTE: Meio Ambiente cultura mix (2010)
TÓPICO 1 | ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
11
FIGURA 7 – SOLO ARGILOSO: FORMAÇÃO DE PASTA. DIFICULDADE DE ENXERGAR 
OS GRÃOS A OLHO NU
FONTE: Meio Ambiente cultura mix (2010)
A diversidade do tamanho dos grãosé enorme. Não se percebe isto em 
um primeiro contato com o material, simplesmente porque todos parecem muito 
pequenos perante os materiais com os quais se está acostumado a lidar. Mas 
alguns são consideravelmente menores do que outros. Existem grãos de areia com 
dimensões de 1 a 2 mm e existem partículas de argila com espessura da ordem de 
10 Angstrons (0,000001 mm). “Isto significa que, se uma partícula de argila fosse 
ampliada de forma a ficar com o tamanho de uma folha de papel, o grão de areia 
citado ficaria com diâmetro da ordem de 100 a 200m” (PINTO, 2006, p. 30).
FIGURA 8 – RELAÇÃO ENTRE O GRÃO DE AREIA E O GRÃO DE ARGILA
gr
ão
 de
 ar
gil
a
grã
o d
e a
rei
a
20
0 x
 gr
ão
 de
 ar
gil
a
FONTE: A autora
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
12
Sabemos, portanto, que no solo, devido à diversidade de tamanho de 
partículas, existem diferentes tipos de solos com porções e quantidades infi nitas de 
dimensão de grãos. Porém, solos areno-argilosos são um exemplo de difi culdade 
de identifi car o tamanho da partícula apenas a olho nu. Desse modo, sabemos 
que há difi culdade de identifi car o tamanho das partículas, pois os solos podem 
estar envoltos por uma grande quantidade de partículas argilosas, fi níssimas, 
fi cando com o mesmo aspecto de uma aglomeração formada exclusivamente por 
uma grande quantidade dessas partículas. 
A ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) determina uma faixa 
de valores que denominam e caracterizam o grão. Os valores adotados pela ABNT 
são indicados na Figura 9, lembrando que a fi gura é meramente ilustrativa. 
FIGURA 9 – DEFINIÇÃO DOS TAMANHOS DOS GRÃOS A PARTIR DA ABNT
FONTE: A autora, adaptado de Núcleo de Geotecnia UFJF (2018) 
Diferentemente da terminologia adotada pela ABNT, a separação entre 
as frações silte e areia é frequentemente tomada como 0,075 mm, correspondente 
à abertura de peneira n° 200, que é a mais fi na peneira correntemente usada nos 
laboratórios. O conjunto de silte e argila é denominado como a fração de fi nos 
do solo, enquanto o conjunto areia e pedregulho é denominado fração grossa ou 
grosseira do solo. “Por outro lado, a fração argila é considerada, com frequência, 
como fração abaixo do diâmetro de 0,002 mm, que corresponde ao tamanho 
mais próximo das partículas de constituição mineralógica dos minerais-argila” 
(PINTO, 2006, p. 20).
Para um melhor entendimento, a classifi cação das partículas mais 
detalhada segundo a NBR6502 é apresentada na Tabela 1.
TÓPICO 1 | ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
13
TABELA 1 – CLASSIFICAÇÃO DAS PARTÍCULAS SEGUNDO A NBR6502
Solo Dimensão [mm]
Matacões Φ>250
Pedra de mão 60<Φ<250
Pedregulho grosso 20<Φ<60
Pedregulho médio 6<Φ<20
Pedregulho fino 2<Φ<6
Areia grossa 0,6<Φ<2
Areia média 0,2<Φ<0,6
Areia fina 0,06<Φ<0,2
Siltes 0,002<Φ<0,06
Argilas Φ<0,002
FONTE: A autora, adaptado de NBR6502 (1995)
Os grãos de argila são os menores constituintes em tamanho, ganhando até 
dos grãos de siltes, que vêm logo em seguida.
NOTA
3.2 CONSTITUIÇÃO MINERALÓGICA
As partículas resultantes da desagregação da rocha dependem da 
composição da rocha matriz. Nos itens anteriores verificamos que o intemperismo 
é um fator-chave para a formação do solo, pois ajuda na desagregação por meio 
de ações físicas, químicas e biológicas. Verifica-se também que, dependendo do 
tipo de rocha fragmentada, forma-se um tipo de solo. Desse modo, os diferentes 
tipos de solo possuem minerais distintos, ou seja, essa é outra forma de identificar 
o solo: a partir da constituição mineralógica.
As partículas maiores, como pedregulhos e matacões, na grande maioria 
são constituídas frequentemente de agregações de minerais que são bastante 
resistentes ao intemperismo, por exemplo, rochas que possuem o quartzo como 
um mineral presente na sua constituição. O quartzo é altamente resistente, e, 
portanto, quando há a desagregação, torna-se evidente em uma porção de solo. 
Nós observamos este fato em solos que vêm de rochas graníticas, fica evidente 
que o solo é decomposto, mas os grãos de quartzo permanecem inalterados. 
Segundo Pinto (2006), sua composição química é simples, SiO2, as partículas 
são equidimensionais, como cubos ou esferas, e apresentam baixa atividade 
superficial. Outros minerais, como feldspato, gipsita, calcita e mica, também 
podem ser encontrados nesse tamanho.
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
14
Quando falamos de feldspatos, verificamos que estes são minerais mais 
atacados pela natureza e dão origem aos argilominerais, que constituem a 
fração mais fina dos solos, geralmente com dimensão inferior a 2 mm. “Não só 
o reduzido tamanho, mas, principalmente, a constituição mineralógica faz com 
que essas partículas tenham um comportamento extremamente diferenciado em 
relação ao dos grãos de silte e areia” (PINTO, 2006, p. 20).
FIGURA 10 – DIFERENÇA MINERALÓGICA DOS PRINCIPAIS MINERAIS CONSTITUÍDOS NA 
ROCHA PARA FORMAÇÃO DO SOLO
Quartzo
SiO2
Forma grãos 
de silte e areia 
Resistente a 
desagregação
Feldspato
SiO2+AL(OH)3
Forma os 
argilominerais
São minerais 
mais atacados 
pela natureza
FONTE: A autora
Os argilominerais apresentam uma estrutura complexa. Os mais comuns 
são a caulinita, ilita e a montmorilonita, que apresentam comportamentos bem 
distintos, principalmente na presença de água. São elas que conferem coesão 
e plasticidade aos solos. Suas estruturas são distintas entre si, o que ocasiona 
comportamentos diferentes, geralmente as caulinitas são os menos plásticos e a 
montmorilonitas os mais plásticos.
Na composição química das argilas, existem dois tipos de estrutura: 
uma estrutura de tetraedros justapostos num plano, com átomos de 
silício ligados a quatro átomos de oxigênio (SiO2) e outra de octaedros, 
em que átomos de alumínios são circundados por oxigênio ou 
hidroxilas [Al(OH)3] conhecidos como gipsita. Essas estruturas ligam-
se por meio de átomos de oxigênio que permanecem simultaneamente 
a ambas (PINTO, 2006, p. 17).
A Figura 11 representa as estruturas dos principais argilominerais. O item 
(a) corresponde as caulinitas, estas são formadas por uma camada tetraédrica 
e uma octaédrica (estrutura de 1:1), as camadas têm aproximadamente 7 Ȧ (1 
Angstron = 10-¹° m) e são unidas por pontes de hidrogênio que impedem 
sua separação e a introdução de moléculas de água entre elas. As ligações de 
hidrogênios são fracas, mas suficientemente fortes para evitar a penetração de 
água entre as unidades estruturais. Por esta razão, as caulinitas apresentam 
pequena expansão, difícil dispersão na água e baixa plasticidade.
TÓPICO 1 | ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
15
As ilitas consistem em lâminas de gipsita ligadas a duas folhas de sílica – uma 
na parte superior e outra na parte inferior, pode ser chamada de mica de argila. As 
camadas de ilita são ligadas por íons de potássio. O arranjo tetraédrico é encontrado 
entre duas estruturas (estrutura de camada 2:1), com uma espessura de cerca de 10 
Ȧ. Apenas nas ilitas, os átomos de silício das camadas de sílica são substituídos 
parcialmente por alumínio. Quando a substituição do silício das camadas de 
tetraedros por alumínio for pequena, as ligações entre as unidades estruturais 
proporcionadas pelos cátions K podem ser deficientes e permitirão a entrada de 
água; quando este processo ocorre, as ilitas chegam próximo das propriedades das 
montmorilonitas. No geral as ilitas possuem plasticidade, expansão e dispersão de 
água maior que as caulinitas e menor que as montmorilonitas.
FIGURA 11 – DIAGRAMA DAS ESTRUTURAS DOS PRINCIPAIS ARGILOMINERAIS
nH20 e cátions intercambiáveis
ba
sa
l
Va
ri
áv
el
 d
e 
es
pa
ça
m
en
to
(c) Montmorilonita(b) llita(a) Caulinita
Potássio
10 Ȧ
7,2 Ȧ
Lâmina de sílica
Lâmina de sílica
Lâmina de sílica
Lâmina de sílica
Lâmina de sílica
Lâmina de sílica
Lâmina de sílicaLâmina de sílica
Lâmina de sílica
Lâmina de sílica
Folha de gibsita
Folha de gibsita Folha de gibsita Folha de gibsita
Folha de gibsitaFolha de gibsita
FONTE: Das e Khaled(2017, p. 200) 
As partículas montmorilonitas caracterizam-se por apresentarem, sempre, 
o alumínio das camadas de octaedros substituído parcialmente ou totalmente 
por magnésio e ferro. Esta substituição gera um aumento de valências negativas 
na camada interna. A estrutura das montmorilonitas apresenta moléculas 
de água entre as unidades estruturais. Desse modo, a água penetra com mais 
facilidade, assim mostrando ser de fácil dispersão de água, grande expansão e 
alta plasticidade.
Para neutralizar as cargas negativas existem cátions livres nos solos, 
por exemplo, cálcio, Ca++, ou sódio, Na+, aderidos às partículas. 
Esses cátions atraem camadas contíguas, mas com força relativamente 
pequena, o que não impede a entrada de água entre as camadas. A 
liberdade de movimento das placas explica a elevada capacidade de 
absorção de água de certas argilas, sua expansão quando em contato 
com a água e sua contração considerável ao secar (PINTO, 2006, p. 17).
Outro fato que condiciona infinidade de comportamentos dada aos 
argilominerais é que as mudanças químicas nessas estruturas (os cátions e íons) 
são facilmente trocáveis por percolação de soluções químicas. Desse modo, o tipo 
de cátion presente numa argila condiciona o seu comportamento. Uma argila 
montmorilonita com sódio adsorvido, por exemplo, é muito mais sensível à água 
do que com cálcio adsorvido. Daí a diversidade de comportamentos apresentados 
pelas argilas e a dificuldade de correlacioná-los por meio de índices empíricos.
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
16
O tipo de cátion presente na argila determina a sua estabilidade, o que 
condiciona seu comportamento.
O conhecimento das estruturas permite o entendimento de diversos 
fenômenos notados no comportamento dos solos, um deles é a sensibilidade da argila.
UNI
UNI
3.3 ESTRUTURA SOLO-ÁGUA-AR
Quando falamos de sistema ou estrutura solo-água, recaímos no fato de 
a água entrar em contato com as partículas de solo e assim estar submersa nesse 
meio. As moléculas se orientam em relação a elas e aos íons que circundam as 
partículas. Quando duas partículas de argila, na água, estão muito próximas, 
ocorrem forças de atração e de repulsão entre elas. As forças de repulsão são 
devidas às cargas líquidas negativas que elas possuem e que ocorrem desde que 
as camadas duplas (por exemplo, na Figura 11) estejam em contato. As forças 
de atração decorrem de forças de Van der Waals e de ligações secundárias que 
atraem materiais adjacentes.
Da combinação das forças de atração e de repulsão entre as partículas 
resultam a estrutura dos solos e as forças entre elas. Considera-se a existência de 
dois tipos básicos de estrutura:
a) Floculada, quando os contatos se fazem por faces e arestas.
b) Dispersa, quando as partículas se posicionam paralelamente.
Estas estruturas (floculada e dispersa) são consideradas simplificadas, 
pois para solos residuais e compactados, a posição da partícula é mais elaborada. 
Existem aglomerações de partículas argilosas que constituem em vazios de 
maiores dimensões e existem microporos nos vazios entre as partículas argilosas 
que constituem as aglomerações. Segundo Pinto (2006), esses tipos de estrutura 
comprovam certos comportamentos do solo, como a elevada permeabilidade de 
certos solos residuais argilosos em seu estado natural.
TÓPICO 1 | ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
17
Na engenharia geotécnica, o solo pode ser visualizado como um esqueleto 
de partículas sólidas compressível. Este esqueleto, na condição saturada, tem 
seus vazios preenchidos por água, e na condição não saturada tem, em seus 
vazios, ar e água. A Mecânica dos Solos clássica foi desenvolvida baseando-
se no comportamento do solo na condição saturada; por isso, a previsão do 
comportamento mecânico e suas propriedades hidráulicas são atualmente bem 
estabelecidas na teoria e na prática para o solo saturado. Porém, o solo nem sempre 
se apresenta na condição saturada. Em regiões de clima árido e semiárido, onde a 
evaporação excede as precipitações, é comprovado que existe um comportamento 
diferenciado ao solo saturado.
Quando existe ar na composição solo-água, há a formação de uma 
película contrátil, também conhecida como membrana contrátil, que é defi nida 
por canais que são formados devido às tensões capilares e a água adsorvida nos 
grãos (Figura 12). Estes canais geram tensões, o que pode conferir uma maior 
resistência ao solo. Este fato chamamos de sucção.
FIGURA 12 – A SUCÇÃO MATRICIAL EM SOLO NÃO SATURADO
Partículas
Água 
capilar
Água adsorvida
FONTE: Massocco, 2017 apud Hillel (1971, p. 40)
Existem estudos, como o de Massocco (2017), que mostram o 
comportamento de solos não saturados e o efeito da sucção na resistência do solo. 
Estudar solos não saturados e todos os possíveis estados do solo é essencial para 
conhecer o seu comportamento em termos mecânicos e hidráulicos.
4 TIPOS DE SOLOS
Existem estudos como de Massocco (2017) que mostram o comportamento 
de solos não saturados e o efeito da sucção na resistência do solo. Estudar solo 
não saturados, e todos as possíveis estados do solo, é essencial para conhecer o 
seu comportamento em termos mecânicos e hidráulicos.
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
18
4.1 SOLOS RESIDUAIS
São solos provenientes da decomposição das rochas e não foram 
submetidos a ações de transporte, se conservam no local da rocha-mãe. Para que 
haja a ocorrência destes solos, é necessário que o processo de decomposição da 
rocha seja mais rápido que o processo de remoção das partículas de solo por meio 
do agente de transporte atuante.
A estrutura do solo residual depende da velocidade de alteração da rocha 
e, a partir do grau de decomposição, este tipo de solo pode ser dividido em várias 
camadas, com classificações particulares, as quais são (Figura 13):
a) Rocha sã: Rocha inalterada.
b) Alteração de rocha: Preserva parte da estrutura e seus minerais, porém com 
dureza inferior à da rocha matriz (muito fraturada).
c) Saprólito: Guarda características da rocha sã e tem basicamente os mesmos 
minerais, porém sua resistência é bem reduzida.
d) Solo residual jovem: Grande quantidade de pedregulho e bastante heterogênea 
(coloração, resistência, compressibilidade e permeabilidade).
e) Solo residual maduro: É mais homogêneo e não apresenta nenhuma relação 
com a rocha-mãe.
FIGURA 13 – PERFIL TÍPICO DE SOLO RESIDUAL 
Re
si
st
ên
ci
a
D
ef
or
m
ab
ili
da
de
Rocha sã
Rocha alterada
Saprólito
Solo jovem
Solo maduro
FONTE: Machado e Machado (2007, p. 60)
TÓPICO 1 | ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
19
Podemos perceber na Figura 13 que o perfil de rocha sã é o que determina 
o solo preexistente, desse modo, a composição química do solo vem dos minerais 
da rocha que dará existência ao solo. Percebe-se o aumento de resistência, da 
textura e da heterogeneidade com o aumento de profundidade. Desse modo, a 
coleta e análise de amostras de solo torna-se exigente de detalhes nas camadas 
superiores (saprólito e residual jovem).
Com o tempo há o surgimento de fraturas que determinam o perfil 
de alteração da rocha. Esta rocha alterada é o perfil em que a rocha inicia o 
fraturamento, logo, quando há a existência de fraturas iniciais, o perfil é chamado 
de alteração de rocha.
O surgimento dos primeiros sedimentos ocorre no solo saprolítico, 
chamamos esse nome pois é onde se inicia a formação do solo e a diminuição da 
dimensão das rochas, além disso, ocorre a diminuição da resistência em relação à 
rocha sã. É neste perfil que podemos encontrar resquícios de rocha, por exemplo, 
os matacões.
Após o surgimento do solo saprolítico, temos a formação do solo 
residual jovem, este solo possui alterações na resistência mecânica, uma vez que 
a transformação de rocha em solo não é uniforme em cada etapa, o que pode 
resultar em pedaços de rocha. 
O solo residual maduro corresponde ao mais distante da rocha sã e 
o mais próximo da superfície, isto colabora com que haja solos transportados, 
contribuindo parasua alteração em um solo com influência da ação de outros 
componentes, como: homem, vento, animais etc. Este fato corrobora para que o 
solo não tenha a mesma composição da rocha sã.
Para não esquecer o significado de solos residuais, lembramos que equivale a 
resíduos da rocha matriz e que nascem, crescem e se estabelecem no local.
NOTA
4.2 SOLOS ORGÂNICOS 
Os solos orgânicos são constituídos por sedimentos, possuem alto teor de 
matéria orgânica em decomposição e apresentam coloração escura. Estes solos são 
encontrados em regiões ribeirinhas, locais onde o nível do lençol freático é alto. 
Devido ao nível de água elevado, há a facilidade no desenvolvimento 
de plantas aquáticas, e estas, por sua vez, ao decompor-se, formam os solos 
orgânicos. Os solos turfosos são exemplos.
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
20
De acordo com Das e Khaled (2017, p. 80), estes solos possuem as seguintes 
características:
a) Teores de umidade altos (entre 200 e 300%).
b) São altamente compressíveis.
c) Os testes laboratoriais indicam que, sob carga, a grande parcela de 
recalque dá-se por recalque secundário.
FIGURA 14 – PERFIL DE SOLO TIPICAMENTE TURFOSO
FONTE: Granfield University (2018)
4.3 SOLOS PEDOGÊNICOS
São solos que após o processo de formação, são alterados por processos 
físico-químicos, como lixiviação, laterização, cimentação etc. 
O solo laterítico é um exemplo de solo pedogênico, este, por sua vez, é 
formado pelo processo de laterização do solo, que é comumente encontrado em 
regiões com grande variação entre os períodos secos e os de chuvas. O processo 
caracteriza-se pela lavagem de sílica coloidal presente nas camadas superiores do 
solo, seguida de deposição desta sílica lavada nas camadas mais profundas, o que 
faz com que este solo, na camada superficial, possua uma grande quantidade de 
óxidos de ferro e alumínio.
TÓPICO 1 | ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
21
4.4 SOLOS SEDIMENTARES (TRANSPORTADOS)
São solos que, após o processo de alteração, foram transportados para 
outros locais por algum agente transportador, tais como:
a) Solos coluviais: O transporte ocorre pela ação da gravidade e são muito 
heterogêneos. A ocorrência é localizada, em pé de encostas ou provenientes de 
escorregamentos. Apresentam boa resistência, porém elevada permeabilidade. 
São divididos em colúvio (material predominantemente fino, Serra do Mar e 
planalto brasileiro), tálus (material predominantemente grosseiro, Sul da Bahia 
e Salvador);
b) Solos aluvionares: Origem pluvial ou fluvial, fonte de materiais de construção, 
mas péssimos como fundação;
c) Solos eólicos: O vento é o agente de transporte, os grãos tendem a ser 
arredondados e uniformes (Areias finas e siltes);
d) Solos glaciais: Localizam-se em regiões temperadas e altitudes elevadas. São os 
solos formados pelas geleiras ao se deslocarem pela ação da gravidade.
22
Neste tópico, você aprendeu que:
• O solo provém da rocha e a formação desta se dá por alterações físicas, químicas, 
fusões e variação de pressão.
• As alterações na formação resultam em três tipos de rocha: metamórfica, 
sedimentar e magmática.
• O tipo de solo depende da composição química e mineralógica e isto é 
diferenciado pelo tamanho das partículas, constituição mineralógica e estrutura 
solo-água-ar.
• Os tipos de solo se dividem em residuais, sedimentares, orgânicos e 
pedogênicos.
• Para melhor entendimento, temos a Figura 15, que corresponde ao fluxograma 
resumido deste capítulo.
RESUMO DO TÓPICO 1
FIGURA 15 – RESUMO DO CAPÍTULO ESTUDADO
Origem e Formação das 
Rochas
Tipos de solo Tipos de solo Tipos de solo Tipos de solo
Tamanho das partículas Estrutura solo-água-ar
Tipos de solo
Constituição mineralógica
Composição química e 
mineralógica
Ciclo das Rochas
Tipos de Rocha
FONTE: A autora
23
1 Em relação à origem e formação dos solos, analise as informações:
I- Os solos são materiais que resultam do intemperismo das rochas, por 
desintegração mecânica ou decomposição química.
II- Por desintegração mecânica, através de agentes como a água, temperatura 
e ação do gelo, formam-se os pedregulhos e areia.
III- Decomposição química consiste no processo em que há modificações 
químicas ou mineralógicas das rochas de origem, por meio de reações de 
óxido-redução.
IV- A formação de um solo “s” é função da rocha de origem (r), da ação de 
organismos vivos (o), do clima (cl), da fisiologia (p) e do tempo (t).
Estão CORRETAS apenas as afirmativas:
a) ( ) I, II e III.
b) ( ) I e IV. 
c) ( ) I, II e IV.
d) ( ) II, III e IV.
e) ( ) II e III.
2 As pesquisas das argilas revelam, apesar da aparência amorfa do conjunto, que 
elas são constituídas de pequeníssimos minerais cristalinos, chamados minerais 
argílicos, dentre os quais se distinguem três grupos principais, são eles:
a) ( ) Caulinitas, Montmorilonitas e Lixitas.
b) ( ) Calcitas, Montmorilonitas e Ilitas.
c) ( ) Calcitas, Montmorilonitas e Lixitas.
d) ( ) Caulinitas, Montmorilonitas e Ilitas.
e) ( ) Caulinitas, Amórficos e Ilitas.
3 Sobre como pode se dar o processo de intemperismo por meio físico, analise 
os itens a seguir e assinale (V) para o que for Verdadeiro ou (F) para o que 
for Falso:
( ) Pela variação da temperatura.
( ) Pelo congelamento da água.
( ) Pelo alívio de pressões.
( ) Pela carbonatação.
A sequência correta é:
a) ( ) F, V, V, V.
b) ( ) V, F, V, V.
AUTOATIVIDADE
24
c) ( ) V, V, F, F.
d) ( ) V, V, V, F.
e) ( ) F, F, V, F.
4 Acerca da origem e formação do solo, preencha as lacunas do texto a seguir:
Os solos ____________são os que permanecem no local da rocha de origem, 
observando-se uma gradual transição do solo até a rocha. Já os solos ____________
são os que sofrem a ação de agentes transportadores, podendo ser ____________
quando transportados pela água, _____________quando pelo vento, ____________
quando pela ação da gravidade e _______________pelas geleiras.
Assinale a alternativa que apresenta as palavras que preenchem CORRETA e 
respectivamente as lacunas:
a) ( ) orgânicos, sedimentares, residuais, eólicos, aluvionares e coluvionares.
b) ( ) sedimentares, residuais, coluvionares, aluvionares, eólicos e glaciares.
c) ( ) residuais, sedimentares, aluvionares, eólicos, coluvionares e orgânicos.
d) ( ) sedimentares, residuais, aluvionares, eólicos, coluvionares e glaciares.
e) ( ) residuais, sedimentares, aluvionares, eólicos, coluvionares e glaciares.
5 Um proprietário de uma fazenda por onde passa um rio resolveu contratar 
um estudo de viabilidade técnica para exploração da areia nesse rio. Como 
você classificaria esse tipo de solo pela classificação genética e qual tipo de 
intemperismo predominou na formação dele?
a) ( ) Solo residual com predominância de intemperismo físico.
b) ( ) Solo transportado com predominância de intemperismo químico.
c) ( ) Solo transportado com predominância de intemperismo físico.
d) ( ) Solo residual com predominância de intemperismo químico.
e) ( ) Solo pedogênico.
6 Defina intemperismo físico e químico citando as principais características dos 
solos formados pela predominância de um ou outro tipo de intemperismo. 
Qual a principal diferença entre eles?
7 Quanto à origem, os solos podem ser classificados em residuais, transportados, 
orgânicos e pedogênicos. Descreva como é formado cada um deles. Desenhe 
um perfil esquemático de solo residual destacando cada horizonte. Com 
relação aos solos transportados, quais os principais agentes de transporte e a 
que tipo de solo eles dão origem?
8 As propriedades físicas do solo dependem:
a) ( ) Do tamanho dos grãos.
b) ( ) Do formato dos grãos de solo.
c) ( ) Da composição química dos grãos do solo.
d) ( ) Todas as alternativas.
25
9 Os argilominerais são um produto de intemperismo químico de:
a) ( ) Feldspato.
b) ( ) Ferromagnesianos.
c) ( ) Micas.
d) ( ) Todas as alternativas.
10 Os solos transportados e depositados pelo vento são chamados de:
a) ( ) Solos aluviais.
b) () Solos eólicos.
c) ( ) Solos lacustres.
d) ( ) Solos glaciais.
e) ( ) Solos fluviais.
11 Os solos formados pelos produtos intemperizados no local de origem são 
chamados de:
a) ( ) Solos transportados.
b) ( ) Preenchimentos.
c) ( ) Solos aluviais.
d) ( ) Solos residuais.
e) ( ) Solos coluvionares.
12 No local de construção, a investigação de subsuperfície indica a presença de 
depósito de solo residual. O tamanho dos grãos neste local, geralmente:
a) ( ) Não variará com a profundidade.
b) ( ) Diminuirá com a profundidade.
c) ( ) Aumentará com a profundidade.
d) ( ) Inicialmente aumentará com a profundidade e depois diminuirá.
e) ( ) Não ocorrerá variação.
13 As partículas menores que 0,075 mm são referidas como:
a) ( ) Argila
b) ( ) Silte
c) ( ) Areia
d) ( ) Grãos finos
e) ( ) Grãos grossos
14 A caulinita consiste em camadas repetidas de folhas elementares de sílica-
gipsita em:
a) ( ) Arranjo 1:1
b) ( ) Arranjo 1:2
c) ( ) Arranjo 2:1
d) ( ) Arranjo 2:2
e) ( ) Arranjo 3:1
26
15 Selecione a declaração incorreta:
a) ( ) Os solos orgânicos geralmente são encontrados em áreas de baixa 
altitude onde o lençol freático está próximo ou acima da superfície do 
solo.
b) ( ) Os solos orgânicos são altamente compressíveis.
c) ( ) O teor de umidade dos solos orgânicos pode variar de 200% a 300%.
d) ( ) Os depósitos de solo orgânico geralmente são encontrados em áreas 
desertas.
e) ( ) Um exemplo de solo orgânico é a turfa.
27
TÓPICO 2
ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
UNIDADE 1
1 INTRODUÇÃO
Dependendo do tipo de solo e da sua condição no meio, a resposta 
com relação à resistência, compressibilidade e permeabilidade ocorre de forma 
diferenciada. A identificação da estrutura do solo, bem como o índice físico dele, 
é bastante importante para modelagem de estruturas na prática geotécnica, 
pois o melhor conhecimento das condições do solo possibilita melhores 
dimensionamento.
Este tópico trata das relações entre as propriedades físicas dos solos. 
A princípio, estabelece-se a natureza das partículas em solos coesivos e não 
coesivos. Após teremos uma introdução a respeito da forma das partículas e a 
relação entre fases.
Em seguida, apresentam-se os índices propriamente ditos, como a 
umidade, as relações de massas, de pesos específicos e de massas específicas 
(seca, úmida, de água, de ar) e relações de vazios (água e ar).
Vamos começar?
2 NATUREZA DAS PARTÍCULAS 
Sabemos que o solo são grãos minerais e pode apresentar em sua constituição 
matéria orgânica. Há solos, como no caso dos arenosos, a areia, por exemplo, em 
que as partículas geralmente são facilmente visualizadas, de encontro aos solos 
argilosos, que precisam de um auxílio de microscópios para distingui-las.
Estas partículas estão parcialmente livres para se deslocarem uma em 
relação a outra não tão facilmente, como os elementos de um fluido, como 
também não são fortemente ligadas, como num cristal de metal. O sistema de 
partículas do solo é o que o diferencia do mecanismo sólido e do fluido. As 
frações grossas do solo são maioritariamente de grãos silicosos e os minerais que 
ocorrem nas frações argilosas são de tamanhos pequenos, como as caulinitas, as 
montmorilonitas e as ilitas.
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
28
Quando falamos de aspectos estruturais do solo, defi nimos a estrutura 
solo como o arranjo ou a disposição geométrica das partículas de um solo entre 
si e verifi camos que, entre os inúmeros fatores que afetam a estrutura, estão o 
formato, o tamanho, a composição mineralógica das partículas do solo e a natureza 
e composição da água do solo. Geralmente, os solos podem ser divididos em dois 
grupos: não coesivos e coesivos. 
Vamos entender melhor esses dois grupos? As estruturas encontradas em 
cada solo estão descritas a seguir:
2.1 ESTRUTURAS EM SOLOS NÃO COESIVOS
Solos não coesivos são aqueles com baixa predominância de fi nos, a 
estrutura geralmente encontrada em solos não coesivos pode ser dividida em 
duas categorias principais: granular simples (ou de grãos isolados) e em favos 
(ou alveolares). 
Nas estruturas granulares simples, as partículas do solo estão em posição 
estável e em contato com as outras partículas no entorno. A forma e a distribuição 
do tamanho das partículas de solo e as posições relativas infl uenciam na densidade 
de pacote, assim é possível uma ampla gama de índices de vazios. 
FIGURA 16 – ESTRUTURA GRANULAR SIMPLES
(a) Representatividade de um solo fofo
(b) Representatividade de um solo compacto/denso
FONTE: A autora
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
29
Para se ter uma ideia da variação do índice de vazios causada pelas 
posições relativas das partículas, vamos considerar o modo de empacotamento 
com esferas iguais (Figura 17).
FIGURA 17 – EXEMPLO DE EMPACOTAMENTO COM ESFERAS IGUAIS (VISTAS PLANAS)
d
(a) Empacotamento muito fofo 
(b) Empacotamento mais denso
2d
FONTE: A autora, adaptado de Das e Khaled (2017, p. 88) 
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
30
Podemos perceber na Figura 17 um exemplo de estado de empacotamento 
do solo muito fofo, ou seja, com um índice de vazios grande. Das e Khaled (2017) 
verificaram que se isolarmos um cubo no qual cada lado meça d, que é igual ao 
diâmetro de cada esfera, como mostra a ilustração, é possível calcular o índice de 
vazios, como:
sv
s s
V VVe
V V
−
= =
Onde: V= volume do cubo = d³; Vs= volume da esfera (isto é, o sólido) 
dentro do cubo.
Ao observar que V=d³ e Vs=πd³/6, teremos:
∏ 
 
 
∏
d³d³-
6e = =0,91d³
6
Podem existir outras formas de empacotamento de esferas iguais entre os 
estados fofos e densos, e estes são indicados na Figura 18a e 18b. A Figura 18a mostra 
um empacotamento de escalonamento simples. Observa-se que cada esfera encosta 
em seis esferas próximas na própria camada e as esferas em distintas camadas são 
empilhadas diretamente na parte superior de cada uma. O índice de vazios para o 
padrão de escalonamento simples é 0,65. A Figura 18b mostra um empacotamento 
de escalonamento duplo. Isso é parecido ao padrão de escalonamento simples, 
exceto que cada esfera em uma camada desliza para cima e para baixo para entrar 
em contato com duas esferas na segunda camada. O índice de vazios para disposição 
do escalonamento duplo é 0,43.
FIGURA 18 – EXEMPLO DE EMPACOTAMENTO COM ESFERAS IGUAIS
(a) Escalonamento simples 
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
31
(b) Escalonamento duplo
FONTE: A autora, adaptado de Das e Khaled (2017)
Segundo Das et al. (2017), existem pesquisas em que, para analisar o 
comportamento dos solos não coesivos, utilizaram-se alguns ensaios colocando esferas 
de aço de tamanhos iguais em um recipiente para determinar o índice de vazios mínimos, 
que era 0,6. Em tais ensaios, aproximadamente 20% das esferas formaram-se em arranjo 
de escalonamento duplo (e=0,43) e aproximadamente 80% das esferas formaram em 
arranjo de escalonamento simples (e=0,65).
NOTA
Sabemos que o solo verdadeiro se diferencia do modelo com esferas 
idênticas, pois nesse caso as partículas são heterogêneas, não apresentam o 
mesmo tamanho e não são esféricas. As partículas menores podem ocupar os 
espaços vazios entre as partículas maiores e, portanto, o índice de vazios do 
solo é reduzido em comparação ao modelo com esferas idênticas. No entanto, 
a irregularidade nos formatos das partículas geralmente produz um aumento 
no índice de vazios dos solos. Como resultado desses dois fatores, os índices de 
vazios deparados em solos reais têm aproximadamente a mesma faixa obtida em 
esferas iguais (DAS; KHALED, 2017).
Na estrutura alveolar (Figura 19), o silte e a areia relativamente finos 
formam pequenos arcos com correntes de partículas. Os solos que apresentam 
estrutura alveolar possuem índices de vazios maiores e podem suportar uma 
carga estática moderada. Porém, sob condições de carga mais pesada ou quando 
submetidos a cargas de impacto, a estruturacolapsa, o que resulta em um grande 
recalque de solo (DAS; KHALED, 2017).
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
32
FIGURA 19 – ESTRUTURA ALVEOLAR
FONTE: A autora
2.2 ESTRUTURAS EM SOLOS COESIVOS
Os solos coesivos, aqueles chamados popularmente como solos que 
contêm uma cola entre as partículas de solo, as famosas argilas, fazem parte deste 
grupo. No entanto, o entendimento da estrutura básica é complexo, pois para 
compreender a estrutura, precisamos conhecer os tipos de forças que atuam entre 
as partículas de argila suspensas na água. 
Quando duas partículas de argila em suspensão se aproximam uma 
da outra, a tendência para interpenetração das camadas duplas difusas gera 
repulsão entre as partículas. Ao mesmo tempo, existe uma força de atração entre 
as partículas de argila, causada pelas forças de Van der Waals e é independente 
das características da água. Tanto a força de repulsão quanto a força de atração 
aumentam com a diminuição da distância entre as partículas, mas em taxas 
diferentes. Quando o espaçamento entre as partículas é muito pequeno, a força 
de atração é maior que a força de repulsão. Essas são as forças estudadas pelas 
teorias coloidais (DAS; KHALED, 2017).
Ao analisar o comportamento da argila na forma de uma suspensão 
diluída, quando a argila é inicialmente dispersa na água, as partículas se repelem 
entre si. Essa repulsão ocorre porque, com o maior espaçamento interpartículas, 
as forças de repulsão entre elas são maiores que as forças de atração (forças de 
Van der Waals). 
A força da gravidade sobre cada partícula é desprezível. Assim, cada 
partícula individual pode se sedimentar muito lentamente ou permanecer em 
suspensão, submetida a um movimento browniano (um movimento aleatório em 
zigue-zague de partículas coloidais em suspensão). O sedimento formado pela 
decantação de partículas individuais apresenta uma estrutura dispersa (Figura 
20) e uma orientação aproximadamente paralela entre si.
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
33
FIGURA 20 – ESTRUTURA SEDIMENTAR DE UM SOLO COESIVO DISPERSO
FONTE: A autora
Se as partículas de argila dispersas inicialmente na água se aproximarem 
umas das outras durante o movimento aleatório em suspensão, elas podem se 
agregar formando fl ocos visíveis com contato entre as bordas. Nesse caso, as 
partículas são mantidas unidas pela atração eletrostática das bordas carregadas 
positivamente com faces com cargas negativas. Essa agregação é chamada de 
fl oculação (Figura 21). Quando fi cam maiores, os fl ocos decantam pela ação da 
gravidade. O sedimento formado dessa maneira possui uma estrutura fl oculada.
FIGURA 21 – ESTRUTURA SEDIMENTAR DE UM SOLO COESIVO FLOCULADO
FONTE: A autora
Quando se adiciona sal a uma suspensão de argila-água que tenha sido 
inicialmente dispersa, os íons tendem a enfraquecer a camada dupla ao redor das 
partículas. Essa depressão reduz a repulsão interpartículas. As partículas de argila 
são atraídas para formar fl ocos e sedimentação. A estrutura fl oculada formada 
de sedimentos é exibida na Figura 22. Nas estruturas fl oculadas sedimentares 
salinas, a orientação da partícula se aproxima de um alto grau de paralelismo em 
razão das forças de Van der Waals.
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
34
FIGURA 22 – ESTRUTURA SEDIMENTAR DE UM SOLO COESIVO FLOCULADO COM SAL
FONTE: A autora
As argilas que apresentam estruturas fl oculares são leves e possuem um 
alto índice de vazios. Os depósitos de argila formados no mar são altamente 
fl oculados. A maioria dos depósitos de sedimentos formados em água doce 
possui estrutura intermediária entre dispersa e fl oculada.
Um depósito puro de argilominerais é raro na natureza. Quando um 
solo tem pelo menos 50% de partículas com tamanhos de 0,002 mm, geralmente, 
é denominado de argila. Estudos realizados com microscópio eletrônico de 
varredura mostraram que as partículas individuais de argila tendem a se agregar 
ou fl ocular em unidades submicroscópicas. Essas unidades são chamadas 
domínios. Em seguida, os domínios se agrupam e esses grupos são chamados 
de aglomerados. Os aglomerados podem ser observados em um microscópio 
óptico. Esse agrupamento para formar aglomerados é causado principalmente 
pelas forças entre partículas. Os grupos, por sua vez, se agrupam para formar 
agregados. Os agregados podem ser observados sem microscópio. Os agregados 
são unidades macroestruturais com juntas e fi ssuras. 
A Figura 23 (item a) mostra o arranjo de agregados e os espaços dos 
macroporos. O arranjo de domínios e aglomerados com partículas do tamanho 
de silte é exibido na Figura 23 b.
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
35
FIGURA 23 – ESTRUTURA DO SOLO
Agregados
Macroporos
(a) Arranjo de agregados
Silte
Agrupado
Silte
Domínio
(b) Arranjo dos domínios e aglomerados com partículas de silte
FONTE: A autora, adaptado de Das e Khaled (2017, p. 91)
Com base na discussão anterior, podemos ver que a estrutura dos solos 
coesivos é altamente complexa. As macroestruturas têm importante influência no 
comportamento dos solos, do ponto de vista da engenharia. A microestrutura é 
mais importante do ponto de vista fundamental. A Tabela 2 apresenta um resumo 
das macroestruturas de solos de argila. 
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
36
TABELA 2 – ESTRUTURAS DE SOLOS ARGILOSOS
Estruturas dispersas
Formadas pela sedimentação de partículas 
isoladas de argila; orientação mais ou menos 
paralela.
Estruturas floculadas Formadas pela sedimentação de flocos de partículas de argila.
Domínios Unidades submicroscópicas agrupadas ou floculadas de partículas de argila.
Agregados Os aglomerados se agrupam para formar os agregados; podem ser vistos sem microscópio.
Aglomerados
Os domínios se agrupam para formar os 
aglomerados; podem ser observados em 
microscópio óptico.
FONTE: Das e Khaled (2017, p. 91) 
A gravidade é o principal fator de arrumação das partículas. Por isso, a 
estrutura dos solos grossos se difere apenas quanto ao grau de compacidade. Já 
os solos finos, preferencialmente as argilas, possuem maiores possibilidades de 
estruturação, por causa da ação de forças elétricas, mais atuantes que a gravidade.
3 SUPERFÍCIE ESPECÍFICA 
Define-se superfície específica como a relação entre a área da superfície 
de um material e seu volume. Normalmente, é expressa em m²/m³ ou m²/g ou 
qualquer variação das grandezas. Quanto maior o tamanho de um material, 
menor sua superfície específica.
Em relação aos argilominerais, quanto maior a superfície específica 
(menor o material), maior a atuação das forças elétricas, o que influencia nas 
demais propriedades.
Em ordem decrescente de tamanho, temos as seguintes superfícies 
específicas médias por tipo de argilomineral: Caulinita = 10m²/g; Ilitas = 80m²/g e 
Montmorilonita = 800 m²/g.
Para compreender melhor, Ribeiro (2016) desenvolveu o cálculo de 
superfície específica, tomando como base os cubos a seguir, de lado = 10 cm e 
lado = 5 cm, respectivamente.
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
37
FIGURA 24 – ANÁLISE DA SUPERFÍCIE ESPECÍFICA
Cubo 2
Cubo 1
FONTE: A autora, adaptado de Ribeiro (2016)
Calcula-se a área superficial, que é a soma da área de todas as faces da 
figura e, posteriormente, divide-se o valor encontrado pelo volume da figura. No 
caso do cubo, serão seis faces de mesmas dimensões.
e
ÁreasuperficialS
Volume
=
1
6
e
l²S
l³
×
= (corresponde ao cubo 1)
1
6 10
10e
²S
³
×
=
1 0 6eS , cm² / cm³=
2
6
e
l²S
l³
×
= (corresponde ao cubo 2)
1
6 5
5e
²S
³
×
=
1 1 2eS , cm² / cm³=
Desse modo, percebemos que os cubos acima demonstram claramente 
que quanto maior for o tamanho do objeto em questão, menor sua superfície 
específica, pois são grandezas inversamente proporcionais.
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
38
4 FORMA DAS PARTÍCULAS 
O formato das partículas presentes em uma massa de solo tem a mesma 
importância da distribuição granulométrica, porque tem influência significativasobre as propriedades físicas de determinado solo. No entanto, não é dada muita 
atenção ao formato da partícula porque é mais difícil de determinar. O formato 
da partícula geralmente é dividido em três principais categorias:
a) Volumosa.
b) Lamelar.
c) Fibrilar.
As partículas volumosas são formadas principalmente pelo intemperismo 
físico de rochas e minerais. Os geólogos utilizam termos como angular, 
subangular, subarredondado e arredondado para descrever os formatos das 
partículas volumosas. Estes formatos são indicados qualitativamente na Figura 26. 
Pequenas partículas de areia localizadas próximo de sua origem são geralmente 
muito angulares.
As partículas de areia carregadas pelo vento e pela água, por longas 
distâncias, podem apresentar formatos que vão desde o subangular ao arredondado. 
O formato de partículas granulares em uma massa de solo exerce grande influência 
sobre as propriedades físicas, como índice de vazios máximo e mínimo, parâmetros 
de resistência ao cisalhamento, compressibilidade etc.
A angularidade é definida pela equação:
Raio _médio _ dos _ cantosebordasA
Raio _ da _ esferamáxima _ inscrita
=
A esfericidade das partículas volumosas é definida como:
e
p
DS
L
=
Onde: De
= diâmetro equivalente da partícula =
3
6
∏
V
; V= volume da partícula; 
Lp= comprimento da partícula.
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
39
FIGURA 25 – FORMATO DAS PARTÍCULAS
FONTE: Das e Khaled (2017, p. 44) 
As partículas lamelares têm esfericidade muito baixa – geralmente 0,01 ou 
menos. Estas partículas são predominantemente argilominerais.
As partículas fibrilares são muito menos comuns que os outros dois tipos 
de partícula. Alguns depósitos de corais e argilas atapulgitas são exemplos de 
solo contendo partículas fibrilares.
5 RELAÇÕES ENTRE AS FASES DOS SOLOS 
Determinado volume de solo em ocorrência natural consiste em partículas 
sólidas e em espaços vazios entre as partículas. O espaço vazio pode ser preenchido 
com ar e/ou água, desse modo constitui-se um sistema trifásico. Se não houver 
água no espaço vazio, é um solo seco. Se todo o espaço vazio for preenchido com 
água, é referido como solo saturado. No entanto, se o espaço for parcialmente 
preenchido com água, é um solo úmido. Portanto, é importante que, em todos os 
trabalhos de engenharia geotécnica, estabeleçam-se relações entre peso e volume 
em determinada massa de solo. 
Uma amostra de solo natural não é composta apenas dos grãos (fase 
sólida - pedregulhos, areias, siltes e argilas), mas também de espaços vazios. 
Esses espaços vazios são, comumente, preenchidos com água (fase líquida) e ar 
(fase gasosa), conforme Figura 26, a seguir.
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
40
FIGURA 26 – CONSTITUIÇÃO COMUM DO SOLO
Partícula sólida
Ar
Água
FONTE: A autora
A fase gasosa, de acordo com Caputo (1996), é composta por ar, vapor 
d’água e carbono combinado. Também pode ser encontrada na forma de bolhas 
de ar dentro da fase líquida. É a fase mais compressível do solo.
A fase líquida compreende a água e esta, por sua vez, é essencial em seu 
estudo para a Mecânica dos Solos, uma vez que a presença de água é responsável 
pela maioria dos problemas da construção civil. A Figura 28 corresponde aos 
diversos tipos de água que compõem a fase líquida de uma amostra de solo.
FIGURA 27 – CONSTITUIÇÃO COMUM DO SOLO
ÁGUA CAPILAR
ÁGUA 
ABSORVIDA
ÁGUA 
HIGROSCÓPICA
PARTÍCULA DE 
ARGILA
ÁGUA LIVRE
ÁGUA 
CAPILAR
ÁGUA ADESIVA
FONTE: Caputo (1996, p. 25)
Os diversos tipos de água que formam a fase líquida são:
a) A água de constituição: esta faz parte da estrutura molecular dos grãos do solo.
b) A água adesiva ou adsorvida: é a que adere e envolve todo o grão.
c) A água livre: está presente no meio e preenche os vazios.
d) A água higroscópica: é a que está presente no solo quando esse se encontra na 
mesma temperatura que o ambiente ao seu redor.
e) A água capilar: é a água que sobe pelos interstícios capilares deixados pelas 
partículas sólidas, além da superfície livre da água.
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
41
O efeito do calor pode evaporar as águas livre, higroscópica e capilar, a partir 
de uma temperatura de 100 °C.
NOTA
O que diferencia a mesma condição do solo é a variação dos vazios. Os 
vazios são constituídos pelo volume de ar mais o volume de água. No entanto, o 
volume do sólido permanece constante (Figura 28).
FIGURA 28 – VARIAÇÃO DE VOLUME DE AR E ÁGUA, PORÉM O SÓLIDO É INCOMPRESSÍVEL
SÓLIDO
ÁGUA
AR
SÓLIDO
ÁGUA
AR
SÓLIDO
ÁGUA
AR
FONTE: A autora
5.1 RELAÇÕES FÍSICAS ENTRE AS FASES DO SOLO
As propriedades dos solos exigem o estudo dos índices físicos. Já vimos 
que um solo, no ambiente natural, é composto por grãos sólidos e vazios. Esses 
vazios, por sua vez, podem ser compostos de água e ar.
De início, já se pode estabelecer algumas relações entre pesos e volumes e 
entre massas e volumes. A Figura 29, a seguir, demonstra as fases do solo e suas 
possíveis relações.
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
42
FIGURA 29 – AS FASES DO SOLO COM RELAÇÃO A VOLUME, MASSA E PESO
SÓLIDO
ÁGUA
AR
Vs
Vt
Vv
Vw
Va
SÓLIDO
ÁGUA
AR
wt
Ws, ms
Ww, mw
Wa, ma=0
(a) Fases com relação a volumes
(b) Fases com relação ao peso e massa
FONTE: A autora
5.2 RELAÇÃO DAS FASES ENTRE VOLUMES 
Verificando a Figura 30, percebemos que o volume total corresponde 
ao somatório do volume sólido, volume de água e volume de ar, conforme a 
equação a seguir:
s w arVt V V V= + +
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
43
As partículas de solo também são preenchidas de vazios, estes, por sua 
vez, são o somatório do volume de água e volume de ar dos constituintes do solo.
v w aV V V= +
Então, o volume total também pode ser escrito como a soma do volume de 
sólidos com o volume de vazios:
t s vV V V= +
5.3 RELAÇÕES DAS FASES ENTRE MASSAS E PESOS
No meio estudantil sempre existiu a dúvida entre massa e peso específico. A 
massa é a quantidade de matéria que um corpo apresenta e é expressa em gramas, 
quilos ou quaisquer múltiplos e submúltiplos dessa grandeza. No entanto, o peso 
é relativo, varia de acordo com a variação da gravidade, o que significa que, para 
calcular o peso de um corpo, deve-se obter o produto entre sua massa e a gravidade 
do ambiente onde esse corpo se encontra no momento, assim:
 P = m × g
A equação acima é baseada nos estudos de Newton, que afirma que a 
força é o produto da massa (kg) de um corpo e de sua aceleração (m/s²). Isso 
significa que a força resultante (F) é dada na grandeza kg.m/s², ou, simplificando, 
a força é dada em Newton (N).
Dependendo do local, o peso de um material varia, porém a massa permanece 
constante. Um exemplo simples é notar a diferença entre as gravidades do Sol (274m/s²), 
da Terra (9,8m/s²) e da Lua (1,7m/s²).
DICAS
Sabemos que a massa total (Mt) é a soma das massas de água (Mw) e de 
sólidos (Ms). Com isso, temos que o peso total (Pt) é a soma do peso da água (Pw) 
com o peso dos sólidos (Ps), de acordo com as equações, a seguir.
t s wM M M= +
t s wP P P= + 
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
44
“O peso do ar e a massa do ar não são considerados, pois são ambos 
desprezíveis. Assim, mesmo que a massa e o peso do ar não sejam considerados, 
o seu volume deve ser calculado, uma vez que o volume de ar é parte componente 
do volume total e que pode ser compressível quando sujeito a uma força ou 
substituído por água quando submerso” (RIBEIRO, 2016, p. 20).
6 ÍNDICES FÍSICOS: TEOR DE UMIDADE, MASSA 
ESPECÍFICA APARENTE E REAL, ÍNDICE DE VAZIOS, 
POROSIDADE, GRAU DE SATURAÇÃO
Os índices físicos são de fundamental conhecimento, pois o comportamento 
de um solo depende da quantidade relativa de cada uma das três fases: partículas 
sólidas, água e ar. Quando falamos de índices físicos, comparamos às propriedades 
constituintes do solo, que têm relação com as três fases básicas.
A importância dos índices físicos é que saberemos a quantidade em 
relaçãoà estrutura total do solo, bem como poderemos calcular as tensões que 
serão aplicadas a ele.
Existe um determinado número de grandezas necessárias para descrever 
o estado físico que não é usado no estudo de outros materiais. Todas as grandezas 
definidas encontram-se inter-relacionadas. Por exemplo, quanto maiores forem 
essas duas grandezas, menores serão os pesos específicos, o peso seco, o peso 
específico submerso etc.
6.1 UMIDADE 
Quando queremos saber a umidade de um solo, verificamos a relação de 
água com a quantidade de sólidos de uma certa quantidade de solo. A equação a 
seguir representa a fórmula da umidade:
100w
s
Wh
W
= ×
Onde: Wa é o peso da água, Ws é o peso do sólido.
Atualmente também é utilizada a umidade volumétrica do solo, em que 
se relaciona o volume de água com o volume total da amostra.
w
t
Vè
V
=
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
45
6.2 ÍNDICE DE VAZIOS
O índice de vazios corresponde a um resultado adimensional e também à 
relação dos vazios com respeito à quantidade de sólidos em um sistema de solo. 
s
d
YVve = = - 1
Vs Y
Onde: Vv é o volume de vazios, Vs é o volume de sólidos.
6.3 POROSIDADE
A porosidade, diferente do índice de vazios, relaciona a quantidade de 
vazios com o volume total da amostra. O resultado é em percentual ou entre 
valores de 0 a 1 (caso não haja multiplicação por 100).
100Vvn
Vt
= ×
Onde: o Vv é o volume de vazios, e Vt é o volume total.
Quando falamos de porosidade, lembramos dos conceitos de 
microporosidade e macroporosidade, em que a porosidade total é o somatório 
desses dois conceitos. Nas partículas maiores, como nos solos não coesivos, por 
exemplo a areia, há a predominância de poros grandes (macroporos), no entanto, 
entre partículas pequenas, como no caso de solos coesivos (argila), predominam 
poros pequenos, ou chamados de microporos. Os microporos são responsáveis 
pela retenção de água e os macroporos, pela aeração.
6.4 GRAU DE SATURAÇÃO
O grau de saturação está relacionado com o quanto de água os vazios 
estão preenchidos, desse modo:
100VwS
Vv
= ×
Onde: Vv corresponde ao volume de vazios, Vw corresponde ao volume 
de água.
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
46
0% <S<100%
S = 0%
S = 100%
Completamente
Saturado
Não saturado
Completamente
Seco
=
VwS
Vv
FIGURA 30 – ESTRUTURA DO SOLO COM A VARIAÇÃO DE ÁGUA NOS VAZIOS
FONTE: GEOFAST (2015, s.p.)
O grau de saturação age no surgimento de poropressões, e, desta forma, 
altera as tensões efetivas atuantes, desse modo atua diretamente na resistência ao 
cisalhamento do solo. Quando verificamos que o solo está não saturado, podemos 
perceber o efeito da sucção, essencial para o conhecimento em estabilidades de 
taludes, pois quanto menor a sucção, menor a resistência do solo.
6.5 PESO ESPECÍFICO DO SÓLIDO
Os pesos específicos são relacionados à força peso. O peso específico 
do solo é relacionado à quantidade de grãos do solo pelo volume de sólidos, 
desconsiderando o peso de água, assim:
= ss
s
WY
V
 (kN/m³)
6.5.1 Peso específico da água
Embora varie com a temperatura, adota-se sempre:
10=wY kN / m³
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
47
6.5.2 Peso específico natural
Relação entre o peso total no seu estado natural pelo volume total. A 
expressão pode ser substituída por peso específico do solo.
= nn
t
WY
V
 (kN/m³)
6.5.3 Peso específico aparente seco
É a relação entre o peso dos sólidos pelo volume total de uma amostra. 
Corresponde ao peso específico do solo caso estiver na condição seca, ou seja, os 
vazios preenchidos somente de ar.
= sd
t
WY
V
 (kN/m³)
6.5.4 Peso específico aparente saturado
Peso específico do solo se estivesse saturado sem variação de volume. 
Neste caso, os vazios são totalmente preenchidos por água. Desse modo, deve-se 
estabelecer a relação entre o peso total com o volume total da amostra.
+ + ×
= = =t w s w v wsat
t t t
W W W W V YY
V V V
 (kN/m³)
6.5.5 Peso específico submerso
É o peso específico efetivo do solo, quando lidamos com deformação do solo. 
É utilizado nos cálculos de tensões efetivas. O solo submerso está completamente 
sob a água, portanto, para calcular deve-se considerar o peso específico.
= −sub sat wY Y Y 
6.5.6 Densidade relativa dos grãos (Gs)
Podendo chamar de G ou Gs, isto corresponde ao peso relativo ou 
gravidade específica e representa a razão entre o peso específico dos grãos do 
solo pelo peso específico da água. 
= ss
w
YG
Y (adimensional)
UNIDADE 1 | FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS
48
O Gs pode ser obtido diretamente pelo ensaio de massa específica dos 
sólidos (NBR 6508).
A Tabela 3 corresponde ao Gs de alguns minerais que encontramos na 
Engenharia.
TABELA 3 – VALORES DE GS DE ALGUNS MINERAIS
Quartzo 2,65
Caulinita 2,61
Ilita 2,84
Montmorilonita 2,65-2,80
Biotita 2,8-3,2
Muscovita 2,76-3,1
Limonita 3,6-4,0
Clorita 2,6-2,9
Olivina 3,27-3,7
Hornblenda 3-3,47
FONTE: Das e Khaled (2017, p. 90) 
6.6 RELAÇÕES ENTRE ÍNDICES FÍSICOS
Dessa imensidão de fórmulas, ou seja, para encontrar os índices, apenas 
três são determinados diretamente em laboratório: a umidade, o peso específico 
do sólido e o peso específico natural. Sabendo que o peso específico da água é 
adotado como 10 kN/m³.
Uma maneira de fazermos as correlações com os índices físicos entre si é 
através dos seguintes passos:
a) Fixar o Volume de sólidos igual a 1 m³
Desse modo, podemos relacionar com o índice de vazios, peso específico 
dos sólidos, assim, conforme Figura 31, teremos relações com o índice de vazios 
(e=Vv), =s sY w e = ×w sW Y h .
TÓPICO 2 | ESTRUTURAS DOS SOLOS E ÍNDICES FÍSICOS
49
FIGURA 31 – CORRELAÇÕES ENTRE ÍNDICES FÍSICOS
e = VvVs = 1
= =ss s s
s
WY Y W
V
× = × × =s as s w
s s
W WY h Y h W
V W
FONTE: A autora
Desse modo, algumas correlações determinadas são:
1
v v
t v s
V V en
V V V e
= = =
+ +
1
+ + ×
= = =
+ +
t s w s s
n
t v s
W W W Y Y hY
V V V e
1
= = =
+ +
s s s
d
t v s
w W YY
V V V e
1
+ + ×
= = =
+ + +
t w s s v w
sat
v s v s
W W W Y V YY
V V V V e
Outras deduções:
1
=
+
n
d
YY
w
100 ×= × =
×
sw
v w
Y wVS
V e Y
Relações entre pesos e volumes são denominadas pesos específicos, como 
definidos, e expressos geralmente em kN/m³. No entanto, relações entre quantidade de 
matéria (massa) e volume são denominadas massas específicas, e expressas geralmente 
em ton/m³, kg/dm³ ou g/cm³.
ATENCAO
50
LEITURA COMPLEMENTAR
POR QUE ESTUDAR ÍNDICES FÍSICOS? EM QUAL PARTE DA 
ENGENHARIA NÓS UTILIZAMOS?
Os índices físicos estão na maioria dos conteúdos de engenharia civil, 
quando queremos construir uma fundação, em estabilidade de taludes, construção 
de contenções, projetos de muros de arrimo, em pavimentação, em corte e 
construção de aterro, misturas de materiais, dimensionamento de drenagem etc.
Ter noção das fases constituintes do solo é essencial para indicar o tipo 
de solo que deve ser utilizado para cumprir melhor um objetivo na engenharia. 
É indispensável na classificação prever o comportamento do solo em algumas 
situações, avaliar a utilização ou descarte de jazidas, pois auxilia na obtenção de 
parâmetros de permeabilidade, resistência etc.
Compactação
Em pavimentação, faz-se o uso da compactação, que basicamente requer 
análises de variação do índice de vazios. 
A compactação é a densificação do solo por meio de equipamento mecânico 
ou manual. Um solo, quando transportado e depositado para a construção de um 
aterro, fica em um estado relativamente fofo e heterogêneo e, portanto, pouco 
resistente e muito deformável.
Por isso, realiza-se a compactação, para melhorar duas características: 
aumentar o contato entre os grãos e para tornar o aterro mais homogêneo. Ocorre 
assim um aumento da densidade do solo e a redução do índice de vazios, o que 
melhora muitas propriedades do solo.
A compactação é empregada para:
a) Aterros;
b) Nas camadas construtivas dos pavimentos;
c) Na construção de barragens de terra;
d) No preenchimento de terra atrás dos murosde arrimo;
e) Preenchimento de valas abertas diariamente nas ruas, etc.
O início da técnica de compactação do solo é creditada ao engenheiro 
norte-americano Proctor, que em 1933 publicou seus estudos sobre compactação. 
Ele demonstrou que aplicando-se certa energia de compactação (um certo número 
de passadas de um determinado equipamento no campo ou um certo número de 
golpes de um soquete sobre o solo contido em um molde), a massa específica 
resultante é em função da umidade em que o solo estiver. Quando se comporta 
com umidade baixa, o atrito entre as partículas é muito alto e não consegue 
significativa redução de vazios.
51
Quando a compactação está com umidades elevadas, a água provoca um 
certo efeito de lubrificação entre as partículas que deslizam entre si, acomodando-
se num arranjo mais compactado.
Na compactação as quantidades de partículas e de água permanecem 
constantes, o aumento da massa específica ocorre pela eliminação de ar.
A partir de um certo teor de umidade, entretanto, a compactação não 
consegue expulsar o ar dos vazios, pois o grau de saturação já é elevado e o ar 
que ainda está no solo pode estar ocluso (envolto por água).
Há, portanto, para uma determinada energia aplicada, um certo teor 
de umidade denominado umidade ótima que conduz a uma massa específica 
máxima ou a uma densidade máxima. Dos estudos de Proctor surgiu o ensaio de 
compactação, mais conhecido como ensaio de Proctor.
Percolação em geotecnia
Quando analisamos percolação de água em um meio, por exemplo, 
verificamos o quanto importante é analisar a porosidade. Quando o solo está 
saturado, o volume de água iguala-se ao volume de vazios. Quanto mais poroso 
for o solo, maior será a infiltração e menor sua capacidade de retenção. 
FONTE: LAMBE, T. William; WHITMAN; Robert V. Resumo do capítulo 1. In: Soil Mechanics. 
Massachusetts Institute of Technology. New York: John wiley & Scans. 1969.
52
RESUMO DO TÓPICO 2
Neste tópico, você aprendeu que:
• Conforme a natureza das partículas, podemos dividir os solos em coesivos e 
não coesivos. 
• Quanto maior o tamanho de um material, menor sua superfície específica.
• A forma das partículas podem ser: volumosa, lamelar e fibrilar.
• A relação do solo depende dos constituintes água, ar e solo.
• Com a variação dos índices físicos é possível obter relações, como: umidade, 
peso específico, saturação, índice de vazios etc.
• Para melhor entendimento temos a Figura 32, que corresponde ao fluxograma 
resumido deste capítulo.
FIGURA 32 – FLUXOGRAMA RESUMO
Relação entre fases 
dos solos
Índices Físicos
Forma das 
partículas
Superfície 
específica
Natureza das 
partículas
Estrutura dos solos 
e índices
FONTE: A autora
53
1 Diante do que foi explicado sobre a natureza dos solos, os solos não coesivos 
se fazem presentes no meio da engenharia. Sobre os solos não coesivos, 
assinale a alternativa INCORRETA:
a) ( ) A estrutura do solo não coesivo pode ser dividida em solos com grãos 
isolados ou em favos.
b) ( ) Possuem alta predominância de finos.
c) ( ) As partículas do solo estão em posição estável e em contato com as 
outras partículas no entorno.
d) ( ) Na estrutura alveolar, o silte e a areia relativamente finos formam 
pequenos arcos com correntes de partículas.
e) ( ) A forma e a distribuição do tamanho das partículas de solo e as posições 
relativas influenciam na densidade de pacote.
2 Os solos coesivos são aqueles chamados popularmente de solos que contêm 
uma “cola”, por aderirem firmemente entre as partículas devido ao seu 
tamanho que não é identificado a olho nu, como exemplo, temos as famosas 
argilas. Podemos dividir a estrutura do solo coesivo como:
a) ( ) Dispersa, alveolar e floculado.
b) ( ) Alveolar, floculado e angulado.
c) ( ) Alveolar, dispersa e tramitado.
d) ( ) Floculado, dispersa e angulado.
e) ( ) Floculado com sal, floculado e dispersa.
3 O que é floculação?
a) ( ) Ocorre em solos não coesivos e é formada por sedimentos em suspensão, 
submetida a um movimento browniano.
b) ( ) Ocorre em solos coesivos e é formada por sedimentos em suspensão 
que caracterizam a floculação.
c) ( ) Ocorre em solos coesivos. Se as partículas de argila dispersas 
inicialmente na água se aproximarem umas das outras durante o 
movimento aleatório em suspensão, as partículas podem se agregar 
formando flocos visíveis com contato entre as bordas.
d) ( ) Ocorre em solos do tipo silte e areia, e estes, por sua vez, formam arcos 
com correntes de partículas.
e) ( ) Ocorre em solos coesivos e é um processo de empacotamento das 
partículas formando uma estrutura flocular.
AUTOATIVIDADE
54
4 Sobre a estrutura em solos coesivos, relacione o tipo de estrutura a seguir:
I- Estruturas dispersas.
II- Estruturas floculadas.
III- Domínios.
IV- Agregados.
V- Aglomerados.
a) ( ) Agrupam-se para formar os agregados; podem ser vistos sem 
microscópio.
b) ( ) Formados(as) pela sedimentação de flocos de partículas de argila.
c) ( ) Unidades submicroscópicas agrupadas ou floculadas de partículas de 
argila.
d) ( ) Formados(as) pela sedimentação de partículas isoladas de argila; 
orientação mais ou menos paralela.
e) ( ) Agrupam-se para formar os aglomerados; podem ser observados em 
microscópio óptico.
5 Qual o principal fator de ordenação das partículas em solos arenosos?
a) ( ) A gravidade.
b) ( ) A troca de cátions e íons da solução.
c) ( ) A floculação.
d) ( ) A mudança de temperatura.
e) ( ) A força elétrica.
6 Qual o principal fator de ordenação das partículas em solos argilosos?
a) ( ) Ação das forças elétricas.
b) ( ) A gravidade.
c) ( ) A sedimentação das partículas.
d) ( ) O ordenamento estrutural.
e) ( ) A força potencial gravitacional.
7 Sobre superfície específica, marque o item INCORRETO:
a) ( ) Define-se superfície específica como a relação entre a área da superfície 
de um material e seu volume.
b) ( ) Em relação aos argilominerais, quanto maior a superfície específica 
(menor o material), maior a atuação das forças elétricas, o que influencia 
nas demais propriedades.
c) ( ) Em ordem decrescente de tamanho, temos as seguintes superfícies 
específicas médias por tipo de argilomineral: Montmorilonita = 800m²/g; 
Ilitas = 80m²/g e Caulinita = 10 m²/g.
d) ( ) O cálculo da superfície específica é a área superficial pelo volume total.
55
8 Considerando o cálculo de uma superfície específica, calcule a área 
superficial de um grão com lados de 5 cm.
a) ( ) 1,2 cm²/cm³.
b) ( ) 2,0 cm²/cm³.
c) ( ) 1,0 cm²/cm³.
d) ( ) 0,5 cm²/cm³.
e) ( ) 1,5 cm²/cm³.
9 O formato das partículas presentes em uma massa de solo tem a mesma 
importância da distribuição granulométrica, porque tem influência 
significativa sobre as propriedades físicas de determinado solo. Quais as 
três principais categorias?
a) ( ) Volumosa, lamelar e fibrilar.
b) ( ) Lamelar, angular, retangular.
c) ( ) Volumosa, lamelar e angular.
d) ( ) Lamelar, fibrilar e hexagonal.
e) ( ) Fibrilar, angulosa e lamelar.
10 Como as partículas volumosas são formadas?
a) ( ) São muito menos comuns que os outros dois tipos de partícula. Alguns 
depósitos de corais e argilas atapulgitas são exemplos de solo contendo 
partículas fibrilares.
b) ( ) Têm esfericidade muito baixa – geralmente 0,01 ou menos. Estas 
partículas são predominantemente argilominerais.
c) ( ) São as partículas de areia carregadas pelo vento e pela água.
d) ( ) As partículas volumosas são formadas principalmente pelo 
intemperismo físico de rochas e minerais. Os geólogos utilizam termos 
como angular, subangular, subarredondado e arredondado para 
descrever os formatos das partículas volumosas.
e) ( ) Têm esfericidade alta – geralmente 0,01 ou menos. Estas partículas são 
predominantemente argilominerais. 
11 Uma amostra de solo natural mais o peso da cápsula foi colocada na estufa 
a 101°, obtendo uma massa de solo de 90 g. Considerando que a massa da 
cápsula possui 10g e que a massade solo natural mais a cápsula corresponde 
a 110g, qual a umidade da amostra?
 
a) ( ) 13%.
b) ( ) 12%.
c) ( ) 15%.
d) ( ) 11%.
e) ( ) 20%.
56
12 Uma amostra de solo com índice de vazios 1,3 e um volume de 1 m³. Qual 
a porosidade desta amostra?
a) ( ) 56,5%.
b) ( ) 60,7%.
c) ( ) 13%.
d) ( ) 15%.
e) ( ) 45,7%.
13 Uma amostra indeformada de solo com 1 m³ de volume possui o peso 
específico dos grãos de 28,8 kN/m³, umidade de 14%, índice de vazios com 
0,71. Qual o Grau de Saturação dessa amostra?
a) ( ) 56,7%.
b) ( ) 70,5%.
c) ( ) 45,5%.
d) ( ) 60,5%.
e) ( ) 35,7%.
14 (PINTO, 2006, p. 30) Para uma amostra indeformada tomou-se uma amostra 
com 72,54g no seu estado natural. Depois de imersa n’água de um dia para 
o outro e agitada em um dispersor mecânico por 20 min, para eliminar as 
bolhas de ar. A seguir, o picnômetro foi enchido com água deaerada até 
a linha demarcatória. Esse conjunto apresentou uma massa de 749,43g. A 
temperatura da água foi medida, acusando 21° C, e para esta temperatura 
uma calibração prévia indicava que o picnômetro cheio de água até a linha 
demarcatória pesava 708,7g. Determinar a massa específica dos grãos.
a) ( ) 2,88 g/cm³.
b) ( ) 2,77 g/cm³.
c) ( ) 2,55 g/cm³.
d) ( ) 2,44 g/cm³.
e) ( ) 2,36 g/cm³.
15 Um grupo de estudantes, querendo analisar a estabilidade de um talude, 
verificou a necessidade de calcular o peso específico natural de amostras 
indeformadas. Moldaram um corpo cilíndrico com 3,57 cm de diâmetro e 
9 cm de altura. No momento da pesagem verificou uma massa de 173,74g. 
Determine a massa específica natural deste solo.
a) ( ) 1,93 g/cm³.
b) ( ) 1,75 g/cm³.
c) ( ) 1,67 g/cm³.
d) ( ) 1,88 g/cm³.
e) ( ) 1,55 g/cm³
57
16 No estado natural, um solo úmido tem um volume de 9,34 x 10-3 m³ e pesa 
177,6 x 10-3 kN. O peso do solo seco em estufa é 153,6 x 10-3 kN. Se Gs = 
2,67, calcule:
a) Teor de umidade.
b) Peso específico úmido.
c) Peso específico seco.
d) Índice de vazios.
e) Porosidade.
f) Grau de Saturação.
58
59
UNIDADE 2
O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS 
SOLOS
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:
• definir o tipo de solo, frações e proporções;
• analisar a plasticidade e o índice de consistência;
• classificar o solo segundo a norma.
Esta unidade está dividida em três tópicos. No decorrer da unidade, você 
encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado.
TÓPICO 1 – GRANULOMETRIA
TÓPICO 2 – PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA
TÓPICO 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
60
61
TÓPICO 1
GRANULOMETRIA
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
Aprendemos que existem diferentes tipos de solos, estes solos são 
diferenciados pelos processos químicos, físicos e mineralógicos. No entanto, 
ao analisá-los, observa-se que na condição sólida, estes possuem partículas de 
diferentes tamanhos em proporções variadas em uma ampla faixa. Desse modo, 
notou-se que determinar o tamanho das partículas é um método que também 
identifica o tipo de solo com o qual estamos lidando, e este, por sua vez, é 
normatizado pela NBR:6502 (ABNT, 1980). Chamamos este procedimento de 
análise granulométrica.
A análise granulométrica da distribuição das dimensões dos grãos objetiva 
determinar as dimensões dos diâmetros equivalentes das partículas sólidas em 
conjunto com a proporção de cada fração constituinte do solo em relação ao peso 
seco naturalmente. A representação gráfica das medidas realizadas é denominada 
de curva granulométrica, que relaciona a quantidade fracionada de grãos e é 
definida pela curva semilogarítmica (no eixo x) dos diâmetros equivalentes em 
relação à porcentagem passante de solo (eixo y). 
A análise granulométrica possui importância significativa, pois pode 
indicar características de permeabilidade, por exemplo, além de identificar o 
possível comportamento do solo frente à variação de diâmetros efetivos.
2 PREPARAÇÃO DA AMOSTRA
O primeiro passo para caracterizar granulometricamente um solo é 
através da preparação da amostra. Deve-se retirar uma quantidade de amostra 
representativa do solo. Para isso, utiliza-se a NBR6457 (ABNT, 1986).
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
62
A amostra de solo como recebida do campo deverá ser seca ao ar. Todo 
o material é reduzido e preparado com o auxílio de um repartidor de amostras 
ou pelo quarteamento. No quarteamento divide-se o solo coletado em várias 
partes com a intenção de obter uma amostra representativa. São utilizados cerca 
de 1500 g para solos argilosos e 2000 g para solos arenosos ou pedregulhosos. 
Em seguida essa quantidade de amostra é pesada e, por fim, anotada como 
amostra seca ao ar. A Tabela 1 corresponde ao passo a passo para a preparação 
do solo com secagem prévia. 
TABELA 1 – OPERAÇÕES PRELIMINARES DE AMOSTRAGEM DO SOLO
1° Passo: Secar a amostra ao ar, até próximo da umidade higroscópica
2° Passo: Desmanchar os torrões, evitando-se quebra de grãos, e homogeneizar a amostra
3° Passo: Com o auxílio do repartidor da amostra, ou pelo quarteamento, reduzir a quantidade 
de material até se obter uma amostra representativa em quantidade suficiente para a realização 
dos ensaios requeridos.
FONTE: ABNT (1986)
A Figura 1 corresponde ao equipamento utilizado para quartear o solo, ou 
seja, dividi-lo em partes representativas.
FIGURA 1 – QUARTEAMENTO DE UMA QUANTIDADE SIGNIFICATIVA DE SOLO
FONTE: Gonçalves e Monteiro (2018, p. 20)
Segundo a NBR6457:1986, podem ser utilizados dois processos para 
a preparação de amostras para ensaios de caracterização: um com secagem 
prévia e outro sem secagem prévia da amostra. Porém, para o ensaio de análise 
granulométrica deve ser utilizada a metodologia com secagem prévia.
TÓPICO 1 | GRANULOMETRIA
63
A NBR6457 especifica a quantidade necessária após a utilização do 
repartidor. Após a escolha do material (retirada uma porção fracionada do 
quarteamento), deve-se passar esta quantidade de solo em uma peneira de 76 mm, 
tomar uma quantidade em função da Tabela 2, que corresponde à quantidade 
mínima de solo que deve ser utilizada para o ensaio de peneiramento fino, grosso 
com e sem sedimentação.
TABELA 2 – QUANTIDADE DE AMOSTRA PARA ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
Dimensões dos grãos maiores contidos na amostra, 
determinada por observação visual (mm)
Quantidade mínima a utilizar (kg)
<5 1
5 a 25 4
>25 8
FONTE: ABNT (1986)
Esta quantidade de material obtida conforme a Tabela 2 deve ser a amostra 
a ser ensaiada para a obtenção da curva granulométrica. Esse material deve ser 
destorroado com a utilização de almofariz, para que os grãos fiquem com seu 
tamanho natural de partícula (Figura 2).
FIGURA 2 – DESTORROAMENTO DO SOLO COM USO DE ALMOFARIZ
FONTE: Gonçalves e Monteiro (2018, p. 20)
Após este processo, define-se a porção que será ensaiada, em amostras 
com grãos com diâmetro maior que 25 mm, utiliza-se balança com resolução 
de 1g, valores entre 5 a 25 mm usa-se com resolução de 0,5g e para grãos com 
diâmetro menor que 5 mm, utiliza-se balança com resolução de 0,1g. Deve-se 
pesar a amostra seca ao ar e anotar como Mt.
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
64
O segundo passo é levar a amostra à peneira de 2 mm, os grãos retidos 
devem ser utilizados para o peneiramento grosso, no entanto, o solo que passa por 
essa peneira é utilizado para peneiramento fino, além de ensaios de massa específica, 
limite de liquidez, limite de plasticidade, umidade, sedimentação etc. Para um melhor 
entendimento, a Figura 3 representa um fluxograma simples do processo.
FIGURA 3 – FLUXOGRAMA DE DESTINAÇÃO DAS AMOSTRAS PARA ANÁLISE 
Peneiramento Fino 
Sedimentação
Amostra passante 
2 mm
Peneiramento 
grosso
Amostra retida na 
2mm
Passa o solo na 
peneira de 2mm
Amostra de solo
FONTE: A autora
Ao analisar a Figura 3, percebe-se que existem dois processos de 
peneiramento fino: o com sedimentação, em que é feita a análise para as partículas 
menores que 0,075mm, e o sem sedimentação,ou seja, apenas o peneiramento, 
em que são apenas observados os grãos com diâmetros entre 0,075mm e 2mm.
As amostras de solo devem ser padronizadas com o objetivo de 
conseguir resultados com o menor erro percentual e para que não haja diferenças 
significativas entre as amostras estudadas. Em resumo, o procedimento é feito 
em cinco etapas: secagem ao ar, quarteamento da amostra, destorroamento do 
material, pesagem e peneiramento.
TÓPICO 1 | GRANULOMETRIA
65
2.1 PENEIRAMENTO GROSSO
O processo de peneiramento grosso é realizado a partir das amostras 
retidas na peneira de 2mm. Deve-se lavar o material retido nesta peneira com 
o objetivo de eliminar o material fino aderente, e após a lavagem, coloca-se o 
material em cápsula de porcelana e deixa-se secar em estufa a 105 °/110 °C. 
Após a secagem em estufa, deve-se pesar o material retido na peneira de 
2 mm e anotar como Mg. Este material é levado para as peneiras de 50, 38, 25, 19, 
9,5 e 4,8 mm, e utiliza-se o agitador mecânico para o solo passar pelas peneiras. 
Por último, anota-se as massas retidas acumuladas em cada peneira.
A massa total seca da amostra é determinada utilizando a equação (1):
100
(100 )
t g
s g
M M
M M
h
−
= × +
+
 (1)
Onde: Ms= massa total da amostra seca
Mt= massa da amostra seca ao ar
Mg= massa do material seco retido na peneira de 2 mm
h= umidade higroscópica do material passado na peneira de 2 mm
Para calcular as porcentagens do solo que passam nas peneiras 50, 38, 25, 
19, 9,5, 4,8 e 2 mm faz-se uso da equação (2):
100s ig
s
M MQ
M
−
= ×
 (2)
Onde: Qg = porcentagem de material passado em cada peneira;
Ms= massa total da amostra seca;
Mi= massa do material retido acumulado em cada peneira.
2.2 PENEIRAMENTO FINO 
Sabemos que o peneiramento fino é dividido em duas etapas: sem 
sedimentação e com sedimentação. Para o processo sem sedimentação e, 
portanto, a determinação da distribuição granulométrica do material apenas por 
peneiramento, seguem os passos:
1° Passo: A partir do material passante em 2 mm, utilizar aproximadamente 
120 g. Pesar esse material com resolução de 0,01 g e anotar a Mh. Retirar ainda 100 
gramas para a determinação da umidade higroscópica (h), conforme NBR 6457;
2° Passo: Lavar na peneira de 0,075 mm o material assim obtido, vertendo-
se água à baixa pressão.
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
66
3° Passo: Secar o material em estufa, à temperatura de 105 ° a 110 °C, 
até constância de massa, e utilizando o agitador mecânico, deve-se passar nas 
peneiras: 1, 2, 0,6, 0,42, 0,25, 0,15, 0,075 mm. 
4° Passo: Anotar os valores das massas retidas em cada peneira.
O cálculo para encontrar as porcentagens de materiais que passam nas 
peneiras: 1,2, 0,6, 0,42, 0,25, 0,15, 0,075 mm é fornecido na equação (3):
100 (100 )
100
h i
f
h
M M hQ N
M
× − × +
= ×
×
 (3)
Qf= Porcentagem de material passado em cada peneira;
Mh= massa do material úmido submetido ao peneiramento fino à sedimentação, 
conforme o ensaio tenha sido realizado apenas por peneiramento ou por 
combinação de sedimentação e peneiramento, respectivamente;
h= umidade higroscópica do material passado na peneira de 2mm;
Mi= massa do material retido e acumulado em cada peneira;
N= porcentagem de material que passa na peneira de 2 mm conforme equação (2).
2.3 SEDIMENTAÇÃO
A sedimentação é o processo que determina a porcentagem de solos na 
curva granulométrica menores que 0,075mm. Utiliza-se a análise da deposição 
das partículas mais finas do solo em suspensão e estabelece-se a sua dimensão 
de forma indireta pela Lei de Stokes. Os passos do ensaio conforme a NBR7181 
(ABNT, 1982b) são:
1° Passo: Do material passado na peneira de 2mm, tomar cerca de 120g, para 
solos arenosos, e 70g, para solos argilosos e siltosos, para sedimentação e 
peneiramento fino.
2° Passo: Pesar esse material (anotar como Mh), tomar 100 g para umidade do solo;
3° Passo: Transferir o material de 70g e colocar em um béquer de 250 cm³ e juntar 
com auxílio de proveta, com defloculante (solução de hexametafosfato de 
sódio). Agitar o béquer e deixar agindo por, no mínimo, 12h;
4° Passo: Após 12 h, mexer o material que está no béquer por 15 min para 
homogeneizar a mistura (pode utilizar um copo de dispersão ou uma bisnaga 
de vidro e mexer no próprio béquer);
5° Passo: Após a agitação, transferir para uma proveta e remover com água 
destilada, com auxílio de bisnaga, todo material aderido no copo. Juntar água 
destilada até atingir o traço correspondente a 1000 cm³; em seguida, colocar a 
proveta no tanque ou em local com pouca variação térmica;
6° Passo: Logo que a dispersão atinja a temperatura de equilíbrio, tomar a proveta, 
e tapando a abertura da proveta com a mão, mexer de baixo para cima por 1 
min.
TÓPICO 1 | GRANULOMETRIA
67
7° Passo: Imediatamente após terminada a agitação, colocar a proveta sobre 
uma mesa, anotar a hora exata do início da sedimentação e mergulhar 
cuidadosamente o densímetro na dispersão (Fazer um teste para ver aonde o 
densímetro ficará.); 
8° Passo: Efetuar as leituras do densímetro correspondentes aos tempos de 0,5, 1, 2 
min. Retirar lenta e cuidadosamente o densímetro da dispersão. Caso o ensaio 
esteja sendo realizado em local de temperatura constante, colocar a proveta no 
banho, onde permanecerá até a última leitura. Fazer leituras subsequentes 4, 8, 
15 e 30 minutos, 1, 2, 3, 4, 8 e 24 horas, a contar do início da sedimentação;
9° Passo: Cerca de 15 a 20 segundos da leitura, mergulhar lenta e cuidadosamente 
o densímetro na dispersão. Todas as leituras devem ser feitas na parte 
superior do menisco com interpolação de 0,0002, após o densímetro ter ficado 
em equilíbrio. Assim que uma leitura for feita, retirar o densímetro e colocar 
em uma proveta de água limpa à mesma temperatura da dispersão;
10° Passo: Após cada leitura, observar a temperatura da dispersão.
Realizada a última leitura, verter o material da proveta na peneira de 
0,075mm, proceder à remoção com água de todo o material que tenha aderido às 
suas paredes e efetuar a lavagem do material na peneira mencionada, empregando-
se água potável a baixa pressão, ou seja: utilizar o material da sedimentação para 
o peneiramento fino.
Secar o material retido na 0,075mm em estufa à 105 ° a 110 °C, até 
constância de massa, e, utilizando-se o agitador mecânico, passar nas peneiras de 
1,2, 0,6, 0,42, 0,25, 0,15, 0,075mm. 
As porcentagens correspondentes a cada leitura do densímetro, referidas 
à massa total da amostra, são definidas utilizando-se a expressão (4).
( )
( ) 100
100
c d
s
hd
V L LQ N M
h
δδ
δ δ
−
= × ×
− ×
+
 (4)
Onde: Qs= porcentagem de solo em suspensão no instante da leitura do densímetro;
N= porcentagem de material que passa na peneira de 2 mm, calculado conforme 
equação (2);
δ= Massa específica dos grãos do solo, em g/cm³;
δd= Massa específica do meio dispersor, à temperatura de ensaio, em g/cm³, 
considerar 1 g/cm³;
V= volume da suspensão, em cm³, considerar 1000 cm³;
δc= Massa específica da água, à temperatura de calibração do densímetro (20 
°C), em g/cm³, considerar 1 g/cm³;
L= leitura do densímetro na suspensão;
Ld= leitura do densímetro no meio dispersor, na mesma temperatura da suspensão;
Mh= massa do material úmido submetido à sedimentação, em g;
H= umidade higroscópica do material passado na peneira de 2 mm.
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
68
Para o cálculo do diâmetro máximo das partículas em suspensão, no momento 
de cada leitura do densímetro, utilizando-se a Lei de Stokes chega-se à equação (5):
1800
d
ad
t
µ
δ δ
= ×
−
 (5)
Onde: d= diâmetro máximo das partículas, em mm;
μ= coeficiente de viscosidade do meio dispersor, à temperatura de ensaio, 
em gxs/cm²;
a= altura de queda das partículas, com resolução de 0,1 cm, correspondente 
à leitura do densímetro, em cm (em anexo na NBR7181).
O diâmetro máximo das partículas em suspensão, no momento de cada 
leitura do densímetro, pode também ser determinado pelo método gráfico deCasagrande (em anexo na NBR7181).
Após este processo, determina-se a quantidade de porcentagem passante 
através da equação (3).
2.4 DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA
A partir desse processo de determinação das porcentagens, esses dados são 
colocados em um gráfico, dispondo-se em abcissas os diâmetros das partículas, 
em escala logarítmica, e em ordenadas as porcentagens das partículas menores 
do que os diâmetros considerados, em escala aritmética (Figura 4).
TÓPICO 1 | GRANULOMETRIA
69
FIGURA 4 – CURVA GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAMENTO GROSSO E FINO COM 
SEDIMENTAÇÃO 
A
rg
ila
Si
lte
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0,001 0,01 1000,1 1 10
Po
rc
en
ta
ge
m
 P
as
sa
nt
e 
(%
)
Diâmetro dos Grãos (mm)
A
re
ia
 F
.
A
re
ia
 M
.
A
re
ia
 G
.
Pe
dr
eg
ul
ho
FONTE: Massocco (2017)
Os solos recebem designações segundo as dimensões das partículas 
compreendidas entre determinados limites convencionais, conforme a Figura 5, 
em que estão representadas as classificações adotadas pela American Society for 
Testing Materials (ASTM), American Association for State Highway and Transportation 
Officials (AASHTO), Massachusetts Institute of Technology (MIT) e Associação 
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) (GONÇALVES; MONTEIRO, 2018). 
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
70
FIGURA 5 – CURVA GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAMENTO GROSSO E FINO COM 
SEDIMENTAÇÃO 
PEDREGULHO
AREIA 
SILTE ARGILA COLOIDE
G M F
PEDREGULHO
AREIA 
SILTE ARGILA COLOIDE
 G F
PEDREGULHO AREIA SILTE
COLOIDE
G M F G M F G M F
PEDREGULHO AREIA 
SILTE COLOIDE
G M F G M F
0
0
0
0
0,001
0,001
0,002
0,002
0,005
0,005
0,06
0,075
0,075
0,06
0,2
0,425
0,425
0,2
0,6
2,00
2,0 0,6
2,0
4,75
2,0
6
6
60
60
60 20
2060
ASTM
AASHTO
M.I.T
ABNT
FONTE: Gonçalves e Monteiro (2018)
2.5 ANÁLISE GRÁFICA DE UMA CURVA GRANULOMÉTRICA
A partir dos dados de peneiramento realizados com ou sem sedimentação 
deve-se formar um gráfico que relaciona o material passante ou retido nas 
peneiras. A Figura 6 corresponde a um exemplo de curva granulométrica, em 
que é possível perceber os dados em relação ao peneiramento e em relação ao 
processo de sedimentação. Verifica-se, portanto, a quantidade de solo com respeito 
ao diâmetro efetivo de cada partícula, na figura apresentada percebe-se que o 
solo possui: 10% de argila, 30% de silte, 10% de areia fina, 28% de areia média, 
12% de areia grossa e 10% de pedregulho. A maior porcentagem do constituinte 
determina o tipo de solo, neste caso o solo é siltoso.
TÓPICO 1 | GRANULOMETRIA
71
FIGURA 6 – CURVA GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAMENTO GROSSO E FINO 
COM SEDIMENTAÇÃO 
A
rg
ila
Si
lte
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0,001 0,01 1000,1 1 10
Po
rc
en
ta
ge
m
 P
as
sa
nt
e 
(%
)
Diâmetro dos Grãos (mm)
A
re
ia
 F
.
A
re
ia
 M
.
A
re
ia
 G
.
Pe
dr
eg
ul
ho
30% de site
10% argila
Sedimentação
28% de areia média
Peneiramento
10% areia fina
FONTE: A autora, adaptado de Massocco (2017)
A colocação de pontos representativos dos pares de valores diâmetro 
equivalente – porcentagem de ocorrência, em papel semilogaritmo, permite 
traçar a curva de distribuição granulométrica, em que no eixo das abscissas estão 
representados os diâmetros equivalentes, e, no eixo das ordenadas encontram-se 
as porcentagens passantes (SOARES et al., 2006, p. 26).
Para entendermos a utilização da granulometria, iniciamos com o estudo 
em solos granulares, esses podem ser divididos em mal graduados ou bem 
graduados a partir da análise da curva granulométrica.
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
72
A expressão “bem graduado” expressa o fato de que a existência de 
grãos com diversos diâmetros confere ao solo, em geral, melhor comportamento 
sob o ponto de vista de engenharia. As partículas menores ocupam os vazios 
correspondentes às maiores, criando um entrosamento, do qual resulta menor 
compressibilidade e resistência (PINTO, 2006, p. 65).
O grau de entrosamento entre as partículas, ou seja, solos bem graduados 
são expressos pelo coeficiente de uniformidade Cu. Dado pela equação (6):
60
10
u
DC
D
= (6)
Onde: D60 é o diâmetro abaixo do qual corresponde a 60% em peso das 
partículas, e D10 é o diâmetro abaixo do qual corresponde a 10% em peso das partículas.
Quanto maior o coeficiente de uniformidade, mais bem graduada é a areia. 
C
u
 maior que 4 é considerado pedregulho bem graduado. C
u
 maior que 6 é considerada 
areia bem graduada. Areias com C
u
 menor que 2, pode-se dizer que são uniformes.
UNI
O Cu identifica a amplitude do tamanho dos grãos, no entanto, para 
identificarmos o melhor formato da curva granulométrica, e assim para encontrar 
descontinuidades ou concentração muito elevada de grãos mais grossos no 
conjunto, denominamos o coeficiente de curvatura, o qual chamamos de Cc 
(equação 7). Valores de Cc entre 1 e 3 são considerados bem graduados. 
( )
2
30
10 60
DCc
D D
=
×
 (7)
Onde: D30 é o diâmetro abaixo do qual corresponde a 30% em peso das 
partículas.
Para a análise de solos finos lidamos com o efeito da plasticidade dos 
solos e, assim, a atividade da argila, a qual discutiremos mais a fundo no próximo 
tópico, sobre plasticidade e consistência.
73
RESUMO DO TÓPICO 1
Neste tópico, você aprendeu que:
• Na preparação de uma amostra utiliza-se cerca de 1kg a 1,5 kg.
• As diferenças e os procedimentos realizados segundo a norma para obter a 
curva granulométrica de um solo são divididos em dois tipos: peneiramento 
grosso (NBR) e peneiramento fino com sedimentação e sem sedimentação.
• O processo de sedimentação e a importância da utilização do defloculante em 
solos finos são primordiais para definir a estrutura do solo, pois o defloculante 
ajuda a separar os grãos e a definir a curva granulométrica realisticamente.
• A análise gráfica depende das dimensões de solo que passaram ou ficaram 
retidas nas peneiras.
A Figura 7 corresponde ao resumo do tópico estudado.
Peneiramento fino
Com Sedimentação Sem Sedimentação
Peneiramento 
grosso
Preparação de 
amostra
Análise Gráfica
Granulometria
Distribuição 
Granulométrica
FONTE: A autora
74
AUTOATIVIDADE
1 (PINTO, 2006) Para fazer a análise granulométrica de um solo, tomou-se 
uma amostra de 53,25 g, cuja umidade era de 12,6%. A massa específica dos 
grãos do solo era de 2,67 g/cm³. A amostra foi colocada em uma proveta 
com capacidade de um litro (V=1000 cm³), preenchida com água. Admita-se 
neste exercício que a água é pura, não tendo sido adicionado defloculante, 
e que a densidade da água é de 1,0 g/cm³: Ao uniformizar a suspensão 
(instante inicial da sedimentação), qual deve ser a massa específica da 
suspensão? E qual a leitura do densímetro nele colocado?
2 (PINTO, 2006) No caso do ensaio descrito no exercício anterior, 15 minutos 
depois da suspensão ser colocada em repouso, o densímetro indicou uma 
leitura de L=13,2. Em relação à situação inicial, quando a suspensão era 
homogênea, qual a porcentagem (em massa) de partículas que ainda 
se encontrava presente na profundidade correspondente à leitura do 
densímetro?
3 (PINTO, 2006) Conforme o ensaio anterior, a leitura do densímetro acusava 
a densidade a uma profundidade de 18,5 cm. Qual o maior tamanho de 
partícula que ainda ocorria nessa profundidade? Considerar que o ensaio 
foi feito a uma temperatura de 20 °C, na qual a viscosidade da água é de 
10,29 x 10-6 g.s/cm².
4 (PINTO, 2006, p. 32) Quando se deseja conhecer a distribuição granulométrica 
só da parte grosseira do solo (as frações areia e pedregulho), não havendo, 
portanto, a fase de sedimentação, pode-se peneirar diretamente o solo no 
conjunto peneiras?
5 (Adaptado de PINTO, 2006) Na Figura 8 são apresentados os resultados 
de dois ensaios de granulometria por peneiramento e sedimentação de 
uma amostra de solo: um com a utilização de defloculante e outro sem a 
utilização de defloculante. Como interpretar a diferença de resultado? Essetipo de comportamento é comum a todos os solos? 
75
FIGURA 8 – CURVA GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAMENTO GROSSO E FINO 
COM SEDIMENTAÇÃO
FONTE: Borges (2014, p. 49)
Po
rc
en
ta
ge
m
 q
ue
 p
as
sa
 (%
)
Diâmetro das partículas (mm)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10,10,010,001
0
10
10
Com defloculante
Sem defloculante
6 O ensaio de Granulometria de uma amostra de solo é composto por duas 
etapas: o peneiramento e a sedimentação. O peneiramento é realizado com 
a amostra de solo em dimensões grandes, conhecido como solos grossos, e a 
sedimentação é realizada para definir a granulometria da amostra de solos 
finos. A seguir temos uma curva granulométrica de um solo. Responda:
a) Quais são as porcentagens/frações dos constituintes de grãos neste solo 
estudado?
b) Ao analisar o gráfico, qual tipo de solo é este? Como podemos chamá-lo?
76
FIGURA 9 – CURVA GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAMENTO GROSSO E FINO 
COM SEDIMENTAÇÃO
A
rg
ila
Si
lte
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0,001 0,01 1000,1 1 10
Po
rc
en
ta
ge
m
 P
as
sa
nt
e 
(%
)
Diâmetro dos Grãos (mm)
A
re
ia
 F
.
A
re
ia
 M
.
A
re
ia
 G
.
Pe
dr
eg
ul
ho
FONTE: A autora, adaptado de Massocco (2017)
7 A curva de granulometria é utilizada apenas para classificar os solos. Essa 
afirmação é verdadeira ou falsa? Justifique.
77
8 Os itens a seguir referem-se ao ensaio de caracterização física dos solos, 
denominado de análise granulométrica. Analise os itens quanto à sua 
veracidade, assinalando V para verdadeiro e F para falso:
a) ( ) No ensaio de granulometria são determinados os tamanhos das 
partículas que compõem o solo e as suas porcentagens de ocorrência, 
possibilitando a elaboração da curva granulométrica. 
b) ( ) Na curva granulométrica, o eixo das ordenadas representa os 
diâmetros dos grãos. 
c) ( ) Na realização do ensaio de granulometria, a secagem ao ar livre do 
solo faz-se necessária para a etapa de destorroamento. 
d) ( ) Apesar da secagem ao ar livre, o solo apresenta ainda um certo teor de 
umidade, denominado de umidade de constituição. 
e) ( ) No ensaio de granulometria, dependendo do diâmetro do solo, faz-se 
necessário realizar o peneiramento grosso, o peneiramento fino e a 
sedimentação. 
78
79
TÓPICO 2
PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
A distribuição granulométrica é uma forma que caracteriza o solo e seus 
constituintes em frações equivalentes. Muitas vezes, a granulometria não caracteriza 
bem solos finos, como argila e silte, necessitando, portanto, de outras formas de 
análise. Existem outras maneiras de analisar o comportamento dos solos sob o 
ponto de vista de engenharia, principalmente quando lidamos com os solos finos.
Segundo Pinto (2006, p. 24), quanto menores as partículas, maior é a 
superfície específica (superfície das partículas divididas por seu peso ou por seu 
volume). Dessa forma, faz com que o comportamento de partículas com superfícies 
específicas tão distintas perante a água seja bastante diferenciado. As partículas 
de minerais de argila diferem acentuadamente pela estrutura mineralógica, bem 
como pelos cátions adsorvidos, dessa maneira, para a mesma porcentagem de 
fração de argila, o solo pode ter comportamento muito diferente, dependendo 
das características dos minerais.
Em solos finos, como siltes e argilas, é necessária a análise de outros 
parâmetros, como: forma da partícula, composição mineralógica e química e as 
propriedades plásticas, que estão relacionadas com o teor de umidade. Todos esses 
fatores mostram a complexidade no estudo do comportamento do solo em argilas.
Sempre houve a necessidade de encontrar parâmetros do solo a partir 
da adição de água. Como uma forma de analisar o comportamento das argilas 
e siltes, o engenheiro Atterberg adaptou ensaios junto com Arthur Casagrande 
para determinar índices e padronizar uma forma de analisar a plasticidade e 
liquidez dos solos. Esses limites basearam-se nas variações no comportamento 
do solo argiloso devido à quantidade de água presente em seus poros.
Este tópico explica os conceitos básicos para a caracterização do comportamento 
plástico e da consistência dos solos com grande presença de argila. Estes, por serem 
os mais complicados, requerem cuidado especial tanto na caracterização quando 
na classificação, portanto, este tópico fornece informações sobre limite de liquidez, 
limite de plasticidade, bem como os métodos de cálculo para fornecer tais limites.
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
80
2 ESTADOS DE CONSISTÊNCIA
Sabemos que há uma complexidade dos minerais-argilas, em termos 
estruturais, químicos e físicos. Atterberg realizou pesquisas sobre as propriedades 
dos solos finos (consistência). As pesquisas mostraram que o solo argiloso possui 
aspectos distintos conforme seu teor de umidade, ou seja, quando há bastante 
água, ele se comporta como líquido, quando diminui a umidade, torna-se plástico 
e, por fim, quanto mais seco, faz-se quebradiço.
Esses fatores de comportamento do solo fino com a adição ou a retirada 
de certa quantidade de água formam o conceito denominado por Atterberg: 
consistência. Este termo se relaciona com o grau de resistência e plasticidade do 
solo, que depende das ligações internas entre suas partículas. Estes solos finos, 
chamados coesivos, mostram consistência plástica entre certos teores limites de 
umidade, os quais denominamos: Limites de Atterberg ou limites de consistência.
Os limites confirmam que teores de água antes dessa fronteira estipulada 
apresentam uma consistência sólida (chamamos de limite de contração) e após 
essa linha uma consistência semissólida, também se percebem as mudanças de 
estado entre as linhas LP (limite de plasticidade) e LL (limite de liquidez). A 
Figura 10 corresponde a um gráfico que mostra os teores de umidade em relação 
à variação de volume, estes, por sua vez, permitem caracterizar e diferenciar 
diversos estados de uma massa amolgada de solo. 
FIGURA 10 – ESTADOS E LIMITES DE CONSISTÊNCIA
Estado 
líquido
Estado plástico
Estado 
semi-sólidoEstado sólido
Sr = 100% Sr < 100% 
LLLPLC0
Vo
Vi
Vf
V
ar
ia
çã
o 
de
 v
ol
um
e 
(Δ
V
)
Teor de umidade (w%)
FONTE: Soares et al. (2006, p. 42)
TÓPICO 2 | PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA
81
Uma massa de solo argiloso no estado líquido (por exemplo, lama) não 
possui forma própria e tem resistência ao cisalhamento nula. Retirando-se água 
aos poucos, por secamento da amostra, a partir de um teor de umidade, esta 
massa de solo torna-se plástica, quando passa a ter um teor de umidade constante 
poderá ter sua forma alterada, sem apresentar uma variação sensível do volume, 
ruptura ou fissuramento. Continuando o secamento da amostra, atinge-se um 
teor de umidade no qual o solo deixa de ser plástico e adquire a aparência 
de sólido, mas ainda apresentando uma variação de volume para teores de 
umidade decrescentes, porém mantendo-se saturado, se encontrando no estado 
semissólido. Finalmente, a partir de um teor de umidade, a amostra começará 
a secar, mas a volume constante, até o secamento total, tendo atingido o estado 
sólido (SOARES et al., 2006, p. 42).
Os limites de plasticidade, liquidez e contração são os chamados limites de 
consistência ou Limites de Atterberg.
ATENCAO
Para Terzaghi, as propriedades de engenharia (isto é, a permeabilidade, a 
compressibilidade e a resistência ao cisalhamento) dependem de fatores físicos, 
tais como a forma das partículas, o seu diâmetro efetivo e o grau de uniformidade 
do solo. Como os Limites de Atterberg também dependem desses fatores, com 
base no seu conhecimento é possível fazer inferências sobre as propriedades 
de engenharia de solos de mesma origem geológica. Foi de Terzaghi a ideia 
de agrupar os solos com propriedades de engenharia análogas utilizando uma 
classificação baseada nos Limites de Atterberg (MASSAD, 2016, p. 106).
Atualmente existem ensaios padronizados para determinar os aspectos 
de limite de liquideze plasticidade do solo, o qual será explicado nos próximos 
itens. Porém, mesmo que estes limites possam ser encontrados a partir de ensaios 
simples, ainda assim a interpretação física e o relacionamento quantitativo 
dos seus valores, com os fatores de composição do solo, tipo e quantidade dos 
minerais, tipo de cátion adsorvido, forma e tamanho das partículas e composição 
da água, são difíceis e complexos (SOARES et al., 2006, p. 42).
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
82
3 LIMITE DE LIQUIDEZ
Percebemos que o limite de liquidez (LL) corresponde à faixa com que o 
solo está em comportamento plástico limite, a partir desse momento, ao adicionar 
água e assim, maiores valores de umidade para o solo remoldado começam a se 
apresentar em estado líquido. A NBR 6459:2016 diz que o LL é o teor que separa o 
estado de consistência líquido do plástico, no qual o solo apresenta uma pequena 
resistência ao cisalhamento.
Para a determinação do limite de liquidez utiliza-se o equipamento de 
Casagrande, e este tem esse nome pois refere-se ao desenvolvedor do equipamento. 
Estudos deste pesquisador (1932) mostraram que, com a visualização do limite de 
liquidez, é possível correlacionar com dados de resistência ao cisalhamento do solo. 
A Figura 11 corresponde ao aparelho de Casagrande em que é possível verificar a 
superfície de deslizamento. Seus estudos mostraram que resultados de limite de 
liquidez correspondem à resistência entre de 2kPa a 3 kPa. Esses valores, considerados 
baixos, resultam de resistência devida às forças atrativas entre partículas que, por sua 
vez, estão relacionadas à atividade superficial dos argilominerais.
FIGURA 11 – EXEMPLO DO EQUIPAMENTO DE MEDIÇÃO DO LL E AS SUPERFÍCIES DE 
DESLIZAMENTO COMO FORMA DE VERIFICAR A RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
DEPOIS DO ENSAIO
ANTES DO ENSAIO
FONTE: A autora, adaptado de Soares et al. (2006)
TÓPICO 2 | PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA
83
A NBR 6459 (ABNT, 2016) define o procedimento de determinação do 
limite de liquidez. A norma foi originalmente publicada em 1984 e formatada em 
2016, com nenhuma mudança técnica, apenas de formatação.
Conforme a Figura 12, o aparelho consiste na formação de uma base dura, 
uma concha de latão, um sistema de fixação da concha à base e um parafuso 
excêntrico ligado a uma manivela, que, movimentada a uma velocidade constante, 
de duas rotações por segundo, eleva a concha a uma altura padronizada, para, 
a seguir, deixá-la cair sobre a base. Um cinzel (gabarito), com as dimensões 
mostradas na mesma figura, completa o aparelho (SOARES et al., 2006, p. 47). 
FIGURA 12 – APARELHO DE CASAGRANDE E SEUS ACESSÓRIOS
FONTE: Soares et al. (2006, p. 43)
A escolha do cinzel dependerá do tipo de solo a ser trabalhado. Em solos argilosos 
utiliza-se o cinzel cônico; no entanto, em solos arenosos, faz-se uso do cinzel achatado.
ATENCAO
O solo utilizado no ensaio corresponde à fração que passa na peneira 
de 0,42mm (#40) de abertura e uma pasta homogênea deverá ser preparada e 
colocada na concha; utilizando o cinzel, deverá ser aberta uma ranhura, conforme 
mostrado na Figura 13. No momento em que a concha vai batendo na base, 
os taludes tendem a escorregar e a abertura na base da ranhura começa a se 
fechar. O ensaio continua até que os dois lados se juntem, longitudinalmente, 
por um comprimento igual a 10 mm, interrompendo-se o ensaio nesse instante 
e anotando-se o número de golpes necessários para o fechamento da ranhura 
(SOARES et al., 2006, p. 43).
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
84
FIGURA 13 – ENSAIO PARA OBTENÇÃO DO LIMITE DE LIQUIDEZ DE UM SOLO
FONTE: Pires (2011, p. 47)
O limite de liquidez corresponde à umidade do solo para 25 golpes 
encontrados no ensaio de Casagrande. A ideia é obter vários valores de golpes entre 35 
e 15, obter umidades e, por fim, encontrar um gráfico/função umidade versus golpes, ao 
substituir na função encontrada o valor de 25 golpes encontraremos o LL.
ATENCAO
Processo executivo
O processo executivo segue a NBR6459:2016. Após a preparação da 
amostra pela NBR6457, seguem-se os procedimentos:
1° Passo: Colocar a amostra na cápsula de porcelana e adicionar água destilada 
em pequenos incrementos, amassando e revolvendo, vigorosa e continuamente 
com o auxílio da espátula, de forma a obter uma pasta homogênea, com cerca 
de 15 min (areias) e 30 min (argilas);
2° Passo: Transferir parte da mistura para a concha, moldando-a de forma que na 
parte central a espessura seja na ordem de 10mm;
3° Passo: Realizar essa operação de maneira que não fiquem bolhas de ar no 
interior da mistura;
4° Passo: Retornar o excesso de solo para a cápsula;
TÓPICO 2 | PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA
85
5° Passo: Dividir a massa de solo em duas partes, passando o cinzel através da 
massa, de maneira a abrir uma ranhura em sua parte central, normalmente 
à articulação da concha. O cinzel deve ser deslocado perpendicularmente à 
superfície da concha;
As operações do 4° e 5° passo devem ser realizadas com a concha na mão 
do operador, e, quando houver dificuldades na abertura da ranhura, deve-se tentar obtê-la 
por passagens sucessivas e cuidadosas com o cinzel.
Para começar o ensaio, a consistência tem que estar no ponto em que sejam 
necessários cerca de 35 golpes para fechar a ranhura.
NOTA
NOTA
6° Passo: Recolocar, cuidadosamente, a concha no aparelho e golpeá-la contra 
a base, deixando-a cair em queda livre, girando a manivela à razão de duas 
voltas por segundo. Anotar o número de golpes necessário para que as 
bordas inferiores da ranhura se unam ao longo de 13mm de comprimento, 
aproximadamente.
9° Passo: Com o resultado de aproximadamente 35 golpes. Transferir 
imediatamente uma pequena quantidade do material de junto das bordas que 
se uniram para um recipiente adequado para a determinação da umidade.
10° Passo: Transferir o restante da massa para a cápsula de porcelana. Lavar e 
enxugar a concha e o cinzel.
11° Passo: Adicionar água destilada à amostra e homogeneizar durante pelo 
menos três minutos, amassando e revolvendo vigorosa e continuamente com 
auxílio da espátula.
12° Passo: Repetir as operações do 2° até o 6° passo, de modo a obter pelo menos 
mais três pontos entre o intervalo de 35 a 15 golpes.
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
86
Se a amostra apresentar umidade inferior à correspondente ao primeiro 
ponto, proceder para o item 1.
NOTA
Com esses dados, deve-se formar um gráfico no qual o eixo das abscissas 
(em escala aritmética) sejam os teores de umidade; e o eixo das ordenadas (em 
escala logarítmica) corresponda ao número de golpes; por fim, construir a reta 
respeitando os pontos obtidos. O limite de liquidez corresponde à umidade 
referente a 25 golpes e esse dado é expresso em porcentagem.
A Figura 14 corresponde a dados de limite de liquidez determinados pelo 
ensaio de Casagrande. A Tabela 3 corresponde aos dados de golpes e a umidade 
encontrada, esses dados correspondem a uma função com R² 0,79, e ao substituir 
na função para 25 golpes, encontra-se o Limite de liquidez de 31%.
TABELA 3 – DADOS DE ENSAIO DE LIMITE DE LIQUIDEZ
Tentativa 1 Tentativa 2 Tentativa 3 Tentativa 4 Tentativa 5
Número de 
golpes 40 37 18 26 16
Umidade (%) 30,49 29,75 31,76 30,95 31,45
FONTE: A autoram
FIGURA 14 – GRÁFICO PARA OBTENÇÃO DO LIMITE DE LIQUIDEZ DO SOLO
NÚMERO DE GOLPES (Esc Log)
TE
O
R 
D
E 
U
M
ID
A
D
E 
(%
)
32
32
31
31
30
30
10 100
y= -1,716ln(x) + 36,447
R2= 0,7906
LL=31%
FONTE: A autora
TÓPICO 2 | PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA
87
A NBR 6459 utiliza o padrão de cinco pontos para cinco umidades, com 
esses dados é possível obter uma função (Figura 14), e assim, correlacionando o 
valor de 25 golpes, encontra-se o limite de liquidez. 
Olmstead e Johnston (1954) e WES (1949) também demonstram a 
possibilidade de determinar o limite de liquidez a partir de um único ponto, e 
assim, fazendo o procedimento do ensaio apenas uma vez, assim, faz-se uso das 
equações (6) e (7) .1,419 0,3log
hLL
n
=
−
 (6)
Onde: h é a umidade encontrada; n o número de golpes.
0,121
25
nLL h =  
 
 (7)
Onde: h é a umidade encontrada no ensaio; n é o número de golpes.
4 LIMITE DE PLASTICIDADE
O Limite de plasticidade (LP) corresponde à umidade em que a água no 
seu estado livre começa a existir em excesso, ou seja, numa quantidade maior que 
aquela necessária para satisfazer a adsorção forte. Quando atinge o LP, a água 
começa a formar a camada dupla. Pode ser também interpretado como o teor de 
umidade limite, abaixo do qual o solo perde plasticidade, isto é, deforma-se, com 
mudança de volume e trincamento (MASSAD, 2016, pág. 110).
Ao observar o gráfico de estado de consistência do solo, pode-se dizer que o LP 
é o valor de umidade que corresponde à divisão entre o estágio semissólido e plástico. 
A NBR7180 define o procedimento de determinação do limite de plasticidade.
O equipamento necessário à realização do ensaio é muito simples: tendo-se 
apenas uma placa de vidro com uma face esmerilhada e um cilindro padrão com 
3mm de diâmetro, conforme Figura 13. O ensaio inicia-se rolando, sobre a face 
esmerilhada da placa, uma amostra de solo com um teor de umidade inicial próximo 
do limite de liquidez, até que duas condições sejam, simultaneamente, alcançadas: o 
rolinho tenha um diâmetro igual ao do cilindro padrão e o aparecimento de fissura 
(início da fragmentação). O teor de umidade do rolinho, nesta condição, representa 
o limite de plasticidade do solo (SOARES et al., 2006, p. 45).
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
88
FIGURA 15 – ENSAIO PARA OBTENÇÃO DO LIMITE DE PLASTICIDADE
FONTE: Ribeiro (2016, p. 19)
O limite de plasticidade é determinado pela repetição do ensaio em cinco 
vezes. Por fim, a determinação do limite de liquidez é dada pela média das umidades 
encontradas, devendo o erro não passar de 5% para mais ou para menos.
UNI
Processo executivo
O processo executivo segue a NBR7180: 2016. Após a preparação da 
amostra pela NBR6457, seguem-se os procedimentos:
1° Passo: Colocar a amostra na cápsula de porcelana, adicionar água destilada em 
pequenos incrementos, amassando e revolvendo, vigorosa e continuamente, 
com o auxílio de espátula, de forma a obter uma pasta homogênea, de 
consistência plástica.
2° Passo: Começa-se colocando a amostra na cápsula de porcelana e umedecendo-a 
de forma contínua e devagar, revolvendo-a e tentando torná-la uma pasta 
homogênea, com o auxílio da espátula.
3° Passo: Tomar cerca de 10 g da amostra assim preparada, formar uma pequena 
esfera e manualmente rolá-la sobre a placa de vidro até que se forme um 
cilindro com espessuras semelhantes ao gabarito.
TÓPICO 2 | PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA
89
4° Passo: A condição para que uma amostra de solo esteja no estado plástico 
é a possibilidade de com ela ser possível moldar um cilindro de 10 cm de 
comprimento por 3 mm de diâmetro, por rolagem, sobre uma placa de vidro.
5° Passo: Ao se fragmentar o cilindro, com diâmetro de 3mm e comprimento de 10 
mm (o que se verifica com o gabarito de comparação), transferir imediatamente 
as partes dele para um recipiente adequado, para determinação da umidade 
conforme a NBR6457.
6° Passo: Repetir as operações de 3 a 5, e assim obter no mínimo três valores de 
umidade.
O Limite de plasticidade satisfatório de pelo menos três valores, e, nenhum 
deles diferir da respectiva média em 5%.
ATENCAO
5 LIMITE DE CONTRAÇÃO
Conforme a Figura 8, o limite de contração (LC) é a linha que separa os 
estados semissólido e sólido, sendo, portanto, o valor de teor de umidade que o 
solo deixa de contrair embora continue perdendo o peso.
Uma argila, inicialmente saturada e com um teor de umidade próximo ao 
limite de liquidez, ao perder água, sofrerá uma diminuição do seu volume igual 
ao volume de água evaporada, até atingir um teor de umidade igual ao limite de 
contração. A partir deste valor, a amostra secará a volume constante (SOARES et 
al., 2006, p. 45).
Percebe-se na Figura 16 o limite de contração, este por sua vez corresponde 
aos aspectos básicos da teoria limite de contração. Este exemplo mostra o solo 
com um volume inicial no item (a), logo após a perda de umidade o volume 
diminui (b) e, por fim, há a diminuição de umidade sem a variação de volume, 
caracterizando o limite de contração do sistema (c).
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
90
FIGURA 16 – ASPECTOS BÁSICOS DA TEORIA DO LIMITE DE CONTRAÇÃO
(c)(b)(a)
Vf
VS
VW
W0
WW
WS WS
V0
Ar
Sólidos Sólidos Sólidos
Água
Água
FONTE: Soares et al. (2006, p. 45)
Ao analisar a Figura 16, percebe-se que o limite de contração é igual a (8):
w
s
WLC
W
= (8)
Com relação ao peso específico dos sólidos, o peso de água é calculado por (9):
s
w f w
s
WW V γγ
 = − × 
 
 (9)
Por fim, resulta em (10):
1s
w
s s
WLC γ
γ γ
 
= × − 
 
 
Caso o peso específico dos sólidos não seja conhecido, o limite de contração 
é determinado por (10):
0
0
( )f
w
s
V VLC w Wγ
−
= − × (10)
Onde: w0 é o teor de umidade de moldagem do corpo de prova.
Utiliza-se a NBR 7183:1982 para calcular o LC. No entanto, essa norma foi 
cancelada devido ao desuso do setor. A norma previa as seguintes aparelhagens: 
cápsula de porcelana, espátula, cápsula de contração para secagem da amostra. 
Também se faz necessária a utilização de: régua de aço e cuba de vidro, placa 
de vidro com pinos de metal, balança sensível a 0,1g, mercúrio suficiente para 
encher a cuba de vidro e estufa.
TÓPICO 2 | PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA
91
FIGURA 17 – ENSAIO PARA OBTENÇÃO DO LIMITE DE CONTRAÇÃO
MERCÚRIOPLACA
DEPOIS DO ENSAIO
ANTES DO ENSAIO
10
9
FONTE: Soares et al. (2006, p. 46)
O ensaio em laboratório para determinar o limite de contração é realizado 
inicialmente com a preparação da pasta, com teor de umidade aproximado ao limite 
de liquidez e, após a preparação, é colocado em recipiente próprio e extraído o ar 
contido na amostra. Após este processo leva-se a amostra para secar, no início ao ar 
e, por fim, em estufa. O volume da pastilha seca é obtido imergindo-a em mercúrio 
e determinando o peso do mercúrio extravasado (SOARES et al., 2006, p. 45).
a) ÍNDICE DE PLASTICIDADE
A diferença entre os limites de liquidez e plasticidade é considerado como 
índice de plasticidade. Representa, portanto, a quantidade de água que é necessário 
adicionar a um solo, para que ele passe do estado plástico para o estado líquido. A 
equação (11) representa a diferença entre o LL e o LP caracterizando-se a sigla IP.
IP LL LP= − (11)
O valor de IP tem como principal função caracterizar o quão plástico é 
o solo, maiores índices (IP) correspondem a solos mais plásticos. Adicionado a 
este fato, sabe-se que este item afeta o grau de compressibilidade dos solos, ou 
seja, quanto maior o IP, mais características compressíveis tem o solo. A Tabela 4 
corresponde à classificação do solo com relação à porcentagem de IP.
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
92
TABELA 4 – CONDIÇÕES DE PLASTICIDADE COM RELAÇÃO AO ÍNDICE DE PLASTICIDADE
Não plástico IP=0
Fracamente plástico 1 ≤ IP ≤ 7 
Mediamente plástico 7 ≤ IP ≤ 15
Altamente plástico IP > 15
FONTE: Ribeiro (2016, p. 23)
Um material livre de argilas tem índice de plasticidade nulo, uma vez que 
a plasticidade é uma propriedade específica das argilas. Quanto maior o índice de 
plasticidade, mais compressível é a argila (RIBEIRO, 2016, p. 23).
b) ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA
Quando deseja-se obter o estado do solo fino em campo, ou seja, natural, 
opta-se pela descoberta do índice de consistência do solo. A NBR6502:1980 divide 
essa condição em: mole, muito mole, médias, rijas e duras. O índice de consistência 
é determinado pela equação (12):
LL wIC
IP
−
= (12)
Onde: w é a umidade em campo, LL é o limite de liquidez e IP é o índice 
de plasticidade.
O índice de consistência busca situar o teor de umidade do solo no 
intervalo de interesse para a utilização na prática, ou seja, entre o limitede 
liquidez e o de plasticidade. As argilas moles, médias e rijas situam-se no estado 
plástico; as muito moles no estado líquido e as duras no estado semissólido. 
Assim, quantitativamente cada um dos tipos pode ser identificado quando se 
tratar de argilas saturadas, pelo índice de consistência através da Tabela 5.
TABELA 5 – CORRELAÇÕES COM DADOS DE ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA E RESISTÊNCIA DO SOLO
FONTE: Ribeiro (2016, p. 23)
Classificação Identificação Gradação
Resistência
Kg/cm²
Nspt Estado
Muito mole Escorrem entre os dedos IC<0 R<0,25 2≤ Líquido
Mole Facilmente moldável 0 ≤ IC<0,5 0,25 ≤ R<0,5 3 a 5 Plástico
Média Moldável 0,5 ≤ IC<0,75 0,5 ≤ R<1,0 6 a 10 Plástico
Rija Dificilmente moldável
0,75 ≤
IC<1,00 1,0 ≤ R<4,0
11 a 19 Plástico
Dura Não são moldáveis IC ≥ 1,00 R ≥ 4,00 >19 Semissólido
TÓPICO 2 | PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA
93
c) ÍNDICE DE LIQUIDEZ 
O índice de liquidez (IL) corresponde às tensões que o solo sofreu em sua 
história geológica. À medida que a umidade de um solo coesivo se aproxima do limite 
inferior do estado plástico, maior será a resistência e sua compacidade (TERZAGHI; 
PECK, 1976). Desse modo corresponde à fórmula para encontrar o IP (13):
w LPIL
LL LP
−
=
−
 (13)
Onde: w é a umidade do solo, LP é o limite de plasticidade e LL é o limite 
de liquidez.
A Tabela 6 corresponde à classificação dos índices de liquidez com relação 
às tensões no solo. Argilas normalmente adensadas têm índices de liquidez 
próximos da unidade, ao passo que argilas pré-adensadas têm índices próximos 
de zero. Valores intermediários para o índice de liquidez são frequentemente 
encontrados. Excepcionalmente pode exceder a unidade, como no caso das argilas 
extrassensíveis, ou pode ser negativo, como no caso das argilas excessivamente 
pré-adensadas (SOARES et al., 2006, p. 48).
TABELA 6 – CLASSIFICAÇÃO DO ÍNDICE DE LIQUIDEZ
IL< 0 Argilas excessivamente pré-adensadas (h natural menor que LP)
IL ≈ 0 ou =0
Argilas pré-adensadas (h natural próximo ou 
igual ao LP)
IL ≈ 1 ou =1
Argilas normalmente adensadas (h natural 
próximo ou igual ao LL)
IL > 1 Argilas extrassensíveis (h natural maior que LL)
FONTE: Ribeiro (2016, p. 22) 
d) ATIVIDADE DA ARGILA
A atividade da argila é um conceito empregado por estudos de Skempton 
(1953). O autor percebeu que solos de mesma origem geológica, e assim com 
os mesmos argilominerais, possuíam índices de plasticidade (IP) linearmente 
crescentes de acordo com o aumento do teor da fração de argila (C). Dessa 
maneira, a atividade de argila torna-se a relação entre o índice de plasticidade e a 
porcentagem da fração argilosa menor que 2 microns (0,002 mm). A equação (14) 
corresponde à atividade da argila:
IPA
C
= (14)
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
94
Onde: IP é o índice de plasticidade, e C é o teor da fração de argila no solo 
para teores superiores a 40%.
Quanto maior a atividade de um solo, mais importante é a influência da 
fração argila em suas propriedades e mais suscetível ele é aos tipos de íons trocáveis 
e à composição dos fluidos dos poros. Uma atividade elevada indica um solo que 
pode causar problemas em virtude de sua alta capacidade de retenção de água e de 
troca catiônica e sua alta sensibilidade e tixotropia (MASSAD, 2016, p. 107).
Tixotropia é o ganho de resistência de um solo após amolgamento ou 
compactação, resulta de uma restauração (parcial) de um equilíbrio rompido, envolvendo 
a água e os íons.
DICAS
Com relação à faixa de atividade e tipo de argila, a Tabela 7 resume o valor 
com o tipo de argilomineral.
TABELA 7 – ATIVIDADE DA ARGILA PARA CADA ARGILOMINERAL
Tipo de argilomineral Atividade da argila
Montmorilonita 5 a 7
Caulinita 0,3
Ilita 0,9
FONTE: Massad (2016, p. 107)
Trabalhos de Seed, Woodward e Lundgren (1964a, b) mostraram que 
existe uma relação entre o limite de liquidez, o teor de argila e a atividade 
do solo independentemente da sua composição mineralógica. Assim, solos 
com a mesma origem geológica alinham-se aos gráficos de Casagrande e a 
atividade é definida pela equação 14, no entanto, para solos com porcentagem 
de argilominerais entre 10% e 40% houve melhor congruência dos valores com 
a equação 15 (MASSAD, 2016, p. 107).
10
IPA
C
=
−
 (15)
Onde: IP é o índice de plasticidade e C é o teor da fração de argila no solo 
para teores entre 10% e 40%.
95
RESUMO DO TÓPICO 2
Neste tópico, você aprendeu que:
• Os estados de consistência são divididos em: líquido, plástico e de contração. 
Os limites confirmam que teores de água antes dessa fronteira estipulada 
apresentam uma consistência sólida (chamamos de limite de contração) e, após 
essa linha, uma consistência semissólida, também se percebem as mudanças de 
estado entre as linhas LP (limite de plasticidade) e LL (limite de liquidez).
• Para a determinação do limite de liquidez, utiliza-se o equipamento de 
Casagrande, e este tem esse nome pois refere-se ao desenvolvedor do 
equipamento. Estudos deste pesquisador (1932) mostraram que, com a 
visualização do limite de liquidez, é possível correlacionar dados de resistência 
ao cisalhamento do solo.
• O Limite de liquidez corresponde à umidade do solo para 25 golpes encontrados 
no ensaio de Casagrande. A ideia é obter vários valores de golpes entre 35 e 15, 
obter umidades e, por fim, encontrar um gráfico/função umidade versus golpes, 
ao substituir na função encontrada o valor de 25 golpes encontraremos o LL.
A Figura 18 corresponde ao resumo do tópico estudado.
FIGURA 18 – RESUMO DO TÓPICO ESTUDADO
Limite de liquidez
NBR6459:2016
Limite de plasticidade
BR7180:2016
Limite de contração
NBR7183:1982
Estados de consistência
Plasticidade e Consistência
Índice de plasticidade/Índice de consistência/Índice de 
liquidez/ atividades da argila
FONTE: A autora
96
AUTOATIVIDADE
1 A resistência e a compressibilidade de um solo variam de forma considerável 
em função da consistência em que ele se encontra. A consistência de um 
solo pode ser determinada a partir de um índice, denominado “Índice 
de Consistência (IC)”. Dessa forma, analisando uma argila que apresenta 
no campo um teor de umidade natural (hnat) de 23% e seus LL e LP são, 
respectivamente, 28% e 15%, responda: 
a) Em que estado de consistência (IC) se encontra essa argila? 
b) Este solo é mais ou menos resistente que uma argila cujo índice de consistência 
(IC) é igual a 0,2? 
2 Os itens a seguir referem-se aos índices de consistência dos solos ou Limites 
de Atterberg: limite de liquidez e limite de plasticidade. Analise os itens 
quanto à sua veracidade, assinalando V para verdadeiro e F para falso:
a) ( ) O limite de liquidez (LL) e o limite de plasticidade (LP) não são teores 
de umidade. 
b) ( ) O LL e o LP são constantes de um solo e podem ser determinados 
através de ensaios em laboratório. 
c) ( ) O LP é o teor de umidade em percentual, no qual a transição do estado 
semissólido para o plástico ocorre. 
d) ( ) O LL é o teor de umidade em percentual, no qual a transição do estado 
plástico para o líquido ocorre. 
e) ( ) A plasticidade é uma propriedade que os solos finos apresentam, logo, 
em um solo, quanto maior o percentual de argila, menor será a sua 
plasticidade.
3 Os itens a seguir referem-se aos ensaios de caracterização física dos solos: 
limite de liquidez (NBR 6459) e limite de plasticidade (NBR 7180). Analise 
os itens a seguir e identifique F para Falso e V para Verdadeiro.
a) ( ) Para a realização do ensaio do Limite de Plasticidade e do Limite de 
Liquidez, utilizar solo passante na peneira de 0,42mm.
b) ( ) O Limite de Plasticidade corresponde à umidade que o solo apresenta 
ao se fragmentar formando um cilindro com diâmetro de 3 mm e 
comprimento da ordem de 100 mm.
c) ( ) Na determinação do Limite de Plasticidade, para que o ensaio seja 
satisfatório, pelo menos três umidades não podem diferir da respectiva 
média de mais de 5% dessa média.
d) ( ) Na determinação do Limite de Liquidez, inicialmente, adiciona-seágua 
destilada na amostra em pequenos incrementos, de forma a obter uma 
pasta homogênea, com consistência tal que sejam necessários cerca de 
15 golpes para fechar a ranhura. 
97
e) ( ) Na determinação do Limite de Liquidez, após obter a umidade 
necessária para fechar a ranhura com cerca de 35 golpes, adicionar 
mais água, de forma a obter, no mínimo, mais dois pontos de ensaio, 
cobrindo o intervalo de 35 a 15 golpes.
4 Com a execução dos ensaios para a determinação do limite de liquidez e 
limite de plasticidade foram obtidos os seguintes resultados:
Ensaio de Limite de Plasticidade
Cápsula No 1 2 3 4 5
Cápsula + Solo Úmido (g) 9,66 8,24 9,94 13,03 8,96
Cápsula + Solo Seco (g) 9,31 7,82 9,49 12,63 8,44
Peso da Capsula (g) 8,59 6,95 8,59 11,75 7,44
Peso da Água (g) 0,35 0,42 0,45 0,40 0,52
Peso Solo Seco (g) 0,72 0,87 0,90 0,88 1,00
Teor de Umidade (%) 48,61 48,28 50,00 45,45 52,00
Ensaio Limite de Liquidez
Cápsula N0 6 7 8 9 10
Cápsula + Solo Úmido (g) 9,66 10,16 10,90 14,20 9,37
Cápsula + Solo Seco (g) 8,80 9,38 9,96 13,49 8,60
Peso da Cápsula (g) 7,63 8,23 8,55 12,49 7,52
Peso da Água (g) 0,86 0,78 0,94 0,71 0,77
Peso Solo Seco (g) 1,17 1,15 1,41 1,00 1,08
No. de Golpes 15 34 31 15 18
Teor de Umidade (%) 73,50 67,83 66,67 71,00 71,30
Determine:
a) Limite de Liquidez e o Limite de Plasticidade do solo.
b) O Índice de Plasticidade do solo. Classifique-o.
98
99
TÓPICO 3
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
Percebe-se que os diferentes tipos de solos mostram comportamentos 
distintos, devido à sua diversidade e situação em que se encontra. Estas situações 
determinadas pela engenharia enfatizam o agrupamento em conjuntos distintos 
como forma de classificação das propriedades dos solos. Essa necessidade de 
formar conjuntos e classificar o solo surgiu de maneira natural, consolidando os 
vários tipos de classificação dos solos.
Em termos de engenharia, o principal objetivo da classificação dos solos, 
segundo Pinto (2006, p. 64), é a possibilidade de estimar o provável comportamento 
do solo ou, pelo menos, orientar o programa de investigação necessário para 
proporcionar apropriada análise de uma problemática.
Até hoje a validez da classificação dos solos é colocada em dúvida, este 
fato deve-se à variabilidade que os solos possuem; um exemplo prático é um solo 
A e C, que possuem índices próximos aos limites e, por sua vez, apresentam-se em 
grupos distintos (um é silte e outro argila, por exemplo), porém há possibilidade 
de ter comportamento mais parecidos do que um solo B que apresenta a mesma 
classificação do solo A. Este fato conclui que a utilização dos parâmetros de solos 
em termos de resistência é mais aceitável do que propriamente sua condição 
física. No entanto, Pinto (2006, p. 64) diz que a classificação é necessária para a 
transmissão do conhecimento, pois quando um tipo de solo é citado, é primordial 
que a designação seja entendida por todos, ou seja, é importante que exista um 
sistema de classificação para categorizar.
A divisão do solo serve como primeiro passo para a previsão do seu 
comportamento, pois ajuda a organizar as ideias e a orientar os estudos e o 
planejamento das investigações para obtenção dos parâmetros mais importantes 
para cada projeto. Na Engenharia há diversas formas de classificar os solos, tais 
como: pela origem, pela evolução, estrutura, pelos preenchimentos de vazios, e 
até mesmo pela quantidade de matéria orgânica presente.
Este tópico mostrará os principais sistemas de classificação, tais como: 
Trilinear, Sistema Unificado, Sistema rodoviário de classificação, classificações 
regionais e, por fim, algumas classificações com respeito à origem do solo.
Vamos começar?
100
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
2 SISTEMA TRILINEAR: USDA
Também conhecido como triângulo de Feret, este é utilizado para 
identificar o tipo de solo a partir das porcentagens/frações de solos determinados 
nos ensaios de granulometria (curva granulométrica), ou seja: a análise textural 
que se refere à aparência da superfície.
Este método foi desenvolvido pelo Departamento de Agricultura dos 
Estados Unidos (USDA) e parte do pressuposto de que no solo natural há misturas 
de partículas de diversos tamanhos. Nesse sistema os solos são nomeados após os 
principais componentes, como exemplo: solo areno-argiloso, que mostra que a maior 
quantidade vem do percentual de areia presente no solo; além disso, a USDA possui 
o tamanho padronizado dos grãos que corresponde ao tipo de solo (Tabela 8).
TABELA 8 – CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA PELO DEPARTAMENTO DE AGRICULTURA 
DOS ESTADOS UNIDOS
Tamanho do grão [mm]
Pedregulho Areia Silte Argila
>2 2 a 0,05 0,05 a 0,002 <0,002
FONTE: Das e Khaled (2017, p. 25)
A análise baseia-se em um formato triangular em que o lado esquerdo 
corresponde à porcentagem de argila e o lado direito, à porcentagem de silte 
e, por fim, sobra a base do triângulo, que corresponde à quantidade de areia 
determinada pelo ensaio de granulometria (Figura 19). Ao analisar o triângulo, 
percebe-se a palavra “lemo” que, por Caputo (1988, p. 33), foi utilizada para 
substituir as misturas de proporções variadas de argila, silte e areia.
A Figura 19 mostra um exemplo ao lado, ou seja, um solo com proporções: 
40% de areia, 32% de argila e 28% de silte. Ao colocar estes dados no triângulo, 
encontra-se um solo do tipo argila lemosa. 
Perceba que o triângulo de Feret só possui informações para solos finos, ou 
seja, passantes na peneira de n° 10 (<2mm), porém, o que se deve fazer ao encontrar um 
solo com pedregulhos? Obriga-se corrigir a porcentagem dos solos para a análise USDA, 
ou seja, um solo com 20% de pedregulhos, 10% de areia, 30% de silte e 40% de argila tem, 
na análise de Feret, de acordo com os 80% de finos (100%-20% de pedregulhos): 12,5% de 
areia (10/80), 37,5% de silte (30/80) e 50% de argila (40/80).
ATENCAO
TÓPICO 3 | CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
101
FIGURA 19 – CLASSIFICAÇÃO USDA: TRIÂNGULO DE FERET
FONTE: A autora, adaptado de Christ (2016)
Embora a classificação textural do solo seja relativamente simples, 
ela é baseada totalmente na distribuição de partículas. Para os engenheiros 
geotécnicos faz-se necessária a análise de quantidade e o tipo de argilominerais 
presentes em solos granulares finos, pois estes ditam uma grande extensão das 
propriedades físicas. Existem outros métodos, como: AASHTO e SUCS, que 
adicionam a análise da plasticidade do solo, ou seja, é possível interpretar os 
argilominerais presentes no solo.
3 SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO (AASHTO)
Este sistema foi desenvolvido por volta de 1929, considerado um sistema de 
classificação de Administração de Rodovia Pública, atualmente é utilizado pelos 
engenheiros para qualificar solos para bases de estradas (rodovias e ferrovias) 
e para construção de aterros. A norma que explica este método de classificação 
é a ASTM D-3282 e é conhecida como American Association of State Highway and 
Transportation Official (AASHTO).
102
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
Esta classificação divide o solo em sete grupos principais mais os solos 
orgânicos: A-1 a A-7. Os solos que são classificados entre A-1 e A-3 são os 
granulares, em que 35% do solo no máximo é passante na peneira n° 200. No 
entanto, os solos com mais de 35% passante na peneira n° 200, os quais são 
definidos por argila e siltes, são classificados: A-4, A-5, A-6, A-7. Os critérios 
iniciais utilizados são os demonstrados na Tabela 9.
TABELA 9 – CRITÉRIOS DE CLASSIFICAÇÃO AASHTO
1. Tamanho dos grãos 2. Plasticidade 3. Observações
a. Pedregulhos: Passa na 
peneira 75mm e fica retida na 
peneira de 10.
O termo siltoso é aplicado quando 
as frações de grãos finos do solo 
têm índice de plasticidade de, no 
máximo, 10.
O termo argiloso é aplicado quando 
as frações de grãos finos têm um 
índice de plasticidadede, pelo 
menos, 11.
Se as pedras de calçada 
e pedregulhos (tamanho 
maior que 75 mm) forem 
encontradas, elas serão 
excluídas da parte da 
amostra de solo, porém 
a porcentagem de tal 
material é registrada.
b. Areia: Passa na peneira 10 e 
fica retida na 200.
c. Silte e Argila: Passa na 
peneira 200.
FONTE: A autora, adaptado de Das e Khaled (2017)
O primeiro passo para classificar o solo é pelas tabelas (Tabela 10, 11 e 
Figura 20) desenvolvidas pela ASTM D-3282, em que se aplicam os dados de 
ensaio da esquerda para a direita. Pelo processo de eliminação, o primeiro grupo 
que se ajusta aos dados de ensaio é a classificação correta. 
TABELA 10 – CLASSIFICAÇÃO DOS GRANULARES SUBGRADUADOS DE ESTRADA
Classificação 
geral
Materiais granulares (35% ou menos da amostra total passam pela peneira 
de n° 200)
Classificação de 
grupo
A-1
A-3
A-2
A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7
Ensaio de 
peneiramento 
(porcentagem 
passante)
N° 10 (2 mm) 50 no máximo
N° 40 (0,42 mm) 30 no máximo
50 no 
máximo
51 no 
máximo
N° 200 (0,075mm) 15 no máximo
25 no 
máximo
10 no 
máximo
35 no 
máximo
35 no 
máximo
35 no 
máximo
35 no 
máximo
Características de 
fração passante 
n° 40
TÓPICO 3 | CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
103
Limite de 
Liquidez
40 no 
máximo
41 no 
mínimo
40 no 
máximo
41 no 
mínimo
Índice de 
Plasticidade 6 no máximo NP
10 no 
máximo
10 no 
máximo
11 no 
mínimo
11 no 
mínimo
Tipos comuns 
de materiais 
constituintes 
significantes
Fragmentos de 
pedra, pedregulho 
e areia
Areia 
fina Silte ou pedregulho argiloso e areia
Avaliação Excelente para bom
FONTE: A autora, adaptado de Das e Khaled (2017, p. 98)
TABELA 11 – CLASSIFICAÇÃO DOS SILTES E ARGILAS SUBGRADUADOS DE ESTRADA
Classificação geral Materiais silte e argila (mais de 35% da amostra total passam pela peneira de n° 200)
Classificação de 
grupo A-4 A-5 A-6
A-7
A-7-5ª (IP≤LL-30)
A-7-6º(IP>LL-30)
Ensaio de 
peneiramento 
(porcentagem 
passante)
N° 10 (2 mm)
N° 40 (0,42 mm)
N° 200 (0,075mm)
Características de 
fração passante 
n° 40
36 no mínimo 36 no mínimo 36 no mínimo 36 no mínimo
Limite de Liquidez 40 no máximo 41 no mínimo 40 no máximo 41 no mínimo
Índice de 
Plasticidade 10 no máximo
10 no 
máximo 11 no mínimo 11 no mínimo
Tipos comuns 
de materiais 
constituintes 
significantes
Solos com silte Solos argilosos
Avaliação Fraco para ruim
FONTE: A autora, adaptado de Das e Khaled (2017, p. 98)
104
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
FIGURA 20 – FAIXA DE LIMITE DE LIQUIDEZ E ÍNDICE DE PLASTICIDADE PARA SOLOS EM 
GRUPOS DE A-2, A-4, A-5, A-6, A-7
A-5A-2-5A-4A-2-4 L-[%]
A-7-5
A-2-7
A-7-6
A-2-6
A-6
IP [%]
0
0
10
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
60
70
70
80
80
90
90
100
100
FONTE: A autora, adaptado de Das e Khaled (2017, p. 99)
A Figura 20 corresponde a um gráfico que avalia a faixa de limite de liquidez 
e índice de plasticidade para solos que estão no grupo A-2, A-4, A-5, A-6, A-7.
O próximo passo é determinar o índice de grupo (IG), este é responsável 
pela análise da qualidade de um solo como subgraduado de estrada, e assim 
verificar se este possui capacidade suporte suficiente como terreno de fundação 
do pavimento. É determinado pela equação 16.
0,2 0,005 0,01IG a a c b d= × + × × + × × (16)
Onde:
a= Corresponde à porcentagem que passa na peneira n° 200 - 35 (%#200 - 35), caso 
a porcentagem que passa for maior que 75% adota-se a=40%, se for menor que 
35% adota-se a=0;
b= Corresponde à porcentagem que passa na peneira n° 200 – 15; se a % que passa 
for maior que 55% adota-se 40%, se for menor que 15% adota-se b=0;
c= Valor de LL – 40; caso LL≥60% adota-se c=20, caso o LL < 40% adota-se c=0;
d= Valor do IP – 10; se IP > 30% adota-se d=20, se IP <10% adota-se d=0.
TÓPICO 3 | CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
105
Se a equação 16 fornece valores negativos de IG, deve-se considerar igual 
a zero. O índice de grupo de solos que pertence a A-1, A-2-4, A-2-5, A-3 é sempre 0. 
Geralmente o grau de desempenho de um solo com material subgraduado é inversamente 
proporcional ao índice de grupo.
DICAS
a) SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO DO SOLO (SUCS)
O Sistema Unificado de Classificação do Solo teve origem com estudos 
de Casagrande e atualmente é normatizado pela ASTM D-2487 e amplamente 
utilizado como classificação para os diferentes tipos de solo na engenharia 
geotécnica. 
A classificação consiste a partir de análises obtidas pela Curva 
Granulométrica e pelos Limites de Atterberg, defendidos por Casagrande (Limite 
de liquidez e plasticidade), ou seja, para termos ideia do comportamento real do 
solo, necessitamos da análise para solos grossos (granulometria) e a atividade 
de solos finos (como o índice de plasticidade para a determinação da atividade 
da argila). Com esses ensaios é possível determinar as seguintes informações 
necessárias neste sistema:
a) Porcentagem de Pedregulhos (passante na peneira 76,2 mm e retido na de 4,75 mm);
b) Porcentagem de areia (passante na de 4,75 mm e retido na 0,075mm);
c) Porcentagem de silte e argila (passante na peneira de 0,075mm);
d) Coeficiente de uniformidade (Cu) e coeficiente de curvatura (Cc);
e) Limite de Liquidez e Plasticidade da fração do solo passante na peneira n° 40.
O sistema divide-se em duas categorias, a principal e a complementar. 
A principal divide-se em solos arenosos ou pedregulho e argilosos a partir de 
símbolos, e a complementar define as condições dos grãos (bem graduado, 
mal graduado, plástico, não plástico e orgânico). A Tabela 12 corresponde aos 
símbolos utilizados neste sistema unificado.
106
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
TABELA 12 – TERMINOLOGIA DO SISTEMA UNIFICADO
Grupo Principal
G Pedregulho
S Areia
M Silte
C Argila
O Solo orgânico
Grupo complementar
W Bem graduado
P Mal graduado
H Alta plasticidade
L Baixa plasticidade
Pt Turfas
FONTE: A autora
Após os ensaios e com a curva granulométrica, limite de liquidez e limite 
de plasticidade realizados, chega-se à segunda etapa, em que se pode classificar 
o solo em duas categorias:
a) Solos grossos: São solos que possuem a natureza de pedregulhos ou areias e 
o passante pela peneira de 0,075mm seja menor que 50% do solo. Classifica-se 
como G ou S.
b) Solos finos: São solos que possuem mais que 50% passante na peneira de 
0,075mm. Classifica-se como C, M, O ou Tf. 
A terceira etapa consiste em analisar a classificação empregada 
dependendo do grupo em que está o solo estudado. A Tabela 13 resume as 
nomenclaturas e análises deste método e a Figura 21 corresponde ao gráfico 
proposto por Casagrande para análise em solos finos com a nomenclatura SUCS. 
Neste gráfico, para a classificação do solo, basta plotar o par de valores IP e LL na 
carta de plasticidade.
TÓPICO 3 | CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
107
FIGURA 21 – CARTA DE PLASTICIDADE SUCS
0
0
10
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
60
70
70 80 LL [%]
IP [%]
CL-ML
ML
ou
OL
CL
ou
OL MHou 
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P=0
,73
 (L
L-2
0)
Lin
ha
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 IP
=0,
9 (
LL
-8) CH
ou
OH
90 100
FONTE: Das e Khaled (2017, p. 101)
A norma D-2487 da ASTM criou um sistema mais detalhado para 
determinar os nomes de grupos aos solos. Este sistema está resumido a partir das 
Tabelas 14, 15 e 16.
TABELA 13 – SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS (SUCS) – SIMPLIFICAÇÃO
Critérios para atribuir símbolos aos grupos Símbolo
Solos 
grossos
Mais de 
50% de 
material 
retido na 
peneira n° 
200
Pedregulhos
Mais de 50% da 
fração grossa 
retida na 
peneira n° 4
Pedregulhos 
puros Cu ≥ 4 e 1 ≤ Cc ≤ 3 GW
Menos de 5% 
de finosa Cu < 4 e/ou 1> Cc > 3 GP
Pedregulhos 
com finos
IP < 4 ou representado abaixo da 
linha A GM
Mais de 12% de 
finosa,c
IP > 7 e representado acima ou na 
linha A GC
Areias
50% ou mais da 
fração grossa 
passa pela 
peneira n° 4
Areias Puras Cu ≥ 6 e 1 ≤ Cc ≤ 3 SW
Menos de 5% 
de finosb Cu < 6 e/ou 1> Cc > 3 SP
Areias com 
finos
IP < 4 ou representado abaixo da 
linha A SM
Mais de 12% de 
finosb,c
IP > 7 e representadoacima ou na 
linha A SC
108
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
Solos Finos
50% ou 
mais do 
material 
passa pela 
peneira n° 
200
Siltes e Argilas
Limite de 
liquidez menor 
que 50
Inorgânicos
IP > 7 e representado acima ou na 
linha Ad CL
IP < 4 ou representado abaixo da 
linha Ad ML
Orgânicos
0,75<Limite de liquidez - seco em estufa
limite de liquidez - não foi seco ; 
zona OL
OL
Siltes e Argilas
Limite de 
liquidez de 50 
ou mais
Inorgânicos
IP representado acima ou na linha 
A CH
IP representado abaixo da linha A MH
Orgânicos
0,75<Limite de liquidez - seco em estufa
limite de liquidez - não foi seco ; 
zona OH
OH
Solos 
altamente 
orgânicos
Matéria essencialmente orgânica, de cor escura e odor orgânico Pt
W – bem graduado; P – mal graduado; L – baixa plasticidade; H – alta 
plasticidade; S – areia; G – pedregulho; M – silte; C – argila
aPedregulhos com 5 a 12% de finos exigem classificação com dois símbolos: GW-GM, GW-GC, GP-GM, GP-GC.
bAreias com 5 a 12% de finos exigem classificação com dois símbolos: SW-SM, SW-SC, SP-SM, SP-SC.
cSe 4 ≤ IP ≤ 7 e é representado na área hachurada da carta de plasticidade, use classificação com dois símbolos 
GC-GM ou SC-SM.
dSe 4 ≤ IP ≤ 7 e é representado na área hachurada da carta de plasticidade, use classificação com dois símbolos CL-ML.
FONTE: A autora, adaptado de Das e Khaled (2017)
TABELA 14 – CLASSIFICAÇÃO (SUCS) PARA SOLO COM PEDREGULHO E AREIA
Símbolo do 
Grupo Nome do grupo
GW
<15% de areia Pedregulho bem graduado
≥15% de areia Pedregulho bem graduado com areia
GP
<15% de areia Pedregulho mal graduado
≥15% de areia Pedregulho mal graduado com areia
GW-GM
<15% de areia Areia bem graduada com silte
≥15% de areia Pedregulho bem graduado com silte e areia
GW-GC
<15% de areia Pedregulho bem graduado com argila (ou argila siltosa)
≥15% de areia Pedregulho bem graduado com argila e areia (ou areia e argila siltosa)
GP-GM
<15% de areia Pedregulho mal graduado com silte
≥15% de areia Pedregulho mal graduado com silte e areia
GP-GC
<15% de areia Pedregulho mal graduado com argila (ou argila siltosa)
≥15% de areia Pedregulho mal graduado com argila e areia (ou argila siltosa e areia)
TÓPICO 3 | CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
109
GM
<15% de areia Pedregulho siltoso
≥15% de areia Pedregulho siltoso com areia
GC
<15% de areia Pedregulho argiloso
≥15% de areia Pedregulho argiloso com areia
GC-GM
<15% de areia Pedregulho argilo-siltoso
≥15% de areia Pedregulho argilo-siltoso com areia
SW
<15% de 
pedregulho Areia bem graduada
≥15% de 
pedregulho Areia bem graduada com pedregulho
SP
<15% de 
pedregulho Areia mal graduada
≥15% de 
pedregulho Areia mal graduada com pedregulho
SW-SM
<15% de 
pedregulho Areia bem graduada com siltes
≥15% de 
pedregulho Areia bem graduada com silte e pedregulho
SW-SC
<15% de 
pedregulho Areia bem graduada com argila (ou argila siltosa)
≥15% de 
pedregulho
Areia bem graduada com argila e pedregulho (ou argila 
siltosa e pedregulho)
SP-SM
<15% de 
pedregulho Areia mal graduada com silte
≥15% de 
pedregulho Areia mal graduada com silte e pedregulho
SP-SC
<15% de 
pedregulho Areia mal graduada com argila (ou argila siltosa)
≥15% de 
pedregulho
Areia mal graduada com argila e pedregulho (ou argila 
siltosa e pedregulho)
SM
<15% de 
pedregulho Areia siltosa
≥15% de 
pedregulho Areia siltosa com pedregulho
SC
<15% de 
pedregulho Areia argilosa
≥15% de 
pedregulho Areia argilosa com pedregulho
SC-SM
<15% de 
pedregulho Areia argilo-siltosa 
≥15% de 
pedregulho Areia argilo-siltosa com pedregulho
FONTE: A autora, adaptado de Das e Khaled (2017)
110
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
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TÓPICO 3 | CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
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UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
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TÓPICO 3 | CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
113
b) CLASSIFICAÇÕES REGIONAIS
Os sistemas mencionados de classificação são bastante utilizados, 
porém seu uso e estudo adequou-se a regiões temperizadas (utilização em solos 
transportados), e faz com que haja a necessidade de outras classificações para 
outras regiões. 
Em regiões tropicais, a maior parte dos solos, em função das suas 
características físico-químicas originárias do processo de formação, apresenta alta 
porosidade e grande sensibilidade das ligações cimentícias em presença de água, 
sobretudo quando estas correspondem a solos argilosos. A atuação diferenciada 
do intemperismo aliada aos aspectos geológicos, entre outros fatores, faz com 
que as propriedades desses solos apresentem uma grande variabilidade, por isso 
necessitam de estudos regionalizados.
Os solos comuns nessas regiões são comumente conhecidos como 
saprolíticos (residuais) e lateríticos, o que foi explicado na Unidade 1 deste livro. 
Uma proposta de sistema de classificação dos solos tropicais é a defendida por 
Nogami e Villibor (1995) e (2009). Nesse sistema, os solos são classificados primeiramente 
em areias, siltes e argilas e secundariamente em lateríticos e saprolíticos.
No Brasil também existe o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos 
(SIBCS). Este sistema é bastante detalhado e teve como objetivo definir um 
sistema hierárquico, multicategórico, que busca a adição de novas classes e que 
torne possível a classificação de todos os solos existentes no território nacional.
114
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
LEITURA COMPLEMENTAR
PERFIS TÍPICOS DE SOLOS TROPICAIS NO BRASIL
Paulo Burgos
O Brasil é um país imenso, e por ser um País localizado em uma região 
tropical, apresentam-se perfis típicos de solos que permanecem na grande parte 
do tempo em um estado não saturado. 
Na parte costeira da região Nordeste (Figura 1), por exemplo, 
caracterizam-se por solos transportados, e o indicativo de cor avermelhada 
significa a composição de íons ferro-aluminosos, no entanto na parte inferior, 
o solo está na coloração esbranquiçada indicando material silicoso. A umidade 
para essa evolução vem, principalmente, da brisa soprada do mar. Além disso, 
observa-se que mesmo sendo um perfil de areia do mar, a região mais elevada 
topograficamente sofre menos erosão, e isto se deve à cimentação produzida 
pelos materiais ferro-aluminosos.
FIGURA 1 – PERFIL COSTEIRO EM CANOA QUEBRADA, CEARÁ
FONTE: W. Conciani apud Burgos (2015, p. 31)
A Figura 2 corresponde a um perfil de solo típico da região centro oeste, 
este solo também denominado saprolítico de encosta. O material exposto é parte 
saprolítico e parte rocha alterada. 
TÓPICO 3 | CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
115
FIGURA 2 – PERFIL DE SOLO RESIDUAL DE ROCHA SEDIMENTAR, SALVADOR – BA
FONTE: Moacyr Schwad apud Burgos (2015, p. 33)
Na região Sudeste é comum perfis de solos residuais, a Figura 3 mostra 
um perfil de solo no Rio de Janeiro, às margens da BR 116. Este perfil representa 
um corte que mostra a estratificação do solo, em que no topo do perfil, o solo 
mais marrom, da camada superficial é considerado o mais maduro, e, em seguida 
com uma camada de transição, de cor mais clara, separada por uma linha roxa. O 
trecho mais baixo possui cor cinza claro, quase branco, e indica um acúmulo de 
material silicoso.
FIGURA 3 – PERFIL DE SOLO SAPROLÍTICO EM PARATINGA MATO GROSSO
FONTE: W. Conciani apud Burgos (2015, p. 33)
116
UNIDADE 2 | O ESTADO E A CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
Devido às limitações dos procedimentos tradicionais de classificação no 
que se refere aos solos tropicais, os ensaios tradicionais explicados nesta apostila 
muitas vezes não caracterizam o solo tropical de forma correta, por exemplo, não 
se consegue analisar se o solo possui características lateríticas e expansibilidade. 
Assim uma metodologia recomendada para solos tropicais foi apresentada por 
Nogami e Villibor (1995) e (2009) conhecida como a Classificação Geotécnica 
M.C.T (Miniatura, Compactado, Tropical), esses autores analisaram que alguns 
solos com mesmas características de limite de liquidez e limite de plasticidade, 
possuíam grau deexpansibilidade diferenciados entre eles. 
A classificação MCT pelo método das pastilhas por Nogami e Villibor 
(1995) constitui-se que a partir de dados de penetração (mm) e contração diametral 
(mm) obtém-se o grupo ao qual o solo pertence. A Figura 4 mostra uma das cartas 
para identificação do solo.
FIGURA 4 – CARTA DE CLASSIFICAÇÃO DO MÉTODO DAS PASTILHAS
NS'-NG'NS'/NA'NS'-NA'NA-NS'
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 (m
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1,71,30,90,50,2
5
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3
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1
0 0,15 0,22 0,55 0,9 1,4
Contração diametral (mm)
FONTE: Nogami e Villibor (1995)
A Figura 4 indica três grupos correspondentes aos solos de comportamento 
lateríticos – L (LA, LA’ e LG’) e os quatro grupos de solos de comportamento 
saprolítico – N (NA, NA’NS’ e NG’). Os solos lateríticos subdivididos com a letra 
L são classificados em areia lateríticas quartzosa (LA), solo arenoso lateríticos 
(LA’), solo argiloso lateríticos (LG’). Os solos de comportamento não lateríticos 
(saprolítico), designados pela letra N, são subdivididos em: areias, siltes e misturas 
de siltes com predominância de grão de quartzo e/ou mica, não laterítico (NA); 
misturas de areias quartzosas com finos de comportamento não lateríticos, solo 
arenoso (NA’); solo siltoso não lateríticos (NS’) e solo argiloso não lateríticos (NG’).
TÓPICO 3 | CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
117
Nogami e Villibor (2009) aperfeiçoou o método e com a adição de duas 
técnicas: ensaio de perda de massa por imersão em água e ensaio de compactação 
mini-M.C.V, pode-se utilizar a carta de classificação disposta na Figura 5.
FIGURA 5 – CLASSIFICAÇÃO MCT A PARTIR DE ENSAIOS DE IMERSÃO E M.C.V
L = LATERÍTICO
N = NÃO LATERÍTICO
A = AREIA 
A' = ARENOSO
G' = ARGILOSO
S' = SILTOSO
Ín
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'
Coeficiente e'
NA NS'
NG'NA'
LA LX' LG'
1,700,700,450,27
1,75
1,40
1,15
3,02,52,0
2,0
1,5
1,5
1,0
1,0
0,7
0,5
0,5
00
FONTE: Nogami e Villibor (2009)
A nova classificação MCT foi elaborada a partir dos coeficientes c’ ( eixo 
das abscissas) e e’ (eixo das ordenadas), esses valores são retirados das técnicas 
do ensaio mini MCV e da perda de massa por imersão.
FONTE: <https://www.abms.com.br/links/bibliotecavirtual/livros/Solos_nao_saturados_no_
contexto_geotecnico_2015.pdf>. Acesso em: 4 jan. 2019.
118
RESUMO DO TÓPICO 3
Neste tópico, você aprendeu que:
• É possível classificar o tipo de solo pelo sistema Trilinear: esta classificação 
necessita apenas da curva granulométrica.
• A classificação do tipo de solo pelo sistema rodoviário, que é bastante utilizado 
na engenharia rodoviária, necessita da curva granulométrica e os índices de 
Atterberg.
• O sistema Unificado é amplamente utilizado e necessita de dados da curva 
granulométrica e índices de Atterberg.
• Essas classificações são insuficientes quando lidamos com solos de regiões não 
intemperada, como é o caso dos solos tropicais, para isso temos ensaios como 
MCT e SIBCS.
A Figura 22 corresponde ao resumo do tópico estudado.
FIGURA 22 – RESUMO DO TÓPICO ESTUDADO
Classificação dos solos
Sistema Trilinear
(USDA)
Departamento de 
Agricultura dos 
USA
Sistema de 
Classificação 
(AASHTO)
ASTM D-3282
Sistema Unificado 
de Classificação 
do solo (SUCS)
ASTM D-2487
Classificação 
Regional
MCT; SIBCS
FONTE: A autora
119
1) Na figura a seguir estão as curvas granulométricas de diversos solos, cujos 
índices de consistência estão indicados no quadro a seguir. Determine a 
classificação de oito desses solos pelos métodos SUCS e AASHTO. Para os 
solos argilosos, determine os índices de atividade da argila e para os solos 
arenosos, os índices de consistência (adaptado de PINTO, 2006, p. 75).
AUTOATIVIDADE
QUADRO 1 – CURVAS GRANULOMÉTRICAS
Solo Descrição do solo LL IP
A Argila orgânica de Santos 120 75
B Argila porosa laterítica 80 35
C Solo residual de basalto 70 42
D Solo residual de granito 55 25
E Areia variegada de São Paulo 38 20
F Solo residual de arenito 32 12
G Solo residual de migmatito 44 18
H Solo estabilizado para pavimentação 24 3
I Areia fluvial fina NP NP
J Areia fluvial média 1 NP NP
K Areia fluvial média 2 NP NP
Peneira
#200
Diâmetro dos grãos (mm)
Po
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100
90
80
70
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20
10
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(b)
(c)
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(e)
(f)
(g)
(h)
(k)(i) (i)
1010,10,010,001
(a)
120
121
UNIDADE 3
INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS 
SOLOS
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:
• definir os conceitos de tensões no solo;
• entender a influência da permeabilidade e percolação da água no solo;
• entender e diferenciar os ensaios geotécnicos para cada condição do solo. 
Esta unidade está dividida em três tópicos. No decorrer da unidade, 
você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo 
apresentado.
TÓPICO 1 – INTRODUÇÃO ÀS TENSÕES NO SOLO
TÓPICO 2 – PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
TÓPICO 3 – INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
122
123
TÓPICO 1
INTRODUÇÃO ÀS TENSÕES NO SOLO
UNIDADE 3
1 INTRODUÇÃO
Na Engenharia Civil lidamos com infraestrutura, seja ela para construir 
fundações, aterros ou propor melhorias nas condições do solo. Assim, tudo o que 
está acima do solo e o próprio depósito geram tensões sobre a partícula, pois o 
solo funcionará como suporte para distribuir e dissipar as tensões até a uma certa 
profundidade.
Para a assimilação do comportamento do solo em frente às cargas em 
que este é solicitado, o entendimento das tensões dissipadas na estrutura do 
solo se faz necessário para iniciarmos os estudos e para termos a capacidade de 
compreender como a estrutura reage em diferentes composições e solicitações. 
Além disso, é conveniente entendermos as tensões que são causadas pelo peso 
próprio e pela água.
Para os alunos de graduação, os conceitos mais utilizados são os princípios 
de Terzaghi (1963). Estes definem que a estrutura do solo – e a consequente saída 
de água – é a responsável pela deformação, na interpartícula. Assim, determinada 
como tensão efetiva, esta é a tensão total aplicada ao solo menos a poropressão, 
embasado em um fenômeno teste.
A estrutura solo-água-ar é capaz de se deformar quando existe exposição 
de diversas solicitações, desse modo, para compreendermos o comportamento 
dessa estrutura é importante conhecermos as tensões que atuam no solo. 
Vamos começar?
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
124
2 CONCEITO DE TENSÕES
O conceito de tensão no solo, segundo Pinto (2006), inicia-se no momento 
em que tratamos o meio solo constituído de partícula (solo), água e ar, desse 
modo, as forças fornecidas a eles são transmitidas de grão em grão, além das que 
são suportadas pela água dos vazios.
O princípio de tensão parte da fórmula básica (1), em que a tensão é força 
aplicada sobre uma área qualquer.
σ
F
=
A
 (1)
Ao aplicar essa força ela exerce uma transmissão, podendo comprimir o 
material, e este material pode conseguir suportar essa carga ou não. No caso do 
solo, pode haver compressão e, assim, reduzir os vazios e mobilizar os grãos. 
A Figura 1 serve para exemplificar o comportamento de um sistema antes da 
aplicação de uma carga e após aplicação da carga (com variação de volume).
FIGURA 1 – COMPORTAMENTO DE UM SISTEMA ANTES DA APLICAÇÃO E DEPOIS COM 
APLICAÇÃO DE CARGA E VARIAÇÃO VOLUMÉTRICA
FONTE: A autora
Quando se começa a analisar a aplicação de força sobre o solo, verifica-
se que as forças são transmitidas de partícula a partícula, e esta transmissão é 
bastante complexa, porque depende do tipo de mineral de que aquele solo é 
composto. Para solos arenosos (areia e siltes), em que o diâmetro do grão na 
grande maioria é considerado grande (maiores que 0,072 mm), a transferência se 
faz pelo contato direto do grão. Para solos tidos como argila (grãos menores que 
0,072 mm), as forças de cada contato são muito pequenas e a transmissão pode 
ocorrer por água adsorvida. Segundo Pinto (2006, p. 96), a transmissão ocorre nos 
contatos, e, portanto, em áreas muito reduzidas em relaçãoà área total cercada.
TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO ÀS TENSÕES NO SOLO
125
A Figura 2 corresponde à exemplifi cação de que a transmissão de carga 
depende do tipo de mineral. Percebe-se a magnitude entre solos arenosos (não 
coesivos) e solos argilosos (coesivos).
 FIGURA 2 – COMPORTAMENTO DAS TENSÕES EM RELAÇÃO AO TIPO DE SOLO
σ = F/A
Solos coesivos - 
solos argilosos
Depende do material
Solos não coesivos - 
arenosos
FONTE: A autora
Para exemplifi car, e entender o comportamento, Pinto (2006, p. 95) utilizou 
um corte de um solo e ampliou em escala (Figura 3) com uma placa; com isto, foi 
possível analisar as tensões envolvidas de grão em grão. 
 FIGURA 3 – CONCEITO DE TENSÕES APLICADO NO SOLO
FONTE: Adaptado de Pinto (2006)
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
126
Ao analisar a Figura 3, percebe-se que os grãos transmitem forças à placa, 
estas forças podem ser decompostas em tangenciais e normais à placa. Como 
é difícil desenvolver modelos matemáticos com base nas inúmeras forças, a 
sua ação é substituída pelo conceito de tensões. Desse modo, a somatória das 
componentes normais ao plano, dividida pela área total que abrange as partículas 
em que os contatos ocorrem, é definida por tensão normal, dada pela equação 2.
σ ∑N=
área
 (2)
No entanto, a somatória das forças tangenciais, dividida pela área, refere-
se como tensão cisalhante, que é demonstrada pela equação (3).
τ ∑
N
=
área
 (3)
Ao analisar as tensões cisalhantes no solo, estas são anuladas pelo conjunto 
de tensão em vários sentidos. Desse modo, o conceito de tensão apresentado conduz 
ao conceito de tensão do meio contínuo, assim não está cogitando se um ponto no 
sistema está ocupado por vazio ou solo. Assim, o que será mostrado são as tensões 
atuantes em planos horizontais no interior do subsolo (PINTO, 2006, p. 96).
3 TENSÕES DEVIDO AO PESO PRÓPRIO: CONDIÇÃO SECA 
OU NATURAL
As tensões no solo são causadas por dois fatores: peso próprio do solo e 
cargas externas. No entanto, a principal tensão no solo é o próprio peso do solo, 
por isso merece ser estudado e entendido para posterior análise com carga externa.
Para entendermos o conceito das tensões normais no solo, utilizamos um 
perfil de solo. A Figura 4 corresponde a um perfil qualquer, e, ao seu lado, as 
componentes x (largura), y (comprimento) e h (altura da camada de solo), para 
iniciarmos nossas análises. 
TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO ÀS TENSÕES NO SOLO
127
 FIGURA 4 – PERFIL DE SOLO
x
y
h
FONTE: A autora, adaptado de <https://binged.it/2E6jLS1>.
Sabemos que a defi nição de tensões normais é dada pela equação (2). 
Como, para este caso, o solo encontra-se na condição seca, e sabe-se que a principal 
causadora de tensão é o próprio peso do solo, desse modo substituiremos na equação 
(2), na força normal, o peso próprio do solo, e assim se defi ne a nova fórmula (3):
σ ∑N=
área
 (3)
Onde: W é o peso próprio da coluna analisada, Área é a área da base da 
Figura 4.
O peso próprio do solo é defi nido pela equação (4), que corresponde ao 
peso específi co do solo pelo volume analisado:
W = γ × x × y × h (4)
Substituindo a equação (3) na (4), temos:
σ ã × x × y × h = 
x × y
 (5)γ
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
128
Desse modo surge a definição de tensão normal do solo, finalizada pela 
equação (6).
σ = γnatural×h
 (6)
Onde: γ é o peso específico do solo natural ou seco.
Desse modo, o peso de um prisma de terra corresponde às tensões verticais 
em dado ponto. Quando o solo é constituído de camadas aproximadamente 
horizontais, a tensão vertical resulta no somatório do efeito das diversas camadas 
(PINTO, 2006, p. 97). 
Vamos fazer um exemplo? A Figura 5 corresponde a um solo sem nível 
de água, na condição seca, este solo é estratificado com dois tipos diferentes, 
mostrados abaixo:
FIGURA 5 – TENSÕES TOTAIS VERTICAIS: SOLO SEM NÍVEL DE ÁGUA
z = 2 m
z = 2 m
γ = 15 kN/m3
γ = 20 kN/m3
Solo b
Solo a
FONTE: A autora
FONTE: A autora
Para resolução, a tensão é o próprio peso do solo, assim, ao utilizar a 
equação 6, temos o comportamento do solo, e suas respectivas tensões aumentando 
com a profundidade (Figura 6).
FIGURA 6 – DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES CONFORME PROFUNDIDADE
σ 4 = 40 + 30 = 70 kN/m2
σ 2 = 40 kN/m2
σ 0 = 0 kN/m2
TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO ÀS TENSÕES NO SOLO
129
4 TENSÕES DEVIDO AO PESO PRÓPRIO: CONDIÇÃO 
GEOSTÁTICA COM ÁGUA
Até aqui analisou-se o comportamento do solo em seu estado seco 
ou natural. No entanto, quando adicionamos a água no solo (em seu estado 
geostático), automaticamente mobilizará a formação da pressão neutra e a efetiva.
4.1 PRESSÃO NEUTRA 
Para entendermos o significado de pressão neutra, iremos analisar 
inicialmente um perfil de solo, porém com identificação do nível de água. A 
Figura 7 corresponde a um perfil de solo, e nele indica-se uma região de surgência 
de água, mostrando, portanto, o possível nível do lençol freático, ao lado, temos 
a representação tridimensional da camada de água.
Ao analisar a Figura 7 percebe-se que a tensão causada pela coluna de 
água (Na) é resultante do peso específico da água em relação ao volume total, 
desse modo, chega-se à equação (7): 
µ = γágua× h (7)
Onde: h corresponde à altura de coluna de água.
FIGURA 7 – PERFIL DE SOLO COM CONSIDERAÇÃO DO NÍVEL DE ÁGUA
Poropressão 
Pressão neutra
Água no 
solo
x
y
z
Na
FONTE: A autora
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
130
Assim, com a consideração da água da poropressão, ou pressão neutra, 
é adicionada às tensões totais a tensão neutra. Pode-se, portanto, considerar 
no local em que o nível de água é admitido, o peso específico saturado do solo, 
conforme equação (8). Por fim, a tensão total do solo pode ser determinada pela 
coluna de solo seco mais a coluna de água existente neste perfil (9).
σ = γ saturado × z (8)
σ = γseco× h + γágua × z (9)
A água no interior dos vazios, abaixo do nível d’água, estará sob uma pressão 
que independe da porosidade do solo; depende só de sua profundidade em relação 
ao nível do lençol freático. Assim, a tensão total do solo é aquela que corresponde a 
todas as pressões solicitantes em relação a um ponto (PINTO, 2006, p. 98).
4.2 TENSÕES EFETIVAS: DEFINIÇÕES DE TERZAGHI
Diante da existência das forças atuantes, Terzaghi constatou as tensões 
efetivas no solo que são as responsáveis pela efetividade da deformação do solo. 
Este fato deve-se aos efeitos mensuráveis resultantes de variações no solo, como 
compressão, distorção e resistência ao cisalhamento (PINTO, 2006, p. 98).
Nos solos, as deformações correspondem a variações de forma ou de volume 
do conjunto, resultantes do deslocamento relativo de partículas. A compressão 
das partículas, individualmente, é totalmente desprezível perante as deformações 
decorrentes dos deslocamentos das partículas, umas em relação às outras. Por esta 
razão, entende-se que as deformações nos solos sejam devidas somente a variações 
das tensões efetivas, que correspondem à parcela das tensões referente às forças 
transmitidas pelas partículas (grão a grão) (PINTO, 2006, p. 99).
As tensões efetivas são aquelas que efetivamente deformam o solo. Pode-
se perceber como exemplo a Figura 8, neste perfil de solo há a existência de água. 
O princípio das tensões efetivas defendidas por Terzaghi mostra que mesmo com 
os vazios preenchidos por água, a coluna de água aumenta as tensões totais no 
solo, porém as forças transmitidas nos contatos entre grãos não se alteram, desse 
modo, não deformam o solo, dando sentido ao nome de pressão neutra, ou seja, 
a pressão neutra reflete o sentido de inexistência de qualquer efeito mecânico.
TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO ÀS TENSÕES NO SOLO
131
FIGURA 8 – CONTATO ENTRE GRÃOS COM ÁGUA
FONTE: Adaptado de Pinto (2006)
Ao analisar a Figura 8, o acréscimo de água só aumenta as tensões totais 
no solo, porém as tensões transmitidas nos grãos não se alteram em relação à 
condição seca ou úmida. Assim, a tensão efetiva é dada pela diferença entre 
tensãototal e pressão neutra (10):
σ' = σt - µ (10)
Na Figura 8, só haverá aumento das tensões efetivas caso haja aumento 
das tensões totais (acréscimo de uma camada de solo ou uma carga distribuída), 
para assim possibilitar o movimento relativo dos grãos.
Para melhor entendimento do conceito de tensões efetivas, temos o 
exemplo do livro de Pinto (2006, p. 99). A Figura 9 corresponde a três etapas 
a serem analisadas sobre o comportamento de uma esponja. A etapa (a) 
corresponde a uma esponja em repouso com o nível de água elevado, percebe-se 
que esta permanece intacta, porém a partir do momento em que se aplica uma 
carga, haverá uma deformação (etapa b). Assim, para entendermos o conceito 
de tensão efetiva, adiciona-se água em uma quantidade que equivale ao peso de 
carga aplicado; percebe-se, portanto, que na etapa (c), com elevação de água, não 
há deformação da esponja, ou seja, de forma análoga ao solo, a pressão neutra 
não participa da deformação das partículas.
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
132
 FIGURA 9 – SIMULAÇÃO DO CONCEITO DE TENSÃO EFETIVA
FONTE: Adaptado de Pinto (2006)
Para um melhor entendimento, vamos fazer um exemplo? Determinaremos 
as tensões totais, neutras e efetivas do perfi l da Figura 10.
 FIGURA 10 – PERFIL DE SOLO ESTRATIFICADO COM NÍVEL DE ÁGUA
z = 2 m
z = 2 m
γsat = 15 kN/m3
γsat = 20 kN/m3
Solo b
Solo a
Na
FONTE: A autora
FONTE: A autora
σ 4 = 40 + 30 = 70 kN/m2
σ 2 = 40 kN/m2
σ 0 = 0 kN/m2
As tensões totais são encontradas pela equação (8), desse modo, a Figura 
11 corresponde às tensões totais nas profundidades.
FIGURA 11 – TENSÕES TOTAIS POR PROFUNDIDADE
TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO ÀS TENSÕES NO SOLO
133
Sabemos que a tensão efetiva corresponde à tensão total menos a 
poropressão, assim, a Figura 12 representa o comportamento do solo em termos 
de tensões totais (8), efetivas (9) e neutras (7).
FIGURA 12 – DIAGRAMA DE TENSÕES TOTAIS, EFETIVAS E NEUTRAS
σ 4 = 40 + 30 = 70 kN/m2
50 kN/m2u = 20 kN/m2
σ 2 = 40 kN/m2
σ 0 = 0 kN/m2
FONTE: A autora
Outra forma de encontrar a tensão efetiva é através do peso específico 
submerso, que relaciona com o empuxo que as partículas sofrem, dessa forma, a 
tensão efetiva pode ser determinada pela equação (10).
σ' = (γsat - γW) × Z (10)
5 CAPILARIDADE NO SOLO
A água tem uma característica diferenciada quando está na superfície em 
contato com o ar, diferentemente do que ocorre no interior do fluido, onde as 
moléculas estão envoltas por outras moléculas de água em todas as direções. A 
Figura 13 ilustra este fato: na superfície, as distribuições de tensões acontecem de 
forma desigual com relação à molécula no interior da água.
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
134
FIGURA 13 – COMPORTAMENTO DA ÁGUA NO INTERIOR E DENTRO DO FLUIDO
FONTE: A autora
Na superfície, a água gera uma tensão superficial que pode corresponder a 
um efeito de membrana. Quando a água fica em contato com um corpo sólido, tende 
a formar uma curvatura, e esta curvatura depende do tipo de material. Quanto maior 
a curvatura, maior a diferença entre as pressões internas e externas (Figura 14).
FIGURA 14 – EQUILÍBRIO DE TENSÕES
T T
σi
σe
FONTE: Pinto (2006, p. 102)
As tensões que são geradas (tensões internas e externas) acabam por ser 
equilibradas pela resultante da tensão superficial (T). Esse exemplo, na realidade, 
faz com que em solos a água tenda a se elevar até uma certa altura acima do nível 
de água, ou seja, uma altura capilar. 
TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO ÀS TENSÕES NO SOLO
135
Na Figura 15 pode-se perceber esse fenômeno de capilaridade, os pontos 
A e D correspondem a pressões iguais à atmosférica; no ponto B as tensões 
são definidas pelo valor da pressão atmosférica mais o peso específico da água 
vezes a altura em relação à superfície; no entanto, o ponto D corresponde a 
uma elevação da água, ou seja, a pressão atuante nesse ponto corresponde à 
pressão atmosférica menos a coluna de água vezes o peso específico; já o ponto 
F corresponde à pressão atmosférica. Os pontos E e F correspondem às tensões 
internas e externas, respectivamente, assim:
Percebe-se, portanto, que as tensões no ponto E são negativas, e a diferença 
de pressão entre os pontos E e F é suportada pela tensão superficial da água.
ATENCAO
FIGURA 15 – EFEITO DA CAPILARIDADE
hhc.γw
hc
F
E
A
B
D
C
u
FONTE: Pinto (2006, p. 103)
Nos solos, essas tensões negativas ocorrem, pois, os vazios funcionam 
como canais que auxiliam como tubos, fazendo a água se elevar. Desse modo, 
para uma análise mais verídica, a capilaridade deve ser considerada nas análises 
de engenharia. Esses esforços negativos acontecem sempre acima do lençol 
freático, ou seja, nesse caso a pressão neutra é negativa.
Com a pressão neutra negativa, a tensão efetiva aumentará, assim, 
possivelmente aumentando a resistência do solo. A equação 11 corresponde à 
tensão efetiva considerando a poropressão negativa.
σ' = σt - (-u) (11)
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
136
Segundo Pinto (2006), a altura de elevação da água depende do tipo de solo, 
solos pedregulhosos tendem a elevar-se em poucos centímetros; solos arenosos, de 
1 a 2 metros; de 3 a 4 metros para siltes, e maiores que 5 metros para argilas.
Em termos de mecânica dos solos, quando analisamos um perfil de solo, a 
situação da água acima do lençol freático dependerá da evolução anterior do nível 
do lençol freático. De qualquer forma, existirá uma faixa de solo, correspondente 
a uma certa altura, em que a água dos vazios estará em contato com o lençol 
freático e sua pressão negativa será determinada pela cota em relação ao nível 
d’água livre. Eventualmente, acima dela, ocorrerá água nos vazios, alojada nos 
contatos entre partículas, mas isolada do lençol, para isso chamamos de meniscos 
capilares (PINTO, 2006, p. 106).
Para ilustrar, a Figura 16 corresponde às condições definidas em um perfil 
de solo. O solo não saturado (com efeitos dos meniscos capilares e da franja capilar) 
e o solo saturado, quando os vazios estão totalmente preenchidos por água.
FIGURA 16 – VISUALIZAÇÃO DA MECÂNICA DOS SOLOS MOSTRANDO O PAPEL DA 
CONDIÇÃO DE FLUXO DE ÁGUA
Poropressão 
de ar
Fluxo 
descendente
Tensão total
Hidrostático
Poropressão 
d'água positiva
Solo 
Saturado
Solo não 
Saturado
N.A
Franja capilar
Poropressão 
d'água negativa
Fluxo 
ascendente
EvapotranspiraçãoEvaporação
Efeito dos 
meniscos 
capilares
Efeito da capilaridade
Solo condição saturada
FONTE: Adaptado de Fredlund (1996).
TÓPICO 1 | INTRODUÇÃO ÀS TENSÕES NO SOLO
137
Os meniscos capilares evidenciam a poropressão negativa entre as 
partículas, ou seja: a água encontra-se em uma pressão abaixo da atmosférica. 
O aumento da tensão superficial da água (T) faz surgir uma força P que tem 
a capacidade de aproximar grãos de solo. Desse modo, como sabemos, há o 
aumento da tensão efetiva que confere uma coesão aparente, pois não permanece 
se o solo saturar ou secar (PINTO, 2006, p. 106).
E como ficaria a análise de tensões da Figura 10 com a consideração do 
efeito da capilaridade? A Figura 17 corresponde ao diagrama das tensões no solo 
considerando o efeito da capilaridade de forma simplificada. Percebe-se que 
acima do nível da água a poropressão é negativa até a superfície, com isso há um 
aumento da tensão efetiva do solo, esse promove uma coesão aparente do solo, 
também conhecida como sucção.
FIGURA 17 – CONSIDERAÇÃO DA POROPRESSÃO NEGATIVA DEVIDO À CAPILARIDADE
z = 2 m
z = 7 m
z = 0 m
σ 2 = 40 kN/m2
u = -20 kN/m2
u = 20 kN/m2
σ' = 20 kN/m2
σ' = 50 kN/m2
σ 0 = 0 kN/m2
σ3 = 70 kN/m2
FONTE: A autora
Para um melhor aprendizado, a Figura 18 corresponde a um perfil de 
solo. Neste solo foram determinadas características básicas como umidade, 
saturação e pesos específicos. Foi comprovado que existe uma franja capilar 
de aproximadamente 1 metro com relação ao nível de água. Desse modo, 
verificaremos as tensões em cada ponto do perfil (A, B, C e D).
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃOÀ MECÂNICA DOS SOLOS
138
FIGURA 18 – PERFIL DE SOLO PARA ANÁLISE CONSIDERANDO A CAPILARIDADE
1 
m
2 
m
2 
m
2 
m
S = 40%
γd = 11 kN/m3
γsat = 15 kN/m3
S = 100%
γd = 12 kN/m3
γsat = 17 kN/m3
Yn = ?
u = ?
Na
W = 33%
A
C
B
D
E
Silte
Argila
FONTE: A autora
Primeiramente define-se o peso específico natural entre os pontos A e B:
γnA-B = γd × (1 + w) = 12 × (1 + 0,33) = 15,96 kN/m3 (12)
A poropressão e o peso específico natural entre os pontos B e C são 
definidos a partir da equação (13).
wγ× × × ×u = -S h = -0,4 1 10 = -4kN / m³ (13)
O Peso específico natural entre os pontos B e C é definido com uma simples 
regra de 3, conforme equação 14.
γnB-C = (γsat - γd) × S + γd = (17 - 12) × 0,4 +12 = 14kN/m3 (14)
A Tabela 1 corresponde aos valores de poropressões, tensões efetivas e 
totais em cada ponto.
TABELA 1 – DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES AO LONGO DA PROFUNDIDADE
Pontos Tensão total (kN/m³)
Poropressão 
(kN/m³)
Tensão efetiva (kN/
m³)
A 0 0 0
B sem capilaridade 31,92 0 31,92
B com capilaridade 31,92 -4 35,92
C 45,92 0 45,92
D 79,92 20 59,92
E 109,92 40 69,92
FONTE: O autor
139
Neste tópico, você aprendeu que:
• As principais tensões que atuam no solo são o próprio peso do solo e qualquer 
carregamento externo aplicado.
• As tensões totais são definidas a partir do peso específico saturado do solo 
vezes a profundidade em relação a um ponto.
• As tensões efetivas são as pressões que efetivamente deformam o solo, ou seja, 
as que correspondem unicamente ao contato de grãos, desse modo corresponde 
à tensão total menos a poropressão (pois água não deforma solo).
• A poropressão corresponde à coluna de água abaixo do nível de água, assim, é 
o peso específico da água vezes a profundidade de análise.
• O efeito da capilaridade mostra que a água tem capacidade de elevar-se 
pelos vazios, devido às tensões superficiais, esse efeito forma-se poropressões 
negativas e causa uma coesão aparente.
A Figura 19 corresponde ao resumo do tópico estudado.
RESUMO DO TÓPICO 1
FIGURA 19 – RESUMO DOS TÓPICOS ESTUDADOS
Tensão total Tensão efetiva Poropressão
Efeito da 
capilaridade
Introdução às tensões no solo
FONTE: A autora
140
1 (Adaptado de DAS e KHALED, 2017) A tensão total provocada pela água 
nos vazios, chamada de poropressão, em qualquer ponto dentro da massa de 
solo saturada, age:
a) ( ) Na direção vertical.
b) ( ) Na direção horizontal.
c) ( ) Com intensidade desigual em todas as direções.
d) ( ) Com intensidade igual em todas as direções.
e) ( ) Apenas em uma direção e sentido. 
2 A poropressão nos vazios de uma massa de solo é chamada de:
a) ( ) Tensão neutra.
b) ( ) Tensão efetiva.
c) ( ) Tensão vertical.
d) ( ) Tensão total.
e) ( ) Capilaridade.
3 (Adaptado de DAS; KHALED, 2017) A soma das componentes verticais das 
forças desenvolvidas em pontos de contato das partículas sólidas por área 
transversal seccional da massa de solo é chamada de:
a) ( ) Tensão vertical.
b) ( ) Tensão total.
c) ( ) Tensão efetiva.
d) ( ) Tensão neutra.
e) ( ) Força de percolação.
4 (Adaptado de DAS; KHALED, 2017) O princípio de tensão efetiva para 
solos saturados fornece uma expressão que envolve a tensão total (σt), a 
tensão efetiva (σ') e a poropressão (µ), que é determinada pela equação:
a) ( ) σt = σ' + µ.
b) ( ) σ'= σt + µ.
c) ( ) µ = σt - σ'.
d) ( ) σt = σ' × µ.
e) ( ) nenhuma das alternativas acima.
5 Qual das seguintes tensões não pode ser determinada experimentalmente 
em laboratório e em campo?
a) ( ) Tensão total.
b) ( ) Poropressão.
c) ( ) Tensão efetiva.
AUTOATIVIDADE
141
d) ( ) Poropressão negativa.
e) ( ) Todas as alternativas acima.
6 (Adaptado de DAS; KHALED, 2017) Qual dos seguintes itens depende 
muito da tensão efetiva?
a) ( ) Compressibilidade do solo.
b) ( ) Resistência do solo.
c) ( ) Propriedades índice do solo.
d) ( ) (a) e (b).
e) ( ) (a), (b) e (c).
7 (Adaptado de DAS; KHALED, 2017) O aumento do nível de água quando 
ocorre acima do nível do terreno causa: 
a) ( ) Nenhuma mudança na tensão total e poropressão em qualquer ponto 
abaixo do nível do terreno.
b) ( ) Nenhuma mudança na tensão efetiva em qualquer ponto abaixo do 
nível do terreno.
c) ( ) Aumento ou diminuição por igual na tensão total e poropressão em 
qualquer ponto abaixo do nível do terreno.
d) ( ) (b) e (c).
e) ( ) (a), (b) e (c).
8 Se o lençol freático coincidir com o nível do terreno e o peso específico 
saturado do solo for de 19 kN/m3, a tensão efetiva a uma profundidade de 4 
m abaixo do nível do terreno será de aproximadamente:
a) ( ) 19 kN/m2.
b) ( ) 36 kN/m2.
c) ( ) 76 kN/m².
d) ( ) 30 kN/m².
e) ( ) Nenhuma das alternativas.
9 Na Questão 8, a poropressão a uma profundidade de 3 m abaixo do nível de 
superfície será de aproximadamente:
a) ( ) 10 kN/m2.
b) ( ) 19 kN/m2.
c) ( ) 30 kN/m2.
d) ( ) 57 kN/m2.
e) ( ) 60 kN/m².
142
10 (Adaptado de DAS; KHALED, 2017) Se o lençol freático permanecer abaixo 
do nível do terreno, a tensão efetiva em qualquer ponto abaixo do lençol 
freático:
a) ( ) Aumenta com o aumento do lençol freático.
b) ( ) Diminui com o aumento do lençol freático.
c) ( ) Tende a ser zero com o aumento do lençol freático.
d) ( ) Permanece constante com o aumento ou a queda do lençol freático.
e) ( ) Nenhuma das alternativas.
143
TÓPICO 2
PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
UNIDADE 3
1 INTRODUÇÃO
No tópico 1 estudamos sobre as tensões existentes em um perfil de solo, 
em que a condição definida é a geostática, ou seja, não há fluxo de água. Na 
engenharia de barragens, rebaixamento e drenagens existe o fluxo de água e, 
quando há fluxo, as tensões efetivas e neutras são modificadas. Este fato mostra 
a necessidade de também estudarmos questões em relação à permeabilidade do 
solo e migração da água e as tensões por ela provocadas.
Segundo Pinto (2006), estudar e entender o comportamento da percolação 
é essencial, pois esta intervém em um grande número de problemas práticos na 
engenharia, que são: verificação da vazão de infiltração em escavações, análise de 
recalques, estudos de estabilidade etc. 
Devido a toda essa importância, este tópico abordará sobre a 
permeabilidade do solo, utilizando para efeitos didáticos um permeâmetro, e a 
partir disso, uma explicação sobre os coeficientes de permeabilidade para cada 
tipo de solo, analisaremos a velocidade de descarga e real da água, conceitos de 
cargas hidráulicas, forças de percolação, gradiente crítico e as tensões no solo 
submetido à percolação.
Vamos começar?
2 ÁGUA NO SOLO SEM FLUXO 
Para entendermos o comportamento da água no solo com fluxo e sem fluxo, 
utilizaremos como exemplo um permeâmetro. O permeâmetro serve de introdução 
ao entendimento do comportamento da água ao passar pelos vazios do solo e se 
adéqua como um modelo do fluxo d’água em problemas reais de engenharia.
Inicialmente, vamos observar um permeâmetro sem fluxo e as tensões 
que nele ocorrem. A Figura 20 corresponde a um permeâmetro onde não há 
deslocamento de água, pois a bureta que o alimenta está no mesmo nível de saída 
da água, ou seja, na mesma cota.
144
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
FIGURA 20 – PERMEÂMETRO SEM FLUXO DE ÁGUA
L Comprimento de solo
z Coluna d'água
Bureta
FONTE: A autora
Ao analisar a Figura 20, verifica-se as mesmas condições de tensões 
no solo no estado geostático. Dessa forma, a Figura 21 representa o gráfico do 
comportamento das tensões no solo com o aumento da profundidade.
FIGURA 21 – TENSÕES ATUANTES NO SOLO NA CONDIÇÃO GEOSTÁTICA
σef = ( z × γw + L × γ sat) - ( z + L) × γw
σef = L × (γ sat - γW)
σef = z × γw + L × γ sat - zγW - LγW
σ, u
σtotal
σtotal
σef
σef u
L
z
z
• c
• b
• a
Referencial
Peneira
FONTE: A autora
TÓPICO 2 | PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
145
FONTE: A autora
As tensões efetivas, na condição sem fluxo, são, portanto, a diferença 
entre a tensão total pela poropressão,a pressão neutra é a coluna de água no 
ponto analisado vezes o peso específico da água, e, por fim, a tensão total do solo 
é o somatório da pressão neutra atuante mais a efetiva do solo.
E quando há fluxo? Quais os valores de tensão total, tensão efetiva e 
poropressão?
3 ÁGUA NO SOLO COM FLUXO: LEI DE DARCY
Quando analisamos um solo em que há contínua alimentação, e assim, em 
termos de permeâmetro, uma adição de uma coluna de água acima do nível de 
saída da água, existirá um fluxo. Desse modo, as tensões efetivas e neutras do solo 
apresentam um comportamento diferenciado em relação ao estado geostático.
A Figura 22 representa um permeâmetro onde há fluxo de água, neste 
exemplo existe uma coluna de água acima do nível de saída (h), que corresponde 
que há deslocamento de fluido.
FIGURA 22 – PERMEÂMETRO COM FLUXO
L
h
z
Referencial
Peneira
Permeâmetro COM fluxo
Saída de 
água
Entrada de 
água
• c
• b
• a
146
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
A dinâmica da análise do comportamento do solo com deslocamento 
de água vem dos princípios básicos de Darcy (1850). Os princípios de Darcy 
mostram que a vazão que entra é igual à vazão que sai e o que varia é a velocidade 
de entrada e saída da água no solo. Além disso, ele concluiu que os fatores 
geométricos influenciam a vazão da água e a velocidade. Assim, Darcy (1850) 
determinou a equação 15.
h
Q =k × ×A
L
 (15)
Onde: k é o coeficiente de permeabilidade; A é a área do permeâmetro; Q 
a vazão do solo; h é a carga que dissipa; L é o comprimento do solo.
FIGURA 23 – DEFINIÇÃO DA EQUAÇÃO PROPOSTA POR DARCY (1850)
hQ k A
L
= × ×
Área do permeâmetro
Uma constante para cada solo, 
conhecida como coeficiente de 
permeabilidade
Vazão
FONTE: A autora
A relação entre h sobre L é essencial para o entendimento da perda de 
carga ao longo de um perfil de solo. A relação entre h/L também é chamada de 
gradiente hidráulico, que corresponde ao quanto de coluna de água é dissipada 
(h) por unidade de comprimento (L) ao longo de uma faixa de solo (Figura 24).
TÓPICO 2 | PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
147
FIGURA 24 – FATORES QUE INFLUENCIAM NO SOLO COM FLUXO DE ÁGUA
L
h
z
Peneira
A carga que se dissipa na percolação
Distância ao 
longo da qual 
a carga se 
dissipa
Gradiente 
hidráulico
Influencia no 
movimento do solo
Contínua alimentação
• c
• b
• a
 hi
L
Q k i A
∆
=
= × ×
FONTE: A autora
3.1 CARGAS HIDRÁULICAS
No estudo de fluxos de água, é conveniente expressar as componentes 
de energia pelas correspondentes cargas em termos de altura de coluna 
d’água. As leis de Bernoulli dizem que a carga total ao longo de uma linha de 
fluxo incompressível é igual à soma de três parcelas: carga piezométrica, carga 
altimétrica e carga cinética (equação 16).
ht = hp + ha + hc (16)
Onde: hp altura piezométrica, ha altura altimétrica, hc altura que 
corresponde à carga cinética.
Quando lidamos com solo despreza-se a carga cinética, pois a velocidade é 
considerada muito pequena em relação à carga piezométrica e altimétrica. Desse 
modo, a carga total é definida pela equação 17.
t p ah =h +h (17)
148
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
A carga piezométrica corresponde à altura em que a água se eleva e a carga 
altimétrica corresponde à altura do ponto analisado em relação ao referencial, 
e isto depende de como o fluxo ocorre, ou seja, se o fluxo é descendente ou 
ascendente. A Figura 25 corresponde a um resumo para podermos fixar melhor 
estes conceitos e podermos aplicá-los na análise no permeâmetro para, por fim, 
utilizar em casos gerais de engenharia.
FIGURA 25 – RESUMO DOS CONCEITOS DE CARGA HIDRÁULICA APLICADA EM SOLOS
Cuidado com fluxo 
ascendente e descendente
Carga com que a água se 
eleva no tubo piezométrico
Ht (carga total) 
Muito 
baixa 
V = 0
Altura do 
ponto V em 
relação ao 
referencial
Pressão de água 
ou pressão 
neutra no ponto, 
expressa em 
coluna de água
Carga 
Cinética
Carga 
Altimétrica
Carga 
Piezométrica= + +
FONTE: A autora
O fluxo ascendente é aquele que indica que a água está no sentido de 
ascendência ou elevação, em termos técnicos pode-se dizer que a água vai do 
ponto de maior carga hidráulica para o de menor carga hidráulica e, muitas vezes, 
o sentido do fluxo mostra-se para cima, ou seja, ascendente. 
Para entendermos melhor, a Figura 26 corresponde a um permeâmetro 
de fluxo ascendente. A Tabela 2 corresponde à análise de cargas altimétricas, 
piezométricas e totais. Percebe-se que a carga total do ponto D é maior que a do 
ponto B, isso mostra que o líquido tende a subir, ou seja, é ascendente. A diferença 
de cargas totais entre os pontos D e B corresponde a h, que é basicamente a carga 
hidráulica que será dissipada pelo comprimento L.
TÓPICO 2 | PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
149
FIGURA 26 – PERMEÂMETRO DE FLUXO ASCENDENTE
Haverá fluxo quando a carga total for 
diferente a qualquer ponto
L
h
z
Referência
y
• d
• b
• c
• a
FONTE: A autora
FONTE: A autora
TABELA 2 - ANÁLISE DOS PONTOS DO PERMEÂMETRO ASCENDENTE
Pontos ha hp ht
D y L+z+h y+L+z+h
B L+y z L+y+z
A z+L+y 0 z+L+y
A Figura 27 corresponde a um permeâmetro de fluxo descendente. Este 
fato é percebido pois o sentido é do maior valor de carga hidráulica que se 
encontra no ponto B e segue em direção a C, e assim, mostra-se o sentido de B a 
C. A diferença entre as cargas hidráulicas B e C resulta em y+L+z que corresponde 
à carga a ser dissipada durante o trajeto da água.
150
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
FIGURA 27 – FLUXO DESCENDENTE
L
z
x
Referência
Saída de 
água
Entrada 
de água
y
• b
• a
• c
FONTE: Modificado de Pinto (2006)
A Tabela 3 corresponde às cargas altimétricas, piezométricas e totais em 
cada ponto analisado. 
TABELA 3 – CARGAS HIDRÁULICAS COM RELAÇÃO AO FLUXO DESCENDENTE
Pontos ha hp ht
A y+L+x+z 0 y+L+z+h
B L+x+z y L+y+z+x
C x+z -x z
FONTE: A autora
Carga piezométrica corresponde à altura em que a água varia em relação ao 
ponto. A carga altimétrica corresponde à distância do ponto ao referencial adotado.
DICAS
De modo geral, não haverá fluxo quando a carga total for igual a qualquer 
ponto e haverá fluxo quando a carga total for diferente a qualquer ponto. Por 
fim, a diferença entre cargas totais é a carga usada para o cálculo do gradiente 
hidráulico (Figura 28).
TÓPICO 2 | PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
151
FONTE: A autora
FIGURA 28 – RESUMO DOS CONCEITOS BÁSICOS
hi
L
∆
=
A diferença entre cargas totais é a carga usada 
para o cálculo do gradiente hidráulico
Haverá fluxo quando a carga total for 
diferente a qualquer ponto
Não haverá fluxo quando a carga total for 
igual a qualquer ponto
3.2 VELOCIDADE DE DESCARGA E VELOCIDADE REAL
A partir dos conceitos definidos de gradiente hidráulico e com a equação 
definida por Darcy (1850), chega-se à definição de velocidade de descarga ou à 
velocidade com que a água sai do solo (equação 18).
FIGURA 29 – DEDUÇÃO DA VELOCIDADE DE DESCARGA DE DARCY
2
2
2
m m
s
m m k i m
s
×
× = × ×
×
3
hi=
L
 Q = k × i × A
m 
s
 
 v = k i
A velocidade com que 
a água sai do solo
Gradiente hidráulico
Influencia na 
movimentação do solo
FONTE: A autora
152
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
×v =k i (18)
Onde: k é o coefi ciente de permeabilidade do solo e depende do tipo de 
solo; i é o gradiente hidráulico.
No entanto, existe a velocidade real, que corresponde à velocidade que 
passa entre os vazios do solo e a velocidade de descarga o qual corresponde a 
velocidade antes de passar entre os poros do solo. A Figura 30 ilustra as duas 
velocidades: Vd (velocidade de descarga) defi nida pelas leis de Darcy e a Vr 
(velocidade real ou de fl uxo).
A velocidade real é deduzida pelo princípio de Darcy, em que a vazão 
de descarga é igual à vazão que passa pelos vazios das partículas, igualando as 
proposições chega-se à relação de áreas, que se pode relacionar com a porosidadedo solo. Dessa forma, a velocidade real é igual à velocidade de descarga dividido 
pela porosidade do solo.
 FIGURA 30 – VELOCIDADE REAL E VELOCIDADE DE DESCARGA
n = 
=
Vreal × Areal = Vdescarga × A descarga
Vreal > Vdescarga
Qreal = Qdescarga
Vd
A
Af
• b
• a
• d
• c
•V
Vreal
 Vdescarga
Vreal
 Vdescarga
 Areal 
A descarga
=Vreal n
Vdescarga
FONTE: O autor
TÓPICO 2 | PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
153
3.3 COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE (k)
Da expressão proposta por Darcy temos o coeficiente de permeabilidade 
(k), este por sua vez indica a velocidade de percolação da água quando o gradiente 
é igual a 1, e este coeficiente encontra-se em unidade m/s.
Os valores de permeabilidade dependem do tipo de solo, do tamanho 
das partículas, das disposições em que se encontram as partículas, pois quanto 
menores os vazios no solo, maior será a dificuldade de a água escapar, e assim, 
menores os valores de permeabilidade desse solo. Além disso, o estado do solo 
(fofo ou compacto, por exemplo), o grau de saturação do solo, temperatura, 
estrutura e anisotropia também influenciam o grau de permeabilidade de uma 
porção de solo. 
Devido a isto, existem métodos diretos e indiretos de obtenção do 
coeficiente de permeabilidade. Os métodos diretos são aqueles obtidos por 
ensaios laboratoriais e de campo. Os métodos indiretos são aqueles definidos 
por fórmulas e correlações e, indiretamente, por ensaios utilizados para outras 
análises (ensaio de adensamento). 
A Figura 31 representa as formas de obtenção do k, nesta figura são 
mostrados os ensaios de laboratório: o permeâmetro, a carga constante e a 
variável. Os ensaios de campo mais utilizados são SPT, Slug test. 
FIGURA 31 – POSSIBILIDADES DE OBTENÇÃO DO COEFICIENTE K
Formas de obter o coeficiente 
de permeabilidade
Permeâmetro de carga constante
Permeâmetro de carga variável
Ensaios de Campo
Métodos indiretos
FONTE: A autora
154
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
O permeâmetro à carga constante é uma experiência de Darcy (Figura 
32). Mantida a carga h, durante um certo tempo, a água percolada é colhida e 
seu volume é medido. Conhecidas a vazão e as características geométricas, o 
coeficiente de permeabilidade é diretamente calculado pela Lei de Darcy (equação 
15) (PINTO, 2006, p. 115).
O permeâmetro geralmente se apresenta com a configuração conforme 
Figura 33.
FIGURA 32 – PERMEÂMETRO A CARGA CONSTANTE
Repetição da experiência de Darcy (1980)
A mesma quantidade de 
água que entra é a mesma 
quantidade de água que sai L
h
Entrada 
de água
Saída
 de água
• a
• b
• c
Q v A
Qk
i A
= ×
=
×
 
FONTE: A autora
TÓPICO 2 | PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
155
 FIGURA 33 – ESQUEMA DO PERMEÂMETRO A CARGA CONSTANTE
FONTE: Higashi (2013, p. 8)
156
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
Quando o coeficiente de permeabilidade é muito baixo, a determinação pelo 
permeâmetro de carga constante é pouco precisa, e demorado. Preferencialmente 
deve-se empregar o permeâmetro à carga variável quando lidamos com solos 
coesivos (argilosos). A Figura 34 corresponde a um modelo esquemático do 
equipamento à carga variável. Utiliza-se o permeâmetro à carga variável e 
verifica-se o tempo que a água leva para baixar a altura inicial para a altura final.
A fórmula utilizada é a demonstrada pela equação (19):
i
f
ha ×L
k = 2,3 log
A ×t h
 (18)
Onde: a é área da bureta; L comprimento do solo; A área da amostra de 
solo; t tempo para obter a altura final (hf); hi é a altura inicial.
FIGURA 34 – ESQUEMA DE DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE À CARGA VARIÁVEL
L
Área da bureta
Integrando:
Resulta:
A vazão de água que passa 
pelo solo é a mesma que 
passa pela bureta:
A vazão de água que 
passa pela bureta
A vazão de água que 
passa pelo solo
Permeâmetro de 
carga variável
Solo 
argiloso
dh
hi
hfh
Entrada 
de água
Saída
 de água
• a
• b
• c
. .hQ k A
L
=
.a dhQ
dt
−
=
. .dh ha k A
dt L
− =
.
.
dh Ak dt
h a L
= −
.
.
hf AIn k t
hi a L
= − 0.2,3 .log
. 1
ha LK
A t h
=
∆
FONTE: A autora
Os ensaios de campo utilizados para a determinação da permeabilidade 
comumente conhecidos são o SPT (Standard Penetration test) e o Slug Test. O SPT 
será explicado na próxima unidade e é o ensaio mais utilizado para obtenção 
TÓPICO 2 | PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
157
FONTE: A autora
 FIGURA 35 – DETALHES DO ENSAIO SLUG TEST
de parâmetros geotécnicos, no entanto, pode-se obter a permeabilidade com este 
ensaio no decorrer da sondagem de simples reconhecimento.
O SPT é realizado através da cravação de um amostrador padrão de 65 kg 
a uma altura de 75 cm. Se no decorrer da sondagem de simples reconhecimento, a 
perfuração for interrompida e se encher de água o tubo de revestimento, mantendo-
se o seu nível e medindo a vazão para isso, pode-se calcular o coefi ciente de 
permeabilidade do solo. Para isto, é preciso conhecer diversos parâmetros, como: 
altura livre da perfuração (não envolta pelo tubo de revestimento), posição do 
nível da água, espessura das camadas, etc. Também é necessário o conhecimento 
de teorias sobre escoamento da água através de perfurações (PINTO, 2006, p. 117).
O Slug test é uma técnica de ensaio normatizada pela norma americana 
ASTM D4044 e usualmente executada em poços de pequenos diâmetros, 
piezômetros ou trechos de sondagens isolados por obturadores. Este ensaio é 
realizado pela aplicação do tarugo no poço e assim mede a variação instantânea 
do nível d’água no interior do poço, ou seja, através da inserção, ou retirada, 
de um cilindro rígido. As variações do nível de água são medidas através de 
um transdutor localizado no interior do furo. A Figura 35 mostra os detalhes do 
equipamento e processo de ensaio.
158
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
Os ensaios de campo são métodos que possuem pouca acurácia ao 
comparar com os ensaios realizados em laboratório, no entanto, por serem 
realizados no campo, indicam a situação real que muitas vezes as amostras que 
são levadas ao laboratório podem não apresentar.
Existem outras formas de encontrar o coeficiente de permeabilidade, estas 
são em função de itens, como: viscosidade, estado do solo, grau de saturação, 
estrutura e anisotropia do solo e influência da temperatura.
A Figura 36 ilustra os fatores definidos por Taylor (1948). Com o 
conhecimento dos itens de dependência, o estudo definiu o coeficiente pela 
equação (19). 
× ×
3
2 wγ ek=D C
μ 1+e
 (19)
Onde: D é o diâmetro de uma esfera equivalente ao tamanho dos grãos do solo; 
e é o índice de vazios do solo; μ é a viscosidade do líquido e C é o coeficiente de forma.
FIGURA 36 – OUTROS FATORES QUE INFLUENCIAM NO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE
Variação do coeficiente de cada solo
Viscosidade
Influência do 
estado do solo
Grau de Saturação
Estrutura e 
anisotropia
Influência de 
temperatura
FONTE: A autora
A Tabela 4 representa valores de coeficientes de permeabilidade em solos 
sedimentares.
TABELA 4 – DEFINIÇÃO DE VALORES DE K PARA SOLOS SEDIMENTARES
SOLO K (m/s)
ARGILAS <10E-9
SILTES 10E-6 a 10E-9
AREIAS ARGILOSAS 10E-7
AREIAS FINAS 10E-5
AREIAS MÉDIAS 10E-4
AREIAS GROSSAS 10E-3
FONTE: Pinto (2006, p. 117)
TÓPICO 2 | PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
159
FONTE: A autora
Segundo Pinto (2006), os pedregulhos e algumas areias grossas, por terem 
alto índice de vazios, a velocidade do fl uido passante acaba sendo muito alta 
e assim o fl uxo torna-se turbulento, desse modo não é aconselhável utilizar as 
propostas de Darcy (1850) para estes tipos de solo.
3.4 FORÇA DE PERCOLAÇÃO 
As forças de percolação indicam a ação da água que passa entre os vazios 
do solo quando há fl uxo. Essa força ocorre devido à carga que irá se dissipar (h), 
resultando em uma pressão d’água em relação à área de solo, que corresponde a 
uma força dissipada conforme a equação (20).
F = γw× h × A (20)
Onde: h é a carga d’água, A corresponde à área ao quando a pressão 
d’água está atuandoperpendicular à direção horizontal, conforme Figura 37.
 FIGURA 37 – DEFINIÇÃO DE PERCOLAÇÃO
L
A
wF h Aγ= × ×
Em um fl uxo uniforme, essa força se dissipa uniformemente em todo o 
volume de solo, AxL, de forma que a força por unidade de volume é igual a uma força 
de percolação, e esta é igual ao produto do gradiente hidráulico pelo peso específi co.
w
w w
h A hj i
A L L
γ
γ γ
× ×
= = × = ×
× (21)
160
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
A força de percolação é uma grandeza semelhante ao peso específico e atua 
da mesma forma que a força gravitacional. As duas se somam quando atuam no 
mesmo sentido (fluxo d’água de cima para baixo) e se subtraem quando em sentido 
contrário (fluxo d’água de baixo para cima), esse aspecto fica mais claro quando se 
analisam as tensões no solo submetido à percolação (PINTO, 2006, p. 122).
3.5 TENSÕES NO SOLO DEVIDO À PERCOLAÇÃO 
Diferentemente da condição geostática, quando há fluxo existe alteração das 
tensões que deformam o solo (as efetivas), quando lidamos com o fluxo descendente 
há um aumento dessas tensões de deformação e, quando é o oposto, fluxo ascendente, 
há uma diminuição. Consequentemente, as pressões neutras também são modificadas 
e estas sofrem influência da altura piezométrica do solo com fluxo.
Para entendermos melhor o comportamento, analisaremos um 
permeâmetro com fluxo ascendente conforme Figura 38.
FIGURA 38 – DEFINIÇÕES DE TENSÃO TOTAL, EFETIVA E NEUTRA COM FLUXO ASCENDENTE
LReferencial
Peneira
Entrada 
de água Saída
 de água
Tensões ao 
qual o solo 
transmite a 
peneira!
h
z
• b
• a
• c
σef = ( z γw + L γ n) - ( z + L + h) × γw
σt= (zγ w + Lγn)
u = (z + L + h) ×γW
σ, u
σtotal
σtotal
σef
σef u
U
z
FONTE: A autora
TÓPICO 2 | PERMEABILIDADE E PERCOLAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO
161
A Figura 38 apresenta três pontos (a, b e c), ao analisar o ponto c, obteremos 
os seguintes valores de tensão total (22):
( )t w satz Lσ γ γ= + (22)
Ou seja, a tensão total do solo será a mesma do que na condição geostática, 
porém a poropressão (23) define-se diferentemente da condição da água sem 
fluxo, e representa a coluna piezométrica do ponto em análise.
( ) wu z L h γ= + + × (23)
Assim, a tensão efetiva do ponto c, considerando o fluxo ascendente, é 
formada a partir da equação (24).
( ) ( )ef w n wz L z L hσ γ γ γ= + − + + × (24)
Quando há fluxo ascendente pode-se relacionar a tensão efetiva com a 
força de percolação, a Figura 39 mostra a dedução para chegar em valores de 
tensão efetiva que correlaciona com a força de percolação (25).
( )ef subL jσ γ= × − (24)
FIGURA 39 – DEDUÇÃO DA TENSÃO EFETIVA EM FLUXO ASCENDENTE
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
 
 
 
 
 
 
ef w n n
ef n w w
ef n w w
ef n w w
ef n w
ef sub
ef sub
z L z L h
L h
LL h
L
L i L
L j L
L j L
L j
σ γ γ γ
σ γ γ γ
σ γ γ γ
σ γ γ γ
σ γ γ
σ γ
σ γ
= + − + + ×
= − − ×
= − − × ×
= − − × ×
= − − ×
= − ×
= −
Quando há percolação 
deve descontar a força 
de percolação!!
FONTE: A autora
162
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
Por outro lado, a tensão efetiva em fluxo descendente será aumentada 
com a força de percolação, chegando-se à equação (25). 
σef = L × (γsub + j) (25)
Quando há fluxo ascendente existirá diminuição das tensões efetivas com 
o efeito da força de percolação, no entanto, para fluxo descendente há o aumento das 
tensões efetivas.
DICAS
3.6 GRADIENTE CRÍTICO 
Ao analisar o fluxo ascendente, percebe-se que com o aumento da força 
de percolação, menor será a tensão efetiva do solo. O gradiente crítico equivale 
ao fato de quando a força de percolação é tão alta que anula a tensão efetiva, 
chegando a zero.
σef = L × (γsub - j) (26)
σef = L × (γsub -i × γw) (27)
0 = L × (γsub -i×γw) (28)
sub
crit
w
i = γ
γ
 (29)
O gradiente crítico é correspondido na engenharia com resistência das 
areias, e por ser proporcional à tensão efetiva, quando esta se anula, a areia perde 
completamente sua resistência e fica num estado definido como areia movediça. 
163
Neste tópico, você aprendeu que:
• Ao analisar um permeâmetro em que há contínua alimentação, e assim, com 
adição de uma coluna de água acima do nível de saída da água, existirá um 
fluxo. Desse modo, as tensões efetivas e neutras do solo apresentam um 
comportamento diferenciado em relação ao estado geostático.
• Haverá fluxo quando a carga total for diferente entre dois pontos da água que 
passa pelo solo. 
• Os fluxos são definidos entre ascendentes e descendentes, estes, por sua 
vez, indicam o sentido com que a água move. Para saber o tipo de fluxo é só 
verificar o movimento da água que é definido pelo valor da carga total, que se 
movimenta entre o maior valor de carga para o menor.
• A permeabilidade do solo é definida pela velocidade de percolação (m/s) 
em que o gradiente hidráulico é igual a 1, ela pode ser definida por fatores 
como: viscosidade, estado do solo, grau de saturação, estrutura e anisotropia, 
influência da temperatura. Podem ser encontrados valores de permeabilidade 
em laboratórios e em campo.
• Quando há fluxo a poropressão é definida pela altura piezométrica.
• O gradiente crítico equivale ao fato de quando a força de percolação é tão alta 
que anula a tensão efetiva, chegando a zero.
RESUMO DO TÓPICO 2
164
AUTOATIVIDADE
1 Em um fluxo de água passando pelo solo, a carga total em qualquer ponto 
é adequadamente representada por:
a) ( ) carga piezométrica somada à carga altimétrica.
b) ( ) carga de velocidade somada à carga hidráulica.
c) ( ) permeabilidade vezes o gradiente hidráulico.
d) ( ) carga piezométrica vezes a carga altimétrica.
e) ( ) carga de pressão somada à carga de velocidade. 
2 Os solos são permeáveis em razão da existência de:
a) ( ) Grãos finos.
b) ( ) Vazios.
c) ( ) Vazios interconectados.
d) ( ) Carga piezométrica.
e) ( ) Partículas maiores.
3 A velocidade de descarga de água:
a) ( ) É a quantidade de água que flui em um tempo específico por uma área 
transversal seccional bruta do solo em ângulos retos na direção do fluxo.
b) ( ) Tem unidade SI como m/s.
c) ( ) É a quantidade de água que flui em um tempo específico por uma área 
transversal seccional bruta específica do solo.
d) ( ) a e b.
e) ( ) É a velocidade calculada devido à passagem da água entre os vazios 
do solo.
4 Com relação à permeabilidade do solo e ao fluxo de água, selecione a 
declaração INCORRETA:
a) ( ) A velocidade de descarga é a quantidade de água que flui em um 
tempo específico por uma área transversal seccional bruta do solo em 
ângulos retos na direção do fluxo.
b) ( ) A carga de pressão em um determinado ponto é a pressão de água 
neste ponto dividida pelo peso específico de água.
c) ( ) A carga altimétrica ou de elevação em um determinado ponto é a 
distância vertical acima ou abaixo do plano de referência.
d) ( ) A unidade SI de carga é cm.
e) ( ) A velocidade real é a velocidade calculada devido à passagem da água 
entre os vazios do solo.
165
5 Sobre gradiente hidráulico do solo, assinale o item CORRETO:
a) ( ) É determinado a partir da perda entre dois pontos, e é considerado 
adimensional.
b) ( ) É utilizado para definir características do solo tais como permeabilidade, 
velocidade de percolação e porosidade do solo.
c) ( ) É semelhante ao gradiente de velocidade.
d) ( ) O gradiente hidráulico corresponde à quantidade de carga dissipada 
por uma faixa de solo, este valor é definido em cm.
e) ( ) Quando analisamos o gradiente crítico do solo, sabemos que o fluxo é 
descendente e este fato corresponde ao estado de areia movediça.
6 A Lei de Darcy explica que a velocidade de descarga é definida por:
a) ( ) É determinada a partir da perda entre dois pontos, e é considerada 
adimensional.
b) ( ) Corresponde ao coeficiente de permeabilidade vezes o gradiente 
hidráulico.
c) ( ) Corresponde à relação entre o coeficiente de permeabilidade divididopelo gradiente hidráulico.
d) ( ) O gradiente hidráulico dividido pelo coeficiente de permeabilidade.
e) ( ) O gradiente hidráulico vezes o coeficiente de permeabilidade vezes a 
velocidade de descarga.
7 A velocidade real da água é chamada de:
a) ( ) Fluxo operacional.
b) ( ) Velocidade de percolação.
c) ( ) Pressão de percolação.
d) ( ) Velocidade entre vazios.
e) ( ) Velocidade exponencial.
8 A velocidade de descarga de água pelo solo é de 24 cm/h, sabendo que a 
porosidade é de 30%, a velocidade de percolação será:
a) ( ) 24 cm/h
b) ( ) 72 cm/h.
c) ( ) 80 cm/h.
d) ( ) 30 cm/h
e) ( ) 40 cm/h.
9 A condutividade hidráulica do solo não depende de:
a) ( ) Peso específico de sólidos de solo.
b) ( ) Peso específico de água fluindo pelos vazios do solo.
c) ( ) Viscosidade de água fluindo pelos espaços vazios do solo.
d) ( ) Índice de vazios.
e) ( ) Porosidade.
166
10 O ensaio de laboratório utilizado para determinar a permeabilidade em 
solos granulares finos é:
a) ( ) Ensaio de permeabilidade de carga variável.
b) ( ) Ensaio de permeabilidade de carga constante.
c) ( ) Teste de bombeamento.
d) ( ) Slug test.
e) ( ) SPT.
167
TÓPICO 3
INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
UNIDADE 3
1 INTRODUÇÃO
A necessidade de um conhecimento do ambiente físico, descrito a partir 
das condições do subsolo, compõe em pré-requisito para projetos geotécnicos 
seguros e econômicos. No Brasil, atualmente, a despesa envolvida na execução 
de sondagens de reconhecimento geralmente varia entre 0,2% e 0,5% do custo 
total de obras convencionais, podendo ser mais elevada em obras especiais ou 
em condições adversas de subsolo (SCHNAID; ODEBRECHT, 2014). Os dados 
geotécnicos encontrados são indispensáveis à previsão dos custos fixos associados 
ao projeto e sua solução.
As causas mais frequentes de problemas de fundações e obras de 
infraestrutura ocorrem devido à má execução da obra e à falta de sondagem 
ou sondagens incorretas. Este fato, sondagem – ou seja, a descrição do solo – 
é imprescindível, pois avalia a representatividade do solo e o tipo de solo em 
que a estrutura será apoiada. Desse modo, os primeiros passos para construção 
de uma obra são os ensaios geotécnicos e, para isso, o engenheiro civil deve ter 
noção da amostragem e dos equipamentos que são utilizados para cada situação. 
Segundo Schnaid e Odebrecht (2014), a experiência internacional faz referência 
frequente ao fato de que o conhecimento geotécnico e o controle de execução são 
mais importantes para satisfazer aos requisitos fundamentais de um projeto do 
que a precisão dos modelos de cálculo e os coeficientes de segurança adotados.
Devido à decorrência da grande gama de equipamentos e procedimentos 
disponíveis no mercado brasileiro, o estabelecimento de um plano racional de 
investigação constitui-se na etapa crítica de projeto. Conhecimento, experiência, 
normas e práticas regionais devem ser considerados durante o processo de 
“julgamento geotécnico” de seleção de critérios necessários à solução do problema 
(SCHNAID; ODEBRECHT, 2014).
Reconhecida a relevância de caracterizar o subsolo e estabelecer 
suas características geológicas, geotécnicas e geomorfológicas, é importante 
estabelecer a amostragem do solo, a abrangência do programa de investigação, 
contextualizando-se a aplicabilidade de cada técnica e os parâmetros de projeto 
passíveis de obtenção.
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
168
Este tópico mostrará os principais tipos de ensaios para a obtenção de 
parâmetros geotécnicos, além disso, aprenderemos sobre os diferentes tipos de 
coleta de amostras. Por fim, entenderemos sobre o programa de investigação e a 
utilização de cada ensaio para os diferenciados tipos de solos existentes.
Vamos começar?
2 RETIRADA DE AMOSTRAS 
A coleta de amostras pode ser de forma que é retirada do solo na condição 
de campo (natural); esta, por sua vez, é chamada de amostra indeformada. A 
amostra indeformada tem como função preservar as condições do solo do local, 
e são utilizadas para ensaios de laboratório que necessitem da preservação da 
estrutura do solo, tais como cisalhamento direto e adensamento.
As amostras deformadas correspondem a uma porção de solo amolgado 
e representam a profundidade do solo amostrado. Essas amostras são utilizadas 
para caracterização do solo, ensaios de compactação e na preparação de corpos-
de-prova para ensaios.
As amostras deformadas possuem a facilidade de coletar, pois não 
necessitam da estrutura intacta do campo. No entanto, a retirada da amostra deve 
ser feita de forma minuciosa e delicada, deve verificar se não há contaminação da 
amostra, pois este fato pode levar a erros na classificação do material.
A Figura 40 corresponde à retirada de uma amostra de solo natural 
(indeformada). A confecção do bloco é realizada de forma cautelosa e é essencial 
que sejam retirados blocos com dimensões entre 20 cm a 30 cm, pois valores 
menores podem não apresentar representatividade e valores maiores podem 
causar problemas em termos de desplacamento do solo, podendo a amostra vir 
a perder as características físicas. Essas amostras podem ser retiradas na parte 
lateral de taludes, ou a partir da construção de trincheiras e poços. Em amostras 
naturais, que o solo apresenta baixa resistência, pode-se utilizar os tubos shelbs 
(tubos cilíndricos em formato cônico).
O processo de confecção de amostra indeformada deve ser criterioso, esta, 
por sua vez, deve ser impermeabilizada através do uso de parafina e tecido com o 
objetivo de evitar a perda de umidade. Lembrando que o transporte até o laboratório 
deve ser feito de forma rápida e indicar com etiqueta o topo do bloco, para quando se 
iniciar os ensaios sabermos o posicionamento correto da amostra no campo.
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
169
 FIGURA 40 – EXEMPLO DE COLETA DE AMOSTRAS DEFORMADAS E INDEFORMADAS
FONTE: Massoco (2017, p. 98)
A retirada de amostras indeformadas é mais sensível a possíveis erros. 
A escolha do equipamento a ser utilizado depende da natureza do solo a ser 
amostrado, da profundidade da amostra e do nível d’água (MACHADO; 
MACHADO, 2007).
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
170
Seja a amostra deformada ou indeformada, no processo de amostragem 
deve ser elaborado um mapa que indique a localização da amostra em que foi 
feita a retirada. Além disso, em todas as amostras deve-se indicar a data, o nome 
da pessoa que executou a amostragem, fazer uma descrição do clima no dia e 
também qualquer característica que for relevante que possa alterar as análises 
sobre esses materiais. Apesar de todos esses cuidados, pode acontecer uma 
distorção estrutural e uma variação no estado de tensão da amostra, já que ela sai 
do estado de confinamento em que estava. As argilas moles são mais sensíveis a 
essa perturbação (MACHADO; MACHADO, 2007).
3 ENSAIOS DE CAMPO
No meio da engenharia civil, na fase da construção da infraestrutura, ou 
seja, quando engloba aspectos geotécnicos, a caracterização do solo é importante 
para entender e garantir a segurança da estrutura ao longo dos anos. Por este 
motivo faz-se necessário caracterizar o solo física, mecânica e hidraulicamente.
Essa caracterização e compreensão total do material utilizado ocorre 
por meio de ensaios, sejam eles de campo ou de laboratório. Estes, por sua vez, 
muitas vezes são negligenciados devido ao custo e à cultura de achar que não 
há necessidade, porém deve-se ter em mente que a realização de uma campanha 
eficiente de ensaios traz economia com o emprego correto do material e das 
técnicas construtivas de acordo com o solo em que aquela estrutura estará.
Com relação aos ensaios de campo, os comumente utilizados, dependendo 
do tipo de solo, são: SPT (standard penetration test), Ensaios de cone (CPT) e 
piezocone (CPTu), ensaios de palheta, ensaio pressiométrico, ensaio dilatométrico, 
rotativa e etc.
3.1 STANDARD PENETRATION TEST (SPT)
O primeiro ensaio a ser feito em qualquer obra é oensaio SPT (Standard 
Penetration test). Este é o equipamento mais utilizado no mundo e é o que indica 
se se deve analisar mais precisamente com outros ensaios ou se só os valores 
obtidos por ele são suficientes.
O ensaio serve como indicativo da densidade de solos granulares e é 
aplicado também na identificação da consistência de solos coesivos, e mesmo de 
rochas brandas. Métodos rotineiros de projeto de fundações diretas e profundas 
usam sistematicamente os resultados de SPT, especialmente no Brasil (SCHNAID; 
ODEBRECHT, 2014, p. 21).
 
O ensaio é definido conforme a NBR:6484 e consiste em uma medida de 
resistência dinâmica conjugada a uma sondagem de simples reconhecimento. A 
perfuração é obtida por tradagem e circulação de água, utilizando-se um trépano 
de lavagem como ferramenta de escavação.
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
171
O SPT constitui-se em uma medida de resistência dinâmica conjugada 
a uma sondagem de simples reconhecimento. Amostras representativas do solo 
são coletadas a cada metro de profundidade por meio de amostrador padrão com 
diâmetro externo de 50 mm. O procedimento de ensaio consiste na cravação do 
amostrador no fundo de uma escavação (revestida ou não), usando-se a queda de 
peso de 65 kg de uma altura de 750 mm. O valor do Nspt é o número de golpes 
necessários para fazer o amostrador penetrar 300 mm, após uma cravação inicial 
de 150 mm (SCHNAID; ODEBRECHT, 2014, p. 21).
O ensaio basicamente consiste em cravação nos primeiros 15 cm, e este 
valor é anotado, logo em seguida existe a cravação nos próximos 15 cm e este 
valor também é anotado; por fim, a última cravação que corresponde ao número 
de golpes nos últimos 15 cm, que também é computado, assim o valor de Nspt 
corresponde ao número de golpes dos últimos 30 cm de cravações. Após esses 45 
cm, é realizada nos 55 cm retirada de amostra para ensaios e reconhecimento do 
tipo de solo, ou seja, a análise táctil visual. A Figura 41 corresponde ao processo 
de análise das cravações e retirada de solo.
FIGURA 41 – PROCEDIMENTO DE ANÁLISE DO ENSAIO SPT
Lavagem, análise táctil-visual, 
w, granulometria, diferenciar 
as camadas
15
15
15
55
cm
45
cm Cravação para o somatório do Nspt
Cravação para o somatório do Nspt
Cravação inicial 
FONTE: A autora
As vantagens desse ensaio com relação aos demais são: simplicidade do 
equipamento, baixo custo e obtenção de um valor numérico de ensaio que pode 
ser relacionado por meio de propostas não sofisticadas, mas diretas, com regras 
empíricas de projeto. Apesar das críticas pertinentes que são continuamente feitas 
à diversidade de procedimentos utilizados para execução do ensaio e à pouca 
racionalidade de alguns dos métodos de uso e interpretação, esse é o processo 
dominante ainda utilizado na prática de Engenharia de Fundações (SCHNAID; 
ODEBRECHT, 2014, p. 22).
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
172
A Figura 42 corresponde a um desenho esquemático do equipamento de 
SPT e a Figura 42 corresponde a um relatório de ensaio de SPT. 
 FIGURA 42 – DESENHO ESQUEMÁTICO DO ENSAIO SPT
FONTE: Pinto (2006, p. 47)
A Figura 43 mostra um laudo de SPT com uma escala de Nspt considerada 
a cada metro. A terceira coluna corresponde aos valores de golpes por 15 cm 
ou a depender do quanto o amostrador penetrou, por exemplo, na camada um 
verifi ca-se o valor de 1/45 cm, ou seja, um golpe penetrou 45 cm, neste caso o 
valor do Nspt é 1/45 ou 1. Na camada 3 existem três valores, neste caso o valor de 
Nspt corresponde ao somatório dos últimos 30 cm, ou seja, 18 + 34 que corresponde 
a 52. Quando não ocorre penetração de todo amostrador, registra-se o SPT em 
forma de fração (por exemplo, 20/14, indicando 20 golpes, houve uma penetração 
em 14 cm).
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
173
 FIGURA 43 – LAUDO DE ENSAIO SPT
FONTE: A autora
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
174
A Tabela 5 e a Tabela 6 correspondem à classificação do solo quanto à 
compacidade e consistência definidos pela NBR 6484:2001 da ABNT.
TABELA 5 – COMPACIDADE DAS AREIAS EM FUNÇÃO DE VALORES DE NSPT
Resistência à penetração (número N do SPT) Compacidade da areia
0 a 4 Muito fofa
5 a 8 Fofa
9 a 18 Compacidade média
18 a 40 Compacta 
Acima de 40 Muito compacta
FONTE: NBR 6484: 2001
TABELA 6 – CONSISTÊNCIAS DAS ARGILAS EM FUNÇÃO DE DADOS DE NSPT
Resistência à penetração (número N do SPT) Consistência da argila
< 2 Muito mole
3 a 5 Mole
6 a 10 Consistência média
11 a 19 Rija 
> 19 Dura
FONTE: NBR 6484: 2001
O Nspt é utilizado intensamente em projetos de fundação. Em projetos 
multifamiliares, unifamiliares e de infraestrutura, a definição do tipo de fundação 
e análises de projeto, como comprimento de estaca, tipo de estaca etc., são 
usualmente baseadas nos resultados de sondagens (identificação visual e SPT), 
estas são analisadas de acordo com a experiência regional e o conhecimento 
geológico do local.
O primeiro ensaio a ser utilizado em qualquer região é o ensaio SPT, pois 
permite verificar a estratigrafia do solo e as condições básicas de resistência. No entanto, 
quando o solo apresenta resistência baixíssima (0 a 5), os dados que correspondem ao 
N
spt 
são insuficientes, pois o equipamento em si não mensura pequenas resistências (as 
medições não são satisfatórias em solos moles, por exemplo). Além disso, o ensaio não 
ultrapassa matacões e o impenetrável, fazendo com que haja a necessidade de ensaios 
específicos para determinado solo.
ATENCAO
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
175
A cravação irá parar quando estiver definido no boletim ou quando:
• Em qualquer dos três segmentos de 15 cm de um total de 45cm, o número de 
golpes ultrapassar a 30; 
• Um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante toda a cravação; 
• Não se observar avanço do amostrador padrão durante a aplicação de cinco 
golpes sucessivos do martelo.
3.2 ENSAIO DE CONE (CPT) E PIEZOCONE (CPTU)
Os ensaios CPT (Cone Penetration Test) e CPTu (Piezocone Penetration 
Test) são utilizados principalmente em solos moles e caracterizam-se como um 
equipamento importante de prospecção geotécnica. Os resultados do ensaio 
podem ser utilizados para determinação de capacidade suporte do solo/fundação, 
análise de resistência, determinação estratigráfica de perfis de solos etc.
O ensaio tem formato de uma estaca em dimensões reduzidas e é 
acompanhado de uma ponteira, o princípio de funcionamento (SCHNAID; 
ODEBRECHT, 2014, p. 68) do ensaio de cone é determinado a partir da cravação, 
no terreno, desta ponteira cônica (60° de ápice) a uma velocidade constante de 
20 mm/s a 5 mm/s. A seção transversal do cone é, em geral, de 5 cm² a 15 cm² 
dependendo das condições. 
Os equipamentos podem ser classificados em três categorias: (a) cone 
mecânico, que caracteriza-se pela medida na superfície, dos esforços necessários 
para cravar a ponta cônica ( cq ) e do atrito lateral ( cq ) (Figura 44); (b) cone elétrico, 
em que a adaptação de células de carga instrumentadas eletricamente permite a 
medida de cq e cq diretamente na ponteira; e (c) piezocone, que, além das medidas 
de cq e sf , mede as dissipações das poropressões, ou seja, a contínua monitoração 
das pressões neutras geradas durante o processo de cravação (SCHNAID; 
ODEBRECHT, 2014, p. 68).
FIGURA 44 – DISTINÇÃO DA RESISTÊNCIA DE PONTA E ATRITO LATERAL DO APARELHO CPT
Resistência de 
ponta, qc
Sem análise das 
dissipações de 
poropressões
Atrito lateral, fs
FONTE: A autora
A grande vantagem do ensaio é o fornecimento dos parâmetros até a 
profundidade desejada, ou seja, em perfis (registro contínuo) e não pontualmente, 
como o ensaio SPT e outros. Este fato faz com que haja uma descrição detalhada 
do perfil do subsolo e a eliminação da influência de um operador.
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
176
 FIGURA 45 – DETALHES DO EQUIPAMENTO DE CPTU
Resistência de 
ponta, qc
Poro-pressão, u1 Poro-pressão, u2 Poro-pressão, u3
Com análise das 
dissipações de 
poropressões
Atrito lateral, fs
FONTE:A autora
O procedimento do CPT mecânico se dá pela cravação apenas do cone, 
inicialmente ao longo de 4 cm, registrando-se apenas a resistência de ponta. 
Em seguida, as hastes internas são avançadas mais 4 cm, fazendo com que seja 
cravado o conjunto cone e luva de atrito e, assim, medida a resistência de ponta 
acrescida da resistência de atrito lateral, sendo esta última obtida pela diferença. 
Procede-se a descida das hastes externas ao longo de 20 cm, as quais trazem 
consigo as luvas de atrito por 16 cm e o cone por 12 cm, a partir daí, repete-se o 
procedimento. A Figura 46 exemplifi ca este processo de inserção da haste ao solo.
Sabe-se que o grande diferencial do ensaio CPTu ou piezocone, além das 
informações de cq e sf , é o registro da poropressão do solo (u). A penetração é 
obtida através da cravação contínua de hastes de comprimento de 1 m, seguida 
da retração do pistão hidráulico para posicionamento de nova haste. O registro 
das leituras é contínuo e automático por meio de cabos elétricos que atravessam 
o interior das hastes conectando a ponteira a um computador. O registro da 
poropressão é realizado através de anéis que são posicionados no equipamento, 
conforme Figura 45, e são defi nidos por u1, u2 e u3.
 FIGURA 46 – PROCEDIMENTO DE INSERÇÃO DO APARELHO CPT
FONTE: Higashi et al. (2013, p. 18)
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
177
FONTE: A autora
Existem vários métodos de identifi cação do tipo de solo ao longo do perfi l 
determinado pelos gráfi cos e por fórmulas específi cas, porém uma maneira mais 
fácil e rápida é através da identifi cação visual dos perfi s obtidos, com esse método 
é possível analisar e supor se naquela profundidade o solo tem comportamento 
arenoso ou argiloso.
Solos arenosos são constituídos normalmente por partículas maiores e 
isto possibilita que os vazios entre os grãos permitam a passagem da água mais 
facilmente; por outro lado, com relação aos solos argilosos, as partículas são muito 
pequenas e há uma difi culdade na passagem da água entre os espaços vazios do 
solo. Este fato faz com que, ao aplicar qualquer carga sobre o solo saturado (cheio 
de água), a água tenderá a sair por todos os lados; ela, portanto, dissipa-se mais 
rapidamente se for um solo com características arenosas ou mais lentamente se 
for um solo fi no (argilas e siltes). 
Ao analisar a Figura 47 percebe-se três perfi s: resistência de ponta ( cq ), 
resistência lateral ( sf ) e poropressão (u). Solos arenosos apresentam resistência 
de ponta bem maior (representa picos) do que um solo argiloso a mole, porém 
quando analisamos o gráfi co de poropressão, os solos fi nos (argilosos) apresentam-
se maiores do que os solos arenosos, isto devido à facilidade que a água tem de 
escapar dependendo do tipo de solo.
 FIGURA 47 – PERFIS DE RESISTÊNCIA OBTIDOS PELOS ENSAIOS CPTU
3.3 ENSAIO DE PALHETA (VANE TEST)
O ensaio de Palheta, também conhecido como Vane test, é tipicamente utilizado 
em solos moles e de baixa resistência (argilas moles), seus resultados correspondem a 
valores de resistência não drenada (Su) que são determinados em campo. 
A palheta é um equipamento de seção cruciforme que e é cravado em argilas 
saturadas de consistência mole a rija, é submetido a um torque fundamental para 
cisalhar o solo por rotação em condições não drenadas. É necessário, portanto, 
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
178
o conhecimento prévio da natureza do solo onde será realizado o ensaio, não 
só para avaliar sua aplicabilidade, como para, posteriormente, interpretar 
adequadamente os resultados (SCHNAID; ODEBRECHT, 2014). Embora o 
ensaio possa ser executado em argilas com resistências de até 200 kPa, a palheta 
especifi cada na Norma Brasileira apresenta desempenho satisfatório em argilas 
com resistências inferiores a 50 kPa. Algumas das recomendações, segundo 
Schnaid e Odebrecht (2014, p. 128), para usabilidade do ensaio são:
a) Nspt menor ou igual a 2, correspondendo à resistência de penetração (qc) 
menor ou igual a 1000 kPa;
b) Matriz predominante argilosa (>50% passando na peneira #200, LL>25, IP>4);
c) Ausência de lentes de areia (a ser defi nida previamente por ensaios de 
penetração).
A palheta normalmente possui dimensões:
a) Diâmetro de 65 mm e altura de 130 mm, porém admite-se placa menor de diâmetro 
de 50 mm e altura de 100 mm quando ensaiadas argilas rijas de Su>50 kPa;
b) Altura igual ao dobro do diâmetro;
c) O torque é aplicado em uma rotação com velocidade de 6 +-0,6°/min, e as leituras 
são feitas a cada 2 graus, permitindo determinar a curva torque x ângulo.
A Figura 48 corresponde a detalhes do equipamento de Vane test.
 FIGURA 48 – DETALHES DO EQUIPAMENTO DE VANE TEST
FONTE: Adaptado de Schnaid e Odebrecht (2014)
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
179
O torque e a rotação são definidos em gráficos e o ponto máximo corresponde 
ao torque máximo que é o utilizado pela equação 30 para encontrar a resistência 
não drenada (Su). Após o ensaio ser realizado há o rotacionamento da palheta em 
sentido contrário para encontrar a resistência não drenada amolgada. A Figura 49 
corresponde a um resultado de ensaio de palheta, em que há a rotação em sentido 
horário (amostra indeformada) e em sentido anti-horário (amostra deformada).
FIGURA 49 – ENSAIO DE PALHETA
amolgadoindeformado
Graus
To
rq
ue
 (N
.m
)
Atrito
10 20
20
30
30
40
40
50
50
60 70 80 90
10
0
0
FONTE: A autora
Π 3
0,86T
Su=
D
 (30)
Onde: T o torque máximo; D o diâmetro da palheta.
Os valores de Su amolgado e Su indeformado são utilizados para 
encontrar a sensibilidade da argila, ou seja, o quanto a argila resiste em relação 
ao estado amolgado. A equação 31 corresponde à relação para encontrar a 
sensibilidade da argila.
S u
S t =
S ua
 (30)
Onde: Sua corresponde à condição amolgada.
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
180
Valores de sensibilidade entre 2 e 4 correspondem a argilas não sensíveis, 
ou seja, têm capacidade de recuperar e o amolgamento não influi tanto na 
resistência, valores próximos a 100 são argilas extremamente sensíveis com baixa 
recuperação e perda de resistência.
3.4 SONDAGEM ROTATIVA 
A sondagem rotativa é bastante utilizada quando a região possui bastantes 
matacões ou quando se quer analisar a qualidade do maciço rochoso. Pode-se 
utilizar a sondagem rotativa intercalada com o ensaio SPT. 
A rotativa tem como função perfurar rochas e medir a qualidade delas, 
a perfuração faz com que haja a obtenção de testemunhos de rochas e, através 
destes, é possível verificar a qualidade.
Os testemunhos são armazenados em caixa e coletados normalmente com 
tamanhos que variam de 1 a 1,5 metro, dependendo do comprimento do barrilete 
utilizado. Isto permite determinar a qualidade do maciço rochoso através do 
índice RQD (Rock Quality Designation), conforme a seguir:
RQD (ROCK QUALITY DESIGNATION) =
Comprimento total do barrilete
Comprimento de fragmentos recuperados
x 100
Porcentagem de recuperação
Fragmentos com mais de 10 cm
A escala de qualidade é definida por rocha de má qualidade a rocha de 
boa qualidade, esta é mostrada na Tabela 7.
TABELA 7 – QUALIDADE DA ROCHA
RQD (%) Qualidade do Maciço Rochoso 
0 – 25 Muito fraco – rocha de má qualidade
25 – 50 Fraco – rocha de má qualidade
50 – 75 Regular – Rocha de qualidade regular
75 – 90 Bom – Rocha de boa qualidade
90 – 100 Excelente – Rocha de excelente qualidade
FONTE: Adaptado de Schnaid e Odebrecht (2014)
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
181
3.5 ENSAIO PRESSIOMÉTRICO 
O ensaio pressiométrico é realizado tendo maior aplicação nos solos e 
rochas brandas ou solos duros, e consiste na introdução de uma sonda cilíndrica 
dentro de um furo aberto no solo e na aplicação de uma pressão que levará à 
expansão da sonda. Tem como consequência uma compressão horizontal do solo 
na zona envolvente e determinação de comportamento tensão versus deformação.
FIGURA 50 – MODELO DE EQUIPAMENTO E FUNCIONAMENTO DO ENSAIO PRESSIOMÉTRICO
FONTE: Adaptadode Schnaid e Odebrecht (2014)
4 ENSAIOS DE LABORATÓRIO
Os ensaios de laboratório utilizados para analisar os estados de consistência 
e plasticidade foram explicados na Unidade 2. Assim, neste item será dada ênfase 
a ensaios de determinação de resistência (cisalhamento direto) e de deformação 
(ensaio de adensamento). 
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
182
a) Cisalhamento direto
Para entendermos e começarmos a projetar fundações e obras 
infraestruturais (aterros, barragens etc.), temos que ter noções de resistência que 
o solo irá suportar, devido a toda essa estrutura sobre o solo aplicada não vir a 
ocasionar ruptura. Ao denominar ruptura, percebemos que este é um fenômeno 
característico de cisalhamento direto, ou seja:
A resistência ao cisalhamento se caracteriza como a máxima tensão que 
o solo pode suportar sem sofrer ruptura, ou a tensão de cisalhamento 
do solo no plano em que a ruptura ocorrer (PINTO, 2006, p. 260). 
A resistência de um solo está ligada a dois fatores principais: coesão e 
ângulo de atrito do solo. O ângulo de atrito vem dos conceitos básicos de atrito dos 
solos, este por sua vez, corresponde à intensidade a qual o grupo de partículas tem 
dificuldade de deslizar uma as outras, e a inclinação do deslizamento corresponde 
ao ângulo de atrito, quanto maior o ângulo de atrito, mais atrito entre as partículas 
existem. Assim, o atrito corresponde aos efeitos mecânicos das partículas entre si, 
diferentemente da coesão, em que devido às atrações químicas entre partículas 
forma-se uma resistência independente da tensão normal, fazendo um papel de 
cola, ou seja, uma coesão real.
Os ensaios mais utilizados para definição das condições cisalhantes 
devidas a tensões aplicadas são: cisalhamento direto e triaxial. 
O ensaio de cisalhamento direto pode ser realizado com amostras 
compactadas e indeformadas de campo. Este ensaio é um dos mais antigos 
equipamentos utilizados para encontrar a resistência ao cisalhamento e se baseia 
no critério de Mohr Coulomb. O processo consiste em aplicar uma tensão normal 
em um plano e verificar a tensão cisalhante que provoca a ruptura.
O ensaio triaxial é realizado através de uma compressão triaxial 
convencional, e esta consiste na aplicação de um estado hidrostático de tensões e 
de um carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico do solo. Para isto, 
o corpo-de-prova é colocado dentro de uma câmara de ensaio, conforme Figura 
51, e envolto por uma membrana de borracha. A câmara é enchida com água e há 
a aplicação de uma pressão confinante, esta pressão confinante atua em todas as 
direções, e o corpo fica em um estado hidrostático de tensões (PINTO, 2006, p. 266).
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
183
FIGURA 51 – ESQUEMA DA CÂMARA DO ENSAIO TRIAXIAL
FONTE: A autora
b) Ensaio de adensamento
O efeito da formação de um solo sedimentar, num elemento, é bem 
representado pelo ensaio de compressão edométrica. Nos dois casos, carregamentos 
verticais são feitos sem que haja possibilidade de deformação lateral.
O ensaio de adensamento é bastante utilizado para o cálculo de recalques 
de um aterro, de uma fundação sobre o solo. Este ensaio é essencial para analisar 
o comportamento do solo em termos de deformações que o solo já tenha sofrido 
e para estimar o que vai sofrer.
Procedimentos do ensaio:
• Moldagem do corpo-de-prova.
• Transferir a amostra para a célula de adensamento e posicioná-la na prensa.
• Preencher a célula de adensamento com água até que toda a amostra seja submersa.
• Aguardar em torno de 24 horas para que ocorra a acomodação das partículas e 
que a água preencha todos os vazios.
• Iniciar as etapas de carregamento (no mínimo, cinco estágios de carregamento 
seguindo uma PG de ordem 2. O primeiro carregamento a ser imposto na 
amostra são 5 kPa). Portanto os estágios iniciais do ensaio são: 5kPa, 10kPa, 
20kPa, 40kPa, 80kPa.
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
184
• Os estágios de carregamento deverão continuar até que a máxima tensão 
vertical que atuará em campo seja ultrapassada.
• Para cada estágio de carregamento são medidas as variações de altura do cp por 
meio de um extensômetro instalado no topo da amostra. As leituras deverão ser 
realizadas nos seguintes intervalos de tempo: 8, 15 e 30 segundos, 1, 2, 4, 8, 15, 30 
minutos, 1, 2, 4, 8, 16 e 24 horas, ou até que ocorra a estabilização das mesmas.
• Após o término no último estágio de carregamento, costuma-se fazer estágios 
de descarregamentos para avaliar o aumento do volume do cp. As medidas 
da variação de altura da amostra devem ser feitas da mesma forma que nos 
estágios de carregamento. 
São obtidas duas curvas: variação da altura do corpo-de-prova versus 
raiz quadrada do tempo; e a curva de compressibilidade (variação do índice 
de vazios versus tensão vertical efetiva em escala log (Figura 52), na qual 
são determinados os coeficientes necessários para o cálculo do recalque por 
adensamento primário e secundário.
FIGURA 52 – UM DOS GRÁFICOS RESULTANTES DO ENSAIO DE ADENSAMENTO
Ín
di
ce
 d
e 
V
az
io
s 
Fi
na
l
CURVA DE COMPRESSIBILIDADE
Pressão (kg/cm2)
100,0010,001,000,100,01
1,40
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
2,30
FONTE: A autora
5 PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO
A investigação geotécnica pode ser dividida em três métodos (Figura 53) 
e depende do porte da obra a ser construída. Para estruturas de pequeno porte, 
deve-se utilizar uma investigação limitada, porém é adotada uma abordagem 
mais conservadora, com valores de segurança altos. Para estruturas convencionais 
sem risco e em que as cargas estão dentro dos padrões conhecidos, é possível 
projetar com recomendações baseadas na prática regional, porém quando o solo 
se apresenta com baixa resistência, deve-se fazer uma investigação detalhada.
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
185
FONTE: A autora
 FIGURA 53 – MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO DE UMA LOCALIDADE
De forma geral, o julgamento geotécnico deve ser feito em três etapas: 
a) Projeto conceitual: Analisar o entorno da região e fazer um projeto com dados 
regionais;
b) Projeto básico: A partir de estudos técnicos preliminares
c) Projeto executivo: conforme NBR12722:1992 e NBR8036:1983
FIGURA 54 – RESUMO DAS ETAPAS DE JULGAMENTO GEOTÉCNICO
Julgamento geotécnico
Projeto conceitual Ver as alternativas na região
Projeto básico A partir de estudos técnicos 
preliminares
Projeto executivo NBR 12722/1992
NBR 8036/1983
FONTE: A autora
A NBR 8036:1983 é utilizada para saber o quanto de sondagens, localização 
e profundidade da sondagem de simples reconhecimento, já a NBR12722:1992 
são orientações para análise de projeto.
É fundamental ter conhecimento das normas e ensaios para cada situação 
e tipo de perfi l estratigráfi co encontrado no local da obra, além deste fato, verifi ca-
se a importância dos equipamentos utilizados, pois quanto melhor houver um 
conhecimento sobre equipamentos, mais acertado será o instrumento para o uso, 
e assim, consequentemente os parâmetros geotécnicos defi nidos no local de obra 
serão os mais próximos da realidade.
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
186
LEITURA COMPLEMENTAR
É imprescindível aplicar os conhecimentos de mecânica dos solos em 
análises de infraestrutura. Esta leitura complementar mostra um artigo apresentado 
em 2018 no Congresso Brasileiro de mecânica dos solos e engenharia geotécnica 
pelos Autores: Narayana Saniele Massocco, Ângela Grando e Marciano Maccarini.
1 INTRODUÇÃO
O adequado conhecimento das características e parâmetros geotécnicos 
dos solos, principalmente daqueles relacionados com a resistência, conduz a 
uma maior probabilidade de otimização dos projetos de natureza geotécnica 
(fundações de edifícios, estrutura de contenção de terras, aterro entre outros). Do 
ponto de vista geotécnico, o traçado da rodovia que liga BR-101 à São Martinho, 
em Tubarão (Santa Catarina-Brazil), foi projetado em uma área de rizicultura, onde 
o lençol freático encontra-se próximo da superfície e háa predominância de solo 
mole. Também chamados de solos compressíveis, os solos moles são geralmente 
constituídos por uma alta porcentagem de materia orgânica e altos teores de 
umidade. São solos finos (argilas e siltes), e possuem baixa resistência a esforços 
de cisalhamento. Ao considerar que o local da pesquisa pertence a uma faixa 
litorânea, e que são nessas áreas que atualmente a demanda de infraestrutura é 
maior, fazem-se necessárias soluções geotécnicas na execução de obras sobre este 
tipo de solo. Para isso, deve-se ter acurácia na determinação dos parâmetros de 
resistência não drenada que condizem com as condições reais do subsolo. Além 
disso, a execução de sondagens específicas nos solos moles, gera suporte a análise 
da resistência à ruptura e recalques.
Para solos argilosos, especialmente os solos moles, os parâmetros da 
resistência não drenada são mais precisos quando obtidos com ensaios específicos 
e, atualmente os ensaios de piezocone (CPTu) em conjunto com os resultados dos 
ensaios com palhetas são os mais utilizados em perfis de solos compressíveis. Os 
resultados dos ensaios definem que a resistência de cone (qt) é alta em areias e 
baixa em argilas, e a razão de atrito (Rf) é elevada em argilas e baixa em areias. 
Este fato destaca o uso do fator de cone Nkt para as análises e, com isso, pode-
se utilizar o número dos golpes do ensaio SPT (NSPT) apenas para uma análise 
prévia. O Fator de Cone Nkt é utilizado para depósitos argilosos e estima o fator 
da capacidade de carga que pode ser obtida por meio da aplicação da teoria de 
equilíbrio limite ou do método da trajetória das deformações.
A correlação entre ensaios de Piezocone e resistência não drenada (obtidos 
pelo ensaio de Vane Test) para encontrar o fator de cone (Nkt) e determinar o 
comportamento da resistência não drenada (Su) ao longo da profundidade são 
efetivos. Magnani (2006) realizou estudos de solo mole localizado no interior 
da Baía Sul da Ilha de Santa Catarina, no município de Florianópolis, estado de 
Santa Catarina-Brasil, através de ensaios triaxial, CPTu e Vane Test encontrou 
valores de Nkt igual a 12 com perfil de Su variando com a profundidade. Também 
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
187
é possível verificar estudos de Rocha Filho e Alencar (1985) obtiveram Nkt de 10-
15 e Danziger (1990) com Nkt de 8-12 na região de Sarapuí/RJ; no Nordeste do 
Brasil estudos de Coutinho et al. (1993) e (2014) com Nkt 10-15, e estudos no sul 
do Brasil de Soares et al. (1997) com Nkt de 8-16.
Os parâmetros de resistência não drenada (Su) advindos dos ensaios de 
palheta podem ser correlacionados com os ensaios de piezocone, e desse modo 
ser possível estimar a resistência não drenada com o aumento de profundidade. 
Esta análise é uma das soluções para analisar os problemas de estabilidade 
relativos aos solos saturados. Segundo Schnaid (2010) a determinação de valores 
representativos da resistência ao cisalhamento não drenada (Su) da argila, 
constitui-se em fator determinante de projetos porque estes valores permitem: 
a avaliação da estabilidade dos taludes do aterro e o dimensionamento de 
fundações e pavimentos.
Assim, o objetivo dessa pesquisa, a qual fez parte do desenvolvimento de 
uma monografia, refere-se a uma análise e obtenção dos valores dos fatores de cone 
dos solos compressíveis a partir dos ensaios CPTu e Palhetas e, posterior análise do 
fator de segurança de um aterro sobre este solo para a construção da rodovia.
2 ÁREA DE ESTUDO
A área em estudo localiza-se próximo ao município de Tubarão-SC. A 
implantação da rodovia está localizada nos municípios de Tubarão que liga a rodovia 
BR-101 ao bairro São Martinho, como mostrado na Figura 1. O comprimento total 
da rodovia é de aproximadamente 4 km de extensão e será o objeto de investigações 
do comportamento do solo quanto à implantação desta obra.
FIGURA 1 – Localização da rodovia
Fonte: (MASSOCCO, 2013)
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
188
Os dados pedológicos do Município descreveram predominância dos 
solos classificados como Argissolos. Também chamados de Argissolos Vermelho-
Amarelos (PVA) os quais são desenvolvidos de rochas cristalinas ou sob 
influência destas. Apresenta horizonte de acumulação de argila, B textural (Bt), 
onde há textura franco arenosa com incremento de argila, com cores vermelho-
amareladas devido à presença da mistura dos óxidos de ferro hematita e goethita 
(EMBRAPA, 2012).
Segundo Higashi (2001), as características geológicas mais presentes no 
município são: Suíte Intrusiva Tabuleiro, Sedimentos síltico-arenosos e sedimentos 
argilo-arenosos contendo matéria orgânica de origem fluvio-lagunar.
3 METODOLOGIA
A metodologia utilizada neste trabalho refere-se a uma análise de dados 
obtidos em um banco de dados geotécnicos que foram utilizados por Massocco 
(2013) e fazem parte da pesquisa de Grando (2016). Foram utilizados dados de 
ensaios standard penetration test (SPT), Piezocone (CPTu) e ensaio de palheta (Vane 
test), bem como dados de ensaios laboratoriais de adensamento.
3.1 Determinação do Perfil estratigráfico
A partir dos dados de sondagem SPT, o perfil estratigráfico do solo pode 
ser constituído e subdividido em 8 pontos para a definição dos locais de realização 
dos ensaios de Piezocone e Palheta.
TABELA 1 – Subdivisão dos trechos da rodovia
Trechos Nomenclatura
1 CPTu-01
2 CPTu-02
3 CPTu-04
4 CPTu-05
5 CPTu-06
6 CPTu-07
7 CPTu-08
8 CPTu-09
3.2 Identificação dos fatores de resistência do solo
Nesta pesquisa, o peso específico do solo utilizado foi o peso do solo 
saturado, pois foi considerado que o nível do lençol freático está próximo a 
superfície. Desse modo, a partir dos ensaios de adensamento, realizados em 
laboratório em amostras coletadas por meio de tubo Shelby, foram obtidos os 
valores do peso específico para o solo úmido (γsat).
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
189
A nomenclatura adotada para cada ponto foi denominada segundo os pontos 
do ensaio de Piezocone (CPTu). Então, com o valor do peso específico dos pontos 
de ensaio foi possível encontrar os valores das demais camadas da estratigrafia, a 
partir de aproximações dos valores calculados pelo ensaio de adensamento. Ainda, 
para cada ponto, nas camadas subjacentes foi definido valores de pesos específicos 
conforme o aumento da profundidade e subdivisão das camadas.
 
A tensão vertical total do solo (σv0) foi utilizada para os cálculos, pois é 
considerada a parcela de poropressão atuante, uma vez que, o solo é considerado 
saturado. Assim, esta tensão foi identificada para cada divisão de camada e 
profundidade nos oito pontos de realização dos ensaios de Palheta e Piezocone, 
por meio da equação (1) e da equação (2):
 σv0= γsat × h (1)
 σv0= γsat × z (2)
Onde: σv0 é a tensão vertical total do solo [kPa]; qt é a resistência de ponta 
corrigida [kPa], determinada pelo ensaio de Piezocone; h são as profundidades 
[m] medidas pelo ensaio de Piezocone; z é profundidade [m] no ponto de medida 
do ensaio de Palheta.
3.3 Fator de cone (Nkt) e da resistência não drenada (Su)
O ensaio de palheta fornece a resistência não drenada do solo (Su) [kPa]. 
A partir dos dados medidos neste ensaio foi possível calcular os valores do fator 
de cone (Nkt) para 19 dados de ensaio de Palheta pela equação (3):
 
qt- v0Nkt=
Su
σ
 (3)
Com os valores de Nkt encontrados pela equação (3) foi possível obter 
uma média desses valores para cada local de ensaio de Piezocone, por meio da 
equação (4):
 
Nkt +...+Nktn1Nktmédio=
n 
(4)
Onde: Nkt1 é o valor inicial; Nktn é o valor final; n é o número de valores 
de Nkt.
Adotando o valor médio de Nkt para cada ponto do ensaio de Piezocone 
foi possível encontrar o Su nas demais profundidades deste ensaio, equação (5):
 
qt - v0Su = 
Nkt
σ
 
(5)
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
190
Os ensaios de Piezocone (CPTu) foram realizados em 8 locais. Como a 
obtenção dos valores de Nkt depende dos dados do ensaio de Palheta, foi possívelencontrar os valores de Nkt para os 19 pontos do ensaio de Palheta. Em cada local 
foram realizadas medidas de Su em diferentes profundidades e a partir disso, a 
média dos valores de Nkt foi encontrada para cada um desses pontos.
Plotando os valores de Nkt com a profundidade foi encontrada a faixa 
de valores que este se encontra e assim, definido um valor único deste fator 
para representação em projeto. No entanto, neste trabalho, para uma análise 
aprofundada o Nkt utilizado para fins de cálculo foi o médio para cada CPTu 
analisado. Com os valores de Nkt médios encontrados foi realizada uma 
correlação com resultados determinados por outras pesquisas.
A partir dos valores de Su foram obtidos para cada ponto de ensaio de 
Piezocone e Palheta, um gráfico Su versus profundidade. Assim, foi possível 
construir gráficos para pontos de ensaio e escolhido um valor de Su médio para 
cada gráfico, ou seja para cada trecho.
3.4 Análise de estabilidade
Para a análise de estabilidade foi escolhido, apenas um perfil: o trecho 5. 
A partir dos valores obtidos de resistência não drenada neste perfil de solo, foi 
admitido uma altura crítica de 3m de aterro. O perfil de resistência não drenada, 
para uma melhor análise, foi dividido em valores médios de Su por camadas. 
Definidos os perfis de resistência não drenada, com as dimensões e 
parâmetros do aterro foi possível utilizar o software Slide para a verificação do 
fator de segurança.
4 RESULTADOS
4.1 Fatores de resistência do solo
A partir dos valores de resistência não drenada (Su) obtidos pelo ensaio 
de palheta, foram determinados os fatores de cone (Nkt) para os pontos deste 
ensaio. A tabela 2 corresponde aos valores dos parâmetros de γsat, Su (medidos 
pelo ensaio de palheta), qt, Nkt e Nktmédio (estimados).
TABELA 2 – Valores de parâmetros do Solo compressível.
Prof γsat Su σv0 qt Nkt
Nkt 
(m) (kN/m³) (kPa) médio
10
14
13,8
15,5
34,61
46,63
138
205
684
804
16
13 14
6
14
13,8
13,8
28,47
33,33
83
216
424
818
12
18 15
5 12,9 12,61 64 219 12 12
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
191
4
10
16
14,6
14,6
14,9
12,44
14,51
17,69
58
146
237
205
447
638
16
21
23
18
4
10
16
8,03
21,8
31,65
8,03
21,80
31,65
52
129
210
205
439
-
19
14
-
17
4
10
16
10,49
14,77
22,57
10,49
14,77
22,57
54
135
215
230
439
629
17
18
18
18
2
4
6
10,52
8,42
8,60
10,52
8,42
8,60
24
48
72
151
250
250
12
24
21
19
4
8
12
10,17
13,22
19,62
10,17
13,22
19,62
54
108
162
208
282
396
15
13
12
13
A partir dos dados fornecidos na tabela 2, pode-se perceber a distribuição 
dos valores da profundidade versus Nkt (Figura 2), em que foi possível definir a 
faixa de valores deste parâmetro e adotar um valor único de projeto.
O valor de Nkt médio considerado (16) está coerente ao comparar com as 
pesquisas da literatura para este solo com argila mole, Schnaid (2008) ao estudar 
um depósito em Porto Alegre/RS obteve Nkt na faixa de 8 à 16 e Magnani na 
região de Florianópolis (SC) com Nkt de 12.
Para analisar a distribuição dos dados a Figura 3 corresponde aos valores 
de resistência não drenada versus (qt-σv0) a inclinação de 0,0629 corresponde a 
um Nkt de 15,89 (aproximadamente 16) com R² de 0,8308.
Para obter uma análise geral a Figura 4 corresponde aos valores de Nkt 
encontrados nesta pesquisa com valores obtidos na literatura de diferentes 
regiões do Brasil.
FIGURA 2 – Valores de Fator de cone (Nkt) dos perfis de solo
Fator de cone - Nkt
Nkt adotado no 
projeto: 16
Pr
of
un
di
da
de
 (m
)
3010
0
0
5
10
15
20
20
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
192
Desse modo, confirma-se que o valor de Nkt adotado (16), para o projeto 
está de acordo com a faixa de valores encontrada pelos autores descritos, e neste 
caso, é considerado conservacionista, ou seja, está a favor da segurança do aterro, 
uma vez que, um valor maior de fator de cone (Nkt) indica que o solo possui 
menor resistência.
FIGURA 3 – Relação de Su versus qt-σv
0
qt - σv0 [kPa]
Su = 0,0629 (qt - σv0) 
R2 = 0,8308
Nkt adotado 14
Su
 [k
Pa
]
30
6005004003002001000
0
5
10
15
20
25
qt - σv0 [kPa]
Su
 [k
Pa
]
30
6005004003002001000
0
5
10
15
20
25
Almeida (2002)
Dados
Schnaid et al (2001)
Baroni (2010)
Magnani (2006)
Almeida (2002)
Tendência
FIGURA 4 – Correlação entre Nkt com regiões do Brasil
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
193
4.2 Variação da resistência não drenada
Com os valores da média de Nkt para cada trecho do ensaio de piezocone, foi 
possível determinar para as demais profundidades deste ensaio os valores médios 
de resistência não drenada (Su), bem como a variação da resistência não drenada ao 
longo da profundidade que são mostradas nas figuras 5, 6 (de a até e) e 7.
FIGURA 5 – Perfil de Su do Trecho 1
Foi possível verificar nos perfis de resistência não drenada que nas 
camadas iniciais há um pico de resistência para todos os trechos analisados. Este 
fato foi justificado pela presença de turfa na camada superficial do solo, o que 
originou valores de Su aparentemente incoerentes, pois a composição orgânica 
(fibras e raízes) geram valores de resistência imprecisos.
Os valores altos de resistência não drenada foram desconsiderados por se 
tratar de solos com alta capacidade suporte, característico de solos não coesivos. 
Assim, os valores de resistência não drenada variaram de 8 a 30 kPa.
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
194
a) Perfil de Su do Trecho 2 b) Perfil de Su do Trecho 3
c) Perfil de Su do Trecho 4 d) Perfil de Su do Trecho 5
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
195
FIGURA 6 – Perfis de Su dos Trechos 2 a 7
e) Perfil de Su do Trecho 6 f) Perfil de Su do Trecho 7
g) Perfil de Su do Trecho 8
FIGURA 7– Perfil de Su do Trecho 8
UNIDADE 3 | INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS
196
3.4 Análise de estabilidade
A análise da estabilidade foi realizada para o trecho 5, com os parâmetros 
que constam na tabela 3, calculados e definidos para cada profundidade.
 
O fator de segurança foi obtido por meio dos parâmetros da tabela 3, com 
o auxílio do software slide. A figura 8 corresponde ao desenho do aterro, bem como 
as dimensões das camadas e o fator de segurança. Verificou-se que neste perfil o 
fator de segurança foi 0,705, considerado baixo, mostrando que o aterro necessita 
de melhorias na estabilidade para obter um ganho de resistência. Além disso, 
verificou-se que os recalques proeminentes do adensamento do solo devem ser 
calculados, pois os perfis são na sua maioria compostos por solos compressíveis.
TABELA 3 – Parâmetros de cálculo do fator de segurança
Camadas
γnat γsat φ Su 
[kN·m-3] [°] [kPa]
Pavimento 20 - 45 -
Aterro 20 - 35 5
Colchão drenante 18 - 30 -
Turfa - 12.9 - 10
Argila muito mole, cinza 
escuro (A) - 12.9 - 15
Argila muito mole, cinza 
escuro (B) - 13.1 - 20
Argila mole a média, cinza 
escuro (C) - 13.1 - 30
FIGURA 8 – Análise da estabilidade
TÓPICO 3 | INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO
197
4 CONCLUSÕES
Foram observados, com esta pesquisa, que os parâmetros geotécnicos de 
um depósito de solo que contém camadas drenantes e/ou turfosas apresentou 
dispersão quando relacionados ao fator Nkt, por exemplo.
 
A partir da grande variabilidade (Nkt: 12 a 24) notou-se que a melhor 
forma de abordagem para o dimensionamento é a definição dos parâmetros 
inicialmente por perfis individuais. Ao relacionar o valor médio de Nkt com os 
encontrados na literatura notou-se que este depósito apresentou resistências 
baixas e originou o valor de Nkt igual a 16.
 
Adicionalmente, quando analisados, os perfis de resistência não drenada 
foi verificado que os picos de Su condizem a camadas de areia, e os valores 
médios de Su apresentaram-se de forma conservadora em relação aos solos 
compressíveis. Por conseguinte, no momento da verificação da estabilidade do 
aterro houve a ruptura com um fator de segurança de 0,705, indicando que para 
este depósito o solo precisa de soluções de melhoria de capacidade suporte.
REFERÊNCIAS
ALMEIDA, M. S. S; MARQUES, M. E.S. (2010). Aterros sobre solos Moles: Projeto e 
desempenho. São Paulo: Editora Oficina de texto.
ALMEIDA, M. S. S.; MARQUES, M. E. S.; FONSECA, O. A. (2002). 
Características do solo de fundação da terceira pista do aeroporto de Guarulhos. 
In: XII Congresso brasileiro de mecânica dos solos e engenharia geotécnica, São 
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199
Neste tópico, você aprendeu que:
• Os ensaios são realizados dependendo dos parâmetros que são necessários em 
projeto.
• O primeiro ensaio a ser realizado é o SPT, caso os valores de Nspt forem baixos 
ou o ensaio não conseguir ir até a profundidade buscada, deve-se partir para 
outros ensaios.
• Os parâmetros utilizados em projeto são coesão e ângulo de atrito do solo.
• O ensaio de cisalhamento direto pode ser realizado com amostras compactadas 
e indeformadas de campo. Este ensaio é um dos mais antigos equipamentos 
utilizados para encontrar a resistência ao cisalhamento.
• Existe um programa de investigação baseado em porte de obra e definido em 
projetos conceitual, básico e executivo.
RESUMO DO TÓPICO 3
200
AUTOATIVIDADE
1 O engenheiro Florêncio está analisando um projeto de fundações e quer 
escolher o ensaio mais adequado. Inicialmente ele estudou sobre os tipos 
de solo. Relacione o tipo de solo com os ensaios geotécnicos de campo e 
com as suas respectivas características de operacionalidade, aplicabilidade 
e informações obtidas: 
a) O engenheiro percebeu que as casas ao redor possuem solos com bastantes 
pedregulhos e matacões e após o ensaio retiraram um testemunho (L=2 m). 
Que ensaio é este? Explique o funcionamento e resolva a questão.
b) Geralmente esse é o primeiro ensaio que o engenheiro pensa em realizar. O 
ensaio popularmente chamado de SPT. Preencha os dados do laudo de SPT 
nas colunas de número de golpes e desenhe o gráfico. Por fim, assinale o 
que for verdadeiro; se for falso, justifique sua resposta.
L = - 35 cm
L = - 20 cm
L = 0
L = 0
L = 17 cm
L - 38 cm
38 17 20 35 0,55 Rocha de qualidade regular
200
+ + +
= = →RQD
201
I- ( ) É possível determinar na sondagem SPT a extensão, a profundidade, 
a espessura e a resistência das camadas do subsolo.
II- ( ) É possível identificar a granulometria, a cor, a resistência (Nspt), a 
consistência e a compacidade dos solos de cada camada do subsolo. 
III- ( ) É possível coletar amostras indeformadas de solo. 
IV- ( ) É possível determinar a profundidade do nível do lençol freático.
V- ( ) É possível obter informações sobre a profundidade da superfície 
rochosa, e, a partir de amostras coletadas, verificar o estado de 
alteração e variação da rocha encontrada. 
Amostra 
Nº
ENSAIO DE PENETRAÇÃO
Golpes/ cm GRÁFICO
 .... ――
1º + 2º 2º + 3º
1 8 8
2 5 6
3 2 2
4 5 4
5 7 6
6 2 2
7 1 1
8 2 2
9 3 2
10 2 2
11 4 3
12 2 2
13 1 1
14 3 2
15 2 2
16 2 2
17 2 2
18 3 4
19 3 3
20 19 24
45403530252015105
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
202
c) Em relação aos procedimentos de execução desse ensaio (SPT), analise-os 
quanto à sua veracidade; se forem falsos, justifique sua resposta.
VI- ( ) Inicialmente limpa-se o local, para na sequência avançar com o trado 
até 3 m de profundidade. 
VII- ( ) Posicionar e cravar o amostrador padrão no solo. Trata-se de uma 
cravação com martelo de 65 kg caindo a uma altura de 75cm.
VIII- ( ) Anotar a resistência do solo a cada dois metros de profundidade. 
IX- ( ) Descrever a textura e a cor do solo através da coleta de amostras.
X- ( ) Realizar a leitura do nível do lençol freático após a realização do 
ensaio e após 24h. 
203
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