Livro Texto - unidade I - MSF

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Autor: Prof. Marcus dos Reis
Colaboradores: Prof. Ricardo Scalão Tinoco 
 Prof. José Carlos Morilla
Mecânica dos 
Solos e Fundações
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Professores conteudistas: Marcus dos Reis / Angela Martins Azevedo
Marcus dos Reis
Professor universitário, pesquisador e engenheiro civil, com mestrado pela Unicamp em Infraestrutura de 
Transportes e autor de vários trabalhos técnicos internacionais e nacionais.
Desde 2005 atua como professor universitário e coordenador de cursos de Engenharia Civil. Foi professor da 
Uninove, coordenador e professor na Faculdade Mário Schenberg em 2014 e, atualmente, é coordenador e professor da 
UNIP, ministrando as disciplinas de Obras de Terra e Fundações, Mecânica dos Solos (teoria e laboratório), Pavimentos 
de Estradas e Aeroportos, Topografia e Materiais da Construção Civil (teoria e laboratório).
Angela Martins Azevedo
Angela Martins Azevedo é engenheira civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (2003) e mestre 
em Engenharia de Transportes pela mesma instituição (2007). Realizou cursos de especialização de curta duração nas 
áreas de Topografia, Pavimentação e Drenagem de Rodovias.
É professora da Universidade Paulista (UNIP) desde 2006 nos cursos de Engenharia Civil e Arquitetura nas disciplinas 
correlatas à área de infraestrutura de transportes: Topografia, Geodésia e Estradas e Aeroportos.
© Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma e/ou 
quaisquer meios (eletrônico, incluindo fotocópia e gravação) ou arquivada em qualquer sistema ou banco de dados sem 
permissão escrita da Universidade Paulista.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
R375m Reis, Marcus dos.
Mecânica dos Solos e Fundações / Marcus dos Reis, Angela 
Martins Azevedo. – São Paulo: Editora Sol, 2019.
 220 p., il.
Nota: este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e 
Pesquisas da UNIP, Série Didática, ano XXV, n. 2-037/19, ISSN 1517-9230.
1. Solos. 2. Terrenos. 3. Fundações. I. Azevedo, Angela Martins. 
II. Título.
CDU 624.15
W501.42 – 19
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Prof. Dr. João Carlos Di Genio
Reitor
Prof. Fábio Romeu de Carvalho
Vice-Reitor de Planejamento, Administração e Finanças
Profa. Melânia Dalla Torre
Vice-Reitora de Unidades Universitárias
Prof. Dr. Yugo Okida
Vice-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa
Profa. Dra. Marília Ancona-Lopez
Vice-Reitora de Graduação
Unip Interativa – EaD
Profa. Elisabete Brihy 
Prof. Marcelo Souza
Prof. Dr. Luiz Felipe Scabar
Prof. Ivan Daliberto Frugoli
 Material Didático – EaD
 Comissão editorial: 
 Dra. Angélica L. Carlini (UNIP)
 Dra. Divane Alves da Silva (UNIP)
 Dr. Ivan Dias da Motta (CESUMAR)
 Dra. Kátia Mosorov Alonso (UFMT)
 Dra. Valéria de Carvalho (UNIP)
 Apoio:
 Profa. Cláudia Regina Baptista – EaD
 Profa. Betisa Malaman – Comissão de Qualificação e Avaliação de Cursos
 Projeto gráfico:
 Prof. Alexandre Ponzetto
 Revisão:
 Fabricia Carpinelli
 Vitor Andrade
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Sumário
Mecânica dos Solos e Fundações
APRESENTAÇÃO ......................................................................................................................................................9
INTRODUÇÃO ...........................................................................................................................................................9
Unidade I
1 GEOLOGIA DE ENGENHARIA: APLICAÇÃO DA MECÂNICA DOS SOLOS E DAS 
ROCHAS ÀS OBRAS CIVIS ................................................................................................................................ 13
1.1 A crosta terrestre .................................................................................................................................. 13
1.2 Minerais .................................................................................................................................................... 14
1.3 Mecânica das rochas: origem e caracterização das rochas ................................................ 14
2 ROCHAS .............................................................................................................................................................. 15
2.1 Rochas magmáticas ou ígneas ....................................................................................................... 15
2.1.1 Classificação das rochas magmáticas............................................................................................. 16
2.1.2 Formas intrusivas mais comuns ........................................................................................................ 16
2.1.3 Principais rochas magmáticas ........................................................................................................... 17
2.2 Rochas sedimentares .......................................................................................................................... 17
2.2.1 Classificação das rochas sedimentares quanto à origem ....................................................... 18
2.2.2 Principais rochas sedimentares ......................................................................................................... 18
2.3 Rochas metamórficas ......................................................................................................................... 19
2.3.1 Rocha metamórfica resultante ......................................................................................................... 19
2.3.2 Principais rochas metamórficas ........................................................................................................ 19
2.4 Ciclo de transformação das rochas ............................................................................................... 20
2.5 Rochas como materiais de construção ....................................................................................... 21
2.5.1 Utilização como revestimento ........................................................................................................... 21
2.5.2 Agregados .................................................................................................................................................. 22
3 MECÂNICA DOS SOLOS ................................................................................................................................. 24
3.1 Intemperismo ......................................................................................................................................... 24
3.2 Origem e natureza dos solos ........................................................................................................... 25
3.2.1 Solos residuais .......................................................................................................................................... 25
3.2.2 Solos transportados ............................................................................................................................... 26
3.2.3 Solos orgânicos ........................................................................................................................................ 26
3.3 Ensaios de caracterização ................................................................................................................. 26
3.4 Granulometria ....................................................................................................................................... 27
3.5 Plasticidade e estados de consistência ........................................................................................ 31
3.5.1 Caracterização .......................................................................................................................................... 31
3.5.2 Determinação dos limitesde consistência ................................................................................... 33
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3.6 Índices físicos ......................................................................................................................................... 38
3.6.1 Definição .................................................................................................................................................... 38
3.6.2 Relações entre índices físicos ............................................................................................................ 40
3.6.3 Determinação dos índices físicos em laboratório ...................................................................... 42
3.7 Estrutura dos solos e compactação .............................................................................................. 45
4 INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS ....................................................... 46
4.1 Sistema de classificação textural ................................................................................................... 47
4.2 Sistema unificado de classificação dos solos (Sucs) .............................................................. 48
4.2.1 Solos grossos ............................................................................................................................................ 51
4.2.2 Solos finos .................................................................................................................................................. 52
4.2.3 Solos altamente orgânicos .................................................................................................................. 53
4.3 Sistema de classificação TRB, antigo HRB ou AASHTO ......................................................... 57
4.4 Sistema de classificação geotécnica MCT .................................................................................. 59
4.5 Sistema de classificação táctil-visual (ASTM – D2488-69) ................................................. 62
Unidade II
5 RECONHECIMENTO E INVESTIGAÇÃO DO SUBSOLO ......................................................................... 68
5.1 Identificação visual e táctil .............................................................................................................. 68
5.2 Métodos de exploração do subsolo. Profundidade, locação e número 
de sondagens ................................................................................................................................................. 69
5.2.1 Sondagens de simples reconhecimento ........................................................................................ 69
5.2.2 Apresentação dos resultados de sondagem................................................................................. 74
5.2.3 Programação de sondagens quanto à profundidade e número de sondagens ............ 76
5.3 Outros métodos de prospecção ...................................................................................................... 81
5.3.1 Ensaio de cone CPT ................................................................................................................................ 81
5.3.2 Ensaio de palheta (vane test) ............................................................................................................. 82
5.3.3 Ensaio pressiométrico ........................................................................................................................... 83
5.3.4 Sapatas – capacidade de carga ......................................................................................................... 85
5.4 Amostragem indeformada e ensaios de laboratório ............................................................. 90
5.4.1 Amostragem .............................................................................................................................................. 90
5.4.2 Rotina de ensaios de laboratório ..................................................................................................... 91
6 ESTIMATIVA DA TENSÃO ADMISSÍVEL DO TERRENO......................................................................... 92
6.1 Determinação das tensões verticais ............................................................................................. 92
6.2 Tensões admissíveis no cálculo de fundações ........................................................................100
6.3 Teoria do adensamento e recalques ...........................................................................................101
6.4 Tolerância a recalques ......................................................................................................................102
6.4.1 Distorção angular .................................................................................................................................102
6.4.2 Recalques totais limites .....................................................................................................................102
Unidade III
7 FUNDAÇÕES ....................................................................................................................................................107
7.1 Fundações superficiais .....................................................................................................................108
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7.2 Tipos de fundações superficiais ....................................................................................................108
7.2.1 Alicerce ......................................................................................................................................................109
7.2.2 Bloco simples ..........................................................................................................................................109
7.2.3 Sapata ........................................................................................................................................................ 110
7.2.4 Radier ..........................................................................................................................................................111
7.3 Fundações profundas........................................................................................................................112
7.3.1 Estacas .......................................................................................................................................................113
7.3.2 Estacas pré-moldadas .........................................................................................................................114
7.3.3 Estaca moldadas in loco ....................................................................................................................114
7.3.4 Procedimento de instalação e efeito provocado no solo ..................................................... 116
7.3.5 Tubulão ......................................................................................................................................................116
7.3.6 Tubulão tipo pocinho ou a céu aberto .........................................................................................117
7.3.7 Tubulão pneumático ou a ar comprimido ..................................................................................117
8 DIMENSIONAMENTO DE SAPATAS .........................................................................................................118
8.1 Verificação do edifício como um todo ......................................................................................120
8.1.1 Verificação da ordem de grandeza do carregamento ........................................................... 120
8.1.2 Verificação da viabilidade do emprego de fundação direta ...............................................120
8.1.3 Verificação da tendência de adernamento do edifício ......................................................... 122
8.2 Dimensionamento de sapatas para pilares isolados ............................................................122
8.3 Dimensionamento de sapatas para pilares próximos ..........................................................136
8.4 Dimensionamento para pilares de divisa ..................................................................................144
8.4.1 Dimensionamento de sapata alavancada .................................................................................. 144
8.4.2 Dimensionamento de sapata associada ..................................................................................... 153
8.5 Dimensionamento para pilares próximos às duas divisas .................................................167
8.6 Dimensionamento para pilares com carga vertical e momento .....................................178
8.7 Disposições construtivas .................................................................................................................184
8.8 Fórmulas teóricas para compreensão do fenômeno de ruptura de uma fundação 185
8.8.1 Método didático de Terzaghi .......................................................................................................... 186
8.8.2 Fórmula geral de Terzaghi ................................................................................................................ 189
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APRESENTAÇÃO
Mecânica dos Solos e Fundações é uma disciplina comum a várias engenharias e, no nosso curso, o 
conteúdo é voltado para as graduações em engenharia civil e arquitetura. Ela tem grande importância 
para aplicações e investigações do subsolo para execução de uma fundação.
De tudo que irá aprender em nosso curso, o principal objetivo é você prever o comportamento do 
solo, principalmente quando ele é submetido a esforços, no qual um elemento estrutural, por meio do 
seu peso próprio, passa a transferir cargas para o solo.
O comportamento desse solo poderá ser previsto por meio de suas características, determinadas 
em laboratório ou campo, tais como compressibilidade e parâmetros de resistências, entre outros que 
iremos aprender neste curso.
Em sua vida profissional você sempre vai se deparar com questões voltadas para a resolução de 
problemas envolvendo solos. A mecânica dos solos tem diversas aplicações, tais como investigação 
geotécnica, fundações, estrutura de contenções, estabilidade de talude, escavação e aterros, escolha 
de solos e materiais, perfurações de obras ambientais, rebaixamento dos lenções freáticos, além de 
muitas outras.
Temos que ter em mente que o solo é de importância primordial para uma construção, seja ela um 
prédio, uma ponte, uma casa, um talude, rodovia, estrada, uma estação de tratamento de esgoto, ou 
seja, qualquer tipo de elemento construtivo que você fizer, tem como base o apoio em solos e, para 
isso, precisa entender como ele se comporta, bem como saber que o solo pode servir como material de 
construção que contribui muito na definição das condições da fundação a ser utilizada.
A investigação do subsolo se dá a partir de ensaios de laboratório e de campo.
O objetivo dos ensaios é caracterizar os solos, determinando os parâmetros de resistência mecânica, 
em especial a compressibilidade, e estudando a percolação da água no solo, com a determinação de sua 
capacidade de suporte.
Para tanto, vamos estudar teoria e prática, trabalhando com exercícios de laboratório e de campo. 
Iremos conhecer os tipos de fundações (rasas e profundas) e finalizaremos com o dimensionamento das 
fundações rasas (sapatas isoladas, sapatas de uma divisa, sapatas duas divisas e vigas alavancadas).
INTRODUÇÃO
Olá, aluno!
Bem-vindo ao espaço de estudo da disciplina Mecânica dos Solos e Fundações!
Trataremos aqui da estrutura da Terra, da porção onde vivemos, que é a crosta terrestre e de seu 
elemento formador, que são as rochas.
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Posteriormente, serão estudados os solos, os quais são formados pela decomposição das rochas. 
As obras civis desenvolvem-se principalmente em solos, mas, algumas vezes, também em rochas, daí a 
importância do domínio desses dois meios para o engenheiro civil.
Por fim, veremos as fundações, que são os elementos de interface entre as edificações e o solo.
Essa sequência de estudo tem como objetivo capacitar os futuros engenheiros civis no domínio de 
conceitos de mecânica dos solos e fundações, informando e conceituando os processos por meio de 
elementos teóricos e práticos básicos de mecânica das rochas e dos solos nas aplicações da engenharia 
para o projeto e dimensionamento de obras civis.
Também é propósito deste livro-texto fornecer conhecimentos necessários sobre a gênese da Terra 
e de suas camadas, além de possibilitar a geração de mapas e perfis geológicos através da classificação 
dos solos, juntamente com os parâmetros característicos do comportamento físico dos solos.
O plano de ensino da disciplina Mecânica dos Solos e Fundações estabelece os principais tópicos a 
serem estudados:
• aplicação da mecânica dos solos e das rochas às obras civis;
• mecânica das rochas: origem e caracterização das rochas;
• mecânica dos solos;
• origem e natureza dos solos;
• classificação e identificação dos solos: forma e tamanho das partículas e distribuição granulométrica;
• o estado do solo: as três fases dos solos – limites de liquidez e plasticidade;
• principais sistemas de classificação dos solos;
• índices físicos;
• reconhecimento e investigação do subsolo;
• identificação visual e táctil;
• métodos de exploração do subsolo: profundidade, locação e número de sondagens;
• estimativa da tensão admissível do terreno;
• teoria do adensamento – recalques;
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• fundações superficiais;
• tipos de fundações superficiais: sapatas isoladas, sapatas corridas, sapatas de divisa, viga alavanca, 
viga baldrame e radier;
• introdução às fundações profundas: estaca moldadas in loco, pré-moldadas e tubulões;
• dimensionamento e execução de sapatas.
Bom estudo!
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
Unidade I
1 GEOLOGIA DE ENGENHARIA: APLICAÇÃO DA MECÂNICA DOS SOLOS E DAS 
ROCHAS ÀS OBRAS CIVIS
Serão estudados os principais elementos de interesse relativos às rochas e solos voltados à 
engenharia civil.
Para isso, é muito importante definir o que é Geologia, que é a ciência que estuda a matéria que 
compõe a crosta terrestre, bem como sua origem e alterações até a configuração da sua superfície atual.
Em seguida, definiremos a Geologia de Engenharia, que é um campo das ciências geológicas que 
tem como objetivo estudar e solucionar os problemas envolvendo as interfaces com solos e rochas, 
voltadas à engenharia em obras civis, a partir da aplicação de conceitos geológicos.
Estudaremos também os solos e seu comportamento através do conhecimento da mecânica 
dos solos.
1.1 A crosta terrestre
Realizadas as primeiras definições, vamos passar para o estudo da superfície terrestre, em que se 
encontram os solos e as rochas. Iniciamos pela estrutura da própria Terra.
Na figura a seguir, podemos observar, por meio de um esquema, a crosta terrestre e a estrutura 
interna da Terra, sendo que o furo mais profundo já feito foi para exploração de petróleo, tendo 
aproximadamente 5 quilômetros.
Manto
Núcleo
Cento da Terra
Crosta terrestre
120 km
2.900 km
3.300 km
Figura 1 – Ilustração esquemática da crosta terrestre
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Unidade I
De acordo com a figura anterior, temos:
• Núcleo: parte da Terraonde se concentram os maiores níveis de pressão e temperatura, sendo 
a camada mais profunda. Dividida em duas partes, núcleo externo e núcleo interno; o externo 
provavelmente é composto de ferro metálico e outros elementos e o interno, de ferro e níquel.
• Manto: é a maior camada da Terra, apresentando maior volume, massa e extensão, composto por 
rochas em estado pastoso ou fluido.
• Crosta: é possível considerá-la como a camada sólida do planeta, que se manifesta externamente 
e que é composta por rochas e minerais.
1.2 Minerais
Do estudo de toda a estrutura da Terra, vamos agora para uma escala bem menor. Veremos a estrutura 
da rocha, que é constituída por minerais.
Um mineral é um corpo sólido, cristalino, que resulta da interação de diversos processos físico-químicos 
em ambientes geológicos.
Os minerais mais comuns são:
• Anfibólios: extremamente complexos, são constituídos por pelo menos 86 silicatos diversos de 
dupla cadeia de SiO4.
• Feldspatos: constituintes de rochas que compõem aproximadamente 60% de toda a crosta terrestre.
• Hematita: é bastante comum na natureza e principal constituinte do minério de ferro, apresentando 
cor cinza ou preta.
• Magnetita: é um mineral magnético formado pelo óxido de ferro (II, III), dado pela fórmula Fe3O4.
• Piroxênios: são cristais que se cristalizaram antes ou durante a erupção, ficando embebidos na 
rocha derretida resultante do resfriamento do magma.
• Quartzo: formado principalmente por cristais trigonais compostos por tetraedros de sílica (SiO2), 
nos quais cada oxigênio fica dividido entre dois tetraedros.
1.3 Mecânica das rochas: origem e caracterização das rochas
A mecânica das rochas estuda a origem e natureza das rochas e aplicações em obras civis por meio 
de reconhecimento, investigação e caracterização dos maciços rochosos. Para tanto, serão abordados 
conceitos fundamentais de classificação e caracterização das rochas, tanto em relação a sua gênese 
quanto a sua estruturação.
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
 Lembrete
Geologia é a ciência que estuda a matéria que compõe a crosta 
terrestre, bem como sua origem e suas alterações até a configuração da 
sua superfície atual.
 Saiba mais
Para conhecer mais sobre mecânica de rochas, consulte a obra a seguir:
FIORI, A. P. Fundamentos de mecânica dos solos e rochas. 3. ed. São 
Paulo: Livros Técnicos e Científicos, 2015.
2 ROCHAS
As rochas são agregados naturais de um ou mais minerais e que constituem unidades mais ou menos 
definidas, mas distintas entre si na crosta terrestre.
Quanto à quantidade de minerais formantes de uma rocha, temos:
• Rocha simples: formada apenas por um mineral. Por exemplo: quartzito – mineral único: quartzo.
• Rocha composta: formada por mais de uma espécie de mineral. Por exemplo: granito – minerais 
presentes: quartzo, feldspato e mica.
Quanto à origem, as rochas podem ser divididas em magmáticas ou ígneas; sedimentares; 
e metamórficas.
2.1 Rochas magmáticas ou ígneas
São formadas a partir do resfriamento e consolidação do magma, que é um material de composição 
complexa existente no interior da Terra, apresentando-se em estado líquido ou com comportamento 
líquido por conta de sua fusão devido às elevadas pressões e temperaturas.
Os tipos de minerais presentes na rocha ígnea dependem da composição química do magma que lhe 
deram origem.
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Unidade I
2.1.1 Classificação das rochas magmáticas
Quanto à sua gênese, temos a seguinte divisão:
• Extrusivas ou vulcânicas: são rochas que se formam pela consolidação do magma na superfície da 
Terra, a partir de derrames de lavas vulcânicas.
• Intrusivas ou plutônicas: são rochas formadas pela consolidação do magma em profundidade, ou 
seja, não atingem a superfície durante sua formação, formando-se em tempos geológicos bem 
mais longos que em relação ao tempo de formação das rochas intrusivas.
2.1.2 Formas intrusivas mais comuns
As formas intrusivas mais comuns são:
• Dique: corpo intrusivo discordante da estratificação da rocha que atravessa.
• Sill: corpo intrusivo concordante com a estratificação da rocha que atravessa.
• Batólito: grande massa consolidada internamente, que abrange grandes áreas se exposta 
pela erosão.
Na figura a seguir, podemos observar, por meio de uma ilustração esquemática, as formações 
encontradas nas rochas magmáticas e ígneas.
Derrame
Dique Dique Dique
Sill Sill
Derrame
Vulcão
Grande massa de magma (Batólito)
Figura 2 – Ilustração esquemática de rochas magmáticas e ígneas
Os diques, se forem mais resistentes que a rocha que atravessam, denominada rocha encaixante, 
formam “muros” na topografia após a erosão e a exposição à superfície terrestre. Quando cortados por 
rios, provocam o surgimento de corredeiras e cachoeiras.
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
Na figura a seguir, podemos observar o comportamento descrito quanto aos sedimentos e os diques.
Vista em planta
Vista em perfil
Legenda
Sedmentos
Diques
Figura 3 – Ilustração esquemática quanto aos comportamentos descritos para os sedimentos e os diques
O tamanho dos minerais componentes da rocha, denominado cristais, é determinado pela velocidade 
com que o magma se resfria. Em rochas intrusivas, o magma foi resfriado lentamente (portanto, com 
lentidão na cristalização) e as partículas minerais têm a oportunidade de atingir tamanho considerável. 
Em rochas extrusivas, o magma extravasou como lava e sua salificação progrediu rapidamente, sendo a 
rocha resultante de granulação fina.
2.1.3 Principais rochas magmáticas
Dentre inúmeros tipos de rochas, destacam-se as seguintes:
• Basalto: rocha extrusiva mais abundante da crosta terrestre, originária de extensos derrames de 
lava. É de granulação fina e de cor escura. A sua decomposição dá origem às argilas de coloração 
vermelha, denominadas terras roxas, presente, por exemplo, nos estados de São Paulo e Paraná. 
Os minerais mais comuns são: feldspato, piroxênio e magnetita.
• Diabásio: rocha intrusiva de composição idêntica ao basalto, mas apresentando granulação mais 
grossa, visível a olho nu. Ocorre geralmente nas formas de diques e sills.
• Granito: rocha intrusiva, ocorrendo usualmente na forma de batólitos. Apresenta coloração clara e 
textura uniforme, granular. Os minerais presentes são: quartzo, feldspato e mica, geralmente biotita.
2.2 Rochas sedimentares
As rochas sedimentares são formadas por materiais resultantes da decomposição e desintegração 
de rochas preexistentes, em decorrência da ação do intemperismo. Esses materiais são transportados 
por agentes como vento, água, gelo, ou mesmo pela ação da gravidade, sendo levados para regiões de 
topografia mais baixa, notadamente bacia e depressões.
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Unidade I
Posteriormente, sofrem consolidação pelo peso de camadas superiores ou pela ação cimentante de 
águas superficiais ou subterrâneas. Ao processo de transformação do sedimento em rocha definitiva 
dá-se o nome de diagênese.
São sempre formadas na superfície da Terra e geralmente se apresentam estratificadas.
Na figura a seguir podemos observar, por meio de uma ilustração esquemática, a formação de 
rochas sedimentares a partir da rocha preexistente.
Agentes atmosféricos
Transporte 
dos sedimentos
Compactação
+
Cimentação
Rochas 
preexistentes
Figura 4 – Rochas sedimentares e rochas preexistentes
2.2.1 Classificação das rochas sedimentares quanto à origem
As rochas sedimentares são divididas em:
• Mecânicas ou clásticas: são rochas em que o processo de deposição, que se dá geralmente em 
meio aquoso, ocorreu pela ação da gravidade, configurando, nesse caso, deposição de suspensões.
• Químicas: rochas cujos materiais foramdissolvidos na água e, quando esta evapora, ocorre a 
precipitação química, o que configura a deposição de solutos.
• Orgânicas: muitos organismos marinhos se utilizam do carbonato de cálcio dissolvido na água 
para construir suas conchas. Com a morte desses organismos, as partículas calcárias vão se 
acumulando no fundo do mar e, quando consolidadas, produzem os calcários.
2.2.2 Principais rochas sedimentares
Nas de origem mecânica encontram-se os conglomerados, arenitos, siltitos, argilitos e folhelhos. 
Diferenciam-se pelo tamanho das partículas o pedregulho, formando os denominados conglomerados; 
o silte, que dá origem aos siltitos; e a argila, formando os argilitos e os folhelhos. O folhelho se distingue 
do argilito por ser estruturado em lâminas finas e paralelas de forma bem acentuada.
As rochas de granulação mais fina sofrem consolidação principalmente pelo peso das camadas 
sobrejacentes, pelo mecanismo de compactação. As de granulação mais grossa se consolidam por 
cimentação, em um mecanismo químico, já que a compactação é inócua neste caso.
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De origem química, temos o sal-gema e o calcário oolítico. Na origem orgânica, há diversas variedades 
de calcários.
2.3 Rochas metamórficas
As rochas metamórficas são formadas pela ação da temperatura, pressão e também de soluções 
químicas, agindo em rochas preexistentes, magmáticas ou sedimentares. Os agentes do metamorfismo 
agem necessariamente no estado sólido, portanto, sem que a rocha original sofra fusão.
Durante o metamorfismo, pode-se verificar a formação de um novo arranjo estrutural, no entanto, 
mantida a composição química da rocha original. Esse novo arranjo é resultante da reorientação dos 
minerais, em decorrência do aumento da pressão e da recristalização dos materiais, devido ao aumento 
da temperatura. Também ocorre uma mudança na composição química, pela formação de novos minerais 
não existentes anteriormente. Por exemplo, em um calcário contendo impurezas, a ação da temperatura 
e pressão pode provocar reações das impurezas com o carbonato de cálcio, formando novos minerais.
2.3.1 Rocha metamórfica resultante
A rocha metamórfica resultante depende da composição da rocha original e da temperatura e 
pressão durante o metamorfismo. Elas podem ser classificadas em dois grandes grupos:
• Por metamorfismo regional: ocorrendo em áreas extensas, gerando mudanças em massas de 
rochas de grandes dimensões.
• Por metamorfismo de contato: quando o magma se introduz na crosta e, em decorrência do 
calor e das soluções que o acompanham, gera o metamorfismo da rocha encaixante em áreas 
adjacentes à intrusão.
Existem dois tipos de metamorfismo de contato: o termal, decorrente do aquecimento da rocha 
encaixante; e o hidrotermal, resultante do aquecimento e também das soluções provenientes da rocha 
ígnea que reagem com a rocha encaixante.
2.3.2 Principais rochas metamórficas
• Gnaisse: originada do metamorfismo do granito. Difere deste por apresentar os minerais de mica 
orientados em uma mesma direção e por ter granulação grossa em faixas. Os minerais de sua 
composição são: quartzo, feldspato e mica.
• Quartzito: originado do arenito. Distingue-se do arenito pelo exame de fratura. No quartzito, ela 
passa através dos grânulos, nos arenitos, entre eles. Em geral branco, pode apresentar cores mais 
escuras em razão do cimento. O mineral presente é o quartzo.
• Mármore: originado do calcário. Quando puro, é branco e com granulação, que pode variar de 
muita fina a grossa. Apresenta efervescência em contato com solução ácida. O mineral é a calcita.
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Unidade I
• Xisto: originado de rochas ígneas e metamórficas. A variedade mais comum é micaxisto. A mica, 
visível, dispõe-se paralelamente (“xistosidade”). Os minerais são mica e quartzo.
• Filito: semelhante ao xisto, porém de granulação mais fina.
• Ardósia: resultante do folhelho, de granulação muita fina.
 Lembrete
A rocha metamórfica resultante depende da composição da rocha 
original e da temperatura e pressão durante o metamorfismo.
2.4 Ciclo de transformação das rochas
Na figura a seguir podemos observar, por meio de um fluxograma esquemático, o ciclo de 
transformação das rochas.
Rochas 
magmáticas
Intemperismo
Solos residuais
Erosão 
transporte
Solos 
sedimentares Consolidação
Rochas 
sedimentarres
Metamorfismo
Rochas
metamórficas
FusãoMagma
Resfriamento
consolidado
Figura 5 – O ciclo de transformação das rochas
 Saiba mais
Para conhecer mais sobre a estrutura da Terra, consulte a obra:
GUERRA, R. A. T. et al.(Org.). Ciências biológicas: cadernos CB virtual 1. 
João Pessoa: Universitária, 2011. Disponível em: <http://portal.virtual.ufpb.
br/biologia/novo_site/Biblioteca/Livro_1/3-Fundamentos_em_Geologia.
pdf>. Acesso em: 1º out. 2018.
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
2.5 Rochas como materiais de construção
A seguir, apresentamos alguns exemplos da utilização de rochas como materiais de construção.
No que diz respeito ao seu uso para produzir ferramentas e utensílios para o desempenho de diversas 
atividades como a extração de produtos animais ou vegetais, este precede a própria existência da espécie 
humana moderna, uma vez que existem instrumentos de pedra datados de 1,5 milhão de anos.
Com relação à utilização das rochas como materiais de construção, seu uso é bem mais recente, uma 
vez que a construção de moradias só surgiu na história da humanidade a partir do momento em que 
as sociedades dominaram a agricultura, por volta de 8.000 anos a.C. e assim deixaram de ser nômades, 
favorecendo a fixação dessas sociedades em áreas restritas.
De acordo com a matéria-prima disponível, as necessidades construtivas e a tecnologia dominada 
por cada civilização, desde as antigas até as atuais, foram desenvolvidas formas diversas de utilização 
dos materiais de construção, em especial as rochas. O uso das rochas podem ser classificado em quatro 
grandes grupos, de acordo com o formato apresentado e o grau de processamento ao quais os materiais 
tenham sido submetidos:
• agregados: constituídos por brita pedrisco, areia e seixos;
• blocos: maiores que os agregados, usados para a proteção de talude, encostas e de portos 
marítimos, na forma de enrocamentos e muros de arrimo;
• placas: de formato tabular, servindo para revestimento de paredes e pisos.
• matéria-prima: normalmente pulverulentas, originadas de rochas ou solos, empregadas na 
confecção de cerâmica, cal e cimento.
Com relação às rochas, as formas clássicas de extração são: blocos, placas e brita. Os sedimentos e 
solos são utilizados na forma de materiais de empréstimo, distribuídos nas categorias areia, cascalho, 
argila e solo.
Normalmente, as rochas, como materiais de construção, são empregadas como pedras de 
revestimento ou rochas ornamentais, ou então usadas de maneira isolada ou misturadas com outro tipo 
de matéria-prima para formar um componente da construção civil.
2.5.1 Utilização como revestimento
As pedras de revestimento são componentes de construção, com formas e geometrias em geral 
regulares, normalmente tabulares, que se destinam ao embelezamento das edificações, além de lhes 
propiciar funcionalidade. Servem de elemento durável e decorativo de exteriores e interiores, tais como 
pisos ou acabamento de paredes e muros de edificações.
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Unidade I
As rochas ornamentais, diferentemente das pedras de revestimento, recebem tratamento superficial 
de polimento, tendo valor agregado, ou seja, preço maior que a pedra de revestimento, que é usada com 
sua superfície in natura.
Dentre os diversos tipos de pedras utilizadas para revestimento, destacam-se asdescritas na sequência.
A ardósia apresenta geralmente, além da beleza natural, superfície muito lisa e bastante leveza, 
podendo ser utilizada de diversas formas, por exemplo, em pisos, telhas, sanitários, lousas e mesmo 
mesas de bilhar.
Os arenitos, quando apresentam certo nível mínimo de dureza, podem ser utilizados para revestimento 
e como petit-pavé.
O basalto é excelente para utilização na forma de agregado ou em petit-pavé, sendo que sua 
caracterização comercial costuma incluir também os diabásios.
Os calcários apresentam bom polimento e brilho natural intenso, além de serem normalmente 
macios, o que os tornam bons materiais para uso em revestimento e para esculturas.
As gnaisses costumam ser utilizadas como agregado e como lastro de rodovia; quando apresentam 
pouca mica, podem também ser usadas em revestimentos, em locais onde existe escassez de outro tipo 
de rocha com boa resistência mecânica.
Os granitos são muito bons para quase todo tipo de utilização. Quando apresentam beleza e 
características tecnológicas adequadas, são utilizados para revestimentos e outros similares. Exibem 
grande variedade de cores e padrões, além de englobarem, em sua caracterização comercial, outros tipos 
de rochas empregadas em revestimentos, tais como os andesitos, dioritos, gabros, riolitos, sienitos, sendo 
todos conhecidos sob denominação comercial de granitos.
Os mármores podem mostrar grande variedade de cores e padrões. Seu uso se dá em revestimento 
de pisos, paredes, tampos de mesas ou pias, por exemplo, e uso em esculturas.
O quartzito, geralmente, é utilizado na forma de placas para calçamento, pois é antiderrapante. 
É bom isolante térmico, de fácil substituição e apresenta grande rendimento.
2.5.2 Agregados
São materiais granulares sem forma e volume definidos, de dimensões e propriedades adequadas 
para o emprego como materiais construtivos em obras de engenharia civil.
São denominados naturais aqueles que são extraídos diretamente na forma de fragmentos, 
como areia e pedregulho, e artificiais os que passam por processos de fragmentação, como pedra 
e areia britadas.
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
Nas obras de engenharia, os fragmentos de rocha podem ser unidos por ligantes, como no caso dos 
concretos (hidráulico e betuminoso), ou sem ligantes, como na construção de lastro de ferrovias, filtros 
e enrocamentos.
A seguir exemplificamos a mistura de rocha com outros materiais, gerando produtos utilizados na 
construção civil.
O concreto hidráulico é um produto originado de mistura, em proporções convenientes, de agregado, 
que pode apresentar granulometria graúda ou miúda, cimento e água. A mistura deve exibir plasticidade 
adequada para facilitar o manuseio e seu lançamento em formas, além de adquirir coesão e resistência 
mecânica com o tempo de cura.
Concreto asfáltico vem da mistura de agregados e ligante asfáltico, destinado ao uso principalmente 
na construção de pavimentos, em que são requeridas coesão, flexibilidade e resistência mecânica, dentre 
outros parâmetros técnicos de qualidade que devem ser controlados. Essa mistura é utilizada como 
camada de rolamento, denominada capa. O detalhamento completo deste produto, que irá compor a 
estrutura de um pavimento, é desenvolvido em disciplinas específicas do curso.
Os agregados com diferentes granulometrias, conhecidos como BGS (brita graduada simples) ou 
BGTC (brita graduada tratada com cimento), são normalmente utilizados como camada de base ou 
sub-base na estrutura do pavimento.
Os lastros de ferrovias são formados por fragmentos de rochas de corpo granular, com distribuição 
granulométrica convenientemente escolhida, sobre o qual se assentam os dormentes, os quais, por sua 
vez, suportam os trilhos.
Os enrocamentos são constituídos por um corpo granular, com distribuição granulométrica 
conveniente definida, no qual os agregados exercem as seguintes funções:
• compor o maciço da barragem de núcleo de terra;
• constituir muros de arrimo para estabilização e ou contenção de taludes, ou para muro de 
gabião, constituído por pedras possíveis de se carregar manualmente, que são acondicionadas 
em gaiolas metálicas.
 Saiba mais
Para saber mais sobre revestimentos, rochas ornamentais e agregados, 
consulte as publicações do Centro de Tecnologia Mineral (Cetem), em 
especial os livros a seguir:
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Unidade I
VIDAL, F. W. H.; AZEVEDO, H. C. A.; CASTRO, N. F. (Eds.). Tecnologia de 
rochas ornamentais: pesquisa, lavra e beneficiamento. Rio de Janeiro: 
Cetem/MCTI, 2013. Disponível em: <http://www.cetem.gov.br/livros/ 
item/download/2049_0ee211a8119d9166a6019c146ce6b64f>. Acesso em: 
1º out. 2018.
LUZ, A. B. da; ALMEIDA, S. L. M. de. Manual de agregados para a 
construção civil. Rio de Janeiro: Cetem/MCTI, 2012. Disponível em: <http://
www.cetem.gov.br/livros/item/download/2048_77de1bc9760cdf63d75d01
8e227e7192>. Acesso em: 1º out. 2018.
3 MECÂNICA DOS SOLOS
A mecânica dos solos estuda a origem e natureza dos solos e aplicações em obras civis por meio de 
reconhecimento, investigação e caracterização do subsolo.
Com o conhecimento das propriedades dos solos, obtido a partir dos ensaios de caracterização 
de laboratório e de campo, além de dados alcançados da investigação in situ do subsolo, aliados ao 
conhecimento teórico dos solos, dos elementos construtivos e dos tipos de fundações, é possível 
dimensionar as fundações mais adequadas para a estrutura projetada.
3.1 Intemperismo
Para o entendimento do comportamento do solo, devemos dominar vários conceitos e sua 
relação com o comportamento dos solos, os quais serão apresentados a seguir. O primeiro é o 
conceito de intemperismo.
Denomina-se intemperismo o conjunto de processos que ocasionam a desintegração e decomposição 
das rochas, pela ação de agentes atmosféricos e biológicos. Pode-se distinguir dois tipos de intemperismo, 
o físico e o químico.
O intemperismo físico (desintegração) é ação de esforços mecânicos sobre a rocha, cujos agentes são:
• Variação da temperatura: expansões e contrações da rocha produzida por variações de temperatura, 
repetidas seguidamente e que provocam fraturas, as quais vão se alargando com o passar do 
tempo e acabam por desintegrar a rocha.
• Congelamento: a água, ao se congelar, aumenta 10% em volume e, assim, se as fendas 
da rocha estiverem preenchidas com água, esta, ao se congelar, exercerá pressão sobre as 
paredes da rocha. O processo é tanto mais agressivo à rocha quanto maior o número de ciclos 
de congelamento e degelo.
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
• Cristalizações de sais: a água que circula pelas fendas da rocha pode conter sais dissolvidos. Com 
a evaporação, os sais se precipitam, cristalizando-se, e podem exercer pressão sobre as paredes 
das fendas da rocha, desagregando-a. Este é um fenômeno comum nas regiões costeiras, onde as 
aberturas das rochas são preenchidas pela água do mar, rica em sais.
• Ação física e química dos vegetais: as rochas podem sofrer desagregação, que é causada pelo 
crescimento de raízes ao longo de suas fraturas, além da ação química que esses vegetais podem 
causar na superfície da rocha, como será visto logo a seguir.
O intemperismo químico (decomposição) é ação química de substâncias presentes na água sobre a 
rocha. Os processos de ação são: hidrólise, hidratação, oxidação e carbonatação. Os fatores que influem 
na velocidade de ação do intemperismo e na natureza dos solos são:
• Clima (temperatura e pluviosidade): em regiões geladas e desertas, há maior predominância 
de intemperismo físico; por outro lado, em regiões quentes e úmidas, predomina o 
intemperismo químico.
• Tipo de rochas (resistência e estrutura).
• Topografia.
• Vegetação.
• Condições de drenagem.
3.2 Origeme natureza dos solos
Todo solo tem sua origem imediata ou remota na ação do intemperismo sobre as rochas. Quando o 
solo, resultante do processo de intemperismo, permanece no próprio local em que se deu o fenômeno, 
ele é chamado residual. Quando é carregado pela água das enxurradas ou rios, vento, ou gravidade, ele 
é denominado transportado.
3.2.1 Solos residuais
Para que haja a formação dos solos residuais é necessário que a velocidade de decomposição da 
rocha seja maior que a velocidade com que os produtos da decomposição são removidos. São mais 
abundantes e profundos em regiões de clima quente e úmido, uma vez que nesse clima o intemperismo 
químico da rocha acontece mais facilmente e também ocorre vegetação suficiente para impedir que os 
produtos resultantes sejam transportados rapidamente.
Um perfil típico do subsolo conforme a intensidade do intemperismo é apresentado na figura a seguir.
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Unidade I
Solo residual maduro
Solo de alteração de rocha
Rocha alterada
Rocha sã ou fissurada
Figura 6 – Perfil típico do subsolo contendo a intensidade do intemperismo
3.2.2 Solos transportados
Os solos transportados são classificados de acordo com o agente transportador em aluvião, coluvião 
e solos eólicos.
É denominado aluvião quando o agente transportador é a água. Em geral, uma seleção natural 
do material, segundo sua granulometria, ocorre ao longo de um curso d’água, encontrando-se mais 
próximo da cabeceira os materiais mais grossos, já os mais finos são transportados a grande distância. 
Porém, dependendo do regime do rio, os depósitos podem se apresentar bastante heterogêneos. Os 
grãos de areia e de pedregulho tendem a ser arredondados.
Os depósitos de coluvião são os solos cujo agente transportador é, exclusivamente, a ação 
da gravidade. São de ocorrência localizada, situando-se, em geral, em encostas ou pé de elevações. 
Apresentam as partículas de areia e pedregulho, tendendo a ser angulares.
O agente transportador dos solos eólicos é o vento. Exemplo mais comum no Brasil são as dunas 
litorâneas, como as que se encontram no nordeste do país. Apresentam alto grau de arredondamento 
dos grãos, ocorrendo também significativa seleção do material, segundo a sua granulometria.
3.2.3 Solos orgânicos
São solos transportados com a presença acentuada de matéria orgânica (húmus). Quando 
constituídos excessivamente de restos de vegetais, são denominados turfa. A condição de má drenagem 
é essencial para a formação dos solos orgânicos. Acumulam-se, sobretudo, em baixadas, lagos, pântanos 
e ambientes similares.
3.3 Ensaios de caracterização
São ensaios para a determinação de índices e parâmetros do solo a fim de se identificar, classificar e 
prever o comportamento mecânico dos solos.
A primeira característica para a diferenciação dos solos é o tamanho das partículas constituintes. Em 
princípio, pode ser notada a presença de partículas identificáveis a olho nu e de outras que necessitam 
de instrumentos adequados para a sua visualização, de tão pequenas.
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
Conforme o prof. Carlos Souza Pinto:
Num solo, geralmente convivem partículas de tamanhos diversos. Não é 
fácil identificar o tamanho das partículas pelo simples manuseio do solo, 
porque grãos de areia, por exemplo, podem estar envoltos por uma grande 
quantidade de partículas argilosas, finíssimas, ficando com o mesmo aspecto 
de uma aglomeração formada exclusivamente por uma grande quantidade 
dessas partículas. Quando secas, as duas formações são muito semelhantes. 
Quando úmidas, entretanto, a aglomeração de partículas argilosas se 
transforma em uma pasta fina, quando a partícula arenosa é facilmente 
reconhecida pelo tato (PINTO, 2002, p. 9).
Dessa forma, ressalta-se a importância da realização dos ensaios de caracterização. Os índices físicos 
relacionam as porções constituintes do solo, quais sejam: sólida, água e ar. De extrema importância é 
a caracterização imediata, mediante o ensaio de caracterização táctil-visual. Na sequência, ensaios de 
granulometria por peneiramento e sedimentação. Para bem caracterizar a fração fina dos solos, deve-se 
também realizar os ensaios para estimativa dos limites de consistência.
3.4 Granulometria
Para o reconhecimento do tamanho dos grãos de um solo realiza-se a análise granulométrica, em 
geral, em duas fases: peneiramento e sedimentação, produzindo-se a curva granulométrica, como 
mostrado na próxima figura.
As quantidades de material, em peso, que passam em cada peneira, referidas ao peso seco total 
da amostra, são denominadas como “porcentagens que passam” ou “porcentagens passantes” e são 
representadas graficamente em função da abertura de cada peneira, em escala logarítmica. A abertura 
nominal da peneira é considerada como o diâmetro das partículas.
A análise por peneiramento tem como limitação a abertura da malha das peneiras, que não pode ser 
tão pequena quanto o diâmetro mínimo de interesse. A menor peneira empregada é a de nº 200, que 
tem abertura da malha de 0,075 mm.
A granulometria é a medida do tamanho das partículas constituintes do solo, representada pela curva 
de distribuição granulométrica, conforme a figura a seguir, que é desenhada em gráfico semilogarítmico. 
Nas abscissas, há o logaritmo do tamanho das partículas e nas ordenadas, à esquerda, a porcentagem 
retida acumulada, e, à direita, a porcentagem que passa.
De um lado, a porcentagem retida acumulada representa a quantidade relativa de partículas maiores 
que determinado diâmetro, e, no outro, a porcentagem passante representa a porcentagem de solo com 
partículas menores que determinado diâmetro.
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Unidade I
200nºPeneiras (ASTM) 100 50 40 30 16 10 4 9.5 19 25 38
0100
1090
2080
3070
4060
5050
6040
7030
8020
9010
1000
501010,10,010,001
Argila Silte Areia fina
Diâmetro dos grãos (mm)
Po
rc
en
ta
ge
m
 q
ue
 p
as
sa
Po
rc
en
ta
ge
m
 re
tid
a
Areia média A. grossa Pedregulho
0,005
Classificação
A.B.N.T
Figura 7 – Exemplo de curva granulométrica
Quando há interesse no conhecimento da distribuição granulométrica da porção mais fina dos solos, 
emprega-se a técnica da sedimentação, que se baseia na Lei de Stokes: a velocidade (V) de queda de 
partículas esféricas num fluído atinge um valor limite que depende do peso específico do material da 
esfera (gs), do peso específico do fluido (gw), da viscosidade do fluido (µ) e do diâmetro da esfera (D), 
conforme a expressão:
2s wV D
18
γ − γ= ⋅
⋅µ
Colocando-se certa quantidade de solo em suspensão em água, as partículas cairão em velocidades 
proporcionais ao quadrado de seus diâmetros.
As dimensões das partículas finas são representadas por um diâmetro equivalente, sendo suas formas 
bem diferentes de esferas. Partículas coloidais (D < 0,0002 mm) não sedimentam.
Na natureza, os solos apresentam-se como uma mistura de partículas de diversos tamanhos e tanto 
o ensaio de peneiramento quanto o de sedimentação podem ser realizados para obtenção de uma curva 
granulométrica completa do solo.
Nesse ensaio conjunto, primeiramente, obtém-se a curva referente à porção de partículas grossas 
por ensaio de peneiramento; a seguir, complementa-se com a curva do ensaio de sedimentação, cujo 
procedimento está descrito na sequência.
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
1. A amostra de solo deve conter cerca de 40 a 70 g e precisa ser passada na peneira de malha 
nº 100. A dispersão das partículas finas é realizada com a introdução de um defloculante, que é 
algo como um detergente, que pode ser silicato de sódio, hexametafosfato de sódio ou outros. Tal 
medida evita a aglutinação das partículas na água.
2. A dispersãoocorre com o peneiramento e a lavagem da mistura solo-defloculante, recolhendo-se 
o material passante em uma proveta graduada em 1.000 ml.
3. O material retido é seco em estufa e submetido ao ensaio de peneiramento com vibração. É a parte 
relativa ao ensaio de peneiramento.
4. O material da proveta é agitado e homogeneizado; em seguida, são realizadas leituras periódicas 
das densidades da suspensão por meio de densímetros, sendo correlacionadas com a queda das 
partículas (z).
5. Coloca-se o defloculante na concentração de 45,7 g/l, sendo que no solo equivale a 125 ml, e 
deixa-se em repouso por 24 horas. As partículas devem ser dispersas utilizando-se um dispersor 
por um período de 15 minutos, e as leituras são feitas em ½, 1, 2, 4, 8,15 e 30 minutos e, depois, 
em 1, 2, 4, 8 e 24 horas.
6. Os 4 minutos iniciais são feitos sem retirar o densímetro do local; na sequência, deve-se retirar e 
recolocar a cada leitura. Esse procedimento é adotado para evitar imprecisões no início, quando 
as partículas depositam-se mais rapidamente.
7. Com os dados determinados experimentalmente, aplica-se a Lei de Stokes, apresentada anteriormente.
O intemperismo físico sempre gera partículas com diâmetro maior que as geradas pelo intemperismo 
químico. Desse modo, em solos granulares, ou grossos, predomina a ação da gravidade em sua formação 
e a forma é tanto mais arredondada quanto maior for a distância do transporte realizada. Em solos 
finos, as formas são normalmente lamelares ou circulares, determinadas pelo mineral constituinte e pela 
atuação das forças de superfície e da água.
As escalas granulométricas buscam classificar as partículas de acordo com seus diâmetros respectivos, e 
as mais comumente utilizadas no Brasil são as da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) 
e do Massachusetts Institute of Technology (MIT), cuja representação gráfica pode ser observada na 
próxima figura.
Os solos granulares são divididos em pedregulhos e areias, subdivididos em grossos, médios e finos. 
Os solos finos são subdivididos em siltes e argilas.
Pedregulhos são acumulações incoerentes de fragmentos de rocha, comuns em margens de rios.
Areia corresponde ao material áspero ao tato, isento de finos, que não se contrai ao secar.
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Unidade I
Silte é todo material fino de baixa plasticidade, muito parecido com a argila, mas esta possui alta 
resistência e plasticidade.
Argilas
Argilas
0,005
0,002
0,05
0,06
4,8
2
2
0,6
D (mm)
D (mm)
0,42
0,2
ABNT:
MIT:
Siltes
Siltes
Fina
Fina
Média
Média
Areias
Areias
Grossa
Grossa
Pedregulhos
Pedregulhos
Figura 8 – Escala granulométrica segundo ABNT NBR 6502/95 e MIT de tamanho de partículas
A curva é representada por dois parâmetros, o diâmetro efetivo (D10 ou De) e o coeficiente de não 
uniformidade (Cu ou CNU), de acordo com a ASTM D-2487 (2006).
O primeiro parâmetro é o diâmetro D10, tal que 10% das partículas do solo, em massa, apresentam 
diâmetros menores que ele. Esse parâmetro é importante, pois as partículas finas definem melhor o 
comportamento do solo.
O CNU é a medida da inclinação da curva granulométrica.
60
10
D
CNU
D
=
Outro parâmetro importante é o coeficiente de curvatura (CC), que determina o formato da curva 
granulométrica, verificando a presença de descontinuidades da curva granulométrica e/ou concentração 
de material grosso.
( )230
10 60
D
CC
D D
=
⋅
Um solo mal graduado apresenta CNU tendendo a 1, pois é composto de partículas com mesmo 
tamanho. Os solos que apresentam valores de CC menores que 1 apresentam curvas descontínuas e os 
solos com CC maiores que 3 apresentam curvas uniformes em sua parte central.
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
 Saiba mais
Para saber mais sobre solos e análise granulométrica também pode-se 
consultar a norma preconizada pelo DNER (atual DNIT):
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. Solos: 
análise granulmétrica, 1994. Disponível em: <http://ipr.dnit.gov.br/
normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/dner-me051-94.pdf>. 
Acesso em: 1º out. 2018.
3.5 Plasticidade e estados de consistência
3.5.1 Caracterização
Somente os índices físicos ou mesmo a distribuição granulométrica não caracterizam bem 
o comportamento dos solos sob o ponto de vista da engenharia. A fração fina dos solos tem uma 
importância muito grande neste comportamento.
Quanto menores as partículas, maior a superfície específica (superfície das partículas dividida por 
seu peso ou por seu volume). Um cubo com 1 cm de aresta tem 6 cm² de área e volume de 1cm³. Um 
conjunto de cubos com 0,05 mm de aresta (siltes) apresenta 125 cm² por cm³ de volume. Certos tipos 
de argilas chegam a apresentar 300 m² de área por cm³.
É sabido que solos com maiores superfícies específicas requerem maior quantidade de água para 
atingirem a saturação. O comportamento de partículas com superfícies específicas tão distintas perante 
a água é muito diferenciado. Dessa forma, para a mesma porcentagem de fração argila, o solo pode ter 
comportamento muito diferente dependendo das características dos minerais presentes.
Todos esses fatores interferem no comportamento do solo, mas o estudo dos argilo-minerais é muito 
complexo. À procura de uma forma mais prática para identificar a influência das partículas argilosas, 
a engenharia a substituiu por uma análise indireta, baseada no comportamento do solo na presença 
de água. Portanto, a caracterização da plasticidade e do estado de consistência dos solos são muito 
importantes para a caracterização dos solos.
Definimos plasticidade como a propriedade que um solo possui de apresentar deformações 
relativamente rápidas sem que ocorra ruptura ou variação em seu volume. Associa-se a plasticidade aos 
solos finos, sendo dependente do argilo-mineral e da quantidade de água presentes no solo. A água atua 
como lubrificante para que as partículas finas possam deslizar umas sobre as outras, possibilitando que 
o solo seja moldado, por exemplo, o barro para cerâmica.
Os estados de consistência são, por sua vez: líquido, plástico, semissólido e sólido. No estado 
líquido, o solo apresenta propriedades de suspensão e suas características são as de um fluido 
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Unidade I
viscoso sem resistência ao cisalhamento. Já no plástico o solo apresenta a propriedade de plasticidade. 
No semissólido, o solo apresenta-se como sólido, mas, quando seco, apresenta variação volumétrica. No sólido 
não há variação volumétrica na secagem.
Generalizou-se, então, o emprego de ensaios e índices propostos pelo engenheiro químico Albert 
Atterberg, adaptados e padronizados pelo professor de mecânica dos solos, Arthur Casagrande.
Os limites se baseiam na constatação de que um solo argiloso ocorre com aspectos bem distintos 
conforme a sua umidade. Quando muito úmido, ele se comporta como um líquido; quando perde parte 
da água, fica plástico; e quando mais seco, torna-se sólido (quebradiço).
Os teores de umidade correspondentes às mudanças de estado são definidos como limites de 
liquidez e de plasticidade dos solos. A diferença entre esses dois limites é o índice de plasticidade do 
solo (figura a seguir).
• Limite de liquidez (LL): teor de umidade que representa o limite entre o estado líquido e o plástico.
• Limite de plasticidade (LP): teor de umidade que representa o limite entre o estado plástico e o 
estado semissólido.
• Limite de contração (LC): teor de umidade que representa o limite entre o estado semissólido e o 
estado sólido.
• Índice de plasticidade (IP): representa a quantidade de água necessária que deve ser acrescentada 
ao solo para que ele passe do estado plástico para o líquido.
IP = LL - LP
Líquido
Estado Estado
Limite de liquidez - LL
PlásticoUmidade Índice de plasticidade - IP
Sólido(quebradiço) Limite de plasticidade - LP
Figura 9 – Esquema gráfico dos limites de Atterberg
Normalmente, são apresentados o LL e o IP como índices de consistência dos solos apenas. O LP só 
é empregado para a determinação do IP.
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
Cabe observar que os ensaios para determinação dos limites de plasticidade são executados na 
fração de solo que passa na peneira de malha com abertura 0,42 mm, correspondendo às frações silte 
e argila.
3.5.2 Determinação dos limites de consistência
Quando se manuseia uma argila, percebe-se certa consistência, ao contrário das areias, que se 
desmancham facilmente. Por essa razão, o estado em que uma argila se encontra costuma ser indicado 
pela resistência que ela apresenta.
A consistência das argilas pode ser quantificada por meio de um ensaio de compressão simples, que 
consiste na ruptura de um corpo de prova de argila, geralmente cilíndrico.
De acordo com o valor da resistência à compressão simples, a consistência das argilas pode ser 
classificada de acordo com a tabela a seguir:
Tabela 1 – Classificação de resistência mecânica de argilas 
em ensaio de compressão uniaxial
Classificação Resistência (kPa)
Muito mole <25
Mole 25 – 50
Média 50 – 100
Rija 100 – 200
Muito rija 200 – 400
Dura > 400
Adaptado de: Pinto (2002, p. 28).
Quando uma argila se encontra remoldada, o seu estado pode ser expresso pelo seu índice de vazios. 
Porém, como as argilas comumente encontram-se saturadas, e neste caso o índice de vazios depende 
diretamente da umidade, o estado em que a argila se encontra costuma ser expresso pelo teor de 
umidade. Mas como o teor de umidade por si só não indica o estado da argila, é necessário analisá-lo 
com relação aos teores de umidade correspondentes a comportamentos semelhantes; esses teores são 
os limites de consistência. Quando se manuseia uma argila e se avalia a sua umidade, o que se percebe 
não é o teor de umidade, mas sim a umidade relativa.
Considere duas argilas diferentes: uma argila A que tenha LL=80% e LP=30%, e uma argila B que 
possua LL=50% e LP=25%, como pode ser visto na figura a seguir. Quando a argila A estiver com 
umidade de 80% e a argila B com umidade de 50%, as duas estarão com comportamento semelhante, 
com a consistência que corresponde ao limite de liquidez.
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Unidade I
0 20 40 60 80 100
Argila B
Argila A
Teor de umidade (%)
LP
LP
h
h
LL
LL
Figura 10 – Comparação entre duas argilas distintas e respectivos ICs
Assim, pode-se dizer que ao se manusear duas argilas diferentes, porém ambas com umidade 
correspondente ao limite de plasticidade (LP), é provável que se tenha a impressão de que as duas estão 
com o mesmo teor de umidade.
Para indicar a posição relativa da umidade aos limites de mudança de estado, o engenheiro austríaco 
Karl von Terzaghi, naturalizado americano, considerado o pai da mecânica dos solos, propôs a seguinte 
expressão para a determinação do índice de consistência (IC):
LL w
IC
LL LP
−=
−
De acordo com o valor do IC, a consistência da argila pode ser estimada de acordo com a tabela a seguir:
Tabela 2 – Classificação de resistência mecânica de argilas em relação ao IC
Classificação IC
Mole < 0,5
Média 0,5 – 0,75
Rija 0,75 – 1,0
Dura > 1,0
Adaptado de: Pinto (2002, p. 31).
Como os índices de consistência LL e LP são determinados com a fração do solo que passa na peneira 
com malha de abertura 0,42 mm, a expressão do índice de consistência só é aplicável diretamente para 
solos que passam integralmente nesta peneira. Havendo grãos retidos, deve-se considerar que grãos 
maiores requerem menos água para o seu recobrimento.
O IC não tem significado quando aplicado a solos não saturados, pois esses solos podem estar 
com elevado índice de vazios e baixa resistência e sua umidade ser baixa, o que indicaria um índice de 
consistência alto.
A seguir são apresentados procedimentos de ensaio para determinação dos limites de liquidez 
e plasticidade.
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
3.5.2.1 Ensaio para determinação do limite de liquidez
As normas DNER-ME 122/94 e ABNT NBR 6459:2016 Versão Corrigida:2017 especificam os 
procedimentos de ensaio para a determinação do limite de liquidez.
O ensaio para determinação do limite de liquidez consiste em passar 100 g de solo em peneira 
nº 40 e adicionar água até formar uma pasta que é colocada na concha do aparelho de Casagrande, 
fazendo-se uma ranhura com cinzel apropriado.
Gira-se a manivela (duas voltas por segundo), provocando a queda da concha, e conta-se o número de 
golpes para que a ranhura se feche numa extensão de 12 mm. Ao fechamento da ranhura, determina-se 
a umidade do solo. Repete-se o ensaio adicionando certa quantidade de água na pasta.
Os valores de teor de umidade e número de golpes são lançados nas ordenadas e abscissas de um 
gráfico semilogaritmo. O teor de umidade referente a 25 golpes é o limite de liquidez do solo.
Nas próximas figuras, podemos observar, por meio da vista superior e frontal do aparelho de 
Casagrande, os respectivos detalhes do cinzel utilizado em amostras de solos para determinação do 
limite de liquidez (LL).
Figura 11 – Vistas gerais do aparelho Casagrande
 
Figura 12 – Vista superior e vista frontal do aparelho de Casagrande
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Unidade I
Figura 13 – Detalhe do cinzel
3.5.2.2 Ensaio para determinação do limite de plasticidade
As normas DNER-ME 082/94 e NBR 7180 especificam os procedimentos de ensaio para a 
determinação do limite de plasticidade.
O limite de plasticidade (LP) é o teor de umidade abaixo do qual o solo passa do estado plástico para 
o estado semissólido, isto é, ele perde a capacidade de ser moldado e passa a ficar quebradiço.
Cabe ressaltar que esta mudança de estado ocorre nos solos de forma gradativa, por causa da variação 
da umidade no solo; portanto, a determinação do limite de plasticidade se verifica neste momento.
O ensaio inicia-se tomando uma porção de solo passada pela peneira nº 40 e adicionando-se certa 
quantidade de água. Com a palma da mão, rola-se a pasta sobre uma placa apropriada até formar 
cilindros de cerca de 3 mm de diâmetro e apresentar fissuras, determinando-se o teor de umidade médio 
desses cilindros, como pode ser visto na figura a seguir.
Se não ocorrerem fissuras quando os cilindros atingirem os 3 mm, o solo deverá ser remoldado para 
eliminar o excesso de água. Caso contrário, se o solo estiver muito seco, deverá ser adicionada água até 
que se consiga confeccionar os cilindros especificados.
Figura 14 – (a) Placa esmerilhada, (b) placa esmerilhada com gabarito e 
(c) amostra na cápsula de porcelana, estufa e cápsula de alumínio
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3.5.2.3 Ensaio para determinação do limite de contração
Em laboratório, toma-se uma amostra de solo com respectivo teor de umidade relativo a dez golpes 
no aparelho de Casagrande e coloca-se num recipiente de volume conhecido V.
Seca-se o solo, inicialmente à sombra, depois em estufa, determinando-se a massa seca com 
mercúrio. O volume do solo seco é definido pelo peso de mercúrio deslocado (o volume do solo equivale 
a MHg/13.6). O limite de contração é então obtido pela expressão:
w
V V0
LC w
Ms
− = − ⋅ γ  
Em que:
w = teor de umidade inicial da amostra;
V = volume do recipiente;
V0 = volume da amostra após secagem;
Ms = massa da ostra seca;
yw = peso específico da água.
 Saiba mais
Para saber mais sobre determinação dos limites de liquidez e plasticidade, 
recomenda-se consultar as normas preconizadas pelo DNER (atual DNIT):
DEPARTAMENTONACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. 
Solos: determinação do limite de liquidez – método de referência 
e método expedito, 1994. Disponível em: <http://ipr.dnit.gov.br/
normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/dner-me122-94.
pdf>. Acesso em: 2 out. 2018.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. Solos: – 
determinação do limite de plasticidade, 1994. Disponível em: <http://
ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/
dner-me082-94.pdf>. Acesso em: 2 out. 2018.
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Unidade I
3.6 Índices físicos
3.6.1 Definição
O solo é constituído de partículas sólidas, mas podem ser encontrados vazios que podem estar 
preenchidos por água, ar ou ambos. Compõe-se, portanto, de três fases, como apresentado na 
figura a seguir.
Solo = Sólidos + Vazios = Sólidos + Vazios + Ar
Partículas
Ar
Água
Figura 15 – Vista esquemática ampliada de um solo hipotético
Os índices físicos a seguir referem-se às relações entre peso e volume das três fases, como mostra a 
figura na sequência, servindo para identificar o estado em que os solos se encontram.
Par = 0
Pa
Ps
Pt
Var
Va
Vs
Vv
Vt
Pesos Volumes
SÓLIDOS
ÁGUA
AR
Figura 16 – As três fases do solo
Relação entre pesos:
Teor de umidade, w, em porcentagem.
Pw
w
Ps
=
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Relações entre volumes:
Porosidade, n, em porcentagem (pouco usado na prática).
Vv
n
Vt
=
0 ≤ n ≤ 100%
Índice de vazios, e
Vv
e
Vs
=
Grau de saturação, S, em porcentagem.
Vw
S
Vv
=
0 ≤ S ≤ 100%
Relações entre pesos e volumes:
Peso específico natural, γn:
n
Pt
Vt
γ =
Peso específico aparente seco, γd:
d
Ps
Vt
γ =
Peso específico dos grãos, γs:
s
Ps
Vs
γ =
Peso específico da água, γw:
w
Pw
Vw
γ =
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γw = 3
kN
9,8
m
 3
kN
10
m
≅
Peso específico aparente saturado, γsat:
Se S = 100%, γn = γsat
s w
sat
e
 
1 e
γ + ⋅ γγ =
+
Ou
s w
sat
P Vv
Vt
+ ⋅ γγ =
 Observação
No Sistema Internacional de Unidades (SI), os pesos específicos são 
apresentados em kN/m³.
No sistema MKS técnico (metro, quilograma, segundo), são apresentados 
em kgf/m³ ou gf/cm³.
Neste texto, a aceleração da gravidade sempre será adotada como 10 m/s², a não ser quando 
mencionado explicitamente o valor de 9,81 m/s².
γw= 1000 kgf/m³ = 1 gf/m³ = 9,81 kN/m³ ≡ 10 kN/m³.
3.6.2 Relações entre índices físicos
Dos índices físicos anteriormente definidos, três são determinados por ensaios de laboratório: 
(W, γn, γs) e um é normalmente adotado (γw).
Os demais são calculados a partir deles a partir de relações indiretas, indicadas a seguir.
1. γd
( )Pt Ps Pw w Psn d d 1 w
Vt Vt Vt
+ ⋅γ = = = γ + = γ +
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nd
1 w
γγ =
+
2. e
Vv Vt Vs Vt Vt s s
e 1 1 1
Vs Vs Vs Ps d
− ⋅ γ γ= = = − = − = −
γ
s
d
e 1
γ= −
γ
3. n
v sv v
t v s v
V VV V 1 1 1 e
n 1
V V V n V e e
+ += = → = = + =
+
e
n
1 e
=
+
4. S
s sw w
v v w s w w
w P wV P
S 
V V e V e
⋅ ⋅ γ= = = =
⋅ γ ⋅ ⋅ γ ⋅ γ
s
w
w y
S
e y
⋅=
⋅
5. γsat
w w
s s s w
t s w s s wv w
n
vt s v
s
P e P S
P e P
P P P V S eV V
 
VV V V 1 e 1 e 1 e1
V
⋅+ γ + γ + ⋅ ⋅
+ γ + ⋅ ⋅ γγ = = = = = =
+ + + ++
s w
n
S e
 
1 e
γ + ⋅ ⋅ γγ =
+
(relação não necessária, mas conveniente em certos problemas)
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Outras:
Se S = 1 → γn = γsat
Portanto:
s s v w
s v. w s v w s w
sat
t s v
P P V
P V P V eVs 
V V V 1 e 1 e
+ + ⋅ γ
+ ⋅ γ + ⋅ γ γ + ⋅ γγ = = = =
+ + +
s w
sat
e
1 e
γ + ⋅ γγ =
+
3.6.3 Determinação dos índices físicos em laboratório
3.6.3.1 Umidade
Pesar uma quantidade de solo em seu estado natural (Pt).
Secar o solo em estufa a 105º C até estabilizar o peso.
Pesar novamente (PS).
t sw
s s
P PP
w 
P P
−= =
3.6.3.2 Peso específico natural
a) Primeiro processo:
• Molda-se um cilindro de formato mais regular possível; medindo-se as suas dimensões e calculando 
seu volume (Vt).
• Pesa-se o cilindro (Pt).
t
n
t
P
 
V
γ =
b) Segundo processo, da balança hidrostática:
Este processo é mais preciso, pois o volume é determinado através de pesagens. Baseia-se no 
princípio de Arquimedes, que pode ser expresso da seguinte forma: quando um corpo é imerso em 
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água, age sobre ele uma força vertical de baixo para cima, de módulo igual ao peso da água deslocada. 
Esse princípio pode ser ilustrado conforme a seguir.
• Molda-se uma “bolinha” de solo que, em seguida, é pesada (P1).
• Cobre-se totalmente a amostra do solo com parafina aquecida.
• Pesa-se a amostra de solo mais parafina (P2).
• Pesa-se a amostra de solo mais parafina imersa em água (P3).
Pi
P
E
P = Peso da esfera
E = Empuxo, peso da água deslocada
Pi = Peso imerso = P - E
Figura 17 – Esquema de forças atuantes em um corpo submerso
A sequência de cálculo para a determinação do peso específico natural é:
Volume do solo: (Volume do solo + Parafina) – (Volume da parafina).
Volume do solo + Parafina: Volume da água deslocada = Peso da água deslocada/γw.
Volume do solo + Parafina: (P2 – P3) / γw.
Volume de parafina: Peso da parafina /yparafina = (P2 – P1)/γparafina.
Então:
Volume do solo:
2 3 2 1
t
w paraf
P P P P
V –
− −=
γ γ
Portanto:
t 1
n
2 3 2 1t
w paraf
P P
 
P P P PV 
 
γ = = − −−
γ γ
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Usualmente, adota-se:
γparafina = 0,916 gf/cm
3 = 8,98 kN/m3
γw = 1,0 gf/cm
3 = 9,8 kN/m3
3.6.3.2 Peso específico dos grãos
Na expressão γs = Ps/Vs, a dificuldade está na determinação de Vs. No ensaio, utiliza-se um 
picnômetro, o qual é visto na figura a seguir, que é um frasco apropriado, com uma marca de referência 
em seu gargalo, correspondente a um volume de 500 ou 1.000 cm³.
Determina-se o peso do picnômetro cheio de água até a marca de referência, igual a (Pp+w).
Coloca-se um certo peso seco conhecido do solo (PS) no picnômetro, que é completado com água 
até a marca de referência e então pesado (Pp+w+s).
p w s p w s w s w w s w sP P P P P V P .V+ + − + = − ∆ = − γ ∆ = − γ
Então:
s p w p w s
s
w
P P P
V + + +
+ −
=
γ
Portanto:
s s
s w
s s p w p w s
P P
V P P P+ + +
γ = = γ
+ −
∆Va
∆Pa
Vs
Pa
Marco de referência
Pp + a Pp + a + s
∆Va = Vs
Figura 18 – Esquema de uso de picnômetro
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MECÂNICA DOS SOLOS E FUNDAÇÕES
 Observação
O peso específico dos grãos varia pouco de solo para solo, situando-se 
em torno de 26,7 kN/m³ (2,67 gf/cm³) para areias e 27 kN/m³ (2,7 gf/cm³) 
para argilas. Quando não se dispõe do valor específico para o solo em análise, 
adotam-se esses valores. Entretanto, deve-se tomar cuidado com certos tipos 
de solos. Em solos com altas porcentagens de óxido de ferro, o peso específico 
dos grãos pode atingir valores de até 30kN/m3. Solos orgânicos geralmente 
apresentam valores baixos de γs, em especial os solos turfosos.
3.7 Estrutura dos solos e compactação
Estrutura é a forma sob a qual as partículas de solos se apresentam. Nela interagem dois tipos de 
forças: a gravitacional e a de ligações físico-química. A primeira depende das dimensões das partículas, 
já as demais dependem da natureza da superfície das partículas e do meio onde se encontram.
Nos solos grossos, a estrutura varia entre fofa e compacta. Os grãos tendem ao formato esférico 
uniforme e sob processo de sedimentação, a força que prevalece é a gravidade. A compacidade relativa 
(Cr), equivalente à densidade relativa