Apostila de MecÂnica dos solos 1

Prévia do material em texto

Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 1 
 
 
 
1.0 INTRODUÇÃO AO CURSO 
 
1.1 DEFINIÇÃO E OBJETIVOS DA MECÂNICA DOS SOLOS 
 
 a) Definição: A mecânica dos solos é uma ciência que estuda o comportamento 
dos solos, através das características físicas e as suas propriedades mecânicas (equilíbrio 
e deformação) quando submetido a acréscimos ou alívio de tensões. Ou seja, é a 
ciência que procura descobrir, entender, explicar e correlacionar às propriedades dos 
solos. 
 Todas as obras de Engenharia Civil se assentam sobre o terreno e inevitavelmente 
requerem que o comportamento do solo seja devidamente considerado. 
 
b) Objetivo: Substituir por métodos científicos os métodos empíricos aplicados no 
passado. 
 Além de ter como objetivo principal, oferecer ao profissional de construção civil 
ferramentas e conceitos teóricos-práticos para conhecimento do comportamento deste 
material (solo), indispensáveis na atuação de construção de obras de terra e aos 
aspectos geotécnicos de fundações. 
 
1.2 PROBLEMA DA MECÂNICA DOS SOLOS 
A própria natureza do solo, que é complexa. 
 O solo não possui uma relação linear quanto à relação tensão/deformação; 
 O comportamento do solo depende da pressão, do tempo e do meio físico (tipo 
de solo); 
 O solo apresenta qualidade muito heterogênea, variando de ponto para ponto; 
 A análise de um solo é feita por amostragem de alguns pontos do terreno. 
 
1.3 SOLO SOB O PONTO DE VISTA DA ENGENHARIA 
Solo é a denominação que se dá a todo material de construção ou mineração da 
crosta terrestre escavável por meio de pá, picareta, escavadeira, etc, sem necessidade 
de explosivos. Esta definição não tem sustentação do ponto de vista científico. 
Geologicamente, define-se como sendo o material resultante da decomposição das 
rochas pela ação de agentes de intemperismo. 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 2 
 
 
 
1.4 EMPREGO DO SOLO NA ENGENHARIA CIVIL (aplicações) 
 Solo como material de construção: Aterros, Barragens de Terra, Base e Sub-base 
de Pavimentos, etc. 
 Solo como suporte de fundação: Valas, Sapatas, Blocos, Estacas, Tubulões, 
Subleito, etc. 
 
1.5 ORIGEM E EVOLUÇÃO DA MECÂNICA DOS SOLOS 
Os primeiros trabalhos sobre o comportamento dos solos datam do século XVII. 
COULOMB, 1773, RANKINE, 1856 e DARCY, 1856, publicaram importantes trabalhos sobre 
o comportamento dos solos. O acúmulo de insucessos em obras de Engenharia 
observados no início do século XX como: 
 O escorregamento de solo (talude) durante a construção do canal do Panamá, 
1913; 
 Rompimento de grandes Barragens de Terra e Recalque em Grandes edifícios, 
1913; 
 Escorregamento de Muro de Cais na Suécia, 1914. O Levou em 1922 a 
publicação pelos suecos de uma nova teoria para o cálculo e Estabilidade de 
taludes; 
 Movimentos das estacas e do solo que suportavam muros de contenção na 
construção do Canal de Kiel na Alemanha, 1915. 
Em 1925 o professor Karl Terzaghi publicou seu primeiro livro de Mecânica dos solos, 
baseado em estudos realizados em vários países, depois do início dos grandes 
acidentes. 
A mecânica dos solos nasceu em 1925 e foi batizada em 1936 durante a 
realização do primeiro Congresso Internacional de Mecânica dos Solos. 
Em meados de 1938 foi instalado o primeiro Laboratório de Mecânica dos solos em 
São Paulo. Em novembro de 1938 foi instalado o Laboratório de Solos e Concreto da 
Inspetoria Nacional de Obras Contra a Seca em Curemas Paraíba. 
 
2. ORIGEM, FORMAÇÃO E ESTRUTURA DOS SOLOS 
Os solos são materiais que tem sua origem imediata ou remota na deterioração 
(decomposição) das rochas através do intemperismo (ação das intempéries). Ou seja, 
todos os solos se originam da decomposição das rochas que constituíam inicialmente a 
crosta terrestre. A decomposição é decorrente de agentes físicos e químicos (solo = 
rocha + intemperismo). 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 3 
 
 
 
 
2.1 ROCHA 
É um agregado natural formado de um ou mais minerais. E que do ponto de vista 
da Engenhariam Civil, é impossível de escavar manualmente, necessita de explosivo 
para o seu desmonte. 
 
2.2 INTEMPERISMO 
É o conjunto de processos físicos, químicos e biológicos que ocasionam a 
desintegração e decomposição das rochas e dos minerais, formando os solos. E 
normalmente esses processos atuam simultaneamente, em determinados locais e 
condições climáticas, um deles pode ter predominância sobre o outro. Portanto os 
processos de intemperismos se dividem em: 
 
a) Intemperismo Físico - Ou mecânico é o processo de decomposição da rocha sem 
alteração química dos seus componentes. Os principais agentes são: Variação de 
temperatura; Congelamento da água; Alívio de pressões e Vegetações. 
 
b) Intemperismo Químico - É o processo de decomposição da rocha onde os vários 
processos químicos alteram, solubilizam e depositam os minerais das rochas 
transformando-a em solo, ou seja, ocorre à alteração química dos seus componentes 
(modificação química). Neste caso há modificação na constituição mineralógica da 
rocha, originando solos com características próprias. Este tipo é mais freqüente em 
climas quentes e úmidos e, portanto muito comum no Brasil. 
O principal agente é a água, e os mais importantes mecanismos de ataque são: 
Hidrólise; Hidratação; Oxidação e Carbonatação. 
 
c) Intemperismo Biológico - É processo no qual a decomposição da rocha se dá 
graças a esforços mecânicos produzidos por vegetais através de raízes, escavação de 
roedores. Além dos efeitos químicos da vegetação. 
 
2.2.1 Influência do Intemperismo no Tipo de Solo 
Os vários tipos de intemperismo e a intensidade com que atuam no processo de 
formação dos solos dão origem a diferentes tipos de solo. Percebe então, que o solo é 
assim, uma função da rocha de origem e dos diferentes agentes de alteração. 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 4 
 
 
 
2.3 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS QUANTO A ORIGEM (genética) 
 Com base na origem dos seus constituintes, os solos podem ser divididos em dois 
grandes grupos: solo residual, se os produtos da rocha intemperizada permanecem 
ainda no local em que se deu a transformação; solo transportado (sedimentar), quando 
os produtos de alteração foram transportados por um agente qualquer, para local 
diferente ao da transformação. 
 
2.3.1 Solos Residuais 
 Os solos residuais são bastantes comuns no Brasil, principalmente na região 
Centro-Sul , em função do próprio clima. A ação intensa do inpemperismo químico nas 
áreas de climas quentes e úmidos provoca a decomposição profunda das rochas com 
a formação de solos residuais, cujas propriedades dependem fundamentalmente da 
composição do tipo de rocha existente. 
A rocha que mantém as características originais, ou seja, a rocha sã é a que 
ocorre em profundidade. Quanto mais próximo da superfície do terreno, maior é o 
efeito do intemperismo. Sobre a rocha sã encontra-se a rocha alterada, em geral muito 
fraturada e permitindo grande fluxo de água através das descontinuidades. A rocha 
alterada é sobreposta pelo solo residual jovem, ou saprolito. O material mais 
intemperizado ocorre acima do saprófito e é denominado solo residual maduro (figura 
2.1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Solo superficial. 
 
2. Solo residual maduro, 
 sem vestígios da estrutura e 
 textura da rocha matriz. 
 
3. Solo residual jovem (saprolito), 
com vestígios da estrutura e 
textura da rocha matriz. 
 
4. Rocha alterada. 
 
5. Rocha praticamente sã. 
 
 
Figura 2.1 – Exemplo de um perfil de solo 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 2.2 – Exemplo de um perfil de solo Residual 
 
2.3.2 Solos Sedimentares (transportados) 
Os solos sedimentares ou transportados são aquelesque foram levados de seu 
local de origem por algum agente de transporte e lá depositados (figura 2.2). Os solos 
transportados geralmente depósitos mais inconsolidados e fofos que os residuais e com 
profundidade variável. Nos solos transportados, distingue-se uma variedade especial 
que é o solo orgânico, no qual o material transportado está misturado com quantidade 
variáveis de matéria orgânica decomposta. 
De um modo geral o solo residual é mais homogêneo que o transportado. As 
características dos solos transportados são em função do agente de transporte. 
Os agentes de transporte são: Vento (solos eólicos); Água (solos aluvionares); 
Geleiras (solos glaciais); Gravidade (solos coluvionares) 
 
a) Solos Eólicos - Transporte pelo vento. São de destaque, apenas os depósitos ao 
longo do litoral, onde formam as dunas não sendo comuns no Brasil. O problema 
desses depósitos existe na sua movimentação. Como exemplos têm os de estado 
do Ceará, e os de Cabo Frio no Rio de Janeiro. Restringe as areias e siltes. 
 
 
 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 6 
 
 
 
b) Solos Aluvionares - São solos sedimentares que são transportados pela água. A sua 
textura depende da velocidade de transporte da água. Características: Grãos de 
diversos tamanhos, mais grossos que os eólicos. Existem aluviões essencialmente 
arenosos, bem como aluviões argilosos. 
 Embora os solos que constituem os aluviões sejam, via de regra, fonte de 
materiais de construções, são, por outro lado, péssimos materiais de fundações. 
 
c) Solos Glaciais - Formados pelas geleiras. São formados de maneira análoga aos 
fluviais. Não ocorre no Brasil, e comuns na Europa e América do Norte. 
 
d) Solos Coluviais - Formados pela ação da gravidade. Dentre os solos podemos 
destacar o TALUS, que é solo formado pelo deslizamento de solo do topo das encostas, 
formando ocorrência ao pé das encostas e elevações (figura 2.3). 
Apresenta grande variedade de tamanhos, alta porosidade, e inconsolidados, sujeitos a 
escorregamentos. São comuns ao longo de rodovias na Serra do Mar-SP. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
e) Solos Orgânicos – Impregnação do solo (argila, silte e areia fina) por sedimentos 
orgânicos preexistentes (húmus), em geral misturados de restos de animais e vegetais. 
Caracterizam pela cor escura, cheiro forte peculiar e alta plasticidade (alto limite de 
 
 
 Figura 2.3 – Depósito de tálus 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 7 
 
 
 
liquidez). Um teor de 2 a 4% de matéria orgânica já influi danosamente no solo. São 
problemáticos por serem muito compressíveis. São encontrados no Brasil principalmente 
nos depósitos litorâneos, em espessuras variadas, e nas várzeas dos rios e córregos. Por 
sua característica orgânica, apresentam elevados índices de vazios, e por ser de 
sedimentação recente, possuem baixa capacidade de suporte e considerável 
compressibilidade. 
 A norma norte americana classifica como solo orgânico aquele que apresenta LL 
de uma amostra seca em estufa menor do que 75% do LL de amostra natural sem 
secagem em estufa. 
 TURFAS – são solos que incorporam florestas soterradas em estado avançado de 
decomposição, com grande porcentagem de partículas fibrosas de material carbonoso 
ao lado de matéria orgânica no estado coloidal. Este tipo de solo pode ser identificado 
por ser fofo e não plástico e ainda combustível. 
 
2.3.3 Descrição de Termos Usuais de Solos 
a) Turfa – Solo sem plasticidade, com grande percentagem de partículas fibrosas de 
material ao lado de matéria orgânica coloidal, marron-escuro a preto, muito 
compressível, e combustível quando seco. Devem ser evitados sempre que possível, são 
péssimos tanto como suporte de estruturas quanto como material de construção. 
 
a) Cascalho – Solo com grande percentagem de pedregulho, podendo ter diferentes 
origens – fluvial, glacial e residual; o cascalho de origem fluvial é chamado comumente 
de seixo rolado; 
 
c) Solo laterítico (Solo Tropical Vermelho) – São os solos de evolução pedogênica que 
sofrem no seu local de formação ou deposição uma série de transformações físico-
químicas. Formados por uma alternância de saturação e secagem do solo original, 
aumentando a concentração de óxido de ferro e alumina na parte superior. Forma solo 
de textura fina, pouco ou nada ativo, suas cores varia de amarelo ao vermelho mais ou 
menos escuro. Diversas designações locais para estes solos, tais como: piçarra, recife, 
tapioconga e outros. 
 
d) Saibro – Solo residual areno-argiloso, podendo conter pedregulhos, proveniente de 
alteração de rochas graníticas ou gnáissicas; 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 8 
 
 
 
 
e) Topsoil – Solo areno-siltoso, com pouca ou nenhuma argila, encontrado nas camadas 
superficiais de terrenos de pequena declividade, ou nas baixas de bacias hidrográficas; 
 
f) Massapê – Solo argiloso, de plasticidade, expansibilidade e contratilidade elevadas, 
encontrado, principalmente, na bacia do Recôncavo Baiano. Suas Características 
decorrem da presença da montmorilonita. No Paraná, materiais semelhantes são 
designados sabão-de-caboclo. 
 
2.4 COMPOSIÇÃO QUIMICA E MINERALÓGICA DOS SOLOS 
 Os solos são formados por agregados de um ou mais minerais. 
 Os minerais encontrados nos solos são os mesmos da rocha de origem (minerais 
primários), além de outros que se formam na decomposição (minerais secundários). 
 
a) Mineral: Substância inorgânica e natural, com composição química e estrutura 
definida. Os minerais encontrados nos solos podem ser primários ou secundários. Os 
PRIMÁRIOS são os mesmos da rocha de origem, e os SECUNDÁRIOS são formados 
quando ocorre a decomposição química. 
 
b) Minerais Constituintes dos Solos Grossos (areias e pedregulhos): Os solos grossos são 
constituídos basicamente de SILICATOS, ÓXIDOS, CARBONATOS E SULFATOS. 
Nos solos grossos, o comportamento mecânico depende pouco da composição 
mineralógica. 
 
c) Minerais Constituintes dos Solos Argilosos - As argilas são constituídas basicamente por 
silicatos de alumínio hidratados, podendo apresentar silicatos de magnésio, ferro ou 
outros metais. Os minerais que formam as frações finas pertencem a três grupos: 
CAULINITA, ILITA e MONTMORILONITA. 
 
 Caulinita - São formadas por unidades estruturais de silício e alumínio, que se 
unem alternadamente, conferindo-lhes uma estrutura rígida. Portanto em face de sua 
estrutura de camadas duplas são relativamente mais estáveis em presença de água, 
com menor plasticidade além de apresentar propriedades mecânica melhores. 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 9 
 
 
 Montmorilonitas - São estruturalmente formadas por unidade de alumínio entre 
duas unidades de silício. A ligação entre essas unidades, não sendo suficientemente 
firme para impedir a introduzir de moléculas de água entre as camadas tornando-se as 
argilas montmoriloníticas muito expansivas e, portanto, instáveis em presença de água. 
Portanto, em função da presença torna-se esta argila com alta plasticidade, 
características de expansibilidade e retração além de baixo coeficiente de atrito 
interno e as piores propriedades mecânicas Ex: BENTONITA1. 
 
 Ilitas - São estruturalmente semelhantes as Montmorilonitas, sendo, porém com 
um íon permutável. São menos expansivas que as montmorilonita. 
A presença de um determinado mineral de argila pode ser determinado por 
análise TERMODIFERENCIAL, RAIOS-X, MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA e ETC. 
 
2.5 SUPERFÍCIE ESPECIFICA 
É a soma das superfícies de todas as partículas contidas na unidade de volume (ou 
peso) do solo. Quanto mais fino for o solo maior será a sua superfície especifica, o que 
constituí uma das razões das diferenças entre as propriedades físicas solos finos e dos 
solos grossos. As forças de superfíciesão muito importantes no comportamento de 
partículas coloidais, sendo a diferença de superfície específica uma indicação da 
diferença de comportamento entre os solos com distintos minerais argílicos. 
Imaginando–se uma partícula de forma cúbica, com 1cm de aresta e 
subdividindo-a decimalmente, em cubos cada vez menores, poderemos organizar a 
Tabela 2.1 abaixo como ilustração. 
 
Aresta Volume total N0 de cubos Área total Superfície específica 
1 cm 1cm3 1 6 cm2 6 cm2 /cm3 
1 mm= 10-1 cm 1cm3 103 60 cm2 6 x 10 cm2 /cm3 
0,1 mm =10-2 cm 1cm3 106 600 cm2 6 x 102 cm2 /cm3 
0,01mm = 10-3 cm 1cm3 109 6000 cm2 6 x 103 cm2 /cm3 
Tabela 2.1 –Ilustração de superfície especifica 
 
2.6 ESTRUTURAS DOS SOLOS 
 Refere-se ao modo como as partículas estão dispostas formando o agregado do 
solo. É o arranjo das partículas e as forças entre elas. A estrutura influencia na resistência 
ao cisalhamento. Os tipos de estruturas mais comuns são: 
 
1 BENTONITAS são argilas ultra-finas, formadas, em sua maioria, pela alteração química de cinzas vulcânicas. Sua composição predomina a 
montmorilonita, o que explica sua tendência ao inchamento. Graças a esta propriedade, as “injeções de betonitas” são muito usadas para 
vedação em barragens, perfurações de petróleo, cortinas, fundações profundas, e etc. 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 10 
 
 
 
 
a) Estrutura granular simples (unigranular)- É característica das areias e pedregulhos, 
predominam as forças de gravidade na disposição das partículas, que se apóiam 
diretamente uma sobre as outras, em grãos isolados (figura 2.4-a). 
 
b) Estrutura alveolar ou favo de abelha - É o tipo de estrutura comum nos siltes mais finos 
e em algumas areias. As forças de atração molecular são predominantes face à força 
da gravidade. A partícula sólida ficará na posição em que se der o primeiro contato, 
dispondo em forma de arcos (figura 2.4-b). 
 
c) Estrutura floculenta (solos finos)- É o tipo de estrutura que só possível nos solos muito 
finos (argilas), onde as partículas ao se sedimentarem, dispõem em arcos, os quais, por 
sua vez, formam outros arcos. Trata-se, portanto de uma estrutura de ordem dupla. Na 
formação de tais estruturas, desempenham funções importantes as ações elétricas 
(forças elétricas) que se desenvolvem entre as partículas. Na sedimentação a formação 
de flocos (figura 2.4-c). 
 
d) Estrutura em esqueleto ou mista (granulometria variada) 
 É o tipo de estrutura que além de possuir grãos finos há também grãos mais grossos, e 
estes se dispõem de maneira tal a formar um esqueleto, cujos interstícios (vazios) são 
parcialmente ocupados por uma estrutura de grãos mais finos. É o caso das complexas 
estruturas das argilas marinhas. 
 
 
(a) granular simples (b) alveolar (c) floculenta 
Figura 2.4 - Tipos de estruturas, segundo Terzaghi. 
 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 11 
 
 
 
3.0 O ESTADO DOS SOLOS 
 
3.1 INTRODUÇÃO 
 Num solo, só parte do volume total é ocupado pelas partículas sólidas, que se 
encontram formando uma estrutura. O volume restante costuma ser chamado de 
vazios, embora esteja ocupado por água e ar. Ou seja, solo é um material constituído 
por um conjunto de partículas sólidas, deixando entre si vazios que poderão estar 
parcial ou totalmente preenchidos pela água. Deve-se reconhecer, portanto, que o 
solo é constituído de três fases: sólida, água e ar. 
 O comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma das 
três fases (sólida, água e ar). Diversas relações são empregadas para expressar as 
proporções entre elas. Na figura 3.1 estão representadas, simplificadamente, as três 
fases que normalmente ocorrem nos solos, ainda que, em alguns casos, todos os vazios 
possam estar ocupados pela água. Solo = sólido + líquido + gases. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Em princípio, as quantidades de água e ar podem variar. A evaporação pode 
fazer diminuir a quantidade de água, substituindo-a por ar, e a compressão do solo 
pode provocar a saída de água e ar, reduzindo o volume de vazios. O solo, no que se 
refere às partículas que o constituem, permanece o mesmo, mas o seu estado se altera. 
As diversas propriedades do solo dependem do estado em se encontra. Quando 
diminui o volume de vazios, por exemplo, a resistência aumenta. 
a) Fase Sólida - Caracteriza-se pelo seu tamanho, forma, distribuição e composição 
mineralógica dos grãos. 
b) Fase Gasosa - Ar, vapor d’água e carbono combinado. É bem mais compressível 
que as fases líquida e sólida. 
 
 
Figura 3.1 – Amostra de solos 
 
Vt = Vs + Vv = Vs + Va + Var 
Pt = Ps + Pa 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 12 
 
 
 
c) Fase Líquida - Preenche os vazios dos solos. Pode estar em equilíbrio hidrostático ou 
fluir sob a ação da gravidade ou de outra forma. E os tipos de águas podem ser 
classificados em: 
 Água de constituição - É a que faz parte da estrutura molecular da partícula 
sólida; 
 Água adesiva ou adsorvida - É a película de água que envolve e adere 
fortemente às partículas de solos muito finos devido a ação de forças elétricas 
desbalanceadas na superfície dos argilos-minerais; 
 Água livre - É a que se encontra em uma determinada zona do terreno, 
enchendo todos os vazios. O seu estudo rege-se pela lei da hidráulica; 
 Água higroscópica - É a que ainda se encontra em um solo seco ao ar livre; 
 Água capilar - É água que nos solos de grãos finos sobe pelos interstícios 
capilares deixados pelas partículas sólidas, além da superfície livre da água, 
devido a ação das tensões superficiais. 
 
 As águas livre, higroscópica e capilar são as que podem ser totalmente 
evaporadas pelo efeito do calor, a uma temperatura de 1000 C. 
 A sua consideração é de interesse em certos casos especiais de consolidação de 
aterros, quando então há necessidade de calcular as “pressões neutras” desenvolvidas 
em função da redução da fase gasosa. 
 
3.2. ÍNDICES FÍSICOS ENTRE AS FASES 
Os índices e as relações que serão apresentados a seguir desempenham um 
importante papel no estudo das propriedades dos solos, uma vez que, estas dependem 
dos seus constituintes e das proporções relativas entre eles, assim como da interação de 
uma fase sobre as outras. Portanto, serão examinadas as propriedades decorrentes dos 
solos como eles são encontrados na natureza ou quando depositados e compactados 
artificialmente. São propriedades referentes à sua maior ou menor compacidade ou 
consistência e à sua estrutura ou arranjo dos grãos entre si. 
 Para identificar o estado do solo, empregam-se índices que correlacionam os 
pesos, e os volumes das três fases. Estes índices são os seguintes: 
 
a) Teor de umidade (h) - Define-se a umidade de um solo como sendo a relação entre 
o peso da água e o peso da parte sólida existente neste mesmo volume, expressa em 
porcentagem. Para sua determinação, pesa-se o solo no estado natural, seca-se em 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 13 
 
 
 
estufa a 1050 C até constância de peso e pesa-se novamente. Tendo-se o peso das 
duas fases, a umidade é calculada. É a operação mais freqüente em um laboratório de 
solos. Os teores de umidade dependem do tipo de solo e situam-se geralmente entre 10 
e 40 %, podendo ocorrer valores muito baixos para solos com aparência de seco de 2 a 
3% ou valores muito altos (150 % ou mais). 
 
 h = 
Ps
Pa
. 100 (%) ou h = 
Ps
PsPt 
. 100 (%) 
 
 Um outro meio, muito simples e rápido, para determinar a umidade, consiste no 
emprego do aparelho Speedy. Ele é constituído por um reservatório metálico fechado 
que se comunica com um manômetro destinado a medir a pressão interna. Dentro 
deste reservatório são colocadas,em contato, umas certas quantidades de solo úmido 
e uma determinada porção de carbureto de cálcio (CaC2). A água contida no solo 
combinando-se com o carbureto de cálcio, gera-se um gás acetileno, e daí, pela 
variação depressão interna obtém-se a quantidade de água existente no solo. 
 
b) Índice de vazios (e) - Relação entre o volume de vazios e o volume das partículas 
sólidas. Não pode ser determinado diretamente, mas é calculado a partir de outros 
índices. Costuma se situar entre 0,5 a 1,5, mas nas argilas orgânica podem ocorrer 
índices de vazios superiores a 3. 
 Por definição: e = 
Vs
Vv
 ; No laboratório sua determinação é feita em função de 
γg (peso específico das partículas) e γs (peso específico do solo seco). 
 e = 
Vs
Vv
 = 
Vs
VsVt 
=
Vs
Vt
- 1 = 
PsVs
PsVt
/
/
-1 → e = 
s
g


-1 
O índice de vazios é uma medida de densidade e, portanto, representa uma das 
características mais importantes para definição de um solo. Dessa propriedade 
dependem, por exemplo, a permeabilidade, a compressibilidade e a resistência à 
ruptura. 
 
c) Porosidade de um solo (n) - Relação entre o volume de vazios e o volume total. I Da 
mesma forma que o índice de vazios, a porosidade é uma medida de densidade do 
solo. Os valores se situam geralmente entre 30 e 70%. 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 14 
 
 
 n = 
Vt
Vv
. 100 (%) ou através da relação: n = 
e
e
1
. 100 (%) 
 
 Entretanto, o índice vazio, que se relaciona ao volume dos sólidos, representa uma 
medida mais adequada aos estudos de variações volumétricas de solos. 
 
d) Grau de saturação (S) - Relação entre o volume de água e o volume de vazios. 
Corresponde a percentagem do volume de vazios (poros) ocupados pela água. O 
número indica se o solo está saturado (S=100%), seco (S=0%) ou num estado 
intermediário (úmido). Quando o solo está saturado S=100% o Va=Vv. Não é determinado 
diretamente, mas calculado. S = 
Vv
Va
. 100 (%) 
 
e) Grau de aeração (A) - Relação entre o volume de ar e volume de vazios. Indica o 
quanto de vazios está ocupado por ar. Não é determinado diretamente em laboratório, 
mas sim através de outros índices. 
 A = 
Vv
Var
 . 100 (%) ou A = 
Vv
VaVv 
 → A = (1-S) . 100 
 
f) Pesos específicos do solo - Distinguem-se vários pesos específicos para solos in situ. É 
definido como sendo a razão entre o peso de um determinado componente das três 
partes físicas do solo, pelo seu volume. Assim pode-se ter: 
 
 Peso específico aparente (natural) (γnat) - É definido como a relação entre o peso 
total do solo e seu volume total. A expressão “peso específico natural” é algumas vezes, 
substituída só por “peso específico” do solo. Tratando-se de compactação do solo, o 
peso específico natural é denominado peso específico úmido. 
 Para sua determinação, molda-se um cilindro do solo cujas dimensões conhecidas 
permitem calcular o volume. O peso total dividido pelo volume é o peso específico 
natural. O peso específico também pode ser determinado a partir de corpos irregulares, 
 
obtendo-se o volume por meio do peso imerso n’água. Para tal o corpo deve ser 
previamente envolto por parafina. 
 
 Por definição: γnat = 
V
P
 =
VV
PaP
s
s


 (g/cm3) 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 15 
 
 
 
 No campo, a determinação de “γ” pode ser feita, entre outros, pelo conhecido 
“processo do frasco de areia”, utilizando-se um frasco ao qual se adapta um funil 
munido de um registro (figuras 3.2 a e 3.2 b). A areia utilizada tem que ser calibrada 
entre as peneiras (#) 20 e 30. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Peso específico aparente de um solo seco (γs) - Relação ente o peso dos sólidos e 
o volume total. Corresponde ao peso específico que o solo teria se viesse a ficar seco, 
se isto pudesse ocorrer sem que houvesse variação de volume. Não é determinada 
diretamente em laboratório, mas calculado a partir do peso específico natural e da 
umidade. Por definição: γs = 
V
Ps
 (g/cm3) 
 
 Peso específico dos sólidos (grãos )(γg) - Relação entre o peso das partículas 
sólidas e o seu volume. É uma característica dos sólidos. 
 γg = 
Vs
Ps
 (g/cm3) 
 O peso específico dos grãos dos solos pouco varia de solo para solo e, por si, não 
permite identificar o solo em questão, mas é necessário para cálculos de outros índices. 
Os valores situam-se em torno de 2,7 g/cm3, sendo este valor adotado quando não se 
dispõe de valor específico para o solo em estudo. Grãos de quartzo (areia) costumam 
apresentar pesos específicos de 2,65 g/cm3. 
 
 
Figura 3.2 a – Frasco de areia 
 
 
Figura 3.2 b – Frasco de areia 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 16 
 
 
 
 Peso específico da água (γa) - O peso específico da água é dado pela razão 
entre o peso de uma quantidade de água e o volume da mesma. 
 γa= 
a
a
V
P
 (g/cm3). O peso específico da água varia com a temperatura e com os sais 
dissolvidos. Entretanto, adota-se comumente o valor de 1 g/cm3, correspondente à 
densidade da água destilada, à temperatura de 40 C. 
 
 Densidade relativa das partículas (ou dos grãos) (δ) - É a relação entre o peso da 
específico dos grãos (γg) e o peso específico da água (γa). Utilizando-se a definição de 
densidade absoluta de igual volume de água pura a 40 C. 
 δ = 
a
g


 (adimensional), e como o peso específico da água é γa = 
Va
Pa
 = 1g/cm3, 
implica que, o “δ” e o “γg” são expressos pelo mesmo número, sendo que 
δ é adimensional e γg tem dimensão. Por exemplo, a densidade relativa do quartzo é 
2,65 e seu peso específico dos grãos é 2,65 g/cm3. 
 Sua determinação, feita pelo clássico método do picnômetro, resume na 
aplicação da fórmula seguinte. A figura 3.3 representa o esquema de determinação da 
densidade real. 
 
 δ = 
12 PPPs
Ps

 , 
onde: 
 
 
 
 
 Peso específico aparente saturado (γsat) - Peso total da amostra de solo depois de 
saturada com água, ou seja, quando todos os vazios estão completamente cheios com 
de água. È de pouca aplicação prática.. Neste caso o grau de saturação S=1. A sua 
determinação é através da relação abaixo: 
 
e
e ag
sat



1

 (g/cm3) ; 
 
 
Ps - peso do solo seco 
P1 – peso do picnômetro + solo + água 
P2 – peso do picnômetro com água pura Figura 3.3 – Picnômetros 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 17 
 
 
 
 Peso específico de um solo submerso (γsub.) - É peso específico efetivo do solo 
quando submerso, submetido ao empuxo de Arquimedes, não sendo sua medida por 
via direta. Serve para o cálculo de tensões efetivas. Por definição é igual ao peso 
específico saturado menos o peso específico da água. 
 
asat   (g/cm
3 
 
g) Grau de compacidade (ou compacidade relativa) - O estado de um solo não 
coesivo (areia) define-se pelo chamado grau de compacidade, que indica a maior ou 
menor densidade relativa. O estado que se encontra uma areia pode ser expresso pelo 
seu índice de vazios. Este dado isolado, entretanto, fornece pouca informação sobre o 
comportamento da areia, pois, com o mesmo índice de vazios, uma areia pode estar 
compacta e outra fofa. É necessário analisar o índice de vazio natural de uma areia em 
confronto com os índices de vazios máximo em que ela pode se encontrar. 
 Portanto, tanto o “peso específico aparente seco” como o índice de vazios, poderão 
dar uma idéia do estado e compacidade de uma areia. Quanto mais compacta for a 
uma areia maior será seu peso específico seco e menor seu índice de vazios. 
 O estado de uma areia, ou sua compacidade pode ser expresso pelo índice de 
vazios em que ela se encontra, em relação a estes valores extremos, pelo índice de 
compacidade. 
 GC = 
minmax
max
ee
ee nat


 (adimensional) 
 Os índices de vazios máximoe mínimo depenem das características da areia. 
 No laboratório emax é obtido vertendo-se simplesmente o material seco num 
recipiente de volume conhecido e pesando-se, no estado mais fofo possível. 
Analogamente obtém-se emin, compactando-se o material por vibração ou por 
socamento dentro do mesmo recipiente. Infelizmente esses dois ensaios não foram 
ainda padronizados de forma de forma que a definição de emax e emin é ainda 
imprecisa. 
 e = 
Vs
Vv
 = 
Vs
VsVt 
= 1
Vs
Vt
, se dividir tudo por Ps, implica em e = 1
/
/

PsVs
PsVt
 → 
 e = 1
.

Ps
Vt g
 (formula geral), para cada estado só varia o “Vt” na fórmula geral. 
 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 18 
 
 
 
 Quanto maior o grau de compacidade GC, mais compacta é a areia. Terzaghi 
sugeriu a terminologia apresentada na tabela 3.1. 
 
CLASSIFICAÇÃO GRAU DE COMPACIDADE (GC) 
Areia fofa 0 < GC ≤ 0,33 
Areia de compacidade 
média 
 0,33 < GC ≤ 0,66 
 Areia compacta 0,66 < GC ≤ 1,00 
 Tabela 3.1- Grau de compacidade 
 
 
Tem sido muito utilizada à correlação de compacidade das areias com o índice de 
resistência à penetração dinâmica do barrilete amostrador-padrão (SPT), utilizado em 
sondagens de exploração do subsolo (figura 3.4). A norma de sondagem com SPT (NBR 
6484) prevê que o boletim de sondagem forneça, junto com a classificação do solo, sua 
compacidade (tabela 3.2) ou consistência no caso de solos argilosos. 
 
 
Solo N (golpes) Compacidade 
Areias e siltes arenosos 
≤ 4 Fofa (o) 
5 - 8 Pouco compacta (o) 
9 - 18 Mediamente compacta (o) 
19 - 40 Compacta (o) 
> 40 Muito compacta (o) 
 Tabela 3.2 – Classificação GC e função do N0 de golpes do SPT* 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 19 
 
 
 
*OBS.: SPT (Standart Penetration Test). 
A sondagem a percussão é um procedimento de geotécnico de campo, capaz de amostrar o 
subsolo. Quando associada ao ensaio de penetração dinâmica (SPT), mede a resistência do solo 
ao longo da profundidade perfurada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 O grau de compacidade em função dos pesos específicos é expresso pela relação: 
 GC= 
minmax
min



nat . 
nat
 max 
 
Onde γmax, γnat, γmin são os pesos específicos secos nos estados, respectivamente, mais 
denso possível, natural e mais solto possível 
 
 
Figura 3.4 – Etapas na execução de sondagem a percussão (a) avanço da sondagem por 
desagregação e lavagem e (b) ensaio de penetração dinâmica (SPT) 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 20 
 
 
 
h) Correlações diversas 
 Fórmulas gerais que podem ser utilizadas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 h
p
p
x
a
s
 100 h
P P
P
x
h s
s


100  g
s
s
p
v
 

s h

1
  
P
V
t
t
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
h
p
p
x
a
s
 100 100x
P
PP
s
sh  ; e
V
V
v
S
 ; n
V
V
x
v
t
 100 ; 100x
V
V
S
v
a ; 100x
V
V
A
v
ra 
 
Pesos específicos 
 
V
P
nat  ; 
V
Ps
s  ; 
s
s
g
V
P
 ; 
as
as
sat
VV
PP


 ;   sub sat a  ;  a
a
a
P
V
 
 
 
Relações entre os índices físicos 
 
e
Se ag
nat



1

 
e
e ag
sat



1

 
e
g
s


1

 
h
nat
s


1

 100
1
x
e
e
n

 
 
   sat s an  ))(1( agsub n   assub n  )1(  
a
g
e
h
S


 
 
 
   agnat Snn   1   agsat nn   1   gs n   1 
n
n
e


1
 
 
 
 
  g
a
n
Sn
h




1
 assat n  
e
ag
sub



1

 e
g
s
 


1   1001 xSA  
 
 
 G C
e e
e e
max nat
max min
. .


 
nat
nat xCG



 max
minmax
min..


 V V Vt s v  
 
 
V V Vv a ar  P P Pt s a  1


s
gt
P
v
e

 Ps = 
h
Pt
1
= 
 
 
 
 
 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 21 
 
 
 
LISTA DE EXERCÍCIO 01 
 
 
01) O que são solos? 
02) Como ocorre a desintegração mecânica? 
03) Como ocorre a decomposição química? 
04) O que são solos residuais? 
05) O que são solos sedimentares? 
06) O que são solos de formação orgânica? 
07) O que é um mineral? 
08) Os minerais encontrados no solo são os mesmos das rochas que o originou? 
09) Quais os principais minerais que compõe os solos grossos? 
10) Como são constituídas as argilas? 
11) Quanto à origem e formação dos solos, aqueles que sofreram a ação de agentes 
transportadores são os chamados; 
a) residuais b) orgânicos c) colapsíveis d) sedimentares 
12) Como são formadas as caolinitas? 
13) Qual o comportamento das argilas caolinitas na presença de água? 
14) Como são formadas as montmorilonitas? 
15) Qual o comportamento das argilas montmorilonitas na presença de água? 
16) O que é superfície específica? 
17) O que são betonitas? E qual a sua utilidade? 
18) Dos três grupos de minerais argilosos, qual deles é o mais ativo? 
19) O que é água de constituição? 
20) De que é constituído o solo (fases)? 
21) O que é água capilar? 
22) Quais as águas que podem ser totalmente evaporadas pelo efeito do calor? 
23) De que é composto o volume total do solo? 
24) De que é composto o peso total de um solo? 
25) Como é feita a determinação do teor de umidade de solo? 
26) Como é determinado o ter o de umidade do solo através do aparelho “ Speedy”. 
27) O que é grau de compacidade? 
28) Qual a diferença entre γ e γs? 
29) O que é grau de saturação de um solo? 
30) Como é feita a determinação de γ (peso específico), no campo? 
31) Tálus são solos transportados, tipicamente inconsolidados e sujeitos à instabilidade. Sim ou 
Não. 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 22 
 
 
32) A porosidade de um solo fornece uma medida proporcional de vazios na massa de solo e é 
definida como o volume de vazios no solo dividido pelo volume de grãos? Sim ou Não. 
33) O ensaio de sedimentação visa à obtenção das dimensões dos grãos da fração fina do 
solo? Sim ou Não. 
34) Solos colapsíveis são aqueles que apresentam significativas reduções de volume quando 
umedecidos ou submetidos a mudanças importantes de neveis de tensões. Verdadeiro ou 
falso? Sim ou Não. 
35) Solos contendo altos teores do argilomineral montmorilonita são recomendáveis na 
construção de pavimentos urbanos. Verdadeiro ou falso? 
36) Todo solo tem sua origem _________ ou _________ na decomposição das rochas pela ação 
das intempéries. Assinale a alternativa que melhor preenche as lacunas: 
a) Física, química; b) Característica, não característica; 
c)Imediata, remota; d) Metereológica, espacial 
36) Quando o solo, produto do processo de decomposição das rochas permanece no próprio 
local em que se deu o fenômeno, ele se chama ________. Assinale a alternativa que melhor 
preenche o espaço. 
 a) Transportado; b) Inorgânico; c) Poroso; d) Orgânico; e) Residual. 
37) Seja h o teor de umidade de uma amostra de solo, convencionalmente expresso por 
porcentagem de se peso seco. Considerando-se o teor de umidade como sendo uma 
porcentagem “P” do peso total da amostra, pode-se dizer que P é igual a: 
 a) 
h
h
1
 b) 
h
h
1
 c) 
h
h
2
 d) 
h
h
2
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 23 
 
 
 
LISTA DE EXERCÍCIO 02 
 
 
01) O peso específico de um solo seco é 1,8 g/cm3 e a densidade das partículas 2,70. Determine 
o peso específico do solo para S=25 %, S=60 % e S=100 %. 
Resposta:: =1,88 g/cm3 / =2,00 g/cm3 / : =2,13 g/cm3 
 
02) Sabendo-se que o peso específico de um solo é 1,6 g/cm3, o teor de umidade é 33% e a 
densidade das partículas 2,65; pede-se calcular: o índice de vazios, a porosidade e o grau de 
saturação do solo. Qual a quantidade de água que é necessário adicionar por m3 de solo 
para satura-lo. 
Resposta: e=1,21 / n=54,75 % / S=72,27% / 151,9 l/m³ 
 
03) Para construir um aterro, dispõe-se de uma quantidade de terra, que é chamada pelos 
engenheiros de “área de empréstimo”, cujo volume foi estimado em 3000 m3. Ensaios 
mostraram que o peso específico natural é da ordem de 1,78 t/m3 e que a umidade é de 
cerca de 15,8 %. O projeto prevê que no aterro o solo seja compactado com uma umidade 
de 18%, ficando com um peso específico seco de 1,68 t/m3. Que volume de aterro é possível 
construir com o material disponível e que volume de água deve ser acrescentado? 
Resposta: Vaterro=2.744,87 m³ / ΔV=101,45 m³ = 101.450 l =101,45 m³ = 101.450 l 
 
04) O peso específico de um solo é 1,75 g/cm3 e seu teor de umidade 6 %. Qual a quantidade de 
água a adicionar, por m3 de solo, para que o teor de umidade passe a 13 %? Admitir a 
constância do índice de vazios. 
Resposta: ΔPa=0,1155 ton/m³ ou ΔVa=115,5 l/m³ 
 
05) Uma amostra de solo pesa 200 g e seu teor de umidade é 32,5%. Calcule: 
a)A quantidade de água que se deve retirar da amostra para que o teor de umidade fique 
reduzido a 24,8%; Resposta: ΔPa=-11,62g =-11,62ml ( água a retirar) 
b)A quantidade de água que se deve adicionar à amostra para que o teor de umidade 
aumente para 41 %. Resposta: ΔPa=12,82g =12,82ml ( água a adicionar) 
 
06) Um centímetro cúbico de areia seca pesa 1,7 g e a densidade relativa das partículas é 2,65. 
Determine os pesos específicos do solo para S=30 %, S = 45 % e S=100 %. 
Resposta: =1,77 g/cm3 / =1,83 g/cm3 / : =2,104 g/cm3 
 
07) Uma amostra de argila saturada tem um volume de 162 cm3 e pesa 290 g. Sendo a 
densidade relativa das partículas é 2,79. Pede-se determinar o índice de vazios, a 
porosidade, o teor de umidade e o peso específico do material. 
Resposta: sat=1,79 / e=1,21 / n=56,0 % / h=45,16% 
 
08) Uma amostra de areia com volume de 2,9 litros pesou 5,2 kg. Os ensaios de laboratório para 
determinação da umidade natural, do peso especifico das partículas e do grau de 
compacidade do material forneceram os seguintes resultados: 
 Umidade: 
Peso úmido = 7,79 g -- 5,04 g 
 Peso seco = 6,68 g -- 4,31 g 
 Peso especifico das partículas: 
 Peso do picnômetro com água = 434,12 g 
 Peso do picnômetro com 35 g de solo e mais água ate o mesmo nível = 456,21 g 
 Grau de compacidade: 
 Índice de vazios no estado solto = 0,85 
 Índice de vazios no estado compacto = 0,50 
Calcular: a)teor de umidade, b)peso especifico da s partículas, c)peso da parte sólida, 
d)peso da água, e)volume da parte sólida, f)volume de vazios, g)índice de vazios, h)grau de 
compacidade, i)porosidade, j)grau de saturação, k)peso especifico aparente. 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 24 
 
 
 
 
09) Para construção de uma barragem de terra é previsto um volume de 300.000 m3 de terra, 
com índice de vazios de 0,8. Dispõe-se de três jazidas, designadas de A, B e C. O índice de 
vazios do solo de cada uma delas, bem como a estimativa do custo do movimento de terra 
até o local da obra são indicados no quadro abaixo: 
 
Jazida Índice de vazios Custo do movimento de terra/m3 
A 
B 
C 
0,9 
2,0 
1,6 
R$ 10,20 
R$ 9,00 
R$ 9,40 
 Qual das jazidas é economicamente mais favorável? 
 
10) Em uma amostra de solo indeformada2 são fornecidos os seguintes dados: 
 Volume total 1200 cm 3 
 Peso total úmido mais recipiente 2,90 kg 
 Peso seco mais recipiente (tara da capsula). 2,65 kg 
 Peso do recipiente (tara da cápsula). 0,30 kg 
 Peso específico dos grãos 2,7 g/cm3 
 Pede-se determinar: o grau de saturação, índice de vazios e 
porosidade. 
 
11) Em uma determinada amostra de areia seca, verificou-se os seguintes dados: peso da areia 
seca é de 90g ocupando um volume de 50cm3. Sabendo-se que sua densidade real é de 
2,60, calcule os pesos específicos para o grau de saturação igual a 40% e para o grau de 
saturação igual a 100%. 
 
12) Conhecidos o peso específico úmido igual a 1,7 g/cm3, e teor de umidade e o teor de 
umidade igual a 9%, pede-se determinar s, S, e, sabendo-se que =2,65. 
 
13) São conhecidos, para um determinado solo: =1,8 g/cm3, h=12 % e g=2,7 g/cm3. Pede-se 
determinar: s, S, A, e, n. 
 
14) Uma argila saturada tem umidade h=39,3 % e um peso específico sat=1,84 g/cm3. Determine 
a densidade das partículas e o índice de vazios. 
 
15) Uma amostra de areia no estado natural pesa 875 g e o seu volume é igual a 512 cm3. O seu 
peso seco é 803 g e a densidade relativa dos grãos 2,66 Determine o índice de vazios, 
porosidade teor de umidade e grau de saturação da areia. 
 
16) Uma amostra de areia foi ensaiada em laboratório, obtendo-se: 
 Solo no estado natural: V = 700 cm3 , P = 1260 g 
 Solo no estado seco compacto: V = 644 cm3 Ps = 1095 g 
 Solo no estado seco fofo: V = 755 cm3, Ps = 1095 g 
 Peso específico das partículas: 2,7 g/cm3 
Determinar: 
a) h=? no estado natural b) GC = ? 
 
17) De uma amostra de solo saturado são conhecidos: e sat = 1,85 g/cm3 e h =38,7 %. Pede-se 
determinar o peso específico das partículas. 
 
 
 
 
 
 
2 Amostra Indeformada – é a amostra retirada por processo que procura preservar o volume, a estrutura e a umidade do 
solo; as tensões são, naturalmente, aliviadas e deverão ser recompostas no laboratório. 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 25 
 
 
 
 
18) Um corpo de prova cilíndrico de um solo argiloso apresenta altura H=12,5 cm, diâmetro Ǿ=5,0 
cm e peso de 478,25 g o qual, após secagem, reduziu à 418,32 g. sabendo-se que o peso 
específico dos sólidos é 27,00 KN/m3, determinar: 
 
a) O peso específico aparente seco (γs); γs = 1,70 g/cm3 
 b) O índice de vazios (e); e=0,58 
 c) A porosidade (n); n=93,69% 
 d) O grau de saturação (S); S=26,06% 
 e) O teor de umidade (h). h= 14,33% 
 
19) Calcular a porosidade (n) para um solo que apresenta S = 68 %, γs = 26,5 KN/m3; e h = 15 %. 
Qual é o peso específico desse solo? γ = 19,04 KN/m3 
 
20) Um caminhão basculante com capacidade de 6,0 m3 está cheio com um solo cujo teor 
de umidade médio é de 13 %, γg = 26,75 KN/m3 e γ = 14,5 KN/m3. Calcular a quantidade de água 
que é necessário adicionar a este volume de solo para que o seu teor de umidade seja elevado 
para 18 %. ΔVa= 392,546 litros 
 
21) Deseja-se construir um aterro com volume de 100.000 m3, γ = 1,8 g/cm3 e h = 15 %. A área de 
empréstimo apresenta um solo com γg = 2,70 g/cm3 e n = 58 %. Qual o volume a ser escavado 
para se construir o citado aterro. Vempr= 1,38x105 m3 
 
22) De um corte são removidos 180.000 m3 de solo, com índice de vazios 1,22. Quantos m3 de 
aterro com 0,76 de índice de vazios poderão ser construídos? V` = 143.000 m3 
 
23) De um solo saturado são conhecidos: γsat = 1,85 g/cm3 e h = 38,7 %. Pede-se determinar o 
peso específico das partículas. 
 
Considere a figura abaixo, representativa de uma certa porção de solo, onde se mostram 
separadas esquematicamente as três fases, para responder às questões 24 e 25. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
24) O teor de umidade do solo apresentado é, em porcentagem (h%), igual a: 
 a) 100
2
4 x
P
V
 b) 100
3
3 x
V
P
 c) 100
2
3 x
P
P
 d) 
1
3
P
P
 e) 
1
1
P
V
 
25) O índice físico representativo da equação 100
1
2 x
V
V
 é, em percentagem, o(a): 
a) Índice de vazios; b) Grau de compacidade;c) Grau de saturação do solo; 
d) Grau de aeração; e) Porosidade do solo. 
 
26) Considere as afirmativas abaixo, todas referentes aos índices físicos de um solo. 
 
I – É a razão entre o volume de vazios e o volume total de uma amostra de um solo. 
II – É a porcentagem de água contida nos seus vazios. 
III – É a razão entre o volume de vazios e o volume da parte sólida de um solo. 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 26 
 
 
 
 
Os índices físicos correspondentes às afirmativas I, II e III, respectivamente, são: 
a) Índice de Vazios, Índice de Umidade e Permeabilidade. 
b) Índice de vazios, Higroscopia e Porosidade. 
c) Índice de Secos, Grau de saturação e Porosidade. 
d) Porosidade, Grau de Saturação e Índice de Vazios. 
e) Porosidade, Umidade Absoluta e Permeabilidade. 
 
 
26) julgue os itens abaixo, se verdadeiro ou falso: 
 
a) Solos contendo altos teores de argilomineral montimorilonita são recomendáveis na 
construção de pavimentos urbanos. 
b) Solos colapsíveis são aqueles que apresentam significativas reduções de volume quando 
umedecidos ou submetidos a mudanças importantes de níveis de tensões. 
c) Tálus são solos transportados, tipicamente inconsolidados e sujeito a instabilidade. 
d) A porosidade de um solo fornece uma medida proporcional de vazios na massa de solo e 
é definida como o volume de vazios no solo dividido pelo volume dos grãos. 
e) O ensaio de sedimentação visa a obtenção das dimensões dos grãos da fração fina do 
solo. 
 
27) De uma amostra indeformada de solo são fornecidos os seguintes dados: 
 Volume total = 1000 cm3 
 Peso total úmido = 2,1 Kg 
 Peso total seco = 2,0 Kg 
 Densidade relativa das partículas = 2,50 Kg 
 Peso específico da água = 1,0 Kg/cm3 
O grau de saturação da amostra é igual a: 
 
a) 0,45 b) 0,50 c) 0,65 d) 0,80 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 27 
 
 
 
 
4. PROPREIEDADES FÍSICAS DOS SOLOS 
 
Uma massa de solo pode ser descrita através de suas propriedades físicas, como 
peso específico, teor de umidade, índice de vazios, entre outras, e suas propriedades 
mecânicas, com ângulo de atrito interno, resistência ao cisalhamento, coesão, etc. A 
interação das características do esqueleto sólido do solo – os componentes, tamanhos 
e arranjo de seus grãos, teor de água e do ar nos seus vazios, conferem-lhe 
características distintas. O entendimento do comportamento do solo depende, 
portanto do estudo dos componentes, distribuição granulométirca e arranjo dos grãos 
da fase sólida, e sua interação com a água e ar que lhe ocupa os espaços inter-
granulares. Essa interação sólido-água-ar é profundamente estudada pela física dos 
solos, cujos resultados são aproveitados pela engenharia civil. 
O geólogo deve ter em mente que as propriedades físicas podem ser medidas 
com relativa facilidade em laboratório e que pequena variação de seus valores não 
modifica o equilíbrio dos solos. Entretanto, podem variar muito com as condições 
externa, como por exemplo as chuvas. 
 Os solos são identificados por sua textura, composição granulométrica, plasticidade, 
consistência ou compacidade, além de outras propriedades que auxiliam na sua 
identificação como: estrutura, forma dos grãos, cor, cheiro e friabilidade. 
 
4.1 TEXTURA 
A TEXTURA de um solo é o tamanho relativo dos grãos, portanto refere-se ao grau de 
finura e uniformidade do solo. Por exemplo: pedregulho, areia, silte e argila. O estudo da 
textura dos solos é realizado por intermédio do ensaio de granulometria. Pela sua textura 
os solos podem ser classificados em solos grossos e solos finos. 
 
a) Solos Grossos - Solos com   0,074 mm e suas partículas tem forma arredondada 
poliédrica, e angulosa. Os solos grossos são os PEDREGULHOS e as AREIAS. 
 
b) Solos Finos - Solos com  < 0,074 mm. Os solos finos são os SILTES e ARGILAS 
 
A ABNT através da norma NBR 6502 (Rochas e Solos) estabelece faixas de 
graduação para diferenciar as frações dos solos, conforme Tabela 4.1: 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 28 
 
 
 
 
FRAÇÃO LIMITES (ABNT) 
Matacão de 200,0 mm a 1,0 m 
Pedra-de-mão de 60,0 mm a 200,0 mm 
Pedregulho (cascalho) de 60 mm a 2,0 mm 
Areia Grossa de 2,0 mm a 0,6 mm 
Areia média de 0,6 mm a 0,2 mm 
Areia fina de 0,2 mm a 0,06 mm 
Silte de 0,06 mm a 0,002 mm 
Argila Inferior a 0,002 
Tabela 4.1 - Classificação dos solos em função dos diâmetros (NBR 6502/1995). 
 
Pedregulhos: solos cujas propriedades dominantes são devidas à sua parte constituída 
pelos grãos minerais de diâmetro máximo superior a 2,0 mm e inferior a 60,0 mm. São 
caracterizados pela sua textura, compacidade e forma dos grãos. Conceito da NBR 
6502- Solos formados por minerais ou partículas de rocha, com diâmetro compreendido entre 2,0 mm e 60 
mm. Quando arredondados ou semi-arredondados, são denominados cascalho ou seixo. 
 
Areias: solos cujas propriedades dominantes são devidas à sua parte constituída pelos 
minerais de diâmetro máximo superior a 0,06 mm, e inferior a 2,0 mm. São 
caracterizados pela sua textura, compacidade e forma dos grãos. Conceito da NBR 
6502 - Solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros 
compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm. 
 Grossa: quando os grãos acima referidos têm diâmetro máximo compreendido 
entre 2,0 mm e 0,6 mm. 
 Média: quando os grãos acima referidos têm diâmetro máximo compreendido 
entre 0,6 mm e 0,2 mm. 
 Fina: quando os grão acima referidos têm diâmetro máximo compreendido 
entre 0,2 mm e 0,06mm. 
 
Silte: solo que apresenta apenas a coesão necessária para formar, quando seco, torrões 
facilmente desagregáveis pela presença dos dedos. Suas propriedades dominantes são 
devidas à parte constituída pelos grãos de diâmetro máximo superior a 0,002 mm, e 
inferior a 0,06mm. Caracteriza-se pela sua textura e compacidade. Conceito da NBR 
6502 - Solo que apresenta baixa ou nenhuma plasticidade, e que exibe baixa resistência quando seco o ar. 
Suas propriedades dominantes são devidas à parte constituída pela fração silte. É formado por partículas com 
diâmetros compreendidos entre 0,002 mm e 0,06 mm. 
 
Argila: Solo que apresenta características marcantes de plasticidade; quando 
suficientemente úmido, molda-se facilmente em diferentes formas, e quando seco, 
apresenta coesão bastante para constituir torrões dificilmente desagregáveis por 
pressão dos dedos; suas propriedades dominantes são devidas á parte constituída pelos 
grãos de diâmetro máximo inferior a 0,002 mm. Caracteriza-se pela sua plasticidade, 
textura e consistência em seu estado e umidade naturais. Quanto à textura, são as 
argilas identificadas qualitativamente pela sua distribuição granulométrica. Conceito da 
NBR 6502 -Solo de granulação fina constituído por partículas com dimensões menores que 0,002 mm, 
apresentando coesão e plasticidade. 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 29 
 
 
 
 
 
 Areias – As partículas são visíveis a olho nu 
 Siltes – Quando secam ficam viram pó e são facilmente removidos das mãos e dos sapatos. 
 Argilas – Quando úmidas são pegajosas e difíceis de serem removidas das mãos e dos sapatos. 
 
 
4.2 FORMA DOS GRÃOS 
Tem grande influência sobre o seu comportamento e outras propriedades como 
consistência, compacidade, etc. Principais formas encontradas: 
a) Partículas arredondadas (poliédrica) - Predominam nos pedregulhos, areia e siltes; 
b) Partículas lamelares (semelhantes a lamelas ou escamas) - Encontradas nas argilas 
(solos finos). Esta forma de partículas das argilas responde por algumas de suas 
propriedades, como, por exemplo, a compressibilidade e a plasticidade. 
c) Partículas fibrilares - Característica dos solos turfosos (orgânico) 
 
4.3 COMPORTAMENTO DOS SOLOS 
O comportamentodos solos finos é em função da composição mineralógica, que é 
governado pelas forças de atração moleculares e elétricas e pela presença de água; O 
comportamento dos solos grossos é função da sua granulometria que é governado 
pelas forças gravitacionais. Os SILTES apesar de serem classificados como finos, o seu 
comportamento é governado pelas forças gravitacionais (mesmas dos solos grossos). 
 
4.4 IDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE ENSAIOS 
Para identificação dos solos a partir das partículas que os constituem, são 
empregados correntemente dois tipos de ensaio, a análise granulométrica e os índices 
de consistência. 
 
4.4.1 Análise Granulométrica 
 Análise granulométrica é a determinação das dimensões dos grãos que constituem 
o solo e a percentagem (proporções) da massa total dos grãos nos diversos intervalos e 
tamanhos. Esta análise consiste, em geral, de duas fases: peneiramento e 
sedimentação. O peso do material que passa em cada peneira, 
referido ao peso seco da amostra, é considerada como a “percentagem que passa” e 
é representada graficamente por uma “curva granulométrica”, como se mostra à figura 
4.1. Curva esta, que é traçada por pontos em um diagrama semi-logarítmo, no qual 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 30 
 
 
 
sobre o eixo das abscissas, são marcados os logarítmos das dimensões das partículas e 
sobre o eixo das ordenadas as porcentagens, em peso das partículas que têm 
dimensões consideradas. A abertura nominal da peneira é considerada como o 
“diâmetro efetivo” das partículas. Trata-se evidentemente de um “diâmetro 
equivalente”. 
 A análise por peneiramento tem como limitação a abertura da malha das peneiras. 
A menor peneira comercialmente empregada é a de N0 200, cuja abertura é de 0,074 
mm. Uma amostra de solo pode ser analisada, granulometricamente, por secagem e 
peneiramento ou, então submetendo-a a um ensaio de sedimentação. Ela é realizada 
em um laboratório de solos e é realizada em três etapas: 
a) Peneiramento grosso - Análise granulométrica da fração grossa da amostra de solo – 
grãos > que 2,0 mm; 
 
b) Peneiramento fino - Análise granulométrica da fração média da amostra de solo – 
grãos > que 0,074 mm e < que 2,0 mm; 
c) Sedimentação - Análise granulométrica da fração fina da mostra de solo – grãos < 
que 0,074 mm. 
 Quando há interesse no conhecimento da distribuição granulométrica da porção 
mais fina dos solos, emprega-se a técnica da sedimentação contínua em meio líquido, 
que se baseia na lei de Stokes, a qual estabelece uma relação entre o diâmetro da 
partícula e sua velocidade de sedimentação em um meio líquido de viscosidade e 
peso específico conhecidos. 
 
 
Figura 4.1 – Esquema representativo da sedimentação 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 31 
 
 
 
Para se fazer uma análise granulométrica de solos é necessário adotar uma escala 
granulométrica. Existem várias, tais como as escalas: Internacional, ABNT, ABCP, 
AASHO, ASTM, USCS e MIT. Para fim deste estudo a escala adotada é da ABNT NBR 
6502. 
Escala da ABNT (NBR 6502/1995) 
 
 Os pedregulhos e areias bem graduados e compactados são minerais estáveis. 
Quando não apresentam teores de partículas finas, são fáceis de compactar e pouco 
afetados pela umidade. Uma areia fina e uniforme aproxima-se das características de 
um silte com diminuição da permeabilidade e redução da estabilidade em presença 
de água. Areias finas são difíceis de distinguir visualmente dos siltes. 
 Os siltes são relativamente impermeáveis difíceis de compactar e podem ser 
facilmente pulverizadas (converter em pó) quando secos. 
 As argilas são os finos plásticos e têm resistência variável com a umidade. São 
impermeáveis e difíceis de compactar, quando úmidas, e quase impossível de drenar 
por métodos comuns. Grande expansibilidade e contração podem ocorrer com 
variações de umidade. Quando maior for o limite de liquidez, maior a sua 
compressibilidade. 
 Os finos siltes e argilas influenciam consideravelmente nas propriedades dos solos. 
Cerca de 10% de finos presentes em areias e pedregulhos bem graduados tornam-se 
impermeáveis. 
Curva Granulométrica 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 32 
 
 
 
A análise granulométrica dos solos permite definir coeficientes e características 
granulometria, são eles: 
 
b) Diâmetro efetivo (D10): É o diâmetro de uma partícula de solo que em 10% da massa 
total deste solo têm diâmetro menor que o valor (D10) 
 
c) Coeficiente de uniformidade (Cu) - É a razão entre os diâmetros correspondentes a 
60% e 10% da massa total de um solo que tem diâmetros menores. Tomados na curva 
granulométrica; 
 
 
 
 
 
d) Solos bem graduados ou contínuos - A amostra apresenta diversos tamanhos dos 
grãos, cobrindo proporcionalmente toda a faixa granulométrica; 
 
e) Solos de graduação uniforme - A amostra de solo apresenta características de que 
todas as partículas têm o mesmo diâmetro, e não há grande variação de tamanho de 
grãos; 
 
f) Solos de graduação aberta ou descontínua - Contêm na amostra de solo grãos 
maiores e grãos menores, observando-se uma descontinuidade na granulometria. 
Consideram-se a granulometria dos solos quanto à uniformidade em: 
 Muito uniforme quando Cu < 5; 
 Uniformidade média quando 5 < Cu < 15; 
 Desuniforme quando Cu >15 
 
g) Coeficiente de curvatura (CC): 
CC = (D 30) 2 / (D 10 . D 60) Solos bem graduados têm 1 < CC < 3. 
 
 O tamanho dos grãos de solo e a porção que eles ocorrem são importantes na 
seleção de material para a construção de barragens de terra, estradas e aterros e geral, 
onde o solo usado deve satisfazer as especificações definidas. Em fundações de 
 
 
d60 – corresponde ao diâmetro que possui 60% da massa 
total menores que ele. 
d10 – corresponde ao diâmetro que possui 10% da massa 
total menores que ele. 
 
Cu = 
10
60
d
d
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 33 
 
 
 
estruturas, os dados granulométricos, em geral, são apenas ilustrativos e têm maior 
importância outras propriedades, como a compressibilidade e a resistência ao 
cisalhamento do solo. 
 
 
Não existe uma concordância universal quanto ao intervalo de variação dos 
diâmetros de cada uma das frações que compõem os solos. Vejam-se a seguir 
algumas escalas granulométricas: 
 
 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 34 
 
 
 
 
Tipos de curvas granulométricas 
 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 35 
 
 
 
E X E R C Í C I O S – sala de aula 
 
01) Para os solos A, B e C, cujas curvas granulométricas são indicadas na figura abaixo, 
pede-se: 
a) calcular coeficiente de uniformidade de cada solo; 
b) qual o solo de maior diâmetro efetivo? 
c) classificar os solos quanto a sua uniformidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
02)Determinar as percentagens de areia, silte e argila de um solo, de acordo com a 
escala granulométrica da ABNT, sabendo-se que: 
Peneiras (mm) % que Passa Peneiras (mm) % que passa 
25,0 100 0,25 44 
9,60 80 0,074 24 
4,80 72 0,05 21 
2,00 67 0,005 11 
0,42 56 0,001 4 
 
03) A análise granulométrica de um solo revelou o seguinte resultado: 
N0 da peneira Abertura em 
mm 
Porcentagem 
passando 
10 2,00 100 
40 0,42 95 
60 0,25 88 
140 0,105 74 
200 0,074 65 
- 0,05 59 
- 0,005 18 
- 0,001 6 
 Pede-se traçar a curva granulométrica e determinar o diâmetro efetivo (def) e o 
coeficiente de uniformidade (Cu). 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 36 
 
 
 
4.5 PLASTICIDADE E CONSISTÊNCIA DOS SOLOS 
A plasticidade é uma das mais importantes propriedades dos solos, sendo essa 
característica pertencente aos solos finos, ou seja, as argilas. Essa propriedade é 
associada à umidade dos solos. 
A experiência mostrou que,para os solos em cuja textura haja uma certa 
porcentagem de fração fina, não basta a granulometria para caracterizá-los sob o 
ponto de vista da engenharia, pois suas propriedades plásticas dependem do teor de 
umidade, além da forma das partículas e da sua composição química e mineralógica. 
Enquanto que, os solos arenosos são perfeitamente identificáveis por meio de suas 
curvas granulométricas. Isto é, areias ou pedregulhos de iguais curvas granulométricas 
comportam-se, na prática de forma semelhante. 
 
4.5.1 Plasticidade 
 A plasticidade é normalmente definida como uma propriedade dos solos, que 
consiste na maior ou menor capacidade de serem eles moldados, sob certas condições 
de umidade, sem variação de volume. É essa uma propriedade das argilas, muito útil à 
cerâmica onde se necessita que o material seja moldado sem variações de volume. 
 Em outras ciências da engenharia, o comportamento plástico dos materiais 
fundamenta-se nas características tensão-deformação. Assim é que um corpo diz-se 
elástico quando recupera a forma e o volume primitivo, ao cessar a ação das forças 
externas que o deformava; ao contrário, diz-se plástico quando não recupera seu 
estado original ao cessar a ação deformante. Na prática os corpos não correspondem 
rigorosamente a nenhum dos tipos citados, posto que todos eles apresentam uma fase 
elástica e outra plástica, com predominância em geral de uma sobre a outra. 
 
4.5.2 Ìndices de consistência (limites de Atterberg) 
 A CONSISTÊNCIA refere-se ao grau de coesão entre as partículas de solo e a 
resistência oferecida às forças que tendem a deformar ou romper a massa de solo. 
Portanto é definida como sendo a maior ou menor dureza em que os solos coesivos são 
encontrados na natureza. A sua obtenção em laboratório é através do ensaio de 
resistência a compressão simples, e a sua obtenção no campo por meio da resistência 
à penetração dinâmica (SPT). 
 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 37 
 
 
 Como foi visto no item anterior, o comportamento dos solos com fração fina não 
dependem somente da sua granulometria. Portanto, o seu comportamento depende 
além da granulometria de outros fatores como: superfície específica, teor de umidade, 
 
estrutura, forma das partículas e composição mineralógica, ou seja estes solos 
apresentam um comportamento complexo. Veja, solos que possuem a mesma 
porcentagem da fração argila, pode ter comportamentos muito diferentes, 
dependendo das características dos minerais presentes. 
 Todos esses fatores interferem no comportamento do solo, mas o estudo dos 
minerais-argilas é muito complexo. À procura de uma forma mais prática de identificar a 
influência das partículas argilosas, a engenharia a substituiu por uma análise indireta, 
baseada no comportamento do solo na presença de água. 
 Generalizou-se, para isto, o emprego de ensaios e índices proposto pelo engenheiro 
químico Atterberg, pesquisador do comportamento dos solos sob o aspecto 
agronômico, adaptado e padronizado pelo Professor de Mecânica dos Solos Arthur 
Casagrande. 
 Os limites se baseiam na construção de que um solo argiloso ocorre com aspectos 
bem distintos conforme o seu teor de umidade. Quando o solo está muito úmido, ele se 
comporta como um líquido (fluido denso) e se diz no estado líquido; quando perde 
parte de sua água, ele endurece e perde sua capacidade de fluir, porém pode ser 
moldado facilmente e conservar sua forma, o solo agora se encontra no estado 
plástico. E quando mais seco, torna-se quebradiço (se desmancha ao ser trabalhado), 
encontram-se nos estados semi-sólido e sólido. 
 Os teores de umidade correspondentes às mudanças de estado, como se mostra à 
figura 4.2, são definidos como: Limite de Liquidez (LL) e Limite de Plasticidade (LP) dos 
solos. A diferença entre estes dois limites, que indica a faixa de valores em que o solo se 
apresenta plástico, é definida como o Índice de Plasticidade (IP) do solo. Em condições 
normais, só são apresentados os valores do LL e do IP como índices de consistência dos 
solos. O LP só é empregado para a determinação do IP. 
 
 
 
 
 
 
 Umidade(%) - crescendo → 
 
 Figura 4.2 – Estados físicos 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 38 
 
 
 
Limite de Liquidez - é definido como o teor de umidade do solo para a qual a ranhura se 
fecha com 25 golpes, no ensaio em laboratório pelo aparelho de 
 
Casagrande como ilustrado na figura 4.3. Traça-se o gráfico semilogarítmo por meio de 
diversas tentativas realizadas, com o solo em diferentes umidades, anotando-se o 
número de golpes para fechar a ranhura, obtendo-se o limite pela 
interpolação dos resultados correspondente a 25 golpes. O procedimento de ensaio é 
padronizado no Brasil pela ABNT (Método NBR 6459). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Com os valores obtidos (número de golpes para fechar a ranhura feita na amostra, 
e as umidades correspondentes) traça-se a linha de escoamento do material, a qual no 
intervalo compreendido entre 6 e 35 golpes, pode considerar-se como uma reta 
conforme ilustra figura 4.4. Recomenda-se a determinação de, pelo menos, 5 pontos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.4 – Linha de escoamento do material 
 
Antes do 
ensaio 
Depois do 
ensaio 
Figura 4.3 – Ensaio para determinação do limite de liquidez 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 39 
 
 
 
 De acordo com os estudos do Federal Highway Administration (órgão Americano 
na área de Estradas), o LL pode também ser determinado, conhecido “um só ponto”, 
por meio da fórmula: 
 
 
 
 A resistência que o solo oferece ao fechamento do sulco, medida pelo número de 
golpes requerido, provém da sua “resistência ao cisalhamento” correspondente à 
umidade que apresenta. 
 O limite de liquidez também pode ser determinado pelo método do cone de 
penetração. Este método apresenta algumas vantagens, a saber: o ensaio é fácil de 
executar, os resultados não são tão dependentes do julgamento do operador e é 
aplicável para uma maior variedade de solos. 
 
Limite de Plasticidade – É definido como o menor teor de umidade com o qual se 
consegue moldar um cilindro com 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm e comprimento, 
rolando-se o solo com a palma da mão (figura 4.5) sobre uma placa de vidro fosco. O 
procedimento é padronizado no Brasil pelo método NBR 7180. 
 Nota-se que a passagem de um estado para outro ocorre de forma gradual, com a 
variação da umidade. A definição dos limites acima descrita é arbitrária 
(convencional). Isto não diminui seu valor, pois os resultados são índices comparativos, e 
que permitem, de maneira simples e rápida, dar uma idéia bastante clara do tipo de 
solo e suas propriedades. A padronização dos ensaios é que é importante, sendo de 
fato, praticamente universal e rotineiras nos laboratórios de Mecânica dos Solos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LL = 
n
h
log3,0419,1 
 
Onde h é a umidade, em porcentagem, 
correspondente a n golpes 
Figura 4.5 – Procedimento manual para determinação do limite de 
plasticidade. Em b, está fora das condições requisitadas 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 40 
 
 
 
Índice de Plasticidade - Representa a zona em que o solo se acha no estado plástico, 
por ser máximo para as argilas e mínimo, ou melhor, nulo para as areias, fornece um 
critério para se ajuizar do caráter argiloso de um solo; assim quanto maior o IP, tanto 
mais plástico será o solo. É definido pela diferença entre os limites de liquidez e o de 
plasticidade: 
 
 
 Quando um material não tem plasticidade (areia, por exemplo), considera-se o 
índice de plasticidade nulo e escreve-se IP =NP (não plástico). 
 Para uma pequena porcentagem de matéria orgânica eleva o valor o LP, sem 
elevar simultaneamente o do LL; tais solos apresentam, pois, baixo valor de IP. 
 SegundoJenkins, os solos poderão ser classificados em: 
 Fracamente plásticos: ................... 1 < IP < 7 
 Mediamente plásticos: ................... 7 < IP < 15 
 Altamente plásticos: ...................... IP > 15 
 
4.5.3 Propriedades da fração argilosa dos solos 
a) Troca catiônica - As investigações sobre as propriedades das frações muito finas dos 
solos mostram que a superfície da partícula sólida possui uma carga elétrica negativa, 
cuja intensidade depende primordialmente de suas características mineralógicas; as 
atividades físicas e químicas decorrentes dessa carga superficial constituem a 
chamada atividade da superfície do mineral. 
 Portanto, os grãos de argila, pelo menos quando dispersos em água, têm uma 
carga elétrica negativa. E como as partículas estão presas entre si no solo, e impedidas 
de migrar, movimenta-se a água intersticial (na forma polarizada H+ , OH-), ou seja, as 
partículas sólidas atraem seus íons positivos H+ , formando uma película 
de água adsorvida (Figura 4.6), além de outros cátions adsorvidos como, por exemplo, 
dos mais comuns: Na+, K+ e Ca++. A natureza desses cátions determina 
muitas propriedades das argilas. As argilas têm a propriedade de trocar os íons 
adsorvidos. 
 
 
 
 
 
Obs.: Nas argilas para tijolos, 
são indicados os seguintes 
valores de plasticidade: 
LL= 42; LP = 21; IP = 21 
 
IP =LL-LP 
Figura 4.6 – Partícula de argila 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 41 
 
 
 
b) Atividade das Argilas - Os índices de Atterberg indicam a influência dos finos argilosos 
no comportamento do solo. Certos solos com teores elevados de argila podem 
apresentar índices mais baixos do que aqueles com pequenos teores de argila. Isto 
pode ocorrer porque a composição mineralógica dos argilo-minerais é bastante 
variável. Pequenos teores de argila e altos índices de consistência indicam que a argila 
é muito ativa (no popular é uma argila gorda). Dos três grupos mais comuns de minerais 
argílicos, as caolinitas são as menos ativas e as montmorilonitas as mais ativas. 
 
 Solos de mesma procedência, com o mesmo mineral-argila, mas com diferentes 
teores de argila, apresentarão índices diferentes, tanto maiores quanto maior o teor de 
argila, numa razão aproximadamente constante. Quando se quer ter uma idéia sobre a 
atividade da fração argila, os índices devem ser comparados com a fração argila 
presente. Segundo Skempton, é isto que mostra o índice de atividade de uma argila, e 
que pode ser definido pela relação: 
 
 
 
 
 
 A argila presente num solo é considerada normal quando seu índice de atividade 
se situa entre 0,75 e 1,25. Quando o índice é menor que 0,75 considera-se como inativa 
e, quando o índice é maior que 1,25, ela é considerada ativa. 
 Este índice pode servir, então, como indicação da maior ou menor influência das 
propriedades mineralógicas e químico-coloidal, da fração argila, nas propriedades 
geotécnicas de um solo argiloso. É um índice que tem grande valor na caracterização 
dos solos para fins de engenharia. 
 
d) Coesão - De uma forma intuitiva, a coesão é aquela resistência que a fração 
argilosa empresta ao solo, pela qual ele se torna capaz de se manter coeso, em 
forma de torrões ou blocos, ou pode ser cortados em forma diversas e manter essa 
forma. De uma forma geral, poder-se-ia definir coesão como a resistência ao 
cisalhamento de um solo quando, sobre ele, não atua pressão externa alguma. 
 
 
 
Índice de Atividade (IA) = 
)002,0(%arg mmilafração
IP

 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 42 
 
 
 
4.5.4 Índice de consistência (IC) 
 É a medida de consistência de um solo em função do seu teor de umidade natural. 
 
 
 
 
 A consistência das argilas pode ser quantificada por meio de um ensaio de 
compressão simples, que consiste na ruptura por compressão de um corpo de prova de 
argila, geralmente cilíndrico. A carga que leva o corpo de prova à ruptura, dividida 
pela área deste corpo é denominada resistência à compressão simples da argila (a 
 
expressão “simples” expressa que o corpo não é confinado), conforme ilustra a figura. 
4.7. 
 Em função do índice de consistência e da resistência à compressão simples, a 
consistência das argilas é expressa pelos termos apresentados na tabela 4.2. 
 
Consistência 
Índice de 
consistência (IC) 
Resistência a compressão simples 
(Kg/cm2) 
muito mole IC < 0 R < 0,25 
mole 0 a 0,50 0,25 a 0,50 
média 0,50 a 0,75 0,50 a 1,00 
rija 0,75 a 1,00 1 a 4,00 
dura IC > 1,00 R > 4,00 
 Tabela 4.2– Consistência em função da resistência a compressão simples e do 
 índice de consistência 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IC = 
IP
hLL 
 
 
Figura 4.7– Resistência a compressão simples de uma 
amostra indeformada. 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 43 
 
 
 
4.5.5 Emprego dos índices de consistência 
 Os índices de consistência têm se mostrado muito útil para a identificação dos solos 
e sua classificação. Desta forma, com o seu conhecimento, pode-se prever 
 
muito do comportamento do solo, sob o ponto de vista da engenharia. Uma primeira 
correlação foi apresentada por Terzaghi, resultante da observação de que os solos são 
tanto mais compressíveis (sujeito a recalques) quanto maior for o seu LL. Tendo-se a 
compressibilidade expressa pelo índice de compressão (Cc), estabeleceu-se a seguinte 
correlação: 
 
 
 
 
 
 De maneira análoga, diversas correlações empíricas vêm sendo apresentadas, 
muitas vezes com uso restrito para solos de uma determinada região ou de uma certa 
formação geológica. 
 
Portanto, a granulometria, o limite de liquidez e o índice de plasticidade são as 
“propriedades índices”, capazes de identificar qualquer solo quanto ao seu 
comportamento como material de construção. Evidentemente, suas propriedades 
tecnológicas irão depender, ainda, do estado em que tais materiais se encontram na 
natureza, isto é, em estado mais fofo ou mais compacto, ou mais mole ou mais duro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cc – Índice de compressão 
LL – Limite de liquidez 
 
Cc = 0,009 (LL – 10) 
 
 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 44 
 
 
E X E R C I C I O S – sala de aula 
 
01) Na determinação do LL de um determinado solo, obteve-se os seguintes valores: 
 
Pontos A B C D E 
N0 de golpes 
Umidade (%) 
49 
16 
31 
20 
23 
21 
19 
23 
8 
31 
 
 Pergunta-se: se o IP desse solo é 8,5%, qual o seu LP? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
02) Na determinação do LL de um determinado solo obteve-se os seguintes valores: 
 
Pontos A B C D 
N0 de golpes 
Umidade (%) 
44 
29 
31 
35 
23 
40 
12 
49 
 
 Pergunta-se: Se o LP = 22 % e h = 31 %, pede-se para classificar o solo quanto à 
consistência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
26 
24 
28 
30 
32 
34 
36 
38 
40 
Mecânica dos Solos 
 
Prof. João Carlos de Moura Leal Página 45 
 
 
 
5.0 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS (classificação geotécnica) 
 
5.1 INTRODUÇÃO 
 
A diversidade e a enorme diferença de comportamento apresentada pelos 
diversos solos perante as solicitações de interesse da engenharia levou ao seu natural 
agrupamento em conjuntos distintos, aos quais podem ser atribuídas algumas 
propriedades. Desta tendência racional de organização da experiência acumulada, 
surgiram os sistemas de classificação dos solos. 
O objetivo da classificação dos solos, sob o ponto de vista de engenharia, é o de 
poder estimar o provável comportamento do solo ou, pelo menos, o de orientar o 
programa de investigação necessário para permitir a adequada análise de um 
problema. 
Existem diversas formas de classificar os solos, como pela sua origem geológica, 
pela sua evolução, pela presença ou não de matéria orgânica, pela sua granulometria. 
Os sistemas de classificação que se