P1 - Solos II

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P1 – Mecânica dos Solos II 
 
Requisitos específicos para obras de terra 
• Resistência 
o Suportar o peso próprio e as cargas que virão. Vai depender de: 
▪ Natureza do material utilizado: pode ser melhorada por mistura de solos 
e/ou adição de cimento, cal, etc – geralmente esse procedimento não é 
econômico. 
▪ Umidade: quanto menor, maior a resistência. Pode-se controlar o aumento 
da umidade com impermeabilizações externas e drenagens 
interna/externa à obra. 
▪ Índice de vazios: quanto menor, maior a resistência.. Pode ser diminuído por 
compactação. 
 
• Recalques 
o Deve permitir apenas deformações compatíveis com a obra que vai suportar. Vai 
depender de: 
▪ Natureza do material utilizado 
▪ Índice de vazios 
 
• Retração e Inchamento 
o É possível controlar a variação de umidade durante a execução da obra, mas não 
durante sua vida útil. Logo, pra obter um bom controle da retração e do 
inchamento, é necessário selecionar um bom material. 
▪ Solos mais densos incham com o aumento da umidade e sofrem retração 
com a diminuição. 
▪ Solos de baixa densidade não sofrerão inchamento, mas retraem com a 
diminuição da umidade ou terão baixa resistência e compressibilidade 
elevada. 
 
• Permanência das características de resistência e incompressibilidade 
o Garantia de permanência das qualidades da obra pode ser feita pela escolha de um 
bom material. 
o Podem ocorrer o enfraquecimento do material pelo aparecimento de trincas, 
amolecimento de solos argilosos, deterioração da fase sólida ou de suas ligações 
devido a uma intemperização acelerada, etc. 
CompActAçÃo 
 
• Adensamento: processo longo – expulsão da água dos vazios por meio de carregamento, 
sendo a expulsão função da permeabilidade e sendo esta baixa em solos finos, solos 
saturados vão demandar mais tempo. 
• Compactação: processo instantâneo – compressão do ar dos vazios em solos não 
saturados. 
 
Mecanismos de COMpACTAÇÃo 
 
A escolha vai depender do tipo de solo, pois as forças que tendem a impedir o processo variam 
• Reorientação de partículas 
• Fratura de grãos ou torrões e reorientação dos fragmentos 
• Dobramento ou distorção de partículas e camadas de água adesiva 
 
• Solos coesivos costumam passar pela reorientação de partículas ou distorção – partículas 
são muito pequenas para serem quebradas. 
o A reorientação é resistida pela coesão. Essa resistência pode ser diminuída pela 
adição de água nos solos. 
▪ Coesão verdadeira: atração entre partículas sólidas 
▪ Coesão aparente:: atração entre partículas do solo devido à tensão da 
superfície da água em solos parcialmente saturados. Se o solo passar 
por secagem ou for saturado, essa coesão desaparece. 
 
• Solos granulares costumam ser densificados primeiramente pela reorientação de 
partículas, e secundariamente pela quebra dos grãos. 
o A reorientação é resistida pelo atrito entre grãos e a quebra pode ser resistida a 
depender da mineralogia. 
o A adição de água pode reduzir a capilaridade – coesão aparente – e facilitar a 
compactação. 
o A quebra pode alterar a granulometria dos solos e, com isso, suas propriedades, o 
que não é desejável. 
 
 
 
ENSAIO – CURVA De COMPACTAÇÃO 
 
1) Toma-se uma amostra de solo; 
2) Divide-se essa amostra em n amostras de massa seca igual; 
3) Adiciona-se uma quantidade de água diferente e crescente nas amostras; 
4) Soca-se as amostras em seus respectivos recipientes 
 
Quanto menor o volume, maior a densidade e mais eficiente foi a compactação. O índice que retrata 
isso melhor é a massa específica aparente seca ( 𝛒𝐝), onde: 
 
𝜌𝑑 =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 (𝑀𝑠)
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑉𝑇)
=
𝑀𝑠
𝑉𝑣 + 𝑉𝑠
 (𝑠𝑒 ÷ 𝑀𝑠) =
𝜌𝑆
𝑒 + 1
=
𝜌𝑤
1
𝐺𝑠
+
𝑤
𝑆
 
 
Plotando um gráfico ρd x w, teremos a curva de compactação. 
Os solos com menor umidade terão maiores volumes – menor ρd – e conforme a umidade aumenta 
o volume vai diminuindo – aumentando ρd – até chegar em uma determinada umidade (umidade 
ótima - ρd máxima) em que o volume volta a aumentar – voltando a diminuir ρd . 
 
5) Obtém-se a massa total do solo socado dentro do recipiente e retira-se uma pequena 
amostra para determinação da umidade, obtendo-se, assim, ym ponto da curva (𝑤1, ρ
d1
) 
6) Repete-se o processo até obter-se pontos o suficiente para traçar a curva e obter-se o 
valor da umidade ótima. 
 
• As densidades são menores no ramo seco – antes da umidade ótima – já que o rearranjo 
das partículas é resistido pela coesão aparente. Conforme adicionamos água, a coesão 
aparente vai diminuindo e o rearranjo vai sendo facilitado, até atingir ρd máxima, que 
corresponde aproximadamente ao grau de saturação (S) máximo da amostra. 
• Umidade ótima: umidade em que o solo apresentará o melhor comportamento possível diante 
das variações climáticas existentes na obra de terra. 
• A curva de compactação de areias limpas é diferente, não é tão bem definida, pois no 
ramo seco a coesão aparente varia, de forma que a densidade não é constante para as 
mesmas umidades, e no ramo úmido o solo tende a saturar, mas é tão permeável que é 
rapidamente drenado. 
 
 
• Em solos argilosos saturados a densificação acontece por adensamento, então podemos 
dizer que o ponto da saturação é o limite de compactação desses solos. A massa específica 
aparente seca máxima (𝜌𝑑𝑤 ) vai ocorrer quando S = 1. 
𝜌𝑑𝑤 =
𝐺𝑠 × 𝜌𝑤
1 + 𝑒∗
 
𝑆 × 𝑒 = 𝑤 × 𝐺𝑠 
Se S = 1, temos: 
𝑒 = 𝑤 × 𝐺𝑠 
Logo, temos a equação da curva de saturação de um dado solo para S = 100% 
𝜌𝑑𝑤 =
𝐺𝑠 . 𝜌𝑤
1 + 𝑤 × 𝐺𝑠
=
𝜌𝑤
1
𝐺𝑠
+ 𝑤
 
o e é o índice de vazios para w quando S = 1. 
 
Quando S ≠ 1, temos: 
𝜌𝑑𝑤 =
𝜌𝑤
1
𝐺𝑠
+
𝑤
𝑆
 
 
ENerGIA 
 
A Energia específica de compactação (E) vai depender de variáveis como o tamanho do molde de 
ensaio (V), o peso do soquete (W), a altura de queda do soquete (h), o número de camadas (N) e o 
número de golpes por camada (n) 
𝐸 =
𝑊 × ℎ × 𝑁 × 𝑛
𝑉
 
 
↑ Energia de compactação ↑ Densidade aparente seca ↓ Umidade ótima 
 
• Todos os ensaios de compactação recebem o nome de Proctor, sendo o original Proctor 
Padrão e os outros, com energia maior devido a equipamentos mais pesados, Proctor 
Modificado e Proctor Intermediário. 
o Os ensaios acima citados são de apiloamento, e a operação dos equipamentos em 
campo raramente se assemelha a isso. Com isso, desenvolveram-se ensaios que 
mais se assemelham a operação de campo, como o Harvard Miniatura, mas que 
não obtem resultados significativamente diferentes, então o único procedimento 
de rotina continua sendo o ensaio Proctor. 
 
 
ENSAIO PROCTOR 
 
Vai fornecer a curva de compactação do material 
• Umidade baixa – pouca adição de água 
o Ramo seco da curva 
o Momento em que material tem muito atrito entre partículas, pouca possibilidade 
de movimentação do solo 
o Dificuldade de expulsão do ar dos vazios 
• Umidade “mediana” – umidade ótima 
o Melhor deslizamento entre partículas do solo 
o Possibilidade de diminuir ao máximo o ar entre vazios do material 
• Umidade alta 
o Ar dentro dos vazios não consegue ser expulso – água cria “invólucros” contendo 
o ar, formando um material plástico, “borrachudo”. 
Variando a energia de compactação: 
 
 
GRAU DE COMPACTAÇÃO 
 
Especificamos uma compactação a ser realizada em campo em termos de graus de compactação. 
 
𝐺𝐶 % =
𝜌𝑑,𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 × 100
𝜌𝑑,𝑚á𝑥
 
 
Definição de uma faixa de umidade (𝑤ó𝑡 ± 𝑋%) a ser utilizada para obter um determinado GC 
com a mesma energia de compactação de laboratório. 
 
 
Como citado, areias limpas possuem curvas de compactação mal definidas, por esse motivo, 
especifica-se sua compactação em termos de compacidade relativa 
 
SOLOS COESIVOS COMPACTADOS 
Estrutura vai depender da umidade em que for compactado: 
• Ramo seco: coesão do solo é grande, rearranjo das partículas é mais difícil, estrutura mais 
floculada. 
• Ramo úmido: solo praticamente saturado, coesãopequena, rearranjo das partículas é 
facilitado e estrutura é dispersa.. 
o Serão então mais flexíveis (deformam sem trincar) 
o Menor inchamento por conta da umidade maior 
o Menor perda de resistência na submersão 
o Maior retração na secagem (trincas) 
o Menos resistentes e mais compressíveis comparados com solos de mesma 
densidade compactados do lado seco. 
Ensaio CBR – California Bearing Ratio – ISC – Indice de suporte Califórnia 
 
MÉTODOS E EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃO 
 
 
PESQUISA DE JAZIDAS 
A escolha da ou das jazidas para extração de material vai depender de: 
• Custos do material 
o Extração, transporte, umedecimento/secagem, espalhamento, preparação, 
compactação e projeto com o uso do material. 
• Quantidade de material 
o Determinada através de sondagens a trado – determina a espessura dos materiais 
em cada ponto do terreno 
• Qualidade do material 
 
Sequência para processamento de reconhecimento de jazidas – Sowers: 
1. Reconhecimento de campo – Inspeção por sondagens, obtenção de amostras de 200 
gramas para classificação 
a. Envolve inspeção do campo, sondagens e ensaios de laboratório 
2. Avaliação qualitativa através de classificação e experiência 
3. Obtenção de maior quantidade de amostras (50 kg) para realização de ensaios específicos 
a. Geralmente resistência ao cisalhamento, expansão e contração, compressibilidade, 
deformabilidade (adensamento e triaxial), permeabilidade, etc. 
b. Algumas etapas podem ser puladas ou adicionadas de acordo com a experiência do 
profissional comandando a pesquisa. 
 
Eng. Murillo Lopes de Souza: 
1. Reconhecimento 
a. Inspeção de campo, sondagem (5 furos – 4 na periferia, 1 no centro), ensaios de 
laboratório (caracterização (granulometria e limites de Atterberg, Compactaçã, 
CBR) 
b. Para sub-base estabilizada: IG = 0, se for solo laterítico IG > 0 caso Expansão < 
0,2% ; CBR ≤ 20/ Expansão ≤ 1% 
c. Para base estabilizada: LL ≤ 25, IP ≤ 6, Expansão ≤ 0,5%, CBR vai depender do 
tráfego, Granulometria deve estar dentro de uma das faixas abaixo 
 
Obs.: tipo de solo raramente encontrado na natureza, solução usual é utilizar mistura de solo com 
brita. 
 
 
 
 
COMPACTABILIDADE DE SOLOS GRANULARES 
 
𝐹 =
(𝑒𝑚á𝑥 − 𝑒𝑚í𝑛)
𝑒𝑚í𝑛
 
 
• F = Compactabilidade dos solos granulares – quanto maior, melhor as características de 
compactação 
 
MÉTODO DE HILF 
No controle de compactação: 
• Determinação da massa específica total do solo compactado 
• Umidade do solo compactado 
o A partir desses dois, calculamos massa específica aparente seca do solo (ρd,f) e 
comparamos com a obtida em ensaio (ρdmáx,lab ) pelo Grau de Compactação 
GC % = 
𝜌𝑑,𝑓
𝜌𝑑𝑚á𝑥,𝑙𝑎𝑏
× 100 
 
• Método de referência para determinação de umidade é secagem em estufa (105 °C 
– 110 °C, 24 horas). Como o tempo é grande para os empreiteiros, acaba-se optando 
por outros métodos aproximados (Speedy, álcool, fogareiro, nuclear) para obtenção 
imediata de valores de umidade. 
o Métodos nem sempre são eficazes, pode ser um problema em obra 
• Material do controle de compactação precisa ser do mesmo da curva de compactação 
de laboratório 
Pelo Método de Hilf, então, obtemos o desvio de umidade de campo em relação à umidade ótima e 
determina-se a eficiência do equipamento de compactação de campo (se energia é suficiente). 
1. Obter a massa específica aparente total do solo compactado no campo (𝜌𝑡,𝑓) 
a. Separar 3,5 kg de material passante na P4 
2. Realizar ensaio de compactação e determinar massas específicas aparentes totais (𝜌𝑡,𝑐) 
3. Calcular eficiência 
𝐸 % =
𝜌𝑡,𝑓
𝜌𝑡,𝑐
× 100 =
𝜌𝑑,𝑓
𝜌𝑑,𝑐
× 100 
a. Densidade de campo está em cima, ou seja, se E > 100% significa que o 
equipamento de campo tem energia superior à do ensaio. 
b. Se E < 100%, o equipamento de campo tem energia de compactação inferior a do 
ensaio e umidade ótima superior. Para aumentar a energia de compactação é 
necessário um equipamento mais pesado ou mais eficiente, diminuir a espessura 
das camadas compactadas ou uma combinação. 
4. Adicionar 2% de água (∆Mw) em relação à massa total da amostra e executar novo 
ensaio de compactação. Determinar nova 𝜌𝑡 e fazer a conversão para a umidade de 
campo 𝜌𝑡,𝑐 . 
a. Conversão: 
𝜌𝑡,𝑐 (
𝑔
𝑐𝑚3
) =
𝜌𝑡
1 + 𝑧
 
𝑧 % =
∆Mw
M𝑡,𝑐
× 100 
b. Se 𝜌𝑡,𝑐 aumentar – Novo ensaio com maior acréscimo de água (4%) 
c. Se 𝜌𝑡,𝑐 diminuir – Retirar água do solo até a amostra ter massa inferior a de 
campo em 2% aprox.. 
5. Desvio de umidade: 
𝑤ó𝑡 − 𝑤𝑓 = 𝑧𝑚 + ∆ 
 
PROGRAMAÇÃO DE SONDAGEM 
 
 
 
Para determinação da profundidade da sondagem: 
 
Onde: 
 
Procurar no gráfico a curva correspondente ao valor de L/B, identificar onde a reta a partir do 
valor de q cruza a curva e encontrar o valor de D/B. 
EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃO 
Compactadores dinâmicos: 
• Soquete manual e sapo mecânico 
o Usados em locais que equipamentos mais pesados não alcançam 
o Funcionam bem tanto em solos granulares quanto em coesivos 
Compactadores estáticos: 
• Rolo liso 
o Usados principalmente pra acabamentos de pavimentos 
o Superfície precisa estar bem compactada pois o rolo não se conforma a defeitos 
(buracos ou protuberâncias) 
• Rolo pé de carneiro 
o Usados geralmente em solos coesivos 
• Rolo pata de elefante 
o Usado geralmente em solos siltosos, pouco coesivos 
• Rolo pneumático 
o Usado geralmente em solos siltosos, pouco coesivos 
Compactadores vibratórios: 
• Placas vibratórias 
o Usadas geralmente em solos granulares 
o Recomendadas para áreas restritas, de difícil acesso 
o Não consegue operar na água, precisa ser 20-30 cm acima do nível d’água 
 
QUESTÕES P/ P1 
1. 
 
 
Segundo a tabela apresentada: 
 
 
Assim, entendemos que a melhor opção para um aterro de rodovia seria, pelo SUCS, GW – 
Pedregulho bem graduado. 
SOLO A B 
Retido na P4 % 14 0 
Retido na P10 % 23 7 
Retido na P40 % 29 21 
Retido na P200 % 20 14 
Passante na P200 % 100 - (14+23+29+20) = 14 100 – (7+21+14) = 58 
LL 48 63 
LP 15 21 
IP (LL – LP) 33 42 
 
Sabendo que: 
• Material retido na P4 – Pedregulho (G) 
• Material retido nas P10, P40 E P200 – Areia (S) 
• Material passante na P200 – Silte (M) e Argila (C) 
SOLO A B 
Pedregulho % 14 0 
Areia % 72 42 
Silte e Argila % 14 58 
 
Entendendo a tabela disponibilizada, que mostra que quanto maior a presença de finos menor a 
classificação do material, e visualizando que o material melhor classificado se trata de Pedregulho 
bem graduado (GW) e o segundo de Areia bem graduada (SW), é mais vantajoso que se escolha o 
Solo A para execução de aterro de rodovia. 
 
2. 
 
a) Considerando que as duas curvas se referem a um mesmo solo, bem homogêneo, resta 
concluir que a diferença entre os resultados se deve á diferentes energias de 
compactação, sendo que a energia de compactação em A é maior que na curva B. 
b) Se considerarmos que cada curva representa um solo diferente compactado com a mesma 
energia de compactação, podemos concluir que a curva A é de um solo mais granular e B 
de um solo mais coesivo, já que sob uma mesma energia de compactação solos granulares 
apresentam ↑ 𝜌𝑑 e ↓ 𝑤ó𝑡 em relação a solos argilosos. 
 
3. 
 
 
a) Massa específica total de campo: 1,90 g/cm³ 
Massa total da amostra: 2560 g 
 1 2 3 4 5 
∆Mw 0 -28,3 -62,7 -88,1 -121,5 
Z % 0 -1,1 -2,45 -3,44 -4,75 
𝜌𝑡 1,89 1,95 2,02 2,01 1,87 
𝜌𝑡,𝑐 1,89 1,97 2,07 2,08 1,96 
 
Pelos valores calculados, a 𝜌𝑡,𝑐 𝑚á𝑥 se encontra entre os pontos 4 e 5. 
b) GC mín = 90% 
Desvio da umidade ótima = ± 3% 
 
GC % = 
𝜌𝑑,𝑓
𝜌𝑑𝑚á𝑥,𝑙𝑎𝑏
× 100 =
1,90
2,097
× 100 = 90,60% 
 
𝑤ó𝑡 − 𝑤𝑓 = 𝑧𝑚 + ∆= −3,7 − 0,7 = −4,4% 
c) O grau de compactação atende às especificações de controle, mas a umidade o desvio da 
umidade ótima está menor do que deveria, a umidade de campo está 4,4% acima da ótima, 
ou seja, deve-se retirar 4,4% para que ela alcance o valor especificado. Possivelmente 
essevalor foi obtido pois o solo não foi seco adequadamente (caso a umidade de campo 
original fosse superior à ótima) ou foi umedecido em excesso (caso a umidade de campo 
original fosse inferior à ótima). 
 
4. 
 
10 andares – Projeção em planta de 18 x 30 = 540 m² 
 
De 400 m² a 1200 m², 1 furo a cada 200 m² - 540/200 = 2,7 – 3 furos. 
 
Para edifícios de vários andares: espaçamento de 15 – 30 m 
 
Profundidade da sondagem, considerando 1 tf/m² por pavimento: 
 
𝑞 = 1
𝑡𝑓
𝑚2
× 10 =
10𝑡𝑓
𝑚2
 
𝑀 = 0,1 
𝐵 = 18 𝑚 
Considerando  = 2-1= 1 tf/m³ 
10
1 × 0,1 × 18
= 5,57 
𝐿
𝐵
=
30
18
= 1,67 ≈ 2 
 
 
Pelo gráfico: 
𝐷
𝐵
≈ 1,5 ∴ 𝐷 = 1,5 × 18 = 27 𝑚 
 
 
 
5. 
 
 
Consideramos G = 2,65 
𝛾𝑑 =
𝛾𝑤
1
𝐺𝑠
+
𝑤
𝑆
=
10
1
2,65
+
𝑤
100
=
10
100 + 2,65𝑤
265
=
2650
100 + 2,65𝑤
 
Amostra 1: 
𝛾𝑑 =
𝛾𝑡
(1 + 𝑤)
=
18,68
(1 + 0,132)
= 16,5
𝑘𝑁
𝑚3
 
Pela curva de Saturação: 
𝛾𝑑 =
2650
100 + 2,65𝑤
=
2650
100 + 2,65 × 13,2
= 19,63
𝑘𝑁
𝑚3
 
 
 
Amostra 2: 
𝛾𝑑 =
𝛾𝑡
(1 + 𝑤)
=
21,07
(1 + 0,207)
= 17,5
𝑘𝑁
𝑚3
 
Pela curva de Saturação: 
 
𝛾𝑑 =
2650
100 + 2,65𝑤
=
2650
100 + 2,65 × 20,7
= 17,11
𝑘𝑁
𝑚3
 
 
No caso da Amostra 1, a densidade de campo é menor que a de ensaio, e no caso da Amostra 
2, a densidade de campo é maior que a de ensaio. No caso da amostra 1, o valor obtido de 
campo é menor que o esperado pela curva de saturação, e no caso da amostra 2, o valor do 
teor de umidade faz com que o ponto no gráfico fique acima da curva de saturação 100%. 
Logo, os dados obtidos de campo não são confiáveis. 
6.