Mecânica dos Solos- Livro

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Sumário
Prefácio xv
Agradecimentos xvi
Sobre o autor xvii
1 Engenharia Geotécnica – Uma Perspectiva Histórica 1
2 Origem do Solo e Tamanho dos Grãos 8
3 Relações entre Peso e Volume, Plasticidade e Estrutura do Solo 36
4 Classificação dos Solos do Ponto de Vista da Engenharia 70
5 Compactação dos Solos 84
6 Permeabilidade 123
vii
Fundamentos de Engenharia Geotécnicaviii
7 Percolação 157
8 Tensões In Situ 181
9 Tensões em uma Massa de Solo 207
10 Compressibilidade do Solo 244
11 Resistência ao Cisalhamento do Solo 301
12 Pressão Lateral de Terra: Em Repouso, Rankine e Coulomb 349
13 Empuxo Lateral de Terra: Superfície de Ruptura Curva 408
14 Estabilidade de Taludes 430
15 Capacidade de Carga do Solo para Fundações Rasas 488
16 Revestimento de Aterros e Geossintéticos 515
17 Exploração do Subsolo 529
 
Sumário ix
Respostas dos Problemas Solucionados 551
Índice Remissivo 555
Fatores de Conversão de Unidades Inglesas para o SI 561
Fatores de Conversão de SI para Unidades no Sistema Inglês 562
 
Prefácio
Fundamentos de Engenharia Geotécnica foi escrito para cursos introdutórios de mecânica dos solos e engenha-
ria geotécnica cursados por praticamente todas as áreas da engenharia civil. O livro também é útil para profis-
sionais e outros leitores que querem uma introdução geral para esse aspecto importante da engenharia. Como
nas primeiras cinco edições do livro (1985, 1990, 1994, 1998 e 2002), esta nova edição oferece uma visão geral
das propriedades e da mecânica dos solos, abrangendo também práticas de campo e procedimentos básicos de
engenharia sem mudar a filosofia básica na qual o texto foi escrito originalmente. Fundamentos de Engenharia
Geotécnica, sexta edição, fornece as informações básicas necessárias para dar suporte ao estudo em cursos avan-
çados orientados a projetos e à prática profissional.
Mudanças na Sexta Edição
A sexta edição, que consiste em 17 capítulos, inclui vários recursos novos que foram incorporados atendendo a
sugestões feitas por professores, estudantes e profissionais familiarizados com as versões anteriores do livro.
Como na quinta edição, as unidades do SI são as unidades principais usadas ao longo de todo o texto, com as
unidades no sistema inglês entre parênteses quando necessário. A maioria dos exemplos no texto e nos exercí-
cios no final dos capítulos foi alterada. As principais mudanças e revisões são as seguintes:
• No Capítulo 2 (Origem do Solo e Tamanho dos Grãos) rochas sedimentares e metamórficas foram des-
critas com mais detalhes.
• No Capítulo 3 (Relações entre Peso e Volume, Plasticidade e Estrutura do Solo) foi feita uma explica-
ção mais detalhada para a variação dos índices de vazios máximo e mínimo de solos granulares em fun-
ção do tamanho e forma dos grãos e ao conteúdo de finos não-plásticos.
• O gráfico da Classificação Unificada de Solos foi revisto no Capítulo 4 (Classificação dos Solos do
Ponto de Vista da Engenharia).
• No Capítulo 5 (Compactação dos Solos) foram incluídas algumas relações empíricas publicadas recen-
temente para previsão da máxima densidade seca e do teor de umidade ideais de solos granulares e
coesivos, com base no ensaio de Proctor modificado. Uma seção sobre o efeito da compactação sobre
as propriedades de solos coesivos foi adicionada (Seção 5.6).Também foi incluído neste capítulo o con-
ceito de coeficiente de influência para prever a compacidade relativa em função da vibroflotação. A
seção sobre compactação dinâmica foi ampliada.
• A equação de Kozeny-Carman para estimar a condutividade hidráulica em solos granulares foi discu-
tida com mais detalhes no Capítulo 6 (Permeabilidade). Este capítulo também inclui alguma verifica-
ção experimental em laboratório da condutividade hidráulica equivalente de solos estratificados.
• O tópico de levantamento do solo em função do fluxo ao redor de cortinas de estacas foi tratado de
forma mais completa no Capítulo 8 (Tensões In Situ). Para fins de introdução, foi adicionada a este
capítulo uma pequena seção sobre tensões efetivas em solo parcialmente saturado.
• No Capítulo 9 (Tensões em uma Massa de Solo) foram apresentadas novas seções sobre o método do
polo para determinar as tensões ao longo de um plano, a solução de Westergaard para tensões verti-
cais devidas a uma carga pontual e tensões verticais causadas por linhas e faixas de carga horizontais.
Também foi adicionada a este capítulo uma breve descrição do conceito de isobárias de tensão.
xv
Fundamentos de Engenharia Geotécnicaxvi
• No Capítulo 10 (Compressibilidade do Solo) foi fornecida uma nova seção explicando os efeitos da
duração da carga e do incremento de carga em ensaios de adensamento em laboratório. Correlações
publicadas mais recentemente para o índice de compressão, a relação entre o índice de vazios e a pres-
são, o fator de tempo e o grau de adensamento foram incluídas. Também foi adicionada a este capítu-
lo uma breve descrição do conceito de compressão.
• Uma introdução ao índice de vazios crítico é fornecida no Capítulo 11 (Resistência ao Cisalhamento
do Solo) e uma nova seção sobre anisotropia de esforços na argila foi adicionada.
• O efeito do índice de sobreadensamento sobre a pressão de terra em repouso para muros de arrimo
foi incorporada ao Capítulo 12 (Pressão Lateral de Terra: Em Repouso, Rankine e Coulomb). Foi
acrescentada uma nova seção que fornece soluções generalizadas para as pressões ativa e passiva de
Rankine para aterro granular (Seção 12.7).Tabelas estendidas para os coeficientes de empuxo de terra
ativo de Coulomb foram adicionadas. Também foram incluídas neste capítulo breves descrições sobre
os tipos comuns de muros de arrimo no campo e o projeto de reforços de fitas metálicas para muros
MSE.
• O Capítulo 13 (Empuxo Lateral de Terra: Superfície de Ruptura Curva) fornece agora um tratamento
estendido para estimar o coeficiente de empuxo de terra passivo com superfície de ruptura curva no solo.
• O Capítulo 14 (Estabilidade de Taludes) recebeu uma seção adicional sobre a análise de taludes em
argila (φ = 0) com a tensão de cisalhamento não drenada aumentando com a profundidade. Também
foram incluídas neste capítulo a análise de taludes simples usando a abordagem cinemática da análise
limite aplicada a um mecanismo de colapso rotacional rígido e a solução de Spencer para taludes com
fluxo em regime.
• O Capítulo 15 (Capacidade de Carga do Solo para Fundações Rasas) agora tem uma nova seção sobre
as várias soluções para o fator de capacidade de carga, Nγ.
• O Capítulo 16 (Revestimento de Aterros e Geossintéticos) inclui uma seção sobre a compactação de
argila para construção de revestimentos para locais aterrados.
• Várias novas correlações dos ensaios de penetração do cone em campo foram adicionadas no Capítulo
17 (Exploração do Subsolo).
Agradecimentos
Sou grato à minha esposa, Janice, por digitar o manuscrito e preparar algumas das figuras e tabelas. Ela foi
minha motivação para a conclusão desta edição do texto.
Trinta pessoas revisaram as cinco edições anteriores; seus complementos e sugestões úteis melhoraram a
qualidade do livro. Pelas suas revisões e sugestões úteis no desenvolvimento da sexta edição do texto, gostaria
de citar os seguintes nomes:
Craig B. Lake, Dalhousie University 
Mark Knight, University of Waterloo
Der-Wen Chang, Tamkang University
Stephen E. Dickson, Oregon State University
Peijun Guo, McMaster University
Jay Wang, Louisiana Tech University
Oswald Rendon-Herrero, Mississippi State University
Stanley J. Vitton, Michigan Technological University
Edward H. Kalajian, Florida Institute of Technology
Robert Mokwa, Montana State University
Tarek Abichou, FAMU-FSU College of Engineering
Kanak Tawfiq, Florida A&M University
M.C. Wang, Pennsylvania State University
Tuncer Edil, University of Wisconsin, Madison
E, finalmente, devo muitosagradecimentos ao editor Bill Stenquist e à equipe de produção na Thomson
Nelson pelo desenvolvimento e produção finais do livro.
Braja M. Das
Sacramento, Califórnia
 
O Prof. Braja M. Das recebeu seu título de M.S. em Engenharia Civil da University of Iowa, cidade de Iowa, e
seu Ph.D. em Engenharia Geotécnica na University of Wisconsin, Madison. Ele é autor de vários textos de enge-
nharia geotécnica e livros de referência. Escreveu mais de 250 artigos técnicos na área de engenharia geotécnica.
Suas principais áreas de pesquisa incluem fundações rasas, ancoragens em solos e geossintéticos.
Membro da American Society of Civil Engineers, Das atuou no Shallow Foundations Committee, no Deep
Foundations Committee e no Grouting Committee da ACSE. Também é membro do conselho editorial da
ACSE para o Journal of Geotechnical Engineering. Foi fundador da Divisão de Engenharia Geotécnica da
International Society of Offshore and Polar Engineering e atuou como editor associado do International Journal
of Offshore and Polar Engineering da ISOPE. Hoje, atua no conselho editorial do Lowland Technology
International Journal, que é publicado no Japão. É co-editor da Geotechnical and Geological Engineering – um
periódico internacional publicado pela Springer, na Holanda. É membro emérito do Committee of Chemical
and Mechanical Stabilization of the Transportation Research Board do National Research Council dos Estados
Unidos, tendo atuado como presidente do comitê de 1995 a 2001.
O dr. Das recebeu vários prêmios pela excelência no ensino, inclusive AMOCO Foundation Award, AT&T
Award for Teaching Excellence da American Society of Engineering Education, o Ralph Teetor Award da
Society of Automotive Engineers, e o Distinguished Achievement Award for Teaching Excellence da University
of Texas em El Paso.
Desde 1994, Das atua como Decano do College of Engineering and Computer Science na California State
University, Sacramento.
Sobre o Autor
xvii
P
ara fins de engenharia, o solo é definido como o agregado não-cimentado de grãos minerais e matéria
orgânica decomposta (partículas sólidas), com líquido e gás nos espaços vazios entre as partículas sóli-
das. O solo é usado como material de construção em vários projetos de engenharia civil e suporta funda-
ções estruturais.Assim, os engenheiros civis devem estudar as propriedades do solo, tais como sua origem,
distribuição de tamanho dos grãos, capacidade de drenagem de água, compressibilidade, resistência ao cisalha-
mento e capacidade de carga. Mecânica dos solos é o ramo da ciência que lida com o estudo das propriedades
físicas do solo e do comportamento das massas de solo sujeitas a vários tipos de forças. Engenharia de solos é a
aplicação dos princípios da mecânica dos solos a problemas práticos. Engenharia geotécnica é a subdivisão da
engenharia civil que envolve os materiais naturais encontrados próximo à superfície da terra. Ela inclui a apli-
cação dos princípios da mecânica dos solos e da mecânica das rochas ao projeto de fundações, estruturas de con-
tenção e estruturas de terra.
1.1 A Engenharia Geotécnica antes do Século XVIII
O registro do primeiro uso que uma pessoa fez do solo como material de construção perde-se na Antigüidade.
Mas, em termos técnicos, a compreensão da engenharia geotécnica como é conhecida hoje começou no início
do século XVIII (Skempton, 1985). Durante anos, a arte da engenharia geotécnica teve como base apenas uma
sucessão de experimentos sem nenhum caráter científico verdadeiro. De acordo com esses experimentos, foram
construídas muitas estruturas – algumas das quais ruíram, enquanto outras ainda estão firmes.
A história registrada nos conta que as civilizações antigas floresceram ao longo das margens dos rios, como
o Nilo (Egito), o Tigre e o Eufrates (Mesopotâmia), o Huang Ho (Rio Amarelo, na China) e o Indo (na Índia).
Diques datados de aproximadamente 2000 a.C. foram construídos na bacia do Indo para proteger a cidade de
Mohenjo Dara (no que se tornou o Paquistão após 1947). Durante a dinastia Chan, na China (1120 a.C. a
249 a.C.), muitos diques foram construídos para fins de irrigação. Não há evidência de que tenham sido toma-
das medidas para estabilizar as fundações ou verificar a erosão causada por inundações (Kerisel, 1985). A civi-
lização da Grécia antiga utilizou sapatas isoladas e corridas para a construção de edifícios. Começando por volta
de 2750 a.C., as cinco pirâmides mais importantes (Saqqarah, Meidum, Dahshur Sul e Norte e Quéops) foram
construídas no Egito em um período de menos de um século. Isso impôs formidáveis desafios relacionados a
fundações, estabilidade de encostas e construção de câmaras subterrâneas. Com a chegada do Budismo à China
durante a Dinastia Han Oriental em 68 d.C., milhares de pagodes foram construídos. Muitas dessas estruturas
foram levantadas sobre camadas de silte e argila moles. Em alguns casos, a pressão da base excedeu a capacidade
de carga do solo, causando danos estruturais extensivos.
Um dos exemplos mais famosos de problemas relacionados à capacidade de carga do solo na construção de
estruturas antes do século XVIII é a Torre Inclinada de Pisa, na Itália. A construção da torre começou em
1173 d.C., quando a República de Pisa estava crescendo, e continuou em vários estágios por mais de 200 anos. A
estrutura pesa aproximadamente 15.700 toneladas métricas e é suportada por uma base circular com diâmetro
de 20 m (< 66 ft). No passado, a torre inclinou para o leste, norte, oeste e, finalmente, para o sul. Investigações
recentes mostraram que uma camada frágil de argila existe a uma profundidade de cerca de 11 m (< 36 ft) abai-
xo da superfície do solo, o que fez a torre inclinar. Ela ficou mais de 5 m (< 16,5 ft) fora de prumo com a altura
de 54 m (< 179 ft). A torre foi fechada em 1990 porque havia o temor de que caísse ou ruísse. Recentemente, ela
foi estabilizada pela escavação do solo sob o lado norte. Cerca de 70 toneladas métricas de terra foram removidas
1
1 Engenharia Geotécnica –Uma Perspectiva Histórica
 
em 41 extrações separadamente, que se estenderam por toda a largu-
ra da torre. À medida que a terra recalcou gradualmente para preen-
cher o espaço resultante, a inclinação da torre diminuiu. Agora, ela
está inclinada em 5 graus. A mudança de meio grau não é perceptí-
vel, mas torna a estrutura consideravelmente mais estável. A Figura
1.1 é um exemplo de um problema similar.As torres mostradas nessa
figura estão localizadas em Bolonha, Itália, e foram construídas no
século XII. A torre à esquerda é conhecida como Torre Garisenda,
tem 48 m (< 157 ft) de altura e sofreu uma grande inclinação.
Depois de encontrar vários problemas relacionados à fundação
durante a construção nos séculos passados, engenheiros e cientistas
começaram a tratar propriedades e comportamentos dos solos de
forma mais metódica, a partir do início do século XVIII. Com base
na ênfase e na natureza do estudo na área de engenharia geotécni-
ca, o intervalo de tempo que vai de 1700 a 1927 pode ser dividido em
quatro períodos principais (Skempton, 1985):
1. Pré-clássico (1700 a 1776 d.C.)
2. Mecânica dos solos clássica – Fase I (1776 a 1856 d.C.)
3. Mecânica dos solos clássica – Fase II (1856 a 1910 d.C.)
4. Mecânica dos solos moderna (1910 a 1927 d.C.)
Descrições breves de alguns desenvolvimentos significativos
durante cada um desses quatro períodos são discutidas a seguir.
1.2 Período Pré-clássico da Mecânica dos Solos (1700 a 1776)
Este período concentrou-se em estudos relativos a encostas naturais e a pesos específicos de vários tipos de solos,
bem como em teorias semi-empíricas de empuxos de terra. Em 1717, um engenheiro real francês, Henri Gautier
(1660-1737), estudou taludes naturais de solos quando teve a inspiração para formular os procedimentos de pro-
jeto de muros de arrimo.A encosta natural é o que chamamos agora como ângulo de repouso. De acordo comesse
estudo, as encostas naturais (veja o Capítulo 11) da areia seca e limpa e da terra comum eram de 31º e 45º, respec-
tivamente. Além disso, os pesos específicos recomendáveis da areia seca limpa (veja o Capítulo 3) e da terra
comum eram de 18,1 kN/m3 (115 lb/ft3) e 13,4 kN/m3 (85 lb/ft3), respectivamente. Não foi informado nenhum
resultado de ensaio com argila. Em 1729, Bernard Forest de Belidor (1671-1761) publicou um livro-texto para
engenheiros militares e civis na França. No livro, ele propôs uma teoria para pressão lateral de terra em muros de
arrimo (veja o Capítulo 12), que era uma continuação do estudo original de Gautier (1717). Ele também especifi-
cou um sistema de classificação dos solos da forma mostrada na tabela a seguir (veja os Capítulos 3 e 4).
Os primeiros resultados de ensaio de laboratório em modelo em um muro de 76 mm (< 3 in) de altura
construído com aterro de areia foram relatados em 1746 por um engenheiro francês, François Gadroy (1705-
1759), que observou a existência de planos de escorregamento no solo sob ruptura (veja o Capítulo 12). O estu-
do de Gadroy foi resumido posteriormente por J. J. Mayniel, em 1808.
Peso Específico
Classificação kN/m3 lb/ft3
Rocha — —
Areia firme ou dura até 16,7 até 106
Areia compressível 18,4 117
Terra comum (encontrada em locais secos) 13,4 85
Terra fofa (principalmente silte) 16,0 102
Argila 18,9 120
Turfa — —
Fundamentos de Engenharia Geotécnica2
Figura 1.1 Inclinação da Torre de Garisenda em
Bolonha, Itália.
 
1.3 Mecânica dos Solos Clássica – Fase I (1776 a 1856)
Durante esse período, a maior parte do desenvolvimento na área de engenharia geotécnica veio de engenheiros
e cientistas da França. No período pré-clássico, praticamente todas as considerações teóricas usadas no cálculo
da pressão lateral de terra em muros de arrimo tiveram como base uma superfície de ruptura no solo arbitraria-
mente definida. Em seu famoso artigo técnico apresentado em 1776, o cientista francês Charles Augustin
Coulomb (1736-1806) usou os princípios de cálculo de máximos e mínimos para determinar a posição exata da
superfície de deslizamento no solo por trás de um muro de arrimo (veja o Capítulo 12). Nessa análise, Coulomb
usou as leis do atrito e da coesão para corpos sólidos. Em 1820, casos especiais do trabalho de Coulomb foram
estudados pelo engenheiro francês Jacques Frederic Francais (1775-1883) e pelo professor francês de mecânica
aplicada Claude Louis Marie Henri Navier (1785-1836). Esses casos especiais estavam relacionados a aterros
inclinados e aterros que suportavam sobrecarga. Em 1840, Jean Victor Poncelet (1788-1867), um engenheiro mili-
tar e professor de mecânica, estendeu a teoria de Coulomb, fornecendo um método gráfico para determinar a
magnitude da pressão lateral de terra em muros de arrimo verticais e inclinados com superfícies de solo na forma
de poligonais arbitrárias. Poncelet também foi o primeiro a usar o símbolo f para o ângulo de atrito do solo (veja
o Capítulo 11). Ele também determinou a primeira teoria do limite de capacidade de carga para fundações rasas
(veja o Capítulo 15). Em 1846, o engenheiro Alexandre Collin (1808-1890) forneceu os detalhes para escorrega-
mentos profundos em taludes de argila, cortes e aterros (veja o Capítulo 14). Collin formulou a teoria de que, em
todos os casos, a ruptura ocorre quando a coesão mobilizada excede a coesão existente no solo. Ele também
observou que as superfícies reais de ruptura poderiam ser aproximadas por arcos de ciclóides.
O fim do período da Fase I da mecânica dos solos clássica geralmente é marcado pelo ano (1857) da pri-
meira publicação de William John Macquorn Rankine (1820-1872), um professor de engenharia civil na
University of Glasgow. Esse estudo forneceu uma teoria notável sobre o empuxo de terra e o equilíbrio de mas-
sas de terra (veja o Capítulo 12). A teoria de Rankine é uma simplificação da teoria de Coulomb.
1.4 Mecânica dos Solos Clássica – Fase II (1856 a 1910)
Nesta fase, vários resultados experimentais de ensaios de laboratório em areia apareceram na literatura. Uma
das primeiras e mais importantes publicações é do engenheiro francês Henri Philibert Gaspard Darcy (1803-
1858). Em 1856, ele publicou um estudo sobre a permeabilidade de filtros de areia (veja o Capítulo 6). Com base
nesses ensaios, Darcy definiu o termo coeficiente de permeabilidade (ou condutividade hidráulica) do solo, um
parâmetro muito útil na engenharia geotécnica atualmente.
Sir George Howard Darwin (1845-1912), um professor de astronomia, fez ensaios em laboratório para
determinar o momento de tombamento de um muro articulado que fazia a contenção de areia nos estados fofo
e compacto. Outra contribuição notável, publicada em 1885 por Joseph Valentin Boussinesq (1842-1929), foi o
desenvolvimento da teoria da distribuição de tensões sob áreas carregadas em um meio homogêneo, semi-infi-
nito, elástico e isotrópico (veja o Capítulo 9). Em 1887, Osborne Reynolds (1842-1912) demonstrou o fenômeno
da dilatância na areia.
1.5 Mecânica dos Solos Moderna (1910 a 1927)
Neste período, foram publicados os resultados de pesquisas realizadas em argilas, nos quais as propriedades e
parâmetros fundamentais das argilas foram estabelecidos. As publicações mais notáveis são mostradas na
Tabela 1.1.
1.6 A Engenharia Geotécnica depois de 1927
A publicação de Erdbaumechanik auf Bodenphysikalisher Grundlage, de Karl Terzaghi, em 1925, fez surgir uma
nova era no desenvolvimento da mecânica dos solos. Karl Terzaghi é merecidamente conhecido como o pai da
mecânica dos solos moderna. Terzaghi nasceu em 2 de outubro de 1883, em Praga, então capital da província
austríaca da Boêmia. Em 1904, ele formou-se na Technische Hochschule em Graz, Áustria, como engenheiro
mecânico. Depois da graduação, ele serviu no exército austríaco por um ano. Após o serviço militar, Terzaghi
estudou mais um ano, concentrando-se em assuntos geológicos. Em janeiro de 1912, recebeu o grau de Doutor
Capítulo 1 Engenharia Geotécnica – Uma Perspectiva Histórica 3
em Ciências Técnicas na sua instituição de formação original, em Graz. Em 1916, aceitou o cargo de professor
na Imperial School of Engineers, em Istambul. Depois do fim da Primeira Guerra Mundial, passou a trabalhar
como pesquisador no American Robert College, em Istambul (1918-1925). Lá, começou seu trabalho de pesqui-
sa sobre o comportamento dos solos e recalque de argilas (veja o Capítulo 10) e sobre ruptura devida ao piping
em areia sob barragens (veja o Capítulo 8). A publicação de Erdbaumechanik é o resultado principal dessa 
pesquisa.
Em 1925, Terzaghi aceitou o cargo de pesquisador visitante no Massachusetts Institute of Technology,
onde trabalhou até 1929. Durante esse tempo, tornou-se conhecido como o líder da nova área de engenharia
civil chamada mecânica dos solos. Em outubro de 1929, retornou à Europa para assumir o cargo de professor
na Technical University de Viena, que logo se tornou o centro para engenheiros civis interessados em mecâni-
ca dos solos. Em 1939, retornou aos Estados Unidos para lecionar na Universidade de Harvard.
A primeira conferência da International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering (ISSMFE –
Sociedade Internacional de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações) foi realizada na Universidade de
Harvard, em 1936, sob a presidência de Karl Terzaghi. Foi pela inspiração e orientação de Terzaghi nos 25 anos
anteriores que artigos técnicos foram apresentados nessa conferência, abrangendo uma ampla gama de assuntos,
como resistência ao cisalhamento (Capítulo 11), tensões efetivas (Capítulo 8), ensaios in situ (Capítulo 17),
penetrômetro de cone holandês (Capítulo 17), ensaio centrífugo, recalque de adensamento (Capítulo 10), distri-
buição de tensões elásticas (Capítulo 9), pré-carregamento para melhoria do solo, ação de congelamento, argilas
expansivas, teoria do arqueamento dapressão de terra, dinâmica dos solos e terremotos. Nos 25 anos seguintes,
Terzaghi foi o papa do desenvolvimento da mecânica dos solos e da engenharia geotécnica em todo o mundo.
Em relação a isso, em 1985, Ralph Peck escreveu que “poucas pessoas, durante a vida de Terzaghi, teriam dis-
cordado de que ele era não apenas o papa da mecânica dos solos, mas também o centro de intercâmbio para a
pesquisa e a aplicação em todo o mundo. Nos anos seguintes, ele se envolveria em projetos em todos os conti-
nentes, exceto Austrália e Antártida”. Peck continuou, “Portanto, mesmo hoje em dia, mal podemos aprimorar
as avaliações de seu tempo a respeito dos desafios da mecânica dos solos, em seus artigos de síntese e palestras”.
Em 1939, Terzaghi apresentou-se na 45th James Forrest Lecture na Institution of Civil Engineers, em Londres.
Sua palestra tinha o título “Soil Mechanics – A New Chapter in Engineering Science” (Mecânica dos solos – um
novo capítulo na ciência da engenharia). Nela, ele proclamou que a maior parte das falhas de fundações que
ocorreram não se tratava mais de “casos fortuitos”.
Pesquisador Ano Tópico
Albert Mauritz Atterberg 1911 Consistência do solo, ou seja, propriedades
(1846-1916), Suécia de liquidez, plasticidade e contração
(Capítulo 3)
Jean Frontard 1914 Ensaios de cisalhamento duplo (não-drenado)
(1884-1962), França em argila sob carga vertical constante
(Capítulo 11)
Arthur Langtry Bell 1915 Pressão lateral e resistência da
(1874-1956), Inglaterra argila (Capítulo 12); capacidade de carga
da argila (Capítulo 15); e ensaios de cisalhamento
direto para medição da resistência ao cisalhamento
não-drenado usando amostras indeformadas
(Capítulo 11)
Wolmar Fellenius 1918, Análise do círculo de deslizamento
(1876-1957), Suécia 1926 em taludes de argila saturada (Capítulo 14)
Karl Terzaghi 1925 Teoria do adensamento para argilas
(1883-1963), Áustria (Capítulo 10)
Tabela 1.1 Estudos Importantes sobre Argila (1910-1927)
Fundamentos de Engenharia Geotécnica4
A seguir, são apresentados alguns destaques no desenvolvimento da mecânica dos solos e da engenharia
geotécnica que evoluíram depois da primeira conferência da ISSMFE, em 1936:
• Publicação do livro Theoretical Soil Mechanics, por Karl Terzaghi, em 1943 (Nova York: Wiley);
• Publicação do livro Soil Mechanics in Engineering Practice, de Karl Terzaghi e Ralph Peck, em 1948
(Nova York: Wiley);
• Publicação do livro Fundamentals of Soil Mechanics, de Donald W.Taylor, em 1948 (Nova York:Wiley);
• Início da publicação de Geotechnique, o periódico internacional de mecânica dos solos, em 1948,
Inglaterra;
• Apresentação do artigo técnico sobre o conceito de f = 0 para argilas, por A. W. Skempton, em 1948
(veja o Capítulo 11);
• Publicação do artigo técnico de A. W. Skempton sobre os parâmetros da pressão de água nos poros
A e B, em 1954 (veja o Capítulo 11);
• Publicação do livro The Measurement of Soil Properties in the Triaxial Test por A. W. Bishop e B. J.
Henkel, em 1957 (Londres: Arnold);
• ACSE’s Research Conference on Shear Strenght of Cohesive Soils realizada em Boulder,
Colorado, em 1960.
Desde o princípio, a profissão de engenheiro geotécnico passou por um longo caminho e amadureceu.
Agora é uma área estabelecida da engenharia civil e milhares de engenheiros civis declaram que a engenharia
geotécnica é sua área de especialização preferencial.
Desde a primeira conferência, em 1936, exceto por uma breve interrupção durante a Segunda Guerra
Mundial, as conferências da ISSMFE foram realizadas em intervalos de quatro anos. Em 1997, a ISSMFE
mudou para ISSMGE (International Society of Soil Mechanics and Geotechnical Engineering) para refletir seu
escopo verdadeiro. Essas conferências internacionais serviram de ferramenta para a troca de informações rela-
tivas a novos desenvolvimentos e atividades de pesquisa em andamento na engenharia geotécnica. A Tabela 1.2
mostra o local e o ano em que cada conferência da ISSMFE/ISSMGE foi realizada, e a Tabela 1.3, uma lista de
todos os presidentes da sociedade. Em 1997, havia um total de 30 comitês técnicos na ISSMGE. Os nomes desses
comitês técnicos são mostrados na Tabela 1.4.
Conferência Local Ano
I Universidade de Harvard, Boston, EUA 1936
II Roterdã, Holanda 1948
III Zurique, Suíça 1953
IV Londres, Inglaterra 1957
V Paris, França 1961
VI Montreal, Canadá 1965
VII Cidade do México, México 1969
VIII Moscou, URSS 1973
IX Tóquio, Japão 1977
X Estocolmo, Suécia 1981
XI São Francisco, EUA 1985
XII Rio de Janeiro, Brasil 1989
XIII Nova Délhi, Índia 1994
XIV Hamburgo, Alemanha 1997
XV Istambul, Turquia 2001
XVI Osaka, Japão 2005
Tabela 1.2 Detalhes das Conferências da ISSMFE (1936-1997) e da ISSMGE (1997-2005)
Capítulo 1 Engenharia Geotécnica – Uma Perspectiva Histórica 5
Número do
comitê Nome do comitê
TC-1 Instrumentação para monitoramento geotécnico 
TC-2 Ensaio centrífugo
TC-3 Geotécnica de pavimentos e trilhos ferroviários
TC-4 Engenharia geotécnica sísmica 
TC-5 Geotécnica ambiental
TC-6 Solos não-saturados
TC-7 Barragens de resíduos
TC-8 Congelamento
TC-9 Geossintéticos e reforço de terra
TC-10 Caracterização geofísica
TC-11 Deslizamentos de terra
TC-12 Validação da simulação por computador
TC-14 Engenharia geotécnica offshore
TC-15 Turfa e solos orgânicos
TC-16 Caracterização das propriedades do terreno a partir dos ensaios in situ
TC-17 Melhoria do terreno
TC-18 Fundações por estacas
TC-19 Preservação de sítios históricos
TC-20 Prática profissional
TC-22 Solos e rochas brandas enrijecidos
TC-23 Engenharia geotécnica de projeto de estado limite
TC-24 Amostragem de solos, avaliação e interpretação
TC-25 Solos tropicais e residuais
TC-26 Sedimentos calcáreos
TC-28 Construção subterrânea em terreno brando
TC-29 Ensaios de tensão-deformação de geomateriais em laboratório
TC-30 Engenharia geotécnica costeira
TC-31 Educação em engenharia geotécnica
TC-32 Avaliação e administração de riscos
TC-33 Escoramento de fundações
TC-34 Deformações de materiais terrosos
Tabela 1.4 Comitês Técnicos da ISSMGE para 1997 a 2001 (com base em Ishihara, 1999)
Ano Presidente
1936-1957 K. Terzaghi (EUA)
1957-1961 A. W. Skempton (Reino Unido)
1961-1965 A. Casagrande ( EUA)
1965-1969 L. Bjerrum (Noruega)
1969-1973 R. B. Peck ( EUA)
1973-1977 J. Kerisel (França)
1977-1981 M. Fukuoka (Japão)
1981-1985 V. F. B. de Mello (Brasil)
1985-1989 B. B. Broms (Singapura)
1989-1994 N. R. Morgenstern (Canadá)
1994-1997 M. Jamiolkowski (Itália)
1997-2001 K. Ishihara (Japão)
2001-2005 W. F. Van Impe (Bélgica)
Tabela 1.3 Presidentes das Conferências da ISSMFE (1936-1997) e da ISSMGE (1997-2005)
Fundamentos de Engenharia Geotécnica6
Referências
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FRONTARD, J. Notice sur L’Accident de la Digue de Charmes. Anns. Ponts et Chaussées 9th Sen., v. 23, p. 173-292, 1914.
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PECK, R. B. The Last Sixty Years. Proceedings, XI International Conference on Soil Mechanics and Foundation
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TERZAGHI, K.; PECK, R. B. Soil Mechanics in Engineering Practice. Nova York: John Wiley, 1948.
Capítulo 1 Engenharia Geotécnica – Uma Perspectiva Histórica 7
Em geral, os solos são formados pela erosão das rochas. As propriedades físicas do solo são determinadasprimeiro pelos minerais que constituem suas partículas e, portanto, pela rocha a partir da qual esse solo éderivado. Este capítulo oferece uma descrição do ciclo das rochas e a origem do solo e a distribuição dotamanho das partículas em uma massa de solo.
2.1 O Ciclo das Rochas e a Origem do Solo
Os minerais que formam a fase sólida do solo são o produto da erosão das rochas. O tamanho dos grãos indivi-
duais tem uma ampla faixa de variação. Muitas das propriedades físicas do solo são ditadas pelo tamanho, forma
e composição química dos grãos. Para melhor compreensão desses fatores, deve-se estar familiarizado com os
tipos básicos de rocha que formam a crosta terrestre, os minerais que formam as rochas e o processo de erosão.
Quanto à sua origem, as rochas podem ser divididas em três tipos básicos: ígneas, sedimentares e metamór-
ficas. A Figura 2.1 mostra um diagrama do ciclo de formação de diferentes tipos de rocha e os processos asso-
ciados a eles. Este é denominado ciclo das rochas. A seguir apresenta-se uma breve análise de cada elemento
desse ciclo.
Figura 2.1 Ciclo das Rochas.
Co
mp
act
ação
, Cime
ntação, Cristalização
Rocha
metamórfica
Rocha
ígnea
Rocha sedimentar
M
et
am
or
fi
sm
o
Transporte, E
rosão, Intem
perism
o
Fusão
Sedimentos
Magma
8
2 Origem do Solo eTamanho dos Grãos
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Capítulo 2 Origem do Solo e Tamanho dos Grãos 9
Rochas Ígneas
As rochas ígneas são formadas pela solidificação do magma fundido expelido do fundo do manto terrestre.
Após a ejeção por erupção fissural ou por erupção vulcânica, uma parte do magma fundido esfria na superfície
da terra. Às vezes o magma cessa a sua mobilidade abaixo da superfície da terra e esfria para formar rochas
ígneas intrusivas denominadas rochas plutônicas. As rochas intrusivas formadas no passado podem ser expostas
à superfície como resultado do processo contínuo de erosão dos materiais que uma vez as cobriram.
Os tipos de rochas ígneas formadas pelo resfriamento do magma dependem de fatores tais como a compo-
sição do magma e a taxa de resfriamento associada a ele. Após a realização de vários ensaios de laboratório,
Bowen (1922) pôde explicar a relação entre a taxa de resfriamento do magma e os diferentes tipos de rocha. Essa
explicação – conhecida como princípio da reação de Bowen – descreve a seqüência pela qual novos minerais são
formados por resfriamento do magma. Os cristais dos minerais ficam maiores e alguns deles sedimentam. Os que
permanecem suspensos no líquido reagem com o material fundido remanescente para formar um novo mineral
sob temperatura inferior. Esse processo continua até que todo o corpo do material fundido seja solidificado.
Bowen classificou essas reações em dois grupos: (1) série de reação ferromagnesiana descontínua, na qual os
minerais formados são diferentes em suas composições químicas e estrutura cristalina e (2) série de reação de
feldspato plagioclásio contínua, na qual os minerais formados têm diferentes composições químicas com estru-
tura cristalina similar.A Figura 2.2 mostra as séries de reações.As composições químicas dos minerais são dadas
na Tabela 2.1.
Assim, dependendo das proporções dos minerais disponíveis, diferentes tipos de rochas ígneas são forma-
dos. Granito, gabro e basalto são alguns dos tipos comuns de rocha ígnea geralmente encontrados no campo. A
Tabela 2.2 mostra a composição geral de algumas rochas ígneas.
Figura 2.2 Séries de reações de Bowen.
Menor resistência
ao intemperismo
Olivina
Augita
Hornblenda
Biotita (mica preta)
Ortoclásio
(feldspato potássico)
Muscovita
(mica branca)
Quartzo
Feldspato sódico
Maior resistência
ao intemperismo
Sér
ie c
ont
ínu
a
de 
feld
spa
to p
lag
ioc
lási
o
Feldspato cálcico
Cristalização sob
temperatura maior
Cristalização sob
temperatura menor
Série ferromagnesiana
descontínua
Mineral Composição
Olivina (Mg, Fe)2SiO4
Augita Ca, Na(Mg, Fe, Al)(Al, Si2O6)
Hornblenda Silicato ferromagnesiano complexo de Ca, Na, Mg, Ti e Al
Biotita (mica preta) K(Mg, Fe)3AlSi3O10(OH)2
Plagioclásio e feldspato cálcico Ca(Al2Si2O8)
feldspato sódico Na(AlSi3O8)
Ortoclásio (feldspato potássico) K(AlSi3O8)
Muscovita (mica branca) KAl3Si3O10(OH)2
Quartzo SiO2
Tabela 2.1 Composição dos Minerais Mostrados nas Séries de Reações de Bowen
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Intemperismo
Intemperismo é o processo de ruptura das rochas em pedaços menores, por processos mecânicos e químicos. O
intemperismo físico ou mecânicopode ser causado pela expansão e contração de rochas por causa do contí-
nuo ganho e perda de calor, o que resulta em extrema desintegração. Freqüentemente, a água se infiltra pelos po-
ros e fendas das rochas. Quando a temperatura cai, a água congela e expande. A pressão exercida pelo gelo por
causa da expansão do volume é suficientemente forte para romper mesmo rochas grandes. Outros agentes físi-
cos que ajudam a desintegrar rochas são o gelo de geleiras, o vento, a água corrente de córregos e rios e as
ondas do oceano. É importante entender que no intemperismo físico rochas grandes são quebradas em peda-
ços menores sem qualquer alteração na composição química. A Figura 2.3 mostra vários exemplos de erosão
mecânica devido às ondas do oceano e ao vento em Yehliu,Taiwan. Essa área está localizada em um cabo marí-
timo longo e estreito no lado noroeste de Keelung, cerca de 15 quilômetros entre a costa norte de Chin Shan
e Wanli.
No intemperismo químico, os minerais da rocha original são transformados em novos minerais por reação
química. A água e o dióxido de carbono da atmosfera formam ácido carbônico que reage com os minerais de
rocha existentes para formar novos minerais e sais solúveis. Os sais solúveis presentes no lençol freático e os áci-
dos orgânicos formados a partir de materiais orgânicos decompostos também causam o intemperismo químico.
Um exemplo de intemperismo químico de ortoclásio para formar minerais de argila, sílica e carbonato de potás-
sio solúvel:
Ácido carbônico
Ortoclásio Sílica Caulinita
(mineral de argila)
A maioria dos íons de potássio liberados é arrastada em solução como carbonato de potássio e é absorvi-
da pelas plantas.
O intemperismo químico do feldspato plagioclásio é similar àquele do ortoclásio no qual minerais de argi-
la, sílica e diferentes sais solúveis são produzidos. Os minerais ferromagnesianos também formam produtos de
decomposição como minerais de argila, sílica e sais solúveis. Adicionalmente, o ferro e o magnésio em minerais
ferromagnesianos resultam em outros produtos, tais como hematita e limonita. O quartzo é altamente resistente
ao intemperismo e somente pouco solúvel em água. A Figura 2.2 mostra a suscetibilidade dos minerais forma-
dores de rocha ao intemperismo. Os minerais formados sob temperaturas superiores na série de reação de
Bowen são menos resistentes à degradação do que aqueles formados sob temperaturas inferiores.
O processo de intemperismo não é limitado a rochas ígneas. Como é mostrado no ciclo das rochas (Figura
2.1), rochas sedimentares e metamórficas também se degradam de maneira similar.
 2K1AlSi3O8 2 � 2H� � H2O S 2K� � 4SiO2 � Al2Si2O51OH 2 4
H2O � CO2 S H2CO3 S H� � 1HCO3 2�
Nome Modo de
da rocha ocorrência Textura Minerais abundantes Minerais menos abundantes
Granito Intrusivo Grossa Quartzo, feldspato sódico, Biotita, muscovita,
feldspato potássico hornblendaRiólito Extrusivo Fina
Gabro Intrusivo Grossa Plagioclásio, Hornblenda, biotita,
piraxênios, olivina magnetitaBasalto Extrusivo Fina
Diorita Intrusivo Grossa Plagioclásio, Biotita, piroxênios
hornblenda (quartzo normalmente ausente)Andesita Extrusivo Fina
Sienita Intrusivo Grossa Feldspato potássico Feldspato sódico,
biotita, hornblendaTraquito Extrusivo Fina
Peridotito Intrusivo Grossa Olivina, piroxênios Óxidos de ferro
Tabela 2.2 Composição de Algumas Rochas Ígneas
Fundamentos de Engenharia Geotécnica10
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