2. Origem e Caracterização

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MECÂNICA DOS SOLOS I
Semestre 2015.2
Caracterização e Classificação dos Solos
CONCEITOS
SOLO é todo material de crosta terrestre escavável. Um agregado
natural de grãos minerais que podem ser separados por meios
mecânicos suaves, tais como a agitação da água ou uso de
ferramentas manuais simples, sem a necessidade de explosivos.
ROCHA é todo material da crosta terrestre que só podem ser
separados( desmontada) através de explosivos, é um agregado
natural de minerais ligados por fortes forças coesivas e pemanentes,
que não é desagregada com ação da água.
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
ORIGEM DO SOLO
Todos os solos provém da intemperização das rochas por meio de:
Desintegração Mecânica : Temperatura, água, vegetação, vento,
gelo, e etc...
Decomposição Química : Através da Alteração química ou
mineralógica da rocha de origem tendo como agente principal
água.
Entre os mecanismos de ataque destacam-se: Reações de
Oxidação, hidratação, carbonatação, efeitos químicos da
vegetação.
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
FORMAÇÃO DO SOLO
Solos Residuais: Permanecem no local da rocha matriz e
sofrem um processo de gradual transição; Ex: Solos
lateríticos, Expansivos( como massapê) e porosos.
OBS: Solos Colapsíveis são solos porosos que possuem,
porosidade extremamente elevada e, em determinadas
condições de umidade sua estrutura quebra-se, dando
origem a elevados recalques das obras assentes sobre eles.
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
FORMAÇÃO DO SOLO
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
FORMAÇÃO DO SOLO
Solos Sedimentares: Não permanecem no local da rocha de
origem. Sofrem influência de agentes transportadores:
-Água⬄Solos Aluvionares;
-Vento⬄ Solos Eólicos;
-Gravidade⬄ Solos Coluvionares;
-Geleiras⬄ Solos Glaciares;
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
FORMAÇÃO DO SOLO
Solos Sedimentares:
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
FORMAÇÃO DO SOLO
Solos Orgânicos: Provenientes da decomposição de matéria
orgânica vegetal( raízes e plantas) e carapaça de animais,
formando as conchas.
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
FORMAÇÃO DO SOLO
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
COMPOSIÇÃO QUÍMICA E MINERALÓGICA DO SOLO
Solos Finos(argilosos): Apesar da aparência amorfa do conjunto, as
argilas são constituídas de pequeníssimos minerais cristalinos,
chamados minerais argílicos, dentre os quais distinguem-se três grupos
principais:
-Caulinitas: São relativamente estáveis em presença de água;
-Montmolironitas: torna as argilas muito expansivas e, portanto,
instáveis na presença de água. Solos contendo altos teores deste
argilomineral não são recomendáveis para construção de pavimentos;
-Ilitas: São menos expansivas que as montmolironitas.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA E MINERALOÓGICA DO SOLO
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
COMPOSIÇÃO QUÍMICA E MINERALOÓGICA DO SOLO
Solos Grossos: Quanto a composição dos principais minerais
componentes dos solos grossos, são agrupados em:
-Silicatos: Feldspato, mica, quartzo, serpentina, clorita, talco;
-Óxidos: Hematita, magnetita, limonita;
-Carbonatos: Calcita, dolomita;
-Sultafos: Gesso, anidrita
Bloco de rocha – Fragmentos de rocha transportados ou
não, com diâmetro superior a 1,0 m.
Matacão – fragmento de rocha transportado ou não,
comumente arredondado por intemperismo ou abrasão,
com uma dimensão compreendida entre 1,0 m e 25cm.
Pedra – fragmento de rocha transportado ou não, com
uma dimensão compreendida entre 25cm e 7,6cm.
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
PRINCIPAIS TIPOS DE SOLOS
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
PRINCIPAIS TIPOS DE SOLOS
Areia e Pedregulhos: São agregados não coesivos de fragmentos de
rochas ou minerais, mais ou menos, inalterados, de forma arredondadas
ou angulosas.
Silte Inorgânico: É um solo de grãos finos, com pequena ou
nenhuma plasticidade. Os não plásticos são formados de grãos de
quartzo de dimensões iguais. Os que apresentam pequena plasticidade
possuem em forma de escamas.
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
PRINCIPAIS TIPOS DE SOLOS
Silte Orgânico: É um solo de grãos finos, mais ou menos plástico, contendo
partículas de matéria orgânica.
Argila:É um agregado de partículas microscópicas e submicroscópicas
provenientes da decomposição química dos constituintes de rocha. Ela é
plástica dentro de determinado teor de umidade. Quando seca é muito dura.
OBS- as Argilas inorgânicas possuem um teor de matéria orgânica inferior a
2%, possuem cores: cinza, azulada, amarela, etc.
As orgânicas possuem teor de matéria orgânica superior a 2%, tem cor escura
ou preta e odor característico.
As turfas provêm de material vegetal decomposta e é fribosa.
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
ESTRUTURAS DOS SOLOS SEDIMENTARES
Granular Simples: Areias e pedregulhos predominam as forças da
gravidade na disposição das partículas, que se apoiam diretamente uma
sobre as outras. Pode ser mais densa o menos solta.
Alveolar: Siltes e algumas areias mais finas, há uma atração molecular
entre as partículas, dando a formação de arcos.
Floculenta: Argilas- as partículas ao sedimentarem interagem entre si
formando arcos os quais são ionizados pelo meio vindo a formar um
novo arco( Arco Duplo).Prevalece nesta formação o efeito eletrostático.
ESTRUTURAS DOS SOLOS RESIDUAL
Depende da disposição estrutural da rocha de origem.
SUPERFÍCIE ESPECÍFICA
É a soma das superfícies de todas as partículas contidas na unidade de
volume ou de peso do solo. Quanto mais fino maior a sua superfície
específica, e vice-versa.
FORMA DAS PARTÍCULAS
A forma das partículas dos solos tem grande importância sobre suas
propriedades.
Partículas arredondadas( com formas Poliédricas). São as que
predominam nos pedregulhos, areias e siltes.
Partículas Lamelares, isto é, semelhantes a lamelas ou escamas. São as
encontradas nas argilas. Esta forma, responde pelas propriedades de
compressibilidade e de plasticidade.
Partículas Fibrilares, característica dos solos turfosos.
MINERAIS DOS SOLOS
Minerais Primários: Quando provém diretamente da rocha-matriz.
Ex. Quartizo
Minerais Secundários: Quando são formados da decomposição de
minerais da rocha-matriz. Ex Minerais da Argila
O solos finos ( argilas) são formados por um ou mais argilo-mineral.
Os principais são:
Caulinita: Suficientemente firme (pontes de hidrogênio). As argilas cauliníticas são as
mais estáveis em presença d'água, apresentando baixa atividade e baixo potencial de
expansão, é formada por uma lâmina silícica(SiO2) e outra de alumínio.
Ilita: Possui um arranjo estrutural semelhante ao da montmorilonita, porém os íons
não permutáveis fazem com que a união entre as camadas seja mais estável e não
muito afetada pela água. É também menos expansiva que a montmorilonita.
Montmolironita: É formada por uma unidade de alumínio entre duas silícicas. Ligações
fracas . Forças de Van der Walls
As Argilas Silicadas são constituídas de duas unidades estruturais
básicas. Uma é o tetraedro de sílica, formado por ligações de um
átomo de SI a 4 átomos de oxigênio:
-Octaedro de Alumínio- 1 átomo de AL e 6 de Oxigênio
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA
RETÂNGULO: Usado para representar a camada formada pelos
octaedros;
Os tetraedros e octaedros juntam-se dando origem aos vários tipos
de argilas silicada.
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA CAULINITA
Suficientemente firme (pontes de hidrogênio). As argilas cauliníticas são as mais estáveis em
presença d'água, apresentando baixa atividade e baixo potencial de expansão, é formada
por uma lâmina silícica(SiO2) e outra de alumínio.
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DAMONTMOLIRONITA
É formada por uma unidade de alumínio entre duas silícicas. Ligações fracas . Forças de Van
der Walls
ELEMENTOS CONSTITUINTES DOS SOLOS
O soloé um material constituído de três fases físicas:
SOLIDA/LÍQUIDA E GASOSA
SOLOS EXPANSIVOS
São Solos que em presença de água, aumentam o seu volume, podendo gerar uma pressão
de expansão, provocando deformações nas fundações das construções.
Este fenômeno somente ocorre em solos de comportamento argilosos.
SOLOS COLAPSIVEIS
São solos que apresentam uma redução de volume ao se aumentar o teor de umidade ou ao
serem carregados e posteriormente umedecidos. Há uma ocorrência nas regiões tropicais.
SOLOS DISPERSIVOS
São solos que possuem um elevado teor de cátions de sódio(Na) dissolvido na água dos
vazios do solo, tornando-se facilmente erodível quando na presença de um fluxo d’água.
Isso ocorre quando as forças repulsivas entre partículas individuais na argila excedem as
forças atrativas, provocando o carreamento de partículas em suspenção na água. (pipping)
ATIVIDADE DA SUPERFÍCIE DOS SOLOS FINOS
A superfície da partícula sólida possuem uma carga elétrica negativa cuja a intensidade
depende primordialmente de suas características mineralógicas, as atividades das argilas
físicas e químicas decorrentes desta carga superficial constituem a atividade superficial do
material.
Nos solos argilosos não é só a
porcentagem de argila quem define seu
comportamento plástico, mas sim a
ATIVIDADE dos seus componentes.
�� �
��
%ϕ � 2μ
Onde: Ia – Índice de Atividade;
IP- Índice de Plasticidade;
%ϕ � 2μ
	 - Percentual em peso do solo
seco com diâmetro menor que 0,002 mm
( argilas);
ÁGUA CONTIDA NO SOLO
Água de Constituição : Faz parte da estrutura molecular das partículas sólidas. Só é liberada
á temperatura de 1200 ° C
Água Adesiva ou Adsorvida: é uma película que envolve a partícula, sólidas das argilas, e a
ela se aderem fortemente. Só é liberada a temperaturas acima de 650°C.
Água Higroscópica: Água que o solo possui
quando em equilíbrio com a umidade
atmosférica e a temperatura ambiente. Está
ligada a parte fina do solo só é liberada a
temperaturas acima de 180°C.
Água Livre: é aquela que enche os vazios do
solo e é regida pelas leis da hidrálica. Só é
liberada a temperaturas acima de 100°C.
Água capilar: é aquela que nos solos finos, sobe nos canalículos formados pelos vazios do
solo, está acima da água livre. É liberada a temperaturas acima de 200°C.
AMOLGAMENTO DOS SOLOS
É a perda da resistência face a destruição da estrutura natural do
solo.
Gs --- Grau de sensibilidade ou de amolgamento de um solo, é obtido pela
razão entre a resistência à compressão simples (Rc) de uma amostra no
estado natural e a resistência à compressão simples de uma amostra
amolgada ( R’C).
�
 �
��
�′�
- Obs > para a maioria das argilas : 2<St(Gs)<4
TIXOTROPIA
É a propriedade que determinados solos possuem de perder
resistência quanto é amassado e recuperá-lo quando deixado em
repouso. A perda e o consequente retorno de resistência coesiva
parecem ser devidos à destruição e consequente reordenação da
estrutura molecular das camadas adsorvidas.
A betonita é um material que apresenta propriedades tixotrópicas. As
lamas tixotrópicas, ou seja, suspensão em água desta argila especial,
que é a betonita, são muito empregadas nas perfurações de
petróleo, fundações profundas, cortinas enterradas etc...
PLASTICIDADE DOS SOLOS
Os solos arenosos são perfeitamente identificáveis por meio de curvas granulométricas. O
mesmo não ocorre com os solos argilosos, em virtude de suas propriedades plásticas.
Quando amolgamos o solo argiloso e dependendo de sua umidade, apresentam uma
consistência característica que é denominada PLÁSTICA.
Definição
É a propriedade do solo se submeter a deformações rápidas( moldagem), sem rebote
elástico, sem variação apreciável de volume e sem quebrar-se ou romper-se.
O rebote elástico é o retorno do material, submetido ao esforço, ao estado original depois
de retirada a ação da força de deformação.
PLASTICIDADE DEPENDE DOS SEGUINTES FATORES
1- TEOR DE UMIDADE: Existe para cada solo argiloso uma determinada faixa de umidade na
qual o mesmo detém as características plásticas. Acima e abaixo desta o solo perde estas
características.
2- FORMA DAS PARTÍCULAS: Algumas investigações mostram que a plasticidade é devido
as partículas finas com forma lamelar e com água adsorvida.
Esta forma das partículas permite o deslocamento relativo destas, sem que haja variação de
volume e suas cargas elétricas(atração), impedem que ocorram o rebote elástico e a quebra
ou ruptura do material.
3- COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA: Quanto maior a fração argilosa no solo maior será sua
plasticidade.
4- COMPOSIÇÃO QUÍMICA E MINERALÓGICA DO SOLO: A qualidade ou o tipo das
partículas que compõe a fração argilosa de um solo também vai influir na plasticidade deste
solo.
Quanto menor o argilo−mineral (ou quanto maior sua superfície específica), maior a
plasticidade do solo.
ESTADOS DE CONSISTÊNCIA
O comportamento de um solo argiloso varia muito com o seu teor de umidade, podendo vir
de um estado líquido(lama) a sólido(argila seca).
Admitindo-se um eixo de umidade dividido em faixas nas quais temos inscritos os estados
de consistência de um solo argiloso temos:
1- Estado Líquido: O solo tem aparência e propriedades de fluido viscoso.
3- Estado Plástico: O solo se comporta plasticamente, não diminui de volume ao perder
umidade.
2- Estado Semi-Sólido: O solo tem sólido porém diminui de volume ao perder umidade.
3- Estado Sólido: O solo não se contrai ao perder umidade.
ESTADOS DE CONSISTÊNCIA
O comportamento de um solo argiloso varia muito com o seu teor de umidade, podendo vir
de um estado líquido(lama) a sólido(argila seca).
Admitindo-se um eixo de umidade dividido em faixas nas quais temos inscritos os estados
de consistência de um solo argiloso temos:
ESTADOS DE CONSISTÊNCIA
Limite de Liquidez: Teor de umidade do solo com o qual uma ranhura requer 25 golpes 
para fechar, numa concha.
Determinação do limite de Liquidez (LL). Diversas tentativas são feitas com o solo em 
diferentes umidades: anota-se o número de golpes para fechar a ranhura e obtém-se o 
Limite de Liquidez pela interpolação dos resultados. NBR 6459
ESTADOS DE CONSISTÊNCIA
Limite de Plasticidade: É definido como o menor teor de umidade com o qual se 
consegue moldar um cilindro com 3 mm de diâmetro, rolando-se o solo na palma da 
mão.
Determinação do limite de plasticidade (LP). A determinação do limite de
plasticidade do solo é realizada seguindo−se o seguinte procedimento: 1) prepara−se
uma pasta com o solo que passa na #40, fazendo−a rolar com a palma da mão sobre
uma placa de vidro esmerilhado, formando um pequeno cilindro. 2) quando o cilindro
de solo atingir o diâmetro de 3mm e apresentar fissuras, mede−se a umidade do solo.
3) esta operação é repetida pelo menos 5 vezes, definido assim como limite de
plasticidade o valor médio dos teores de umidade determinados. A fig. 5.3 ilustra a
realização do ensaio para determinação do limite de plasticidade (vide NBR 9180).
ESTADOS DE CONSISTÊNCIA
Índice de Plasticidade: É a faixa de umidade em que o solo apresenta propriedades 
plásticas.
Definição- É definido como sendo : IP=LL-LP
Attemberg demonstrou que a plasticidade da argila pode ser descrita 
através de seu IP.
ESTADOS DE CONSISTÊNCIA
Índice de Consistência: Representa de maneira relativa o estado natural dos solos 
finos( Siltes Argilosos, argilas, solos argilosos) em função da umidade.
h > LL
= LL- LP
h <LL e h> LP
h <LL e h> LP
h <LL e h> LP
h <LP
ESTADOS DE CONSISTÊNCIA
Limite de Contração: Busca-se determinar o teor de umidade que ainda ocuparia os 
vazios de um solo colocado a secar em estufa até não mais contrair.
Determinação em laboratório: O solo é colocado em cápsula, com peso e volume 
conhecido, com alto teorde umidade. Após a secagem ao ar e em estufa é medido o 
peso e o volume da pastilha do solo seco. NBR 7183/82
1) Para uma amostra de argila do Rio de Janeiro obtiveram-se os seguintes valores médios:
LL = 120%, LP = 40% e w = 150%. Sabendo-se que a percentagem de argila, isto é, de
material menor que 2 μm, é de 55%, obter: (a) o índice de plasticidade, (b) a atividade e (c)
o
índice de consistência.
EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO
�� �
��
%ϕ � 2μ
�� �
��
��
= 1,45
b)
c)
�� �
�� � ��	
IP
�� �
120 � 150
80
�� � - 0,375 
EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO
2) Na determinação do LL de um solo, utilizou-se o método do aparelho de Casagrande. 
Assim, foram obtidos os seguintes valores: 
- para um teor de umidade de 22 %, foram necessários 36 golpes, para um teor de 
umidade de 28 % foram necessários 30 golpes 
Qual o valor do LL deste solo?
EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO
3) Para um determinado solo foi colhida uma amostra, a qual foi analisada no laboratório,
sendo obtidos os seguintes dados:
- teor de umidade natural da amostra igual a 30%;
- experiência de Casagrande: h1 = 30% N1 = 30 golpes; h2 = 45% N2 = 20;
- LP = 24%;
- peso específico aparente do solo seco igual a 26,00kN/m3;
- densidade relativa das partículas igual a 3,00;
- o volume inicial da amostra que era de 5,00dm3, passou a ser de 4,50dm3 após a
secagem na estufa.
Determinar:
a) LL;
b) IP;
c) IC;
d) LC;
e) C (grau de contração do solo);
f) As características do solo quanto à plasticidade, à consistência e à contração;
EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO
a) LL?
d) LC;
20 � 25
20 � 30
�
45 � ��
45 � 30
LL� 37,5%
b) IP?
�� � �� � 37,5 � 24 = 13,5% 
e) C? � �
���� � ����
����
� �
5 � 4,5
5
� � 10%
c) IC? �� �
�� � �
��
�� �
��,����
��,�
= 0,55
LC�
�
�,	
-
�
�
= 5,12%LC�
γa
γs
-
�
δ
PROPRIEDADES DA FRAÇÃO ARGILOSA
A fração argilosa , de um solo é também chamada de parte coloidal do mesmo, que são
as partículas que podem ser dispersas em fluido formando uma dispersão coloidal.
CONSTITUIÇÃO DA FRAÇÃO ARGILOSA
1- *Minerais Argílicos
2- *Sílica coloidal
3-Micro Cristais de Quartizo
4-Micro grãos de óxido de ferro hidratados ou não;
5-Matéria orgânica
• Principais Componentes
PROPRIEDADES DA FRAÇÃO ARGILOSA
1- Natureza Mineralógica;
2-Troca catiônica;
3-Atividade;
4-Coesão;
5-Contração e Resistência Seca
PROPRIEDADES DA FRAÇÃO ARGILOSA
1- NATUREZA MINERALÓGICA: De um modo geral tanto a plasticidade como a coesão de um
solo dependem além da umidade, da espécie mineralógica do solo e de suas propriedades
coloidais. Ex: Caulinita,Montmolironita e Ilita.
2-TROCA CATIÔNICA: Os grãos de argila quando dispersos em água, tem em sua periferia uma
carga elétrica negativa, por isso na sua superfície podem existir Cátions Adsorvidos dos quais os
mais comuns são: Naᶧ,Kᶧ,Caᶧᶧ,Mgᶧᶧ.
A natureza desses cátions influi poderosamente nas
Propriedades físico-químicas e consequentemente nas
Propriedades tecnológicas da argila, inclusive na plas-
ticidade e coesão.
3-ATIVIDADE: Percentual de material argiloso no solo.
PROPRIEDADES DA FRAÇÃO ARGILOSA
4-COESÃO: A resistência ao cisalhamento de um solo, quando sobre este não atua nenhuma
pressão externa. Cola
Coesão aparente: A coesão aparente é resultado da tensão superficial da água nos capilares
do solo, formando meniscos de água entre as partículas dos solos parcialmente saturados, que
tendem a aproximá-las entre si. A coesão aparente constitui uma parcela da resistência ao
cisalhamento de solos parcialmente saturados.
Tensão Superficial da água > Aproxima as partículas > Aumento da tensão
efetiva( força entre os grãos)
PROPRIEDADES DA FRAÇÃO ARGILOSA
4-COESÃO:
Coesão verdadeira - POR EFEITO DE CIMENTAÇÃO: É resultante da existência de uma
cimentação natural dos grãos entre si, com os mais finos coagulados entre os mais
grossos, ou o mesmo na presença de óxidos, calcários, etc, fazendo uma ligação
semelhante ao cimento em relação aos seus agregados.
PROPRIEDADES DA FRAÇÃO ARGILOSA
4-COESÃO:
Coesão verdadeira - POR EFEITO ELETROSTÁTICO: Resultante da atração/ligação das
grãos devido o potencial atrativo molecular ou coloidal.
Este potencial exerce pressão sobre uma película de água chamada adsorvida, deste
modo a película mais próxima do grão está solidificada e quando se distância ela fica
altamente viscosa.
A água adsorvida contribuem para o aumento de ligação entre os grãos
PROPRIEDADES DA FRAÇÃO ARGILOSA
4-CONTRAÇÃO E RESISTÊNCIA SECA: Se uma argila é colocada para secar, ao longo do
processo de perda de umidade ela se contrai e no final deste processo ela está dura.
1- A contração se dá porque com a perda da umidade, os meniscos capilares se
contraem aumentando a ação da capilaridade e consequentemente a força de união
entre as partículas.
2- A resistência seca se desenvolve, face a aproximação das partículas durante a
contração, aumentando assim a atração eletrostática entre as mesmas, gerando uma
elevada coesão.