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Geologia para Engenharia
Unidade 9
Elementos dos solos e utilização das rochas
Rafael Sathler
UNIDADE 9
- ELEMENTOS DOS SOLOS E UTILIZAÇÃO DAS 
ROCHAS
9.1 - Conceito de solo para o geólogo e para o engenheiro
9.2 - Tipos de Solo
9.3 - Propriedades gerais dos solos
9.4 - Classificação granulométrica dos solos
9.5 - Obtenção dos materiais industriais e de construção
9.6 - Rochas e solos mais comuns e sua aplicação 
9.1 - Conceito de solo para o geólogo e para o 
engenheiro
Conceito de solo na Engenharia Civil
Material que não oferece resistência intransponível à escavação
mecânica, podendo ser escavado através de pá, picareta,
escavadeira, sem necessidade de explosivos, e que perde toda a
resistência quando em contato prolongado com água (Vargas, 1977)
Importância do solo no contexto da Engenharia
• Solo = fundação ou escavação
– Quase toda obra escavará ou se apoiará no solo 
– Fundações (tensões aplicadas) x Escavações (tensões aliviadas)
Características dos solos
Muitos materiais de construção (ex.: aço) são homogêneos,
isotrópicos e com comportamento linear.
Solos são heterogêneos e anisotrópicos: complexidade física,
química, mineralógica.
– Limitações dos modelos matemáticos e teorias
– Importância do conhecimento da Mecânica dos Solos
– Importância de campo e de laboratório para caracterização.
Comportamento não linear:
curva tensão vs. deformação não é uma reta
Enfoque dos estudos sobre solos na Engenharia
Para o Engenheiro: enfoque mecânico
– Material composto de: 
• Partículas Sólidas 
• Líquidos (em geral água) 
• Ar
Material heterogêneo e trifásico
Propriedades dos solos de interesse aos Engenheiros
Caracterização das partículas sólidas
• areias e pedregulhos tendem a ser esferoidais, podendo ser
angulosos ou arredondados.
•grãos arenosos são mais permeáveis e se compactam mais
facilmente (maior densidade); os angulares ficam mais imbricados,
resultando em resistências maiores.
•partículas finas (siltes e sobretudo argilas) são lamelares (placas)
tem afinidade por água e plasticidade, fazem trocas iônicas.
Comportamento Reológico (fluxo sob tensão)
– Diferente dos sólidos rígidos deformáveis, varia conforme: 
• Diâmetro e tipo dos grãos
(areias mais rúpteis menos dúcteis mais permeáveis, argila inverso)
• Quantidade de líquidos 
• Quantidade de ar 
(alteram sucção e portanto coesão do material)
Enfoque na Geologia
Para o Geólogo, enfoque genético: produto do Intemperismo 
- Que não foi erodido 
• Solos Residuais
– Que foi erodido, transportado e sedimentado 
• Solos Transportados
GEOLOGIA DE ENGENHARIA:
 Material terroso resultante dos processos de intemperismo e
transporte, escavável com lâmina
9.2 - Tipos de Solo
9.3 - Propriedades gerais dos solos
9.4 - Classificação granulométrica dos solos
Classificação Geológica
Interpretação da gênese do solo, baseada na análise tátil-visual, em
campo (morfologia) e relações pedológicas ou estratigráficas.
Solos in situ (residuais)
Formados pelo intemperismo, permanecem no local de formação.
Em climas tropicais úmidos ( + decomposição química), o manto
de solo residual apresenta espessuras de dezenas de metros.
Quando muito espessos, podem impossibilitar a fundação de
grandes obras (ex., hidráulicas de concreto) sobre rocha, que estaria
muito profunda, obrigando que se apoiem em solos residuais.
PERFIL DE 
INTEMPERISMO
Solos transportados
Sofreram transporte do local onde se originaram até onde foram
depositados, não tendo ainda se consolidado (materiais mais soltos)
Podem ser excelentes fontes de materiais naturais de construção.
Podem constituir fundações problemáticas para muitas obras de
engenharia, causar problemas de estabilidade de taludes de corte e
encostas naturais.
Aluviões
Erodidos e transportados pelos cursos d’água, e depositados nos
seus leitos e margens.
Variações na capacidade de transporte dos cursos d’água refletem-
se na formação de camadas distintas.
Cada camada representa uma fase de deposição, tendo espessura,
continuidade lateral, mineralogia e granulometria particulares.
Coluviões
Depósitos de materiais inconsolidados, encontrados recobrindo
encostas íngremes, formados pela ação da água e da gravidade.
Recobrem encostas de serras e divisores d’água de áreas planas.
Depósitos de várias espessuras, predomina matriz (finos),
podendo ter blocos de rocha pequenos.
►baixa resistência ao cisalhamento
►movimentos lentos a rápidos
Tálus
Formados pela ação da água e principalmente pela gravidade.
Blocos de rocha de varios tamanhos, envolvidos ou não por matriz.
Ocupam a base de maciços rochosos em relevo íngreme.
Sedimentos Marinhos
Encontrados em praias e mangues.
Nas praias corresponde a areia limpa, quartzosa.
Nos manguezais são sedimentos finos com muita matéria orgânica.
Sedimentos eólicos
Transportados e depositados pela ação do vento.
Areia fina, quartzosa, bem arredondada.
Bulbo de tensão em solos marinhos
Prédios de Santos
Buscam associar as propriedades físicas ao comportamento dos
solos em diversas solicitações.
Consideradas convencionais as que se baseiam nos ensaios de
granulometria e limites de consistência (Atterberg).
Mais utilizadas: 
• Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS).
• Highway Research Board (HRB-AASHTO, atualmente TRB).
Classificações Geotécnicas
Granulometria:
Peneiramento e sedimentação
Peneiramento e sedimentação: NBR 7181
Coeficiente de Uniformidade
Cu = D60
D10
Coeficiente de Curvatura
Cc = D30 x 2
D10 x D60
Estabilidade de solos conforme a granulometria
„Os solos argilo-arenosos podem ser utilizadas com certa
propriedade em aterros, já que combinando o atrito das areias com
a coesão das argilas dão, como produto final, um material com boa
resistência e de relativamente fácil trabalhabilidade.
Os problemas surgem quando solos são predominantemente:
► arenosos, vulneráveis à erosão pela água das chuvas e ventos
► argilosos 2:1, altamente deformáveis e pouco permeáveis
Limites de consistência
A fração fina, particularmente a argila, impõe características
muito importantes ao comportamento geotécnico dos solos.
Índices indiretos obtidos por ensaios simples que buscam
caracterizar o comportamento da fração fina na presença de água
(Limites de Atterberg, padronizados por ensaios de Casagrande).
ESTADO LÍQUIDO
ESTADO PLÁSTICO
ESTADO QUEBRADIÇOTE
OR
 DE
 UM
IDA
DE
 (h)
LIMITE DE LIQUIDEZ (LL)LIMITE DE LIQUIDEZ (LL)
LIMITE DE PLASTICIDADE (LP)LIMITE DE PLASTICIDADE (LP)
ÍNDICE DE PLASTICIDADE (IP)ÍNDICE DE PLASTICIDADE (IP)
Determinado em um gráfico onde o eixo das abscissas (escala
aritmética) representa porcentagens de umidade e o eixo das
ordenadas (escala logarítmica) representa números de golpes.
O ponto 25 golpes determina o LL do solo ensaiado.
Aparelho de 
Casagrande
Limite de Liquidez - LL
Índice de Plasticidade
IP = LL-LP
- rolinhos de 3mm x 10mm
A média do teor de umidade das 
amostras = LP
Limite de Plasticidade - LP
Carta de Plasticidade
Ver em que campo cai
o ponto e analisar os
critérios da tabela de
classificação:
Solos divididos em 14 grupos, representados por duas letras:
Solos Grossos: GW, GP, GM, GC, SW, SP, SM, SC
Solos Finos: CL, ML, OL, CH, MH, OH, PT
Sistema Unificado de Classificação de Solos
Existem propriedades esperadas para cada grupo de solos do SUCS
Exemplo 1:
Areia bem 
graduada
Exemplo 2: 
Argila 
muito 
plástica 
Solos reunidos em grupos e subgrupos, em função de suagranulometria, limites de consistência e do Índice de Grupo (IG):
IG = (F-35) [0,2+0,005 (LL-40)] + 0,01 (F-15) (IP-10)
Sendo F = % de solo que passa na peneira 0,074: ou seja, siltes e
argilas, inadequados como subleitos (em países temperados)
Classificação da Highway Research Board (HRB)
O primeiro grupo a partir da esquerda, com o qual os valores do
solo ensaiado coincidir, será a classificação correta.
C
la
ss
if
ic
aç
ão
 d
a 
H
R
B
Desenvolvidas em países de clima temperado. Não adequadas aos
solos tropicais (comportamento geotécnico distinto).
Ex.: Argila Porosa Vermelha, Av. Paulista
– SUCS: MH (silte de alta plasticidade): não corresponde.
• Solos Residuais Lateríticos
- Evolução em climas quentes e úmidos
- Alto índice de vazios (baixa capacidade de suporte)
- Minerais cauliníticos, óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio
- Contrai se remover água, mas não expande quando reumedecido.
Não interpretar índices como em solos transportados temperados
• Necessidade de Classificações NÃO CONVENCIONAIS.
Limitações das classificações comuns
Não utilizam a granulometria e limites de consistência como
índices classificatórios.
Existem várias. A de maior aceitação no Brasil:
MCT (Miniatura, Compactada, Tropical): propriedades mecânicas
e hidráulicas de solos tropicais compactados para obras viárias.
Metodologia envolve dois ensaios:
- Compactação Mini-MCV
- Perda de massa por imersão
Classificações Geotécnicas não-convencionais
•Ensaio de compactação Mini-MCV
Aparelho Mini-MCV
Corpos de prova compactados com
diferentes teores de umidade e com energia
de compactação variável. Obtém-se dois
gráficos, a partir dos quais são obtidos:
• Coeficiente de deformabilidade ( c’ )
• Coeficiente de compactação, referente à
energia de 12 golpes ( d’ )
Ensaios da classificação MCT
•Ensaio de perda de massa por imersão
Obtém-se o Índice de perda de massa por imersão (Pi):
Pi = ms x100
mo
ms = massa de solo seco desprendida do corpo de prova após
imersão (g)
mo = massa de solo seco correspondente a 1cm de corpo de prova
deslocado do cilindro de compactação (g)
LG’: argilas lateríticas e argilas lateríticas arenosas;
LA’: areias argilosas lateríticas;
LA: areia com pouca argila laterítica;
NG’: argilas, argilas siltosas e argilas arenosas não 
lateríticas;
NS’: siltes caolínicos e micáceos, siltes arenosos e 
siltes argilosos não lateríticos;
NA’: areias siltosas e areias argilosas não lateríticas;
NA: areias siltosas com siltes quartzosos e siltes
argilosos não lateríticos.
Á
b
aco
 d
e C
lassificação
 M
C
T
Propriedades esperadas dos grupos de solos segundo a Classificação 
MCT
• Aplicável a solos que passam na peneira 2,00mm
• Grupos segundo propriedades para obras viárias, ex. capacidade
de suporte; não estima geotecnia para outras obras de terra
• Ensaio trabalhoso, muito tempo para execução e cálculo das
curvas de compactação, exceto equipamento automatizado com
aquisição eletrônica de dados.
Limitações da classificação MCT
9.5 - Obtenção dos materiais industriais e de construção
9.6 - Rochas e solos mais comuns e sua aplicação 
Aplicação prática de rochas em edificações
Mesmo as sedimentares, bem cimentadas, podem ser bom material
para blocos de fundação e alvenaria, calçadas, meios fios, etc.
Ex: arenito de Botucatu.
Rochas intemperizadas e sedimentares pouco cimentadas, e
especialmente os solos, podem dar origem a depósitos de
pedregulhos, areias ou lamitos, muito utilizados na construção
civil, os primeiros no concreto e os últimos, em tijolos e cerâmicas.
Portanto, sempre úteis à Engenharia Civil.
Cimento Portland
Grande inovação à época pela moldabilidade, hidraulicidade
(endurece tanto no ar como na água), elevada resistência aos
esforços, e por ser obtido com matérias-primas relativamente
abundantes e disponíveis na natureza:
►Minério de ferro
►Calcário
►Argila
►Gesso
CALCÁRIOS
Constituídos basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), podem
conter várias impurezas, como magnésio, silício, alumínio ou ferro.
É uma rocha sedimentar, sendo a terceira mais abundante na crosta
terrestre, após o xisto e o arenito. O elemento cálcio abrange 40%
de todo o calcário.
ARGILA
Silicatos complexos contendo alumínio e ferro como cátions
principais e potássio, magnésio, sódio, cálcio, titânio entre outros.
A escolha da argila envolve disponibilidade, distância, relação
sílica/ alumínio/ferro (2:1, 1:1, óxidos e hidróxidos) e elementos
menores como álcalis.
Fornece os componentes Al2O3, Fe2O3 e SiO2.
GESSO
Adição final no processo de fabricação do cimento, com o fim de
regular o tempo de pega por ocasião das reações de hidratação.
Encontrado nas formas de:
sulfato de cálcio di-hidratado - gipsita (CaSO4. 2H2O)
hemidratado - bassanita (CaSO4.0,5H2O)
e não hidratado - anidrita (CaSO4).
Utiliza-se também o da indústria de ácido fosfórico:
fosfato de cálcio (apatita) ácido sulfúrico água ácido fosfórico sulfato de cálcio
►Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 + 6H2O → 2H3PO4 + 3(CaSO4.2H2O)
Agregados
Em forma de grãos, geralmente inertes, sem tamanho e forma
definidos, que têm por objetivo compor argamassas e concretos.
►Funções:
 reduzir o custo
 reduzir as variações volumétricas
 Aumentar a resistência ao desgaste imposto por esforços
► mecânicos
► intempéricos
Agregados Graúdos - NBR 7211
Pedregulho ou brita, ou mistura de ambas, de rochas estáveis,
cujos grãos passam pela peneira 152 mm e são retidos na 4,8 mm
(fração pedregulho). Rochas utilizadas:
► Granito
► Basalto
► Gnaisse
► Diorito
►Gabro
►Diabásio
►Calcário
►Quartzito
►Arenito
Pedras naturais para construção civil
Todas as classes de rochas podem apresentar propriedades
adequadas ao emprego na construção civil.
► Classificação geológica:
 Ígneas
 Sedimentares
 Metamórficas
► Classificação tecnológica:
 Silicosas
 Calcárias
 Argilosas
Aplicação na construção civil
► Silicosas Ígneas
 Granito
 Basalto
 Diorito
► Silicosas sedimentares
 Arenito
► Silicosas metamórficas
 Gnaisse
 Micaxisto
 Quartzito
 Talcoxisto
• Calcárias sedimentares
– Calcário
– Dolomita
– Travertino
• Calcárias metamórficas
– Mármore
• Argilosas sedimentares
– Margas
• Argilosas metamórficas
– Filitos
– Ardósia
Propriedades da rocha
► Resistência à compressão
► Massa unitária (densidade com vazios)
► Massa específica (densidade sem vazios)
► Dilatação térmica
► Higroscopicidade
► Absorção
► Porosidade
► Fratura
► Trabalhabilidade
► Homogeneidade
► Durabilidade
Resistência do agregado
Agregado Resistência (Mpa)
Granito (ígnea intrusiva) 184,4
Micaxisto (metamófica quartzo-micácea médio grau) 85,2
Calcário (sedimentar) 188,7
Granulito (metamófica cálcio-alcalina de alto grau) 190,4
Caracterização tecnológica de rochas ornamentais
Rochas ornamentais ou de revestimento, quando em uso, são
submetidas a muitas solicitações, tais como atrito (desgaste),
impacto, ações do clima, ataque por produtos de limpeza, etc.
A caracterização tecnológica dos materiais (mineralógica, física,
química e mecânica) é fundamental para a sua utilização correta,
segura e econômica.