Apostila Geotecnica

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Disciplina: Geotécnica 
Profa. Michele Cristina Rufino Barbosa 
 
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS 
 
1.1 Conceitos Principais 
 
A definição do que é solo depende em muitos casos de quem o utiliza. 
 
- Agrônomos: material de fixação de raízes e um grande armazém de nutrientes e água 
para as plantas. 
 
- Geólogo de mineração, a capa de solo sobrejacente ao minério é simplesmente um 
material de rejeito a ser escavado. 
 
Para o engenheiro civil, os solos são um aglomerado de partículas provenientes de 
decomposição da rocha, que podem ser escavados com facilidade, sem o emprego de 
explosivos, e que são utilizados como material de construção ou de suporte para 
estruturas. 
 
Outra definição para Engenharia Civil: Agregado de grãos minerais e matéria orgânica 
decomposta (partículas sólidas) com líquido e gás nos espaços vazios entre as 
partículas. Esta definição origina-se do chamado Diagrama de Fases do Solo (Figura 
1). 
 
 
Figura 1.1 – Representação do Diagrama de Fases do Solo 
 
 
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O solo é utilizado como material de construção em vários projetos de engenharia civil e 
suporta fundações estruturais. 
 
- Importância do solo: Estudo das propriedades dos solos (Origem, distribuição de 
tamanho dos grãos, capacidade de drenagem da água, compressibilidade, resistência ao 
cisalhamento e capacidade de carga). 
 
- Mecânica dos solos: Ramo da ciência que lida com o estudo das propriedades físicas 
do solo e do comportamento das massas de solo sujeitas a várias solicitações. 
 
A Mecânica dos solos faz parte do ramo de Engenharia chamado Engenharia 
Geotécnica ou Engenharia de solos. 
 
 
 
As Mecânicas de Solo e Rocha aplicam os princípios da mecânica à solução dos 
problemas de estabilidade dos terrenos a custa de cálculos numéricos. 
 
A Geologia de Engenharia promove o estudo das características geológicas que 
determinam os parâmetros numéricos e a sua distribuição geométrica num dado maciço. 
 
 
 
 
 
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Por que se estuda Geotecnia? 
Visualmente toda estrutura é suportada por solo ou rocha. Aquelas que não estão 
ou flutuam, ou voam ou CAEM (Handy, 1995). 
 
O profissional de Engenharia na área de Mecânica dos Solos atua em obras no solo 
voltadas a fundações de prédios, estruturas, escavações, obras de contenção, estradas de 
rodagem, barragens, túneis, etc. Para tanto necessita conhecer bem os solos onde está 
trabalhando. Isto é possível com a identificação dos parâmetros do solo através dos 
ensaios de campo de laboratório e com estes dados aplicados a modelos matemáticos ou 
modelagens numéricas computacionais as soluções técnicas adequadas são encontradas. 
Porém, para definir quais ensaios necessitam ser feitos o profissional precisa identificar 
e classificar com precisão o solo em questão, este é o objetivo da Geotecnia. 
 
 
1.2 Breve Histórico da Mecânica dos Solos 
 
O histórico da Mecânica dos Solos é dividido em três fases: 
 
1ª Fase: Solo com propriedades de materiais manufaturados (aço e concreto). 
 
1736 – 1806: Charles Augustin Coulomb: Estudos para determinação da posição de 
superfície de ruptura atrás de muros de arrimo. Definiu a base do ensaio de 
cisalhamento direto, estabelecendo um critério de ruptura baseado em leis de atrito e 
coesão. 
1820 – 1872: William J. Rankine: Teoria sobre empuxos de terra e equilíbrio de massas 
de solo. 
1856 – 1910: Henry P. Darcy: Estudo sobre permeabilidade e filtros. 
1842 – 1929: Joseph V. Boussinesq: Teoria de distribuição de tensões sob cargas 
carregadas. 
 
2ª Fase: Vários acidentes por causa da geotecnia mal executada. 
Ocorreu um acúmulo de insucessos em obras de Engenharia Civil: 
 
 
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- Instabilizações de taludes; 
- Recalques em estradas; 
- Desabamento de casas; 
- Acidentes com barragens 
 
Exemplo mais famoso: Torre de Pisa na Itália. Relacionado a capacidade de carga na 
construção de estruturas antes do século XVIII. A Torre de Pisa pesa 15.700 toneladas 
métricas suportadas por uma base circular de diâmetro de 20 metros. No passado a 
Torre inclinou para leste, oeste, norte e finalmente para o sul, estabilizando-se. 
Investigações recentes mostraram uma camada frágil de argila a 11 metros de 
profundidade da superfície, o que fez a Torre inclinar. A Torre foi fechada em 1950 
porque temiam que ela caísse. Recentemente ela foi estabilizada pela escavação do solo 
ao norte e apresenta uma inclinação de 50. 
 
Com uma sequência de acidentes tornou-se necessário estudos mais aprofundados da 
Mecânica dos Solos. 
 
3ª Fase: Solos com propriedades distintas 
1883 1963: Karl Tezarghi 
Considerado o pai da mecânica dos solos moderna a partir de um trabalho sobre 
adensamento de argilas em 1925. 
 
Outros nomes importantes: W. Fellenius; Arthur Casagrande; Ralph Peck; Skempton; 
R. Proctor; Bishop; Milton Vargas, Lambe e Whitman, etc. 
 
 
1.3 Particularidades da Mecânica dos Solos 
 
- Trabalha-se com solos e rocha, que são materiais naturais, e que detém propriedades 
mais complexas e difíceis de determinar que materiais manufaturados como concreto e 
aço. 
 
 
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- As propriedades do solo podem variar de um local para outro e até mesmo dentro do 
mesmo local. Por isso é importante uma caracterização do local. 
- Ao contrário dos engenheiros estruturais, os engenheiros geotécnicos têm de se obter 
amostras de cada local e testá-los em laboratório e/ou campo. 
- Necessidade de maior envolvimento durante a construção e revisão frequente do 
projeto; 
- Necessidade de uma maior interação com outros profissionais, tais como geólogos, 
calculistas, etc. 
- Necessidade de uso de julgamento (experiência) quando se analisa dados de campo e 
laboratório. 
- Como não se explora todo o terreno, ele não é conhecido por inteiro o que gera fonte 
de erros. 
- Modelos matemáticos são aproximações e cuidado com respostas de programas 
computacionais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 2 – CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE SOLOS 
 
2.1 Origem do Solo 
 
O solo é componente fundamental de ecossistemas terrestres e importante fator no 
planejamento e aproveitamento dos recursos naturais, uma vez que suporta a maioria 
das atividades humanas sobre a superfície sólida do planeta: 
- Diversidade de habitats para vida selvagem; 
- Atividades recreativas, turísticas, etc.; 
- Suporte de estradas, ferrovias, construções; 
- Fonte de materiais de construção; 
- Absorção do excesso de chuvas e redução do risco de inundações; 
- Zona de proteção dos aquíferos. 
 
Em geral os solos são formados pela erosão das rochas. As propriedades físicas do solo 
são determinadas primeiro pelos minerais que constituem suas partículas e, portanto, 
pela rocha a partir da qual esse solo é derivado. 
 
Os solos são provenientes da deterioração da rocha através de um processo denominado 
intemperismo, ou seja, a ação do tempo. As várias formas de intemperismo podem ser 
classificadas em dois grandes grupos: intemperismo químico e intemperismo mecânico. 
 
- Intemperismo Químico 
Relacionado com os vários processos químicos que alteram, solubilizam e depositam os 
minerais de rocha, transformando-a em solo. Esse tipo é mais frequente nos climas 
quentes e úmidose, portanto, muito comum no Brasil. 
 
- Intemperismo Mecânico ou Físico 
Proveniente da ação mecânica desagregadora de transporte da água, do vento e da 
variação de temperatura. Muitas vezes ocorre a ação conjunta de vários agentes do 
intemperismo. 
 
 
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2.2 Classificação dos Solos 
 
A classificação do solo depende do interesse de utilização podendo ser: 
 
- Pedológica (Agronomia) – base nos horizontes pedológicos (perfil pedogenético), 
Litossolos, cambissolos, podzólicos, latossolos, hidromórficos, etc. 
 
- Gênese (Geologia) – base segundo o processo de acumulação (critérios de campo). 
 
- Geotécnica (engenharia) – base em propriedades físicas (ensaios laboratoriais) e 
utilização de sistemas específicos de classificação. São divididos em solos residuais e 
solos transportados. 
 
2.2.1 Solo Residual 
 
Os produtos da rocha intemperizada permanecem ainda no local em que se deu a 
transformação. Não existe contato ou limite direto e brusco entre o solo e a rocha que o 
originou, mas sim uma passagem gradativa. 
 
Segundo o grau de decomposição dos minerais se divide em: 
 
- Solo Residual Maduro - material que não mostra nenhuma relação com a rocha que 
Ihe deu origem. Não se consegue observar restos da estrutura da rocha nem de seus 
minerais. Conhecido como Solo Eluvial. 
 
- Solo Residual Jovem (de alteração) - ainda mostra alguns elementos da rocha-matriz, 
como linhas incipientes de estruturas ou minerais não decompostos. Conhecido como 
Solo Saprolítico ou de Alteração. 
 
A Figura 2 mostra um esquema de formação do solo residual. 
 
 
 
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Figura 2.1 – Formação do Solo Residual 
 
Os solos residuais apresentam na sua superfície partículas mais finas de solo (silte e 
argila). 
 
 
2.2.2 Solos Transportados 
 
Os produtos de alteração foram transportados por um agente qualquer, para local 
diferente ao da transformação da rocha que o deu origem. - Formam geralmente 
depósitos mais inconsolidado (materiais mais soltos) e fofos que os residuais e 
apresentam profundidade variável. Pode ter grandes variações laterais e verticais na sua 
composição dependendo da capacidade do agente transportador. 
 
Variedade especial - solo orgânico (O material transportado está misturado com 
quantidades variáveis de matéria orgânica decomposta, que em quantidades apreciáveis, 
forma as turfeiras). 
 
 
 
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Os solos transportados podem ser classificados de acordo com o agente de transporte 
em: 
 
- Solos glaciais: Formado por transporte e deposição de geleiras; 
- Solos aluviais: Transportados por água corrente e depositados ao longo do percurso; 
- Solos lacustres: Formados por depósitos em lagos calmos; 
- Solos marinhos: Formados por depósitos em mares; 
- Solos eólicos: Transportados e depositados pelo vento; 
- Solos coluviais: Formado por movimentos de solo a partir de seu lugar original pela 
gravidade (Áreas de relevo). 
 
 
2.3 Tamanho das partículas do solo 
 
Os solos são compostos por grãos de diferentes formas e tamanhos. 
 
Partículas de solo são definidas de acordo com o tamanho relativo destas, sendo 
considerada argila partículas com diâmetro inferior a 0,005mm; silte as com diâmetro 
entre 0,005mm e 0,05mm; areia fina as com diâmetro entre 0,05mm e 0,42mm; areia 
média, entre 0,42mm e 2mm; areia grossa, entre 2mm e 4,8 mm e, finalmente, 
pedregulho, entre 4,8 e 76 mm de diâmetro. 
 
 
2.4 Sistema Solo-água-ar 
 
A água constitui-se da principal causa de instabilização de solos, principalmente se esta 
estiver em contato com partículas de argila. A água tende a reagir com a argila tornando 
o solo expansivo. 
 
As argilas na presença de água desenvolvem uma série de propriedades: plasticidade, 
resistência mecânica a úmido, compactação. Solos com maior quantidade de minerais 
argílicos tendem a ter uma menor permeabilidade e consequentemente, menores 
velocidades de recalque. 
 
 
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Os solos arenosos e pedregulhosos possuem uma alta permeabilidade, apresentando 
uma alta capacidade de drenagem, não constituindo-se de solos problemáticos na 
presença de água. 
 
As partículas de solo se juntam formando os agregados ( conhecido popularmente como 
torrões). Uma massa de solo é constituída de vários torrões, sendo que os espaços 
vazios entre os torrões são os macroporos e os espaços vazios dentro dos torrões são os 
microporos, conforme mostra a Figura 3. 
 
 
Figura 2.2 – Representação de macroporos e microporos do solo 
 
 
Os macroporos e microporos influenciam o fluxo de água pela camada de solo. 
 
A água no solo fica retida tanto nos poros entre os agregados, como em finas partículas. 
Existe a água gravitativa, capilar e higroscópica conforme exemplifica a Figura 4. 
 
 
 
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Figura 2.3 – Formas de água no solo 
 
 
O ar no solo pode estar presente tanto nos macroporos como nos microporos, sendo que 
o solo possui mais CO2 que a atmosfera devido a respiração das raízes das plantas e 
microrganismos. A aeração do solo é fundamental para o desenvolvimento das plantas. 
O ar no solo é relevante quando se trata do processo de compactação do solo, pois a 
compactação é expulsão de ar do solo. 
 
 
2.5 Morfologia do solo 
 
A morfologia do solo estuda a aparência do solo no seu ambiente natural, ou seja, faz a 
descrição do solo pelas características visíveis a olho nu ou prontamente perceptíveis 
(identificação tátil-visual). 
 
Inclui a cor, textura, estrutura, consistência e espessura dos horizontes. 
 
 
 
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- Cor: Auxilia na delimitação dos horizontes. 
Solos escuros indica maior teor de matéria orgânica, solos avermelhados são solos 
naturalmente bem drenados com presença de óxido de ferro e solos com tons de cinza 
indicam solos permanentemente inundados, com excesso de água no perfil. 
 
- Textura: Composição em relação ao tamanho dos grãos. Proporções de partículas de 
areia, silte e argila. 
 
- Estrutura: Refere-se aos agregados formados pelas partículas (tamanho, forma e 
aspecto do conjunto de solo). Analisa o torrão ou o bloco, não a camada de solo. 
 
- Consistência: Resistência no estado natural a alguma força (pressão dos dedos, por 
exemplo). 
 
 
2.6 Comportamento Geotécnico dos Solos 
 
O solo é um material que contem três fases distintas: partículas sólidas, líquido 
(normalmente água) e gás (normalmente ar, mistura de gases). 
 
A fase sólida do solo é constituída por grãos minerais, com ou sem presença de matéria 
orgânica. 
 
A água é responsável por grande parte de suas propriedades e seu comportamento. Ela 
pode atuar física e quimicamente, pode participar da composição química de minerais 
argílicos, alterando sua consistência, resistência ao cisalhamento e massa específica 
aparente. 
 
Já a fase gasosa é de interesse em casos especiais de consolidação de aterros não 
saturados devido à redução mais rápida do volume da fase gasosa. Este comportamento 
também reflete na resistência ao cisalhamento dando ao solo parcialmente saturado um 
comportamento típico drenado. 
 
 
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A previsão da resistência é importante para o dimensionamento preliminarde obras 
geotécnicas. Já a previsão das condições de drenabilidade é importante para avaliação 
do processo construtivo. Solos mais finos tendem a ter menor condição de drenagem e 
maior compressibilidade nos processos de carga e descarga, ou seja, apresentam 
maiores recalques, ao passo que os solos mais grossos tendem a ter uma maior 
resistência e menor compressibilidade. 
 
 
2.6 Resistência dos Solos 
 
Por definição a resistência do solo é a máxima tensão que o solo pode resistir antes da 
ruptura. Na resistência dos solos é avaliada dois parâmetros de resistência: coesão e 
ângulo de atrito. 
 
Coesão é aquela resistência que a fração argilosa empresta ao solo, pelo qual ele se 
torna capaz de se manter coeso em forma de torrões ou blocos, ou pode ser cortado em 
formas diversas e manter esta forma. Os solos que têm essa propriedade chamam-se 
coesivos. Os solos não coesivos, areias puras e pedregulhos, despedaçam facilmente ao 
serem cortados ou escavados. 
 
O desenvolvimento da coesão entre as partículas do solo também é fortemente 
influenciada pelo teor de água do solo. Vários autores verificaram o aumento da coesão 
com a redução do teor de água do solo. A diminuição do teor de água no solo reduz a 
distância entre as partículas, havendo um consequente aumento da atração entre elas, 
resultando num acréscimo da coesão do solo. 
 
A resistência por atrito entre as partículas (força de atrito grão-grão) depende do 
coeficiente de atrito, e pode ser definida como a força tangencial necessária para ocorrer 
o deslizamento de um plano, em outro paralelamente a este. É o máximo ângulo que a 
força cisalhante pode ter com a normal ao plano sem que haja deslizamento. 
 
 
 
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CAPÍTULO 3 – INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA 
 
3.1 Introdução 
 
Investigação geotécnica ou Prospecção Geotécnica do Subsolo é o conjunto de 
operações visando a determinação da natureza e características do terreno, sua 
disposição e elementos de interesse para a intervenção. 
 
A investigação geotécnica é importante para: 
- Previsão de problemas de fundação ou análise de estabilidade, ruptura, deformações, 
pressões e resistência. 
- Existência de materiais de construção - extensão, localização, volumes existentes. 
- Previsão de problemas relacionados à água no subsolo - profundidade do nível 
freático, permeabilidade dos materiais, pressões. 
 
 
 
Através da caracterização geológico-geotécnica é possível se conhecer: 
- Distribuição dos diversos materiais que compõem o local; 
- Parâmetros físicos dos materiais; 
- Técnicas mais adequadas de intervenção; 
- Volumes escavados e mobilizados; 
- Tipo de tratamento nos terrenos; 
- Melhor posicionamento das estruturas das obras civis. 
 
Em uma investigação geotécnica os seguintes dados de solo são exigidos: 
 
 
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- Perfil do solo (espessura das camadas e identificação do solo); 
- Caracterização geotécnica completa; 
- Características de resistência e compressibilidade; 
- Outras informações tais como variação do nível de água 
 
No escritório são feitos os primeiros estudos, buscando recolher informações que já 
existam sobre o lugar, tais como: 
- Fotografias aéreas; 
- Mapas topográficos; 
- Relatórios de investigações geotécnicas realizadas no entorno. 
 
O primeiro passo é reconhecimento do local no qual será executada a investigação 
geotécnica: 
- Visitar o local e conversar com os moradores da região; 
- Analisar as formas de acesso ao local; 
- Analisar a topografia da região; 
- Analisar a geologia local; 
- Verificar as condições das estruturas já existentes; 
- Observar se existem problemas já instalados. 
 
A programação dos trabalhos de uma investigação geotécnica deve ser feita levando-se 
em consideração as condições geológicas locais e a necessidade de cada obra. 
 
O desenvolvimento das investigações é tem 4 fases: Inventário, Viabilidade, Projeto 
básico, Projeto executivo. 
 
 Inventário - Pesquisa bibliográfica, estudos regionais, seleção de alternativas de 
locação e intervenção; 
 
 Viabilidade - Verificação da possibilidade técnica e econômica de execução de 
uma das alternativas; 
 
 
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 Projeto básico - Informações detalhadas da alternativa escolhida, cronograma de 
execução e custos; 
 
 Projeto executivo - Estudos pontuais e dirigidos a alvos específicos, 
comportamentos anormais. 
 
 
3.2 Métodos de Investigação Geotécnica 
 
Existem três tipos de métodos para investigação geotécnica: 
 
1- MÉTODOS DIRETOS → Permitem a observação direta do subsolo ou através 
de amostras coletadas ao longo de uma perfuração ou a medição direta de 
propriedades in situ. Escavações, sondagens e ensaios de campo; 
 
2- MÉTODOS INDIRETOS → Observação na superfície do terreno ou mesmo no 
ar, por meio de instrumentos, de certos campos de força naturais ou produzidos 
artificialmente. Geofísica. 
 
3- MÉTODOS SEMI-DIRETOS → Obtenção de informações sobre características 
dos terrenos por correlações indiretas. Desenvolvidos para superar dificuldades 
de amostragem de certos solos, areias puras, argilas inconsistentes. Ensaios in 
situ. 
 
Na geotécnica o importante a observação direta do subsolo, determinando as 
propriedades dos materiais que o constituem e realizando ensaios para verificar o 
comportamento dos materiais analisados diante a solicitação proposta da obra de 
engenharia a ser executada. 
 
 
 
 
 
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3.3 Métodos Diretos de Investigação Geotécnica 
 
Os métodos diretos consistem de escavações manuais ou por meio de escavadeiras 
permitindo a observação visual direta do subsolo, com a possibilidade de coleta de 
amostras indeformadas podendo ser divididos em poços, trincheiras e galerias de 
inspeção ou pela realização das sondagens. 
 
Os poços são escavações verticais de seção circular ou quadrada, permitindo o acesso 
para descrição das camadas de solos e rochas e coleta de amostras. A abertura em 
rochas é feita com furos de martelete ou explosivos. As trincheiras tem uma menor 
profundidade em relação aos poços e permitem uma seção contínua horizontal. Já as 
galerias de inspeção são seções horizontais em subsuperfície, sendo limitadas a rochas 
ou solos muito consistentes. 
 
 
3.4 Sondagens 
 
Ao se realizar uma sondagem pretende-se conhecer: 
- O tipo de solo atravessado através da retirada de uma amostra deformada, a cada 
metro perfurado. 
- A resistência oferecida pelo solo à cravação do amostrador padrão, a cada metro 
perfurado. 
- A posição do nível ou dos níveis d'água, quando encontrados durante a 
perfuração. 
 
Em relação aos custos das sondagens, todas as sondagens são caras, mas as mais caras 
são aquelas que não foram feitas. Empiricamente gira em torno de 0,5 a 1% do custo da 
obra, sendo que quanto maior o projeto menor o custo relativo. 
 
A falta de informação gera custo mais elevado e a obra pode tornar-se mais cara e 
demandar maior tempo para execução (problemas não previstos). 
Economia de dinheiro  Maiores custos finais 
 
 
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Existem normas para a execução de sondagem: 
 
- NBR 6484 – Execução de sondagens de simples reconhecimento de solos. 
- NBR 7250 – Identificação e descrição de amostras de solo obtidas emn sondagens de 
simples reconhecimento de solos. 
- NBR 8036 –Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para 
fundações de edifícios. 
- NBR 6502 – Define os termos relativos de rochas e solos para fins de engenharia 
geotécnica de fundações e obras de terra. 
 
A Tabela 3.1 mostra a programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos 
para fundações de edifícios em função do número de furos a executados para a 
realização da sondagem com base na área projetada da construção. 
 
Tabela 3.1 – Número mínimo de furos de sondagem em função da área de construção 
 
 
 
Existem três tipos de sondagens: sondagem a trado, sondagem á percussão e sondagem 
rotativa. 
 
 
 
 
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3.4.1 Sondagem a Trado 
 
O trado consiste de uma concha metálica dupla ou espiral que ao perfurar o solo guarda 
em seu interior o material escavado. 
 
A sondagem a trado é um processo simples rápido e econômico para investigações 
preliminares das camadas mais superficiais dos solos. Permite a obtenção de amostras 
deformadas ao longo da profundidade (de metro em metro). 
 
É muito empregada na prospecção de solos em obras rodoviárias, na determinação do 
nível d’água e na perfuração inicial de sondagens mecânicas. 
 
O equipamento para execução da sondagem a trado é composto por hastes de ferro ou 
aço (diâmetro: 1/2” ou 3/4” e comprimento de até 3 m), cruzeta para aplicação do torque 
e brocas de dimensões de 2”, 3” ou 4”. 
 
A sondagem a trado é limitada a presença de pedregulhos, pedras ou matacões, para 
solos abaixo do nível d’água e areias muito compactas. 
 
A sondagem a trado pode ser executada através de trados manuais e trados mecânicos. 
 
- Trados manuais → tipos: cavadeira, torcido, helicoidal, concha. Pode se atingir até 15 
m, dependendo da compacidade e consistência dos solos. A Figura 3.1 apresenta dos 
tipos de trados manuais e a Figura 3.2 mostra os detalhes das ferramentas dos trados 
manuais. 
 
 
 
 
 
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Figura 3.1 – Tipos de trados manuais 
 
 
Figura 3.2 – Ferramentas constituintes dos trados manuais 
 
 
- Trados mecanizados (motor a gasolina) → permitem furos de maior diâmetro, 
atingindo maiores profundidades e atravessando solos mais compactos e mais rijos. A 
Figura 3.3 mostra a execução de uma sondagem com trado mecânico. 
 
 
 
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Figura 3.3 – Execução de sondagem com trado mecanizado 
 
 
A Figura 3.4 apresenta a retirada de amostra deformada de solo de um trado do tipo 
concha. 
 
 
Figura 3.4 – Retirada de amostra deformada de solo através da sondagem a trado 
 
 
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A NBR 6484 estabelece que a sondagem deve ser executada com o trado concha até 1 
metro de profundidade e depois passando para o trado espiral até atingir o nível d’água. 
Após o nível d’água, sondagem à percussão. 
 
 
3.4.2 Sondagem à Percussão 
 
Na sondagem á percussão o terreno é perfurado através do golpeamento do fundo do 
furo com peças de aço cortantes. O processo de circulação de água facilita o corte e traz 
até a superfície o material desagregado. 
 
A ABNT padroniza a sondagem a trado até o NA, abaixo do NA a sondagem a 
percussão com circulação de água e em intervalos de profundidade a realização de 
amostragem e do ensaio de penetração SPT (Standard Penetration Test – Teste padrão 
de penetração). 
 
O SPT, originário dos EUA, é o mais difundido método de prospecção geotécnica do 
Brasil. 
 
A sondagem a percussão é um procedimento geotécnico de campo, capaz de amostrar o 
subsolo e quando associada ao ensaio de penetração, mede a resistência do solo ao 
longo da profundidade perfurada. 
 
A sondagem SPT apresenta as seguintes vantagens: 
– Custo relativamente baixo; 
– Facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso; 
– Permite descrever o subsolo em profundidade e a coleta de amostras; 
– Fornece um índice de resistência a penetração correlacionável com a compacidade ou 
a consistência dos solos; 
– Possibilita a determinação do nível freático. 
 
 
 
 
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O equipamento para execução da sondagem à percussão (Figura 3.5) é composto por: 
– Tripé com sarrilho, roldana e cabo; 
– Tubos de revestimento: diâmetro interno = 2 ½”, 3”, 4” ou 6”; 
– Hastes de aço : diâmetro interno = 25mm, diâmetro externo= 33,7mm (3,23 kg/m); 
– Martelo cilíndrico ou prismático para cravação das hastes e tubos de revestimento 
(peso = 65kg); 
– Amostrador padrão bipartido, dotado de dois orifícios laterais para saída de água e ar: 
diâmetro interno = 34,9mm e diâmetro externo = 50,8mm; 
– Conjunto motor-bomba para circulação de água na perfuração; 
– Trépano (peça de aço para o avanço por lavagem). 
 
 
Figura 3.5 – Sondagem à Percussão 
 
 
A Figura 3.6 mostra o serviço de execução de uma sondagem à percussão. 
 
 
 
 
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Profa. Michele Cristina Rufino Barbosa 
 
 
Figura 3.6 – Execução de sondagem à percussão 
 
 
Na execução da sondagem á percussão são seguidos os seguintes procedimentos: 
 
a) Limpeza do terreno, abertura de sulcos para desvio de águas da chuva e construção de 
plataforma (se necessária); 
b) Marcação dos furos (piqueteamento); 
c) A sondagem inicia com o trado concha até onde possível, passando a utilizar trado 
helicoidal até o nível freático ou até atingido o impenetrável ao trado; 
d) A sondagem passa a utilizar o avanço por percussão com circulação d’água 
(lavagem); 
e) O sistema de circulação de água deve ser mantido a 30 cm do fundo do furo. 
f) Detritos pesados (não carreados com a circulação de água) devem ser retirados com 
bomba-balde (baldinho); 
g) São registradas as transições das camadas pela observação do material tradado ou 
trazido a superfície pela água de lavagem; 
 
 
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g) Deve ser registrado o nível freático e a presença de artesianismo. Os níveis d’água 
devem ser registrados diariamente durante a execução da sondagem e no dia seguinte ao 
término. 
 
A sondagem à percussão deve encerrar nos seguintes casos: 
• quando atingir a profundidade especificada na programação dos serviços; 
• quando ocorrer a condição de impenetrabilidade; 
• quando prevista a continuidade da sondagem por rotativa. 
Amostragem 
 
As amostras a serem obtidas são dos seguintes tipos (de metro em metro ou quando da 
mudança de material), sendo que no trado são obtidas amostras de +/- 500 gramas de 
solo. 
 
Os procedimentos do ensaio de penetração SPT são os seguintes: 
 
a) Deve ser executado a cada metro a partir de 1 m de profundidade; 
b) O fundo do furo deve estar limpo; 
c) O ensaio consiste na penetração do amostrador padrão através do impacto de um 
martelo de 65 kg caindo de uma altura de 75 cm. O martelo deve ser erguido 
manualmente por corda e polia; 
d) Apoiado a amostrador verticalmente no fundo do furo, o martelo é suavemente 
apoiado sobre a composição → a penetração decorrente corresponderá a zero golpes; 
e) Não tendo ocorrido penetração igual ou maior que 45 cm com o procedimento 
anterior → inicia-se a cravação do amostrador pela queda do martelo a 75 cm, 
anotando-se o número de golpes necessários para cravação de cada 15 cm; 
f) O índice de resistência a penetração obtido do ensaio (Nspt) consiste no número de 
golpes necessários para cravaçãodos 30 cm finais do amostrador; 
g) A cravação do amostrador é interrompida e o ensaio de penetração suspenso quando 
se obtiver penetração inferior a 5 cm após 10 golpes consecutivos ou quando o número 
de golpes ultrapassar a 50 num mesmo ensaio. 
 
 
 
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Atingido o impenetrável ao SPT, havendo interesse no prosseguimento da sondagem 
por percussão, inicia-se o processo de avanço por lavagem para execução do ensaio de 
lavagem por tempo. São anotados os avanços obtidos a cada período de 10 min de 
lavagem. 
 
Quando, no mesmo ensaio de lavagem por tempo forem registrados avanços inferiores a 
5 cm por 10 min, em três períodos consecutivos utiliza-se o termo impenetrável ao 
trépano. Não é recomendada a adoção do critério de impenetrável ao trépano para 
término da sondagem quando está previsto continuidade por sondagem rotativa. Utiliza-
se o critério de impenetrável ao SPT. 
 
Os resultados da sondagem devem ser apresentados da seguinte forma: 
 
Relatório de Sondagem que irá conter: 
• Croqui do terreno com a localização dos furos; 
• Perfis individuais de cada furo; 
• Perfis longitudinais ao longo do alinhamento dos furos. 
 
Indicações indispensáveis em cada perfil individual: 
• Cotas em relação a um referencial; 
• Posições de amostragem; 
• Indicação do nível d’água (durante a sondagem e após 24 h); 
• Indicação do NSPT ao longo da profundidade; 
• Resultados de ensaios de avanço por lavagem; 
• Descrição das camadas → tipo de solo,consistência/compacidade, cor e demais 
características perceptíveis; 
• Motivo de paralisação do furo. 
 
A Figura 3.7 mostra um exemplo de como é apresentado um perfil de um furo de 
sondagem em um relatório de sondagem. 
 
 
 
 
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Figura 3.7 – Descrição de um furo de sondagem 
 
 
Índice de Resistência a Penetração (Nspt) 
O Nspt é a soma do número de golpes necessários a penetração dos 30 cm finais do 
amostrador padrão. Ex. 40, 37, 8. 
 
Apresentação : 
- O amostrador penetra somente com o peso do martelo → zero golpes; 
- O solo é tão inconsistente ou fofo que ao primeiro golpe penetra mais do que os 
45 cm do amostrado, indica-se associado a este golpe a profundidade penetrada. 
Ex: 1/58; 
- O solo é tão compacto que não se consegue cravar todo o amostrador, indica-se 
a razão golpes/profundidade. Ex: 30/15. 
 
 
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A Figura 3.8 apresenta um exemplo de um furo de sondagem mostrado no relatório 
de sondagem levando em consideração o ensaio SPT. 
 
 
Figura 3.8 – Descrição de um furo de sondagem a percussão SPT 
 
 
 
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Pela obtenção dos valores de NSPT é possível fazer uma correlação com a 
compacidade (areias e siltes arenosos) e consistência (argilas e siltes argilosos) 
fornecendo uma ideia de resistência do solo analisado. A Tabela 3.2 mostra esta 
correlação. 
 
Tabela 3.2 – Correlação entre Nspt e compacidade e consistência dos solos. 
 
 
Quanto maior a compacidade ou consistência do solo, maior a resistência deste solo. 
 
Existem vários fatores que influenciam o valor do Nspt, podendo citar: 
 
• Fatores ligados ao equipamento 
– forma, dimensões e estado de conservação do amostrador; 
– peso e estado de conservação das hastes; 
– martelo de bater e superfície de impacto fora de especificação. 
 
• Fatores ligados a execução da sondagem 
– variação na energia de cravação (altura do martelo, atrito); 
– procedimento de avanço da sondagem; 
– má limpeza do furo; 
– furo de diâmetro insuficiente a passagem do amostrador; 
– erro na contagem do número de golpes. 
 
 
 
 
 
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3.4.3 Sondagem Rotativa 
 
A sondagem rotativa é um conjunto motomecanizado projetado para obtenção de 
amostras contínuas de materiais rochosos através de ação perfurante dada for forças de 
penetração e rotação. É empregada quando a sondagem de simples reconhecimento 
atinge estrato rochoso, matacões ou solos impenetráveis a percussão. 
 
As sondagens rotativas permitem: 
- Obtenção de amostras → testemunhos de sondagem; 
- Determinação da permeabilidade in situ → ensaios de perda d’água. 
 
A execução da sondagem rotativa é feita: 
- Perfura-se o solo ou rocha por meio de um amostrador (barrilete) com uma broca 
rotativa (coroa) acoplada na extremidade de uma haste rotativa oca; 
- Um motor (elétrico ou a combustão) produz movimento rotativo à broca; 
- Corrente de água injetada sob pressão por uma bomba no interior da haste, atua no 
resfriamento e lubrificação, retornando à superfície os fragmentos das rochas perfuradas 
através dos revestimentos e do furo aberto pela broca. 
 
Equipamentos da Sondagem Rotativa 
Principais componentes → sonda rotativa, bomba d’água, hastes, barriletes, coroas e 
tubos de revestimento. 
Sonda rotativa: 
- motor → diesel, a gasolina ou elétrico; 
- guincho → tambor onde á enrolado cabo de aço, dotado de embreagem e freio. Usado 
no manejo das hastes e revestimento e na remoção dos testemunhos; 
- cabeçote de perfuração → faz girar a coluna de perfuração e exerce pressão sobre a 
ferramenta de corte. 
Hastes :Tubos (1,5 a 6 m). Transmite movimentos de rotação e penetração à ferramenta 
de corte. Conduz água para refrigeração e limpeza do furo. 
 
 
 
 
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As Figuras 3.9 e 3.10 apresentam sondas rotativas. 
 
 
3.9 – Sondas rotativas 
 
 
Figura 3.10 – Execução de uma sondagem rotativa 
 
 
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Operação de sondagem rotativa 
- A sonda é instalada sobre plataforma ancorada no terreno; 
- O conjunto (hastes, barrilete e coroa) é acionado junto com o sistema de circulação 
d’água. 
- Operação de manobra → ciclos sucessivos de corte e retirada dos testemunhos. O 
comprimento da manobra de perfuração é função do comprimento do barrilete (1,5 a 5 
m) e da qualidade do material perfurado. 
- Ao final da manobra o barrilete é retirado do furo e os testemunhos cuidadosamente 
removidos; 
- Os testemunhos são dispostos nas caixas de testemunhos (Figura 3.11) e medidos após 
arrumação que recomponha a disposição no barrilete. 
 
 
Figura 3.11 – Caixa de testemunhos 
 
Apresentação dos resultados 
 
– Registros sobre o tipo de sonda e diâmetros utilizados; 
– Natureza dos terrenos perfurados; 
– Número de fragmentos em cada testemunho; 
– Descrição detalhada dos testemunhos: 
 • classificação litológica; 
 • estado de alteração da rocha; 
 • grau de fraturamento (no de fraturas/metro); 
 
 
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 • recuperação 
 • RQD (rock quality designation) 
 
 Classificação Litológica 
A Classificação litológica é baseada na mineralogia dos materiais, consiste de uma 
classificação geológica simplificada, sendo que em muitos casos as informações 
implícitas são úteis. 
 
Por exemplo: 
 - Maciços calcários  Grutas, vazios. 
 - Materiais graníticos  Boa resistência, 
 Dificuldade de escavação. 
 
 Estado de Alteração da rocha 
Quanto a rocha está alterada visualmente. Este estado de alteração é retirado da Tabela 
3.3. 
Tabela 3.3 – Estado de alteração das rochas 
 
 
O estado de alteração da rocha também pode ser complementado pelo chamado grau de 
coerênciada rocha, que fornece uma ideia de resistência da rocha conforme disposto na 
Tabela 3.4. 
 
 
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Tabela 3.4 – Grau de Coerência da rocha 
 
 
 Grau de Fraturamento da rocha 
 
Número de fragmentos por metro, ou por manobra de sondagem executada, conforme 
mostra a Tabela 3.5. 
 
Tabela 3.5 – Grau de fraturamento da rocha 
 
 
 Recuperação 
Porcentagem do comprimento total de amostragem recuperada pelo testemunho ⇒ f 
(fraturamento e alteração da rocha). 
 
 
 
 
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 RQD (Rock Quality Designation) 
Determina a qualidade da rocha. 
 
 
 
O valor do RQD é multiplicado por 100 para obtenção do resultado em porcentagem e 
fornece a qualidade do maciço rochoso, sendo que quanto maior o valor do RQD maior 
é a resistência do maciço, conforme exemplifica a Tabela 3.6. 
 
Tabela 3.6 – Qualidade do maciço rochoso em função do RQD 
 
 
Exemplo de cálculo de RQD: 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 4 – PLASTICIDADE, COMPACIDADE E CONSISTÊNCIA DOS 
SOLOS 
 
4.1 Introdução 
 
A plasticidade é uma característica básica dos solos argilosos. Trata-se da capacidade 
que estes solos possuem em suportar deformações rápidas (ruptura), sem sofrer 
variações volumétricas notáveis, muito menos deformações por fissuração. Isto ocorre 
porque, a forma das partículas permite um deslocamento relativo entre elas, sem 
necessidade de variação de volume, desde que a água intersticial possa funcionar como 
uma partícula lubrificante. 
 
Entretanto, se existir água em demasia, as partículas se comportam como se estivessem 
em suspensão e o corpo não será mais plástico e sim um líquido viscoso. Por outro lado, 
se existir pouca água, as forças capilares serão muito grandes e os grãos se aglutinarão, 
formando torrões quase sólidos, que não poderão ser moldados e, ao sofrerem esforços 
de deformação, se quebrarão. 
 
O método para analisar esta plasticidade ou consistência de um solo argiloso foi 
desenvolvido por Atterberg, daí o nome de Limites de Atteberg ou Limites de 
Consistência. 
 
A compacidade é uma característica de solos predominantemente arenosos, que são 
solos que normalmente possuem uma ampla drenagem e que não reagem com a água. 
 
 
4.2 Limites de Consistência ou Limites de Atteberg 
 
Considere-se uma amostra com teor de umidade muito alto. Ela estará como um líquido, 
ao que denominaremos estado líquido. À medida que a água evapora, a amostra diminui 
de volume e endurece. Para certo valor de umidade, ela perde sua capacidade de fluir, 
porém pode ser moldada facilmente e conservar sua forma. Ela encontra-se, agora, no 
 
 
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estado plástico. Ao continuar a perdendo umidade, o volume da amostra continua 
decrescendo. O estado plástico desaparece até que, para outro valor de umidade, o solo 
se desmancha ao ser trabalhado, estado semi-sólido. Se a secagem ainda continuar, 
ocorrerá a passagem para o estado sólido e a amostra não reduz mais seu volume. 
 
Cada passagem de estado da amostra de solo representa um limite, que são os chamados 
limites de consistência ou limites de Atteberg, os quais são demonstrados na Figura 4.1. 
 
 
Figura 4.1 – Gráfico representativo dos Limites de Consistência 
 
 
Estes estados apresentados na Figura 4.1 são os estados de consistência e suas fronteiras 
são os limites de consistência. A cada um destes limites corresponde uma resistência ao 
cisalhamento potencial do solo. Estes limites dependem principalmente da espécie 
mineralógica da fração argilosa, estrutura, forma, tamanho dos grãos e umidade. 
 
A Figura 4.2 apresenta os estados de solo em função da variação de tensão com o 
aumento da umidade do solo. 
 
 
 
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Figura 4.2 – Tensão versus umidade no solo 
 
Para complementar o processo de caracterização, são executados ensaios para obtenção 
destes limites - Limite de liquidez (LL) e limites de plasticidade (LP). 
 A partir destes, outros índices, tais como índice de plasticidade (IP), índice de atividade 
das argilas (IA), índice de liquidez (IL), podem ser calculados para auxiliar na 
classificação dos solos. 
 
 
4.2.1 Limite de Liquidez (LL) 
 
Uma forma de determinar o Limite de Liquidez é através do aparelho de Casagrande 
(NBR 6.459). 
 
O ensaio consiste em adicionar água a uma amostra de solo previamente peneirada, até 
que se forme uma pasta. Esta pasta é, então, colocada na concha do aparelho de 
Casagrande, logo após faz-se uma ranhura no mesmo. São dados golpes na concha até 
que a ranhura se feche em, aproximadamente, 1,3 mm, logo após determina-se o teor de 
umidade correspondente. 
 
Este procedimento é repetido com diferentes teores de umidades. Na impossibilidade de 
fechar a ranhura dentro do limite de 15 a 35 golpes, diz-se que o solo não possui limite 
de liquidez. 
 
 
 
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A Figura 4.3 apresenta um ensaio de Limite de Liquidez. 
 
Figura 4.3 – Execução de um Ensaio de Limite de Liquidez 
 
Os teores de umidade do solo são definidos pela relação de massa no solo. Ou seja, uma 
amostra de solo úmida é coletada durante o ensaio e sua massa determinada. Em 
seguida esta amostra é levada para estufa a uma temperatura de 1050C por um período 
mínimo de 24 horas. Na estufa a água do solo úmido irá evaporar sobrando apenas o 
solo seco. Passado este período mínimo de tempo, é determinada novamente a massa 
deste solo seco e o teor de umidade é obtido pela seguinte equação: 
100.
M
MM
s
suw


 
Onde: 
w = teor de umidade; 
Mu = massa úmida de solo; 
Ms = Massa seca de solo. 
 
 
 
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Definidos pelo menos três teores de umidade de acordo com o procedimento anterior, 
plota-se um gráfico cuja ordenada representa teores de umidade e abscissa número de 
golpes correspondente, em escala logarítmica. 
 
Por definição, o limite de liquidez corresponderá ao teor de umidade que proporciona o 
fechamento da ranhura com os 25 golpes. O resultado é obtido por meio de interpolação 
linear ajustando-se uma reta pelos pontos obtidos. 
 
A Figura 4.4 exemplifica o gráfico resultante do ensaio de Limite de Liquidez. 
 
Figura 4.4 – Exemplo de um gráfico resultante do ensaio de Limite de Liquidez 
 
 
Pela Figura 4.4 pode-se notar que o Limite de Liquidez corresponde a 26, ou seja, o teor 
de umidade que proporciona o fechamento da ranhura com 25 golpes é igual a 26%. 
 
 
4.2.2 Limite de Plasticidade (LP) 
 
O Limite de Plasticidade (NBR 7.180) é o teor de umidade em que o solo começa a se 
fraturar quando se tenta moldar com ele, um cilindro com dimensões de 3 mm de 
diâmetro e cerca de 10 cm de comprimento. 
 
 O procedimento é repetido até que se obtenham pelo menos 3 valores de umidade que 
difiram menos que 5% de sua respectiva média. 
 
 
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Na impossibilidade de moldar o cilindro nas condições prescritas por norma, diz-se que 
o solo não possui limite de plasticidade. 
 
A Figura 4.5 apresenta a execução de um ensaio de Limite de Plasticidade. 
 
 
Figura 4.5 – Ensaio de Limite de Plasticidade 
 
 
Exemplo de resultado de um Ensaio de Limite de Plasticidade 
 
 
 
 
 
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Para o exemplo anterior, o limite de plasticidade foi de 18%, ou seja, para o teor de 
umidade igual a 18% o rolinho de solo com dimensões 3 mm de diâmetro e cerca de 
10cm de comprimento de torna-se quebradiço ao ser rolado sobre a mesa. 
 
 
4.2.3 Limite de Contração (LC) 
 
O solo se contrai, gradualmente, na medida em que sua umidade é diminuída, até que 
um estágio de equilíbrio seja alcançado. No momento em que este equilíbrio é 
alcançado, a perda de umidade não mais resulta em perda de volume (contração). O teor 
de umidade a partir do qual a amostra não reduz mais seu volume é definido como 
limite de contração (LC) (ABNT 7.183). 
 
A Figura 4.6 exemplifica o processo de contração do solo. 
 
 
Figura 4.6 – Limite de contração do solo 
 
 
Na equação para o cálculo do Limite de Contração mostrada na Figura 4.6, γw 
representa o peso específico da água que se constitui de um valor tabelado, sendo de 1 
g/cm3 ou em termos de força, levando em consideração a gravidade, 9,8 kN/m3. 
 
 
 
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4.3 Índice de Plasticidade (IP) 
 
Fisicamente, este índice representa a quantidade de água que seria necessário 
acrescentar a um solo, para que ele passasse do estado plástico ao líquido. 
 
É definido como a diferença entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade. Este 
índice determina o caráter de plasticidade de um solo, assim, quanto maior o IP, mais 
plástico será o solo. Sabe-se, ainda, que quanto maior for o IP, mais compressíveis são 
as argilas e, consequentemente, menos resistentes. 
 
O Índice de Plasticidade (IP) é calculado através da seguinte expressão: 
 
LPLLIP 
 
 
Onde LL = Limite de Liquidez e LP = Limite de Plasticidade 
 
A Tabela 4.1 mostra a classificação do solo quanto a sua plasticidade. 
 
Tabela 4.1 – Classificação do solo de acordo com o IP 
 
 
 
4.4 Índice de Atividade de Argilas (IA ou A) 
 
Skempton propôs um índice, conhecido como índice de atividade (IA) ou simplesmente 
atividade (A), que serve como indicação da maior ou menor influência da fração 
argilosa nas propriedades geotécnicas de um solo. 
 
 
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Este índice indica também o potencial de expansão deste solo e é obtido pela seguinte 
expressão: 
 
ilosafração
IP
AIA
arg%

 
 
Onde IP = Índice de Plasticidade do solo e a % fração argilosa é obtida através do 
ensaio de Análise Granulométrica Conjunta, que fornece quanto de argila, em termos de 
porcentagem o solo analisado possui. 
 
Pelo resultado do IA, verifica-se o potencial de expansão do solo pelos seguintes 
valores: 
 
 
 
 
4.5 Índice de Consistência do Solo (IC) 
 
O índice de consistência (IC) é a relação entre a diferença do limite de liquidez para 
umidade natural e o índice de plasticidade. É obtido pela seguinte fórmula: 
 
 
 
 
 
Onde: 
LL= Limite de Liquidez; 
w = Teor de umidade do solo no estado natural; 
IP = Índice de plasticidade. 
 
IP
wLL
IC
)( 

 
 
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A medição da consistência das argilas é feita como mostrado a seguir: 
 
- Muito Moles < 0 
- Mole: 0 a < 0,5 
- Média: 0,5 a < 0,75 
- Rija: 0,75 a 1 
- Dura > 1 
 
Qualitativamente, cada um dos tipos pode ser identificado do seguinte modo: 
 
- Muito moles: as argilas que escorrem com facilidade entre os dedos, se apertadas nas 
mãos; 
- Moles: as que são facilmente moldadas pelos dedos; 
- Médias: as que podem ser moldadas pelos dedos; 
- Rijas: as que requerem grande esforço para serem moldadas pelos dedos; 
- Duras: as que não podem ser moldadas pelos dedos e que, ao serem submetidas o 
grande esforço, desagregam-se ou perdem sua estrutura original. 
 
 
4.6 Compacidade do Solo 
 
A compacidade de um solo, também conhecida como densidade relativa do solo (DR) é 
um índice utilizado para determinar o grau de compactação de um material granular, 
não coesivo, como as areias. Quando o solo apresenta compacidade relativa DR = 
100%, significa que ele está em sua máxima compactação e, consequentemente com 
índice de vazios mínimo, apresentando uma resistência alta. Por outro lado se DR= 0%, 
a compactação é mínima e o índice de vazios do solo é máximo, ou seja, o solo está no 
estado mais fofo possível. 
 
A densidade relativa ou compacidade do solo (DR) é obtida pela equação: 
 
 
 
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100.
minmax
max
ee
e e
DR



 
Onde: 
emáx = Índice de vazios na condição mais fofa possível; 
emin = Índice de vazios na condição mais densa possível; 
e = Índice de vazios no estado natural do solo. 
 
Com os valores de DR é possível obter a classificação do solo através da Tabela 4.2. 
 
Tabela 4.2 – Descrição do solo de acordo com os valores de compacidade 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 5 – PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOLO 
 
5.1 Introdução 
 
 As propriedades índices permitem indicar o tipo de solo que deve ser utilizado para 
cumprir melhor um determinado objetivo. Servem para classificá-lo, prever seu 
comportamento em determinadas condições, avaliar a aprovação ou descarte de jazidas, 
obter parâmetros para cálculos de pressões, permeabilidade, resistência, etc. 
 
São usados no cálculo em todas as áreas da Geotecnia: fundações, dispositivos de 
drenagem, estabilidade de taludes, barragens de terra, muros de arrimo, bases e sub-
bases de rodovias e ferrovias, estudo e prevenção de acidentes, misturas de materiais e 
outros. 
 
O estudo das propriedades índices do solo tem como objetivo definir os índices físicos 
usados em geotécnica, calcular massas (ou pesos) e volumes das três diferentes fases do 
solo (Figura 5.1). 
 
 
Figura 5.1 – Representação das três fases do solo 
 
Os índices físicos são: 
- Teor de umidade (w); 
- Porosidade (n); 
- Índice de vazios (e); 
 
 
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- Grau de saturação (S); 
- Densidade específica do solo (ρ) ou Peso específico do solo (γ) que podem ser no 
estado natural, seco, saturado, submerso e dos sólidos do solo; 
- Densidade relativa do solo (G ou Gs). 
 
Para a determinação dos índices físicos do solo existem várias formulações matemáticas 
obtidas pelo Digrama de fases do solo (Figura 5.2). Através de ensaios laboratoriais é 
possível conhecer o teor de umidade do solo, densidade do solo e a densidade específica 
dos sólidos, todos os outros índices físicos são obtidos através das fórmulas. 
 
 
Figura 5.2 – Diagrama de Fase do Solo 
 
 
5.2 Teor de Umidade (w) 
 
O teor de umidade (w) é a relação entre o peso da água existente no solo e o peso das 
partículas sólidas. 
 
100.
Ms
w M w
 (Expresso em %) 
 
Onde: Mw = Massa de água e Ms = Massa de sólidos 
 
 
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5.3 Porosidade (n) 
 
A porosidade (n) do solo corresponde ao volume do solo não ocupado por partículas 
sólidas, incluindo todo o espaço poroso ocupado pelo ar e água. 
 
A porosidade total inclui a macroporosidade e a microporosidade. Entre as partículas 
maiores, como de areia ou entre agregados, predominam poros grandes (macroporos); 
entre partículas pequenas, como a deargila, predominam poros pequenos (microporos). 
Os macroporos são responsáveis pela aeração, movimentação de água e penetração de 
raízes, e os microporos são responsáveis pela retenção de água no solo. A Figura 5.2 
representa a porosidade do solo. 
 
 
Figura 5.2 – Representação dos poros no solo 
 
 
A porosidade (n) é a relação entre o volume de vazios (água e ar) e o volume total. 
 
V
n
V v
 (Expresso em %, multicplica por 100) 
 
 
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Onde: Vv = Volume de vazios e V = Volume total 
 
Variação: 0 – 100%. 
 
Quando o solo está saturado, o volume de água iguala-se ao volume de vazios. Quanto 
mais poroso for o solo maior será sua capacidade de infiltração e menor sua capacidade 
de retenção. Neste sentido, este parâmetro tem sido largamente utilizado em estudos de 
percolação em geotecnia. 
 
 
5.4 Índice de Vazios (e) 
 
Possui sua magnitude determinada através da razão entre o volume de vazios do solo e o 
volume das partículas sólidas. 
 
V
V
s
ve 
 
 
No que se refere à relevância para a engenharia, o índice de vazios é de suma 
importância, principalmente, para a avaliação, mesmo que indireta, da resistência ao 
cisalhamento do solo, de seu modelo crítico, estudos de comportamento tensão 
deformação, permeabilidade e adensamento. É importante destacar que o índice de 
vazios tem aplicação direta, além do cálculo de outros índices físicos, no estudo da 
densificação de solos. 
 
Quando uma massa de solo diminui de volume, isto se dá pela redução do volume de 
vazios, fenômeno conhecido como densificação ou contração. Uma densificação pode 
ser causada por vibração, em solos não coesivos ou compactação (aplicação de energia) 
em solos coesivos. A Figura 5.3 ilustra a alteração da estrutura que ocorre na ruptura de 
uma massa de solo granular em função de seu índice de vazios inicial. 
 
 
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Figura 5.3 – Alteração da estrutura do solo em função do índice de vazios 
 
 
5.5 Grau de Saturação (S) 
 
O grau de saturação (S) representa a porcentagem do volume de vazios do solo que está 
preenchida por água. Quando o solo está com todos os vazios preenchidos por água 
tem-se um solo saturado, ou seja, S=100%. É definido como a razão entre o volume de 
água e o volume de vazios existe em uma massa de solo, e comumente expresso em 
porcentagem. 
 
V
V
v
wS 
 ( Expresso em %, multiplica por 100) 
 
Onde: Vw = Volume de água e Vv = Volume de vazios. 
 
Variação: 0 ( solo completamente seco) a 100% (solo saturado). 
 
A Figura 5.4 demonstra o grau de saturação do solo. 
 
 
 
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Figura 5.4 – Grau de saturação do solo 
 
 
O grau de saturação influencia a geração de poropressões e, desta forma, altera as 
tensões efetivas existentes, consequentemente, influi na resistência ao cisalhamento do 
solo. 
 
Quando o solo está não saturado pode haver poropressão negativa, sucção. Este 
fenômeno é de suma importância para a geotecnia, principalmente no que se refere às 
análises de estabilidade. 
 
À medida que se aumenta a saturação de um solo, reduz-se a sucção existente e, desta 
forma, reduz-se também sua resistência. 
 
 
5.6 Densidade ou Massa Específica do Solo (ρ) 
 
A densidade ou massa específica do solo (ρ) é por definição a massa de solo, por 
unidade do volume ocupada por esta massa. 
 
 
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V
M

 (g/cm3 ou Kg/m3) 
 
Onde: M = Massa de solo e V = Volume de solo 
 
A densidade ou massa específica do solo pode ser: 
 
- Úmida ou Estado natural (ρ) – Quando o solo está no seu estado natural; 
- Seca (ρd) – Quando o solo encontra-se completamente seco, relação entre massa de 
solo seco e volume. 
- Saturada (ρsat) – Quando todos os vazios do solo estão preenchidos com água; 
- Sólidos (ρs) – Corresponde a densidade dos grãos do solo ou dos sólidos do solo; 
- Submersa (ρsub) – Quando o solo encontra-se embaixo de água (Ex. fundo de um lago). 
- Água (ρw) – É a densidade ou massa específica da agua e corresponde a um valor 
tabelado igual a 1 g/cm3 ou 1000 kg/m3. 
 
Da mesma forma que existe a densidade ou massa especifica, se levar em consideração 
a força da gravidade, o cálculo pode ser feito por “Peso específico do solo (γ)”. 
 
g. 
 
 
Onde: ρ = Densidade ou massa específica do solo e g = força da gravidade. 
 
Desta forma, tem-se: 
 
- Peso específico natural ou úmido (γ): Quando o solo está no seu estado natural; 
- Peso específico seco (γd): Quando o solo está completamente seco; 
- Peso específico saturado (γsat): Quando todos os vazios do solo estão preenchidos com 
água; 
- Peso específico submerso (γsub): Quando o solo encontra-se debaixo d’água; 
- Peso específico dos sólidos (γs): É o peso específico dos grãos do solo ou dos sólidos 
do solo; 
 
 
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- Peso específico da água (γw): É o peso específico da água, sendo um valor tabelado de 
9,81 kN/m3. 
 
Existem várias fórmulas matemáticas para o cálculo dos pesos específicos do solo, 
sendo que em todas fórmulas, γ pode ser substituído por ρ, sendo que a única diferença 
é que quando se calcula em termos de densidade ou massa específica, não está levando 
em consideração a força gravitacional. 
 
Um parâmetro bastante utilizado na maioria dos cálculos dos índices físicos é a 
chamada Densidade Relativa do Solo (G ou Gs). A densidade relativa do solo é obtida 
através do ensaio de Massa Específica dos Grãos ou Sólidos do Solo (NBR 6.508). Pelo 
ensaio é obtido o ρs ou γs e a partir deles obtém-se o Gs dividindo-se pelo ρw ou γw. 
 
 
 
 
Para a maioria dos solos o Gs ou G varia de 2,65 a 2,85. 
 
Solos com muita matéria orgânica pode ser menor que 2 e solos com substâncias 
pesadas (ferro) pode ser maior que 3. 
 
Tem sido comum o uso aproximado do peso específico dos solos em geotecnia, como 
20 kN/m3 para solos saturados, 18 kN/m3 para solos na umidade natural (peso 
específico natural) e 16 kN/m3 para solos secos. Porém o ideal para obtenção dos 
valores exatos é a obtenção do Gs pelo ensaio laboratorial e a partir dele calcular o peso 
específico correto, pois cada tipo de solo apresenta propriedades distintas. 
 
 
5.7 Fórmulas utilizadas para cálculo dos índices físicos do solo 
 
Existem diversas fórmulas matemática para o cálculo dos índices físicos dos solos, 
sendo que todas elas vieram de correlações do Diagrama de Fase do Solo. 




w
s
w
sGsG 
 
 
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A seguir, algumas das principais relações: 
 
eSwGs .. 
 
e
e
n


1
 
n
n
e


1
 

wsatsub

 
 
A Tabela 5.1 apresenta todas as fórmulas dos índices físicos usadas para cálculo dos 
pesos específicos no estado natural, seco e saturado. 
 
Tabela 5.1 – Fórmulas para cálculos dos índices físicos do solo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 6 – TEXTURA E ESTRUTURA DOS SOLOS 
 
6.1 Estrutura dos Solos 
 
Os solos são formados por grãos de diferentes formas e tamanhos. Partículas de solo se 
juntam formando os agregados do solo ou torrões (Figura 6.1). 
 
 
Figura6.1 – Exemplo de um torrão 
 
A estrutura dos solos refere-se aos agregados formados pelas partículas (tamanho, forma 
e aspecto do conjunto de solo). Analisa o torrão ou o bloco, não a camada de solo. 
 
Os principais tipos de estrutura dos solos são: 
 
- Estrutura granular: Forma de grãos com faces arredondadas. 
- Estrutura angular ou subangular: Faces planas ou quase planas, dimensões verticais e 
horizontais aproximadas. 
- Estrutura laminar: Faces planas, dimensões horizontais diferentes das verticais. 
- Estrutura prismática: Faces planas, dimensões verticais maiores que horizontais. 
- Estrutura colunar: Dimensões verticais maiores que horizontais com face superior 
arredondada. 
 
A Figura 6.2 representa cada tipo de estrutura dos solos. 
 
 
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Figura 6.2 – Tipos de estrutura dos solos 
 
 
A estrutura do solo influencia no fluxo de água. Estrutura granular o fluxo passa mais 
rápido, prismática fluxo moderado e laminar apresenta fluxo de água lento. 
 
 
6.2 Textura do solo 
 
A textura do solo é a composição em relação ao tamanho dos grãos. Proporções de 
partículas de areia, silte e argila. É identificada pela análise granulométrica do solo. 
 
- Análise Granulométrica do Solo 
 
A análise granulométrica do solo consiste de um procedimento básico para quantificar o 
tamanho das partículas do solo. Usualmente, têm-se 2 formas: 
 
 
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1- Análise granulométrica feita por peneiramento (Figura 6.3) para materiais mais 
grossos, que não passam na peneira de número 200 (#200; diâmetro maior que 
0,075mm); 
2- Análise por sedimentação (Figura 6.4) para partículas menores que 0,075 mm, 
que passam na #200. 
 
A combinação destes dois métodos define a denominada Análise Granulométrica 
Conjunta do Solo. 
 
 
Figura 6.3 – Análise granulométrica por peneiramento 
 
 
Figura 6.4 – Análise granulométrica por sedimentação 
 
 
 
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O ensaio de Granulometria é feito com base nos procedimentos apresentados na norma 
NBR7181 - Solo: Análise Granulométrica, que prescreve o método para análise 
granulométrica do solo. 
 
O peneiramento é executado passando o solo seco por um conjunto de peneiras (Figura 
6.5) de malhas definidas e pensando o solo que ficou retido em cada peneira, obtendo a 
porcentagem de cada tamanho de material. 
 
 
Figura 6.5 – Peneiras utilizadas na análise granulométrica do solo por peneiramento 
 
 
A Tabela 6.1 apresenta a abertura correspondente de diversas peneiras utilizadas no 
ensaio de granulometria por peneiramento. 
 
Tabela 6.1 – Tamanho da abertura de peneiras 
 
 
 
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Já a sedimentação é realizada apenas para solos muito finos < 0,075 mm. O ensaio é 
baseado na Lei de Stokes, segundo a qual a velocidade de queda, V, de uma partícula 
em um meio viscoso é proporcional ao quadrado do diâmetro da partícula. Sendo assim 
as menores partículas se sedimentam mais lentamente que as maiores. 
 
O ensaio de sedimentação é realizado medindo-se a densidade de uma suspensão de 
solo em água, no decorrer do tempo. A partir da medida de densidade da solução no 
tempo, calcula-se a porcentagem de partículas que ainda não sedimentaram e a 
velocidade de queda destas partículas (densímetro). 
 
Com o uso da Lei de Stokes pode-se determinar o diâmetro máximo das partículas ainda 
em suspensão, completando a curva granulométrica (resultado do ensaio de 
Granulometria Conjunta). Abaixo segue o cálculo do diâmetro dos grãos no processo de 
sedimentação: 
 
 
 
 
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O produto final da análise granulométrica é a denominada curva granulométrica (Figura 
6.6), que é, basicamente, um gráfico cuja abscissa representa os diâmetros equivalentes 
e a ordenada representa as porcentagens acumuladas retidas nas peneiras. 
 
A partir desta curva é possível avaliar a graduação e a uniformidade do solo, além de 
servir como base para sua classificação. 
 
 
Figura 6.6 – Exemplo de uma curva granulométrica do solo 
 
Para se avaliar quantitativamente uma curva granulométrica são utilizados 3 parâmetros: 
1- Diâmetro efetivo ou equilvalente (D10); 
2- Coeficiente de uniformidade (CU); 
3- Coeficiente de curvatura (Cc). 
 
1- Diâmetro efetivo ou equivalente (D10) 
 
Corresponde ao ponto característico da curva granulométrica que corresponde ao ponto 
de 10% mais fino, tal que 10% das partículas do solo possuem diâmetros inferiores a 
ele. A Figura 6.7 mostra como o D10 é obtido. 
 
 
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Figura 6.7 – Obtenção do valor do D10 em uma curva granulométrica 
 
 
3- Coeficiente de Uniformidade (CU) 
 
A avaliação da uniformidade do solo é obtida através do cálculo do coeficiente de 
uniformidade (CU). Fornece uma ideia de como se dá a distribuição do tamanho das 
partículas do solo. É calculado com base na seguinte expressão: 
 
D
DCU
10
60
 
 
Da mesma forma que foi definido D10, define-se D60 para calcular a uniformidade. A 
Figura 6.8 mostra a classificação da uniformidade do solo. 
 
 
 
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Figura 6.8 – Uniformidade do solo 
 
 
3 – Coeficiente de Curvatura (Cc) 
 
O coeficiente de curvatura (Cc) quantifica a forma e simetria da curva granulométrica. 
Para um solo bem graduado, o valor do coeficiente de curvatura, deverá estar entre 1 e 
3. Para solos granulares há maior interesse no conhecimento do tamanho das partículas, 
visto que, algumas de suas propriedades (resistência, quebra de grãos, etc.) estão 
relacionadas com os mesmos. 
 
O coeficiente de curvatura é calculado pela seguinte expressão: 
 
 
DD
DCc
6010
2
30
.

 
 
Da mesma forma que é definido D10 e D60, define D30. A Figura 6.9 apresenta a 
graduação do solo. 
 
 
 
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Figura 6.9 – Representação da graduação do solo 
 
 
Os solos bem graduados são os que possuem grande faixa granulométrica, aqueles com 
pequena faixa granulométrica são denominados uniformes. São solos geralmente mais 
resistentes, apresentam menor índice de vazios, têm menor compressibilidade e maior 
número de contatos grão-grão, que os solos uniformes. 
 
A Figura 6.10 apresenta as curvas granulométricas típicas do solo. 
 
 
Figura 6.10 – Curvas granulométricas típicas 
 
 
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CAPÍTULO 7 – CLASSIFICAÇÕES DO SOLO 
 
7.1 Classificação do Solo segunda à granulometria 
 
A classificação granulométrica é uma técnica pela qual os diversos tipos de solos são 
agrupados e designados em função das frações preponderantes dos diversos diâmetros 
de partículas que os compõem. Estas frações são obtidas através da análise 
granulométrica. Este tipo de classificação deve ser avaliado com cautela pois, o 
comportamento do solo nem sempre é condicionado pela fração predominante, apesar 
dessa restrição, a análise granulométrica é universalmente utilizada. 
 
Não há uma única definição para os intervalos de variação dos diâmetros das partículas. 
Existem várias escalas em uso pelo mundo como, por exemplo, a Classificação 
Internacional utilizada pelo MIT - Instituto de Tecnologia de Massachusetts, e oSistema de Classificação da ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. 
 
Em geral as partículas do solo são agrupadas em diferentes tamanhos , sendo estas: 
pedregulho, areia, silte e argila. Estas faixas de tamanho correspondem as escalas 
granulométricas do solo. As principais escalas são: 
 
- M.I.T. (Instituto Tecnológico de Massachusetts - Centro universitário de 
educação e pesquisa privado localizado em Cambridge, Massachusetts, EUA); 
- AASHTO (Associação Americana de Oficiais de Estradas Estaduais e 
Transportes – EUA); 
- ASTM (Associação Americana para Testes e Materiais, órgão americano de 
normatização de vários materiais, produtos, sistemas e serviços). 
 
No Brasil utiliza-se a escala ABNT. A Figura 7.1 apresenta as escalas granulométricas. 
 
 
 
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Figura 7.1 – Escalas Granulométricas 
 
 
Os materiais têm comportamentos mecânicos distintos e normalmente são encontrados 
misturados na natureza. A depender da quantidade relativa de cada material, faz-se a 
denominação do tipo de solo levando em consideração as porções mais quantificadas 
nos ensaios de granulometria e sedimentação. 
 
Por exemplo: areia siltosa, areia silto-argilosa, silte arenoso, silte argilo-arenoso, argila 
areno-siltosa, etc. 
 
7.2 Classificação unificada 
 
Os sistemas de classificação dos solos tem como objetivo estimar o provável 
comportamento do solo ou, pelo menos, orientar o programa de investigação necessário 
para permitir a adequada análise do problema. 
 
 
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A Classificação Unificada foi elaborada originalmente pelo Prof. Casagrande para obras 
de aeroportos e seu emprego foi generalizado. Atualmente é utilizado principalmente 
pelos geotécnicos que trabalham com barragem de terra. 
 
Primeiro considera a porcentagem de finos presentes no solo (material que passa na 
peneira de 0,075 mm). Se a porcentagem for < 50, solo de granulação grosseira (G ou 
S). Se for > 50, solo de granulação fina (M, C ou D). A Tabela 7.1 apresenta o tipo de 
solo, graduação e compressibilidade com a letra correspondente da classificação unifica. 
 
Tabela 7.1 – Classificação Unificada 
 
 
Exemplo: MWH = silte bem graduado com alta compressibilidade. 
 
 
7.3 Sistema de Classificação AASHTO 
 
O sistema de Classificação AASHTO foi desenvolvido como o sistema da 
Administração de Estradas Públicas dos EUA, sendo submetido a várias revisões. 
 
Neste sistema o solo é classificado em 7 grupos principais de A-1 a A-7. 
 
 
 
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 A-1, A-2 e A-3: materiais granulares, dos quais < 35% passam na peneira de 
0,075 mm. 
 A-4, A-5, A-6 e A-7: materiais finos (siltes ou argilas), dos quais > 35% passam 
na peneira de 0,075 mm. 
 
A Tabela 7.2 exemplifica a Classificação AASHTO. 
 
Tabela 7.2 – Classificação AASHTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
DAS, B. M. Fundamentos de engenharia geotécnica. 6. ed. São Paulo, Thomson 
Learning, 2007. 562p. 
 
OLIVEIRA, A. M. S. dos. Geologia de Engenharia, 8.ed. São Paulo: ABGE, 1998. 
586 p. 
 
ORTIGÃO, J. A. R. Introdução a Mecânica dos Solos dos Estados Críticos. 3ª 
edição. . Rio de Janeiro: Terratek, 2007. 391p. 
 
PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos, em 16 aulas. 1. ed. São Paulo: 
Oficina de textos, 2000. 368p. 
 
RIBEIRO, S. G. S. Notas de aula Mestrado Acadêmico em Geotecnia. Escola de 
Minas/UFOP. Ouro Preto – MG. 
 
SOBREIRA, F. Notas de aula Geologia de Engenharia. Escola de Minas/UFOP. Ouro 
Preto – MG. 
 
VARGAS, M. Introdução à Mecânica dos Solos, 1.ed. São Paulo: MCgraw-Hill do 
Brasil, Ed. Da Universidade de São Paulo, 1977. 509p. 
 
VILLAR, L. F. Notas de aula Engenharia Civil. Escola de Engenharia da UFMG. Belo 
Horizonte – MG.