Mecsolos1 2 caracterização

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2 � Caracterização dos Solos
2.1- Análise granulométrica (NBR 7181/1984)
fração tamanho do diâmetro
(NBR 06592/1995)
Matacão de 20cm a 1m
Pedra de mão de 6cm a 20cm
Análise 
granulométrica
→ Determinação da % em massa das partículas do solo de acordo com as faixas de tamanho.
Pedra de mão de 6cm a 20cm
Pedregulho de 2mm a 6cm
Areia grossa de 0,6mm a 2,0mm
Areia média de 0,2mm a 0,6mm
Areia Fina de 0,06mm a 0,2mm
Silte de 0,002mm a 0,06mm
Argila inferior a 0,002mm
fração fina do 
solo
(D<0,075mm: 
passa na #200)
fração grossa 
do solo
(D>0,075mm)
granulométrica
por 
peneiramento
por 
sedimentação
� Análise granulométrica
→ peneiramento :
A abertura da peneira é considerada o 
A amostra passa por diversas peneiras (da mais grossa para a mais fina) e é 
medida a massa seca do material que passa por cada peneira → “porcentagem 
que passa”.
A abertura da peneira é considerada o 
“diâmetro equivalente” da partícula. 
Ex: #10 (peneira com abertura de 2mm) 
→ diâmetro da partícula que passa < 2mm
Peneira de menor abertura normalmente 
utilizada: #200 (0,075mm)
70
80
90
100
P
o
r
c
e
n
t
a
g
e
m
 
q
u
e
 
P
a
s
s
a
 
Curva Granulométrica
0
10
20
30
40
P
o
r
c
e
n
t
a
g
e
m
 
R
e
t
i
d
a
PEDREGULHOAREIA
ARGILA SILTE
GROSSOMÉDIOFINOGROSSAMÉDIAFINAABNT
PENEIRAS: 200 100 60 40 2030 10 8 4 3/8 3/4 1 1 1/2
0
10
20
30
40
50
60
0,001 0,01 0,1 1 10 100
P
o
r
c
e
n
t
a
g
e
m
 
q
u
e
 
P
a
s
s
a
 
Diâmetro dos Grãos (mm)
40
50
60
70
80
90
100
P
o
r
c
e
n
t
a
g
e
m
 
R
e
t
i
d
a
SOLO D
GROS
peneiramento
� Análise granulométrica da fração fina (D < 0,075mm) → sedimentação
Lei de Stokes: 2D.
µ.18
γγ
v
ws −
=
Velocidade de queda da partícula sólida no 
meio fluido:
densímetro
Seção onde são feitas as medições 
de v e da densidade do fluido. 
≅ 60g da fração do solo 
que passa na #10 (< 2mm) 
em 1L de água
de v e da densidade do fluido. 
t = t0→ densidade inicial 
t = t1 na seção da medição (z) → v=z/∆t (sendo ∆t=t1-t0) e pela Lei de Stokes ⇒ D
Em t= t1, o maior diâmetro em suspensão nesta seção é D, pois as partículas maiores 
já passaram. Nesta seção só existem partículas com diâmetros ≤ D.
Com a medição da densidade em t1 calcula-se:
É feito esse cálculo para vários ∆t (30s a 24h). Para cada ∆t → D e a % de partículas ≤ D.
D diâmetros com partículas de%
inicial densidade
z em tem existente densidade 1 ≤→
1000ml
� Análise granulométrica da fração fina (D < 0,075mm) → sedimentação
densímetro
Atenção: uso de defloculante (substância 
química) para isolar as partículas de argila que 
se encontram agregadas entre si.
GROS
peneiramento
Fina Média Grossa
17 24 16
Composição Granulométrica ( % ) ( Escala ABNT )
02815
PedregulhoAreiaSilteArgila
SILTE FINA GROSSAABNT ARGILA
AREIA
MÉDIA PEDREGULHO
Tipos de granulometrias que podem ser constatadas pelas curvas 
granulométricas - para solos grossos:
70
80
90
100
P
o
r
c
e
n
t
a
g
e
m
 
q
u
e
 
P
a
s
s
a
 
Curva Granulométrica
0
10
20
30
P
o
r
c
e
n
t
a
g
e
m
 
R
e
t
i
d
a
PEDREGULHOAREIA
ARGILA SILTE
GROSSOMÉDIOFINOGROSSAMÉDIAFINAABNT
PENEIRAS: 200 100 60 40 2030 10 8 4 3/8 3/4 1 1 1/2
?
0
10
20
30
40
50
60
70
0,001 0,01 0,1 1 10 100
P
o
r
c
e
n
t
a
g
e
m
 
q
u
e
 
P
a
s
s
a
 
Diâmetro dos Grãos (mm)
30
40
50
60
70
80
90
100
P
o
r
c
e
n
t
a
g
e
m
 
R
e
t
i
d
a
SOLO D
?
- Coeficiente de Não Uniformidade: CNU
10
60
D
DCNU = → indica a amplitude dos tamanhos dos grãos
D60 : diâmetro abaixo do qual se situam 60% em peso seco das partículas de solo.
D : diâmetro abaixo do qual se situam 10% em peso seco das partículas de solo.
Coeficientes indicativos de características da distribuição 
granulométrica (para solos grossos):
D10 : diâmetro abaixo do qual se situam 10% em peso seco das partículas de solo.
D60D10
10
60
D
DCNU = → Indica a amplitude dos tamanhos dos grãos
D60D10
- Coeficiente de Não Uniformidade: CNU
10
60
D
DCNU = → Indica a amplitude dos tamanhos dos grãos
Coeficientes indicativos de características da distribuição 
granulométrica (para solos grossos):
- Coeficiente de Curvatura: CC
6010
2
30
.
)(
DD
DCC = → indica o formato da curva granulométrica e eventuais 
descontinuidades ou concentrações de grãos
CNU ↑⇒ mais “bem graduada” é a areia
CNU <2: areias uniformes
CNU >2: areias não uniformes
10
60
D
DCNU =
6010
2
30
.
)(
DD
DCC =
3>CC>1: areias bem graduadas
CC<1: curva descontínua (falta grãos de 
um determinado intervalo de diâmetro)
CC>3: curva uniforme na parte central
6010 .DD
⇒ Usa-se mais o CNU para interpretação da 
curva granulométrica, pois é raro o CC ficar fora 
do intervalo de 1 a 3.
→ Os coeficientes CNU e CC indicam se o solo é
“bem graduado”
ou 
“mal graduado”
→ faixa de diâmetros mais extensa, sem predominância ou 
falta de grãos de determinados diâmetros
→ predominância de partículas com mesmo diâmetro ou
descontínuos
Qual é a importância?
- Resistência:
→ O solo bem graduado apresenta um melhor entrosamento entre as 
partículas e, consequentemente, melhor comportamento mecânico 
(maior resistência e menor compressibilidade).
- Filtração:
→ O solo com granulação aberta é mais susceptível a ter suas 
partículas carreadas pelo fluxo d’água.
2.2- Limites de consistência - Limites de Atterberg
⇒ Para a mesma umidade e mineralogias diferentes, os solos podem se comportar de formas diferentes.
Como indicar a influência da fração fina do solo no comportamento mecânico do solo?
Pela afinidade com a água - A diferença entre as superfícies específicas (ex: sup. esp. da 
esmectita = 100 vezes a da caulinita) - estrutura mineralógica - e cátions adsorvidos dos 
diferentes argilo-minerais induz comportamentos mecânicos distintos dos solos perante a água, 
mesmo com igual percentual de fração argila.
4 estados do solo são delimitados por 3 valores de umidade, denominados 
de Limites de Atterberg⇒ medida indireta do comportamento mecânico do 
solo na presença da água:solo na presença da água:
Os limites de Atterberg são 
determinados para a fração do solo 
que passa na #40 (0,42mm).
u
m
i
d
a
d
e
LL
LP
LC
IP: índice de 
plasticidade
(Martins, 2007)0
→ Determinação do limite de liquidez (LL) – NBR 6459/2016
Aparelho de Casagrande
LL: umidade quando um sulco formado por ferramentas padronizadas é 
fechado (numa extensão de 13mm) com 25 golpes no aparelho.
●
●
●
●
●
●
Ensaio de limite de liquidez (LL) – NBR 6459/2016
Aparelho de Casagrande
13mm
→ Determinação do limite de plasticidade (LP) – NBR 7180
LP: Menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um cilindro de 
3mm de diâmetro rolando na mão.
Ensaio de limite de plasticidade (LP) – NBR 7180/2016
Limites de Atterberg e IP dos minerais argílicos
Mineral Cátion Trocável LL LP IP LC
(Ishibashi e Hazarika, 2011)
Exemplos de valores de Limites de Atterberg
Argila de Botafogo (RJ) 38 11
Argila da Barra da Tijuca (RJ)70-450 120-250
(Pinto, 2006)
(Almeida et al, 
2006)
→ Atividade das argilas:
Índice de atividade da argila: ___________________________índice de plasticidade (IP)
fração argila (% < 0,002mm)
Pequenos teores de argila e elevados IP ⇒ argila muito ativa
Altos teores de argila e baixos IP ⇒ argila pouco ativa
Índice de atividade (i.a.) descrição
i.a. < 0,75 inativa
0,75 < i.a. < 1,25 normal
i.a. > 1,25 ativa
Caso da obra em Niterói:
IP de 26 a 41% e i.a. de 1,4 a 6,6.
→ Uso dos Limites de Atterberg na Engenharia:
- classificação dos solos (veremos mais adiante)
- correlações empíricas com parâmetros do solo para projeto
ex: compressibilidade do solo: Cc = 0,009 x (LL-10)
- especificações para controle de material de aterro
Atenção: os limites de Atterberg são determinados com amostras de 
solo completamente amolgadas (destorroadas e amassadas)
não expressam a influência da estrutura do solo não se aplicam a 
solos residuais
⇒
2.3- Índices físicos
→ Relações entre pesos ou volumes das 3 fases do solo (sólidos, água e ar).
ar
água
ar
sólidos
Pw
Ps
Pt
Vw
Va
Vs
Vt
Vv
Vs = volume de sólidos
Vw= volume de água
Va = volume de ar
Vv = volume de vazios = Vv = Va + Vw
Vt= volume total = Vv + Vs
Pw= peso de água
Ps = peso de sólidos
Pt = peso total = Pw + Ps
solo 
sólido
água
→ As propriedades do solo e, consequentemente, seu comportamento são
dependentes de relações entre essas 3 fases (índices físicos).
▪ Umidade: relação entre peso da água e o peso de sólidos
s
w
P
P
w =
Pesa-se o solo na umidade natural, depois seca-se em estufa (105oC).
A diferença entre os pesos é o Pw.
Estufa
geralmente 0,1<w<0,4
argilas moles: comum acima de 1
Ex: Barra da Tijuca: 100 a 500% (Almeida et al, 2008)
▪ Umidade: relação entre peso da água e o peso de sólidos
Pesa-se o solo na umidade natural, depois seca-se em estufa (105oC).
A diferença entre os pesos é o Pw.
▪ índice de vazios: relação entre o volume de vazios e o volume de sólidos.
s
v
V
V
e =
geralmente 0,1<w<0,4
Não é obtido diretamente em laboratório.
Geralmente: 0,5<e<1,5
argilas moles: comum acima de 1
s
w
P
P
w =
▪ porosidade: relação entre o volume de vazios e o volume total.
sV
t
v
V
V
n =
Geralmente: 0,5<e<1,5
Não é obtido diretamente em laboratório.
Geralmente: 0,3<n<0,7
▪ grau de saturação: relação entre o volume de água e o volume de vazios.
v
w
V
VS = Não é obtido diretamente em laboratório.≤S≤0 1,0
▪ peso específico da água:
Embora varie com a temperatura, adota-se o peso específico da água a 4º C: 9,8kN/m3
≈ 10 kN/m3
▪ peso específico dos sólidos (ou peso específico real dos grãos): relação entre o 
peso dos sólidos (grãos) e o seu volume real.
s
s
V
P
=sγ
Pa.d. ⇒ Va.d. = VSs
Ensaio 
(Picnômetro):
PS
Geralmente γs ≅ 27kN/m3
▪ Quartzo: 26,5 kN/m3
▪ Biotita: 28 a 32 kN/m3
▪ Feldspato: 25,4 kN/m3
▪ Caulinita: 26,1 kN/m3
▪ Ilita: 28,4 kN/m3
Exemplos de γs :
VS?
Volume 
ocupado pelas 
partículas 
sólidas 
P1 P2
▪ peso específico saturado: relação entre o peso total se o solo estivesse saturado
▪ peso específico natural: relação entre o peso total e o volume total.
Molda-se um corpo de prova num volume conhecido, pesa-se
o conjunto (molde + solo) e desconta-se o peso do molde.
Maioria dos solos naturais: 16kN/m3 < γn < 20kN/m3
▪ peso específico seco: relação entre o peso do solo seco e o volume total, ou 
seja, a relação entre o peso de sólidos e o volume total.
t
s
d V
P
=γ
t
t
n V
P
=γ
Não é obtido diretamente em laboratório.
▪ peso específico saturado: relação entre o peso total se o solo estivesse saturado
(volume de vazios preenchidos com água) e o seu volume
total;
▪ peso específico submerso: peso específico efetivo do solo quando totalmente
submerso = peso específico saturado do solo menos o
peso específico da água.
Não é obtido diretamente em laboratório.t
sat
sat V
P
=γ
wsatsub γγγ −=
Não é obtido diretamente em laboratório.
Atenção:
Massa específica = massa / volume (em t/m3, kg/dm3, g/cm3)
Peso específico = peso / volume (em kN/m3)
Peso específico = massa específica x aceleração da gravidade (g≅10 m/s2)
1kg x 10m/s2 = 1
→ se a massa específica = 1,8 t/m3 ⇒ peso específico = 18 kN/m3
Densidade = massa específica
Densidade relativa = (massa específica / massa específica da água)
= (peso específico / peso específico da água)
(adimensional)
Relações entre os índices físicos:
⇒ Os outros índices (e, n, S, γsat, γd ) podem ser obtidos por relações 
entre índices:
Índices físicos determinados em laboratório: w, γs, γn 
Conhece-se γw . 
( )
Exercício 1:
Demonstrar a relação: 
e
e
n
+
=
1
Demonstrar a relação: 
( )
e
ws
n
+
+
=
1
1γγ
O estado de uma areia pode ser expresso pelo seu
Porém o e (somente o e) fornece pouca informação sobre seu comportamento. 
É necessário analisar o e em relação aos limites: o mais fofo (emáx) e o mais 
compacto (emín).
compacidade relativa →
- e : obtido quando a areia é vertida num molde cuidadosamente por um funil 
2.4 – Estado das areias - compacidade
mínmáx
máx
ee
eeCR
−
−
= ? > CR > ? 
e.
- emáx : obtido quando a areia é vertida num molde cuidadosamente por um funil 
com uma pequena altura de queda (pluviação). Determina-se o γn e, daí, o e 
(tem que conhecer também o γn e w).
- emín : obtido quando a areia é compactada e vibrada num molde.
Valores 
típicos:
grãos angulares ↑⇒ e↑
areia uniforme ↑⇒ e↑⇒
mínmáx
máx
ee
eeCR
−
−
=
Areias com o mesmo e, mas 
diferentes estados (CR).
Classificação das 
areias, segundo 
seus estados de 
compacidade: 
O estado da areia indica uma tendência de seu 
comportamento mecânico (deformabilidade e resistência).
Classificação CR
Areia fofa < 0,33
Areia de compacidade média 0,33 ≤ CR ≤ 0,66
Areia compacta > 0,66
2.5 – Estado das argilas - consistência
Existem dois procedimentos distintos:
▪ Definição da consistência através dos ensaios de resistência à 
compressão simples de um corpo de prova do solo argiloso.
▪ Definição da consistência através da umidade (para argilas saturadas e 
remoldadas) e do LL e LP.remoldadas) e do LL e LP.
▪ Definição da consistência através dos ensaios de resistência à 
compressão simples de um corpo de prova do solo argiloso:
→ comprime-se o c.p. (h= 9 a 10cm; área=10cm2) numa prensa (sem tensão 
confinante) até rompê-lo;
resistência a compressão simples = carga vertical máximaárea transversal
Estado das argilas: 
Consistência Resistência 
(kPa)
Muito mole < 25
Mole 25 a 50
Média 50 a 100
Rija 100 a 200
Muito rija 200 a 400
dura > 400
R
e
s
i
s
t
ê
n
c
i
a
Deformação axial
▪ Definição da consistência através da umidade (para argilas 
remoldadas).
→ a w pode ser relacionada às umidades referentes a comportamentos 
conhecidos: LL e LP.
LPLL
wLL
IC
−
−
=Índice de consistência:
Consistência Índice de consistência
w=LL ⇒ IC=0
w↓⇒ IC ↑
w<LP ⇒ IC>1
situações →
Consistência Índice de consistência
Mole <0,5
Média 0,5 a 0,75
Rija 0,75 a 1,0
Dura > 1,0
Atenção:
LL e LP: são obtidos para a fração do solo que passa na #40 (0,42mm), 
portanto, o IC não se refere ao solo quando este tem partículas > 0,42mm.
Lembrando...:
fração tamanho do diâmetro
Areia grossa de 0,6mm a 2,0mm
Areia média de 0,2mm a 0,6mm
O IC definido através do LL e LP é aplicado quando o solo passar 
totalmente na peneira #40. 
Areia média de 0,2mm a 0,6mm
Areia fina de 0,06mm a 0,2mm
Silte de 0,002mm a 0,06mm
Argila inferior a 0,002mm
Estado das argilasAtravés de ensaios de 
compressão simples
Através da relação de w com 
os índices de consistência
2 procedimentos
Consistência Índice de
consistência
Consistência Resistência 
(kPa) consistência
Mole <0,5
Média 0,5 a 0,75
Rija 0,75 a 1,0
Dura > 1,0
(kPa)
Muito mole < 25
Mole 25 a 50
Média 50 a 100
Rija 100 a 200
Muito rija 200 a 400
dura > 400
Sensitividade das argilas
A resistência das argilas após o seu manuseio (estado deformado ou 
amolgado) pode ser menor que a sua resistência no estado natural (estado 
indeformado) em função da destruição do arranjo estrutural original das 
partículas de argila.
Sensitividade =
Pq isso acontece?
As forças eletroquímicas entre as 
partículas de argila, que são 
estabelecidas naturalmente ao 
resistência no estado indeformado
resistência no estado amolgado
estabelecidas naturalmente ao 
longo do tempo, são 
responsáveis por um parcela de 
resistência do solo que 
desaparecem ou são reduzidas 
após a destruição do arranjo 
estrutural.
Sensitividade Classificação
1 Insensitiva
1 a 2 Baixa sensitividade
2 a 4 Média sensitividade
4 a 8 sensitiva
> 8 Ultra-sensitiva (quick clay)
→ ver na internet (youtube): deslizamento de Rissa, Noruega (The Quick Clay 
Landslide at Rissa – 1978, NGI).
Exercício 2:
- Uma amostra de solo arenoso pesa 109,2g e tem um volume de 
58,1cm3 em seu estado natural, e seu peso seco é igual a 104,4g. A 
densidade relativa dos grãos é igual a 2,67.
→ Calcule o teor de umidade natural, o peso específico natural, o 
índice de vazios e o grau de saturação da amostra.
→ Sabendo que o emín=0,42 e o emáx=0,71, classifique esta amostra 
quanto a sua compacidade.quanto a sua compacidade.
Exercício 3:
(Pinto, 2006)
Para se construir um aterro, dispõe-se de uma quantidade de solo,
chamada pelos engenheiros de “área de empréstimo”, cujo volume foi
estimado em 3.000m3 . Ensaios mostraram que o peso específico natural
é de 17,8kN/m3 e que a umidade é de cerca de 15,8%. O projeto prevê
que no aterro o solo seja compactado com uma umidade de 18%,
ficando com um peso específico seco de 16,8 kN/m3. Que volume de
aterro é possível construir com o material disponível e que volume de
água deve ser acrescentado? (Pinto, 2006)água deve ser acrescentado?
Exercício 4:
A construção de um dreno de areia requer um volume total de 1.200 m3
e o projeto exige que a areia apresente após a construção uma
compacidade relativa de 60%. Pergunta-se:
Qual o volume necessário a ser utilizado de uma jazida de areia com
peso específico dos grãos de 26,5 kN/m3, índices de vazios mínimo de
0,35 e máximo de 0,65 pelos ensaios padronizados pela ABNT e que se
encontra naturalmente com o índice de vazios em torno de 0,60?