Mecânica dos Solos e Fundações

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Mecânica dos Solos e 
Fundações 
1 
2 
 Textura dos Solos 
3 
 Textura 
A textura de um solo é sua aparência ou “sensação ao toque” e depende dos 
tamanhos relativos e formas das partículas, bem como da faixa ou distribuição 
desses tamanhos. 
 
Solos granulares: 
Pedregulhos Areias 
Solos finos: 
 Siltes Argilas 
0.075 mm (USCS) 
Peneiramento Sedimentação 
4 
 Tamanho de Grão e 
Distribuição 
Granulométrica 
5 
2.1 Tamanho de Grão 
4.75 
Unit: mm (Holtz and Kovacs, 1981) 
USCS 
BS 
0.075 
2.0 0.06 0.002 
USCS: Unified Soil Classification 
BS: British Standard 
6 
Classes de tamanho de partículas do solo 
FRAÇÃO 
GRANULOMÉTRICA 
DIÂMETRO 
(mm) 
Matacão > 200 
Calhau 200 –20 
Cascalho 20 - 2 
Areia grossa 2 – 0,2 
Areia fina 0,2 – 0,05 
Silte 0,05 – 0,002 
Argila < 0,002 
7 
 
No Campo: 
A textura é feita por estimativa, esfregando 
uma massa de solo úmida e homogeneizada 
entre os dedos 
 
Areia Sensação aspereza, não plástico, não pegajoso 
 
Silte Sensação sedosidade, plástico, não pegajoso 
 
Argila Sensação sedosidade, plástico, pegajoso 
Identificação Visual-tátil dos solos 
 
 
A investigação preliminar em campo exige, muitas vezes, uma identificação dos solos sem 
os recursos de laboratório. 
 
 
A identificação tátil-visual é realizada colocando um punhado de solo na mão e esfregando-
o entre os dedos pode-se identificar a areia por uma sensação de aspereza, ao contrário a 
argila e o silte é extremamente lisa (sobretudo quando umedecida). 
8 
Identificação Visual-tátil dos solos 
 
 
As argilas são plásticas, permitem ser moldadas, enquanto os siltes e as areias não. 
 
Fazendo-se bolinhas de solo e deixando-as secar, pode-se verificar a resistência a pressão 
dos dedos que nas argilas será elevada e baixa nos solos arenosos e siltosos. 
 
Para estimar a quantidade de areia pode-se dissolver o solo em um recipiente com água 
limpa. 
 
A areia irá para o fundo rapidamente e a argila demorará a se decantar. 
9 
Identificação Visual-tátil dos solos 
 
Análise Tátil Visual 
 
10 
Identificação Visual-tátil dos solos 
 
Caracterização Visual Tátil 
 
 
 
 
 
 
 
 
Solo solto Solo Friável Solo Firme Solo 
 Extremamente 
 Firme 
 
 
 
 
11 
12 
sedimentação 
13 
14 
Solo muito argiloso Grande concentração de argila 
Solo argiloso seco 
15 
Solo arenoso (Bauru) 
16 
Lama siltosa 
17 
 Distribuição Granulométrica 
(Das, 1998) 
(Head, 1992) 
18 
19 
 Distribuição Granulométrica 
(Das, 1998) 
(Head, 1992) 
•Peneira 
20 
Distribuição Granulométrica (Cont.) 
Solos granulares: 
Pedregulho Areia 
Solos finos: 
 Silte Argila 
0.075 mm (USCS) 
0.06 mm (BS) (Hong Kong) 
•Ensaios 
Peneiramento Sedimentação 
(Head, 1992) 
21 
Módulo de finura (Mf): é a soma das porcentagens retidas 
acumuladas em massa de um agregado, nas peneiras da série 
normal, dividida por 100. 
PENEIRAS (mm) 
MATERIAL 
RETIDO (g) 
% SIMPLES % ACUMULADO 
4,8 30 3 3 
2,4 70 7 10 
1,2 140 14 24 
0,6 320 32 56 
0,3 300 30 86 
0,15 120 12 98 
Fundo 20 2 100 
 = 1000g Mf=277/100 = 2,77 
22 
Os módulos de finura para a areia, variam 
entre os seguintes limites: 
 
Muito fina: MF < 1,71 
Fina: 1,72 < MF < 2,11 
Média: 2,12 < MF < 2,71 
Grossa: MF > 2,71 
23 
Dimensão Máxima (Dm) : grandeza associada à 
distribuição granulométrica do agregado, 
correspondente à abertura de malha quadrada, 
em mm, à qual corresponde uma porcentagem 
retida acumulada igual ou imediatamente inferior 
a 5% em massa. 
24 
PENEIRAS (mm) 
MATERIAL RETIDO 
(g) 
% SIMPLES % ACUMULADO 
4,8 30 3 3 
2,4 70 7 10 
1,2 140 14 24 
0,6 320 32 56 
0,3 300 30 86 
0,15 120 12 98 
Fundo 20 2 100 
 = 1000g Mf=277/100 = 2,77 
25 
Classificação das Rochas 
Britas 
 
 
26 
As britas podem ser classificadas em: 
 
 
Brita 1 (Dm) = 12,5mm 
Brita 2 (Dm) = 25mm 
Brita 3 (Dm) = 38mm 
Brita 4 (Dm) = 76mm 
Brita 5 (Dm) = 100mm 
 
 
27 
 Distribuição Granulométrica (Cont.) 
Escala logarítmica 
(Holtz and Kovacs, 1981) 
Tamanho efetivo D10: 0.02 mm 
D30: D60: 
28 
 Distribuição Granulométrica 
 Descreve a forma 
Exempo: Bem graduada 
 
 
Critérios 
 
 
 
 
 
 
 
Pergunta 
Qual é o Cu para um solo com um 
único tamanho de grão? 
mmD
mmD
efetivotamanhommD
9
6.0
) (02.0
60
30
10



2
)9)(02.0(
)6.0(
))((
)(
450
02.0
9
2
6010
2
30
10
60


DD
D
C
curvaturadeeCoeficient
D
D
C
deuniformidadeeCoeficient
c
u
mmD
mmD
efetivotamanhommD
9
6.0
) (02.0
60
30
10



29 
Pergunta 
Pergunta 
Qual é o valor de Cu para um solo com um único tamanho de grão? 
 
Tamanho de partícula 
%
 a
cu
m
al
ad
a 
p
as
sa
n
te
 
Distribuição granulométrica 
1
10
60 
D
D
C
deuniformidadeeCoeficient
u
30 
 Distribuição Granulométrica 
 Aplicações na Engenharia 
 Auxilia a “sentir” a textura do solo (que solo é esse) e também será empregada na classificação 
de solos (próximo assunto). 
 
 Pode ser usada para definir a faixa granulométrica especificada para filtro de um dreno (para 
evitar a colmatação do mesmo) . 
 
 Pode ser um critério de seleção de materiais de enchimento e aterros de barragens, materiais 
para sub-base e base de pavimentos e agregados para concreto de CP e misturas asfálticas. 
 
 
31 
Forma da Partícula 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Importante para solos granulares 
 Partículas angulares  maior atrito 
 Partículas arredondadas  menor atrito 
 Notar que as partículas de argila têm formato lamelar. 
Arredondada Subarredondada 
Subangular Angular 
(Holtz and Kovacs, 1981) 
Solos 
granulares 
32 
Limites de Atterberg 
e Índices de 
Consistência 
33 
Limites de Atterberg 
 Introdução 
 
 ◦ O comportamento dos solos finos irá depender de diversos fatores, tais como: 
 
 como sua composição química e mineralógica; 
 sua umidade; 
 sua estrutura e 
 seu grau de saturação. 
 
 
34 
Limites de Atterberg 
 
 
Em função da quantidade de água presente em um solo, podemos ter os seguintes estados de 
consistência: 
 
 
 líquido; 
 plástico; 
 semi-sólido e; 
 sólido: 
35 
Limites de Atterberg 
 O estado líquido é caracterizado pela ausência de resistência ao cisalhamento e o solo assume a 
aparência de um líquido. 
 
 Quando o solo começa a perder umidade, passa a apresentar o comportamento plástico, ou seja, 
deforma-se com variação volumétrica (sem fissurar-se ao ser trabalhado). 
 
 Ao perder mais água, o material torna-se quebradiço (semi-sólido). 
 
 No estado sólido, não ocorrem mais variações volumétricas pela secagem do solo. 
36 
Limites de Atterberg (Cont.) 
Limite de Liquidez, 
LL 
Estado LíquidoLimite de 
Plasticidade, LP 
Estado Plástico 
Limit de Contração, LC 
Estado Semi-sólido 
Estado Sólido 
Solo seco 
Mistura fluida 
solo-água 
T
eo
r 
d
e 
u
m
id
ad
e 
cr
es
ce
n
te
 
37 
Limites de Atterberg 
 Os teores de umidade correspondentes às mudanças de estado são denominados: 
 
 ◦ Limite de Liquidez (LL); 
 ◦ Limite de Plasticidade (LP) e; 
 ◦ Limite de Contração (LC). 
 
 ◦ O LL é o teor de umidade que delimita a fronteira entre o estado líquido e plástico. 
 ◦ O LP delimita o estado plástico do semi-sólido e; 
 ◦ O LC, o estado semi-sólido do sólido. 
 
38 
Limite de Liquidez-LL 
Materiais 
Solo passando na peneira No.40 
(0,425 mm). 
Água destilada 
 
 
 
 
Método de Casagrande 
(ASTM D4318-95a) 
O Professor Casagrande 
normatizou o ensaio e 
desenvolveu o aparelho para 
determinação do limite de 
liquidez. 
39 
Método de Casagrande 
N=25 golpes 
Abertura da ranhura = 
12,7mm (0.5 in) 
(Holtz and Kovacs, 1981) 
•Aparelho 
O Limite de Liquidez é o teor de umidade para o qual 
a ranhura de solo se fecha com 25 golpes, no aparelho 
de Casagrande. 
40 
Limite de Liquidez-LL 
Método de Casagrande 
 
 Definição do Limite de Liquidez: teor de umidade para o qual o sulco se fecha 
com 25 golpes. 
 
 A resistência que o solo oferece ao fechamento do sulco, medida pelo nº de 
golpes requeridos, provém de sua “Resistência ao Cisalhamento” 
correspondente à umidade que apresenta. 
 
 Experimentalmente, obteve-se no LL, esta resistência que tem o valor de 25 
g/cm2 para todos os solos plásticos. 
41 
4.2.1 Método de Casagrande 
42 
Limite de Liquidez-LL 
Método de Casagrande 
 
 Com os resultados obtidos traça-se a linha de escoamento do material 
(umidade x nº de golpes). 
 
 Recomenda-se a determinação de, pelo menos, seis pontos. 
43 
4.2.1 Método de Casagrande (Cont.) 
44 
4.3 Limite de Plasticidade – LP NBR 
7180 
•Limite de Plasticidade 
 
•Quando o solo se encontra no estado plástico ele perde a capacidade de fluir 
conservando a sua forma e podendo ser facilmente moldado. 
 
 
•Se ele continuar perdendo umidade, este estado desaparece até que, para um certo 
valor denominado Limite de Plasticidade (LP), o solo se desmancha ao ser 
trabalhado: é o estado semi-sólido 
45 
Limite de Plasticidade – LP NBR 7180 
O limite de plasticidade, LP, é o teor de umidade no qual um 
cilindro de solo com 3,2 mm de diâmetro começa a trincar 
quando moldado. 
(Holtz and Kovacs, 1981) 
46 
Limite de Plasticidade – LP NBR 7180 
47 
Limite de Contração - LC 
Definição do LC: 
Teor de umidade abaixo 
do qual o solo não mais 
muda de volume ao 
variar seu teor de 
umidade 
(Das, 1998) 
SL 
48 
Limite de Contração - LC (Cont.) 
(Das, 1998) 
Volume de solo: Vi 
Massa de solo: M1 
Volume de Solo: Vf 
Massa do solo: M2 
)100)(()100(
(%)(%)
22
21
w
fi
i
M
VV
M
MM
wwLC





 





 


49 
Limite de Contração - LC (Cont.) 
 “Embora o limite de contração fosse bastante usado durante os anos 1920s, é atualmente 
considerado como sujeito a elevada incerteza e portanto sua determinação não é mais comum.” 
 
 “Um dos maiores problemas do ensaio de limite de contração é que a magnitude da contração 
depende não apenas do tamanho do grão mas também da estrutura inicial do solo. 
 O procedimento padrão consiste em iniciar o ensaio com um teor de umidade próximo (mas 
inferior) ao LL. 
 Entretanto, especialmente nas argilas siltosas e arenosas, isto resulta em valores de LC superiores 
ao LP, o que não tem sentido. 
 Casagrande sugere que o teor inicial de umidade seja ligeiramente maior do que o LP, se possível, 
mas reconhece-se que nesta condição é difícil evitar a aprisionamento de bolhas de ar no solo 
moldados.” (Holtz and Kovacs, 1981) 
 
50 
Típicos Valores dos Limites de Atterberg 
(Mitchell, 1993) 
51 
4.6 Índices 
Indice de Plasticidade IP 
Para descrever o intervalo de 
teor de umidade em que um 
solo é plástico 
IP = LL – LP 
 
Índice de Consistência IC 
 
 
 
 
 
 
 
LC <0 (A), fratura frágil se cisalhado 
0<LC<1 (B), sólido plástico se cisalhado 
LC >1 (C), líquido viscoso se cisalhado 
 LL 
Estado 
Líquido 
LP 
Estado 
Plástico 
LC 
Estado Semi-
sólido 
Estado 
Sólido 
IP 
A 
B 
C 
umidade de teor o éw
LPLL
LPw
IP
LPw
LC





52 
4.6 Indices (Cont.) 
Atividade A 
(Skempton, 1953) 
 
 
 
Argilas de atividade normal: 0,75<A<1,25 
Argilas inativas: A<0,75 
Argilas ativas: A> 1.25 
Elevada atividade: 
Expandem muito ao serem umedecidas 
Apresentam elevada contração quando 
secas 
Muito reativas (quimicamente) 
 
•Propósito 
Tanto o tipo quanto a quantidade 
de argila nos solos afetarão os 
limites de Atterberg. Este índice 
destina-se a separar os tipos de 
argilas. 
Mitchell, 1993 
mm0,002argila fração
(peso)argila fração%


IP
A
53 
Superfície específica de uma partícula de solo 
ESTADOS FÍSICOS DO SOLO e ÍNDICES 
FÍSICOS DOS SOLOS 
 
ESTADOS FÍSICOS DO SOLO e ÍNDICES FÍSICOS DOS SOLOS 
 
O solo é composto por um grande número de partículas, com dimensões e formas 
variadas, que formam o seu esqueleto sólido. 
 
Esta estrutura não é maciça e por isso não ocupa todo o volume 
do solo. Ela é porosa e, portanto, possui vazios. 
 
Esses vazios podem estar totalmente preenchidos por água (solo saturado), podem 
estar completamente ocupados pelo ar (solo seco) ou com ambos que é a forma 
mais comum na natureza. 
 
Por isso, de modo geral, dizemos que os solo é composto por três fases: sólida, 
líquida e gasosa. 
Carga 
e = 50% 
δ = 1,2 
Vw = água 
higroscópica 
 e = 50% 
δ = 1,5 
Vw = água 
higr. + livre 
 
e = 30% 
δ = 1,2 
 
e = 50% 
δ = 1,7 
 
Água 
Vazios (ar) 
Partículas minerais 
FASES DO 
SOLO Alguns conceitos básicos 
 
δ = γs /g * Vw e = Vv 
 γw /g * Vs Vs 
δ = Densidade 
γs = Peso específico de sólidos 
γw = Peso específico da água 
g = aceleração da gravidade 
Vs = volume de sólidos 
Vw = Volume de água livre e 
higroscópica 
Vv = Volume de vazios 
e = Índice de vazios 
 
Fases físicas do solo 
Gasosa 
A água contida no solo pode ser classificada em: 
 
a) água de constituição – faz parte da estrutura 
molecular da partícula sólida. 
b) água adesiva – película de água que está 
eletricamente ligada à partícula. 
c) água higroscópica – permanece num solo seco ao ar 
livre. 
d) água livre – preenche os vazios do solo. 
e) água capilar – sobe além da superfície livre de água 
pelos canais finos deixados pelas partículas sólidas. 
 
Obs.: a água higroscópica só desaparece mediante 
secagem do solo na estufa, entre 100 e 105ºC. 
A água contida no solo pode ser classificada em: 
 
a) água de constituição – faz parte da estrutura 
molecular da partícula sólida. 
b) água adesiva – película de água que está 
eletricamente ligada à partícula. 
c) água higroscópica – permanece num solo seco ao ar 
livre. 
d) água livre – preenche os vazios do solo. 
e) água capilar – sobe além da superfície livre de água 
pelos canais finos deixados pelas partículas sólidas. 
 
Obs.: a água higroscópica só desaparece mediante 
secagem do solo na estufa,entre 100 e 105ºC. 
RELAÇÕES BÁSICAS ENTRE AS FASES CONSTITUINTES DOS 
SOLOS (índices físicos) 
Relações entre volumes 
 
a) Índice de vazios (volume de vazios em relação ao volume de sólidos) 
 
e = Vv 
 Vs 
b) Porosidade (porcentagem de vazios de um solo) 
 
 n = (Vv / V) x 100% 
Onde V = Vs + Vv 
c) Grau de Saturação (porcentagem de água contida nos vazios de 
um solo) 
 
S = (Vw / Vv) x 100% 
Relação entre massas 
a) Teor de umidade (porcentagem de água existente no solo em 
relação a parte sólida) 
 w = (Mw / Ms) x 100% 
Relações entre pesos e volumes 
 
a) Peso específico aparente úmido (w ≠ 0) 
 γ = P / V 
Obs.: este peso específico é conhecido também por peso específico natural do solo. 
b) Peso específico aparente seco (w = 0) 
 γd = Ps / V 
 
c) Peso específico das partículas sólidas (grãos) 
 γs = Ps / Vs 
 
Relações entre massas e volumes 
 
a) Massa específica aparente úmida (w ≠ 0) 
 ρ = M / V 
Obs.: Também conhecida por massa específica natural. 
b) Massa específica aparente seca (w = 0) 
 ρd = Ms / V 
 
c) Massa específica das partículas sólidas (grãos) 
 ρs = Ms / Vs 
 
 b) Peso específico saturado 
 γsat = [(δ + e) / 1 + e] x γw 
 
 c) Peso específico submerso 
 γsub = γsat - γw 
a) Densidade relativa das partículas sólidas (grãos) 
 δ = γs / γw γw = 1 gf/cm³ ou 1 tf/m³ 
Outras relações entre índices físicos 
Relações entre índices físicos 
ρ = ρd (1 + w) 
 
e = (ρs / ρd) - 1 
 
n = e/ 1 + e 
 
S = ρs . W / e . ρw 
 
ρd = ρs . S . ρw / S . ρw + ρs . w 
68 
8. References 
Main References: 
Das, B.M. (1998). Principles of Geotechnical Engineering, 4th edition, PWS Publishing 
Company. (Chapter 2) 
Holtz, R.D. and Kovacs, W.D. (1981). An Introduction to Geotechnical Engineering, Prentice 
Hall. (Chapter 1 and 2) 
Others: 
Head, K. H. (1992). Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 1: Soil Classification and 
Compaction Test, 2nd edition, John Wiley and Sons. 
Ifran, T. Y. (1996). Mineralogy, Fabric Properties and Classification of Weathered Granites in 
Hong Kong, Quarterly Journal of Engineering Geology, vol. 29, pp. 5-35. 
Lambe, T.W. (1991). Soil Testing for Engineers, BiTech Publishers Ltd. 
Mitchell, J.K. (1993). Fundamentals of Soil Behavior, 2nd edition, John Wiley & Sons.