Aula 5 - Solos Finos e Granulares

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Mecânica dos Solos 
 
AULA 05 – SOLOS FINOS E GRANULARES 
ENGENHARIA CIVIL 
Profª. Drª Nágilla Huerb de Azevedo 
nagilla.azevedo@estacio.br 
ENGENHARIA CIVIL 
 Tamanho e forma das partículas do solo 
 
As partículas minerais que constituem os solos possuem diferentes tamanhos 
(granulometria) e formas. 
Agentes de 
intemperismo e 
de transporte 
Um solo pode estar constituído 
de partículas dos mais diversos 
tamanhos 
Intemperismo físico (desintegração) – é 
capaz de originar partículas de tamanhos até 
cerca de 0,001mm 
 
Intemperismo químico (decomposição) – é 
capaz de originar partículas de diâmetro 
menor que 0,001mm 
ENGENHARIA CIVIL 
Nos solos sedimentares, os agentes de transporte são os grandes responsáveis pela 
forma que as partículas minerais tomam 
Solos submetidos a longos trajetos de transporte e 
em condições severas de abrasividade tendem a 
possuir forma esférica. 
 
Ex: areias de origem fluvial 
Partículas esféricas angulares propiciam 
solo com maior ângulo de atrito interno 
efetivo – quanto maior esse ângulo, maior 
a resistência que o material oferece às 
deformações. 
ENGENHARIA CIVIL 
O tipo dos minerais também influencia fortemente na forma final das partículas dos solos 
Grão Lamelar 
(duas dimensões são 
maiores que a terceira) 
Grão Acicular 
(uma das dimensões 
prevalece sobre as 
outras duas) 
OU Argilominerais 
Solos sedimentares - tendem a possuir grãos minerais 
em forma esférica 
 
Solos residuais – tendem a possuir grãos com formatos 
irregulares 
ENGENHARIA CIVIL 
ABNT NBR 6502/1995 – classifica os solos em função do tamanho de suas partículas 
conforme: 
 
• Bloco de rocha – fragmentos de rocha com diâmetro superior a 1,0 m; 
 
• Matação – fragmentos de rocha com uma dimensão entre 200 mm e 1,0 m; 
 
• Pedregulho – formados por minerais ou partículas de rocha, com diâmetro entre 
2,0mm e 60 mm. Quando arredondados ou semiarredondados, são denominados 
cascalhos ou seixos; 
 
• Areia – solo não coesivo, formado por minerais ou partículas de rochas com 
diâmetros compreendidos entre 0,06mm e 2,0mm. A areia de acordo com o 
diâmetro é subclassificada em: 
 
ENGENHARIA CIVIL 
• Areia – formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros 
compreendidos entre 0,06mm e 2,00mm. A areia de acordo com o diâmetro é 
subclassificada em: 
 
• Areia grossa – granulometria de 0,60mm a 2,0mm 
• Areia média – granulometria de 0,2mm a 0,60mm 
• Areia fina – granulometria de 0,06mm a 0,2mm 
 
• Silte – solo que apresenta baixa ou nenhuma plasticidade e baixa resistência 
quando seco ao ar. É formado por partículas com diâmetros compreendido entre 
0,002mm e 0,06mm; 
 
• Argila – solo de graduação fina constituída por partículas com dimensões menores 
que 0,002mm; Caracteriza-se pela sua plasticidade, textura e consistência em seu 
estado e umidade naturais. 
 
 
ENGENHARIA CIVIL 
mm 
ENGENHARIA CIVIL 
 Estado dos solos granulares 
 
Solos granulares, também denominados como AREIA, seu estado será mensurado pela propriedades índice 
de vazios. 
 
O estado da areia, ou sua compacidade será em geral caracterizado como areia fofa ou areia compacta. 
 
Entretanto, este dado isolado, fornece pouca informação sobre o comportamento da areia, então é 
necessária a definição dos extremos superior (máximo) e inferior (mínimo) do índice de vazios deste solo: 
 
o MAIS COMPACTOS – mais densos e com menor índice de vazios 
o MAIS FOFOS – maior índice de vazios 
𝐺𝐶(𝑔𝑟𝑎𝑢 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒) =
(𝑒 𝑚á𝑥 − 𝑒 𝑛𝑎𝑡)
(𝑒 𝑚á𝑥 − 𝑒 𝑚í𝑛)
 
Grau de compacidade = compacidade relativa = densidade relativa 
ENGENHARIA CIVIL * 
𝐺𝐶(𝑔𝑟𝑎𝑢 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒) =
𝑒 𝑚á𝑥 − 𝑒 𝑛𝑎𝑡
(𝑒 𝑚á𝑥 − 𝑒 𝑚í𝑛)
 
𝑒 𝑚í𝑛 − é encontrado através de um ensaio que 
vibra a areia dentro de um frasco. 
 
𝑒 𝑚á𝑥 – é encontrado através de um ensaio que coloca a areia 
cuidadosamente em um frasco com uma queda controlada, 
determina-se o peso específico e calcula-se o 𝑒 𝑚á𝑥. 
 
 
o Fofa (solta) - GC < 0,33 
 
o Medianamente compacta – 0,33 < GC < 0,66 
 
o Compacta – GC > 0,66 
 
 
 
Podemos intuir que a areia compacta apresenta, em geral, maior 
resistência e menor deformabilidade. 
ENGENHARIA CIVIL 
Exercícios 
 
1) Uma areia apresenta índice de vazios máximo de 0,90 , índice de vazios mínimo de 0,57 e sua compacidade é de 
67% (0,67). Qual o valor do índice de vazios natural dessa areia? 
 
 
 
 
 
 
2) Qual o grau de compacidade (GC) de uma areia que possui: 
 
Índice de vazios (máx) = 0,85 
Índice de vazios (mín) = 0,53 
Índice de vazios (nat) = 0,70 
 
 
 
 
ENGENHARIA CIVIL 
 Estado dos solos finos 
 
Solos finos, também denominados como ARGILA, seu estado será mensurado pela sua resistência à 
compressão. 
 
o Resistência à compressão < 25 kPa = CONSISTÊNCIA MUITO MOLE 
 
o Resistência à compressão > 100 kPa = CONSISTÊNCIA MUITO RIJA 
 
Dada as características e a complexidade dos argilominerais, a simples análise granulométrica não se 
mostra suficiente para caracterizar seu comportamento mecânico. 
 
As propriedades plásticas na argila mostram-se dependentes do seu teor de umidade, da forma de suas 
partículas constituintes e de sua composição química e mineralógica. 
 
PLASTICIDADE – consiste na maior ou menor capacidade dos solos serem moldados, sob certas condições 
de umidade, sem variação de volume. E é considerada uma das mais importantes propriedades das argilas. 
 
ENGENHARIA CIVIL* 
Normalmente as argilas encontram-se saturadas, e os teores de umidade que definem o estado ou 
consistência de uma argila são definidos como limites de consistência. 
 
Para cada teor de umidade alcançado, em uma escala crescente de umidade as argilas apresentarão 
determinada consistência, LIMITES DE CONSISTÊNCIA: 
 
 
SÓLIDA SEMI-SÓLIDA PLÁSTICA LÍQUIDA 
% UMIDADE 
Limite de 
Liquidez - LL 
Limite de 
Plasticidade - LP 
Limite de Contração - 
LC 
Limites de 
Atterberg 
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 Limites de Consistência: 
 
Por meio da caracterização dos limites de consistência, podemos avaliar a plasticidade dos solos. A 
plasticidade é uma propriedade característica das argilas, e consiste na capacidade de ser moldado sem 
variação de volume, sob certas condições de umidade. 
 
Com o objetivo de delimitar a umidade na qual o solo apresenta essa condição plástica, existem dois 
valores a serem conhecidos: o limite de plasticidade e o limite de liquidez. 
 
 
 Limites de Plasticidade: 
 
Esse mesmo solo em estado plástico, ao perder umidade, chega a apresentar certa desagregação quando 
trabalhado. Esse estado é chamado de semi-sólido. A umidade equivalente ao limite entre os estados 
plástico e semi-sólido é chamado de limite de plasticidade (LP). 
 
 
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 Limite de Liquidez: 
Os solos muito úmidos apresentam certa fluidez, quando falamos que esses solos se encontram em estado líquido. 
 
Quando ocorre a perda de umidade desse solo, ele passa para o estado plástico. A umidade equivalente ao limite 
entre o estado líquido e plástico é denominada limite de liquidez (LL). 
 
Quanto maior a capacidade do solo em absorver água sem entrar no estado líquido, maior será seu limite de 
liquidez. 
 
 
 
 
 
Limites de Consistência 
A diferença numérica entre o LL e o LP é chamado de índice de plasticidade 
(IP). Esse índice apresenta o intervalo de umidade em que o solo se encontra 
no estado plástico. Quanto maior o IP, maior será o intervalo onde o solo se 
encontrará em estado plástico, ou seja, maior será a plasticidade do solo. 
 
O IP é a quantidade máxima de água a ser adicionada ao solo de modo que elepasse do estado plástico para o estado líquido. 
 
Como a plasticidade é uma característica das argilas, podemos dizer que o IP é 
função da quantidade de argila presente no solo. 
 
Por isso, solos arenosos, sem a presença de argila o IP = 0, logo o solo não é 
plástico. 
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 Estado líquido: o solo apresenta as propriedades e a aparência de uma suspensão, 
sem nenhuma resistência ao cisalhamento; 
 
 Estado plástico: o solo apresenta o comportamento mecânico de acordo com a 
propriedade de plasticidade; 
 
 Estado semisólido: o solo tem a aparência de um sólido, entretanto ainda passa por 
variações de volume ao ser secado; 
 
 Estado sólido: não ocorrem mais variações de volume decorrentes da secagem do 
solo. 
 
 
 
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Índice de consistência (𝐼𝐶) =
𝐿𝑖𝑚.𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒𝑧 −𝑡𝑒𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙
𝐿𝑖𝑚.𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒𝑧 −𝐿𝑖𝑚.𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒
 = 
𝐿𝐿 −ℎ
𝐼𝑃
 
As argilas se classificam em: 
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𝐼𝑃(í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒) = Limite de Liquidez – Limite de Plasticidade 
O IP mensura a quantidade de água necessária para que um solo venha a mudar do estado plástico para o 
líquido. 
 
 Solos com IP entre 1 a 7 são considerados fracamente plásticos 
 
 Solos com IP entre 7 a 15 são considerados medianamente plásticos 
 
 Solos com IP acima de 15 são considerados altamente plásticos (Ex: argila orgânica, 
encontrada em manguezais) 
 
 
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 Ensaios 
 
• Limite de Liquidez 
 
É obtido de forma empírica por meio do equipamento denominado “aparelho de Casagrande”, normatizado pela NBR 
6459:2016. 
 
 
 
 
 
O ensaio consiste em inserir amostras de solo na concha do aparelho com 
diferentes teores de umidade. 
 
Para cada amostra, a espessura do solo na parte central deve ser de 1cm. 
Após isso é feita a canelura (abertura) na amostra, com um cinzel 
padronizado. 
 
O ensaio então inicia-se, a cada giro da manivela a concha se eleva e 
desce tocando a base do aparelho (golpe). O número de golpes do 
aparelho é contado até o momento em que as bordas do solo se unam, 
numa extensão de 1cm. 
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 Ensaios 
 
• Limite de Liquidez (LL) 
 
 
 
 
 
ENGENHARIA CIVIL 
 Ensaios 
 
• Limite de Liquidez (LL) 
 
Normalmente são feitos ensaios com 3 a 5 umidades diferentes. Como resultado, tem-se o gráfico “umidade (%) x 
número de golpes”. De forma lógica, quanto maior a umidade do solo, menor será o numero de golpes necessários 
para unir as bordas. 
 
 
 
 
O limite de liquidez é o valor da abscissa 
correspondente ao ponto da reta cuja 
ordenada representa 25 golpes. Assim, o 
exemplo do gráfico LL = 52,8% 
Linha de escoamento 
ENGENHARIA CIVIL 
 Ensaios 
 
• Limite de Plasticidade (LP) 
 
É obtido de forma empírica, normatizado pela NBR 7180:2016. 
 
 
 
 
 
O ensaio consiste em separar uma amostra de solo e moldá-la na forma 
de um cilindro de diâmetro uniforme sobre uma placa de vidro. Quando o 
diâmetro do cilindro atingir 3mm (igual o cilindro comparador) e cerca de 
10cm de comprimento, a amostra é novamente amassada, e repete-se 
sucessivamente a operação de formar cilindros de 3mm. 
 
A partir do momento que a amostra de solo desagregar antes de o cilindro 
atingir os 3mm, a rolagem da amostra é interrompida, e seus pedaços são 
transferidos para uma cápsula de alumínio, com o objetivo de obter-se a 
umidade dessa amostra de solo. 
 
Assim, o limite de plasticidade é expresso pela média desses teores de 
umidade. 
ENGENHARIA CIVIL 
 Ensaios 
 
• Limite de Contração (LC) 
 
 
 
 
 
 
Teor de umidade a partir do qual o solo não mais se contrai, não obstante continue perdendo peso, é feita tendo 
em vista que o índice de vazios da amostra é o mesmo, quer quando ainda saturada, quer estando completamente 
seca. 
 
 
LC =
𝑃𝑢−𝑃𝑠
𝑃𝑠
− 
(𝑉𝑢 −𝑉𝑠) ∗ γ𝑎
𝑃𝑠
 
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 Ensaios 
 
• Grau de contração do solo (C) 
 
 
 
 
 
 
Como a “compressibilidade” de um solo cresce com o grau de contração este índice fornece uma indicação da 
qualidade do solo, embora sem nenhum caráter decisivo. Tem-se: 
 
 
C =
(𝑉𝑢−𝑉𝑠)
𝑉𝑢
 
• Solos bons – C < 5% 
• Solos regulares – 5 < C < 10% 
• Solos ruins – 10 < C < 15% 
• Solos péssimos – C > 15% 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
10 100
 T
e
o
r 
d
e
 u
m
id
ad
e
 (
%
) 
Nº de Golpes 
Exercício 
 
1) Após o ensaio de limite de liquidez obteve-se os seguintes dados: 
Nº de golpes 
36 
29 
23 
18 
13 
h (%) 
35,8 
37,7 
40,2 
44,8 
49,2 
E de um ensaio de limite de plasticidade 
obteve-se os seguintes dados: 
 
Cápsula nº 
118 
119 
120 
 
 
h (%) 
19,3 
18,7 
19,7 
 
 
Com base nesses resultados, calcular o LL, LP e IP deste solo.