CAP 1 unidade 1

Prévia do material em texto

PROJETO DE 
ESTRADAS
Fernanda Dresch
Revisão técnica
Shanna Trichês Lucchesi
Mestre em Engenharia de Produção (UFRGS)
Professora do curso de Engenharia Civil (FSG)
Catalogação na publicação: Karin Lorien Menoncin CRB -10/2147
D773p Dresch, Fernanda.
Projeto de estradas / Fernanda Dresch ; [revisão 
técnica : Shanna Trichês Lucchesi]. – Porto Alegre : 
SAGAH, 2018.
204 p. : il. ; 22,5 cm 
ISBN 978-85-9502-303-1
1. Engenharia civil. 2. Estradas. I. Título.
CDU 625.7
NOTA
As Normas ABNT são protegidas pelos direitos autorais por força 
da legislação nacional e dos acordos, convenções e tratados em 
vigor, não podendo ser reproduzidas no todo ou em parte sem 
a autorização prévia da ABNT – Associação Brasileira de Normas 
Técnicas. As Normas ABNT citadas nesta obra foram reproduzidas 
mediante autorização especial da ABNT.
Conceitos básicos de 
mecânica dos solos 
aplicados à geotecnia 
de estradas
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Estabelecer a definição de solo e sua importância na engenharia.
 � Explicar a origem e formação dos solos.
 � Analisar as técnicas de aplicação da mecânica dos solos em estradas.
Introdução
O solo é um dos elementos que faz parte da formação do ambiente e o 
conhecimento de suas características e propriedades são fundamentais 
para a utilização adequada de solos em estradas. O engenheiro deve ser 
capaz de identificar o solo ideal para a aplicação escolhida e ter conheci-
mento da relação do solo com a obra ou outro sistema a ser construído, 
a fim de prever as consequências positivas e negativas dessa interação.
Neste capítulo você aprenderá o conceito de solo, sua origem e forma-
ção. Além disso, você irá compreender a importância desse componente 
na engenharia e quais as técnicas de aplicação da mecânica dos solos 
são utilizadas na geotécnica de estradas.
Mecânica dos solos e a engenharia
Todas as obras de engenharia civil são assentadas em um terreno que tem 
como estrutura o solo e, de forma inevitável, o comportamento desse deve 
ser considerado. A observação e análise do comportamento das obras, ao dar 
atenção às peculiaridades dos solos e entender seus mecanismos de compor-
tamentos constituem o estudo da mecânica dos solos, estudado amplamente 
na engenharia geotécnica (PINTO, 2006).
O solo, segundo o Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos (SiBCS), 
é definido como um manto superficial formado por rocha desagregada, ou 
seja, desunida, misturado com matéria orgânica em decomposição, que contém 
ainda água, ar e organismos vivos (EMBRAPA, [200-?]). O solo apresenta 
propriedades como cor, textura, estrutura, porosidade, dentre outras. Fazem 
parte da sua composição os elementos minerais (45%), como sílica, óxido de 
alumínio e ferro, o ar (25%), a água (25%) e matéria orgânica (5%), porém 
essas características podem variar em função da localização e sazonalidade 
(CAETANO, 2016). 
Para Machado, S. e Machado, M. ([1997]), os solos são definidos como 
“material solto, natural da crosta terrestre onde habitamos, utilizado como 
material de construção e de fundação das obras do homem”. Ou ainda, chama-
-se de solo a rocha já decomposta ao ponto granular e passível de ser escavada 
apenas com o auxílio de pás, picaretas e/ou escavadeiras, sendo um conceito 
mais voltado para a engenharia civil.
De todas as obras de engenharia, as relacionadas à geotecnia, quando exe-
cutadas inadequadamente são responsáveis por grandes impactos e prejuízos, 
sejam eles econômicos ou ambientais. Um exemplo que aconteceu no Brasil 
foi o deslizamento de encostas, que devido ao clima chuvoso e ao crescimento 
desordenado das metrópoles causaram enormes prejuízos. Exemplifica-se, 
aqui a importância de um profissional com conhecimentos geotécnicos, para 
evitar a ocorrência de desastres como esse (MACHADO, S.; MACHADO, 
M., [1997]).
O solo recebe todas as cargas que são transmitidas pelas obras de engenha-
ria. Em algumas obras, o solo é utilizado como o próprio material de construção, 
como no caso dos aterros rodoviários, assim como o concreto e o aço que são 
usados na construção de edifícios e pontes. Inclusive as embarcações quando 
são construídas transmitem ao solo as cargas do seu peso (PINTO, 2006). 
Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas14
Praticamente todas as obras de engenharia transmitem cargas, de alguma 
forma, sobre o solo. O estudo do comportamento do solo frente ao seu uso 
é, portanto, de fundamental importância. A Figura 1 apresenta os quatro 
campos de aplicação da mecânica dos solos segundo Machado, S. e Machado, 
M. ([1997]).
Figura 1. Campos de aplicação da mecânica dos solos voltados à 
engenharia
Fonte: Adaptada de Machado, S. e Machado, M. ([1997], p. 06).
Campo de aplicação
Fundações
Obras subterrâneas e 
estruturas de contenção
Projeto de pavimentos
Escavações, aterros e barragens
Os campos de aplicação da mecânica dos solos apresentados na Figura 1 são 
separados de acordo com o elemento a ser construído e dividem-se, conforme 
Machado, S. e Machado, M. ([1997]), em:
 � Fundações: é parte pela qual as cargas da estrutura são descarregadas 
no solo. O tipo de estrutura a ser utilizado e suas características podem 
ser decididos conhecendo-se somente os princípios e aplicação da 
mecânica dos solos.
15Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas
 � Obras subterrâneas e estruturas de contenção: estruturas de drena-
gem, dutos, túneis e obras de contenção são exemplos de sistemas que 
necessitam do conhecimento da interação solo-estrutura para serem 
projetados.
 � Projeto de pavimentos: os pavimentos podem ser flexíveis ou rígi-
dos. Os efeitos de contração e expansão do solo por conta da umidade 
são problemas no projeto de pavimentos flexíveis, por exemplo. Os 
pavimentos flexíveis dependem do solo para transmissão das cargas 
geradas pelo tráfego.
 � Escavações, aterros e barragens: para sua execução são necessários 
conhecimento da estabilidade dos taludes, do comportamento do solo, 
da quantidade de água e sua influência, dentre outros.
Leia mais sobre a aplicação da mecânica dos solos em engenharia na obra A importância 
da mecânica dos solos nos serviços de engenharia (SILVA, 2014).
Origem e formação dos solos
Todo solo tem origem na desintegração e decomposição das rochas pela ação 
de agentes intempéricos ou antrópicos. Os agentes intempéricos são processos 
físicos, químicos e biológicos, um exemplo de agente intempérico é a chuva. 
Já os agentes antrópicos são as ações causadas por nós, seres humanos, como 
uma escavação (MACHADO, S.; MACHADO, M., [1997]).
O processo de intemperismo é dividido em três grupos: intemperismo 
físico, químico e biológico. Ressalta-se, porém, que na natureza esses processos 
tendem a acontecer ao mesmo tempo, de forma que um tipo de intemperismo 
auxilia o outro no processo de transformação da rocha em solo. 
Os processos de intemperismo físico reduzem o tamanho das partículas, 
aumentando sua área superficial e facilitando o trabalho do intemperismo 
químico. Os processos químicos e biológicos podem causar a completa altera-
ção física da rocha e modificar suas propriedades químicas. O intemperismo 
físico é o processo de decomposição da rocha sem a alteração química dos 
Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas16
seus componentes. O intemperismo químico é o processo de decomposição da 
rocha sem a alteração química dos seus componentes, onde praticamente todo 
processo desse tipo depende da presença de água. No intemperismo biológico 
a decomposição da rocha acontece pelos esforços mecânicos produzidos por 
vegetais através das raízes, por animais através de escavações de roedores, 
da atividade das minhocas ou pela ação do próprio homem ou de ambos 
(MACHADO, S.; MACHADO, M., [1997]). Você pode conferir os principais 
agentes do intemperismo físico, químico e biológico na Figura 2.
Figura 2.Agentes intempéricos do solo
Fonte: Adaptada de Machado, S. e Machado, M. ([1997]).
• Variações de temperatura
• Repuxo coloidal
• Ciclos gelo/degelo
• Alívio de pressões
• Hidrólise
• Hidratação
• Carbonatação
• Vegetação no processo erosivo da rocha
• Ciclo do meio ambiente entre o solo e planta e entre animais
Intemperismo físico
Intemperismo químico
Intemperismo biológico
Toledo, Oliveira e Melfi (2009) definem o solo como materiais que se 
originaram das rochas, por desagregação e decomposição (intemperismo), 
depois por reorganização e, conforme o caso, também por erosão, transporte 
e sedimentação. Os processos de desagregação e decomposição das rochas 
por intemperismo ocorrem na superfície dos continentes, na interação entre 
litosfera-atmosfera-hidrosfera-biosfera, transformando as rochas duras em 
materiais móveis. Esses mesmos materiais, quando depositados em zonas 
topográficas mais baixas e soterrados por mais sedimentos sobrepostos, em 
depósitos sedimentares, consolidam-se pela pressão e por processos de re-
cristalização, tornando-se novamente rochas duras (sedimentares). Estas, 
seguindo o ciclo natural das rochas, acabarão passando por metamorfismo 
ou por fusão parcial ou total, formando novas rochas.
17Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas
A crosta terrestre é composta de vários e diferentes tipos de elementos 
que se interligam e formam minerais. Esses minerais podem estar agregados 
como rochas ou como solo (MACHADO, S.; MACHADO, M., [1997]). Uma 
rocha, por mais endurecida que seja, pode se transformar em um material mais 
solto devido ao intemperismo, servindo de abrigo para pequenos animais e 
plantas. Já alguns minerais da rocha menos resistente ao intemperismo são 
transformados em argilas, onde a água pode infiltrar e deslocar materiais da 
parte superficial para uma mais profunda. É sob a ação de um conjunto de 
fenômenos biológicos, físicos e químicos que um solo começa a se formar 
(LEPSCH, 2010).
As partículas resultantes do processo de intemperismo dependerão funda-
mentalmente da composição da rocha matriz e do clima da região. O solo é o 
produto da decomposição das rochas e, por isso, apresenta um maior índice 
de vazios do que a rocha mãe, os quais são ocupados por fluidos da natureza, 
como o ar, a água ou outro. Devido ao seu pequeno índice de vazios e as 
fortes ligações existentes entre os minerais, as rochas são coesas, enquanto 
que os solos são granulares. Os grãos do solo estão misturados com a maté-
ria orgânica. Desta forma, podemos dizer que para a engenharia, solo é um 
material granular composto de rocha decomposta, água, ar (ou outro fluido) 
e eventualmente matéria orgânica, que pode ser escavado sem o auxílio de 
explosivos (MACHADO, S.; MACHADO, M., [1997]).
De acordo com Caetano (2016), a formação do solo é resultante da ação 
combinada de cinco fatores: clima (pluviosidade, umidade, temperatura, 
etc.), natureza dos organismos (vegetação, microrganismos decompositores, 
animais), material de origem (rocha local), relevo (morros, planícies) e idade.
Conforme observado, as propriedades do solo, mais arenoso ou mais argiloso, 
por exemplo, variam em função de muitos processos ambientais e químicos. Os 
mapas geológicos, assim como ensaios de reconhecimento, do local de análise 
podem auxiliar na identificação do tipo de solo existente na obra que será reali-
zada. O conhecimento do local onde vai ser executada a obra é importantíssimo 
quando se tem como objetivo uma construção segura e adequada.
Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas18
Na prática
O solo pode ser classificado de diferentes formas: pela origem, pela presença ou 
ausência de matéria orgânica, pela estrutura, por sua evolução, etc. (MACHADO, S.; 
MACHADO, M., [1997]).
Veja em realidade aumentada a formação do solo com a ação do tempo.
1. Acesse a página https://goo.gl/QfbWDC e baixe o aplicativo Sagah Projeto de 
estradas.
2. Abra o aplicativo e aponte a câmera para a imagem a seguir:
Fonte: eranicle/Shutterstock.com. 
Se preferir, baixe o aplicativo 
por meio do código ao lado ou 
https://goo.gl/QfbWDC
19Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas
Segundo Das (2007), a estrutura do solo é definida como o arranjo geo-
métrico de partículas, umas em relação às outras, e essa estrutura pode ser 
afetada por muitos fatores, entre eles: forma, composição mineralógica das 
partículas, tamanho, natureza e composição da água do solo. Um solo pode 
ser dividido em duas classes: 
 � Solos coesivos: subdivida em duas categorias principais, alveolares e 
com grãos isolados, essa classe é caracterizada por apresentar elevado 
intervalo de índice de vazios. Nessa classe, carregamentos abruptos e/
ou carga elevada, levam a estrutura à ruptura, resultando em recalques 
expressivos.
 � Solos não coesivos: os grãos são muitos finos, na maioria dos casos 
imperceptíveis a olho nu. As argilas com esse tipo de estrutura apre-
sentam um alto índice de vazios e pouco peso.
Leia mais sobre as técnicas aplicadas aos solos e voltadas a estradas na obra Curso 
básico de mecânica dos solos (PINTO, 2006)
Técnicas aplicadas em estradas
As estruturas das estradas são sistemas de camadas sobre uma fundação 
chamada subleito. O comportamento desse depende da espessura de cada uma 
das camadas que o compõe, de sua rigidez, bem como da interação entre as 
diferentes camadas da estrutura do pavimento. Os materiais dessas camadas, 
ou seja, da base, sub-base e reforço do subleito, são empregados conforme os 
métodos de seleção e de caracterização. A seleção é a etapa na qual se analisa 
os materiais disponíveis e suas características naturais para serem empregados 
nos pavimentos, uma vez que essas características interferem nas propriedades 
geotécnicas e no estado compactado do solo (BERNUCCI et al., 2008). 
Segundo Ricardo e Catalani (1990), o processo empregado para romper 
a compacidade do solo em seu estado natural, desagregando-o e tornando 
possível o seu manuseio, é chamado de escavação. Os materiais existentes na 
crosta terrestre que são escavados, transportados e compactados durante a 
Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas20
execução de uma obra apresentam os mais diversos aspectos, quer quanto a 
sua natureza, consistência, constituição ou processo de formação. O principal 
critério que intervém na classificação dos solos escavados é a maior ou menor 
dificuldade que oferecem ao desmonte, seja ele manual ou mecanizado. Em 
princípio esses materiais podem ser classificados em três categorias (RI-
CARDO; CATALANI, 1990):
 � 1ª Categoria: são aqueles facilmente escavados com equipamentos 
normais, ainda que se apresentem bastante rijos, em razão do baixo teor 
de umidade, pois quando úmidos podem perder a resistência oferecida 
ao desmonte. 
 � 2ª Categoria: são os mais resistentes ao desmonte e não admitem o uso 
dos equipamentos comuns, somente após o emprego de algum trata-
mento prévio. Esse tratamento prévio é o desmonte inicial, obtido com 
o emprego de escarificadores acionados hidraulicamente e montados na 
parte posterior de tratores de esteiras pesados, que rasgam a superfície 
compacta, através de várias passadas, propiciando a posterior utilização 
de equipamentos comuns.
 � 3ª Categoria: a rocha viva é a melhor caracterizada, porque só a ela 
pertencem os materiais que apenas admitem o desmonte pelo emprego 
contínuo e exclusivo de explosivos de média e alta potência, e apresentam 
dureza igual ou superior a do granito.
Para a seleção e caracterização dos materiais são empregadas diversas 
técnicas, como a distribuição granulométrica, resistência, forma dos grãos, 
compactação, permeabilidade, etc. As técnicas, conforme ilustra a Figura 4, 
podem ser utilizadas para determinação de propriedades físicas, como a gra-
nulometria, tamanho e forma das partículas, e também para determinação de 
estados e limites de consistência,em que se incluem o limite de plasticidade e 
liquidez, além de outras técnicas como a compacidade de solos, que é técnica 
que visa reduzir o volume de vazios de um solo para aumentar sua resistência 
e torná-lo mais estável (ALMEIDA, [2004]; CAETANO, 2016). 
Segundo Pinto (2002), o solo apresenta um volume total constituído de três 
fases: partículas sólidas, água e ar, e para a determinação do comportamento desse 
solo, é necessário entender a relação que existe entre essas três fases. Em um solo 
a quantidade de água e ar são elementos variáveis, uma vez que as partículas de 
solo permanecem as mesmas, alterando apenas seu estado. Dessa forma, se sabe 
que o estado em que o solo se encontra é condição fundamental para apontar seu 
21Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas
comportamento e alguns índices, que são importantes no estudo das propriedades 
do solo e foram criados para relacionar os volumes e pesos das três fases: 
 � Umidade (w): a umidade de um solo pode ser definida como sendo 
a razão entre o peso da água contida em um determinado volume de 
solo úmido e o peso seco. 
 � Porosidade (ƞ): razão entre o volume de vazios e o volume total da 
amostra de solo. Sempre é expressa em porcentagem. 
 � Índice de vazios (e): relação entre o volume de vazios e o volume das 
partículas sólidas. Não pode ser determinado diretamente, é necessário 
ser calculado através de outros índices.
 � Grau de Saturação (S): relação entre o volume de água e o volume de 
vazios. Um valor igual a 0%, representa um solo seco, enquanto que 
100% um solo saturado. 
 � Peso específico natural ou peso específico (γn): razão entre o peso 
total do solo e seu volume total. Para casos de compactação, usa-se o 
termo peso específico úmido. 
 � Peso específico aparente seco (γd): relação entre o peso dos sólidos 
e o volume total. Este valor corresponde ao peso específico que o solo 
teria, caso viesse a ficar seco. Depende do peso específico natural e 
da umidade.
 � Peso específico aparente saturado (γsat): peso específico do solo caso 
esse tornasse-se saturado sem variação de volume. Pouca aplicação 
prática.
 � Peso específico aparente submerso (γsub): usado para determinação 
de tensões efetivas, representa o peso específico efetivo do solo quando 
submerso. 
A partir de estudos realizados pelo Engenheiro Atterberg, o estado e o 
limite de consistência foram estabelecidos, para caracterizar as mudanças de 
comportamento do solo entre os seus estados. Posteriormente, Casagrande 
adaptou os procedimentos propostos por Atterberg a fim de descrever a consis-
tência de solos com grãos finos e teor de umidade variável (DAS, 2007). Com 
isso, foi possível obter quatro estados básicos do solo, com base em seu teor 
de umidade: sólido, semissólido, plástico e líquido através do (PINTO, 2006):
 � Limite de Liquidez (LL): é definido como o teor de umidade no ponto 
e transição do estado plástico para o estado líquido, sua determinação 
é feita pelo aparelho de Casagrande que consiste em um prato de latão 
Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas22
em forma de concha, sobre um suporte de ebonite. Por meio de um 
excêntrico, imprime-se ao prato repetidamente, quedas de altura de 1 
cm e intensidade constante.
 � Limite de Plasticidade (LP): é determinado pelo cálculo da porcenta-
gem de umidade para a qual o solo começa se fraturar quando se tenta 
moldar um cilindro de 3 mm de diâmetro e de 10 cm de comprimento. 
É realizado manualmente por repetidos rolamentos da massa de solo 
sobre a placa de vidro despolido.
 � Índice de Plasticidade (IP): é o valor correspondente entre a diferença 
do limite de liquidez e o limite de plasticidade (IP = LL – LP). Para 
Caputo (1988), a zona em que o terreno se encontra no estado plástico, 
máximo para as argilas e nulo para areias, fornece um critério para se 
avaliar o caráter argiloso de um solo. Portanto, quanto maior o IP, mais 
plástico será o solo. 
Figura 3. Diferentes técnicas aplicadas ao solo
Fonte: Adaptada de Caetano (2016) e Almeida ([2004]).
Propriedades físicas
• Granulometria
• Tamanho das partículas
• Forma das partículas
• Teor de umidade
• Densidade das partículas
• Porosidade
Estados e limites 
de consistência
• Limite de plasticidade
• Limite de liquidez
• Limite e grau de 
 contração
Outros
• Compacidade relativa
• Grau de compactação
• Permeabilidade
Na Figura 3 são apresentadas as principais técnicas na aplicação da mecâ-
nica dos solos em estradas. O engenheiro deve lembrar-se da importância do 
conhecimento dessas técnicas quando o objetivo é projetar estradas.
Leia mais sobre o passo a passo da execução das técnicas na obra Caracterização física 
e classificação dos solos (ALMEIDA, [2004]).
23Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas
ALMEIDA, G. C. P. Caracterização física e classificação dos solos. [2004]. Disponível 
em: <http://ufrrj.br/institutos/it/deng/rosane/downloads/material%20de%20apoio/
APOSTILA_SOLOS.pdf>. Acesso em: 18 nov. 2017.
BERNUCCI, L. B. et al. Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros. 
Rio de Janeiro: Petrobras, 2008. Disponível em: <http://www.ufjf.br/pavimentacao/
files/2011/08/Pavimenta%C3%A7%C3%A3o-Asf%C3%A1ltica-cap2.pdf>. Acesso em: 
18 nov. 2017.
CAETANO, M. O. Minerais, rochas e solos. Material de aula da Unisinos, curso de Enge-
nharia Ambiental, disciplina de gestão de recursos naturais e passivos ambientais. 2016.
CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações. 6. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos 
e Científicos, 1988. 
DAS, B. M. Fundamentos de engenharia geotécnica. São Paulo: Thomson Learning, 2007. 
EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA (EMBRAPA). Classificação de solos. 
[200-?]. Disponível em: <https://www.embrapa.br/solos/sibcs/classificacao-de-solos>. 
Acesso em: 29 nov. 2017.
LEPSCH, I. F. Formação e conservação dos solos. 2. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. 
MACHADO, S. L.; MACHADO, M. de F. C. Mecânica dos solos I: conceitos introdutórios. 
[1997]. Disponível em: <http://www.ct.ufpb.br/~celso/solos/material/teoria1>. Acesso 
em: 18 nov. 2017.
PINTO, C. de S. Curso básico de mecânica dos solos. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 
2006. 
PINTO, C. de S. Curso básico de mecânica dos solos. 2. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 
2002. 
RICARDO, H. S.; CATALANI, G. Manual prático de escavações: terraplenagem e escavações 
de rocha. 2. ed. São Paulo: Pini, 1990.
SILVA, M. M. A. da. A importância da mecânica dos solos nos serviços de engenharia. 
Trabalho da disciplina de Mecânica dos solos, do curso de Engenharia Civil, Univer-
sidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri. 2014.
TOLEDO, M. C. de; OLIVEIRA, S. M. B.; MELFI, A. J. Da rocha ao solo: intemperismo e 
pedogênese. In: TEIXEIRA, W. et al. (Org.). Decifrando a terra. 2. ed. São Paulo: Nacional, 
2009. p. 210-239.
Leitura recomendada
ANDRADE, M. H. F. Introdução à pavimentação. Material de aula da UFPR. [201-?]. Dis-
ponível em: <http://www.dtt.ufpr.br/Pavimentacao/Notas/MOdulo%201%20-%20
Introducao.pdf>. Acesso em: 18 nov. 2017.
Conceitos básicos de mecânica dos solos aplicados à geotecnia de estradas24
Conteúdo: