APLICAÇÃO DA ENGENHARIA NATURAL PARA CONTROLE DA EROSÃO, ESTABILIZAÇÃO SUPERFICIAL E CONTENÇÃO DE ENCOSTAS

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UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU – FURB
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL – ECV
MAIKI MAFESSOLI
APLICAÇÃO DA ENGENHARIA NATURAL PARA CONTROLE DA EROSÃO,
ESTABILIZAÇÃO SUPERFICIAL E CONTENÇÃO DE ENCOSTAS
BLUMENAU - SC
2018
ii
MAIKI MAFESSOLI
APLICAÇÃO DA ENGENHARIA NATURAL PARA CONTROLE DA EROSÃO,
ESTABILIZAÇÃO SUPERFICIAL E CONTENÇÃO DE ENCOSTAS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao Curso de Graduação em Engenharia Civil
do Centro de Ciências Tecnológicas da Univer-
sidade Regional de Blumenau, como requisito
parcial para a obtenção do grau de Bacharel em
Engenharia Civil.
Orientadora: Profa. Ma. Enga. Narayana
Saniele Massocco
Coorientador: Prof. Dr. Eng. Lúcio Flávio da
Silveira Matos
BLUMENAU - SC
2018
iv
“Dedico este trabalho à minha
famı́lia, meu Pai, José Mafessoli,
minha Mãe, Izaldete de Oliveira
Mafessoli e ao meu Irmão, Ga-
briel Mafessoli, por todo o apoio e
ajuda incondicional nos momentos
de angústia que me permitiram con-
tinuar em frente!”
v
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus por seus braços fortes que me sustentaram e com Sua poderosa mão
que me mostrou o caminho para essa conquista. Amém!
Agradeço a minha famı́lia, meu Pai, José Mafessoli, minha Mãe, Izaldete de Oliveira
Mafessoli e ao meu Irmão, Gabriel Mafessoli por todo apoio, ajuda, incentivo e amor prestados
à mim. Amo vocês incondicionalmente!
Agradeço a profa. Ma. Enga. Narayana Saniele Massocco por toda ajuda e dedicação
na elaboração deste trabalho. Obrigado pela grande amizade e paciência!
Agradeço ao prof. Dr. Eng. Lúcio Flávio da Silveira Matos por todo incentivo, auxı́lio
e motivação à mim dado nas disciplinas de Mecânica dos Solos, Fundações e Obras de Terra.
Agradeço imensamente pela dedicação e assistência neste trabalho. Sem sua ajuda este trabalho
não seria o mesmo. Muito obrigado!
Agradeço ao Eng. Jonathan Bastos por todo o auxı́lio na realização dos ensaios de-
senvolvidos no Laboratório de Geomecânica e Fundações e no Laboratório de Geologia de
Engenharia a Pavimentação da FURB. Valeu!
Agradeço aos amigos da FURB: Aleff Russi, Ana Luiza Lubitz, Bryan Ericson Berns,
Caroline Angélica Berkenbrock, Élton Miranda, Fernando de Souza, Marco Antônio Pauleti,
Marta Carolina Schmidt de Sousa e Rogério Antonio Schmitt Junior pela grande amizade e
parceria. Podem contar comigo!
Por fim, agradeço a todos que de alguma forma estiveram comigo nesta caminhada.
Grande abraço!
MUITO OBRIGADO!
vi
“Nunca, jamais desanimeis, em-
bora venham ventos contrários!”
Santa Paulina
Padroeira de Nova Trento - SC
vii
RESUMO
A Engenharia Natural também conhecida como Bioengenharia de Solos é uma disci-
plina técnica que utiliza materiais vivos, como por exemplo, plantas e sementes e, materiais
inertes, como palhas, pedras, troncos, geossintéticos etc. Além das técnicas naturais, existem
as técnicas da engenharia tradicional, como os muros de concreto armado, terra reforçada etc.
Com este trabalho é possı́vel perceber que existem outras técnicas que podem substituir às
tradicionais, sempre que possı́vel, ou podendo associá-las entre si. A ocorrência de processos
erosivos (sulcos, ravinas e voçorocas) e deslizamentos de terras são muito comuns no Brasil.
Desta maneira, neste trabalho serão apresentadas as principais técnicas de engenharia natu-
ral aplicadas para controlar 3 (três) fatores: revestimento superficial anti-erosão; estabilização
superficial; e consolidações (obras de contenção ou suporte), ambos para taludes, encostas e
margens fluviais. Os fundamentos teóricos adquiridos durante a revisão bibliográfica foram
aplicados num estudo de caso. Foram coletadas amostras de solo do terreno em estudo para
poder determinar os parâmetros geotécnicos. Com os parâmetros geotécnicos e com um levan-
tamento planialtimétrico foi possı́vel realizar a análise de estabilidade de taludes, considerando
seções transversais sem as intervenções adotadas e posteriormente com as técnicas aplicadas.
Assim, foram estipuladas as melhores intervenções possı́veis para as seções transversais, que
tiveram suas técnicas de bioengenharia aplicadas, dimensionadas e detalhadas. Por fim, foram
gerados 2 (dois) projetos com as técnicas pretendidas junto com os respectivos orçamentos sim-
plificados. O talude em estudo teve 11 seções transversais desenhadas, das quais somente duas
tiveram êxito, ou seja, tiveram fator de segurança igual ou maior que 1,5. Todas as outras tive-
ram problema quanto à estabilidade. Após a instalação das intervenções em 2 (dois) projetos,
todas as seções conseguiram obter fator de segurança superior à 1,5, com técnicas relativamente
simples, rápidas de serem executadas, baixo custo e pouca mão-de-obra, além de serem ambi-
entalmente corretas e terem sua resistência mecânica aumentada com o passar dos anos devido
ao crescimento radicular da vegetação proposta.
Palavras-chave: Engenharia Natural. Bioengenharia de Solos. Sustentabilidade. Erosão. Es-
tabilidade de Taludes.
viii
ABSTRACT
Natural engineering also known as soil bioengineering is a technical discipline that
uses living materials such as plants and seeds and inert materials such as straw, rock, log, ge-
osynthetic, etc. In addition to natural technics, there are traditional engineering technics such
as reinforced concrete walls, reinforced soil, etc. With this study it is possible to perceive that
different technics exist and it is possible to replace the traditional ones when it is possible or
associate them. The occurrence of erosive processes (grooves, ravines and gullies) and earth sli-
des are very common in Brazil. In this study, it will be presented the main natural engineering
technics applied to control three factors. Anti-erosion surface coating; surface stabilization; and
consolidation (containment or support construction), for slopes and fluvial banks. The theore-
tical basis acquired during the bibliographic review was applied in a study case. Soil samples
were collected from the studied field to determinate the geotechnical parameters. With the ge-
otechnical parameters and with the planialtimetric survey it was possible to perform a slope
stability analysis, considering the transversal ones as the adopted techniques and later with the
applied techniques. Interventions were stipulated for transversal sections, where bioenginee-
ring techniques were applied, dimensioned and detailed. Lastly, two projects were generated
using the described techniques along with its simplified budgets. The studied slope has ele-
ven transversal designed sections, of which only two succeeded, the safety factor was equal or
above 1,5. In all the other sections were found stability problems. After the installation of the
interventions in 2 (two) projects, all the sections were able to obtain a safety factor superior to
1,5, with relatively simple techniques, fast to be executed, low cost and few labor, besides being
environmentally correct and have their mechanical resistance increased over the years due to
the root growth of the proposed vegetation.
Keywords: Natural Engineering. Soil Bioengineering. Sustainability. Erosion. Stability of Slo-
pes.
ix
LISTA DE FIGURAS
–Figura 2.1 Fases constituintes dos solos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
–Figura 2.2 Escalas granulométricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
–Figura 2.3 Granulometria das partı́culas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
–Figura 2.4 Diagrama de fases (gás, água e sólido) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
–Figura 2.5 Estados de consistência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
–Figura 2.6 Aparelho de Casagrande e cinzéis para solos . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
–Figura 2.7 Determinação do limite de plasticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
–Figura 2.8Gráfico de plasticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
–Figura 2.9 Classificação trilinear do FHA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
–Figura 2.10 Faixa do LL e do IP de solos nos grupos A-2, A-4, A-5, A-6 e A-7 . . . . . 53
–Figura 2.11 Gráfico de plasticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
–Figura 2.12 Representação dos critérios de ruptura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
–Figura 2.13 Esquema do ensaio de cisalhamento direto simples . . . . . . . . . . . . . 58
–Figura 2.14 Envoltória de ruptura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
–Figura 2.15 Quedas e tombamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
–Figura 2.16 Escorregamentos rotacionais e translacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
–Figura 2.17 Extensão lateral no estado da Califórnia, EUA (1989) . . . . . . . . . . . . 63
–Figura 2.18 Rastejos no condado de East Sussex, Reino Unido . . . . . . . . . . . . . . 64
–Figura 2.19 Corrida no municı́pio de Caraballeda, Venezuela (1999) . . . . . . . . . . . 65
–Figura 2.20 Ravina no municı́pio de Tiradentes, São Paulo (2000) . . . . . . . . . . . . 66
–Figura 2.21 Voçoroca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
–Figura 2.22 Nomenclatura dos elementos de um talude . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
–Figura 2.23 Ruptura de talude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
–Figura 2.24 Métodos de equilı́brio limite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
–Figura 2.25 Distribuição das tensões atuantes em um corpo livre sobre falha circular . . 72
–Figura 2.26 Representação esquemática de um talude infinito . . . . . . . . . . . . . . 74
–Figura 2.27 Talude em solos estratificados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
–Figura 2.28 Métodos das fatias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
–Figura 2.29 Lamela de Fellenius e de Bishop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
–Figura 2.30 Ábaco para determinação de mθ (Equação 2.49) . . . . . . . . . . . . . . . 79
–Figura 2.31 Ábaco para determinação de f0 (Equação 2.55) . . . . . . . . . . . . . . . 81
x
–Figura 2.32 Lamela de Spencer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
–Figura 2.33 Determinação de FS pelo método de Spencer . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
–Figura 2.34 Comparação entre a eficiência das intervenções de EN e ET . . . . . . . . . 86
–Figura 2.35 Percepção adequada à inclinação do talude da margem . . . . . . . . . . . 87
–Figura 2.36 Sementes para semear na comunidade de Acqualagna, Itália (1996) . . . . . 91
–Figura 2.37 Hidrossementeira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
–Figura 2.38 Biomantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
–Figura 2.39 Geomalha tridimensional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
–Figura 2.40 Geocélulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
–Figura 2.41 Geotêxteis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
–Figura 2.42 Bermalongas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
–Figura 2.43 Estacaria viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
–Figura 2.44 Faxina viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
–Figura 2.45 Trança viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
–Figura 2.46 Paliçada viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
–Figura 2.47 Esteira de ramagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
–Figura 2.48 Faixa de ramagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
–Figura 2.49 Muro de suporte vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
–Figura 2.50 Gabião vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
–Figura 2.51 Grade viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
–Figura 2.52 Enrocamento vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
–Figura 2.53 Resumo das principais técnicas de engenharia natural . . . . . . . . . . . 113
–Figura 3.1 Fluxograma da metodologia de pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
–Figura 4.1 Gráfico do limite de liquidez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
–Figura 4.2 Aparelho de cisalhamento direto simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
–Figura 4.3 Envoltória de ruptura do ensaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
–Figura 5.1 Intervenções adotadas para as 10 (dez) seções no 1o e no 2o projeto . . . . 127
–Figura 5.2 Microcoveamento em um talude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
–Figura 5.3 Esquema para fixação das biomantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
–Figura 5.4 Esquema da instalação da biomanta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
–Figura 5.5 Seção e elevação duma paliçada com os empuxos . . . . . . . . . . . . . 133
–Figura 5.6 Detalhe da paliçada viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
xi
–Figura 5.7 Empuxo ativo e passivo sobre estrutura de contenção . . . . . . . . . . . 140
–Figura 5.8 Capacidade de carga de fundação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
–Figura 5.9 Valores dos fatores de capacidade de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
–Figura 5.10 Detalhe do muro de suporte vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
–Figura 5.11 Esquema duma trança viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
–Figura 5.12 Detalhe da trança viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
–Figura 5.13 Detalhe do enrocamento vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
–Figura 5.14 Esquema de uma grade viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
–Figura 5.15 Detalhe do enrocamento vivo com grade viva . . . . . . . . . . . . . . . 153
–Figura A.1 Curvas granulométricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
–Figura A.2 Diagrama de fases (gás, água e sólido) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
–Figura B.1 Variação da temperatura ao longo do ano . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
–Figura B.2 Localização do municı́pio de Blumenau - SC . . . . . . . . . . . . . . . . 181
–Figura B.3 Bairro da Velha Grande (no 13) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
–Figura B.4 Levantamento planialtimétrico do terreno em estudo . . . . . . . . . . . . 183
–Figura B.5 Trecho inicial do talude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
–Figura B.6 Vista geral do talude em estudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
–Figura B.7 Vista geral do Ribeirão da Velha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
–Figura B.8 Margem do Ribeirão da Velha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
–Figura B.9 Trecho final do talude com problema de erosão . . . . . . . . . . . . . . 186
–Figura B.10 Amostra de solo 1 (um) e 3 (três) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
–Figura B.11 Amostra de solo 2 (dois) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
–Figura C.1 Curva granulométrica da amostra 1 (um) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
–Figura C.2 Curva granulométrica da amostra 2 (dois) . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
–Figura D.1 Levantamento planialtimétrico com as seções estipuladas . . . . . . . . . 190
–Figura D.2 Análise do fator de segurança pelo método de Fellenius . . . . . . . . . . 192
–Figura D.3 Análise do fator de segurança pelo método de Bishop . . . . . . . . . . . 194
–Figura D.4 Análise do fator de segurança pelo método de Janbu . . . . . . . . . . . . 196
–Figura D.5 Análise do fator de segurançapelo método de Spencer . . . . . . . . . . . 198
–Figura D.6 Análise do fator de segurança pelo método de Morgenstern-Price . . . . . 200
–Figura E.1 Avena strigosa (aveia preta) – gramı́nea . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
–Figura E.2 Brachiaria decumbens (braquiária) – gramı́nea . . . . . . . . . . . . . . . 202
xii
–Figura E.3 Brachiaria brizantha (braquiarão) – gramı́nea . . . . . . . . . . . . . . . 203
–Figura E.4 Cajanus cajan (feijão guandu) – leguminosa . . . . . . . . . . . . . . . . 203
–Figura E.5 Calopogonium mucunoides (calopogônio) – leguminosa . . . . . . . . . . 204
–Figura E.6 Crotalaria spectabilis (crotalária) – leguminosa . . . . . . . . . . . . . . 204
–Figura E.7 Melinis minutiflora (capim gordura) – gramı́nea . . . . . . . . . . . . . . 205
–Figura E.8 Phyllanthus sellowianus (sarandi) – estacaria . . . . . . . . . . . . . . . . 205
–Figura E.9 Raphanus sativus (nabo forrageiro) – leguminosa . . . . . . . . . . . . . 206
–Figura E.10 Salix humboldtiana (salgueiro) – estacaria . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
–Figura E.11 Terminalia australis (amarilho) – estacaria . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
–Figura G.1 Análise do fator de segurança pelo método de Fellenius (1o projeto) . . . 214
–Figura G.2 Análise do fator de segurança pelo método de Bishop (1o projeto) . . . . . 216
–Figura G.3 Análise do fator de segurança pelo método de Janbu (1o projeto) . . . . . 218
–Figura G.4 Análise do fator de segurança pelo método de Spencer (1o projeto) . . . . 220
–Figura G.5 Análise do fator de segurança pelo método de Morgenstern-Price (1o projeto)222
–Figura G.6 Análise do fator de segurança pelo método de Fellenius (2o projeto) . . . 224
–Figura G.7 Análise do fator de segurança pelo método de Bishop (2o projeto) . . . . . 226
–Figura G.8 Análise do fator de segurança pelo método de Janbu (2o projeto) . . . . . 228
–Figura G.9 Análise do fator de segurança pelo método de Spencer (2o projeto) . . . . 230
–Figura G.10 Análise do fator de segurança pelo método de Morgenstern-Price (2o projeto)232
–Figura G.1 Valores médios das intervenções do 1o projeto . . . . . . . . . . . . . . . 254
–Figura G.2 Valores médios das intervenções do 2o projeto . . . . . . . . . . . . . . . 255
xiii
LISTA DE TABELAS
–Tabela 2.1 Classificação do grau de saturação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
–Tabela 2.2 Classificação qualitativa do IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
–Tabela 2.3 Índices de Atterberg de alguns solos brasileiros . . . . . . . . . . . . . . . 47
–Tabela 2.4 Classificação qualitativa do IC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
–Tabela 2.5 Sistema de classificação da AASHTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
–Tabela 2.6 Sistema Unificado de Classificação de Solos . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
–Tabela 2.7 Classificação de Varnes (1978) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
–Tabela 2.8 Classificação de erosão por agentes erosivos . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
–Tabela 2.9 Classificação do talude em função de FS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
–Tabela 2.10 Caracterı́sticas dos métodos de equilı́brio limite . . . . . . . . . . . . . . . 73
–Tabela 3.1 Classificação das pesquisas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
–Tabela 4.1 Determinação do teor de umidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
–Tabela 4.2 Determinação da densidade especı́fica dos solos . . . . . . . . . . . . . . 121
–Tabela 4.3 Determinação do limite de liquidez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
–Tabela 4.4 Determinação do limite de plasticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
–Tabela 5.1 Relação de espécies e quantidades médias a serem utilizadas . . . . . . . 129
–Tabela 5.2 Quantidades totais de insumos a serem aplicados . . . . . . . . . . . . . 130
–Tabela 5.3 Tipos e caracterı́sticas dos grampos para fixação das biomantas . . . . . . 131
–Tabela 5.4 Valores de k f ,w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
–Tabela 5.5 Parâmetros da estrutura (madeira) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
–Tabela 5.6 Parâmetros de dimensionamento das estacas e dos ramos . . . . . . . . . 148
–Tabela 5.7 Altura da trança, espaçamento e profundidade das estacas . . . . . . . . . 149
–Tabela A.1 Tabela de equivalência da abertura de malha e tamis . . . . . . . . . . . . 177
–Tabela A.2 Correlações entre os diversos ı́ndices fı́sicos . . . . . . . . . . . . . . . . 179
–Tabela B.1 Dados climatológicos para Blumenau - SC . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
–Tabela D.1 Valores de FS para as respectivas seções transversais . . . . . . . . . . . 191
–Tabela F.1 Valores de Ka (Equação 5.22) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
–Tabela F.2 Valores de Kp (Equação 5.23) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
–Tabela G.1 Valores de FS para as respectivas seções transversais (1o projeto) . . . . . 213
–Tabela G.2 Valores de FS para as respectivas seções transversais (2o projeto) . . . . . 213
–Tabela H.1 Quantitativos e orçamentos da seção 01-01(1)/02-02(1) . . . . . . . . . . 234
xiv
–Tabela H.2 Quantitativos e orçamentos da seção 02-02(1)/03-03(1) . . . . . . . . . . 235
–Tabela H.3 Quantitativos e orçamentos da seção 03-03(1)/04-04(1) . . . . . . . . . . 236
–Tabela H.4 Quantitativos e orçamentos da seção 04-04(1)/05-05(1) . . . . . . . . . . 237
–Tabela H.5 Quantitativos e orçamentos da seção 05-05(1)/06-06(1) . . . . . . . . . . 238
–Tabela H.6 Quantitativos e orçamentos da seção 06-06(1)/07-07(1) . . . . . . . . . . 239
–Tabela H.7 Quantitativos e orçamentos da seção 07-07(1)/08-08(1) . . . . . . . . . . 240
–Tabela H.8 Quantitativos e orçamentos da seção 08-08(1)/09-09(1) . . . . . . . . . . 241
–Tabela H.9 Quantitativos e orçamentos da seção 09-09(1)/10-10(1) . . . . . . . . . . 242
–Tabela H.10 Quantitativos e orçamentos da seção 10-10(1)/11-11(1) . . . . . . . . . . 243
–Tabela H.11 Quantitativos e orçamentos da seção 01-01(2)/02-02(2) . . . . . . . . . . 244
–Tabela H.12 Quantitativos e orçamentos da seção 02-02(2)/03-03(2) . . . . . . . . . . 245
–Tabela H.13 Quantitativos e orçamentos da seção 03-03(2)/04-04(2) . . . . . . . . . . 246
–Tabela H.14 Quantitativos e orçamentos da seção 04-04(2)/05-05(2) . . . . . . . . . . 247
–Tabela H.15 Quantitativos e orçamentos da seção 05-05(2)/06-06(2) . . . . . . . . . . 248
–Tabela H.16 Quantitativos e orçamentos da seção 06-06(2)/07-07(2) . . . . . . . . . . 249
–Tabela H.17 Quantitativos e orçamentos da seção 07-07(2)/08-08(2) . . . . . . . . . . 250
–Tabela H.18 Quantitativos e orçamentos da seção 08-08(2)/09-09(2) . . . . . . . . . . 251
–Tabela H.19 Quantitativos e orçamentos da seção 09-09(2)/10-10(2) . . . . . . . . . . 252
–Tabela H.20 Quantitativos e orçamentos da seção 10-10(2)/11-11(2) . . . . . . . . . . 253
xv
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária
APP Área de Preservação Permanente
apud Citado por
ASTM American Society for Testing and Materials
BS Bioengenharia de Solos
cap. Capı́tulo
CCT Centro de Ciências Tecnológicas
cte. Constante
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
dpi Dots Per Inch
Dr. Doutor
Dra. Doutora
ECV Engenharia Civil
ed. Edição
EN Engenharia Natural
Eng. Engenheiro
Enga. Engenheira
Esc. Escala
ET Engenharia Tradicional
et al. E outros
etc. E outras coisas
EUA Estados Unidos da América
f. Folha
FHA Federal Highway Administration
FURB Universidade Regional de Blumenau
gip Ghost Installer Package
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatı́stica
ISSMGE International Society for Soil Mechanicsand Geotechnical Engineering
xvi
jpg Joint Photographic Experts Group
Log. Logarı́tmico
Ltda. Limitada
Ma. Mestra
Máx. Máximo
Méd. Média
MIT Massachusetts Institute of Technology
Mı́n. Mı́nimo
no Número
NA Nı́vel d’água
NBR Norma Brasileira
NM Norte magnético
NT Nı́vel do terreno
NV Norte verdadeiro
p. Página
pdf Portable Document Format
PMB Polı́cia Militar de Blumenau
png Portable Network Graphics
Prof. Professor
Profa. Professora
RAD Recuperação de Áreas Degradadas
RAM Random Access Memory
SC Santa Catarina
s.d. Sem data
Sigad Sistema de Informação e de Apoio à Decisão
SINAPI Sistema Nacional de Preços e Índices para a Construção Civil
SUCS Sistema Unificado de Classificação de Solos
Un. Unidade
USACE United States Army Corps of Engineers
USBR United States Bureau of Reclamation
v. Volume
xvii
LISTA DE SÍMBOLOS
# Peneira
$ Cifrão
% Porcentagem
R© Marca registrada no Brasil
A Área; linha; ponto
a Adesão solo-muro
B Largura da base do muro; ponto
B′ Largura equivalente da base do muro
C Centro de rotação; ponto
c Coesão do solo
c′ Coesão efetiva do solo
Cc Coeficiente de curvatura
cd Coesão do solo mobilizada
c′d Coesão efetiva do solo mobilizada
CG Centro de gravidade
Cu Coeficiente de uniformidade
D Ponto
d Distância; profundidade da superfı́cie de ruptura
e Excentricidade; ı́ndice de vazios; número de Euler
E Ponto
e′ Distância
Ea Empuxo ativo
Eaq Empuxo ativo devido uma sobrecarga acidental
Eas Empuxo ativo devido sobrecarga do solo
Ep Empuxo passivo
Eps Empuxo passivo devido sobrecarga do solo
Ew Empuxo devido sobrecarga da água
f Ficha de cravação
F Força qualquer; ponto
f0 Coeficiente de correção de Janbu simplificado; ficha de cravação de cálculo
xviii
fc Fator corretivo devido irregularidade da margem
Fh Forças horizontais
Fhd Força horizontal mobilizadora ou solicitante
Fh f Força horizontal estabilizante ou resistente
FS Fator de segurança
FSA Fator de segurança quanto ao afundamento
FSc Fator de segurança em relação a coesão do solo
FSD Fator de segurança quanto ao deslizamento
FS f Fator de segurança de equilı́brio de forças
FSm Fator de segurança de equilı́brio de momentos
FSs Fator de segurança em relação a resistência do solo
FST Fator de segurança quanto ao tombamento
FSϕ Fator de segurança em relação ao atrito do solo
Fv Forças verticais
g Gravidade (g∼= 10 m/s2)
G Ponto
h Altura
H Altura; esforço horizontal de interação entre fatias; ponto
Ha Altura de terra no lado ativo
hp Altura da poropressão
Hp Altura de terra no lado passivo
hw Profundidade do nı́vel d’água (lençol freático)
IC Índice de consistência
IG Índice de grupo
IL Índice de liquidez
IP Índice de plasticidade
k Coeficiente para cálculo de f0
Ka Coeficiente de Rankine de empuxo ativo de terra
k f ,w Coeficiente de flexão
Kp Coeficiente de Rankine de empuxo passivo de terra
LC Limite de contração
`c Comprimento do arco do cı́rculo de ruptura
xix
LL Limite de liquidez
`l Comprimento dos troncos longitudinais (longarinas)
LP Limite de plasticidade
`p Distância entre eixos de palanques (estacas)
`p,máx Distância máxima entre eixos de palanques (estacas)
`t Comprimento dos troncos transversais (transversinas)
M Momento
M(z) Momento fletor em função de z
Md Resultante do momento das forças mobilizadas ou solicitantes
M f Resultante do momento das forças estabilizadoras ou resistentes
Mlim Momento fletor limite
Mmáx Momento fletor máximo
mθ cosθ
(
1+
tgϕ ′
FS
tgθ
)
N Força normal
N′ Força normal efetiva
Nc, Nq, Nγ Fatores de capacidade de carga
ng Número de golpes
nl Número de troncos longitudinais (longarinas)
NP Não-plástico
nt Número de troncos transversais (transversinas)
nθ cos2 θ
(
1+
tgϕ ′
FS
tgθ
)
O Centro do cı́rculo de ruptura; ponto
P10 Porcentagem que passa na peneira no 10 (2 mm)
P200 Porcentagem que passa na peneira no 200 (0,074 mm)
P40 Porcentagem que passa na peneira no 40 (0,42 mm)
q Sobrecarga acidental
Q Resultante dos esforços na fatia pelo método de Spencer
qmáx Capacidade de suporte
qs Sobrecarga efetiva no nı́vel da base
R Raio; resultante das forças H e V
R$ Real (moeda corrente oficial da República Federativa do Brasil)
xx
ru Índice de poropressão
S Grau de saturação; força cisalhante resistente
su Resistência não drenada da argila
T Força cisalhante mobilizada
U Linha; resultante de força da pressão neutra
u Pressão neutra (poropressão)
v Velocidade
V Esforço vertical de interação entre fatias; volume
V (z) Força cortante em função de z
Vf Volume final
Vg Volume de gás
Vi Volume inicial
Vmad Volume de madeira
Vs Volume de sólidos
Vsol Volume de solo
Vv Volume de vazios
Vw Volume de água
W Peso
w Módulo de resistência à flexão; teor de umidade
W1 Peso da amostra úmida; peso do picnômetro vazio e seco
W2 Peso da amostra seca; peso do picnômetro mais amostra
W3 Peso do picnômetro mais amostra, mais água
W4 Peso do picnômetro mais água
Wc Peso da cápsula (recipiente)
Wg Peso de gás
whid Teor de umidade hidroscópica
Wmad Peso de madeira
wnat Teor de umidade natural
Ws Peso de sólidos
Wsol Peso de solo
Wv Peso de vazios
Ww Peso de água
xxi
z Comprimento
α Ângulo formado entre a vertical e a parede do muro
β Ângulo de inclinação do talude (encosta)
βa Inclinação do talude no lado ativo
βméd Ângulo de inclinação médio do talude (encosta)
βp Inclinação do talude no lado passivo
γ Peso especı́fico do solo
γd Peso especı́fico aparente seco
γe Peso especı́fico de uma estrutura qualquer
γ f Peso especı́fico do solo de fundação
γnat Peso especı́fico natural
γs Peso especı́fico dos sólidos
γsat Peso especı́fico saturado
γsub Peso especı́fico submerso
γt Peso especı́fico aparente úmido
γw Peso especı́fico da água (γw ∼= 10 kN/m3 para temperatura de 4◦C)
δ Ângulo formado entre a força Q e a horizontal; densidade especı́fica dos solos
δa Direção do empuxo ativo
ö∆` Comprimento do arco da base das fatias
δp Direção do empuxo passivo
∆V Variação de volume
∆x Largura da fatia
ε Ângulo de atrito solo-muro
η Porosidade
θ Ângulo formado entre a força normal N (ou efetiva, N′) e a vertical
µ Viscosidade do fluido
π Pi (∼ 3,14159265359)
σ Tensão normal
σ
′ Tensão normal efetiva
σA Tensão máxima na base de um muro
σB Tensão mı́nima na base de um muro
σ f ,adm Tensão de flexão admissı́vel
xxii
σ
′
ha Pressão (tensão) horizontal ativa
σ
′
hp Pressão (tensão) horizontal passiva
σv Pressão (tensão) vertical total
σ
′
v Pressão (tensão) vertical efetiva
τd Tensão cisalhante desenvolvida ou mobilizada
τ f Tensão cisalhante resistente do solo
ϕ Ângulo de atrito interno
ϕ
′ Ângulo de atrito interno efetivo
ϕd Ângulo de atrito interno mobilizado
ϕ
′
d Ângulo de atrito interno efetivo mobilizado
ϕr Ângulo de repouso
ψa arcsen
(
senβa
senϕ ′
)
−βa +2α
ψp arcsen
(
senβp
senϕ ′
)
+βp−2α
φ Diâmetro
φ10 Diâmetro correspondente a 10% em peso total, das partı́culas menores que ele
φ30 Diâmetro correspondente a 30% em peso total, das partı́culas menores que ele
φ60 Diâmetro correspondente a 60% em peso total, das partı́culas menores que ele
φp Diâmetro do palanque (estaca)
φr Diâmetro do ramo vivo
xxiii
LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS
◦C Grau Celsius
cm Centı́metro
estaca/m Estaca por metro
estaca/m2 Estaca por metro quadrado
g Grama
g/m2 Grama por metro quadrado
GB Gigabyte
grampo/m2 Grampo por metro quadrado
h Hora
habitante/km2 Habitante por quilômetro quadrado
in Polegada
kB Quilobyte
kg Quilograma
kgf/cm2 Quilograma-força por centı́metro quadrado
km Quilômetro
km2 Quilômetro quadrado
kN/m3 Quilonewton por metro cúbico
kPa Quilopascal
m Metro
m/s Metro por segundo
m/s2 Metro por segundo ao quadrado
m2 Metro quadrado
m3 Metro cúbico
mm Milı́metro
rpm Rotação por minuto
TB Terabyteun. Unidade
xxiv
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 29
1.1 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.1.1 Objetivo geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.1.2 Objetivos especı́ficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.2 PROBLEMÁTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3 HIPÓTESES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4 JUSTIFICATIVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 33
2.1 PROPRIEDADES BÁSICAS DOS SOLOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.1 Forma das partı́culas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.2 Granulometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.1.2.1 Ensaio de peneiramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.1.2.2 Ensaio de sedimentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.2.3 Diâmetro efetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.2.4 Coeficiente de uniformidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.2.5 Coeficiente de curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.3 Índices fı́sicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.3.1 Peso especı́fico aparente seco . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.1.3.2 Peso especı́fico aparente úmido . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.3.3 Peso especı́fico saturado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.3.4 Peso especı́fico submerso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.3.5 Peso especı́fico das partı́culas ou dos sólidos . . . . . . . . . 40
2.1.3.6 Densidade especı́fica dos solos . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.3.7 Índice de vazios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1.3.8 Porosidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1.3.9 Grau de saturação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1.3.10 Teor de umidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.1.4 Plasticidade e consistência dos solos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.1.4.1 Limites de consistência ou limites de Atterberg . . . . . . . . 43
xxv
2.1.4.2 Limite de liquidez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.1.4.3 Limite de plasticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.1.4.4 Índice de plasticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.1.4.5 Gráfico de plasticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.1.4.6 Índice de liquidez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.1.4.7 Índice de consistência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.1.4.8 Limite de contração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.1.5 Classificação dos solos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.1.5.1 Classificação trilinear dos solos . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.1.5.2 Sistema de classificação da AASHTO . . . . . . . . . . . . . 51
2.1.5.3 Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS) . . . . . 54
2.1.6 Resistência ao cisalhamento do solo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.1.6.1 Critério de ruptura de Mohr-Coulomb . . . . . . . . . . . . . 56
2.1.6.2 Ensaio de cisalhamento direto simples . . . . . . . . . . . . 58
2.2 MOVIMENTOS DE MASSAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.2.1 Classificação dos movimentos de massas . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.2.2 Descrição dos movimentos de massas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.2.2.1 Quedas (falls) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.2.2.2 Tombamentos (topples) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.2.2.3 Escorregamentos (slides) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.2.2.4 Escorregamentos rotacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.2.2.5 Escorregamentos translacionais ou planares . . . . . . . . . . 62
2.2.2.6 Extensão lateral (lateral spread) . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.2.2.7 Escoamentos (flows) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.2.2.7.1 Rastejos (creep) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.2.2.7.2 Corridas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.2.2.8 Complexos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.2.3 Erosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.3 ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE TALUDES . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.3.1 Métodos de equilı́brio limite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.3.1.1 Fator de segurança . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.3.1.2 Método do talude infinito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
xxvi
2.3.1.2.1 Talude seco sem coesão, c′ = 0 e hw = H . . . . 74
2.3.1.2.2 Talude úmido sem coesão, c′ = 0 e hw = H . . . 75
2.3.1.2.3 Talude sem coesão (c′ = 0) com ı́ndice de poro-
pressão ru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.3.1.2.4 Talude submerso sem infiltração . . . . . . . . . 75
2.3.1.2.5 Talude em condições não drenadas . . . . . . . . 75
2.3.1.3 Métodos das fatias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.3.1.3.1 Método de Fellenius . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.3.1.3.2 Método de Bishop simplificado . . . . . . . . . . 78
2.3.1.3.3 Método de Janbu simplificado . . . . . . . . . . 80
2.3.1.3.4 Método de Spencer . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.3.1.3.5 Método de Morgenstern-Price . . . . . . . . . . 83
2.4 ENGENHARIA NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.4.1 Áreas de intervenção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.4.2 Limitações da bioengenharia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.4.3 Funções da bioengenharia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.4.4 Vantagens e desvantagens da bioengenharia . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.4.5 Técnicas de engenharia natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.4.5.1 Revestimento superficial anti-erosão . . . . . . . . . . . . . 90
2.4.5.1.1 Sementeira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.4.5.1.2 Hidrossementeira . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
2.4.5.1.3 Geossintéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.4.5.2 Estabilização superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.4.5.2.1 Bermalongas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.4.5.2.2 Estacaria viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
2.4.5.2.3 Faxina viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2.4.5.2.4 Trança viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
2.4.5.2.5 Paliçada viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
2.4.5.2.6 Esteira de ramagem . . . . . . . . . . . . . . . . 105
2.4.5.2.7 Faixa de ramagem . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
2.4.5.3 Consolidações (obras de contenção ou suporte) . . . . . . . . 107
2.4.5.3.1 Muro de suporte vivo . . . . . . . . . . . . . . . 107
xxvii
2.4.5.3.2 Gabião vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
2.4.5.3.3 Grade viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.4.5.3.4 Enrocamento vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3 METODOLOGIA 114
3.1 MATERIAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
3.2 MÉTODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4 ÁREA DE ESTUDO 118
4.1 CARACTERÍSTICAS DA ÁREA DE ESTUDO . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.2.1 Determinação do teor de umidade hidroscópica . . . . . . . . . . . . . 120
4.2.2 Determinação da densidade especı́fica dos solos . . . . . . . . . . . . . 120
4.2.3 Ensaio de peneiramento e sedimentação . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.2.4 Determinação dos limites de consistência . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.2.5 Ensaio decisalhamento direto simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 126
5.1 ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE TALUDES SEM INTERVENÇÕES NO
GEOSLOPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.2 ANÁLISE DE CADA SEÇÃO TRANSVERSAL . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.2.1 1o projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.2.1.1 Seção 01-01(1)/02-02(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.2.1.2 Seção 02-02(1)/03-03(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.2.1.3 Seção 03-03(1)/04-04(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2.1.4 Seção 04-04(1)/05-05(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2.1.5 Seção 05-05(1)/06-06(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.2.1.6 Seção 06-06(1)/07-07(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.2.1.7 Seção 07-07(1)/08-08(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.2.1.8 Seção 08-08(1)/09-09(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.2.1.9 Seção 09-09(1)/10-10(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.2.1.10 Seção 10-10(1)/11-11(1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.2.2 2o projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.2.2.1 Seção 01-01(2)/02-02(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
xxviii
5.2.2.2 Seção 02-02(2)/03-03(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.2.2.3 Seção 03-03(2)/04-04(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.2.2.4 Seção 04-04(2)/05-05(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.2.2.5 Seção 05-05(2)/06-06(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.2.2.6 Seção 06-06(2)/07-07(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.2.2.7 Seção 07-07(2)/08-08(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.2.2.8 Seção 08-08(2)/09-09(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.2.2.9 Seção 09-09(2)/10-10(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.2.2.10 Seção 10-10(2)/11-11(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.3 ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE TALUDES COM INTERVENÇÕES NO
GEOSLOPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.4 QUANTITATIVOS E ORÇAMENTOS DO 1o E 2o PROJETO . . . . . . . . . 156
6 CONCLUSÃO 158
6.1 CONSIDERAÇÕES FUTURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
REFERÊNCIAS 161
APÊNDICE A – Propriedades básicas dos solos 176
APÊNDICE B – Caracterı́sticas da área de estudo 180
APÊNDICE C – Resultados dos ensaios 188
APÊNDICE D – Análise de estabilidade de taludes sem intervenções no Geoslope 190
APÊNDICE E – Espécies de plantas utilizadas neste trabalho 202
APÊNDICE F – Coeficientes de Rankine de empuxo ativo e passivo 208
APÊNDICE G – Análise de estabilidade de taludes com intervenções no Geoslope 213
APÊNDICE H – Quantitativos e orçamentos do 1o e 2o projeto 234
APÊNDICE I – Seções transversais com suas respectivas técnicas adotadas 256
29
1 INTRODUÇÃO
A Engenharia Natural (EN) ou Bioengenharia de Solos (BS) ou simplesmente Bioen-
genharia, é uma disciplina técnica que utiliza plantas vivas, mais especificamente se beneficia
das raı́zes das plantas (CORNELINI; FERRARI, 2008, tradução nossa; BIFULCO, 2015). A
escolha dos materiais vivos a utilizar é um passo de extrema importância, pois é através dela
que se determinará a técnica de EN mais adequada a uma obra especı́fica.
Segundo Bifulco (2013), as raı́zes entrelaçam, armam e estabilizam o terreno, fa-
vorecendo a sua porosidade, e elas ajudam também na infiltração profunda das águas sub-
superficiais. As técnicas utilizadas pela EN, servem basicamente para controlar 3 (três) fato-
res: revestimento superficial anti-erosão; estabilização superficial; e consolidações (obras de
contenção ou suporte), ambos para taludes, encostas e margens fluviais. Essas técnicas podem
ser associadas entre si ou utilizadas individualmente. E além da utilização de plantas, podem ser
utilizados diversos outros materiais, denominados de inertes, tais como, palhas, troncos, pedras,
geossintéticos etc.
De acordo com Carneiro, Santos e Souza Filho (2014), a EN é um campo da geotec-
nia que está cada vez mais ganhando espaço quanto ao cenário técnico. Entretanto, os autores
ressaltam que ainda não há uma grande utilização de suas técnicas no Brasil.
Nos dias atuais, os impactos ambientais estão sendo cada vez mais levados em conta
na hora de elaborar um projeto de engenharia. As técnicas da EN têm baixo custo, utilização
de mão-de-obra pouco especializada, equipamentos e maquinários pouco utilizados, adequação
paisagı́stica e ambiental, utilização de materiais naturais e locais, além de ter largo campo de
aplicação nas regiões tropicais e semitropicais — que é o caso do Brasil —, favorecendo o cres-
cimento vegetativo durante quase todo o ano (COELHO; PEREIRA, 2006 apud CARNEIRO;
SANTOS; SOUZA FILHO, 2014; ADVÍNCULA et al., 2010).
Antão (2012), afirma que a utilização de estruturas de proteção numa margem requer,
antes de mais, a análise de diversos parâmetros locais relacionados com a hidráulica, a hidrolo-
gia, a geologia, a geotecnia, a ecologia, a estrutura etc.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral
Apresentar as principais técnicas da bioengenharia através da elaboração de 2 (dois)
projetos para o controle de 3 (três) fatores: revestimento superficial anti-erosão; estabilização
30
superficial; e consolidações (obras de contenção ou suporte).
1.1.2 Objetivos especı́ficos
a) Mostrar as principais técnicas de engenharia natural através de uma revisão bibliográfica;
b) Determinar e identificar as principais caracterı́sticas geotécnicas do solo que compõe a
encosta eleita para o estudo;
c) Verificar a estabilidade da encosta através de cortes transversais utilizando o software
GeoStudio R© na plataforma Geoslope versão estudante do ano de 2018; e
d) Analisar os custos de implantação das técnicas de bioengenharia.
1.2 PROBLEMÁTICA
Ainda é muito frequente a utilização de técnicas de engenharia tradicional (ET), como
por exemplo, muros de concreto, ciclópico ou armado, solo grampeado etc., para resolver pro-
blemas de erosão, estabilidade e contenção de encostas e margens. A partir deste trabalho,
deve-se mostrar que existem outras técnicas que podem ser utilizadas, que além de serem mais
econômicas são ambientalmente mais corretas. Dito isto, pode-se fazer a seguinte pergunta:
a) A utilização das técnicas de EN, além de menos impactantes no meio ambiente, garantem
a segurança dos taludes, ao longo do tempo?
1.3 HIPÓTESES
A utilização das técnicas de EN com certeza são menos impactantes do que as da
engenharia tradicional para o meio ambiente, pois utilizam materiais naturais, como plantas,
palhas, troncos, pedras etc. Desta maneira, as técnicas aplicadas se adaptam muito bem com o
ambiente natural, pois seus materiais utilizados se degradam com o passar dos anos e podem
deixar que as plantas e suas raı́zes estabilizem permanentemente um talude, encosta ou margem
fluvial, requerendo manutenção reduzida.
1.4 JUSTIFICATIVA
Em virtude da consciência ambiental, ecológica, paisagı́stica e econômica a utilização
da bioengenharia torna-se primordial para produzir projetos sustentáveis e impedir processos
erosivos e movimentos de massas com eficiência técnica e ambiental.
31
Além do mais, a maioria dos cursos de graduação em engenharia civil não apresentam
o tema de engenharia natural. Por este motivo, o autor pretende adquirir conhecimentos sobre o
tema em discussão e apresentar os fundamentos básicos de EN.
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
No Capı́tulo 1, é inserido uma pequena introdução sobre o tema, e em seguida são
apresentados o objetivo geral e os especı́ficos, problemática, hipóteses e justificativa.
No Capı́tulo 2, é feito uma revisãobibliográfica sobre o assunto em pauta. Na Seção
2.1 é feito um resumo sobre as propriedades básicas dos solos. É essencial que sejam conheci-
dos as caracterı́sticas do solo em estudo. São expostos as formas das partı́culas, granulometria,
ı́ndices fı́sicos, plasticidade e consistência dos solos, classificação dos solos e a resistência ao
cisalhamento dos solos. Depois na Seção 2.2 são mostrados os principais tipos de movimentos
de massas. São identificados a classificação dos movimentos e suas descrições. Logo em se-
guida é feito uma pequena seção sobre erosão dos solos, que é de extrema importância, pois
elas podem evoluir até gerar problemas de instabilidade em taludes e encostas. Na seção 2.3 é
identificado a estabilidade de taludes, mostrando os métodos de equilı́brio limite, utilizando-se o
método do talude infinito, para escorregamentos translacionais, e os métodos das fatias que são
os de Fellenius, Bishop, Janbu, Spencer e Morgenstern-Price. Por fim, e não menos importante,
é apresentado uma introdução à engenharia natural. É apresentado suas áreas de intervenção,
limitações, funções, vantagens e desvantagens e suas técnicas. Suas técnicas são divididas em
3 (três) tipos: revestimento superficial anti-erosão; estabilização superficial; e consolidações
(obras de contenção ou suporte).
No Capı́tulo 3, é explicado a metodologia. São mostrados os materiais e métodos uti-
lizados, bem como um fluxograma que mostra o passo a passo da metodologia.
No Capı́tulo 4, é apresentado a área de estudo. Na Seção 4.1 são mostrados as carac-
terı́sticas do local, desde sua localização até variações da temperatura e precipitações médias
ao longo dos 12 meses. Na Seção 4.2 são expostos os resultados dos ensaios de laboratório
realizados com o solo do terreno em estudo.
No Capı́tulo 5 são apresentados os resultados obtidos para este trabalho, bem como
discussões e análises. Na Seção 5.1, são identificados as seções transversais de estudo com os
respectivos valores dos fatores de segurança (FS) crı́ticos. Na Seção 5.2, é feito o dimensiona-
mento e detalhamento das seções transversais para os 2 (dois) projetos. Depois do dimensiona-
32
mento finalizado, na Seção 5.3 é identificado os valores dos fatores de segurança considerando
as intervenções adotadas para cada projeto. E por fim, na Seção 5.4 é feito um orçamento sim-
plificado de cada projeto.
No Capı́tulo 6, é descrito a conclusão do trabalho, bem como as considerações futuras
para o mesmo, na Seção 6.1.
33
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 PROPRIEDADES BÁSICAS DOS SOLOS
Para que uma obra de engenharia seja executada da melhor forma possı́vel, deve-se ter
conhecimentos das caracterı́sticas técnicas dos solos onde serão executadas. Para isso, utilizam-
se parâmetros gerais e simples, chamados de “propriedades ı́ndices”.
Na mecânica dos solos adota-se algumas das principais propriedades fı́sicas dos solos,
tais como: granulometria, plasticidade e a atividade da fração fina dos solos (VARGAS, 1977).
Com base nas propriedades dos solos — que em sua grande maioria são realizadas experimen-
talmente em laboratório —, o engenheiro pode dimensionar a estrutura desejada, ou ainda pode
determinar em função do tipo de solo qual a melhor estrutura para aquele tipo de solo.
De acordo Bueno e Vilar (2003), para o engenheiro civil, o conhecimento das princi-
pais propriedades do solo vai além de seu aproveitamento como material de construção, devido
ao fato que o solo possui um importante papel nas obras de engenharia, porquanto cabe a ele
absorver todas as cargas que são aplicadas em sua superfı́cie e deve interagir com obras cons-
truı́das ao longo das camadas de solo.
Segundo Fiori (2015), as propriedades mecânicas dos solos devem ser estabelecidas
com muito cuidado e, comparadas durante a realização de obras, podendo assim verificar suas
possı́veis variações sobre a segurança das obras.
Barnes (2016), relata que os projetistas de empresas contratadas para a execução duma
obra geralmente não têm um contato direto com o solo. Desta maneira, é fundamental que
os engenheiros geotécnicos e/ou geólogos forneçam informações precisas e detalhadas, de tal
forma que os projetistas e construtores entendam as descrições realizadas a respeito do solo
onde a obra será executada.
Para Machado e Machado (1997), os engenheiros geotécnicos devem fazer o acom-
panhamento de obras de engenharia, evitando assim possı́veis acidentes. Devido ao demasiado
crescimento de metrópoles no Brasil, o número de acidentes envolvendo deslizamentos de en-
contas é enorme, fazendo assim com que várias pessoas percam sua vida em acidentes que
talvez pudessem ser evitados.
2.1.1 Forma das partı́culas
As formas das partı́culas que constituem os solos tem grande influência sobre suas
propriedades.
34
De acordo com Caputo (1988), as partı́culas podem ter as seguintes formas:
a) Partı́culas arredondadas ou, de maneira mais exata, com forma poliédrica. São as que
predominam nos siltes, areias e pedregulhos;
b) Partı́culas lamelares, que são semelhantes a escamas ou lamelas. São as que se encontram
nas argilas; e
c) Partı́culas fibrilares, caracterı́stica dos solos turfosos.
Segundo Queiroz (2009), para a verificação da forma das partı́culas de solos pedre-
gulhosos pode ser realizada macroscopicamente, utilizando um paquı́metro. Já para as areias,
siltes e argilas, necessita-se de um auxı́lio microscópico, isto é, utilizando um microscópio,
permitindo que sejam definidas as formas e contagem das partı́culas.
De acordo com o rearranjo entre partı́culas que compõe os solos, podem sobrar espaços
vazios nos contatos entre partı́culas, podendo assim ter 3 (três) fases constituintes dos solos:
sólida, lı́quida e gasosa. A Figura 2.1 mostra em diferentes escalas essas fases para os solos
arenosos e argilosos (VARGAS, 1977).
Figura 2.1 – Fases constituintes dos solos.
Partículas
Água
Ar ArÁgua
Partículas
(a) Areias ( 10). (b) Argilas ( 10.000).
P
Recipiente
Furos
Fonte: Adaptado de Vargas (1977, p. 12).
2.1.2 Granulometria
De acordo com Machado e Machado (1997), os solos podem ser classificados em
dois grandes grupos: solos grossos (areia e pedregulho) e solos finos (silte e argila). No pri-
meiro grupo, atuam predominantemente forças gravitacionais, resultando em arranjos estrutu-
rais muito simples. Já o segundo grupo, atuam forças de superfı́cie (moleculares e elétricas) e
pela presença de água. Possuem arranjos estruturais muito complexos, e é o mineral que deter-
mina a forma da partı́cula.
35
Segundo Craig (2007), o tamanho das partı́culas que compõem um solo podem variar
de mais de 100 mm a menos de 0,001 mm. Pinto (2006), salienta que exitem partı́culas de argila
que podem chegar até 0,000001 mm, o que mostra que são partı́culas extremamente pequenas,
que são impossı́veis de serem analisadas à olho nu. O autor ainda explica que mesmo com
partı́culas maiores, como a areia, ainda somente com um simples manuseio do solo pode-se
passar despercebido que as partı́culas podem estar envelopadas por uma finı́ssima camada de
partı́culas de argila. Assim, as caracterı́sticas visuais deste solo são diferentes quando seco e
quando úmido e, portanto quanto mais úmido estiver o solo, melhor fica a identificação tátil-
visual dos grãos.
Figura 2.2 – Escalas granulométricas.
0 0,001 0,01 0,1 1,0 10 100
Diâmetro, (mm)
AASHTO
Coloide Argila Silte Pedregulho
Areia
Fina Grossa
0 0,001 0,005 0,074 0,42 2,0 60
ABNT
Argila Silte
Areia
Fina Grossa
0 0,002 0,06 2,0 600,2 0,6
Média
6,0 20
Pedregulho
Fino Médio Grosso
ASTM
Coloide Argila Silte Pedregulho
Areia
Fina Média
0 0,001 0,005 0,074 0,42 2,0 60
Grossa
4,76
MIT
Coloide
Areia
Fina Grossa
0 0,002 0,06 2,0 600,2 0,6
Média
6,0 20
Pedregulho
Fino Médio Grosso
0,006 0,02Silte
Fino Médio Grosso
ISSMGE
Argila Silte
Areia
Fina Média
0 0,074 0,42 2,0
Grossa
4,760,002
Pedregulho
Fino Grosso
19,1 76,2
Fonte: Adaptado de Moura (2012, p. 29).
As frações constituintes dos solos podem receber designações diferentes, de acordo
com limites convencionados como mostra a Figura 2.2, que apresenta as escalas das seguintes
36
instituições: American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO),
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), American Society for Testing and Ma-
terials (ASTM), International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (IS-
SMGE) e Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Na Figura A.1 no Apêndice A, é apresentado as escalas da ASTM e da ISSMGE,
entretanto, este trabalho utilizará como base a escala definida pela ISSMGE, já que esta é a
mais usualmente utilizada em trabalhos acadêmicos e publicações internacionais.
De acordo com as curvas determinadas através dos ensaios, podemos ter diferentes ti-
pos de granulometria. Assim de acordo com a Figura A.1 no Apêndice A, podemos ter: curva
A, representa um solo onde possui uma ampla faixa de tamanhos. Este solo é chamado bem-
graduado ou desuniforme; curva B, representa um solo que possui uma certa faixa de partı́culas
com uma descontinuidade. Este solo é chamado descontı́nuo (graduação aberta, malgraduado);
e curva C, representa um solo na qual as partı́culas possuem o mesmo tamanho. Este solo é
chamado malgraduado ou uniforme (DAS, 2007). A Figura 2.3 mostra essas diferentes granu-
lometrias.
Figura 2.3 – Granulometria das partı́culas.
Solo bem-graduado
Solo de graduação uniforme
Solo de graduação aberta
Furos
Fonte: Caputo (1988, p. 26).
2.1.2.1 Ensaio de peneiramento
Para solos que possuem partı́culas com dimensões maiores que 0,074 mm, isto é, pe-
neira (#) no 200, a análise granulométrica é feita através do processo de peneiramento.
Basicamente neste ensaio, toma-se uma amostra de solo granular seco ao ar e faz-se o
peneiramento do solo através de uma série de peneiras pré-estabelecidas com tamanho de malha
sucessivamente menores. A massa de material retida em cada peneira é pesada e a porcentagem
cumulativa de massa que passa em cada peneira é calculada. A distribuição do tamanho das
37
partı́culas de um solo qualquer é determinada por uma curva num gráfico semilogarı́tmico (Fi-
gura A.1 no Apêndice A), onde as ordenadas indicam as porcentagens passantes/porcentagens
retidas e as abscissas o diâmetros das partı́culas em milı́metros (CRAIG, 2007). Segundo Pinto
(2006), o diâmetro das partı́culas determinado no ensaio, trata-se de um diâmetro equivalente,
pois as partı́culas de solo não são esféricas.
A Agência Nacional de Vigilância Sanitária, ANVISA (2010), apresenta a Tabela A.1
no Apêndice A, mostrando as principais peneiras existentes (para as séries padrão de peneiras,
ABNT, ASTM e TYLER), junto com sua abertura em milı́metros (mm) e em polegadas (in).
Note que as peneiras variam de 101,4 a 0,025 mm de abertura, isto é, 4,00 a 0,0010 in. Nos
ensaios de peneiramento, utiliza-se somente até a peneira de abertura 0,074 mm. É muito difı́cil
a utilização de peneiras menores que a 0,074 mm, assim, a partir deste limite é utilizado o ensaio
de sedimentação.
2.1.2.2 Ensaio de sedimentação
Este ensaio é baseado na Lei de Stokes, onde ser determina a velocidade na qual as
partı́culas esféricas (na verdade, as partı́culas não são esféricas) se depositam em uma sus-
pensão. A amostra de solo é colocada dentro dum frasco cheio de água destilada e é inserido
um agente defloculador para fazer com que as partı́culas sejam depositadas individualmente. É
usado um densı́metro para medir a variação da densidade do fluı́do com o tempo. Pela Lei de
Stokes calculam-se os diâmetros das partı́culas (CRAIG, 2007; FUTAI; GONÇALVES; MA-
RINHO, 2014):
v =
γs− γw
18µ
φ
2 (2.1)
onde:
v = velocidade;
γs = peso especı́fico dos sólidos;
γw = peso especı́fico da água (γw ∼= 10 kN/m3 para temperatura de 4◦C);
µ = viscosidade do fluido.
Através da curva granulométrica do solos, pode-se definir os seguintes parâmetros:
2.1.2.3 Diâmetro efetivo
É o diâmetro correspondente a 10% (φ10) em peso total, de todas as partı́culas menores
que ele. Ele está relacionado com a condutividade hidráulica e a drenagem através dum solo
(DAS, 2007).
38
2.1.2.4 Coeficiente de uniformidade
Este parâmetro é definido como:
Cu =
φ60
φ10
(2.2)
onde, φ60 corresponde a 60%. Considera-se granulometria muito uniforme os solos com Cu < 5,
de uniformidade média se 5 < Cu < 15 e desuniforme, quando Cu > 15. Assim, quanto maior
for o valor de Cu mais bem-graduado é o solo (CAPUTO, 1988).
2.1.2.5 Coeficiente de curvatura
Este parâmetro é definido como:
Cc =
φ30
2
φ60 φ10
(2.3)
onde, φ30 corresponde a 30%. Para 1 <Cc < 3 temos uma curva contı́nua (solo bem-graduado);
se Cc < 1 temos uma curva descontı́nua (falta grão de um determinado diâmetro); e se Cc > 3
temos uma curva uniforme (malgraduado) na parte central (BARRETO, 2013).
2.1.3 Índices fı́sicos
Segundo Alonso (2007), os ı́ndices fı́sicos nada mais são que relações entre pesos,
entre volumes e entre pesos e volumes, que assim, permitem determinar as caracterı́sticas fı́sicas
dum solo num determinado estado.
Os solos podem ser compostos por duas ou três fases. Quando o solo está totalmente
seco, então teremos duas fases, sólidos e gases. Quando o solo está totalmente saturado, também
teremos duas fases, sólidos e água. E no caso mais genérico, quando o solo está parcialmente
saturado, teremos as três fases, sólida, lı́quida (água) e gasosa (gás), como mostra a Figura 2.4
(CRAIG, 2007).
Segundo Varela (20??), alguns fatores naturais, como por exemplo, chuvas, insolação
etc. e fatores não-naturais, como por exemplo, aterros, cortes, compactação mecânica etc. po-
dem interferir nos estados de um solo. Num perı́odo muito chuvoso, o solo apresentará um
estado em que os volumes de vazios serão preenchido por água, e o ar que havia contido é
expulso. Agora, num perı́odo adverso, isto é, no verão toda essa água aprisionada irá evaporar
e, o ar irá penetrar novamente nos vazios liberados pela água. Assim, determinamos as carac-
39
terı́sticas dos solos através dos ı́ndices fı́sicos num determinado momento.
De acordo com a Figura 2.4, podemos determinar facilmente que:
V =Vv +Vs =Vg +Vw +Vs (2.4)
W =Wv +Ws =Ww +Ws (2.5)
onde:
V = volume total; W = peso total;
Vv = volume de vazios; Wv = peso de vazios;
Vs = volume de sólidos; Ws = peso de sólidos;
Vg = volume de gás; Ww = peso de água;
Vw = volume de água; Wg = peso de gás (Wg ∼= 0).
Figura 2.4 – Diagrama de fases (gás, água e sólido).
60
80
60
20
0
50
100
40
70
90
3070
50
40
30
10
%
 A
re
ia % A
rgila
Argila
Areia argilosa Silte argiloso
Argila
arenosa
Argila
siltosa
W
W
 W
W
W
V
V
V
V
1
1+
S
S
+S
1
1
S
+
S
1 (
)
S
1 (
)
Fazendo V=1Fazendo =1V Volume Peso
V
Água
Gás
Sólido
A
Gás
Sólido
Água
Gás
Sólido
Água
Fonte: Adaptado de Alonso (2007, p. 50).
A partir de agora, será definido os principais ı́ndices fı́sicos dos solos (CAPUTO, 1988;
CRAIG, 2007; DAS, 2007):
2.1.3.1 Peso especı́fico aparente seco
É definido como:
γd =
Ws
V
(2.6)
Normalmente seus valores giram em torno de 13 a 19 kN/m3, podendo variar de 5 a
7 kN/m3 para as argilas orgânicas moles (PINTO, 2006).
40
2.1.3.2 Peso especı́fico aparente úmido
É definido como:
γt = γnat =
W
V
(2.7)
Muitas vezes chamado de peso especı́fico natural, seus valores situam-se entre 13 a
17 kN/m3 para as argilas e 17 a 20 kN/m3 para as areias (ORTIGÃO, 2007).
2.1.3.3 Peso especı́fico saturado
É definido como:
γsat =
Ws + γwVv
V
(2.8)
De forma geral, é da ordem de 20 kN/m3 (PINTO, 2006).
2.1.3.4 Peso especı́fico submerso
É definido como:
γsub= γsat− γw (2.9)
Como geralmente γsat ∼= 20 kN/m3 e γw ∼= 10 kN/m3, então seu valor vale aproxima-
damente 10 kN/m3.
2.1.3.5 Peso especı́fico das partı́culas ou dos sólidos
É definido como:
γs =
Ws
Vs
(2.10)
O peso especı́fico das partı́culas ou dos sólidos (ou ainda dos grãos) geralmente variam
de 26 a 28 kN/m3, e quando não se dispõe deste, é usual adotar um valor de γs = 26,7 kN/m3
(ALONSO, 2007). Barreto (2013) apresenta valores do peso especı́fico dos sólidos para alguns
minerais: quartzo (26,5 kN/m3), biotita (28 a 32 kN/m3), feldspato (25,4 kN/m3), caulinita
(26,1 kN/m3), entre outros.
2.1.3.6 Densidade especı́fica dos solos
É definida como:
δ =
γs
γw
(2.11)
41
Tschebotarioff (1978) argumenta que para a temperatura de 4◦C, o peso especı́fico da
água vale 10 kN/m3, deste modo, γs e δ têm o mesmo valor numérico. A diferença entre os
dois é que o primeiro possui unidade de medida, diferente do segundo que é adimensional. O
autor ainda relata que para solos inorgânicos seu valor varia entre 2,60 a 2,80. Já as argilas
podem chegar até valores de 2,90. A maioria dos minerais que compõem os solos possuem
densidade maior que 2,60. Então para solos que possuem valores inferiores a 2,60, pode haver
a possibilidade de ter matéria orgânica em quantidade apreciável, o que é indesejável para as
obras de engenharia.
Para a determinação da densidade especı́fica dos solos, pode-se realizar um ensaio
simples e rápido, descrito pelo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, DNER ME
093 (1994), cuja equação que determina δ é expressa por:
δ =
W2−W1
(W4−W1)− (W3−W2)
(2.12)
onde:
W1 = peso do picnômetro vazio e seco; W3 = peso do picnômetro mais amostra, mais água;
W2 = peso do picnômetro mais amostra; W4 = peso do picnômetro mais água.
2.1.3.7 Índice de vazios
É definido como:
e =
Vv
Vs
(2.13)
Seu valor pode variar de 0,5 a 1,50, mas algumas argilas orgânica podem chegar a
valores maiores que 3 (PINTO, 2006).
2.1.3.8 Porosidade
É definida como:
η =
Vv
V
100% (2.14)
Segundo Tschebotarioff (1978), para as areias seu valor pode variar entre 30 a 50%. Já
para as argilas, pode chegar até 89%.
2.1.3.9 Grau de saturação
É definido como:
42
S =
Vw
Vv
100% (2.15)
Iaeg (1974, apud FIORI, 2015), apresenta a Tabela 2.1 que faz a classificação do grau
de saturação, podendo variar de 0 a 100%.
Tabela 2.1 – Classificação do grau de saturação.
Grau de satu-
ração, S (%)
Denominação
0-25 Naturalmente seco
25-50 Úmido
50-80 Muito úmido
80-95 Altamente saturado
95-100 Saturado
Fonte: Iaeg (1974, apud FIORI, 2015).
2.1.3.10 Teor de umidade
É definido como:
w =
Ww
Ws
100% (2.16)
onde, o teor de umidade pode ser superior a 100%, pois numa amostra, o peso de água pode
ser maior que o das partı́culas (ALONSO, 2007). Segundo Pinto (2006), de uma forma geral
o valor do teor de umidade natural (wnat) dum solo varia de 10 a 40%. Na saturação total,
seu valor para as areias varia entre 12 a 36%. E para as argilas pode variar de 12 a 325%
(TSCHEBOTARIOFF, 1978). Além do teor de umidade natural do solo, podemos ter também
o teor de umidade hidroscópica (whid), que representa a umidade contida num solo seco ao ar,
mas que evapora se o solo for secado em estufa. Assim, seu teor de umidade pode variar de 1 a
5% (FUTAI; GONÇALVES; MARINHO, 2014).
Para se determinar o teor de umidade no laboratório, basta inicialmente pesar uma
amostra de solo úmida (cuidando para não perder a umidade natural do solo), logo após, inseri-
la numa estufa de modo que toda a água presente na amostra de solo evapore, resultando assim
no peso da amostra seca. Logo após determinar estas duas informações, basta aplicar a Equação
2.16 ou a seguinte expressão:
w =
(Wc +Ws +Ww)− (Wc +Ws)
(Wc +Ws)−Wc
100% (2.17)
43
onde, Wc é o peso da cápsula (recipiente) que contém o solo.
No Apêndice A, a Figura A.2 apresenta os resultados obtidos assumindo Vs = 1 que
resulta na utilização do ı́ndice de vazios (e) e, fazendo V = 1, resultando na utilização da po-
rosidade (η). A Tabela A.2 no Apêndice A, mostra as principais correlações entre os diversos
ı́ndices fı́sicos, deduzidas através das considerações feitas na Figura A.2.
2.1.4 Plasticidade e consistência dos solos
Solos arenosos são perfeitamente identificáveis através das curvas granulométricas, ou
seja, areias e pedregulhos com curvas parecidas se comportam de forma semelhante.
Já para solos finos, isto não acontece. Então, solos argilosos ou siltosos que possuem
curvas parecidas, não necessariamente irão se comportar de forma semelhante. Isto acontece,
pois além dos solos finos terem partı́culas muito pequenas, a própria forma dos grãos intervém.
Como os grãos são muito pequenos, então caso eles estejam envolvidos por água, os grãos es-
tarão envolvidos entre si por forças capilares que lhes emprestaram uma resistência intrı́nseca,
que chamamos de coesão (VARGAS, 1977). Assim, a uma certa força aplicada em solos argi-
losos, isto é, solos coesivos, o solo irá se deformar, de acordo com a resistência capilar, ou seja,
esta resistência depende do teor de umidade, já que é uma resistência intrı́nseca.
Segundo Caputo (1988, p. 52), a plasticidade pode ser definida como
uma propriedade dos solos, que consiste na maior ou menor capacidade de serem
moldados, sob certas condições de umidade, sem variação de volume. Trata-se de
uma das mais importantes propriedades das argilas.
A partir de agora serão expostas as principais caracterı́sticas referentes a plasticidade
e consistência dos solos.
2.1.4.1 Limites de consistência ou limites de Atterberg
Caso tenhamos um solo com teor de umidade muito elevado, então ele se apresentará
como um fluido denso e dizemos que ele está no estado lı́quido. Agora, a medida que a água se
evapora, ele se endurece e, para um certo teor de umidade w1 = LL (limite de liquidez), perde
sua capacidade de fluir, entretanto ainda pode ser facilmente moldado, e dizemos que o solo se
encontra no estado plástico. A medida que o teor de umidade diminui, o estado plástico desapa-
rece até que, para um teor de umidade w2 = LP (limite de plasticidade), o solo se desmancha ao
ser trabalhado, e dizemos que o solo está no estado semissólido. E ainda continuando a perda
de umidade, ocorre a passagem para o estado sólido. O limite entre os estados semissólido e
sólido é um teor de umidade w3 = LC (limite de contração) (CAPUTO, 1988).
44
No estado sólido não há variação do volume do solo por variações em sua umidade. As
forças fı́sico-quı́micas existente entre as partı́culas não permite que as partı́culas de aproximem
mais (BARNES, 2016). No estado semissólido o solo ao ser trabalhado apresenta fraturas e
se rompe, ainda tendo variações de volume ao ser secado. No estado plástico o solo pode ser
facilmente trabalhável, sem problemas de fissuração. E por fim, no estado lı́quido o solo se
apresenta como um fluido denso, que não pode ser moldado (MACHADO; MACHADO, 1997).
A Figura 2.5 mostra um esquema desses estados fı́sicos, chamados estados de con-
sistência, e suas fonteiras, os limites de consistência.
Figura 2.5 – Estados de consistência.
0 LC LP LL
Estado
sólido
Estado
semissólido
Estado
plástico
Estado
líquido
Teor de umidade, w (%)
V
ar
ia
çã
o 
de
 v
ol
um
e 
(
 
V
)
S<100% S=100%
Sec
age
m
Volume
constante
IPIL = 0
IC = 1
IL = 1
IC = 0
Fonte: Adaptado de Barnes (2016, p. 32).
2.1.4.2 Limite de liquidez
Para se determinar o limite de liquidez, utiliza-se o aparelho de Casagrande, como
mostra a Figura 2.6-a. Na Figura 2.6-b é apresentado o cinzel para solos argilosos e a Figura
2.6-c para solos arenosos.
O aparelho é formado por um prato de latão (ou bronze), em forma de concha, sobre um
suporte de ebonite. Imprimi-se ao prato, repetidamente, quedas de altura de 1 cm e intensidade
constate. Apartir destas quedas, a ranhura feita no solo tenderá a se fechar, e assim anota-se o
número de golpes e as umidades correspondentes.
A partir de vários valores anotados do teor de umidade e o respectivo número de golpes,
pode-se traçar uma reta num gráfico semilogarı́tmico, números de golpes versus teor de umidade
(ng×w). Por definição, o limite de liquidez do solo é o teor de umidade para o qual o sulco
45
(ranhura) se fecha ao longo de uma extensão de 13 mm com 25 golpes (CRAIG, 2007).
Figura 2.6 – Aparelho de Casagrande e cinzéis para solos.
6050
8
20
102
11 23,5°
1,6
R = 1,6
1673
R = 22
10
102
13,5
60°
10
(b) Cinzel para solo argiloso.
(c) Cinzel para solo arenoso.
(Dimensões em mm)
1,6
R = 3,2
60°
Seção B-B
Seção A-A
A
A
A
A
BB
125
15
0
54
27
30
Ebonite
62
2
(a) Aparelho de Casagrande.
50
Fonte: Adaptado da ABNT NBR 6459 (1984, p. 3) e de Taylor (1948, p. 28).
46
Segundo Caputo (1988), o Federal Highway Administration (FHA) apresenta a se-
guinte expressão para determinação do LL com apenas um único ponto do teor de umidade:
LL =
w
1,419−0,3log ng
(2.18)
onde, w é o teor de umidade, em porcentagem, e ng representa o número de golpes.
2.1.4.3 Limite de plasticidade
Diferente do limite de liquidez que utiliza um ensaio mecanizado, para determinação
do limite de plasticidade utiliza-se um ensaio manual. Basicamente, determina-se o LP através
da umidade pela qual o solo começa a se fraturar quando se tenta moldar, com ele, um cilindro
de 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm de comprimento (aproximadamente da largura da mão)
sobre uma placa de vidro fosco, como mostra a Figura 2.7 (QUEIROZ, 2009).
Figura 2.7 – Determinação do limite de plasticidade.
Vidro fosco
Mão Rolo de solo
3 mm
10
 c
m
Fonte: Adaptado de Vargas (1977, p. 22).
2.1.4.4 Índice de plasticidade
Denomina-se de ı́ndice de plasticidade à diferença entre o limite de liquidez e o limite
de plasticidade, isto é:
IP = LL−LP (2.19)
Ele define a zona em que o solo se acha no estado plástico, e é máximo para as argilas
e mı́nimo (nulo) para as areias. Assim, quanto maior for IP, mais plástico será o solo. Para solos
que não possuem plasticidade, dizemos que IP = NP, isto é, não-plástico (CAPUTO, 1988).
Burmister (1949, apud DAS, 2007), classificou o IP de forma qualitativa (Tabela 2.2),
da seguinte forma:
47
Tabela 2.2 – Classificação qualitativa do IP.
Índice de plasti-
cidade, IP (%)
Descrição
0 Não-plástico
1-5 Ligeiramente plástico
5-10 Plasticidade baixa
10-20 Plasticidade média
20-40 Plasticidade alta
> 40 Plasticidade muito alta
Fonte: Das (2007, p. 57).
Segundo Tschebotarioff (1978), o limite de plasticidade é muito afetado pelo teor de
matéria orgânica, fazendo com que seu valor eleve-se sem elevar o limite de liquidez. Desta
forma, os solos que possuem matéria orgânica terão baixo ı́ndice de plasticidade corresponden-
tes a limites de liquidez altos.
Pinto (2006), apresenta a Tabela 2.3 que mostra os principais valores de LL e IP para
os solos brasileiros. Note que o valor de LL varia de 20 a 120%, já o IP varia de 5 a 80%. Ambos
os limites dos valores são altos, o que tornam os solos altamente plásticos.
Tabela 2.3 – Índices de Atterberg de alguns solos brasileiros.
Solos LL (%) IP (%)
Residuais de arenito (arenosos finos) 29-44 11-20
Residual de gnaisse 45-55 20-25
Residual de basalto 45-70 20-30
Residual de granito 45-55 14-18
Argilas orgânicas de várzeas quartenárias 70 30
Argilas orgânicas de baixadas litorâneas 120 80
Argilas porosa vermelha de São Paulo 65-85 25-40
Argilas variegadas de São Paulo 40-80 15-45
Areias argilosas variegadas de São Paulo 20-40 5-15
Argilas duras, cinzas, de São Paulo 64 42
Fonte: Pinto (2006, p. 26).
48
2.1.4.5 Gráfico de plasticidade
De acordo com suas caracterı́sticas e propriedades fı́sicas, os solos finos podem ser
divididos em grupos. Foi Arthur Casagrande (1932, apud DAS, 2007), que através de vários
ensaios de laboratório conseguiu fazer esta divisão de grupos, chamado de gráfico de plastici-
dade (Figura 2.8). A linha A é expressa por uma equação empı́rica, dada por:
IP = 0,73(LL−20) (2.20)
Esta linha A separa as argilas inorgânicas (acima da linha) dos siltes inorgânicos (abaixo
da linha). Os siltes orgânicos e os siltes inorgânicos de média compressibilidade estão abaixo
da linha A e com LL variando de 30 a 50%. As argilas orgânicas e os siltes inorgânicos de alta
compressibilidade estão localizados abaixo da linha A e com LL maior que 50%.
Figura 2.8 – Gráfico de plasticidade.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
Ar
gil
as 
ino
rgâ
nic
as 
de
 al
ta 
pla
sti
cid
ad
e
Siltes inorgânicos de alta
compressibilidade e argilas
orgânicas
Lin
ha
 A 
IP
=0
,73
(L
L 
 20
)
Li
nh
a U
 IP
=0
,9(
LL
 
8)
Argilas inorgânicas de
baixa plasticidade Ar
gil
as 
ino
rg
ân
ica
s
de
 m
éd
ia 
co
mp
res
-
sib
ilid
ad
e
Siltes inorgânicos de
baixa compressibilidade
Siltes inorgânicos de média com-
pressibilidade e siltes orgânicos
Solos sem coesão
Limite de liquidez, LL (%)
Ín
di
ce
 d
e 
pl
as
ti
ci
da
de
, 
IP
 (
%
)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Fonte: Adaptado de Caputo (1988, p. 57).
Os solos que se enquadrarem acima da linha U , são os solos sem coesão, e a linha U é
49
calculada pela seguinte expressão (DAS, 2007):
IP = 0,9(LL−8) (2.21)
2.1.4.6 Índice de liquidez
O ı́ndice de liquidez é um bom indicador de onde se enquadra o teor de umidade natural
do solo wnat em relação aos limites de consistência (BARNES, 2016). É expresso por:
IL =
wnat−LP
IP
(2.22)
onde seu valor pode variar de: IL > 1, caso o teor de umidade natural seja maior que o LP; ou
IL < 0, onde o teor de umidade natural é menor que o LP.
2.1.4.7 Índice de consistência
A consistência dum solo no seu estado natural, pode ser expresso por:
IC =
LL−wnat
IP
(2.23)
Caputo (1988), apresenta a seguinte classificação (Tabela 2.4) das argilas em relação
ao IC:
Tabela 2.4 – Classificação qualitativa do IC.
Índice de con-
sistência, IC (%)
Descrição
IC < 0 Muito moles (vasas)
0 < IC < 0,50 Moles
0,50 < IC < 0,75 Médias
0,75 < IC < 1,00 Rijas
IC > 1,00 Duras
Fonte: Caputo (1988, p. 58).
Barreto (2013) alerta que o IC só é utilizado quando toda a amostra de solo passar pela
peneira no 40 (0,42 mm), portanto não se refere ao solo quando este tem partı́culas maiores que
0,42 mm de diâmetro.
50
2.1.4.8 Limite de contração
A medida que um solo vai perdendo sua umidade, ele se contrai. Num certo ponto,
chega-se em um equilı́brio, na qual mesmo com a continuação da perda de umidade não há
perda de volume. O teor de umidade cujo volume de massa de solo para de mudar é definido
como limite de contração (LC).
O ensaio para determinar o LC, consiste em encher uma cápsula de porcelana com solo
úmido. Depois, seca-se a amostra de solo em estufa. Assim, com os dados do ensaio, pode-se
obter o LC pela seguinte expressão (DAS, 2007):
LC =
(W1−W2)−
(
Vi−Vf
)
γw
W2
100% (2.24)
onde:
W1 = peso da amostra úmida no inı́cio do ensaio;
W2 = peso da amostra seca no fim do ensaio;
Vi = volume inicial da amostra úmida no inı́cio do ensaio;
Vf = volume final da amostra seca no fim do ensaio.
2.1.5 Classificação dos solos
Segundo Vargas (1977), é de extrema importância que um solo seja classificado a fim
de ser objeto de pesquisa. Assim, somente após classificar o solo é que podemos iniciar a de-
senvolver os projetos de engenharia, que são calculados com base na classe pertencente ao solo.
Por isso, a grande importância da classificação do material para a Mecânica dos Solos.
Para Pinto (2006), o principal objetivo de uma classificação de solo para a engenharia,
é poder estimar o provável comportamento dum solo, permitindo assim, que possa ocorrer uma
análise de um problema.
2.1.5.1