AULA 07 - ESTADO DO SOLO _IN SITU_ - COMPACIDADE DAS AREIAS E CONSISTÊNCIA DAS ARGILAS

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7a AULA 
ESTADO DOS SOLOS “IN SITU” 
COMPACIDADE DAS AREIAS E CONSISTÊNCIA DAS ARGILAS 
 
1 Estado das Areias - Compacidade 
 
O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu índice de vazios. Entretanto, este 
dado fornece pouca informação sobre o comportamento da areia, pois com o mesmo índice de 
vazios, uma areia pode estar fofa e outra compacta. É necessário analisar o índice de vazios natural 
de uma areia em confronto com os índices de vazios máximo e mínimo em que esta areia pode se 
encontrar. Definem-se: 
 
índice de vazios máximo (emax) - índice de vazios correspondente ao estado mais fofo possível de 
uma areia. 
 
índice de vazios mínimo (emin) - índice de vazios correspondente ao estado mais compacto possível 
de uma areia. 
 
Admita-se que os grãos de uma areia sejam perfeitamente esféricos e de mesmo tamanho; os 
valores dos seus índices de vazios máximo e mínimo podem ser deduzidos teoricamente: 
 
 
 
 
 (arranjo cúbico) (arranjo tetraedral) 
 nmax = 47,6%; emax = 0,91 nmin = 25,9%; emin = 0,35 
 
 
 
 
 
2
A título de exemplo, apresenta-se abaixo, como se obtém o valor de emax =0,91, sendo r o raio da 
esfera: 
 
n
V
V
r r
r
r
r
e
n
n
v
t
= =
−
=
−
=
= − =
( )
( )
( )
,
,
2 43
2
8 43
8
0 476
1 0 91
3 3
3
3
3
π π
 
 
Assim, se os grãos fossem perfeitamente esféricos e de mesmo tamanho, as areias e os pedregulhos 
apresentariam índices de vazios variando entre os limites 0,35 e 0,91. 
 
Como as areias e pedregulhos não apresentam grãos perfeitamente esféricos e nem são totalmente 
uniformes, existem ensaios de ensaios de laboratório, devidamente normalizados, para 
determinação dos índices de vazios máximo e mínimo. 
 
 
Ensaios para Determinação de emax e emin 
 
emax: a areia, completamente seca, com peso Ps, é colocada com o auxílio de um funil num 
recipiente de volume V conhecido. A extremidade do funil deve quase tocar a superfície do material 
já depositado, para minimizar a altura de queda. O índice de vazios máximo pode ser calculado 
usando as expressões: 
 
V
Ps
d =γ e 1e
d
s −=
γ
γ
 
 
emin : é obtido aplicando-se vibração sobre o material utilizado no ensaio de emax e medindo-se a 
diminuição de altura do material dentro do recipiente após a vibração. 
 
 
3
Valores típicos de emax e emin 
 
A tabela abaixo apresenta valores típicos de emax e emin. Estes valores são tão maiores quanto mais 
angulares são os grãos e quanto mais uniformes são as areias. 
 
característica da areia emin emax 
areia uniforme de grãos angulares 0,70 1,10 
areia bem graduada de grãos angulares 0,45 0,75 
areia uniforme de grãos arredondados 0,45 0,75 
areia bem graduada de grãos arredondados 0,35 0,65 
 
 
Compacidade Relativa 
 
O estado de uma areia natural que tem um índice de vazios e é definido em termos de sua 
compacidade relativa: 
 
CR
e e
e e
max
max min
=
−
− 
 
Quanto maior a CR, mais compacta é a areia. Quanto à compacidade, as areias são classificadas de 
acordo com a tabela abaixo. 
 
CR compacidade 
CR<1/3 fofa 
1/3<CR<2/3 compacidade média 
2/3<CR<1 compacta 
 
Considere-se uma areia A com emin = 0,6 e emax = 0,9 e uma areia B com emin = 0,4 e emax = 0,7. Se 
as duas areias estiverem com e = 0,65, a areia A estará compacta (CR = 83%) e a areia B estará fofa 
(CR = 17%). 
 
O comportamento de uma areia não depende somente de sua compacidade. Outros fatores, como a 
distribuição granulométrica e a forma dos grãos interferem em sua deformabilidade e resistência. 
Entretanto, a compacidade é um fator importante. Em geral, areias compactas apresentam maior 
resistência e menor deformabilidade. 
 
 
 
4
2. Estado das Argilas - Consistência 
 
As argilas se diferenciam das areias por apresentarem consistência, enquanto as areias se 
desmancham facilmente. Por essa razão, o estado em que se encontra uma argila costuma ser 
indicado pela sua consistência. 
 
O estado de consistência de uma argila é determinado através do ensaio de compressão simples. O 
ensaio é feito aplicando-se uma carga P progressivamente crescente a um corpo de prova da argila e 
lendo-se a deformação correspondente (∆H/H). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Deformação específica, ε (∆H/H), %
Prupt/AP
área A
H
 
A resistência a compressão simples RC é dada por: 
R
P
AC
rupt
= 
 
Em função da resistência a compressão simples, a consistência das argilas é classificada de acordo 
com a tabela abaixo. 
 
Consistência Resistência 
da Argila (kN/m2) 
muito mole < 25 
mole de 25 a 50 
média de 50 a 100 
rija de 100 a 200 
muito rija de 200 a 400 
dura > 400 
 
 
 
5
Índice de Consistência 
 
Um outra forma de avaliar a consistência de uma argila, além do ensaio de compressão simples, é o 
Índice de Consistência, que é a seguir definido. 
 
Da mesma forma que para areia, também o estado de uma argila pode ser expresso pelo seu índice 
de vazios. Se a argila estiver saturada, o índice de vazios depende diretamente do teor de umidade, 
pois para S = 100%, 
w
swe
γ
γ
= . 
 
Assim, o estado em que uma argila saturada se encontra costuma ser expresso pelo seu teor de 
umidade. Mas, da mesma maneira como o índice de vazios, por si só, não indica a compacidade das 
areias, o teor de umidade, por si só, não indica a consistência das argilas. Utiliza-se o Índice de 
Consistência (IC), dado pela expressão a seguir, para a avaliação da consistência do solo. 
 
 
IP
wLLIC −= 
 
Diferentemente da Compacidade Relativa, o Índice de Consistência pode ser tanto superior a 1 
quanto negativo. De acordo com o índice de consistência, a consistência das argilas pode ser assim 
classificada: 
 
IC CONSISTÊNCIA 
<0 de vaza 
0≤IC≤0,5 mole 
0,5≤IC≤0,75 média 
0,75≤IC≤1,0 rija 
>1,0 dura 
 
estado semi-sólido estado plástico estado líquido
umidade
LP LL
cons. de vazacons. molecons. médiacons. rijacons. dura
IC=1 IC=0,75 IC=0,5 IC=0 
 
 
 
 
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Exemplo: 
 
Solo A: LL = 60% LP = 38% w = 40% 
Solo B: LL = 32% LP = 15% w = 30% 
 
Qual dos solos apresenta maior consistência (maior resistência a compressão simples)? 
 
ICA =
−
=
60 40
22
0 91, → consistência rija 
ICB =
−
=
32 30
17
0 12, →consistência mole 
 
O solo A, embora mais úmido, é muito mais consistente do que solo B. 
 
O índice de consistência não tem significado quando aplicado a solos não saturados, pois o solo 
pode estar com elevado índice de vazios, e portanto apresentar baixa resistência, e sua umidade ser 
baixa, indicando um índice de consistência alto. Convém ressaltar que o IC, mesmo para solos 
saturados, pode não ser um bom índice para avaliação da consistência, como se verá a seguir. 
 
 
Estrutura e Sensibilidade das Argilas 
 
Denomina-se de estrutura ao arranjo ou disposição das partículas na massa de solo. Os dois tipos 
extremos de estruturas de argila são: floculada e dispersa. Na estrutura floculada, os contactos se 
fazem entre faces e arestas enquanto que na estrutura dispersa, as partículas se posicionam 
paralelamente, face a face. 
 
 
 
 
 
 
 estrutura floculada estrutura dispersa 
 (contacto canto - face) (contacto face - face) 
 
 
7
 
A estrutura das argilas naturais se situa entre os extremos acima, dependendo das características do 
ambiente em que ocorreu a sedimentação e dos esforços aplicados por processos geológicos 
subsequentes. 
 
A estrutura floculada de uma argila pode ser destruída, passando à estrutura dispersa, se a mesma 
for submetida a remoldamento (amolgamento completo por amassamento, mantendo-se a umidade 
constante). 
 
A consistência de uma argila após remoldamento é em geral menor do que a que ela apresenta 
quando em seu estado natural. A este fenômeno, resultante da alteração na estrutura, denomina-se 
sensibilidade da argila. 
 
Na figura a seguir, mostra-se o resultado de dois ensaios decompressão simples, um realizado 
numa amostra de argila com sua estrutura original, indeformada, e o segundo realizado com o 
mesmo solo, após completo amolgamento, mas com a mesma umidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Deformação específica ε
Rc indef.
Rc amolg.
 
 
A sensibilidade da argila é definida como: 
 
S
R indeformada
R amo adae
C
C
=
( )
( lg ) 
 
 
8
 
Nota-se que a resistência da amostra indeformada, após atingir um máximo, diminui com o aumento 
das deformações, obtendo-se para elevadas deformações, resistência igual à da amostra amolgada. 
Isso se dá porque no plano de ruptura, devido às elevadas deformações a que o solo foi submetido, 
ocorre a destruição total da estrutura. 
 
A sensibilidade, assim determinada, avalia o efeito da estrutura da argila em seu comportamento. 
As argilas são classificadas de acordo com a sua sensibilidade como: 
 
argila Se 
insensível 1 
baixa sensibilidade 1 a 2 
média sensibilidade 2 a 4 
sensível 4 a 8 
extra-sensível (“quick - clays”) >8 
 
As argilas de São Paulo são em geral de baixa sensibilidade, apresentando Se entre 1 e 2. As argilas 
marinhas de Santos são sensíveis (Se entre 4 e 8). Na Escandinávia, são encontradas argilas com Se 
superior a 100. 
 
Avaliação da Consistência através do IC 
 
Na execução dos ensaios de LL e LP, a amostra de argila é totalmente amolgada pelo 
destorroamento, umedecimento e espatulação, ficando com estrutura dispersa. Por essa razão, o IC 
sempre mede a consistência da argila no seu estado amolgado. 
 
Assim, o IC é útil para a medida da consistência da argila somente se a mesma apresentar baixa 
sensibilidade. Em argilas de maior sensibilidade, o IC não se aplica. 
 
Argilas de alta sensibilidade, com estrutura complexa, podem apresentar resistência relativamente 
alta mesmo em umidades acima do LL.