4 11 ET Compactação e tensões no solo

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GEOLOGIA E MECÂNICA DOS SOLOS 
Hernani Tabarelli Matias 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4 COMPACTAÇÃO E TENSÕES NO SOLO 
Apresentação 
Neste bloco você aprenderá o que é e qual a importância da compactação do solo. 
Aprenderá, também, quais os estudos desenvolvidos acerca da compactação dos solos, 
quais os métodos de ensaio e procedimentos para compactação em campo, como os 
índices físicos afetam e são afetados pela compactação. Obras de terra, rodovias e 
aterros são as principais obras de engenharia que requerem esse controle tecnológico 
para ter um bom desempenho. 
Ademais, abordaremos: as tensões em meio particulado e como ela se dissipa pelo 
solo; as tensões devidas ao peso próprio do solo; as tensões devidas à presença de 
água nos vazios (pressão neutra); o que é a tensão efetiva e sua importância para a 
engenharia; e tensões devidas à sobrecarga, ou seja, como a tensão se dissipará no 
meio particulado, que é o solo, e o fenômeno da capilaridade no solo. 
 
4.1 Compactação dos solos 
Em 1933, o engenheiro Ralph R. Proctor (1894-1962) publicou alguns estudos e 
observações sobre os efeitos da compactação em aterros. Em seus estudos, observou 
que o grau de adensamento, ou seja, a massa específica resultante do solo – após a 
aplicação de uma determinada energia de compactação – era em função do teor de 
umidade presente no solo. 
Importante citar que a compactação densifica o solo pela expulsão de ar dos seus 
vazios e a densificação do solo é o processo de expulsão lenta da água nos vazios do 
solo. 
 
 
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A compactação do solo consiste em torná-lo mais denso mediante a aplicação de uma 
determinada energia para esse fim, seja com soquetes manuais ou por meio de rolos 
compactadores. Esse procedimento visa: 
• Redução de recalques; 
• Homogeneizar aterros; 
• Aumentar resistência e rigidez do solo; 
• Reduzir permeabilidade. 
 
Figura 4.1 – Solo sendo compactado com rolo compactador 
 
 
Massad (2010) afirma que diversas obras de engenharia utilizam solos compactados, 
algumas delas são: 
• Aterros, loteamentos, estradas, barragens; 
• Solos em que se apoiam fundações diretas; 
• Terraplenos de muros de contenção e arrimo; 
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4 
 
• Valas abertas e reaterradas; 
• Retaludamento de encostas. 
Os estudos de Proctor chegaram à conclusão de que a umidade presente no solo 
funciona como um elemento que lubrifica as partículas, permitindo que deslizem umas 
sobre as outras, melhorando, assim, o grau de compactação. 
Proctor também observou que há um teor de umidade ideal para máxima 
compactação. Conforme o teor de água aumenta ou diminui, o solo pode apresentar 
comportamentos indesejados, como não compactar em função do atrito entre as 
partículas secas, ou o ar ficar ocluso no solo por causa da água fora do teor correto ou, 
simplesmente, ficar lamacento. 
Esse teor de umidade ideal, para a máxima densificação do solo, é denominado “teor 
de umidade ótimo”. A partir dos estudos de Proctor, surgiram os ensaios que levam 
seu nome. 
A umidade é um fator importante na compactação do solo, mas a energia aplicada tem 
seu papel nesse processo. Para chegar à máxima compactação obtida em laboratório, 
é preciso que a mesma energia de compactação seja aplicada em campo. 
𝐸𝐶 =
𝑀. 𝐻. 𝑁𝑔. 𝑁𝑐
𝑉
 
As variáveis de entrada para a fórmula são: 
• EC – Energia de compactação; 
• M – Massa do compactador; 
• H – Altura de queda do compactador; 
• Ng – Número de golpe ou de passadas do compactador; 
• Nc – Número de camadas de solo; 
• V – Volume de solo a ser compactado. 
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Igualando a equação com as variáveis obtidas em laboratório e a equação com as 
variáveis de campo, é possível determinar quantas passadas o compactador precisa 
realizar para atingir a mesma energia de compactação dos ensaios de laboratório e 
garantir a energia de compactação necessária. 
 
4.2 Ensaios de compactação 
O ensaio de compactação é regido pela norma NBR 7182 e leva o nome do engenheiro 
que desenvolveu os estudos sobre a compactação, ou seja, Proctor. Há dois tipos de 
ensaios, Proctor normal e Proctor Modificado, a diferença entre eles é a energia de 
compactação empregada no ensaio. 
O resultado desse ensaio é a curva de compactação, essa curva representa a relação 
entre densidade seca e umidade do solo após a compactação. O gráfico é plotado 
conforme a figura a seguir: 
 
Figura 4.2 – Resultado de ensaio de Proctor 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006). 
 
Para realizar o ensaio, primeiramente é preciso deixar a amostra de solo secar ao ar e 
destorroá-la. A seguir, é adicionada água para que aumente sua umidade até algo 
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entorno de 5% abaixo do limite de plasticidade (pela experiencia tátil-visual é possível 
perceber esse ponto). 
A amostra de solo preparada com esse teor de umidade é colocada em três camadas, 
cada uma das camadas deve se compactada com um soquete de 2,05 kg de massa, 
caindo de 30,5 cm de altura por 26 vezes. 
Seguindo o procedimento, uma amostra do solo é retirada para aferição da umidade e 
densidade seca. Com o mesmo solo, é feito o processo de destorroamento e adiciona-
se mais 2% de umidade, aproximadamente, e novamente é colocado no cilindro em 
três camadas, que devem ser compactadas com o soquete. 
O ensaio deve ser realizado acrescentando umidade de 2% em 2% até que se observe 
diminuição da densidade seca do solo. Conforme observa Pinto (2006), são 
necessárias, em média, seis repetições do ensaio, para que se obtenha a curva de 
compactação. 
Figura 4.3 – Esquema de ensaio de Proctor 
 
Fonte: adaptado de CAPUTO (2012). 
 
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A norma permite algumas modificações no procedimento do ensaio conforme algumas 
situações, segundo Caputo (2012): 
• Não reutilizar solo no ensaio; 
• Não secar a amostra antes do ensaio; 
• Para solos com pedregulhos, aumentar o tamanho do cilindro, altura de 
queda e peso do soquete. 
Como mencionado no início, o ensaio de Proctor pode ser modificado. Nesse caso, as 
modificações são necessárias para se adequarem às evoluções dos equipamentos de 
campo, que podem aplicar mais energia no processo de compactação. 
No ensaio modificado, as alterações são: 
• Cilindro com maior volume; 
• Maior número de camadas de solo; 
• Soquete com maior massa; 
• Maior altura de queda do soquete. 
Os procedimentos do ensaio são os mesmos do ensaio de Proctor normal. 
 
4.3 Métodos de compactação e Solos com pedregulhos 
Para discorrer sobre os métodos de compactação, é preciso lembrar que outros fatores 
irão influenciar no processo, além dos já mencionados anteriormente, também temos 
o tipo de solo e o esforço de compactação. 
Os formatos e densidade dos grãos, os argilominerais presentes, peso específico seco 
máximo e umidade ótima, são as variáveis do tipo do solo. Em areias o aumento até 
um determinado teor de umidade faz com que a densidade tenda a diminuir para 
depois aumentar até a densidade máxima para um teor ótimo de umidade. 
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A redução da densidade é em função da tensão capilar proveniente da água, que 
impede o movimento de rearranjo das partículas da areia. 
Quanto a energia de compactação, observou-se que, quando esta é menor, tende a 
aumentar o teor de umidade ótimo para máxima densificação. O inverso também foi 
observado: quanto maior a energia de compactação, menor será o teor de umidade 
ótimo para a máxima compactação do solo. 
Veja em Fundamentos de engenharia geotécnica (2015), disponível na biblioteca 
virtual, os ensaios realizados e apresentados. O livro está referenciado ao final deste 
bloco. 
Em campo, de acordo com Braja e Sobhan (2015) os equipamentos mais usuais são: 
• Rolo compactador liso; 
• Rolo compactador pé de carneiro; 
• Rolo compactador de pneus de borracha; 
• Rolo compactador vibratório. 
Cada tipo tem uma aplicação específica. Os rolos vibratórios podem ser adaptados aos 
outrostipos, e são mais aplicados na compactação de solos granulares. Também 
existem equipamentos com placas vibratórias, inclusive, de menor porte. É preciso ter 
cautela na utilização desse tipo de equipamento em função dos arredores, por causa 
da vibração provocada no solo. 
Os rolos lisos fornecem grande energia de compactação, além da cobertura de 100% 
das rodas em contato com o solo, são utilizados para o acabamento de superfície e a 
compactação de subleitos. 
 
 
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O rolo do tipo pé de carneiro é mais usado para a compactação de solo argiloso, veja 
na figura a seguir o que é um rolo pé de carneiro. 
 
Figura 4.4 – Rolo compactador pé de carneiro 
 
 
Este equipamento, com as projeções do rolo, é capaz de compactar a camada inferior 
do solo, aplicando grande energia de compactação em função desses cubos 
projetados. 
O rolo de pneus tem entre quatro a seis pneus por fileira e promove a compactação 
por esmagamento e pressão do contato do equipamento com o solo. São aplicados aos 
solos argilosos e arenosos e, nesse caso, a cobertura do contato dos pneus com a 
camada a ser compactada é de 70% a 80%, conforme o número de pneus na fileira de 
acordo com Braja e Sobhan (2015). 
 
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Figura 4.5 – Rolo compactador de pneus 
 
 
 
4.4 Energia de compactação e Aterros experimentais e estrutura dos solos 
compactados 
Nos blocos 1 e 2, foram descritas as estruturas dos solos como ocorrem na natureza. 
Porém, quando aplicado em obras de engenharia, ou remoldado, o solo tem a carga 
aliviada por escavações e sua estrutura sofre modificações. Essa “nova estrutura” é 
configurada conforme a energia e umidade aplicadas no momento da compactação. 
A estrutura pode ser classificada como floculada ou dispersa, pelo fato de a energia 
das arestas dos grãos, em atrito umas com as outras, ser maior e não superada pela 
energia de compactação. Conforme a umidade é elevada, menor energia é necessária 
para compactar e, assim, tornar a estrutura dispersa, pois a água faz aumentar a 
energia de repulsão entre as partículas. 
 
 
 
 
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Veja no gráfico a seguir a representação de como a estrutura do solo é afetada pela 
energia de compactação e umidade presente no solo: 
 
Figura 4.6 – Compactação em função da energia utilizada 
 
Fonte: Adaptado de BRAJA e SOBHAN (2015). 
Em obras de grande importância e volume de solo a ser compactado, usualmente, são 
executados aterros experimentais para verificar qual o melhor solo, equipamento de 
compactação e energia para tal. 
O aterro experimental funciona analogamente a um ensaio de Proctor, porém em 
escala maior. O aterro é dividido em partes com teores de umidade diferentes, e um 
compactador que será utilizado na obra é passado com diferentes quantidades de 
passadas nos trechos com diferentes teores de umidade, para verificar a eficiência do 
equipamento e, assim, chegar ao dimensionamento ideal do processo. 
No gráfico a seguir, temos o exemplo de um aterro experimental em que é possível 
observar, em dois tipos diferentes de solo, como a eficiência do equipamento é 
afetada pela umidade. 
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Figura 4.7 – Compactação em função da energia utilizada 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006). 
 
É importante observar, no momento da execução do aterro e da compactação, fatores 
como: a espessura da camada lançada; a necessidade de adição de água à camada 
lançada; e a pressão aplicada pelo compactador à camada. 
Em solos argilosos, por exemplo, a energia de uma carga aplicada na superfície diminui 
conforme a profundidade. Sendo assim, pode ser entendido que o lançamento de 
camadas muito espeças irá prejudicar o adensamento de sua porção mais inferior e 
todos os outros cuidados já citados em relação ao controle da umidade. 
Também se torna inviável insistir em passar o rolo compactador além do determinado 
pelos cálculos de energia de compactação, pois não há aumento de densidade seca do 
solo após aproximadamente 15 passadas, segundo Braja e Sobhan (2015). 
Em solos arenosos, o rolo compactador precisa ser equipado com os elementos que 
provoquem a vibração, pois além da pressão, auxiliam o adensamento. Mas ao 
contrário de solos argilosos, a camada superior tende a ser menos afetada pelo 
processo por não estar totalmente confinada. Assim, haverá maior compacidade em 
camadas mais profundas do solo arenoso quando compactado. Nesse solo, também se 
torna inviável a passagem do rolo além do determinado. 
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Esse tipo de ensaio, em aterros experimentais, é muito utilizado para a seleção correta 
do equipamento e dimensionamento, para garantir que a obra seja realizada com mais 
segurança e que os parâmetros desejados, para o aterro compactado, sejam 
atendidos. 
 
4.5 Compactação no campo e compactação de solos granulares 
Para a compactação de solos granulares, em algumas ocasiões, são necessárias 
técnicas não muito convencionais, em que grande quantidade de energia precisa ser 
aplicada para que aconteça a compactação até profundidades maiores. 
Uma dessas técnicas é a vibroflutuação, método desenvolvido na década de 1930, que 
consiste na introdução de uma sonda vibratória no solo. Essa sonda é introduzida, 
gradativamente, conforme lança jatos d’água com solo para cima do furo, ao mesmo 
tempo em que emite ao solo em seu redor uma vibração que faz com que uma área de 
influência seja compactada. A figura a seguir demonstra esquematicamente o 
equipamento utilizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 4.8 – Esquema de compactação por vibroflutuação 
 
Fonte: adaptado de BRAJA e SOBHAN (2015). 
 
Outro método diferente dos apresentados é a compactação dinâmica, que consiste na 
queda de um peso entre 80 a 360 kN sobre o solo granular que pretende ser adensado. 
A queda desse peso irá variar conforme a profundidade desejada de energia é atingida, 
variando entre 7,0 a 30,5 m. A onda de energia gerada por esse método é responsável 
pela densificação do solo. Veja na figura a seguir o equipamento utilizado para esse 
processo. 
 
 
 
 
 
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Figura 4.9 – Equipamento de compactação dinâmica 
 
Fonte: adaptado de BRAJA e SOBHAN (2015). 
 
A introdução de cargas explosivas contendo dinamite no solo é o método denominado 
detonação. Para esse método, é preciso que o solo seja granular e saturado. As cargas 
explosivas são colocadas a profundidade aproximada de 2/3 da espessura da camada a 
ser compactada com espaçamento lateral variando de três a nove metros, conforme 
explica BRAJA e SOBHAN (2015). 
A compactação ocorre pelo mesmo princípio dos outros dois métodos, ou seja, pela 
energia dissipada. Porém, nesse caso, por meio de uma explosão. O adensamento 
pode atingir profundidade de até 18 m. 
 
4.6 Tensões no solo, meio particulado 
O solo é um material particulado, como explanado anteriormente nos blocos 1 e 2, 
pela forma como foi desenvolvido ao longo do tempo. Quando se trata de tensões em 
qualquer material, logo lembramos da mecânica dos sólidos. 
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Você deve se atentar, no entanto, para o seguinte fato: as tensões são transmitidas 
grão a grão no solo. Em solos mais finos, essa transmissão de tensão pode acontecer 
pela água adsorvida na partícula. 
 
Figura 4.10 – Planos de transmissão de tensões no solo 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006). 
 
Como é possível observar na figura, as tensões, num plano, podem ser tangenciais e 
normais. Porém, como existem vazios no solo, esse contato e a distribuição de forças 
não ocorre por todo o plano, ou seja, há espaços vazios entre um grão e outro em que 
não há força aplicada. 
Visto que a utilização de modelos matemáticos para a resolução dessa questão se 
torna algo impraticável, é preciso adotar o conceito de tensões. 
Os termos que serão utilizados para distinguir as tensões são: tensão normal e tensão 
cisalhante. A força normal dividida por uma área é a tensão normale as forças 
tangenciais divididas pela área são as tensões cisalhantes. 
As tensões transmitidas entre os grãos, de acordo com Pinto (2006), são altas, da 
ordem de grandeza de 700 MPa. Mas, para o maciço de solo e para as aplicações em 
engenharia, dificilmente, se alcançam tensões próximas a 1 MPa. 
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Nesse sistema de transmissão de forças entre as partículas, é fundamental observar se 
o solo está saturado ou não, pois a água também pode transmitir as forças aplicadas 
ao solo. Em situações como em fundações, a saturação deve ser estudada, pois, 
havendo rebaixamento de lençol freático ou drenagem da água dos vazios, poderão 
ocorrer patologias na fundação. 
Outros conceitos importantes, no que diz respeito às tensões, são as tensões efetivas, 
tensões devidas ao peso próprio, tensões neutras ou pressão neutra. 
 
Figura 4.11 – Esquema de estrutura de solo para cálculo de tensão 
 
 
Fonte: Adaptado de PINTO (2006). 
 
Usando a ilustração como base para raciocinar, que representa um corte em um solo 
qualquer, observe que há dois planos, A e B, a profundidades Z diferentes. Em cada um 
desses planos, é exercida uma tensão diferente, pois, até o plano A existe uma 
quantidade de solo e até o plano B há mais solo exercendo tensão. 
Observe que há o nível d’água (NA), que representa a profundidade em que existe 
lençol freático e, a partir daquele ponto, o solo está saturado. 
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No ponto B, além de haver mais material, o solo, sobre ele, há presença de água que 
também exerce tensão sobre o plano. 
Conclui-se que existem três componentes de tensão a serem determinadas e 
calculadas em um perfil de solo como esse. São elas: 
• Tensão normal ou total; 
• Tensão ou pressão neutra; 
• Tensão efetiva. 
A tensão efetiva é a de maior interesse para as obras de engenharia e os efeitos do 
solo, que podem ser mensurados, são em função da variação dessa tensão. 
O comportamento do solo é bem distinto de outros materiais sólidos que, mediante a 
aplicação de tensões, sofrem deformações em forma e volume. No caso dos solos, a 
deformação em função da aplicação de uma tensão ocorre pela movimentação das 
partículas, variando forma e, em alguns casos, o volume. 
Basicamente o cálculo de tensões no solo é feito pela fórmula: 
𝜎 = ℎ. 𝛾 
A tensão (𝜎), em um ponto qualquer, será igual a profundidade (ℎ) do ponto que se 
deseja obter o parâmetro, multiplicado pelo peso específico do solo ou água (𝛾), 
quando calculada sob pressão neutra. 
 
4.7 Tensões devidas ao peso próprio 
Em uma estrutura de concreto armado, por exemplo, é preciso considerar o peso 
próprio para o dimensionamento estrutural. Quando estudamos as tensões no solo, 
ocorre o mesmo: a tensão se deve ao peso próprio do solo. 
Essa tensão é calculada em função do peso específico do solo e da profundidade em 
que se deseja conhecer essa tensão. 
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Outro fato importante é: tipos de solos diferentes têm características diferentes, 
inclusive o peso específico. Sabendo que o solo é estratificado, é preciso levar em 
consideração esse fator. 
Vamos tomar como base o perfil de solo da ilustração a seguir: 
 
Figura 4.12 – Solo estratificado mais fino e mais grosso 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006). 
 
A primeira camada de solo tem 3,5 m de espessura e é uma areia fofa com peso 
específico natural de 15,0 kN/m³. A segunda camada é de pedregulho, com 20,0 kN/m³ 
de peso específico natural e 5,5 m de profundidade a partir da primeira camada. 
O cálculo da tensão vertical, partindo do topo da camada de solo até a cota -3,5 m, é 
dado por: 
𝜎𝑣 = ℎ. 𝛾 
𝜎𝑣 = 3,5 . 15,0 = 52,5 𝑘𝑁/𝑚
2 
, 
 
 
20 
 
Esse é o valor da tensão vertical devido ao peso próprio do solo até a cota -3,5 m, a 
partir da superfície do terreno. 
Usando o mesmo exemplo, podemos calcular a tensão vertical em qualquer ponto do 
solo. Por exemplo, se for preciso saber a intensidade da tensão vertical em decorrência 
do peso próprio do solo na cota -4,5 m temos: 
𝜎𝑣 = ℎ. 𝛾 
𝜎𝑣 = 3,5 . 15,0 + 1,0 . 20,0 = 72,5 𝑘𝑁/𝑚
2 
A parte da adição da conta é referente ao trecho de 1,0 m, no qual o ponto está abaixo 
da segunda camada. Como neste ponto (-4,5 m) há a primeira camada, é preciso que 
ambas sejam consideradas no cálculo da intensidade da tensão vertical. 
O procedimento é o mesmo para qualquer estratigrafia de solo. Se há mais de duas 
camadas, basta considerar todas as que estão acima do ponto em análise. Assim 
sendo, a tensão vertical é a soma das tensões de todas as camadas acima do ponto 
analisado. 
 
4.8 Pressão neutra e tensões efetivas 
Pressão neutra no solo ou tensão neutra está relacionada à tensão que a água confere 
ao solo quando em estado saturado. A água preenche os vazios do solo e as tensões, 
além de se dissiparem por contato entre os grãos, tem parte dissipada pela água. 
 
 
 
 
 
 
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Veja o perfil de solo da figura a seguir: 
 
Figura 4.13 – Solo estratificado 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006). 
 
Note que esse perfil é estratificado, com três camadas de solos distintas, e que, à 
determinada profundidade, há presença de água e o solo está saturado do nível da 
água (NA) para baixo. Toda essa porção de solo está como uma esponja encharcada de 
água. 
Nessa situação é preciso saber a tensão vertical e a pressão neutra. 
Vamos definir que o nível da água está, a partir do topo, na cota -1,0 m e as camadas 
têm respectivamente 3,0 m; 4,0 m e 3,0 m. A primeira camada começa na cota 0,0m 
até a cota -3,0 m; a segunda camada parte de -3,0 m até -7,0 m e a última de -7,0 m 
até -10,0 m. 
Vamos tomar um ponto à cota -4,0 m e determinar a tensão vertical e pressão neutra 
até esse ponto. 
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A tensão vertical já foi exemplificada no item anterior: 
𝜎𝑣 = ℎ. 𝛾 
𝜎𝑣 = 3,0 . 19,0 + 1,0 . 16,0 = 73,0 𝑘𝑁/𝑚
2𝑜𝑢 73,0𝑘𝑃𝑎 
A pressão neutra nesse ponto, ou seja, a tensão em razão da água é: 
𝑢 = ℎ. 𝛾𝑤 
𝑢 = 3,0 .10,0 = 30,0 𝑘𝑃𝑎 
Com tensão vertical e pressão neutra é possível determinar a tensão efetiva do solo. 
Somente com esse dado é possível realizar os estudos de resistência e deformações. 
A tensão efetiva é determinada por: 
𝜎𝑒 = 𝜎𝑣 − 𝑢 
É muito importante observar qual o valor de peso específico do solo foi fornecido para 
calcular corretamente as tensões, ou seja, se foi peso específico seco, natural, 
aparente seco, submerso ou saturado. 
Voltando ao exemplo anterior, o cálculo da tensão efetiva do solo na cota -4,0 m será: 
𝜎𝑒 = 𝜎𝑣 − 𝑢 
𝜎𝑒 = 73,0 − 30,0 = 43,0 𝑘𝑃𝑎 
Usando o mesmo perfil de solo, o cálculo da tensão efetiva à cota -10,0 m será: 
𝜎𝑣 = ℎ. 𝛾 
𝜎𝑣 = 3,0 . 19,0 + 4,0 . 16,0 + 3,0 . 21 = 184,0𝑘𝑃𝑎 
Pressão neutra: 
𝑢 = ℎ. 𝛾𝑤 
𝑢 = 9,0 . 10,0 = 90,0 𝑘𝑃𝑎 
 
, 
 
 
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A tensão efetiva na cota -10,0 m é: 
𝜎𝑒 = 𝜎𝑣 − 𝑢 
𝜎𝑒 = 184,0 − 90,0 = 94,0 𝑘𝑃𝑎. 
Veja, na ilustração a seguir, a representação das tensões verticais e neutras observadas 
no perfil do exemplo. 
 
Figura 4.14 – Gráfico de tensões no solo 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006).
, 
 
 
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4.9 Água capilar no solo 
A água capilar no solo tem comportamento semelhante à água em tubos capilares. 
Quando um tubo capilar é colocado em contato com a superfície da água, esta irá subir 
pelo tubo até uma determinada altura. 
A figura a seguir ilustra esse processo: 
 
Figura 4.15 – Esquema ilustrando a água capilar 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006). 
As moléculas da água se posicionam de forma diferente na superfície, em relação às 
moléculas que estão envolvidas na massa de água. Isso faz com que exista uma tensão 
superficial no líquido. Em função da pressão atmosférica, a água tende a subir pelo 
tubo capilar em determinada altura que tenha equilíbrio das forças atuantes. 
Como representado na figura, os pontos A, D e F estão com a mesma pressão: pressão 
atmosférica. A pressão é calculada pela massa deágua que há sobre os pontos B e C, 
ou seja, o peso específico da água multiplicado pela altura do ponto até a superfície. 
O ponto E apresenta pressão igual à subtração da pressão atmosférica pela altura em 
relação ao nível da água. 
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25 
 
De acordo com Pinto (2006), em tubos capilares de vidro liso com diâmetro de 0,01 
mm, a altura atingida pela água é de 3,0 m. Caso o tubo tenha 0,1 mm a altura pode 
chegar a 30,0 cm e para tubos de 1,0 mm, a água ascende 3,0 cm. 
Quanto menor o tubo capilar, mais alta é a ascensão da água. O senso comum nos 
causa a impressão de que, em função da atração da gravidade, a água não subiria, 
mas, devemos nos lembrar que, como qualquer outro material, sua superfície está sob 
pressão atmosférica. Combinando esses fatores, a tensão superficial da água ou de 
qualquer outro líquido em um tubo extremamente fino, haverá a ascensão do líquido 
no interior desse tubo. 
Você pode observar isso ao colocar uma esponja seca sobre um prato com água, a 
água irá para o interior da esponja por ascensão capilar. O solo com seus vazios 
funciona mais ou menos da mesma forma. 
Os vazios do solo podem ser tão pequenos quanto tubos capilares, porém, irregulares. 
O comportamento da água nesses capilares irá variar conforme varia a formação do 
solo e seu histórico. 
A altura máxima que a ascensão capilar de água no solo pode atingir irá depender 
muito do tamanho desses meniscos capilares, que, por sua vez, dependem do 
tamanho dos grãos, índice de vazios, grau de compactação, entre outros. 
Da mesma forma que nos tubos capilares, quanto menor o diâmetro dos meniscos 
capilares mais alta será a ascensão. 
Em solos argilosos, pode atingir dezenas de metros, em siltes de 3,0 a 4,0 metros, para 
areias, a ascensão é em torno de 1,0 a 2,0 metros e, em pedregulhos, alguns 
centímetros. 
Na região em que o solo está saturado, não há água capilar, apesar de ela preencher 
todos os vazios do solo. Quando o nível da água do lençol freático baixa, os vazios 
tendem a esvaziar-se seguindo o sentido do fluxo e, contraposto a esse fluxo, há 
tensão superficial da água forçando-a no sentido contrário. 
, 
 
 
26 
 
Os tubos em contato com a superfície do lençol serão preenchidos por essa água em 
ascensão. Caso não exista mais esse contato, mas a água permaneça no interior, será 
de forma descontinua, contrariamente aos meniscos capilares em contato com o 
lençol freático. 
A água que não tem contato com o lençol freático, mas permanece nos capilares, pode 
provocar o que se nomeia de coesão aparente. Quando se adiciona água a uma areia 
seca para conseguir moldá-la, a água promove atração entre os grãos. 
 
Figura 4.16 – Ilustração da tensão capilar atraindo grãos de solo 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006). 
Essa atração é provocada pela tensão superficial da água, que tende a atrair um grão 
de solo ao outro. A coesão é aparente, pois, aumentando a quantidade de água, 
perde-se a capacidade do solo de se manter agregado, bem como, se a água for 
retirada ou evaporada, não haverá mais a tensão superficial provocando a atração 
entre as partículas. 
 
 
 
, 
 
 
27 
 
4.10 Tensões devido às sobrecargas 
Ao aplicar uma carga no solo, esta será transmitida grão a grão, conforme foi visto 
anteriormente no caso das tensões em razão do peso próprio. 
As tensões devido à sobrecarga são tensões causadas por qualquer objeto, edificação, 
fundação, equipamento, ou qualquer coisa que se apoie ou se assente sobre o solo. 
Essas cargas são absorvidas pelo solo e, então, são dissipadas. Veja na ilustração a 
seguir como ocorre esse processo. 
 
Figura 4.17 – Ilustração da dissipação da tensão de sobrecarga no solo 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006). 
Imagine uma carga delimitada aplicada sobre solo: o solo irá absorvê-la e dissipá-la de 
acordo com sua profundidade e espraiamento. A profundidade em que toda a carga é 
dissipada é em função do formato e da área em que é aplicada. O espraiamento será 
em função da profundidade em que o acréscimo de tensão no solo se torna 
insignificante. 
Essas profundidades, em função do formato e área que a carga é aplicada, serão mais 
detalhadas em Fundações e Obras de Terra. O importante, nesse momento, é 
entender a mecânica do solo quando solicitado por uma sobrecarga. 
, 
 
 
28 
 
Convenciona-se, para efeito de cálculo, a definição do acréscimo de tensão, segundo 
planos e áreas crescentes às profundidades distintas, a partir da carga, como ilustrado 
anteriormente para simplificação dos cálculos. 
A carga no solo é dissipada, na verdade, em formato de bulbos, como a figura a seguir: 
 
Figura 4.18 – Ilustração de bulbo de tensões no solo 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006). 
Esses bulbos representam o decréscimo das tensões conforme se distanciam do plano 
de aplicação da carga, tanto no sentido vertical, quanto no horizontal. 
O método do espraiamento, apesar de não conferir precisão no resultado das tensões 
calculadas, proporciona uma boa estimativa para alguns métodos de cálculo e 
dimensionamento de fundações. 
 
 
 
 
 
 
, 
 
 
29 
 
Figura 4.19 – Ilustração do cálculo de tensão devido à sobrecarga no solo 
 
Fonte: adaptado de PINTO (2006). 
Observe que, nesse método, é considerada a tensão em um plano inferior constante 
em toda a área de espraiamento. O espraiamento tende a aumentar, 
incessantemente, quanto mais profundo for o ponto em análise, o que, na realidade, 
não irá acontecer, pois, a partir de certa profundidade o acréscimo é desprezível. 
O cálculo da tensão a uma profundidade desejada é dado por: 
𝜎𝑣 =
2 . 𝐿
2 . 𝐿 + 2 . 𝑧 . 𝑡𝑔30°
 . 𝜎0 
O espraiamento é dado por: 
𝑧. 𝑡𝑔30° 
 
Conclusão 
No bloco anterior, você aprendeu sobre as propriedades dos solos e como classificá-
los. Neste bloco, você viu o processo de compactação do solo e sua importância para 
as obras de engenharia, métodos de ensaio, métodos de compactação e como a 
energia aplicada na compactação e teor de umidade presente no solo podem afetar 
positiva ou negativamente esse processo. 
, 
 
 
30 
 
O solo é o responsável por suportar e dissipar as cargas nele aplicadas. Dessa forma, 
explanou-se sobre como as tensões em meio particulado são transmitidas de grão em 
grão e a influência dos espaços vazios entre uma partícula e outra. Atenção especial 
deve ser dada à água, seja no solo saturado ou pela água capilar, que preenche todo 
ou parte dos vazios do solo e afetam suas características de resistência e consistência. 
 
REFERÊNCIAS 
BRAJA M. DAS; SOBHAN, K. Fundamentos de engenharia geotécnica. 3. ed. São Paulo: 
Cengage Learning, 2015. E-book. 
CAPUTO, H. P. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 
3v. E-book. 
MASSAD, F. Obras de terra: curso básico de geotecnia. 2 ed. São Paulo: Oficina de 
Textos, 2010. 
PINTO, C. S. Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas. 3 ed. São Paulo: Oficina 
de Textos, 2006. 
 
REFERÊNCIAS COMPLEMENTARES 
BODÓ, B; JONES, C. Introdução à mecânica dos solos. Rio de Janeiro: LTC, 2017. E-
book. 
CRAIG, Robert F; KNAPPETT, J. A. Mecânica dos solos. 8 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014. 
E-book.