Aula 05 Mecânica dos Solos

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Mecânica dos Solos
AULA 05 – SOLOS FINOS E SOLOS GRANULARES
ENGENHARIA CIVIL
Profª. Drª Nágilla Huerb de Azevedo
nagilla.azevedo@estacio.br
ENGENHARIA CIVIL
ESTADO DOS SOLOS
o Como já vimos o solo pode ser entendido como um elemento trifásico composto por uma estrutura
mineral entremeada de vazios.
o Por isso, o solo é considerado um material poroso onde a proporção de ar e água em seus poros
varia por influência de fatores internos e externos.
o Todas as vezes que examinamos um solo em que os vazios estiverem completamente preenchidos
de água, você poderá afirmar que este solo encontra-se saturado. Caso contrário, dizemos que o
solo encontra-se não saturado.
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ESTADO DOS SOLOS
o Este conceito é ainda mais importante quando se percebe que o comportamento mecânico dos
solos é fortemente influenciado pela presença e pela variação da água em sua estrutura.
o E, de acordo com origem, a formação e as características dos minerais, as partículas que compõem
o arcabouço sólido dos solos apresentam diferentes dimensões e formas.
o Estas variações geométricas também exercem grande influência sobre o comportamento mecânico
e sobre as propriedades físicas dos solos.
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ESTADO DOS SOLOS
o Dizemos que o estado dos solos é determinado da proporção em que as três fases se apresentam
na natureza, e isso irá determinar como ele irá se comportar mecanicamente.
o Pela importância do estado dos solos, para a compreensão do seu comportamento mecânico,
utilizamos as propriedades dos índices físicos do solo.
o Exemplo: Se o índice de vazios de um solo for reduzido por meio de um processo mecânico de
compactação, espera-se que sua resistência também aumente.
o Assim, iremos utilizar as propriedades dos índices físicos dos solos para determinar também seu
estado.
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O que é Coesão??
É a resistência que a fração argilosa empresta ao solo, pela qual ele se torna capaz de se manter coeso,
em forma de torrões ou blocos, podendo ser cortado ou moldado em formas diversas e manter essa
forma.
De acordo com Milton Vargas coesão é a maior ou menor resistência que um torrão de argila apresenta
ao se tentar deformá-lo. Solos com essa propriedade denominam-se coesivos.
Solos não coesivos, como areias e pedregulhos, esboroam-se facilmente ao serem cortados ou
escavados.
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➢ Tamanho e forma das partículas do solo
As partículas minerais que constituem os solos possuem diferentes tamanhos (granulometria) e formas.
Agentes de 
intemperismo e 
de transporte 
Um solo pode estar constituído 
de partículas dos mais diversos 
tamanhos
Intemperismo físico (desintegração) – é
capaz de originar partículas de tamanhos até
cerca de 0,001mm
Intemperismo químico (decomposição) – é
capaz de originar partículas de diâmetro
menor que 0,001mm
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Nos solos sedimentares, os agentes de transporte são os grandes responsáveis pela
forma que as partículas minerais tomam
Solos submetidos a longos trajetos de transporte e 
em condições severas de abrasividade tendem a 
possuir forma esférica.
Ex: areias de origem fluvial
Partículas esféricas angulares propiciam 
solo com maior ângulo de atrito interno 
efetivo – quanto maior esse ângulo, maior 
a resistência que o material oferece às 
deformações.
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O tipo dos minerais também influencia fortemente na forma final das partículas dos solos
Grão Lamelar
(duas dimensões são 
maiores que a terceira)
Grão Acicular
(uma das dimensões 
prevalece sobre as 
outras duas)
OU
Caracterizam
Argilominerais
Solos sedimentares - tendem a possuir grãos minerais em forma
esférica
Solos residuais – tendem a possuir grãos com formatos irregulares
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ABNT NBR 6502/1995 – classifica os solos em função do tamanho de suas partículas conforme:
• Bloco de rocha – fragmentos de rocha com diâmetro superior a 1,0 m;
• Matacão – fragmentos de rocha com uma dimensão entre 200 mm e 1,0 m;
• Pedregulho – formados por minerais ou partículas de rocha, com diâmetro entre 2,0mm e 60 mm. Quando
arredondados ou semi arredondados, são denominados cascalhos ou seixos;
• Areia – solo não coesivo, formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros compreendidos entre
0,06mm e 2,0mm. A areia de acordo com o diâmetro é subclassificada em:
• Areia grossa – granulometria de 0,60mm a 2,0mm
• Areia média – granulometria de 0,2mm a 0,60mm
• Areia fina – granulometria de 0,06mm a 0,2mm 
• Silte – solo que apresenta baixa ou nenhuma plasticidade e baixa resistência quando seco ao ar. É formado por
partículas com diâmetros compreendido entre 0,002mm e 0,06mm;
• Argila – solo de graduação fina constituída por partículas com dimensões menores que 0,002mm; Caracteriza-
se pela sua plasticidade, textura e consistência em seu estado e umidade naturais.
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➢ Estado dos solos granulares
Solos granulares, também denominados como AREIA, seu estado será mensurado pela propriedades índice
de vazios.
O estado da areia, ou sua compacidade será em geral caracterizado como areia fofa ou areia compacta.
Entretanto, este dado isolado, fornece pouca informação sobre o comportamento da areia, então é
necessária a definição dos extremos superior (máximo) e inferior (mínimo) do índice de vazios deste solo:
o MAIS COMPACTOS – mais densos e com menor índice de vazios
o MAIS FOFOS – maior índice de vazios
𝐺𝐶(𝑔𝑟𝑎𝑢 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒) =
(𝑒 𝑚á𝑥 − 𝑒 𝑛𝑎𝑡)
(𝑒 𝑚á𝑥 − 𝑒 𝑚í𝑛)
Grau de compacidade = compacidade relativa = densidade relativa
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𝐺𝐶(𝑔𝑟𝑎𝑢 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒) =
𝑒 𝑚á𝑥 − 𝑒 𝑛𝑎𝑡
(𝑒 𝑚á𝑥 − 𝑒 𝑚í𝑛)
𝑒 𝑚í𝑛 − é encontrado através de um ensaio que
vibra a areia dentro de um frasco.
𝑒 𝑚á𝑥 – é encontrado através de um ensaio que coloca a areia 
cuidadosamente em um frasco com uma queda controlada, 
determina-se o peso específico e calcula-se o 𝑒 𝑚á𝑥.
o Fofa (solta) - GC < 0,33
o Medianamente compacta – 0,33 < GC < 0,66
o Compacta – GC > 0,66
Podemos intuir que a areia compacta apresenta, em geral, maior 
resistência e menor deformabilidade.
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➢ Estado dos solos finos
Solos finos, também denominados como ARGILA, seu estado será mensurado pela sua resistência à
compressão.
o Resistência à compressão < 25 kPa = CONSISTÊNCIA MUITO MOLE
o Resistência à compressão > 100 kPa = CONSISTÊNCIA RIJA
Dada as características e a complexidade dos argilominerais, a simples análise granulométrica não se
mostra suficiente para caracterizar seu comportamento mecânico.
As propriedades plásticas na argila mostram-se dependentes do seu teor de umidade, da forma de suas
partículas constituintes e de sua composição química e mineralógica.
PLASTICIDADE – consiste na maior ou menor capacidade dos solos serem moldados, sob certas condições
de umidade, sem variação de volume. E é considerada uma das mais importantes propriedades das argilas.
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Normalmente as argilas encontram-se saturadas, e os teores de umidade que definem o estado ou
consistência de uma argila são definidos como limites de consistência.
Para cada teor de umidade alcançado, em uma escala crescente de umidade as argilas apresentarão
determinada consistência, LIMITES DE CONSISTÊNCIA:
SÓLIDA SEMI-SÓLIDA PLÁSTICA LÍQUIDA
% UMIDADE
Limite de 
Liquidez - LL
Limite de 
Plasticidade - LP
Limite de Contração -
LC
Limites de 
Atterberg
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Limites de Consistência:
Por meio da caracterização dos limites de consistência, podemos avaliar a plasticidade dos solos. A
plasticidade é uma propriedade característica das argilas, e consiste na capacidade de ser moldado sem
variação de volume, sob certas condições de umidade.
Com o objetivo de delimitar a umidade na qual o solo apresenta essa condição plástica, existem dois
valores a serem conhecidos: o limite de plasticidade e o limite de liquidez.
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➢ Limites de Plasticidade:
Esse mesmo solo em estado plástico,ao perder umidade, chega a apresentar certa desagregação quando
trabalhado. Esse estado é chamado de semi-sólido. A umidade equivalente ao limite entre os estados
plástico e semi-sólido é chamado de limite de plasticidade (LP).
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➢ Limite de Liquidez:
Os solos muito úmidos apresentam certa fluidez, quando falamos que esses solos se encontram em
estado líquido.
Quando ocorre a perda de umidade desse solo, ele passa para o estado plástico. A umidade equivalente
ao limite entre o estado líquido e plástico é denominada limite de liquidez (LL).
Quanto maior a capacidade do solo em absorver água sem entrar no estado líquido, maior será seu
limite de liquidez.
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➢ Limite de Liquidez:
Limites de Consistência
A diferença numérica entre o LL e o LP é chamado de índice de
plasticidade (IP). Esse índice apresenta o intervalo de umidade em que
o solo se encontra no estado plástico. Quanto maior o IP, maior será o
intervalo onde o solo se encontrará em estado plástico, ou seja, maior
será a plasticidade do solo.
O IP é a quantidade máxima de água a ser adicionada ao solo de modo
que ele passe do estado plástico para o estado líquido.
Como a plasticidade é uma característica das argilas, podemos dizer
que o IP é função da quantidade de argila presente no solo.
Por isso, solos arenosos, sem a presença de argila o IP = 0, logo o solo
não é plástico.
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➢ Ensaios
• Limite de Liquidez
É obtido de forma empírica por meio do equipamento denominado “aparelho de Casagrande”, normatizado pela NBR
6459 (2016).
O ensaio consiste em inserir amostras de solo na concha do aparelho com
diferentes teores de umidade.
Para cada amostra, a espessura do solo na parte central deve ser de 1cm.
Após isso é feita a canelura (abertura) na amostra, com um cinzel
padronizado.
O ensaio então inicia-se, a cada giro da manivela a concha se eleva e
desce tocando a base do aparelho (golpe). O número de golpes do
aparelho é contado até o momento em que as bordas do solo se unam,
numa extensão de 1cm.
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➢ Ensaios
• Limite de Liquidez (LL)
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➢ Ensaios
• Limite de Liquidez (LL)
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➢ Ensaios
• Limite de Liquidez (LL)
Normalmente são feitos ensaios com 3 a 5 umidades diferentes. Como resultado, tem-se o gráfico
“umidade (%) x número de golpes”. De forma lógica, quanto maior a umidade do solo, menor será o
numero de golpes necessários para unir as bordas.
O limite de liquidez é o valor da abscissa
correspondente ao ponto da reta cuja
ordenada representa 25 golpes. Assim,
o exemplo do gráfico LL = 52,8%
Linha de escoamento
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➢ Ensaios
• Limite de Plasticidade (LP)
É obtido de forma empírica, normatizado pela NBR 7180 (2016).
O ensaio consiste em separar uma amostra de solo e moldá-la na forma
de um cilindro de diâmetro uniforme sobre uma placa de vidro. Quando o
diâmetro do cilindro atingir 3mm (igual o cilindro comparador) e cerca de
10cm de comprimento, a amostra é novamente amassada, e repete-se
sucessivamente a operação de formar cilindros de 3mm.
A partir do momento que a amostra de solo desagregar antes de o cilindro
atingir os 3mm, a rolagem da amostra é interrompida, e seus pedaços são
transferidos para uma cápsula de alumínio, com o objetivo de obter-se a
umidade dessa amostra de solo.
Assim, o limite de plasticidade é expresso pela média desses teores de
umidade.
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➢ Limite de Plasticidade:
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Os limites de umidade que definem os índices de consistência dá-se o nome de LIMITES DE
ATTERBERG, em homenagem ao químico sueco Albert Atterberg.
A seguir, um esquema dos diferentes estados ou consistência de uma argila em função da umidade.
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Principais características de cada estado de consistência de uma argila em função do teor de
umidade:
➢ Estado líquido: o solo apresenta as propriedades e a aparência de uma suspensão, sem
nenhuma resistência ao cisalhamento;
➢ Estado plástico: o solo apresenta o comportamento mecânico de acordo com a propriedade de
plasticidade;
➢ Estado semisólido: o solo tem a aparência de um sólido, entretanto ainda passa por variações
de volume ao ser secado;
➢ Estado sólido: não ocorrem mais variações de volume decorrentes da secagem do solo.
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Índice de consistência (𝐼𝐶) =
𝐿𝑖𝑚.𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒𝑧 −𝑡𝑒𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙
𝐿𝑖𝑚.𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒𝑧 −𝐿𝑖𝑚.𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒
= 
𝐿𝐿 −ℎ
𝐼𝑃
As argilas se classificam em:
Terzaghi propôs a utilização de um conceito denominado índice de consistência para determinar o estado de 
uma argila, conforme os teores de umidade-limite. 
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𝐼𝑃(í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒) = Limite de Liquidez – Limite de Plasticidade
O IP mensura a quantidade de água necessária para que um solo venha a mudar do estado plástico
para o líquido.
➢ Solos com IP entre 1 a 7 são considerados fracamente plásticos
➢ Solos com IP entre 7 a 15 são considerados medianamente plásticos
➢ Solos com IP acima de 15 são considerados altamente plásticos (Ex: argila orgânica, encontrada
em manguezais)
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• Limite de Contração (LC)
Teor de umidade a partir do qual o solo não mais se contrai, não obstante continue perdendo peso, é
feita tendo em vista que o índice de vazios da amostra é o mesmo, quer quando ainda saturada, quer
estando completamente seca.
LC =
𝑃𝑢−𝑃𝑠
𝑃𝑠
−
(𝑉𝑢 −𝑉𝑠) ∗ γ𝑎
𝑃𝑠
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• Grau de contração do solo (C)
Como a “compressibilidade” de um solo cresce com o grau de contração este índice fornece uma
indicação da qualidade do solo, embora sem nenhum caráter decisivo. Tem-se:
C =
(𝑉𝑢−𝑉𝑠)
𝑉𝑢
• Solos bons – C < 5%
• Solos regulares – 5 < C < 10%
• Solos ruins – 10 < C < 15%
• Solos péssimos – C > 15%
Exercício
1) Após o ensaio de limite de liquidez obteve-se os seguintes dados:
Nº de golpes
36
29
23
18
13
h (%)
35,8
37,7
40,2
44,8
49,2
E de um ensaio de limite de plasticidade 
obteve-se os seguintes dados:
Cápsula nº
118
119
120
h (%)
19,3
18,7
19,7 Com base nesses resultados, calcular o LL, LP e IP deste solo.
LL = 38%
𝑳𝑷 =
19,3 + 18,7 + 19,7
3
= 𝟏𝟗, 𝟐𝟑%
IP = LL – LP = 38 – 19,23 = 18,77%