Pontifícia Universidade
Católica de Goiás
Geotecnia I
Índices Físico
Disciplina: Geotecnia 1
Prof.: João Guilherme Rassi Almeida
O ESTADO DO SOLOS
Índices físicos entre as três fases: os solos são constituídos de
três fases:
Geotecnia I
• Partículas sólidas;
• Água;
• Ar
Comportamento do solo – F(quantidade relativa de cada fase)
2
O ESTADO DO SOLOS
Pw
w
100
Ps
Geotecnia I
 TEOR DE UMIDADE (w):
• dependem do tipo de solo;
• dado em %;
• variam de 10 a 40%*
* Solos orgânicos (w > 150%)
3
ÍNDICES FÍSICOS
 ÍNDICE DE VAZIOS (e):
• adimensional;
• varia de 0,5 a 1,5;
• argila orgânica (e > 3);
• não é obtido, mas sim calculado;
• não pode ser zero.
Geotecnia I
Vv
e
Vs
 POROSIDADE (n):
• relação entre volume de vazios e volume total
• unidade em (%);
• varia de 30 a 70%;
• não pode ser 0 nem maior que 100%.
Vv
n
 100
V
4
ÍNDICES FÍSICOS
 GRAU DE SATURAÇÃO (S ou Sr):
• unidade em (%);
• varia de 0 a 100%.
Vw
S
100
Vv
 PESO ESPECÍFICO DOS GRÃOS OU SÓLIDOS (γS):
• unidade em (kN/m³);
Ps
• varia de 24 a 30 kN/m³;
s 
• determinado em Laboratório
Geotecnia I
Vs
 PESO ESPECÍFICO DA ÁGUA (γw):
• unidade em (kN/m³);
• função da temperatura;
• valor adotado de 10 kN/m³.
Pw
w 
Vw
5
ÍNDICES FÍSICOS
Geotecnia I
 PESO ESPECÍFICO NATURAL (γn):
• unidade em (kN/m³);
n
• varia de 17 a 21 kN/m³;
• exceção argilas moles com 14 kN/m³;
• obtido em Laboratório (volume conhecido ou balança
hidrostática)
 PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO (γd):
• unidade em (kN/m³);
• varia de 13 a 19 kN/m³;
• exceção argilas moles com 4 kN/m³.
 PESO ESPECÍFICO SATURADO (γsat):
• unidade em (kN/m³);
• da ordem de 20 kN/m³.
P

V
Ps
d 
V
 sat
Psat

V
6
ÍNDICES FÍSICOS
 PESO ESPECÍFICO SUBMERSO (γsub):
• unidade em (kN/m³);
• cálculos de tensões efetivas;
• da ordem de 10 kN/m³.
Geotecnia I
 sub   nat   w
 RELAÇÃO ENTRE OS ÍNDICES
Apenas três dos índices apresentados são obtidos diretamente
em laboratório: w, γs e γn .
Os demais são calculados por correlações (equações).
7
Geotecnia I
ÍNDICES FÍSICOS
• Vs = 1
• Vv = e
• Vw = S.e
8
ÍNDICES FÍSICOS
 RELAÇÕES DIRETAS:
e
n
1 e

 s (1  w)
1 e
d 
s
1 e
 sat 
 s  e w
1 e
 EQUAÇÕES DEDUZIDAS:
1 w
s
e
1
d
s w
S
e  w
Geotecnia I
d 
n
9
ÍNDICES FÍSICOS
Geotecnia I
 VALORES TÍPICOS
*Loess = solto, fofo / formados em ambientes desérticos e glaciais / pouco
intemperizados quimicamente / Ocorrência: China, Alemanha, EUA
*Till glacial = material depositado por geleiras e contendo partículas de todos os
tamanhos
10
ÍNDICES FÍSICOS
 TODAS EQUAÇÕES PODEM SER ESCRITAS EM
TERMOS DE MASSA ESPECÍFICA (ρ)

ou
Geotecnia I

 s (1  w)
d 
1 e
Gs  w (1  w)
1 e
 sat 
s
1 e
ou
Gs  w
d 
1 e
Densidade relativa:
s
s
Gs 
ou
w
w
Adimensional
 s  e w
1 e
ou
 sat
(1  w)Gs  w

1 e
11
ÍNDICES FÍSICOS
Geotecnia I
Exercício 1: O peso específico natural de um solo
é 16,5 kN/m3. Sabendo que w = 15% e Gs = 2,7,
determine:
e
a)
Peso específico seco
b)
Porosidade
c)
Grau de saturação
s
s
Gs 
ou
w
w

 s (1  w)
n
1 e
s w
S
e  w
s
e
1
d
d 
 sat 
1 e
 s  e w
1 e
 sub   nat   w
s
1 e
d 
n
1 w
12
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
O estado em que se encontra uma areia pode ser expresso pelo seu
índice de vazios.
• para se saber o estado é necessário comparar o e com relação ao emax e emin .
• emax é obtido colocando-se cuidadosamente o material em um frasco, com
uma queda controlada. Determina-se o peso específico e calcula-se o emax
• emin é obtido vibrando-se a areia dentro de um molde.
Os índices de vazios máximos e mínimos dependem das características das areias.
Geotecnia I
Descrição 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
13
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
- Maior o CR; mais
compacta é a areia
Geotecnia I
Estando as duas areias com e = 0,65. Qual areia é mais
compacta?
COMPACIDADE RELATIVA
emax  enat
Dr ou CR 
emax  emin
(
1  nmin )  (nmax  n )
Dr ou CR 
(nmax  nmin ) (1  n)
14
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
Quanto maior o CR, mais compacta é a areia.
CLASSIFICAÇÃO
Areia fofa
Areia de compacidade média
Areia compacta
CR
abaixo de 0,33
entre 0,33 e 0,66
acima de 0,66
Areia compacta:
Geotecnia I
maior resistência;
deformabilidade
15
ESTADO DAS AREIAS - COMPACIDADE
Exercício 2:
 sub   nat   w
Geotecnia I
No campo obteve-se que um solo arenoso foi
compactado numa massa específica úmida de 1.720
g/cm3 e num teor de umidade de 9,0%. Em
laboratório, determinou-se que Gs = 2,66, emax = 0,82
e emin = 0,42. Pede-se para determinar sua
compacidade relativa quando compactado.
s
s
s
s w
e
e


1
Gs 
ou
n
S
1 e
e  w
w
w
d

 s (1  w)
1 e
d 
s
1 e
d 
n
1 w
emax  enat
CR 
emax  emin
 sat 
 s  e w
1 e
16
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
Manuseio: Areia se desfaz ≠ Argila possui consistência
Característica relacionada a firmeza,
aderência e resistência.
A resistência das argilas é expressa por meio
do ensaio de compressão simples, devido a
isso tem-se:
Geotecnia I
CONSISTÊNCIA
RESISTÊNCIA, EM kPa
Muito mole
<25
Mole
25 a 50
Média
50 a 100
Rija
100 a 200
Muito rija
200 a 400
Dura
>400
 Arranjo entre os grãos;
 Índice de vazios.
17
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
 SENSITIVIDADE DA ARGILA
- Solos Sedimentares (arranjo estrutural das partículas)
- Solo Residual (características da rocha mãe; ou sais
depositados entre as partículas, causando efeito cimentante
em solos lateríticos)
Resistencia da argila natural (Ri) > Resistência de argila amolgada (Ra)
e_i = e_A
Geotecnia I
- CP Amolgado = CP moldado (rompe-se a estrutura do solo e molda-o)
- Maior a sensitividade; menor resistência amolgada
S
Rindeformad o
Ramo lg ado
Resistência medida pelo ensaio de
compressão simples
18
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
Geotecnia I
 SENSITIVIDADE DA ARGILA
SENSITIVIDADE
CLASSIFICAÇÃO
1
Insensitiva
1a2
Baixa sensitividade
2a4
Média sensitividade
4a8
Sensitiva
>8
Ultra-sensitiva (quick clay)
Indica que se argila vier a sofrer uma ruptura, sua resistência
após esta ocorrência é bem menor.
Baixada Santista → Suporta um aterro natural de 1,5m → Após
a ruptura (amolgada), não suporta mais do que 0,5m de altura.
19
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
 Índice de consistência
Estado em f(e) → f (w)
Da mesma forma que o e, por si só das areias não diz nada, o
teor de umidade, por si só, não indica o estado das argilas.
(Limites de consistência)
Comportamento Semelhante:
Argila A (wL = 80)
Argila B (wL = 50)
Geotecnia I
Argila B
Argila A
wp
w w
L
wp
w
wL
Indica a posição relativa da
umidade aos limites de
mudança de estado.
wL  w
IC 
wL  wp
20
ESTADO DAS ARGILAS - CONSISTÊNCIA
Geotecnia I
 Índice de consistência
CONSISTÊNCIA
ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA
Mole
< 0,5
Média
0,5 a 0,75
Rija
0,75 a 1,0
Dura
> 1,0
Exercício 3: Com os dados de uma argila apresentados a
seguir, determine seu índice de consistência e sua
sensitividade:
Rindeformad o
S
◦ wnatural = 50%;
Ramo lg ado
◦ wL = 60%;
◦ wP = 35%;
wL  w
IC 
◦ Rnatural = 82 kPa;
wL  wp
◦ Ramolgado = 28 kPa.
21
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
Para projetos de engenharia, deve
reconhecimento dos solos:
 Identificação;
 Avaliação do estado;
 Amostragem (ensaios de lab.)
ser
feito
um
 SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO (NBR-6484)
A sondagem consiste em dois tipo de operação: PERFURAÇÃO E
AMOSTRAGEM.
Geotecnia I
PERFURAÇÃO ACIMA DO NÍVEL D’ÁGUA
- Furos com trado (10cm de diâmetro);
- Esforço da penetração dá ideia da consistência ou compacidade do
solo;
- Utiliza-se tubo de revestimento para amostragem.
22
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
DETERMINAÇÃO DO NÍVEL D’ÁGUA
Geotecnia I
- Surgimento de água no interior da perfuração
- Registra-se a cota do N.A
- Ocorre elevação do N.A. → água sob pressão → nova
cota
- Diferença de cota = pressão de água (ocorre
geralmente em areias recobertas por argila, ou camadas
de argila)
- Pressões influenciam na estabilidade de escavações
- Nivel de água varia durante o ano
23
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
Geotecnia I
PERFURAÇÃO ABAIXO DO N.A:
 Atingido o N.A a perfuração pode continuar com a
técnica de circulação de água (percussão e lavagem);
 Uma bomba d’água injeta água na extremidade do
tubo, através de uma haste;
 A água sai sobre pressão;
 Metro em metro ou com alteração do solo, recolhe-se
amostra para identificação
 Perf. Lavagem + rápida que por trado (acima
alteraria as condições de umidade)
24
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
AMOSTRAGEM
Geotecnia I
 Na sondagem com amostrador padrão, utiliza-se um
tubo com 50,8 mm de diâmetro externo e 34,9 mm de
diâmetro interno, com extremidade cortante biselada.
25
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
Geotecnia I
AMOSTRAGEM
- Coleta de amostra de
metro em metro.
- Exame tátil-visual
26
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
Geotecnia I
AMOSTRAGEM
- Martelo = 65kg;
- 75 cm de queda livre;
- alteamento manual ou mecânico;
- penetração de 45cm.
27
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO
Penetration Test) – NBR 6484/97
–
SPT
(Standard
Geotecnia I




Resitência do solo à penetração do amostrador
Nº golpes  cravar cada trecho de 15 cm do amostrador;
Primeiros 15cm  desprezado
Resistência à penetração  Nº de golpes para cravar
30cm;
 Resistência a penetração = N SPT (relação direta com o
estado do solo)
 Solo Frágil (1 golpe penetra > 45 cm)  Ex.: 1 golpe /
58cm
28
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard
Penetration Test) – NBR 6484/97
 A cravação é interrompida antes dos 45cm quando:
Geotecnia I
 em qualquer dos 3 segmentos de 15cm, o n° de
golpes ultrapassar 30;
 um total de 50 golpes tiver sido aplicado durante
toda cravação (impenetrável ao SPT);
 não se observar cravação durante 5 golpes
consecutivos.
29
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard
Penetration Test) – NBR 6484/97
Critérios de parada:
 quando, em 3m sucessivos, se obtiver 30 golpes para
Geotecnia I
penetração dos 15 cm iniciais;
 quando, em 4m sucessivos, se obtiver 50 golpes
para penetração dos 30cm iniciais;
 quando, em 5m sucessivos, se obtiver 50 golpes
para a penetração dos 45cm.
30
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
Geotecnia I
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO – SPT (Standard
Penetration Test)
Resistência à
penetração (NSPT)
Compacidade
da areia
0a4
Muito fofa
5a8
Fofa
9 a 18
Compacidade
média
18 a 40
Compacta
Acima de 40
Muito compacta
Resistência à
penetração
(NSPT)
Consistência da
argila
<2
Muito mole
3a5
Mole
6 a 10
Consistência média
11 a 19
Rija
>19
Dura
31
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
SPT – NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS
FUROS – NBR 8036/86
2 (duas) para área da projeção em planta do edifício
até 200m²

3 (três) para área de projeção entre 200m² e
400m²
Geotecnia I

32
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
Número de Sondagens (NBR 8036/83)
Geotecnia I

NBR 8036/83 – Programação de Sondagens de
Simples
Reconhecimento
dos
Solos
para
Fundações de Edifícios.
Área da Projeção
do Edifício em
Planta
Até 1200m²
De 1200 a
2400m²
Acima de
2400m²
Número de Sondagens
1 para cada 200m²
1 para cada 400m² que
excederem 1200m²
Plano particular da obra
33
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
SPT – NÚMERO, LOCAÇÃO E PROFUNDIDADE DOS
FUROS - NBR 8036/86
PROFUNDIDADE DOS FUROS: deve considerar a
profundidade provável das fundações e do bulbo de tensões
gerados pela fundação prevista e as condições geológicas
locais.
Geotecnia I
VANTAGENS DO SPT:
- Custo relativamente baixo;
- Facilidade de execução e possibilidade de trabalho em
locais de difícil acesso;
- Permite obter perfil estatigráfico do local e coleta
amostras;
- Fornece o índice de resistência a penetração;
- Possibilita determinar o NSPT
34
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
Geotecnia I
Perfil de Sondagem
35
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
Geotecnia I
Perfil de Sondagem
36
PROSPECÇÃO DO SUBSOLO
Geotecnia I
Normas Referentes:

NBR 9603/1986 – Sondagem a trado

NBR 6484/2001 - Sondagens de simples
reconhecimento com SPT - Método de
ensaio

NBR 8036/1983 - Programação de
sondagens de simples reconhecimento dos
solos para fundações de edifícios
37
OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO
SUBSOLO
Geotecnia I - 2012
Determinam parâmetros mais confiáveis que o SPT,
mas não permitem coleta de amostras e são onerosos.
 CPT (Cone Penetration Test);
Ensaio Pressiométrico (PMT);
 Sondagem rotativa (rocha);
Dilatômetro de Marchetti (DMT)
 Ensaio de palheta (Vane Test).
38
OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO
SUBSOLO
Geotecnia I
 CPT (Cone Penetration Test)
39
OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO
SUBSOLO
Geotecnia I
 SONDAGEM ROTATIVA
40
OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO
SUBSOLO
Geotecnia I
 Dilatômetro de Marchetti (DMT)
41
OUTROS MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DO
SUBSOLO
Geotecnia I
Ensaio de palheta (Vane Test).
42