Geotecnia I
ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS
Disciplina: Geotecnia 1
Prof.: João Guilherme Rassi Almeida
NOÇÕES DE GEOLOGIA APLICADA A
ENGENHARIA
INTRODUÇÃO
Importância do conhecimento básico de Geologia em
Engenharia:
– Perfis rochosos ou compostos (rocha e solo)
– Os solos têm origem na decomposição das rochas e
podem preservar características mineralógicas e físicas
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
Mineral  Substância inorgânica e homogênea
que ocorre naturalmente, com uma combinação
química (um ou mais elementos químicos)
definida e com uma estrutura atômica ordenada
(Cristalina ou Amorfa)
Cristalizam-se a partir de
líquidos magmáticos; pela
recristalização em estado
sólido; ou como produto de
reações químicas entre
sólidos e líquidos.
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS
 Brilho: reflexão da luz incidente da superfície de
fratura recente do mineral
 Cor: composição química ou impurezas contidas
no mineral
 Traço: cor do pó mineral quando este risca uma
superfície áspera e porcelana branca dura
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS
 Clivagem: superfície de fratura plana, paralela a
uma face real ou possível do cristal
 Fratura: superfície de quebra do mineral,
independente do plano de clivagem
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS
 Dureza: resistência do mineral ao risco ou abrasão
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MINERAIS
 Tenacidade: resistência que o mineral oferece à
flexão ao esmagamento (flexíveis ou quebradiços)
 Magnetismo: contêm o elemento Fe (repelidos ou
atraídos pelo imã
 Peso Específico: peso do mineral em relação ao
peso de igual volume de água
Peso específico =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑛𝑜 𝑎𝑟
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑛𝑜 𝑎𝑟 −𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑜 𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑖𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜 𝑒𝑚 á𝑔𝑢𝑎
7
NOÇÕES DE GEOLOGIA
8
NOÇÕES DE GEOLOGIA
PRINCIPAIS MINERAIS FORMADORES DE ROCHA
FATORES DE IMPORTÂNCIA:
 Pressão
 Temperatura
 Disponibilidade do mineral químico
 Crosta Terrestre  99 % constitui-se de 10 elementos:
 Oxigênio (46,6%)
Silicatos
 Silício (28,2%)
 Alumínio (8,2%)
 Ferro (5,6%)
 Calcio (4,2%)
 Outros (Na; K; Mg; Ti; P)
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
PRINCIPAIS MINERAIS FORMADORES DE ROCHA
 MINERAIS SILICATOS: apresentam o íon Si-4 situado entre
quatro íons de O-2 compondo um arranjo tetraédrico (SiO4)-4 ;
Al+3, Fe+3 e Mg+2 podem substituir parcialmente o Si.
 MINERAIS NÃO SILICATOS: grupos de elementos nativos,
sulfetos, óxidos e hidróxidos, carbonatos, haloides e sulfatos.
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MINERAIS SILICATOS
11
MINERAIS SILICATOS
12
MINERAIS NÃO SILICATOS
13
MINERAIS NÃO SILICATOS
Grafita
Hematita
14
NOÇÕES DE GEOLOGIA
15
NOÇÕES DE GEOLOGIA
ROCHA
Corpo sólido natural, resultante de um processo geológico,
formado por agregados de um ou mais minerais, arranjados
segundo as condições de temperatura e pressão.
CLASSIFICAÇÃO GERAL
 Ígneas
 Sedimentares
 Metamórficas
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
ROCHAS ÍGNEAS
Devido ao resfriamento e consolidação do MAGMA
 Rochas intrusivas ou plutônicas  formadas em
profundidade no interior da crosta terrestre
 Rochas extrusivas ou vulcânicas  formadas
na superfície terrestre devido o extravasamento de
lava por condutos vulcânicos
Composição da Lava  Oxigenio e Silicio são os
elementos mais abundantes
ROCHAS ÍGNEAS  Alta resistência mecânica
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
ROCHAS SEDIMENTARES
Formadas pelo material de intemperismo de outras
rochas, sujeito a processos de transporte, deposição
e consolidação.
ROCHAS SEDIMENTARES  Baixa resistência mecânica
Rochas Calcárias e dolomíticas :Uteis na indústria cimenteira, da
cal, vidreira, siderúrgica, de tintas, britas e agregados para
concreto.
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NOÇÕES DE GEOLOGIA
ROCHAS METAMÓRFICAS
Originadas do metamorfismo de rochas pré-existentes
Agentes do Metamorfismo Caracteres metamórficos
 • calor
 • Deformação dos minerais
 • pressões
 • Achatamento dos minerais
 • fluídos
 • Orientação dos minerais
 • Dobramento das bandas
com
 orientação dos minerais
 • Recristalização de minerais
 Resistência mecânica > rochas sedimentares
< rochas ígneas
ROCHAS METAMÓRFICAS  Utilizadas como revestimento
de pisos. Ex.: Mármore
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PARTÍCULAS DO SOLO
ORIGEM DO SOLO: todos os solos se originam da
Geotecnia I
decomposição das rochas que constituíam inicialmente a crosta
terrestre.
• Agentes físicos
•Agentes químicos
∆T provoca trincas, o congelamento exerce elevadas
tensões, fragmentando blocos.
Fauna e flora provoca ataques químicos; hidratação,
hidrólise, oxidação, lixiviação.
Esses processos são mais atuantes em climas quentes do
que frios, levando a formação de solos com diferentes
partículas e composições químicas.
As características dos solos dependem da rocha que lhe
deu origem.
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ORIGEM DOS SOLOS
FATORES QUE INFLUENCIAM:
• Material de origem (rocha ou solo)
• Clima
• Relevo
• Biosfera
• Tempo
Geotecnia I
+
intemperismo
• ROCHA
• Solo Jovem
(residual)
• Solo
maduro
intemperismo
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ORIGEM DOS SOLOS
Geotecnia I
Solo Jovem (solo residual): é um solo que ainda contém
características da rocha que lhe deu origem, é pouco
intemperizado e encontram-se no local onde foram formados.
• solo residual maduro: é um solo superficial e que perdeu a
estrutura original da rocha mãe e tornou-se relativamente
homogêneo;
• solo saprolítico: solo que mantém a estrutura original da rocha
mãe, inclusive veios intrusives, fissuras e xistosidade, mas perdeu a
consistência de rocha, solo residual jovem.
• rocha alterada: horizonte em que a alteração progrediu ao longo de
fraturas, deixando intactos grandes blocos de rochas.
Solos transportados: são aqueles que foram levados por
algum agente de transporte.
• solos coluvionares: são formados por ação da gravidade.
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ORIGEM DOS SOLOS
• solos aluvionares: são resultantes do carreamento pela água;
• solos eólicos: são solos transportados pelo vento;
• drifs: solos transportados por geleiras.
Solos orgânicos
Geotecnia I
Solos lateríticos: apresentam elevada concentração de
ferro e alumínio, ficando assim avermelhados. Quando
compactados possuem alta capacidade de suporte.
Fatores que influenciam a formação dos solos:
• Material de origem (rocha ou solo)
• Biosfera
• Clima
• Relevo • Tempo
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ORIGEM DOS SOLOS
Material de origem
Rochas basálticas dão origem a solos de textura argilosa;
Solos derivados de arenito são arenosos;
Material rico em quartzo, conferem ao solo cor clara.
arenito
basalto
quartzo
Geotecnia I
granito
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ORIGEM DOS SOLOS
Geotecnia I
Evolução do solo:
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ORIGEM DOS SOLOS
Geotecnia I
Camadas de solo, região tropical:
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ORIGEM DOS SOLOS
Constituição mineralógica dos solos:
os minerais encontrados nos solos são basicamente os mesmos da rocha
matriz. Os argilos minerais são os que dão um comportamento diferencial
aos solos.
Caulinita x Montimorilonita
Geotecnia I
C : ligadas por pontes de hidrogênio (1:1), argilo mineral altamente
resistente e estável. Altamente intemperizado.
M : ligada por cátions Ca+2 e Na+(2:1), ligações fracas, pouco
resistentes, área pouco intemperizadas.
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ORIGEM DOS SOLOS
Tamanho e forma das partículas:
Geotecnia I
Segundo a ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas e Souza
Pinto pode-se adotar as faixas de tamanho de grãos:
FRAÇÃO
LIMITES (ABNT)
LIMITES (Sousa Pinto)
Matacão
de 20 cm a 1 m
de 25 cm a 1 m
Pedra
de 60 mm a 20 cm
de 76 mm a 25 cm
Pedregulho
de 2,0 mm a 60 mm
de 4,8 mm a 76 mm
Areia grossa
de 0,60 mm a 2,0 mm
de 2,0 mm a 4,8 mm
Areia média
de 0,20 mm a 0,60 mm
de 0,42 mm a 2,0 mm
Areia fina
de 0,06 mm a 0,20 mm
de 0,05 mm a 0,42 mm
Silte
0,002 mm a 0,06 mm
0,005 mm a 0,05 mm
Argila
inferior a 0,002 mm
inferior a 0,005 mm
# n° 200 = 0,075mm a mais fina usada em laboratório.
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ORIGEM DOS SOLOS
Geotecnia I
Tamanho e forma das partículas:
Nomenclatura mais comum:
Pedregulho→ Areia→ Silte→ Argila
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ORIGEM DOS SOLOS
Tamanho e forma das partículas:
Arredondadas: predominam em pedregulhos, grão de areia e siltes;
Lamelares: predominam em argilas e mica;
Fibrilares: caract. de solos altamente orgânicos (Turfas).
Sistema solo-água-ar:
Partículas de solos
Geotecnia I
- Água (Solo Saturado)
Vazios
- Água + Ar
(Solo Não Saturado)
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ORIGEM DOS SOLOS
Geotecnia I
 Sistema solo-água-ar
31
ORIGEM DOS SOLOS
 Sistema solo-água-ar
Da combinação das forças de atração e repulsão entre as partículas resulta
a estrutura dos solos, que se refere à disposição das partículas na massa
de solo e às forças entre elas. Há dois tipos básicos de estrutura:
-
+
Geotecnia I
• estrutura floculada: quando os contatos se fazem entre face-aresta
• estrutura dispersa: quando as partículas se posicionam
paralelamente, face-face.
-
-
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
A identificação dos solos por meio das partículas que
constituem os solos, são empregados dois tipos de ensaios:
análise granulométrica e os índices de consistência.
 Análise
granulométrica
Estudo das distribuição do tamanho dos grãos constituída em
duas fases:
Geotecnia I
• peneiramento= para partículas superiores a 0,075mm;
• sedimentação=para partículas menores que 0,075mm, Lei
de Stokes.
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
Geotecnia I
O peso do material que passa em cada peneira, referido ao
peso seco da amostra, é considerado como a “porcentagem
que passa”, e representado graficamente em função da
abertura da peneira, em log.
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
Geotecnia I
•Granulometria contínua: solo bem graduado
•Granulometria descontínua: solo mal graduado
•Granulometria uniforme: solo uniforme
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
 Parâmetros definidos a partir da curva
Geotecnia I
Granulométrica
Diâmetro efetivo – D10 → diâmetro tal que o peso correspondente
a partículas menores que este é 10% do peso total da amostra
Coeficiente de uniformidade – Cu → informa a graduação
Cu<5 – solo uniforme
D60
Cu 
5<Cu<15 – solo medianamente uniforme
D10
Cu > 15 – solo desuniforme
Coeficiente de curvatura – Cc → permite identificar
descontinuidades da curva
2
D
30
Cc= 1 a 3 – solo bem graduado
Cc 
D60 .D10
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
 Nomenclatura dos solos em função da granulometria
Geotecnia I
Fração dominante + subdominante (simples ou composta com
sufixo “oso” ou “osa”
Ex: argila siltosa, areia silto-argilosa, silte arenoso,...
Exercício 1:
Com os dados apresentados a seguir, determine:
a) A curva granulométrica;
b) As porcentagens de pedregulho, areia, silte e argila
conforme a ABNT;
c) Os valores de Cu e Cc;
d) Identificação preliminar do solo.
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Geotecnia I
INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
Abertura (mm)
Massa retida (g)
4,75
0,0
2,00
21,6
0,850
49,5
0,425
102,6
0,250
89,1
0,125
95,6
0,075
60,4
Fundo
31,2
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
Geotecnia I
 Limites de Atterberg
São teores de umidades limite entre os estados de consistência.
Baseiam-se na constatação de que um solo argiloso ocorre com
Aspectos bem distinto conforme o teor de umidade.
IP  wL  wp
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
 Limites de Liquidez
Número de Golpes
Geotecnia I
wL : teor de umidade do solo com o qual uma ranhura requer
25 golpes para fechar, numa concha.
100
25
10
1
34
36 38 40 42 44
Teor de Umidade (%)
40
INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
 Limites de Plasticidade
Geotecnia I
wP : menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um
cilindro com 3mm de diâmetro, rolando-se com a palma da mão.
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
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
 Atividade das argilas
Geotecnia I
• Identificar o potencial de expansão de solos argilosos;
• Pequenos teores de argila e elevados índices de consistência
indicam que a argila é muito ativa;
• Depende dos argilominerais presentes no solo;
IP
IA 
fraçãoarg ila( 0,02m m)
Atividade
0,75 a 1,25
Descrição
Normal
Menor que 0,75
Maior que 1,25
Inativa
Ativa
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INDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS POR MEIO DE
ENSAIOS
Exercício 2. Com os dados apresentados a seguir, determine:
a) Limite de liquidez
b) Limite de plasticidade
c) Índice de plasticidade
d) Atividade, considerando que o solo tem 54,3% de
argila.
Geotecnia I
Limite de liquidez
Umidade (%)
Golpes
41,6
11
38,9
21
36,6
30
34,4
42
Limite de plasticidade
Umidade (%)
21,0
21,7
20,4
21,3
20,5
20,4
43