Mecânica dos Solos I. Professora: Ariel Ali Bento Magalhães /

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1 Mecânica dos Solos I Professora: Ariel Ali Bento Magalhães / arielali@gmail.com

2 1.1 Mecânica dos Solos Estuda o comportamento dos solos quando tensões são aplicadas (fundações) ou aliviadas (escavações) ou perante o escoamento de água em seus vazios; Não se podem aplicar aos solos as leis teóricas que são aplicadas em projetos de engenharia para materiais bem definidos, como o concreto e o aço, por exemplo. Para o correto conhecimento da mecânica dos solos deve-se conhecer: mecânica, química e física coloidal e geologia!! 1.1 Mecânica dos Solos Tensões Aplicadas FUNDAÇÕES: Custo de uma fundação profunda é três vezes maior do que o de uma rasa! (mas às vezes esse recurso é inevitável). Para economizar menos de 10% do custo total da obra, eles preferiram utilizar o processo de fundação direta (colocação de camadas de concreto sobre a faixa de areia).

3 1.1 Mecânica dos Solos Tensões Aliviadas ESCAVAÇÕES: Entre os principais problemas que podem advir de uma escavação estão os danos causados em edificações próximas. "Uma escavação como essa provoca recalques ou assentamentos no terreno do entorno - sejam eles causados pelo rebaixamento do lençol freático, se for o caso, sejam devido à própria escavação, que induz a um afundamento controlado no entorno", aponta Hugo Cássio Rocha, presidente do Comitê Brasileiro de Túneis. 1.1 Mecânica dos Solos ESCOAMENTO DA ÁGUA: O SOLO EM CONTATO PROLONGADO COM A ÁGUA PERDE TOTALMENTE SUA RESISTÊNCIA!! ACIDENTE IMIGRANTES (SP), 2013)

4 1.1 Mecânica dos Solos IMPORTÂNCIA DA MECÂNICA DOS SOLOS PARA A ENGENHARIA CIVIL! Como material de construção e de fundação, os solos têm grande importância para o engenheiro civil. Nas barragens de terra, nas fundações de estruturas, o solo assim como o concreto e o aço está sujeito a esforços que tendem a comprimi-lo e a cisalhá-lo, provocando deformações e podendo, eventualmente, levá-lo à ruptura. (ORTIGÃO, 2007) 1.1 Mecânica dos Solos UTILIZAÇÃO DO SOLO NA ENGENHARIA CIVIL!!

5 1.2 Tipos de solos quanto à origem NBR 6502/95 ROCHAS E SOLOS Rochas: são todos os materiais geológicos sólidos consolidados, constituídos por minerais, e que se apresentam em grande massa ou em fragmentos. Rochas Magmáticas: se formam pelo resfriamento e solidificação do magma, que é uma massa de rocha fundida, existente abaixo da crosta terrestre. Rochas Sedimentares: São formadas por sedimentos que se formam por decomposição química e/ou física de rochas pré-existentes. À medida que as camadas se acumulam o material anteriormente depositado é compactado. Mudanças físicas e químicas como pressão, calor e reações químicas transformam esses sedimentos em rochas como, por exemplo, o arenito e o calcário. 1.2 Tipos de solos quanto à origem Rochas Metamórficas: formam-se quando altas temperaturas e/ou pressões atuam sobre rochas pré-existentes alterando sua composição mineral, textura e composição química. Para um Engenheiro Civil, rocha é o material cuja resistência ao desmonte, além de ser permanente (exceto quando em processo geológico de decomposição), só fosse vencida por meio de explosivos.

6 1.2 Tipos de solos quanto à origem SOLO: É o material proveniente da decomposição das rochas pela ação de agentes físicos ou químicos podendo ou não conter matéria orgânica. POROSIDADE! 1.2 Tipos de solos quanto à origem AGENTES FÍSICOS E QUÍMICOS: INTEMPERISMO Intemperismo, é o conjunto de fenômenos físicos e químicos que levam à degradação e enfraquecimento das rochas.

7 1.2 Tipos de solos quanto à origem INTEMPERISMO FÍSICO: Desagregação ou desintegração do material de origem (rocha ou sedimento) sem que haja alteração química dos minerais constituintes. 1.2 Tipos de solos quanto à origem INTEMPERISMO QUÍMICO: Quebra da estrutura química dos minerais que compõe a rocha ou sedimento (material de origem). TIPOS: OXIDAÇÃO; CARBONATAÇÃO; DISSOLUÇÃO; ETC...

8 1.2 Tipos de solos quanto à origem SOLOS RESIDUAIS: são aqueles que, após a intemperização, permaneceram no mesmo local. SOLOS LATERÍTICOS; EXPANSIVOS (MASSAPÊ); POROSOS (BRASÍLIA); TERRA ROXA. MUITO FÉRTEIS 1.2 Tipos de solos quanto à origem SOLO LATERÍTICO SOLO MASSAPÊ OBS: SOLOS SAPROLÍTICOS: SÃO SOLOS QUE CONSERVAM A ESTRUTURA DA ROCHA MÃE, PORÉM JÁ PERDERAM A RESISTÊNCIA SOLO POROSO TERRA ROXA

9 1.2 Tipos de solos quanto à origem SOLOS SEDIMENTARES (ou transportados): são aqueles que foram levados de seu local de origem por algum agente de transporte. Os agentes de transporte são: Vento (agentes eólicos); Água (agentes aluviais); Geleiras (agentes glaciais); Gravidade (agentes coluviais); Etc. 1.2 Tipos de solos quanto à origem ESTRATOS SEDIMENTARES AGENTES EÓLICOS

10 1.2 Tipos de solos quanto à origem SOLOS ORGÂNICOS: são aqueles que possuem húmus em sua composição. Húmus é o produto resultante da decomposição de matéria orgânica de cor escura, relativamente estável e facilmente transportado pela água. 1.3 Tamanho e Forma das Partículas TAMANHO DAS PARTÍCULAS GRÃOS PERCEPTÍVEIS A OLHO NU: Pedregulhos, areia da praia... GRÃOS MUITO FINOS: Quando molhados, se transformam em um barro...

11 1.3 Tamanho e Forma das Partículas CONSTITUIÇÃO MINERALÓGICA O quartzo, presente na maioria das rochas, forma os siltes e as areias; Os feldspatos dão origem às frações argilo-minerais (fração de finos); 1.3 Tamanho e Forma das Partículas FORMA DAS PARTÍCULAS SOLOS FINOS: LAMELAR (DUAS DIMENSÕES SÃO MUITO MAIORES QUE A OUTRA) SOLOS GRANULARES: GRANULAR

12 1.3 Tamanho e Forma das Partículas SOLOS GRANULARES: PARA O ENGENHEIRO CIVIL: 1.4 Descrição dos Tipos de Solos MATACÃO: Fragmento de rocha, com dimensão compreendida entre 200mm e 1m. PEDRA DE MÃO: Fragmento de rocha com diâmetro compreendido entre 60 e 200mm. PEDREGULHOS: São acumulações incoerentes de fragmentos de rocha com dimensões superiores a 2mm.

13 1.4 Descrição dos Tipos de Solos AREIAS: Frações do solo ásperas ao tato, isentas de finos, não se contraem ao secar, não formam torrões, com dimensões variando de 0,06mm a 2mm. SILTES: Solos de graduação fina, apresentam pouca ou nenhuma plasticidade, com diâmetro médio de 0,06 a 0,002mm. ARGILAS: Solos de graduação fina, constituídas com partículas com dimensões menores que 0,002mm, apresentando coesão e plasticidade. 1.4 Descrição dos Tipos de Solos Sistemas de classificação: ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Fração Grosseira Atenção! Fração de finos Diferentemente da terminologia adotada pela norma acima, normalmente as frações de silte a argila são separadas pela ordem de 0,075mm que corresponde à peneira de nº 200!

14 1.5 Identificação Visual e Tátil dos Solos IDENTIFICAÇÃO E FORMULAÇÃO DA NOMENCLATURA PODE SER FEITA DURANTE AS SONDAGENS DE SIMPLES RECONHECIMENTO; PODE SER FEITA NO LABORATÓRIO AMOSTRAGEM; QUAL TAMANHO DE PARTÍCULAS QUE OCORRE EM MAIOR QUANTIDADE. 1.5 Identificação Visual e Tátil OBSERVAÇÃO: SONDAGEM:

15 1.5 Identificação Visual e Tátil PROCEDIMENTO: a) Sensação ao tato; b) Plasticidade; c) Desagregação do solo submerso; d) Mobilidade da água intersticial e) Dispersão em água f) Sujar as mãos ATIVIDADE EM A SER REALIZADA EM LABORATÓRIO! 1.6 Identificação do Solo por Meio de Ensaios

16 1.6.1 Amostragem AMOSTRAS DEFORMADAS DO SOLO: nada mais é que uma porção de solo desagregado. Essas amostras utilizam-se para fazer a identificação tátil-visual; nos ensaios de classificação (granulometria, limites de consistência e massa específica dos sólidos); no ensaio de compactação; e na preparação de corpos de prova para ensaios de permeabilidade, compressibilidade e resistência ao cisalhamento Amostragem AMOSTRAS DEFORMADAS DO SOLO: CUIDADOS! Toda e qualquer matéria, orgânica ou não, estranha ao solo deverá ser excluída da amostra. Se esta operação for difícil de ser realizada no campo deve-se informar sobre a existência dessa matéria, para que no laboratório sejam tomadas as providências necessárias.

17 1.6.1 Amostragem AMOSTRAS INDEFORMADAS: é o solo que se corta, retira-se e acondiciona-se com as menores alterações possíveis. Essas amostras utilizam-se para, entre outros fins, verificar em laboratório a densidade (peso unitário); a resistência do solo indeformado, a compressibilidade e resistência ao cisalhamento Amostragem AMOSTRAS INDEFORMADAS DO SOLO: para solos moles abaixo do nível d água: amostrador de parede fina para solos acima do nível d água e mais densos: abrir um poço até a cota de interesse e retirar um bloco de solo usando uma caixa metálica ou de madeira como fôrma e com dimensões apropriadas ao tipo e número de ensaios a realizar. A NBR 9604/86 rege a abertura de poço e trincheira de inspeção em solo, com retirada de amostras deformadas e indeformadas.

18 1.6.2 Análise Granulométrica ANÁLISE GRANULOMÉTRICA (NBR 7181/84) Análise Granulométrica AREIA E PEDREGULHOS: PENEIRAMENTO SILTES E ARGILAS: SEDIMENTAÇÃO PARA SOLOS QUE TEM PARTÍCULAS TANTO NA FRAÇÃO GROSSA QUANTO NA FRAÇÃO DE FINOS, DEVE-SE FAZER A ANÁLISE GRANULOMÉTRICA CONJUNTA.

19 1.6.2 Análise Granulométrica PENEIRAMENTO PORCENTAGEM QUE PASSA PESO SECO DA AMOSTRA Número da Peneira Abertura (mm) Massa Porcentagem Retida (g) Retida Porcentagem Retida Acumulada Porcentagem que Passa 4 4,760 0,00 0,00 0,00 100, ,000 0,18 0,11 0,11 99, ,190 0,81 0,51 0,63 99, ,590 5,31 3,35 3,98 96, ,420 9,61 6,07 10,05 89, ,297 30,31 19,14 29,19 70, ,250 18,20 11,49 40,68 59, ,149 44,48 28,09 68,78 31, ,074 15,61 9,86 78,63 21, ,053 33,83 21,37 100,00 0,00 TOTAL: 158, Análise Granulométrica SEDIMENTAÇÃO A PARTIR DA PENEIRA 200, PARA SE CONHECER A PORÇÃO MAIS FINA DOS SOLOS, UTILIZA-SE A SEDIMENTAÇÃO. γs: peso específico do solo γw: peso específico do líquido ν: velocidade de queda das partículas μ: viscosidade do fluido

20 1.6.2 Análise Granulométrica SEDIMENTAÇÃO SITUAÇÃO Viscosidade do Fluido (μ) em função da Temperatura T (ºC) CURVA DE CALIBRAÇÃO DO DENSÍMETRO

21 1.6.2 Análise Granulométrica OUTROS PARÂMETROS DIÂMETRO EFETIVO (D10): finura do solo; que corresponde ao ponto de 10%, tal que 10% das partículas do solo possuem diâmetro inferiores a ele. COEFICIENTE DE UNIFORMIDADE (Cu): distribuição do tamanho das partículas do solo; Da mesma foram que foi definido D10, define-se D60. Cu = D 60 / D 10 COEFICIENTE DE CURVATURA (Cc): medida da forma e da simetria da curva granulométrica : Análise Granulométrica

22 1.7 Limites de Consistência Quanto menor a partícula, maior sua superfície específica Porções de solo com a mesma com a mesma porcentagem de fração argila pode ter comportamento diferente, em função dos minerais presentes no solo. PLASTICIDADE: É a propriedade de solos finos, entre largos limites de umidade, de se submeterem a grandes deformações permanentes, sem sofrer ruptura, fissuramento ou variação de volume apreciável. (NBR 7250/82) 1.7 Limites de Consistência ARGILAS: A plasticidade de um solo é devida aos argilo-minerais, às micas e ao húmus existentes.

23 1.7 Limites de Consistência ARGILO-MINERAIS: São silicatos hidratados de alumínio, que apresentam: Plasticidade Permuta catiônica Dimensões < 2 mícron Forma lamelar e alongada. Principais grupos de argilominerais: Caulinitas Ilitas Montmorilonitas 1.7 Limites de Consistência CAULINITAS: As ligações de hidrogênio são fracas, mas suficientemente fortes para evitarem a penetração da água entre as unidades estruturais. As caulinitas são as argilas de maiores dimensões. Por esta razão, as caulinitas apresentam: pequena expansão difícil dispersão na água baixa plasticidade

24 1.7 Limites de Consistência MONTMORILONITAS: Possuem grande capacidade de adsorção de água e de permuta catiônica, pois possuem cargas negativas nas superfícies das unidades estruturais. As montmorilonitas são as argilas de menores dimensões. As montmorilonitas possuem: fácil penetração de água grande expansão alta plasticidade 1.7 Limites de Consistência ATTERBERG: ANÁLISE DO SOLO NA PRESENÇA DE ÁGUA. Solos coesivos possuem: uma consistência plástica entre certos teores limites de umidade abaixo destes teores eles apresentam uma consistência sólida acima uma consistência líquida e ainda, uma consistência semi-sólida (entre plástica e sólida) Quanto maior teor de umidade implica em menor resistência.

25 1.7 Limites de Consistência 1.7 Limites de Consistência Ensaio de Casagrande (NBR 6459/84): O Limite de Liquidez (LL) é definido como o teor de umidade no solo no qual uma ranhura nele feita requer 25 golpes para fechar. APARELHO DE CASAGRANDE

26 1.7 Limites de Consistência 1.7 Limites de Consistência O Limite de Plasticidade (LP) é definido como a menor umidade com a qual se consegue moldar um cilindro com 3 mm de diâmetro rolando-se o solo sobre a palma da mão. NBR 7180/83

27 1.7 Limites de Consistência ÍNDICE DE PLASTICIDADE (IP) Fisicamente representa a quantidade de água que seria necessário a acrescentar a um solo, para que ele passasse do estado plástico ao líquido. IP = LL LP Classificação (Jenkins) 1.7 Limites de Consistência ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA (IC) Busca situar o teor de umidade do solo no intervalo de interesse para a utilização na prática, ou seja, entre o limite de liquidez e o de plasticidade. Quantitativamente, cada um dos tipos pode ser identificado quando se tratar de argilas saturadas, pelo seu índice de consistência. IC = (LL w)/ip

28 1.7 Limites de Consistência Muito moles as argilas que escorrem com facilidade entre os dedos, se apertadas nas mãos; Moles as que são facilmente moldadas pelos dedos; Médias as que podem ser moldadas pelos dedos; 1.7 Limites de Consistência Rijas as que requerem grande esforço para serem moldadas pelos dedos; Duras as que não podem ser moldadas pelos dedos e que, ao serem submetidas o grande esforço, desagregam-se ou perdem sua estrutura original.