Mecânica dos Solos 1

Transcrição

1 Mecânica dos Solos 1 Aula 1 Origem e Formação dos Solos 2º semestre/2012

2 Bibliografia CAPUTO, H. P. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. Volumes 1 (1996), 2 (1995) e 3 (1994). Editora: LTC. PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3ª edição. Editora Oficina de Textos, CRAIG, R. F. Mecânica dos Solos. 7ª edição. Editora LTC, DAS, B. M. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. 1ª edição. Editora Thomson, FIORI, A. P.; CARMIGNANI, L. Fundamentos de Mecânica dos Solos e das Rochas - Aplicação na estabilidade de taludes. 2ª edição. Editora Oficina de Textos, 2009.

3 Bibliografia MASSAD, F. Obras de Terra - Curso Básico de Geotecnia. 1ª edição. Editora Oficina de Textos, QUEIROZ, R. C. Geologia e Geotecnia Básica para Engenharia Civil. 1ª edição. Editora Rima, SCHNAID, F. Ensaios de Campo - e suas aplicações à Engenharia de Fundações. 1ª edição. Editora Oficina de Textos, US NAVY. Construção Civil: teoria e prática - Administração e Organização, Mecânica dos Solos. Volume 1. Editora Hemus, 2005.

4 Assuntos da Disciplina 1. Origem e Formação dos Solos. 2. Estrutura dos Solos e Índices Físicos. 3. Granulometria. 4. Plasticidade e consistência. 5. Classificação de Solos. 6. Compactação de Solos. 7. Noções de ensaios de laboratório e de campo

5 Avaliações Oficial 1-25/09 matéria 1º bimestre Oficial 2-04/12 matéria 1º e 2º bimestre (2ª chamada 11/12 para quem perdeu uma Oficial, com justificativa) Exame final- 18/12 matéria toda (para quem ficou com nota entre 4 e 6) Avaliações parciais durante todo o semestre

6 Aula Introdutória 1. A mecânica dos solos na engenharia civil 2. Conceituação de solo 3. Fatores controladores na formação dos solos 4. Tipos de solo quanto à origem 5. Tamanho e forma dos grãos, cor dos solos 6. Identificação visual e táctil 7. Atividade prática

7 1. A mecânica dos solos na engenharia civil Virtualmente toda a estrutura é suportada por solo ou rocha. Aquelas que não estão ou flutuam, ou voam, ou caem. (Handy, R. L., 1995) Edifício Real Class desabamento no estado do Pará (

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10 Uso do solo como material de construção em épocas primitivas. Pirâmides de Egito Primitivamente não se constituíam em estruturas isoladas, mas sim integradas num complexo arquitetônico de vastas dimensões. Construídas a cerca de 2700 a.c, com a utilização de pedras de calcário.

11 Uso do solo como material de construção em épocas primitivas. Muralha da China Diversas muralhas, construídas ao longo de dois milênios, tendo início próximo de 220 a.c... Diferentes materiais e condições de projeto Construída com blocos de pedras de calcário; Em outras regiões, granito ou tijolos no aparelho das muralhas; nas regiões mais ocidentais, de desertos onde os materiais são mais escassos, os muros foram construídos com vários elementos, entre os quais galhos de plantas enfeixados.

12 Uso do solo como material de construção em épocas primitivas. Povoado de Taos, no México Entre as construções mais antigas construídas com uso do solo. Ainda é habitado por descendentes dos índios Taos.

13 Uso do solo como material de construção em épocas primitivas. Barragens de terra As barragens para contenção de cheias construídas na China, podem ser citadas como exemplos dessa interação do homem com o solo.

14 Histórico da evolução da engenharia geotécnica Século 17 predominavam a experiência anterior e o empirismo; Primeiros tratamentos matemáticos, p. ex. Galileu Galilei com um trabalho sobre comportamento sobre maciços granulares. Século 18 Destaque para Coulomb que introduziu o princípio básico da resistência ao cisalhamento dos solos e teorias para o estudo da estabilidade de muros de arrimo.

15 Histórico da evolução da engenharia geotécnica Século 19 Alexandre Collin, em 1846, relata observações de campo sobre movimento de terra de uma forma geral e sobre estabilidade de barragens de terra; Darcy apresenta a lei de escoamento de água em um meio poroso, que é utilizada na determinação do coeficiente de permeabilidade do solo; Rankine aplica as equações de equilíbrio interno ao estudo de estabilidade de um maciço de terra homogêneo e indefinido; Boussinesq apresenta a solução matemática para o acréscimo de tensões no interior de um maciço homogêneo, isotrópico e com comportamento elástico, devido a uma carga vertical, considerada pontual atuando sobre a superfície do maciço.

16 Histórico da evolução da engenharia geotécnica Século 20 Atterberg, em 1908, apresenta estudos sobre a plasticidade do solo tendo como objetivo sua classificação; Em 1913 cria-se na Suécia a "Comissão Geotécnica das Estradas de Ferro", responsável pela investigação dos problemas surgido nas construções de estradas. O nome dado à comissão introduz o termo GEOTECNIA na literatura internacional; Mohr, em 1914, utiliza critério de envoltória de ruptura;

17 Histórico da evolução da engenharia geotécnica Século 20 Karl Terzaghi, em 1925, publica o livro "A Mecânica dos Maciços de Terra Baseada na Física do Solo. Nesse livro Terzaghi organiza os conhecimentos disponíveis até aquela época e propõem outros, podendo-se dizer que nessa data nasce a Mecânica dos Solos como uma ciência aplicada, ligada à Engenharia Civil; Em 1936 foi realizado o 1º Congresso Internacional de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, na Universidade de Harvard, Estados Unidos, sendo também criada a Associação Internacional de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações.

18 Histórico da evolução da engenharia geotécnica Geotecnia Mecânica dos Solos Mecânica das Rochas Geologia de engenharia Objetivo da geotecnia: estudar as propriedades físicas e mecânicas dos solos e rochas e suas aplicações em obras de Engenharia Civil, quer como material de construção, quer como suporte.

19 2. Conceituação de solo Material heterogêneo, trifásico Comportamento não linear curva tensão deformação não é uma reta. Solo Aço

20 2. Conceituação de solo Anisotrópico propriedades mudam de acordo com a direção considerada. Material conservativo guarda o que lhe aconteceu em Material conservativo guarda o que lhe aconteceu em sua memória, o que influencia seu comportamento.

21 2. Conceituação de solo Aço e maioria dos materiais de construção são considerados homogêneos, isotrópicos e com comportamento linear Engenheiros civis e geotécnicos devem ter em mente: Complexidade dos solos Limitações dos modelos matemáticos e teorias Necessidade de um banco de dados de casos similares ao estudado. Importância do conhecimento da Mecânica dos Solos Importância de ensaios de laboratório e campo para determinação das propriedades do solo

22 2. Conceituação de solo Solo é: Para Geologia: produto do intemperismo físico e químico das rochas Para Eng. Civil: material escavável que perde sua resistência em contato com a água Para Agronomia: terra arável, possuidora de vida microbiana Vargas (1977) define o solo como todo material da crosta terrestre que não oferece resistência intransponível à escavação mecânica, podendo ser escavado através de pá, picareta, escavadeira, etc.sem necessidade de explosivos, e que perde totalmente toda a resistência quando em contato prolongado com água.

23 2. Conceituação de solo Quais as propriedades do solo de interesse para a engenharia? Resistência Compressibilidade Permeabilidade

24 Intemperismo 3. Fatores Controladores na formação dos Solos Físico: provoca fragmentação e desintegração da rocha, mantendo a mineralogia da rocha de origem pelos seguintes agentes: Alívio de tensões Variação de temperatura Ação de raízes vegetais Crescimento de cristais estranhos à rocha Químico: através da presença de água e variação de temperatura a rocha sofre processos químicos que transformam seus minerais primários em secundários.

25 Rocha de Origem 3. Fatores Controladores na formação dos Solos Rochas compostas por minerais silicáticos como o quartzo dão origem a solos de granulometria arenosa, já os feldspatos e minerais ferromagnesianos presentes em algumas rochas originam solos argilosos. Clima Relevo Organismos vegetais e animais Tempo de atuação dos diversos fatores

26 4. Tipos de solos quanto a origem

27 4. Tipos de solos quanto a origem Transportado Perfil típico de um solo transportado Perfil típico de um solo transportado

28 4. Tipos de solos quanto a origem Residual SOLO LATERÍTICO SOLO SAPROLÍTICO OU SAPROLITO Perfil típico de um solo residual Perfil típico de um solo transportado

29 4. Tipos de solos quanto a origem Residual

30 4. Tipos de solos quanto a origem Transportado Tálus que rompeu após 2003

31 4. Tipos de solos quanto a origem Residual

32 4. Tipos de solos quanto a origem Formação dos solos segundo a Pedologia

33 5. Tamanho e forma dos grãos, cor dos solos Tamanho

34 5. Tamanho e forma dos grãos, cor dos solos Forma

35 5. Tamanho e forma dos grãos, cor dos solos Cor A cor de um solo é o resultado das cores dos minerais predominantes que o constituem e deve ser referida à condição do solo seco. As cores mais escuras como cinza e preto podem indicar solos orgânicos. A cor vermelha, amarela e alguns tons de marrom em geral indicam produtos de um intemperismo químico, por exemplo, o vermelho escuro indica a presença de óxido de ferro não hidratado (hematita), enquanto que tonalidades mais claras do amarelo e marrom indicam óxido de ferro hidratado. Cores mais claras indicam a presença de minerais tais como gipsita, sílica ou caulinita.

36 6. Identificação visual e táctil Identificação visual e táctil do solo é realizada no momento da retirada de amostras em campo. São observadas as características de fácil reconhecimento do solo, através da observação e testes simples de campo. Importante: As características são anotadas e confirmadas posteriormente por ensaios de laboratório ou de campo. Não devem ser utilizadas isoladamente para fins de projeto.

37 6. Identificação visual e táctil Anotar e identificar basicamente: Se há presença de matéria estranha ao solo: matéria orgânica como raízes, conchas, lixo ou detritos diversos. Estado de umidade natural do solo: seco, pouco úmido, muito úmido. Cor do solo: cinza, preto, vermelho, amarelo, marron, etc. Odores Minerais reconhecíveis a olho nu. Granulometria: todas as constatações citadas anteriormente podem ser feitas sem equipamentos, com exceção da classificação em função do tamanho dos grãos e suas proporções, denominada de classificação granulométrica, que pode ser feita, de forma qualitativa, através de vários testes visuais e tácteis de simples execução.

38 6. Identificação visual e táctil Teste de solo seco Um agregado de solo seco, denominado torrão, pode apresentar resistência quando se tenta desfazer com os dedos. As argilas apresentam grande resistência, devido à coesão. Os siltes, que são menos coesos que as argilas, apresentam uma média resistência. Os solos arenosos apresentam resistência nula.

39 6. Identificação visual e táctil Teste de desagregação do solo submerso Coloca-se um torrão em um recipiente com água, sem deixa-lo totalmente imerso. A desagregação dos solos siltosos e arenosos é rápida. Enquanto que a das argilas é lenta. As areias grossas, mesmo com pequenas quantidades de argila e As areias grossas, mesmo com pequenas quantidades de argila e silte, nem chegam a formar torrões quando secas.

40 6. Identificação visual e táctil Teste de dispersão em água Com a ajuda de um almofariz e mão de gral destorroar a amostra do solo para desagregá-lo por completo. Os solos finos, muitas vezes precisam de defloculante para separação das partículas floculadas. Em uma proveta com água colocar uma pequena quantidade de solo desagregado, agitar para provocar uma dispersão homogênea do solo na água. Deixar em repouso e observar o tempo de deposição das partículas. Como indicação considerar que as areias assentam suas partículas entre 30 e 60 segundos, os siltes podem se depositar entre 15 a 60 minutos e as argilas, de tão pequenas que são, podem ficar várias horas em suspensão.

41 6. Identificação visual e táctil Teste visual e táctil Com material seco pode-se observar que as areias são ásperas ao tacto, apresentam partículas visíveis a olho nu e, muitas vezes, os minerais podem ser reconhecíveis e identificáveis. As argilas quando secas dão uma sensação ao tacto de farinha (ou talco). Misturando-se uma pequena quantidade de água com solo e manuseando-o cuidadosamente poderemos observar que as areias apresentam as mesmas observações que quando secas; O silte é menos áspero que a areia, mas ainda perceptível ao tacto. A distinção entre um silte grosso e uma areia fina é muito difícil a não ser com a ajuda de outros testes; As argilas, quando trabalhadas entre os dedos, apresentam uma sensação escorregadia como pasta de sabão.

42 6. Identificação visual e táctil Teste de plasticidade Podemos definir plasticidade como a propriedade que alguns materiais apresentam de sofrerem deformações contínuas sem variações apreciáveis de volume e sem que ocorra ruptura. Alguns tipos de solo tem esta propriedade. Uma massa de solo úmido pode ser considerada, neste teste, plástica quanto mais amoldável for, sem apresentar fissuras. Os solos arenosos praticamente não apresentam nenhuma plasticidade. Os siltes apresentam uma certa plasticidade. As argilas são mais moldáveis que os siltes, ou seja, são plásticas.

43 6. Identificação visual e táctil Teste de sujar as mãos Faz-se uma pasta de solo e água, esfrega-se na palma da mão e em seguida colocá-la sob água corrente: Solo arenoso lava-se facilmente, ou seja, os grãos de areia desprendem-se rapidamente da palma da mão; Solo siltoso só se limpa depois de ter ficado sob a água corrente por bastante tempo, sendo necessária às vezes uma leve fricção para a completa retirada das partículas; Solo argiloso caracteriza-se pela dificuldade de se desprender da mão, porque as partículas finas ficam impregnadas na pele sendo necessária uma fricção vigorosa para a limpeza total.

44 8. Referências Bibliográficas MANTILLA, J.N.R. (2001). - Notas de Aula, ETG, Escola de Engenharia, UFMG, Belo Horizonte, MG, 123 p. DAS, B. M. (2007). Fundamentos de Engenharia Geotécnica. Thomson Editora, 561 p. PARIZZI, M. G.; SOBREIRA, Notas de aula e fotos de acrevo pessoal desta autora. PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3ª edição. Editora Oficina de PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3ª edição. Editora Oficina de Textos, 2006.