Disciplina: Mecânica dos Solos e Fundações

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1 Disciplina: Mecânica dos Solos e Fundações Prof. Caio Rubens Ementa A disciplina será dividida em 2 partes: MECÂNICA DOS SOLOS: Parte na qual estudaremos as características e o comportamento dos diferentes solos existentes. FUNDAÇÕES: Parte na qual estudaremos os tipos de fundações existentes e suas aplicações. 1

2 Ementa MECÂNICA DOS SOLOS Tipos de solos. Caracterização dos solos. Estados físicos do solo. Compacidade das areias. Consistência das argilas. Índices físicos. Classificação dos solos. Investigações do subsolo (sondagens, ensaios de campo SPT, interpretação das investigações, critérios para elaboração de um programa de sondagens de simples reconhecimento Ementa FUNDAÇÕES Definições gerais. Fundações: diretas ( ou rasas, ou superficiais): tipos e detalhes construtivos, noção de tensão admissível, dimensionamento de sapatas em planta (associadas e isoladas). Fundações profundas em tubulões: tipos, noções de dimensionamento. Fundações profundas em estacas: tipos (métodos construtivos, vantagens, desvantagens, contra-indicações), noções de dimensionamento em planta. 2

3 Avaliação Avaliação Continuada. 2 provas, 1 intermediária e outra no fim do Semestre. Trabalhos em grupo. Participação durante as aulas. AC (3,0) PR (7,0) Dividida em P1 (2,5) TR (1,0) e PF (3,5) Bibliografia BÁSICA PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos. São Paulo: Oficina de Textos, HACHICH, W, Fundações Teoria e Prática. São Paulo: Pini. 2 Ed VELLOSO, D. A.; LOPES, F.R. Fundações. Vol 1. Rio de Janeiro: Oficina Texto,

4 Bibliografia COMPLEMENTAR ALONSO, Urbano Rodriguez. Exercícios de Fundações.São Paulo: Edgard Blucher, 9 Ed CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, Vol. 1 6 Ed. 1996, Vol. 2 6 Ed. 1995, Vol 6 4 Ed TERZAGHI, K.; PECK, R.B. Soil Mechanics in Engineering Practice. New York: John Wiley & Sons, 3 Ed VARGAS, Milton.Introdução à Mecânica dos Solos. São Paulo: USP/ McGraw Hill do Brasil, MELLO, V, F. B. TEIXEIRA, A. H. Fundações e Obras de Terra. São Paulo: USP, A origem dos solos Todos os solos se originam da decomposição das rochas que constituíam inicialmente a crosta terrestre. Essa decomposição é decorrente de agentes físicos e químicos, por exemplo, variações de temperatura provocam trincas nas quais a água penetra e ataca quimicamente os minerais que constituem o solo. Outro exemplo é o congelamento da água nas trincas que, entre outros fatores, exerce elevadas tensões que vão provocar maior fragmentação dos blocos. A presença da fauna e da flora promove o ataque químico, por meio de hidratação, lixiviação, etc. 4

5 O conjunto destes processos, leva a formação dos solos que, em conseqüência, são misturas de partículas pequenas que se diferenciam pelo tamanho e pela composição química. A maior ou menor concentração de cada tipo de partícula num solo depende da composição química da rocha que lhe deu origem. 1.2 Tamanho das partículas A primeira característica que diferencia os solos é o tamanho das partículas. - grãos perceptíveis a olho nu, como os grãos de pedregulho ou a areia do mar, - grãos tão finos que, quando molhados, se transformam numa pasta, dificultando a visualização das partículas individualmente. Não se percebe isso num primeiro contato com o material, simplesmente porque parecem todos muitos pequenos quando comparados aos materiais com os quais estamos acostumados a lidar. Mas alguns são consideravelmente menores do que outros. 5

6 Existem grãos de areia com dimensões de 1 a 2 mm, e existem partículas de argila com dimensões da ordem de 10 Angstrons (0, mm), isto significa que, se uma partícula de argila fosse ampliada de forma a ficar com o tamanho de uma folha de papel, o grão de areia citado ficaria com diâmetro da ordem de 100 a 200m. Num solo, geralmente convivem partículas de tamanhos diversos. Não é fácil identificar o tamanho das partículas pelo simples manuseio do solo. Quando secas, partículas de areia e argila são semelhantes, exceto pelo tamanho, quando úmidas a aglomeração de partículas argilosas se transforma em uma pasta fina, enquanto a partícula arenosa é facilmente reconhecida pelo tato. Para a determinação do tamanho dos grãos considerase o seu diâmetro, porém trata-se de um diâmetro equivalente pois as partículas de um solo não são esféricas. Denominações específicas são empregadas para as diversas faixas de tamanho dos grãos; seus limites, entretanto, variam conforme os sistemas de classificação. 6

7 Os valores adotados pela ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas são os seguintes: Fração Matacão φ de 25 cm a 1 m Fração Pedra - φ de 7,6 cm a 25 cm Fração Pedregulho - φ de 4,8 mm a 7,6 cm Fração Areia grossa - φ de 2,0 mm a 4,8 mm Fração Areia média - φ de 0,42 mm a 2,0 mm Fração Areia Fina - φ de 0,05 mm a 0,42 mm Fração Silte - φ de 0,005 mm a 0,05 mm Fração Argila - φ inferior a 0,005mm 1.3 Identificação tátil-visual dos solos Com muita freqüência, seja porque o projeto não justifica economicamente a realização de ensaios de laboratório, seja porque se está em fase preliminar de estudo, em que ensaios de laboratório não são disponíveis, é necessário descrever um solo sem dispor de resultados de ensaios. O tipo de solo e seu estado têm de ser estimados. Isto é feito por meio de uma identificação tátil-visual, manuseandose o solo e sentindo sua reação ao manuseio. 7

8 Cada profissional deve desenvolver sua própria habilidade para identificar os solos. Só a experiência pessoal e o confronto com resultados de laboratório permitirão o desenvolvimento desta habilidade. Algumas indicações como as que seguem podem ajudar. Em geral, nos sistemas de classificação o primeiro aspecto a considerar é a provável quantidade de partículas grossas (areia e pedregulho) existentes no solo. Grãos de pedregulho são bem distintos, mas grãos de areia, ainda que visíveis individualmente a olho nu, pois têm diâmetros superiores a cerca de 0,1mm, podem se encontrar envoltos por partículas mais finas, podendo ser confundidos com agregações de partículas de argilas ou siltes. Para que se possa sentir nos dedos a existência de grãos de areia, é necessário que o solo seja umedecido, de forma que os torrões de argila se desmanchem. Os grãos de areia, mesmo os menores, podem ser sentidos pelo tato no manuseio. 8

9 Se a amostra de solo estiver seca, a proporção de grãos finos e grossos pode ser estimada esfregando-se uma pequena porção do solo sobre uma folha de papel. Os grãos finos (siltes e argilas) se impregnam no papel, ficando isolados dos grãos de areia. Definido se o solo é uma areia ou um solo fino, resta estimar se os finos apresentam características de siltes ou de argilas. Alguns procedimentos para esta estimativa são descritos a seguir: Resistência a seco Umedecendo-se uma argila, moldando-se uma pequena pelota irregular (dimensões da ordem de 2 cm) e deixando-a secar ao ar, esta pelota ficará muito dura e, quando quebrada, se dividirá em pedaços bem distintos. Ao contrário, pelotas semelhantes de siltes são menos resistentes e se pulverizam quando quebradas. 9

10 Shaking test Formando-se uma pasta úmida (saturada) de silte na palma da mão, quando se bate esta mão contra a outra, nota-se o surgimento de água na superfície. Apertando-se o torrão com os dedos polegar ou indicador da outra mão, a água irá fluir para o interior da pasta. No caso das argilas, o impacto das mãos não provoca o aparecimento de água. 1.3 Ensaios para identificação dos solos Análise Granulométrica Para o reconhecimento do tamanho dos grãos de um solo, realiza-se a análise granulométrica, em geral, em duas fases: peneiramento e sedimentação. 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, esta em escala logarítmica. A abertura nominal da peneira é considerada como o diâmetro das partículas. 10

11 Trata-se, como mencionado anteriormente, de um diâmetro equivalente, pois as partículas não são esféricas. A análise por peneiramento tem como limitação a abertura da malha das peneiras, que não pode ser tão pequena quanto o diâmetro mínimo de interesse. A menor peneira empregada é a de n 200, que tem abertura da malha de 0,075 mm 11

12 Quando há interesse no conhecimento da distribuição granulométrica da porção mais fina dos solos, empregase a técnica da sedimentação, que se baseia na Lei de Stokes: a velocidade (V) de queda de partículas esféricas num fluído atinge um valor limite que depende do peso específico do material da esfera (γs), do peso específico do fluído (γw), da viscosidade do fluido (µ) e do diâmetro da esfera (D), conforme a expressão: γs γw V = D 18 µ 2 Colocando-se uma certa quantidade de solo em suspensão em água, as partículas cairão em velocidades proporcionais aos quadrado de seus diâmetros. No início do ensaio a densidade do fluído é igual em toda a profundidade, mas com o passar do tempo as partículas vão caindo e a densidade da parte superior vai diminuir. As densidades da suspensão são determinadas com um densímetro que também indica a profundidade correspondente. 12

13 Diversas leituras com o densímetro serão realizadas em diversos intervalos de tempo, essas leituras determinarão, por meio da aplicação da lei de Stokes, os diâmetros das partículas de solo fino, que complementarão a curva granulométrica obtida por peneiramento. Uma das operações mais importantes da sedimentação no ensaio de granulometria, é a separação de todas as partículas, de forma que elas possam sedimentar isoladamente. Na situação natural é freqüente que as partículas estejam agregadas. Se estas aglomerações não forem destruídas serão determinados os diâmetros dos flocos e não os das partículas isoladas. Para esta desagregação, adiciona-se um produto químico, com ação defloculante, deixa-se a amostra imersa por 24 horas e provoca-se uma agitação mecânica padronizada. Mesmo quando se realiza só o peneiramento, esta preparação também é necessária, pois se não for feita ficarão retidas nas peneiras agregações de partículas e não as partículas propriamente ditas. 13

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