CAPÍTULO 1 ORIGEM E NATUREZA DO SOLO: 1) Para a Engenharia Civil, qual a definição de solo e rocha? Solo é o material proveniente da decomposição das rochas pela ação de agentes físicos ou químicos podendo ou não conter matéria orgânica. Os solos são constituídos de três fases: sólida (minerais e matéria orgânica), líquida (solução do solo) e gasosa (ar). Para um engenheiro civil, sob o ponto de vista da mecânica dos solos, solo é um corpo passível de ser escavado, sendo utilizado dessa forma como suporte para construções ou material de construção. Rocha é o material sólido, consolidado e constituído por um ou mais minerais, com características físicas e mecânicas específicas para cada tipo. Podem ser dos tipos: ígneas ou magmáticas, metamórficas ou sedimentares. 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. 2) Qual a importância do estudo da mecânica dos solos para o Engenheiro Civil? A 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. Como 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, deve-se estudar todas as camadas do solo para verificar a resistência do mesmo para garantir a segurança da obra e também para não interferir nas edificações vizinhas. 3) Todo solo é passível de receber uma grande edificação? (explique) Nem todo solo é passível de receber uma grande edificação, pois alguns solos possuem menos resistência do que outros em determinadas condições naturais. Nem sempre será possível melhorar suas propriedades de forma ECONÔMICA. E a economia é fator muito importante para um Engenheiro Civil!! INTERESSANTE: QUAIS SÃO OS MELHORES/PIORES SOLOS PARA A CONSTRUÇÃO DE RESIDÊNCIAS? É preciso tomar muito cuidado com esse tipo de pergunta, na verdade, não há um tipo de solo mais adequado, mas sim uma fundação mais adequada ao tipo de solo da residência. Geralmente as areias compactas a muito compactas e argilas rijas a duras representam solos mais resistentes (com maior capacidade de suporte de carga e menos susceptíveis a grandes deformações). A presença desses tipos de horizonte de solo indica solo de boa qualidade para as fundações.
Em contrapartida, as argilas moles e areias fofas representam solos menos resistentes (com menor capacidade de suporte de carga e mais susceptíveis a grandes deformações). A presença desses tipos de horizonte de solo indica solo de má qualidade para as fundações. Também é de fundamental importância comentar sobre os problemas ocasionados por fundações em solos de argila orgânica mole que apresentam alta deformabilidade e baixa capacidade de suporte de carga. 4) Foram retiradas duas amostras de um solo para análise granulométrica. A amostra A continha 1.023,10 g e a amostra B 1.080,00 g. Preencher as lacunas conforme peneiramento realizado em laboratório. COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA - AREIA PENEIRAS 1ª DETERMINAÇÃO 2ª DETERMINAÇÃO Nº mm Peso Retido (g) tido (g) Média Acumulada Peso Re- % Retida % Retida % Retida % Retida 3/8" 9,5 - - - - 1/4" 6,3 - - - - 4 4,8 1,30 0,13% 0,90 0,08% 0,11% 0,11% 8 2,4 5,00 0,49% 4,40 0,41% 0,45% 0,55% 16 1,2 20,50 2,00% 21,10 1,95% 1,98% 2,53% 30 0,6 130,30 12,74% 134,30 12,44% 12,59% 15,12% 50 0,3 415,90 40,65% 477,30 44,19% 42,42% 57,54% 100 0,15 340,90 33,32% 321,00 29,72% 31,52% 89,06% FUNDO 0,01 109,20 10,67% 121,00 11,20% 10,94% 100,00% TOTAL 1023,10 100,00% 1080,00 100,00% 5) Para uma amostra de argila do Rio de Janeiro obtiveram-se os seguintes valores médios: LL = 120%, LP = 40% e w = 150%. Sabendo-se que a percentagem de argila, isto é, de material menor que 2 μ m, é de 55%, obter: (a) o índice de plasticidade, (b) o índice de consistência e (c) Sua classificação (quanto ao índice de consistência). a) IP = LL LP IP = 120 40 = 80 b) IC = (LL w)/ip IC = (120 150)/80 = - 0,375
c) Argila Muito Mole CAPÍTULO 2 ÍNDICES FÍSICOS: Uma amostra indeformada de solo foi recebida no laboratório. Com ela realizaram-se os seguintes ensaios: Adotar: ρw = 1 g/cm³ ; Vw = Mw; g = 10 m/s² a) Determinação do Teor de Umidade (w): Tomou-se uma amostra que, junto com a cápsula em que foi colocada, pesava 110,08 g. Essa amostra permaneceu numa estufa a 105ºC até a constância de peso (por cerca de 18 horas), após o que o conjunto de solo seco, mais cápsula, pesava 99,11 g. A massa da cápsula, chamada de tara era de 34,43 g. Qual o valor da umidade? w = (110,08 99,11)/(99,11-34,43) = (10,97/64,68) x 100 = 16,96% b) Determinação da massa específica dos grãos (ρg): Para o ensaio, tomou-se uma amostra com 80,00 g no seu estado natural. Depois de deixada imersa n água de um dia para o outro e agitada num dispersor mecânico com 20 min, foi colocada num picnômetro e submetida a vácuo por 20 min para eliminar as bolhas de ar. A seguir, o picnômetro foi cheio de água deaerada até a linha demarcatória. Esse conjunto apresentou massa de 749,43 g. A temperatura da água foi medida, acusando 21º C, e para essa temperatura uma calibração prévia indicava que o picnômetro cheio de água até a linha demarcatória pesava 708,07 g. Determinar a massa específica dos grãos. Ms = 80/(1+0,1696) = 68,40 g Vs = Vw = 708,07 + 68,40 749,43 = 27,04 cm³ ρs = 68,40 / 27,04 = 2,53 g/cm³ c) Moldou-se um corpo de prova cilíndrico do solo, com 3,57 cm de diâmetro e 9 cm de altura, que apresentou uma massa de 181,25 g. Determine a massa específica natural do solo. Volume = π 3,572 9 = 90,09 cm³ 4 ρ = 181,25/90,09 = 2,01 g/cm³ d) Determine, em função dos itens anteriores, o peso específico dos grãos e o peso específico natural do solo. γs = 2,53 x 10 = 25,30 KN/m³ γ = 2,01 x 10 = 20,10 KN/m³ e) Calcule o peso específico aparente seco. γd = γ / (1+w) = 20,10 / (1+0,1696) = 17,19 KN/m³
f) Calcule o índice de vazios. e = (γs/γd) 1 e = (25,30/17,19) 1 = 0,47 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ CAPÍTULO 3 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS: Exercícios: 1) Classifique o seguinte solo inorgânico conforme a Classificação Granulométrica, SUCS e HRB. FRAÇÃO Porcentagem (%) Pedregulho 6 Grossa 3 Areia Média 43 15 Fina 25 Silte 21 Argila 30 Limite de Liquidez (LL): 45% Limite de Plasticidade (LP): 20% D10 = 0,1 D60 = 1,0 D30 = 0,5 CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA: Areia Fina Argilo-Siltosa CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA: CL Argila Pouco Plástica Arenosa CLASSIFICAÇÃO HRB: A7-6 3) Para o solo orgânico cujas características são dadas abaixo, indicar as prováveis classificações pela SUCS e HRB. - 100% do material passando na peneira 4. - 25% retido na peneira 200 - O material que passa na peneira 200 exibe:
- IP = 5% - LL = 20% SUCS: CL - Argila Orgânica com Areia HRB: A4 4) Para o solo orgânico cujas características são dadas abaixo, indicar as prováveis classificações pela SUCS e HRB: - 65% do material retido na peneira 4-32% do material retido entre a peneira 4 e a peneira 200 Cu = 4 e Cc = 1. LL = 5% LP = 2% SUCS: GW - Pedregulho Bem Graduado HRB: A1-a ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ CAPÍTULO 4 COMPACTAÇÃO DOS SOLOS: 1) Com uma amostra de solo arenoso a ser usada num aterro, foi feito um Ensaio Normal de Compactação (Ensaio Proctor). Na tabela estão as massas dos corpos de prova, determinadas nas cinco moldagens de corpo de prova no cilindro que tinha 1.000 cm³. Estão também indicadas as umidades correspondentes a cada moldagem, obtidas por meio de amostras pesadas antes e após secagem em estufa. A massa específica dos grãos é de 2,81 g/cm³. Ensaio nº 1 2 3 4 5 Massa do corpo de prova, kg 1.704 1.897 1.996 1.993 1.892 Umidade do solo compactado, % 17.26 19.73 21.59 23.01 25.75 a) Desenhar a curva de compactação e determinar a densidade máxima e a umidade ótima. Ensaio nº 1 2 3 4 5 Massa específca Natural, g/cm³ 1.704 1.897 1.996 1.993 1.892 Massa Específica Aparente Seca 1.530 1.668 1.728 1.705 1.584 Umidade do solo compactado, % 17.26 19.73 21.59 23.01 25.75
Umidade ótima 22% ρd máx = 1,73 g/cm³ b) Determinar a fórmula da curva de saturação e o valor da saturação no ponto máximo da curva. S = ρs w e ρw / S = 2,81 w ( ρs / S = 2,81 w ρd 1) 1 2,81 ρd 1 / S = 2,81 w 2,81 ρd ρd / S = 2,81 w ρd 2,81- ρd S = 2,81 x 0,22 x 1,73 / (2,81 1,73) 99% 2) A Rodovia dos Imigrantes (SP-160) é uma rodovia do estado de São Paulo. Tem 44 viadutos, sete pontes e 14 túneis, em 58,5 km de extensão, de São Paulo a Praia Grande, no litoral sul paulista. Durante sua construção, nas camadas de compactação, era preciso determinar a umidade e a massa específica natural do solo. a) Em termos de compactação, para que é preciso conhecer a massa específica natural e a umidade do solo? Em laboratório conseguimos estudar o solo e determinar qual a umidade ótima e a massa específica aparente seca máxima para o mesmo. Em campo, durante o processo de compactação, se analisarmos o solo (através de ensaios ou cálculos frigideira, speedy, frasco de areia, etc) conseguimos verificar se o solo está menos compactado do que na situação ótima ou com umidade inferior ou superior à máxima. Conhecendo essas incógnitas, podemos definir as medidas para se chegar na massa específica seca máxima e umidade ótima. b) Como você determinaria a umidade do solo em campo, caso não possuísse um laboratório próximo? Você teria apenas uma balança em sua posse.
Em casos de obras afastadas ou situações extremas, em que não é possível estudar o solo em laboratório ou possuir uma estufa, por exemplo; devemos recorrer à instrumentos que conseguimos em nosso local de trabalho / obra, como por exemplo a frigideira. Com uma frigideira e fogareiro faz-se a secagem violenta e rápida. No entanto, esse processo tem a desvantagem de queimar a matéria orgânica e retirar água de cristalização da argila. Com a balança, pesam-se as massas úmidas e secas e calcula-se a umidade. c) Para determinar a massa específica natural, você optou por utilizar o método do óleo. Você fez uma abertura no chão de aproximadamente 10 cm de diâmetro e 15 cm de altura, no entanto, é impreciso determinar esse volume. Essa massa (úmida) que você retirou, tem o peso de 0,5 kg. Assim, você separou uma proveta com óleo SAE 30, pesando esse conjunto, 0,6 kg, despejou na abertura e pesou novamente, tendo esse conjunto 0,30 kg. O peso específico do óleo é 0,891 g/cm³. Determinar a massa especifica natural (g/cm³) e a massa específica aparente seca (g/cm³). Adotar a umidade de 10%. Volume Furo = M M / ρ óleo = (0,6 0,3)*1000/0,891 = 336, 70 cm³ ρnat = 0,5*1000/336,70 = 1,485 g/cm³ Portanto, ρd = 1,485 / (1+0,1) = 1,35 g/cm³ 3) Na figura abaixo estão apresentadas algumas curvas de compactação. Pelo formato das curvas e pelos valores determinados, estime as características e diferenças entre os solos A e B e entre os solos B e C. A que solo corresponde a curva D? O Solo A, por apresentar umidade ótima baixa e elevada densidade seca máxima deve ser um solo pedregulhoso, bem graduado, enquanto o solo B deve apresentar uma granulometria mais fina, podendo ser uma areia argilosa. A inclinação bem acentuada do ramo seco da curva de compactação do solo C indica que este solo deve ser laterítico, enquanto o solo B não será.
A curva D deve corresponder a um solo bastante fino, um solo muito argiloso ou um silte, pelo aspecto bastante achatado da curva.