Aula 01 - Introdução Mecânica dos Solos

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Introdução à Mecânica 
dos Solos
Professor: Guilherme Mussi
Mecânica dos Solos -
Universidade Estácio de Sá
Referências Bibliográficas
1. PINTO, Carlos de Sousa. Curso básico de
mecânica dos solos. 3. ed. São Paulo: Oficina de
Textos, 2006.
2. CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e
suas aplicações. Vol. 1, - 7ª ed., Rio de Janeiro:
LCT, 2015.
3. DAS, Braja M. Fundamentos de engenharia
geotécnica. 3ª ed. Cengage, 2019.
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O QUE 
ESTUDAMOS NA 
GEOTECNIA???
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Barragens de Rejeito
Brumadinho (2019)
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Barragem de rejeitos é um reservatório destinado a reter resíduos sólidos e água resultantes de processos de
extração de minérios
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Barragens de Rejeito
Brumadinho (2019)
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Barragens de Rejeito
Brumadinho (2019)
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Barragens de Rejeito
Brumadinho (2019)
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Barragens de Rejeito
Brumadinho (2019)
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Barragens de Rejeito
Brumadinho (2019)
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Barragens de Rejeito
Brumadinho (2019)
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Estabilidade de Encostas
Nova Friburgo (2011)
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Estabilidade de Encostas
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Nova Friburgo (2011)
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Fundações
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Fundações
Estacas metálicas Estacas pré-moldadas de concreto
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Recalques
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Prédios da Orla de Santos – Muitos posteriormente foram macaqueados para suas posições originais
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Recalques
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Recalques
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Recalques
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Recalques
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Recalques
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Obras de Contenção
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Obras Offshore
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Exploração, produção e transporte de petróleo e gás em mar aberto.
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Rodovias e Ferrovias
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Escavações
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Túneis
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Meio Ambiente
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Histórico da Geotecnia
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Romanos - construíram estradas que são utilizadas
atualmente como sub-base das modernas rodovias;
Egípcios - utilizavam estacas escavadas em fundações
em solos moles nas adjacências do Rio Nilo;
Os prédios do Fórum e Coliseu em Roma apresentam
fundações sólidas e bem drenadas
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Histórico da Geotecnia
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• A Torre de Pisa é o caso mais famoso de
acidente geotécnico;
• A construção foi iniciada em 1174,
interrompida devido a recalques
diferenciais, e concluída em 1350.
Torre de Pisa (Itália)
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Histórico da Geotecnia
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• A construção ocorreu em três fases. Quatro andares
foram construídos de 1173 a 1178. Depois de uma
interrupção de 100 anos mais três andares foram
construídos entre 1272 e 1278. Mais 80 anos de
intervalo e entre 1360 e 1370 a torre foi completada;
• A torre tem cerca de 60 m de altura 20 m de
diâmetro e seu peso é de cerca de 14.500 tf. Antes da
restauração sua inclinação era de cerca de 5,5°;
• Atualmente sua inclinação é aproximadamente 3,99°.
Torre de Pisa (Itália)
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Histórico da Geotecnia
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• Foi construída em diversas etapas entre 1573 e 1813, e sofreram com recalques diferenciais, chegando a
2,42 metros entre a torre Oeste e a região do altar mor;
• O motivo não era o sistema de fundação em si, mas as condições do solo, composto por camadas espessas
de argila mole que se acomodam de forma desuniforme;
• Essa diferença de comportamento foi acentuada pelo fato de uma parte da catedral ter sido construída
sobre os escombros de um templo asteca que comprimiu o terreno em mais de 10 metros.
Catedral Metropolitana da Cidade do México e o Sagrário, igreja anexa
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Histórico da Geotecnia
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• Construído entre o período de 1932 e 1934, o palácio é um caso clássico de recalques de fundação;
• Foram observados recalques diferenciais, da ordem de 2 metros, após sua construção (sob espessa
camada de solos argilosos altamente compressíveis);
• Os recalques entre a rua e a área construída acarretaram em adaptações no acesso a edificação.
Palácio de Belas Artes (Cidade do México)
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Histórico da Geotecnia
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Primeiros trabalhos científicos reconhecidos na história da mecânica dos solos:
• Charles Coulomb (1773) - Princípio da resistência ao cisalhamento dos solos;
• Henry Darcy (1856) – O estudo da percolação de água nos solos;
• William Rankine (1856) – formulações para estudos de análises de estabilidade de maciços de terra;
• Albert Atterberg (1908) – Definição dos limites que dividem os estados de consistência para solos argilosos;
• Otto Mohr (1914) – Introduziu o conceito dos círculos que representam o estado de tensões atuantes na massa de solo.
Futuramente, este conceito seria conjugado com o proposto por Coulomb, gerando o critério de resistência conhecido
como Critério de Resistência de Mohr-Coulomb;
• Wolmar Fellenius (1922) – desenvolveu um método de análises de estabilidade de taludes, considerando superfícies de
ruptura circulares;
• Karl von Terzaghi (1925) – Terzaghi publicou seu famoso livro Erdbaumechanik auf bodenphysikalisher grundlage
(Mecânica das Construções de Terra Baseada na Física dos Solos). Foi um marco decisivo na orientação de como estudar
o comportamento dos solos. Considerado o nascimento da Mecânica dos Solos;
• Primeiro Congresso Internacional de Mecânica dos Solos e Fundações (1936) – Consagração da Mecânica dos Solos de 
maneira definitiva.
Definições
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“A Mecânica dos Solos é a aplicação das leis da Mecânica e da
Hidráulica aos problemas de engenharia relacionados com
sedimentos e outros depósitos não consolidados de partículas
sólidas produzidas pela desintegração mecânica ou química das
rochas, prescindindo do fato de conterem ou não elementos
constituídos de substâncias orgânicas.”
Karl von Terzaghi
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Definições
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A mecânica dos solos estuda o comportamento dos solos quando tensões são aplicadas,
como nas fundações, ou aliviadas, no caso de escavações, ou perante o escoamento de água
nos seus vazios.
O Eng. Geotécnico é o indivíduo competente para avaliar o comportamento dos materiais
que constituem o subsolo (solos e rochas), de tal maneira que ele possa prever, com
adequada precisão e para qualquer fim prático, os efeitos das atividades humanas nas
condições existentes do terreno, levando em conta as limitações e condições impostas pela
própria atividade desenvolvida.
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Áreas Estudadas pela Geotecnia
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Geotecnia
Mecânica dos Solos Mecânica das Rochas Geologia de Engenharia
• Aterros
• Fundações
• Escavações
• Estabilidade de Encostas
• Obras de Contenção
• Túneis
• Rodovias e Ferrovias
• Barragens
• Obras “Offshore”
• Meio Ambiente
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Aplicação dos Solos na Engenharia Civil
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Na solução de muitos problemas da Engenharia Civil, o solo intervém como:• Material de Construção
• Material Natural
Para elaboração de projetos adequados e a realização de obras seguras e econômicas, torna-
se indispensável conhecer as suas características de identificação e de classificação e, em
geral, as suas propriedades de engenharia.
Aterros de Estrada
Barragens de Terra e Enrocamento
Fundações de Edifícios
Escavações de Valas e Túneis
Estabilização de Encostas
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Rocha
Origem e Formação dos Solos
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• Rocha é um agregado natural formado por um ou mais minerais.
Tipos de Rochas
1. Rochas Magmáticas - Formadas pelo resfriamento e endurecimento do magma (basalto e granito);
2. Rochas Sedimentares - Formadas por fragmentos de rochas decompostos e transportados que
posteriormente são depositados em bacias de sedimentação. As rochas sedimentares resultam então da
compactação e consolidação desses sedimentos sob elevadas pressões ou de sua cimentação por
minerais (Arenito);
3. Rochas Metamórficas - Formadas por rochas pré-existentes, através da variação das condições de
temperatura e pressão (Gnaisse, Mármore).
Granito Arenito Gnaisse
Origem e Formação dos Solos
Origem e Formação dos Solos
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• As obras de engenharia se assentam sobre o terreno e inevitavelmente requerem que o comportamento do
solo seja devidamente considerado;
• Todos os solos se originam da decomposição das rochas que constituíam inicialmente a crosta terrestre;
• A decomposição das rochas em pedaços menores é chamado de intemperismo, e é decorrente de um
conjunto de agentes físicos, químicos e biológicos.
Intemperismo Físico
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• Processo de desintegração da rocha sem alteração química dos minerais que a constituem;
• Agentes: água, temperatura, vento;
• Variações de temperatura promovem a dilatação e a contração das rochas, gerando trincas;
• Congelamento das águas que penetram pelas trincas das rochas, provocando elevadas tensões,
promovendo fragmentação dos blocos;
• Degradação com vento e água em contato constante com as rochas.
Intemperismo Químico
Origem e Formação dos Solos
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• Processo de decomposição da rocha, em que há modificação química ou mineralógica das rochas de
origem;
• O principal agente é a água, principalmente a das chuvas (aciduladas devido à dissolução de C02 da
atmosfera e à presença de ácidos orgânicos provenientes da decomposição de vegetais). Á agua das chuvas
penetram pelas fraturas e provocam alterações químicas dos minerais das rochas;
• As principais reações químicas são:
 Hidratação;
 Oxidação;
 Dissolução;
 Hidrólise.
Intemperismo Biológico
Origem e Formação dos Solos
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• Envolve a ação da atividade de seres vivos presente numa rocha e pode envolver os seguintes fatores:
 Ação de bactérias ou de fungos que alteram a composição química original da rocha;
 Ação das raízes de plantas, provocando aumento das fraturas das rochas.
Intemperismo 
Origem e Formação dos Solos
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A intensidade do intemperismo vai depender de diversos
fatores:
• Tipo de rocha (rocha-mãe) – os minerais que compõe a
rocha, uma rocha pode ser mais suscetível ao
intemperismo do que outra;
• Condições climáticas – intemperismo químico mais
intenso em climas quentes e úmidos;
• Cobertura vegetal;
• Relevo;
• Duração da ação química – tempo de exposição aos
agentes.
Cada local vai apresentar solos de 
composição diferente
Classificação dos Solos pela Origem
Origem e Formação dos Solos
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1) Solos Residuais – aqueles de decomposição das rochas que se encontram no próprio local em que se
formaram. A velocidade de decomposição da rocha depende de fatores como: a temperatura, o regime de
chuvas e a vegetação As condições existentes nas regiões tropicais são favoráveis a degradações da rocha
mais rápidas, razão pela qual as maiores ocorrências de solos residuais situam-se nessa regiões, entre elas
o Brasil;
2) Solos Sedimentares (Transportados) – são aqueles que foram levados ao seu local atual através da ação
de agentes transportadores. Podem ser aluvionares (quando transportados pela água), eólicos (quando
pelo vento), coluvionares ou tálus (pela ação da gravidade) e glaciares (pelas geleiras);
3) Solos Orgânicos – compostos por uma quantidade elevada de matéria decorrente de decomposição de
origem animal ou vegetal. A identificação é facilitada devido a coloração escura e ao odor característico.
São problemáticos por serem muito compressíveis e pouco resistentes. Ocorrência desse tipo de solo se
dá em locais característicos, tais como áreas adjacentes aos rios e baixadas litorâneas.
* Colúvio – formado por uma massa de solo mais heterogênea;
* Tálus – formado por uma massa de solo com blocos de rochas.
Solos Residuais
Origem e Formação dos Solos
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Os solos residuais apresentam-se em horizontes com
grau de intemperismo decrescente:
a) Solo residual maduro (I) – superficial, e que
perdeu toda a estrutura original da rocha mãe e
tornou-se relativamente homogêneo;
b) Saprolito ou solo saprolítico (II) – solo que
mantém a estrutura original da rocha-mãe, mas
perdeu a consistência da rocha. Pode ser
confundido com uma rocha alterada, mas
apresenta pequena resistência ao manuseio.
Também chamado de solo residual jovem;
c) Rocha alterada (III) – Horizonte em que a
alteração progrediu ao longo de fraturas ou zonas
de menor resistência, deixando intactos grandes
blocos de rocha original.
Solos Residuais
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Ortigão (2007)
Solos Sedimentares (Transportados)
Origem e Formação dos Solos
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Solo coluvionar
Tálus. Fonte: Ortigão, 2007
Solos Orgânicos
Origem e Formação dos Solos
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Possui quantidade elevada de matéria decorrente de decomposição de origem 
animal ou vegetal;
Apresenta coloração escura e odor forte
Constituição Mineralógica
Origem e Formação dos Solos
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Como os solos são um produto do intemperismo das rochas, os minerais presentes em sua composição são os
mesmos das rochas de origem (minerais primários), além de outros que se formam por desagregação (minerais
secundários).
Minerais Primários
• Herdados da rocha-mãe;
• Quartzo, feldspato, mica, piroxênios e 
olivinas.
• Predominam na fração grossa
Minerais Secundários
• Provenientes do intemperismo dos minerais
primários;
• Formam a fração mais fina dos solos;
• Argilominerais, óxidos e hidróxidos de Fe e Al.
Quartzo
• Segundo mineral mais abundante
da Terra;
• Bastante resistente à desagregação;
• Forma grãos de areia e silte.
Feldspatos
• Mineral mais abundante da crosta terrestre;
• São os minerais mais atacados pela natureza;
• Dão origem aos argilominerais.
Argilominerais – Composição Química
Origem e Formação dos Solos
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Os argilominerais apresentam uma estrutura complexa. Na composição química das argilas, existem dois tipos
de estrutura:
Octaedro de alumínio – átomo de alumínio no centro, circundado
por seis átomos de oxigênio;
Tetraedro de silício – átomo de silício equidistante de quatro
átomos de oxigênio;
Lâmina de 
octaedro
Lâmina de 
tetraedro
Representação Simbólica
Argilominerais – Composição Química
Origem e Formação dos Solos
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Essas estruturas se unem das seguintes formas:
1) Lâminas de alumínio atraem lâminas de silício
2) Lâminas de silício se repelem
Por meio da combinação destas estruturas, formam-se os
seguintes grupos de argilominerais:
• Caulinita;
• Ilita;
• Montmorilonita.
Al
Si
Si
Si
Mineralogia das Argilas – Composição Química
Origem e Formação dos Solos
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Os três principais tipos de argilominerais mais encontrados na natureza são:
Ilita
• Camada 2:1, ou seja, duas lâminas
tetraédrica e uma octaédrica;
• Lâminas de silício se repelem;
• Íons de potássio (K+) aderem as
partículas (ligações menos fortes –
ligações iônicas);• Permite a entrada de água, porém,
pouca (expandem pouco);
Caulinita
• Camada 1:1, ou seja, uma lâmina
tetraédrica e uma octaédrica;
• As camadas são firmemente
empacotadas com ligações de
hidrogênio (H) (fortes – ligações
covalentes);
• As ligações de hidrogênio impedem
sua separação e a introdução de
moléculas de água entre elas (não
expandem).
Montmorilonita/Esmectita
• Camada 2:1, ou seja, duas lâminas
tetraédrica e uma octaédrica;
• Lâminas de silício se repelem;
• Íons de cálcio (Ca++) ou sódio (Na+)
aderem as partículas (ligações
fracas);
• Permite a entrada de água (H2O)
com facilidade (expansiva);
K KK
Si
Al
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Argilominerais - Superfície Específica
Origem e Formação dos Solos
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Área superficial específica (ASE) - É a superfície total de um conjunto de partículas divida pela sua
massa.
1g
1m
1
m
0,5m
0
,5
m
Área superficial = 6 m²;
Massa = 1 g;
ASE = 6 m²/g.
Área superficial = 1,5m² x 8 = 12 
m²;
Massa = 1 g;
ASE = 12 m²/g.
• A superfície específica aumenta quanto
menor o tamanho das partículas;
• A diferença de superfície específica é uma
indicação da diferença de comportamento
entre solos com distintos argilominerais;
• Quanto maior a superfície específica, maior
a influência das forças elétricas.
Mineral Superfície Específica
Caulinita 10 m²/g
Ilita 80 m²/g
Montmorilonita 800 m²/g
Fonte: Caputo, 2015
Origem e Formação dos Solos
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• As partículas de argila apresentam formato lamelar e podem apresentar carga elétrica negativa;
• Nas bordas das partículas argilosas podem ocorrer carregamentos positivos;
• As moléculas de água comportam-se como dipolos elétricos;
• Em contato com a água, as partículas argilosas atraem seus íons positivos H+;
Sistema solo-água
Origem e Formação dos Solos
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• Com o aumento do teor de umidade, forma-se no entorno das partículas argilosas a camada dupla. Camada
na qual as moléculas de água são atraídas a íons do solo, e ambos à superfície das partículas;
• As primeiras camadas de moléculas de água estão fortemente aderidas em torno das partículas de argila, e
recebem o nome de água adsorvida.
Sistema Solo-Água
Camada 
dupla
Água 
adsorvida