Mecânica dos Solos e Fundações

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Mecânica dos Solos e Fundações
Arquitetura e Urbanismo
A crosta terrestre
A crosta é a superfície terrestre, onde se encontram os solos e as
rochas.
Núcleo: parte da Terra onde se concentram os maiores níveis de
pressão e temperatura, sendo a camada mais profunda. Dividida
em duas partes, núcleo externo e núcleo interno, em que o externo,
provavelmente, é composto por ferro metálico e outros elementos e
o interno é constituído de ferro e níquel.
Manto: é a maior camada da Terra, apresentando maior volume,
massa e extensão, composto por rochas em estado pastoso ou
fluido.
Crosta: é possível considerá-la como a camada sólida do planeta,
que se manifesta externamente e que é composta por rochas e
minerais.
Minerais
A estrutura da rocha, que é constituída por minerais.
Um mineral é um corpo sólido, cristalino, que resulta da interação
de diversos processos físico-químicos em ambientes geológicos.
Os minerais mais comuns são:
Anfibólios: extremamente complexos, são constituídos por, pelo
menos, 86 silicatos diversos de dupla cadeia de SiO4.
Feldspatos: constituintes de rochas que compõem,
aproximadamente, 60% de toda a crosta terrestre.
Hematita: é bastante comum na natureza e principal constituinte do
minério de ferro, apresentando cor cinza ou preta.
Magnetita: é um mineral magnético formado pelo óxido de ferro
(II,III), dado pela fórmula Fe3O4.
Piroxênios: são cristais que se cristalizaram antes ou durante a
erupção, ficando embebidos na rocha derretida resultante do
resfriamento do magma.
Quartzo: formado, principalmente, por cristais trigonais compostos
por tetraedros de sílica (SiO2), nos quais cada oxigênio fica dividido
entre dois tetraedros.
Rochas
As rochas são agregados naturais de um ou mais minerais e que
constituem unidades mais ou menos definidas, mas distintas entre
si na crosta terrestre.
Quanto à quantidade de minerais formantes de uma rocha, temos:
Rocha simples: formada apenas por um mineral. Por exemplo:
quartzito – mineral único: quartzo.
Rocha composta: formada por mais de uma espécie de mineral.
Por exemplo: granito – minerais presentes: quartzo, feldspato e
mica.
Quanto à origem, as rochas podem ser divididas em magmáticas
ou ígneas; sedimentares; e metamórficas.
Rocha magmática → Formadas a partir do magma. Mineral
derretido que fica abaixo da crosta terrestre.
Rocha Sedimentar → Formada pela consolidação/litificação de
sedimentos. Ela é formada a partir de uma outra rocha que se
decompôs.
Rocha metamórfica → Formada a partir do momento que ela
sofre uma transformação
Transformações
Formas intrusivas mais comuns
As formas intrusivas mais comuns são:
→ Dique: corpo intrusivo discordante da estratificação da rocha que
atravessa.
→ Sill: corpo intrusivo concordante com a estratificação da rocha
que atravessa.
→ Batólito: grande massa consolidada internamente, que abrange
grandes áreas se exposta pela erosão.
Ilustração esquemática de formações encontradas nas rochas
magmáticas
Os diques, se forem mais resistentes que a rocha que
atravessam, denominada rocha encaixante, formam “muros”
na topografia após a erosão e a exposição à superfície
terrestre. Quando cortados por rios, provocam o surgimento
de corredeiras e cachoeiras.
Principais rochas magmáticas
Basalto: rocha extrusiva mais abundante da crosta terrestre,
originária de extensos derrames de lava.
Diabásio: rocha intrusiva de composição idêntica ao basalto,
mas apresentando granulação mais grossa, visível a olho nu.
Ocorre, geralmente, nas formas de diques e sills.
Granito: rocha intrusiva, ocorrendo, geralmente, na forma de
batólitos. Apresenta coloração clara e textura uniforme,
granular.
Intemperismo
Conjunto de processos que ocasionam a desintegração e a
decomposição das rochas, pela ação de agentes atmosféricos e
biológicos. Podem se distinguir dois tipos de intemperismo, o físico
e o químico.
O intemperismo físico (desintegração) é ação de esforços
mecânicos sobre a rocha, cujos agentes são:
Variação da temperatura: expansão e contração da rocha
produzida por variações de temperatura.
Congelamento: a água, ao se congelar, aumenta 10% em volume.
Cristalização de sais: a água que circula pelas fendas da rocha
pode conter sais dissolvidos.
O intemperismo químico (decomposição) é a ação química de
substâncias presentes na água sobre a rocha.
Origem e natureza dos solos
Todo solo tem sua origem imediata ou remota na ação do
intemperismo sobre as rochas. Quando o solo, resultante do
processo de intemperismo, permanece no próprio local em que se
deu o fenômeno, ele é chamado residual. Quando é carregado
pela água das enxurradas ou rios, vento, ou gravidade, ele é
denominado transportado.
Para que haja a formação dos solos residuais é necessário que a
velocidade de decomposição da rocha seja maior que a velocidade
com que os produtos da decomposição são removidos. São mais
abundantes e profundos em regiões de clima quente e úmido, uma
vez que nesse clima o intemperismo químico da rocha acontece
mais facilmente e também ocorre vegetação suficiente para impedir
que os produtos resultantes sejam transportados rapidamente.
Os solos transportados são classificados de acordo com o agente
transportador em aluvião (quando o agente transportador é a
água), coluvião (são os solos cujo agente transportador é a
gravidade) e solos eólicos (vento).
Ensaios de caracterização
São ensaios para a determinação de índices e parâmetros do solo
a fim de se identificar, classificar e prever o comportamento
mecânico dos solos.
A primeira característica para a diferenciação dos solos é o
tamanho das partículas constituintes (granulometria).
Índices físicos
O solo é constituído de partículas sólidas, mas podem ser
encontrados vazios que podem estar preenchidos por água, ar ou
ambos. Compõe-se, portanto, de três fases, como apresentado na
figura a seguir:
Solos
O solo arenoso permite sentir que os grãos são ásperos ao tato e
apresentam partículas que são visíveis a olho nu.
O solo siltoso apresenta-se menos áspera do que a areia, sendo
perceptível visualmente e ao tato.
O solo argiloso, quando misturado com água, a mistura tende a se
espalhar entre os dedos, apresentando uma semelhança com uma
pasta de sabão escorregadia. Quando seco, os grãos finos das
argilas proporcionam uma sensação similar a um talco e/ou farinha.
Métodos de exploração do subsolo
Sondagens
Na fase de investigação e exploração do subsolo em projeto de
engenharia, o mais comum é empregar métodos diretos, como
sondagens à percussão, a trado e rotativa, aberturas de poços e
até mesmo trincheiras para obter informações sobre o subsolo.
Sondagens de simples reconhecimento
O método mais comum de reconhecimento do subsolo é a
sondagem de simples reconhecimento, que é objeto da norma
brasileira, a NBR 6484. É ponto de partida para programas mais
detalhados de investigação.
Nas sondagens de simples reconhecimento, a perfuração do
terreno é iniciada usando-se trado tipo cavadeira, com 10 cm de
diâmetro. Repetidas operações com o trado e a inserção de hastes
verticais vão aprofundando o furo.
Perfuração abaixo do nível d’água
Após atingido o nível d’água, a perfuração deixa de ser realizada a
trado e deve prosseguir com a técnica de lavagem com circulação
d’água. Uma bomba d’água motorizada injeta água na extremidade
inferior do furo, através da haste, por dentro do tubo de
revestimento.
Índice de resistência à penetração é também chamado de NSPT ou
SPT do solo.
Compacidade, consistência e número de furos de sondagens
Exemplo: Em 5,0 m de profundidade, fez-se a determinação do
SPT com os números de golpes, resultando nos valores do ensaio
apresentados na tabela a seguir:
Resultados do ensaio SPT
O NSPT é a soma dos dois últimos trechos, ou seja, 8+8 = 16.
Note-se que se diz que o NSPT à profundidade de 5,0 m é 16,
embora ele tenha sido medido entre as profundidades de 5,16 e
5,45 m.
Exemplo 2: Em um terreno com área de 300 m², no primeiro furo
de 8,0 m de profundidade fez-se a determinação do SPT com os
números de golpes,resultando nos valores da tabela a seguir, e
com a amostra coletada no amostrador realizou-se a análise
táctil-visual, sendo que ao manter o contato com a água, os grãos
possuem aspecto áspero ao tato e é possível ver o grão a olho nu.
Pergunta-se: quantos furos devem ser realizados no terreno, qual a
resistência do solo a 8 m e o respectivo tipo de solo.
Resultados do ensaio SPT
O NSPT é a soma dos dois últimos trechos, ou seja, 11+ 14 = 24 e
o grão visto a olho nu é característica do solo arenoso.
Resultando em 3 furos, NSPT 24 e solo arenoso.
Localização das sondagens
Procura -se obedecer às seguintes recomendações:
→ Distribuição homogênea na área projetada da construção.
→ Distância entre as sondagens aproximadamente iguais.
→ Evitar extrapolações (grandes trechos sem sondagens).
→ No caso de três ou mais sondagens, nunca distribuí-las ao longo
de uma mesma reta, para que se possa ter indicações sobre
eventuais inclinações das camadas do subsolo.
A NBR 8036/83 recomenda que o número de sondagens seja
função da área (A), de construção projetada em planta do edifício,
conforme resumido a seguir:
→ A ≤ 200 m2 ⇒ 2 sondagens.
→ 200 m2 < A < 400 m2 ⇒ 3 sondagens.
→ 400 m2 < A < 1200 m2 ⇒ 1 sondagem para cada 200 m2 que
excederem os 400 m2 .
→ 1200 m2 < A < 2400 m2 ⇒ 1 sondagem para cada 400 m2 que
excederem os 1200 m2 .
→ A > 2400 m2 ⇒ fixado de acordo com o plano particular da
construção.
Cálculo da tensão admissível a partir do resultado da prova de
carga
Tensão máxima aplicada no ensaio, se não atingida a ruptura ou
um recalque de 25 mm.
Escolhida a tensão de ruptura de acordo com o critério anterior, a
tensão admissível será o menor dos dois valores:
→ Tensão de ruptura dividida por um fator de segurança igual a 2 (r
/2);
→ Tensão correspondente a um recalque de 10 mm (10). É
importante conhecer o perfil geotécnico do terreno para evitar
interpretações erradas