Material de Aula - Mec Solos I Aula 1

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ECT – ESCOLA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
Mecânica dos Solos I
Prof. Emerson Romão
Titulação: Engenheiro Civil, MSc., MBA, PMP
emerson.silva@unigranrio.edu.br
AULA 1
(Conceituação dos Solos na Engenharia)
Prof. Emerson Romão
A mecânica dos solos na 
Engenharia Civil
• Todas as obras de Engenharia Civil assentam-se sobre o terreno e 
requerem que o comportamento do solo seja devidamente considerado.
• A mecânica dos solos, constitui uma Ciência da Engenharia, na qual o 
engenheiro civil se baseia para desenvolver seus projetos. A este ramo da 
engenharia chamamos Engenharia Geotécnica. 
• Os primeiros trabalhos sobre o comportamento dos solos, estudavam o 
comportamento dos maciços sob um ponto de vista mais matemático que 
físico. No entanto uma série de grandes acidentes em obras de 
engenharia, colocaram em cheque tal abordagem surgindo nova 
orientação, caracterizada pelo desenvolvimento baseado nos dados 
obtidos pela experiência e observação dos fenômenos na natureza, dando 
origem a Mecânica dos Solos.
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1773 
(Coulomb)
1856 
(Rankine)
1856 
(Darcy)
Grandes acidentes (Canal do 
Panamá, EUA, Suécia e Alemanha)
1936 
(Terzaghi)
Período Clássico Período Atual
Engenharia Geotécnica
� Barragens (acumulação de água/resíduos), 
� Túneis e escavações,
� Obtenção de água subterrânea,
� Contenções de encostas (deslizamentos...),
� Taludes 
� Materiais rochosos/terrosos para construção etc.
� Fundações
ENGENHARIA GEOTÉCNICA OU GEOTECNIA
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Adaptado de Thiago Martins , notas de Aula 
Geologia na 
conceituação dos solos
• Para o Engenheiro Civil, solo é qualquer reunião de partículas minerais soltas, ou 
fracamente unidas (cimentadas), formadas pela decomposição de rochas por ação 
do intemperismo, com o espeço vazio entre as partículas ocupado por água e/ou ar.
• Sendo originários da decomposição de rochas, suas características e comportamento 
estão atrelados a composição e formação de sua rocha mãe, sendo requisito prévio 
para qualquer projeto de qualquer obra, sobretudo de vulto, o conhecimento da 
formação geológica local (Geologia aplicada à Engenharia)
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Adaptado de Lambe, W – Soil Mechanics
Importância da Geotecnia
• Qual a fundação mais adequada: superficial ou profunda? Estaca ou tubulão? Que tipo 
de estaca: de madeira. de concreto ou metálica? Pré-moldada ou moldada in loco? Com 
que carga máxima admissível? Haverá recalques? Uniformes ou diferenciais? Qual o 
valor tolerável para uma estrutura isostática? E se for hiperestática? Qual a sequência 
executiva? Será necessário rebaixar o nível d’ água? Haverá perigo para as fundações 
vizinhas?
• Na execução de um aterro. Que altura máxima ele poderá alcançar? Em que condições 
de compactação e umidade? E as inclinações dos taludes? E quanto à sua proteção, 
qual o recurso a usar? Qual o recalque previsto? Em que tempo ocorrerá?
• Qual o tipo de pavimento para uma estrada ou um aeroporto? Rígido ou flexível? E as 
espessuras das camadas que o compõem? E o grau de compactação a se aplicar? 
• Nas estruturas de sustentação ou de retenção, que tipo de obra deve ser usado? Muros, 
paredes moldadas no solo ou cortinas de estacas-pranchas? Que tipo de estaca 
prancha? Qual a distribuição das pressões? Qual a ficha? E a posição da ancoragem? 
Com que comprimento? Qual o sistema de fixação no extremo do tirante? Qual o tipo 
de drenagem a adotar? 
• Quais as dimensões mais econômicas e seguras de uma barragem de terra? Quais 
deverão ser suas características de resistência e permeabilidade? Que perdas por 
infiltração poderão ocorrer através da sua fundação e/ou do seu corpo?
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Adaptado de Thiago Martins, notas de Aula
Importância da Geotecnia
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Importância da Geotecnia
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Importância da Geotecnia
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Importância da Geotecnia
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Importância da Geotecnia
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Importância da Geotecnia
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Importância da Geotecnia
Geologia aplicada à Engenharia
� Estrutura da Terra
– Dinâmica interna →tectônica → novos relevos e depressões, planaltos, 
cadeias vulcânicas...
– Dinâmica externa → erosão, sedimentação...
Terra em permanente evolução!
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Adaptado de Thiago Martins, notas de Aula
Geologia aplicada à Engenharia
� Estrutura Interna da Terra
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Adaptado de http://www.feng.pucrs.br/professores/cleber
Geologia aplicada à Engenharia
� Estrutura Interna da Terra (Coch, 1995):
• Crosta continental: 50 a 150 km
• Crosta oceânica: 10 a 50 km
• Manto: 150 a 2900 km / 
temperatura 3.500⁰C
• Placas flutuam sobre o manto: 
montanhas + leves / fundos oceânicos 
+ pesados
• Núcleo: 2900 a 6371 km
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Geologia aplicada à Engenharia
� Minerais:
• Substâncias naturais, inorgânicas, com composição química definida e 
estrutura atômica bem determinada
� Rochas
• Agregado de um ou mais minerais. O termo agregado significa que os 
minerais se apresentam misturados mas mantendo as suas propriedades 
individuais.
Exemplo:
Quartzo + Feldspato + Mica = Granito
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Geologia aplicada à Engenharia
� Propriedades dos minerais:
• Físicas
• Dureza: resistência ao risco. Medido na escala de Mohs
• Traço: é a cor do risco do mineral 
• Clivagem: superfície de ruptura planas (mica)
• Fratura: superfície irregular de ruptura (quartzo)
• Magnetismo: atraídos pelo imã (magnetita)• Brilho: qualidade da luz refletida. metálico (galena), não metálico 
(quartzo), vítreo (diamante)
• Cor 
• Peso específico – P/V
• Químicas –reatividade com outras substâncias
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MINERAIS COM BRILHO METÁLICO E SEMI METÁLICO
MINERAIS COM BRILHO NÃO METÁLICO E RISCO INCOLOR
MINERAIS COM BRILHO NÃO METÁLICO E RISCA BRANCA 
OU CORADA
Geologia aplicada à Engenharia
� Minerais formadores de Rochas
• Silicatos (>90%)
• Quartzo
• Feldspato
• Mica etc.
• Carbonatos
• Calcita
• Dolomita
• Óxidos de Ferro
• Hematita
• Magnetita
• Sulfatos
• Gesso
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Geologia aplicada à Engenharia
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Geologia aplicada à Engenharia
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� Ciclo das Rochas
Geologia aplicada à Engenharia
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� Rochas Magmáticas ou ígneas
� Rochas Intrusivas ou plutônicas: 
arrefecimento e solidificação do 
magma, lentamente em 
profundidade. Rocha de cor 
clara com os minerais bem 
visíveis.
� Rochas Extrusivas ou vulcânicas : 
magma sobe e é expelido à 
superfície, tendo arrefecimento 
e solidificação rápido e brusco. 
Rocha de cor escura, compacta, 
com minerais muito pequenos 
ou invisíveis a olho nu. 
Geologia aplicada à Engenharia
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� Rochas Metamórficas: metamorfismo de rocha sedimentar ou ígnea. 
Modificação da composição atômica, influência das diferentes condições do 
ambiente atual x ambiente de formação, formando uma nova rocha, com novas 
propriedades e nova composição mineral.
METAMORFISMO
Pressão Tensão Temperatura
Fluídos de 
circulação
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Geologia aplicada à Engenharia
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� Rochas Metamórficas: 
• O grau de metamorfismo é refletido na composição mineralógica da rocha e 
na sua textura. Quando as rochas são submetidas a metamorfismo de baixo 
grau tornam-se mais compactas, logo mais densas.
• Os processos metamórficos provocam muitas modificações nas rochas: 
aumento da densidade, crescimento de cristais grandes, reorientação dos 
grãos minerais podendo resultar em bandas conhecidas como foliação ou 
xistosidade.
• Foliação é uma propriedade que as rochas 
apresentam que se manifesta pela facilidade
de se fraturarem segundo planos mais ou 
menos paralelos. 
• Xistosidade é um tipo de foliação originada 
por um processo elevado de metamorfismo, 
com planos bem paralelos.
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Geologia aplicada à Engenharia
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� Rochas Metamórficas: 
Tabela: Descrição de algumas rochas metamórficas comuns
Adaptado de Thiago Martins, notas de Aula
Geologia aplicada à Engenharia
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� Rochas Sedimentares: 
• São as mais comuns e são essencialmente formadas à superfície terrestre (baixas 
pressões e temperaturas) a partir de outras pré-existentes.
• Os sedimentos são os precursores das rochas sedimentares e encontram-se na 
natureza sob a forma de pequenas partículas, como areias, fragmentos de carapaças 
de seres vivos, etc….
Adaptado de Thiago Martins, notas de Aula
Origem dos solos
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� Origem dos solos: 
• Decomposição das rochas a partir de agentes (intemperismo) físico e 
químico.
• Variações de temperatura provocam trincas nas quais penetra a água 
atacando quimicamente os minerais.
• O congelamento da água nas trincas exercem elevadas tensões, 
ocasionando maior fragmentação dos blocos.
• A presença de fauna e flora promove ataque químico, através da hidratação, 
hidrólise, oxidação, lixiviação, troca de cátions, carbonatação, etc. 
• O conjunto destas ações levam a formação de solos, que em consequência 
são misturas de partículas pequenas que se diferenciam pelo tamanho e 
pela composição química.
• A maior ou menor concentração de cada tipo de partícula depende da 
composição da rocha mãe.
Origem dos solos
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� Intemperismo: 
• Conjunto de modificações de ordem física (desagregação) e química 
(decomposição) que as rochas sofrem ao aflorar na superfície da Terra.
� Erosão
• Remoção física dos materiais pelos agentes de transporte, tais como água, 
vento, gelo ou gravidade.
� Tipos de intemperismo
• Físico: Desagregação e fragmentação da rocha.
• Desertos: variações de T ao longo de dias e noites causam expansão e 
contração térmica nos materiais rochosos
• Congelamento de água nas fissuras das rochas
• Cristalização de sais dissolvidos nas águas de infiltração
• Partes + profundas ascendem a níveis crustais + superficiais, com o 
alívio da P →os corpos expandem causando juntas de alívio
• Crescimento de raízes em fissuras das rochas
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Adaptado de Thiago Martins, notas de Aula
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Origem dos solos
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� Tipos de intemperismo
• Químico: Modifica os componentes e a estrutura interna dos minerais.
• Condições superficiais são diferentes das condições que os minerais se 
formaram.
• Quando afloram entram em desequilíbrio → transformam-se em 
minerais mais estáveis
• Principal agente: água da chuva, infiltra e percola nas rochas.
• Constituintes mais solúveis são transportados
• Permanecem:
– minerais primários residuais
– minerais secundários que se formaram no perfil
• Todas as reações do intemperismo químico acontecem nas 
descontinuidades das rochas, podendo resultar no fenômeno 
denominado ESFOLIAÇÃO ESFEROIDAL (cascas de cebola).
• As arestas e os vértices dos blocos são mais expostos ao ataque do 
intemperismo químico que as faces.
Adaptado de Thiago Martins, notas de Aula
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Origem dos solos
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� Processos do intemperismo Químico
• Dissolução – reação dos minerais com a água ou com ácidos resultando na 
liberação de íons livres em solução. Solubilização completa. O mineral 
desaparece.
• Hidratação – combinação química de minerais com a água. A hidratação 
implica o aumento de volume dos minerais facilitando a desintegração da 
rocha.
• Hidrólise – substituição de cátions da estrutura de um mineral por íons H. 
Formação de novos minerais e desintegração dos minerais originais.
• Oxidação / Redução – perda ou ganho de elétrons pelos átomos ou íons da 
estrutura mineral. Formação de novos minerais.
� Intemperismo mecânico e intemperismo químico agem em conjunto.
� O físico com seu efeito desagregador contribui para a aceleração do químico.
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Origem dos solos
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� Solos Residuais, Sedimentares e de Formação Orgânica
• Solos residuais - permanecem no local da rocha de origem, observando-se 
uma gradual transição do solo até a rocha. Destacam-se os solos lateríticos, 
os expansivos e os colapsíveis, que em determinadas condições de umidade 
tem sua estrutura quebrada, dando origem a elevados recalques das obras 
que assentam sobre eles.
• Solos sedimentares - sofrem a ação de agentes transportadores, podendo 
ser aluvionares (quando transportados pela água), eólicos (quando pelo 
vento), coluvionares* (pela ação da gravidade) e glaciares (pelas geleiras). 
As características desses solos variam com o tipo de agente transportador e 
com a distância de transporte.
• Solos de formação orgânica - de origem essencialmente orgânica, seja de 
natureza vegetal (plantas, raízes), seja animal. São de fácil identificação 
pela cor escura e odor característico.
* Distinguem-se o s solos "coluvionares" e de "tálus". Estes são predominantemente granulares, 
enquanto aqueles apresentam também uma certa porcentagem de finos. Tais solos ocorrem no 
sopé de encostas íngremes. São responsáveis por muitos escorregamentos em trechos de serras.
Adaptado de CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações
Classificação dos solos
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� Solos lateríticos: Típicos da 
evolução de climas quentes, 
com regimes de chuvas 
moderadas e intensas. Os 
solos lateríticos tem sua 
fração de argilaconstituída 
predominantemente de 
minerais cauliníticos e 
apresentam elevada 
concentração de ferro e 
alumínio na forma de óxidos 
e hidróxidos, dando origem a 
sua peculiar coloração 
avermelhada. Na natureza 
possuem índice de vazios 
elevados, porém quando 
compactados oferecem 
elevada capacidade de 
suporte.
Adaptado de Thiago Martins notas de aula
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Origem dos solos
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� Tamanho das partículas
• É a primeira característica que diferencia os solos.
• Alguns solos possuem grãos perceptíveis a olho nu (pedregulho e areia do 
mar) e outros tem grãos tão finos que quando molhados viram uma pasta 
não podendo se visualizar suas partículas individualmente.
• A diversidade no tamanho dos grãos é enorme. Existem grãos de areia com 
dimensões de 1 a 2mm e partículas de argila da ordem de 10Angstrons 
(0,000001mm).
• Num solo geralmente convivem partículas de diversos tamanhos. 
Denominações específicas são empregadas para as diversas faixas de 
tamanho de grãos (tabela ABNT). 
• Os siltes e argilas compões a fração de finos dos solos, enquanto a areia e o 
pedregulho são denominadas as frações grossas.
Origem dos solos
Prof. Emerson Romão
Adaptado de PINTO, Carlos de Sousa. Curso básico de mecânica dos solos
Limites das frações de solo pelo tamanho dos grãos (ABNT 6502)
Origem dos solos
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� Composição Química e Mineralógica dos Solos
• Os minerais encontrados nos solos são os mesmos das rochas de origem 
(minerais primários) , além de outros que se formam na decomposição 
(minerais secundários) .
• Quanto à composição química dos principais minerais componentes dos 
solos grossos, pode-se agrupar:
• silicatos - feldspato, mica, quartzo, serpentina, clorita, talcq;
• óxidos - hematita, magnetita, limonita;
• carbonatos - calcita, dolomita;
• sulfatos - gesso, anidrita
• Os feldspatos dão origem aos argilo-minerais, formando os solos finos e 
apresentam uma complexa constituição química, fazendo com que seu 
comportamento seja totalmente diferente das areias e siltes, sobretudo na 
presença de água. 
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Adaptado de Thiago Martins, notas de Aula
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