Ebook da Unidade - Manipulação dos Solos

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<p>Mecânica dos Solos</p><p>Unidade 3</p><p>Processos de manipulação dos solos (parte 1)</p><p>Diretor Executivo</p><p>DAVID LIRA STEPHEN BARROS</p><p>Gerente Editorial</p><p>CRISTIANE SILVEIRA CESAR DE OLIVEIRA</p><p>Projeto Gráfico</p><p>TIAGO DA ROCHA</p><p>Autoria</p><p>POLLYANNA T. T. B. NUNES</p><p>GLAUCO ANTONIO DIAS FILHO</p><p>AUTORIA</p><p>Pollyanna T. T. B. Nunes</p><p>Sou formada em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio</p><p>Grande do Norte (UFRN), especialista em Segurança do Trabalho e mestre</p><p>em Ciência e Engenharia dos materiais pela UFRN. Tenho experiência com</p><p>obras de pequeno e grande porte como a Ponte Newton Navarro. Gosto</p><p>de transmitir minha experiência de vida àqueles que estão iniciando em</p><p>suas profissões. Por isso, fui convidada pela Editora Telesapiens a integrar</p><p>seu elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder ajudar</p><p>você nessa fase de muito estudo e trabalho. Conte comigo!</p><p>Glauco Antonio Dias Filho</p><p>Sou formado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do</p><p>Rio Grande do Norte (UFRN), sou engenheiro de cálculo estrutural e de</p><p>instalações prediais. Já executei obras de pequeno e grande porte como</p><p>residenciais multifamiliares verticais e horizontais. Além disso, já projetei</p><p>os complementares de alguns. Gosto de transmitir minha experiência</p><p>de vida àqueles que estão iniciando em suas profissões. Por isso fui</p><p>convidado pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores</p><p>independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você nessa fase de</p><p>muito estudo e trabalho. Conte comigo!</p><p>ICONOGRÁFICOS</p><p>Olá. Esses ícones irão aparecer em sua trilha de aprendizagem toda vez</p><p>que:</p><p>OBJETIVO:</p><p>para o início do</p><p>desenvolvimento de</p><p>uma nova compe-</p><p>tência;</p><p>DEFINIÇÃO:</p><p>houver necessidade</p><p>de se apresentar um</p><p>novo conceito;</p><p>NOTA:</p><p>quando forem</p><p>necessários obser-</p><p>vações ou comple-</p><p>mentações para o</p><p>seu conhecimento;</p><p>IMPORTANTE:</p><p>as observações</p><p>escritas tiveram que</p><p>ser priorizadas para</p><p>você;</p><p>EXPLICANDO</p><p>MELHOR:</p><p>algo precisa ser</p><p>melhor explicado ou</p><p>detalhado;</p><p>VOCÊ SABIA?</p><p>curiosidades e</p><p>indagações lúdicas</p><p>sobre o tema em</p><p>estudo, se forem</p><p>necessárias;</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>textos, referências</p><p>bibliográficas e links</p><p>para aprofundamen-</p><p>to do seu conheci-</p><p>mento;</p><p>REFLITA:</p><p>se houver a neces-</p><p>sidade de chamar a</p><p>atenção sobre algo</p><p>a ser refletido ou dis-</p><p>cutido sobre;</p><p>ACESSE:</p><p>se for preciso aces-</p><p>sar um ou mais sites</p><p>para fazer download,</p><p>assistir vídeos, ler</p><p>textos, ouvir podcast;</p><p>RESUMINDO:</p><p>quando for preciso</p><p>se fazer um resumo</p><p>acumulativo das últi-</p><p>mas abordagens;</p><p>ATIVIDADES:</p><p>quando alguma</p><p>atividade de au-</p><p>toaprendizagem for</p><p>aplicada;</p><p>TESTANDO:</p><p>quando o desen-</p><p>volvimento de uma</p><p>competência for</p><p>concluído e questões</p><p>forem explicadas;</p><p>SUMÁRIO</p><p>Compactação dos Solos .......................................................................... 10</p><p>Razões e Princípios Gerais ....................................................................................................... 10</p><p>Ensaio Proctor Normal de Compactação ...................................................................... 12</p><p>Estrutura dos Solos Compactados ................................................................................... 16</p><p>Tensões no Solo ........................................................................................... 19</p><p>Conceito de Tensões em um Meio Particulado ........................................................ 19</p><p>Tensões Devidas ao Peso Próprio do Solo ................................................................... 21</p><p>Pressão Neutra e Conceitos de Tensão Efetivas .....................................................23</p><p>Permeabilidade dos Solos ......................................................................27</p><p>A água no Solo ..................................................................................................................................27</p><p>Permeabilidade dos Solos........................................................................................................28</p><p>A Lei de Darcy.................................................................................................................28</p><p>Determinação do Coeficiente de Permeabilidade ............................. 30</p><p>A Velocidade de Descarga e a Velocidade Real da Água .................................32</p><p>Cargas Hidráulicas ..........................................................................................................................33</p><p>Forças de Percolação...................................................................................................................34</p><p>Compressibilidade e Adensamento – Evolução dos Recalques</p><p>com o Tempo .................................................................................................36</p><p>O Processo de Adensamento ................................................................................................37</p><p>A teoria de Adensamento Unidimensional de Terzaghi ..................................... 39</p><p>Hipóteses da Teoria do Adensamento ....................................................... 39</p><p>Grau de Adensamento ............................................................................................ 40</p><p>Coeficiente de Compressibilidade ..................................................................42</p><p>7</p><p>UNIDADE</p><p>03</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>8</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>De forma a compreender os assuntos ligados ao solo, esta unidade</p><p>será dedicada à compreensão, primeiramente, da compactação dos</p><p>solos, conhecendo as suas razões e princípios, como também o ensaio</p><p>proctor e a estrutura dos solos compactados. Será realizado o estudo</p><p>das tensões no solo, compreendendo seu conceito e os seus tipos. Um</p><p>assunto importante relacionado ao solo também será estudado nesta</p><p>unidade: a permeabilidade. Para isso, será necessário compreender a</p><p>água no solo, a velocidade de descarga e a velocidade real da água, as</p><p>cargas hidráulicas e as forças de percolação. Por fim, estudaremos sobre a</p><p>compressibilidade e adensamento, compreendendo todo o seu processo.</p><p>Vamos entender como se formam e como se comportam analisando-os</p><p>de forma prática. Vamos seguir nesta jornada nas próximas páginas.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>9</p><p>OBJETIVOS</p><p>Olá. Seja muito bem-vindo à Unidade 03. Nosso objetivo é auxiliar</p><p>você no desenvolvimento das seguintes competências profissionais até o</p><p>término desta etapa de estudos:</p><p>1. Compreender as hipóteses formuladas pela teoria da elasticidade</p><p>para cálculo dos esforços introduzidos por um carregamento</p><p>externo.</p><p>2. Realizar a compactação no solo para sua melhoria.</p><p>3. Aplicar a propriedade de permeabilidade dos solos.</p><p>4. Analisar a compressibilidade do solo, avaliando a alteração de seu</p><p>volume e o recalque.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>10</p><p>Compactação dos Solos</p><p>OBJETIVO:</p><p>Compreender a influência da compactação na resistência</p><p>dos solos e quais ensaios são utilizados para determinar o</p><p>grau de compactação.</p><p>Construindo taludes rodoviários, barragens de terra ou qualquer que</p><p>seja a estrutura de solo solto esse deve ter sua compactação efetuada</p><p>para que se tenha um aumento em seu peso específico. A compactação</p><p>aumenta a resistência dos solos que, consequentemente, aumenta a</p><p>resistência das fundações construídas sobre sua superfície. A partir dessa</p><p>“manipulação” reduz-se também os recalques indesejáveis das estruturas e</p><p>aumenta a estabilidade de taludes e aterros. Aqui veremos alguns detalhes</p><p>dos princípios da compactação dos solos em laboratório e no campo.</p><p>Razões e Princípios Gerais</p><p>Como citado acima, em nossa breve introdução, a compactação</p><p>do solo é o aumento de sua densidade. Esse aumento é provocado por</p><p>equipamento mecânico e, geralmente, o rolo compressor é o responsável</p><p>por tal tarefa. Dependendo da dimensão da compactação utiliza-se até a</p><p>manual.</p><p>O solo, quando transportado e depositado para a construção</p><p>de um aterro, fica em um estado relativamente fofo e heterogêneo e,</p><p>consequentemente, muito deformável e pouco resistente. Verifica-se</p><p>facilmente esse efeito em uma areia de praia</p><p>quando se pisa e ela “afunda”.</p><p>A compactação tem por finalidade aumentar o contato entre os</p><p>grãos e tornar o aterro mais homogêneo. Com isso aumenta a densidade</p><p>e diminui o índice de vazios provocando a melhoria.</p><p>A compactação é empregada em diversas obras de engenharia,</p><p>como aterros, camadas constituintes de pavimentos, construções de</p><p>barragens de terra, preenchimento com terra do espaço atrás de muros de</p><p>arrimo, e preenchimento das inúmeras valetas que se abrem diariamente</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>11</p><p>nas ruas das cidades. Os processos de compactação são decididos</p><p>quando se sabe o tipo de obra e o tipo de solo, a umidade em que o</p><p>solo deve se encontrar na ocasião e a densidade a ser atingida. Tudo isso,</p><p>visando o objetivo de reduzir recalques, aumentar rigidez e resistência,</p><p>reduzir a permeabilidade etc.</p><p>Na compactação as quantidades de partículas e de água</p><p>permanecem constantes. O aumento que se tem de massa específica é</p><p>decorrente da eliminação de ar.</p><p>A facilidade de saída do ar se dá quando a umidade não é muito</p><p>elevada, o ar encontra-se em forma de canalículos intercomunicados. A</p><p>redução do atrito pela água e os canalículos de ar permitem uma massa</p><p>específica maior quando o teor de umidade é maior.</p><p>A partir de um certo de grau de umidade, não se consegue mais</p><p>expulsar o ar dos vazios devido à elevação do grau de saturação e a</p><p>oclusão do ar. Existe, portanto, uma determinada energia aplicada para</p><p>um certo teor de umidade, denominado umidade ótima que conduz a</p><p>uma massa específica seca máxima ou densidade seca máxima.</p><p>O grau de compactação é medido com base em seu peso específico</p><p>seco. A água, sendo adicionada ao solo durante a compactação, atua</p><p>como agente amolecedor nas partículas do solo, deslizando umas nas</p><p>outras e se posicionam em uma formação compacta de alta densidade.</p><p>O peso específico seco após a compactação aumenta com o teor</p><p>de umidade. Observe na figura que a certo teor de umidade w = 0, o peso</p><p>específico natural (y) é igual ao peso específico seco (yd) ou y = yd(w=0) = y1.</p><p>Quando o teor de umidade é aumentado de forma gradual e o</p><p>mesmo esforço de compactação é aplicado, o peso dos sólidos, em um</p><p>volume unitário aumenta gradualmente. Se w = w1, y = y2.</p><p>Entretanto, conforme Das (2007), com esse teor de umidade, o peso</p><p>específico seco é dado por: Yd(w=w1) = yd(w=0) + ∆yd</p><p>Acima de determinado teor de umidade, w = w2, conforme figura</p><p>abaixo, qualquer aumento desse teor tende a reduzir o peso específico</p><p>seco. Esse fenômeno ocorre quando a água ocupa o volume que seria</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>12</p><p>ocupado pelas partículas sólidas. O teor de umidade correspondente</p><p>ao peso específico seco máximo é, em geral, conhecido como teor de</p><p>umidade ótimo, conforme descreve Das (2007).</p><p>Figura 1 - Princípios de compactação</p><p>Teor de umidade, w</p><p>0 w1 w2</p><p>Pe</p><p>so</p><p>e</p><p>sp</p><p>ec</p><p>ífi</p><p>co</p><p>n</p><p>at</p><p>ur</p><p>al</p><p>, y ∆yd</p><p>y</p><p>=</p><p>y 1 =</p><p>y</p><p>d (</p><p>w</p><p>=</p><p>0</p><p>)</p><p>y2</p><p>Sólidos do solo Água</p><p>Fonte: Das (2007).</p><p>Ensaio Proctor Normal de Compactação</p><p>Conforme descreve Pinto (2012), o ensaio de Proctor foi padronizado</p><p>pela ABNT através da NBR 7182/86 e, em sua última revisão, apresentam-</p><p>se diversas alternativas para o ensaio. Nos ateremos aqui ao ensaio original</p><p>que é o mais utilizado hoje.</p><p>A amostra de solo coletada deve ser previamente seca ao ar e</p><p>destorroada (quebrada em pedaços menores). O ensaio tem início com</p><p>o acréscimo de água até que o solo fique com cerca de 5% de umidade</p><p>abaixo da umidade ótima. Não é tão difícil perceber isto, como poderia</p><p>parecer à primeira vista. Ao se manusear um solo, percebe-se uma</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>13</p><p>umidade relativa que depende dos limites de liquidez e de plasticidade.</p><p>Ao longo do tempo, ao se adquirir experiência, qualquer operador, ao</p><p>manusear o solo, percebe se ele está acima ou abaixo da umidade ótima,</p><p>geralmente é muito próximo e um pouco abaixo do limite de plasticidade.</p><p>Após uniformização da umidade, uma porção do solo é colocada</p><p>num cilindro padrão (10 cm de diâmetro, altura de 12,73 cm, volume de</p><p>1.000 cm³) e submetida a 26 golpes de um soquete com massa de 2,5 kg</p><p>caindo de uma altura de 30,5 cm, conforme descreve Pinto (2012). Utilizava-</p><p>se, anteriormente, 25 golpes. A alteração feita pela norma foi para ajuste</p><p>da energia de compactação aos valores de outras normas internacionais,</p><p>levando em consideração a divergência de tamanho do cilindro utilizado</p><p>no Brasil com os internacionais. A porção de solo compactado deve</p><p>ocupar um terço da altura do cilindro. O processo repete-se por mais</p><p>duas vezes, atingindo-se uma altura um pouco superior à do cilindro,</p><p>viabilizado pelo uso de um anel complementar. Posteriormente, ajusta-se</p><p>o volume raspando o excesso.</p><p>Determina-se a massa específica do corpo de prova obtido. Com</p><p>uma amostra de seu interior, determina-se a umidade. Com esses dois</p><p>valores, calcula-se a densidade seca. A amostra é destorroada, a umidade</p><p>aumentada (cerca de 2%), nova compactação é feita e novo par de valores</p><p>umidade-densidade seca é obtido. A operação é repetida até que se</p><p>perceba que a densidade seca, após elevação, tenha caído em duas ou</p><p>três operações sucessivas. Perceba que, quando a densidade úmida se</p><p>mantém constante em duas tentativas sucessivas, a densidade seca já</p><p>caiu. Se o ensaio, de fato, foi iniciado com umidade em 5% abaixo da ótima</p><p>e os acréscimos foram de 2% a cada tentativa, com cinco determinações</p><p>o ensaio estará concluído. Normalmente, não se faz mais do que seis</p><p>determinações.</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Compactação do solo pelo método de Proctor normal.</p><p>Clique aqui.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=7KA3kEkCvow</p><p>14</p><p>Com a obtenção dos dados do ensaio, desenha-se a curva de</p><p>compactação onde representa a densidade seca em função da umidade,</p><p>como mostrado abaixo. Normalmente, associa-se uma reta aos pontos</p><p>ascendentes do ramo seco, outra aos pontos descendentes do ramo</p><p>úmido e unem-se as duas por uma curva parabólica. A curva define uma</p><p>densidade seca máxima, a qual corresponde uma umidade ótima.</p><p>Figura 2 - Curva de compactação obtida em ensaio</p><p>14 16 18 20 22 24 26</p><p>1,8</p><p>1,7</p><p>1,6</p><p>1,5</p><p>1,4</p><p>1,3</p><p>Umidade (%)</p><p>hot</p><p>ρdmax</p><p>S = 0,7 S = 0,8 S = 0,9 S = 1</p><p>D</p><p>en</p><p>si</p><p>da</p><p>de</p><p>s</p><p>ec</p><p>a</p><p>(k</p><p>g/</p><p>dm</p><p>3 )</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>No gráfico do ensaio, pode-se traçar a curva de saturação, que</p><p>corresponde ao lugar geométrico dos valores de umidade e densidade seca</p><p>com o solo saturado. Igualmente, pode-se traçar curvas correspondentes</p><p>a igual grau de saturação. A partir do esquema apresentado na figura 2,</p><p>podemos determinar a equação dessas curvas em função do grau de</p><p>saturação.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>15</p><p>As equações determinam as famílias de curvas como mostrado na</p><p>figura 2 e dependem somente da densidade dos sólidos. O solo pode</p><p>estar em qualquer posição abaixo da curva de saturação, mas nunca</p><p>acima dela, conforme explica Pinto (2012). Os pontos ótimos das curvas</p><p>de compactação situam-se em torno de 80 a 90% de saturação.</p><p>Figura 3 - Curvas de compactação de diversos solos brasileiros</p><p>a) pedregulho bem-graduado,</p><p>pouco argiloso (base</p><p>estabilizada)</p><p>b) solo arenoso laterítico fino</p><p>c) areia siltosa</p><p>d) areia silto-argilosa (residual</p><p>de granito)</p><p>e) silte pouco argiloso</p><p>(residual de gnaisse)</p><p>f) argila siltosa (residual de</p><p>metabasito)</p><p>g) argila residual de basalto</p><p>(terra roxa)</p><p>2.1</p><p>2</p><p>1.9</p><p>1.8</p><p>1.7</p><p>1.6</p><p>1.5</p><p>1.4</p><p>1.3</p><p>1.2</p><p>Umidade (%)</p><p>4035302520151050</p><p>D</p><p>en</p><p>si</p><p>da</p><p>de</p><p>s</p><p>ec</p><p>a</p><p>(k</p><p>g/</p><p>dm</p><p>3 )</p><p>(a)</p><p>(c)</p><p>(b)</p><p>(d)</p><p>(b) (e)</p><p>(f )</p><p>(g)</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Compactação – Mecânica dos solos. Clique aqui.</p><p>De maneira geral, os solos argilosos apresentam densidades secas</p><p>baixas e umidades ótimas elevadas. Valores como umidade ótima de 25</p><p>a 30% correspondem a densidades secas máximas de 1,5 a 1,4 kg/dm³ e</p><p>são comuns em argilas. Solos siltosos também apresentam valores baixos</p><p>de densidade, frequentemente com curvas de laboratório bem abatidas.</p><p>Densidades secas máximas elevadas,</p><p>da ordem de 2 a 2,1 kg/dm³ e</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=XSYzfMIT-4s</p><p>16</p><p>umidades ótimas baixas, de aproximadamente 9 a 10%, são representativas</p><p>de areias com pedregulhos, bem graduadas e pouco argilosas. Areias finas</p><p>argilosas lateríticas, ainda que a fração areia seja mal graduada, podem</p><p>apresentar umidades ótimas de 12 a 14% com densidades secas máximas.</p><p>Os solos mostrados na figura 3 juntamente com seus valores, são</p><p>meramente indicativos da ordem de grandeza, pois existe muita diferença</p><p>de resultados de amostras de mesma procedência. Os solos lateríticos</p><p>apresentam o ramo ascendente da curva nitidamente mais íngreme do</p><p>que os solos residuais e os solos transportados não laterizados.</p><p>DEFINIÇÃO:</p><p>Os “solos lateríticos” são materiais formados a partir do</p><p>processo intenso de intemperização em solos residuais de</p><p>zonas tropicais e úmidas, onde as elevadas temperaturas e</p><p>abundantes precipitações produzem a infiltração da água</p><p>no solo provocando a lixiviação de partículas finas e alguns</p><p>cátions básicos, deixando no solo as partículas pesadas</p><p>como o ferro e o alumínio. Estas partículas formam vínculos</p><p>cimentantes entre as partículas do solo, dando origem às</p><p>partículas de maiores dimensões, conhecidas como lateritas.</p><p>Estrutura dos Solos Compactados</p><p>O solo compactado fica com uma estrutura que depende da</p><p>energia aplicada e da umidade do solo por ocasião de compactação.</p><p>Note que os valores determinados no ensaio não são índices físicos. Na</p><p>realidade, esses valores, dependem da energia aplicada. Quando o solo</p><p>se encontra com umidade abaixo da ótima, a aplicação de maior energia</p><p>de compactação provoca aumento de densidade seca, mas quando a</p><p>umidade é maior que a ótima, maior esforço de compactação pouco ou</p><p>nada provoca de aumento da densidade, pois não consegue expelir o ar</p><p>dos vazios.</p><p>Na figura abaixo temos um esquema das estruturas em função</p><p>desses parâmetros, conforme sugerido pelo Prof. Lambe do M.I.T,</p><p>explica Pinto (2012). Quando com baixa umidade, a atração face-aresta</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>17</p><p>das partículas não é vencida pela energia aplicada e o solo fica com</p><p>uma estrutura denominada estrutura floculada. Para maiores umidades,</p><p>a repulsão entre as partículas aumenta e a compactação as orienta,</p><p>posicionando-as paralelamente, resultando em uma estrutura dispersa.</p><p>Para a mesma umidade, quanto maior a energia, maior o grau de dispersão.</p><p>Ainda que o modelo seja simplificado, permite justificar as diferenças de</p><p>comportamento dos solos compactados, mesmo que seja uma análise</p><p>bastante complexa. Observe a figura abaixo.</p><p>Figura 4 - Estruturas de solos compactados, segundo proposição de Lambe</p><p>Teor de umidade →</p><p>Pe</p><p>so</p><p>e</p><p>sp</p><p>ec</p><p>ífi</p><p>co</p><p>a</p><p>pa</p><p>re</p><p>nt</p><p>e</p><p>se</p><p>co</p><p>→</p><p>← Alta energia de compactação</p><p>↑</p><p>Baixa</p><p>energia de</p><p>compactação</p><p>A</p><p>E</p><p>B</p><p>C</p><p>D</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>Note que, nos aterros reais o solo não é totalmente desestruturado</p><p>antes de ser compactado. Na realidade, aglomerações naturais</p><p>permanecem e o solo compactado apresenta uma macroestrutura</p><p>diferente da sua micro.</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Através de vídeo, podemos ver como é feita a compactação</p><p>do solo no campo. Como realizar compactação de solo</p><p>com placa vibratória. Clique aqui. Como Compactar o solo</p><p>usando o “sapo”! Clique aqui.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=hDwxQ2_7ozQ</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=qoCEQeEznsw</p><p>18</p><p>RESUMINDO:</p><p>Aprendemos aqui sobre a compactação do solo, técnica</p><p>que é extremamente utilizada na construção civil.</p><p>Aprendemos, também, o porquê da compactação ser</p><p>feita e como fazê-la. Além disso, pudemos conhecer o</p><p>ensaio Proctor normal e seu procedimento de execução</p><p>para determinação da umidade ótima para executar a</p><p>compactação. Em seguida, foram indicados vídeos com</p><p>algumas pequenas máquinas de compactação. Procure</p><p>mais sobre compactação, pois aqui, devido ao nosso</p><p>curto espaço, foi apresentado apenas o indispensável.</p><p>Preparado para nosso próximo capítulo? Vamos lá!</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>19</p><p>Tensões no Solo</p><p>OBJETIVO:</p><p>Nos solos, ocorrem tensões devidas ao peso próprio e as</p><p>cargas aplicadas. Aqui vamos conhecer e aprender o que</p><p>são e como calcular a tensão efetiva em solo.</p><p>Conforme descrito anteriormente, o solo é um sistema multifásico.</p><p>Em uma porção de volume de solo, as partículas sólidas são distribuídas</p><p>aleatoriamente, com vários espaços vazios entre elas. Esses espaços</p><p>vazios são contínuos e são ocupados por água e/ou ar. Para problemas</p><p>de compressibilidade, capacidade de carga, estabilidade de taludes e</p><p>pressão lateral de contenção de terra, necessita-se conhecer a natureza</p><p>da distribuição de tensões ao longo de determinada seção transversal do</p><p>perfil do solo.</p><p>Conceito de Tensões em um Meio</p><p>Particulado</p><p>Podemos considerar que os solos são constituídos de partículas e</p><p>que as forças aplicadas nelas são transmitidas de partícula a partícula,</p><p>além das que são suportadas pela água dos vazios, conforme explica</p><p>Pinto (2012).</p><p>Essa transmissão, partícula a partícula, bastante complexa, depende</p><p>do tipo de mineral. Em partículas maiores, em que as três dimensões</p><p>ortogonais são aproximadamente iguais, como são os grãos de siltes e de</p><p>areias, a transmissão de forças se faz através do contato direto de mineral</p><p>a mineral. Em caso de partículas de mineral argila em número muito</p><p>grande, as forças em cada contato são muito pequenas e a transmissão</p><p>pode ocorrer através da água quimicamente adsorvida. A transmissão, em</p><p>qualquer caso, se faz nos contatos e, portanto, em áreas muito reduzidas</p><p>em relação à área total.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>20</p><p>Figura 5 - Esquema do contato entre grãos para a definição de tensões</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>Em um corte plano numa massa de solo passaria por grãos e vazios</p><p>e, eventualmente, poucos contatos. Para fins didáticos, consideremos que</p><p>foi possível colocar uma placa plana no interior do solo como na figura 5,</p><p>esquema com simplificação muito grande, pois não é possível representar</p><p>os contatos no plano do papel.</p><p>Diversos grãos transmitirão forças à placa, as quais podem ser</p><p>decompostas em normais tangenciais à superfície da placa. Segundo</p><p>Pinto (2012), é impossível desenvolver modelos matemáticos com base</p><p>nas inúmeras forças, e a sua ação é substituída pelo conceito de tensões.</p><p>A somatória das componentes normais ao plano, dividida pela área</p><p>total que abrange as partículas em que os contatos ocorrem, define-se</p><p>como tensão normal. Pode ser escrita na forma:</p><p>A somatória das forças tangenciais, dividida pela área, é denominada</p><p>de tensão cisalhante.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>21</p><p>Lembrando que nas areias os contatos se dão entre os grãos e nas</p><p>argilas, as mais problemáticas para nós, através da água adsorvida.</p><p>Para o contato entre solo e a placa pode ser também assumido</p><p>como válido para qualquer outro plano, como o plano P na figura 5, tendo-</p><p>se que levar em conta as forças transmitidas no interior das partículas</p><p>seccionadas, ou uma superfície ondulada se ajustando aos contatos</p><p>com os grãos Q. As tensões definidas desta forma, são muito menores</p><p>do que as tensões que ocorrem nos contatos reais entre partículas. Essas</p><p>chegam a 700 Mpa, segundo Pinto (2012). Nos problemas de engenharia</p><p>de solos, raramente as tensões chegam a 1 Mpa. As áreas de contato real</p><p>entre as partículas são bem menores que 1% da área total, considerada na</p><p>conceituação de tensões, para efeito prático, admitimos que as áreas de</p><p>contato sejam desprezíveis.</p><p>O conceito de tensão exposto conduz ao conceito de tensão em</p><p>um meio contínuo. Isso faz com que não nos preocupemos se o ponto</p><p>materializado seja um grão ou vazios como acontece em outros materiais</p><p>como o concreto, em que não sabemos se o ponto é ocupado pelo</p><p>agregado, vazio ou cimento hidratado. Em diversos planos que passam</p><p>por um ponto no interior do solo ocorrem tensões diversas.</p><p>Tensões Devidas ao Peso Próprio do Solo</p><p>Nos solos ocorrem diversas tensões devido ao peso próprio</p><p>e às</p><p>cargas aplicadas. Analisando o comportamento dos solos, as tensões</p><p>devidas ao peso têm valores consideráveis e não podemos desconsiderar</p><p>em nosso estudo. Quando a superfície do terreno é horizontal,</p><p>intuitivamente, aceitamos que a tensão atuante em um plano horizontal</p><p>a uma certa profundidade seja normal ao plano. Após vários estudos</p><p>chegou-se à conclusão que as tensões de cisalhamento se anulam,</p><p>pois tendem a se contrapor. Em um plano horizontal acima do nível de</p><p>água, como o plano A na figura abaixo, atua o peso de um prisma de terra</p><p>definido por esse plano. O peso do prisma, dividido pela área, indica a</p><p>tensão vertical:</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>22</p><p>Figura 6 - Tensões num plano horizontal</p><p>N.A.</p><p>Y</p><p>X</p><p>A</p><p>B</p><p>Z</p><p>ZA</p><p>ZW</p><p>ZB</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Tensões no solo seco. Clique aqui.</p><p>Quando o solo se constitui de camadas aproximadamente</p><p>horizontais, a tensão vertical resulta da somatória do efeito das diversas</p><p>camadas. Abaixo segue o diagrama de tensões em relação à profundidade</p><p>de uma seção de solo completamente seco, como hipótese.</p><p>Para saber o peso próprio, basta-se multiplicar a altura da camada</p><p>pelo seu peso próprio. Na figura abaixo, multiplica-se o primeiro peso</p><p>específico por 3 m e o segundo por 2 m. Desta forma, para a primeira</p><p>camada:</p><p>σ1 = γn * h = 16 * 3 = 48</p><p>Para a segunda camada:</p><p>σ2 = γn * h + γn * h = 16 * 3 + 21 * 2 = 90</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=rBQ6YZbWjz8</p><p>23</p><p>Lembre-se que o peso próprio é acumulado, tudo que estiver acima</p><p>do ponto requerido deverá ser somado.</p><p>Figura 7 - Tensões totais verticais no subsolo</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>Pressão Neutra e Conceitos de Tensão Efetivas</p><p>Analisando na figura 6, consideramos o solo acima do nível da água,</p><p>ou seja, seco. A tensão no plano B, abaixo do lençol freático, situado na</p><p>profundidade zw, será a soma do efeito das camadas superiores.</p><p>A água no interior dos vazios, abaixo do nível da água, estará sob</p><p>uma pressão que independe da porosidade do solo e depende de sua</p><p>profundidade em relação ao nível freático. No plano em questão, a pressão</p><p>da água, que em mecânica dos solos é representada pelo símbolo u, e é:</p><p>u = (Zb - Zw) * γw</p><p>Mediante a diferença de natureza das forças atuantes, Terzaghi</p><p>constatou que a tensão normal total em um plano qualquer deve ser</p><p>considerada como a soma de duas parcelas:</p><p>A primeira, é a tensão transmitida pelo contato entre as partículas,</p><p>chamada pelo Terzaghi de tensão efetiva, caracterizada pelo σ' ou σ. A</p><p>segunda, a pressão da água, definida como pressão neutra ou por opressão.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>24</p><p>A partir disso, Terzaghi estabeleceu o princípio das tensões efetivas,</p><p>que podemos expressar em duas parcelas.</p><p>Tensão efetiva, para solos saturados, expressa por: σ = σ - u</p><p>Sendo σ a tensão total e u sendo a pressão neutra.</p><p>Todos os efeitos mensuráveis resultantes de variações de tensões</p><p>nos solos, como compressão, distorção e resistência ao cisalhamento são</p><p>devidos a variações de tensões efetivas.</p><p>As deformações no solo, que é um sistema de partículas, têm uma</p><p>característica bastante distinta das deformações dos outros materiais</p><p>com os quais os engenheiros estão acostumados a lidar. No concreto, as</p><p>deformações correspondem às mudanças de forma ou de volume, em</p><p>que todos os elementos se deslocam de maneira contínua, mantendo</p><p>suas posições relativas. Como na mecânica dos solos as coisas são menos</p><p>controladas, as deformações correspondem à variações de forma ou de</p><p>volume do conjunto, resultantes do deslocamento relativo de partículas</p><p>mostrado abaixo.</p><p>Figura 8 - Deformação no solo como consequência de deslocamento de partículas</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>A compressão das partículas, de forma individual, é totalmente</p><p>desprezível perante as deformações decorrentes dos deslocamentos das</p><p>partículas, umas em relação às outras. Desta forma, entende-se que as</p><p>deformações nos solos sejam devidas somente às variações de tensões</p><p>efetivas, que correspondem à parcela das tensões referente às forças</p><p>transmitidas pelas partículas.</p><p>O princípio das tensões efetivas é de extrema importância para o</p><p>entendimento do comportamento dos solos. Considere que a figura 5 seja</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>25</p><p>um conjunto de partículas com vazios ocupados com água. Se a tensão</p><p>total for aumentada com igual aumento da pressão da água, as partículas</p><p>serão comprimidas, porque a pressão da água atua em toda a sua periferia.</p><p>Como as áreas de contato entre os grãos são extremamente pequenas</p><p>e ocorrem tanto nos contatos acima com abaixo de qualquer uma das</p><p>partículas, as forças que são transmitidas abaixo dela e nas que se apoia</p><p>permanecem inalteradas. E, com isso, a pressão efetiva não se altera. O</p><p>solo não se altera decorrente desse efeito de acréscimo de tensão, pois</p><p>as partículas podem ser consideradas incompressíveis, para o nível de</p><p>tensões comum e as deformações dos solos resultam do deslocamento</p><p>relativo das partículas, em função das forças transmitidas entre elas, que,</p><p>nesse caso, não se alteram. Isso é o que a primeira parte do princípio de</p><p>tensões indica. A pressão neutra, da água, reflete o sentido de inexistência</p><p>de qualquer efeito mecânico dessa parcela da tensão total.</p><p>Ainda considerando a figura 5, se a tensão total em um plano</p><p>aumentar, sem que a pressão da água aumente, as forças transmitidas</p><p>pelas partículas nos seus contatos se alteram, as posições relativas dos</p><p>grãos mudam e ocorre deformação do solo. O aumento de tensão foi</p><p>efetivo, conforme afirma Pinto (2012).</p><p>Figura 9 - Simulação para entender o conceito de tensão efetiva</p><p>N.A. N.A.</p><p>N.A.</p><p>a) Esponja em repouso b) Peso aplicado c) Elevação da água</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>Em (a) a esponja está em repouso, as tensões resultam de seu</p><p>peso e da pressão da água. Em (b), ao se colocar um peso sobre a</p><p>esponja as tensões no interior da esponja serão majoradas. Observa-se</p><p>que a esponja se deforma sob a ação do peso, expulsando água do seu</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>26</p><p>interior. O acréscimo de tensão foi efetivo. Em (c), ao invés de se colocar</p><p>o peso, o nível de água fosse elevado em 10 cm, a pressão atuante sobre</p><p>a esponja seria também de 1 kPa, e as tensões no interior da esponja</p><p>seriam majoradas nesse mesmo valor, mas a esponja não se deforma. A</p><p>pressão da água atua também nos vazios da esponja e a estrutura sólida</p><p>não “sente” a alteração das pressões. O acréscimo de pressão foi neutro.</p><p>Da mesma forma acontece no solo. Se um carregamento é feito na</p><p>superfície do terreno, as tensões efetivas aumentam, o solo se comprime</p><p>e alguma água é expulsa de seus vazios, ainda que lentamente, afirma</p><p>Pinto (2012). Se o nível da água numa lagoa se eleva, o aumento da tensão</p><p>total provocado pela elevação é igual ao aumento da pressão neutra nos</p><p>vazios e o solo não se comprime.</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Tensão efetiva. Clique aqui.</p><p>RESUMINDO:</p><p>Vimos aqui um tema muito importante para a mecânica</p><p>dos solos, pois, como dito, ela é aplicada em várias</p><p>situações da engenharia civil. No capítulo vimos como no</p><p>solo as tensões são geradas através das partículas de solo.</p><p>Como o peso próprio seco é calculado e conhecemos o</p><p>princípio das tensões efetivas definido por Terzaghi. Procure</p><p>compreender bem as tensões efetivas, pois é de extrema</p><p>importância ter bem definido esse conceito. Vamos para o</p><p>próximo capítulo?</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=6Y4nFyog4AM</p><p>27</p><p>Permeabilidade dos Solos</p><p>OBJETIVO:</p><p>Aqui pretende-se aplicar a teoria de permeabilidade do</p><p>solo, ou seja, quanto de água ocupa parte ou a totalidade</p><p>dos vazios do solo. Vamos continuar? Preparado?</p><p>Os solos são permeáveis em função da existência de vazios</p><p>interconectados pelos quais a água pode fluir de pontos de alta energia</p><p>para pontos de baixa energia. O estudo do fluxo de água através do</p><p>solo permeável é importante na mecânica dos solos, conforme Das</p><p>(2007). É necessário para estimar a quantidade de fluxo subterrâneo sob</p><p>várias</p><p>condições hidráulicas, para investigar problemas envolvendo o</p><p>bombeamento de água para construção subterrânea e para fazer análises</p><p>de estabilidade de barragens de terra e estruturas de contenção sujeitas</p><p>a forças de percolação.</p><p>A água no Solo</p><p>A água ocupa a maior parte ou a totalidade dos vazios dos solos.</p><p>Segundo Pinto (2012), a água desloca-se no interior do solo através de</p><p>diferenças de potencial.</p><p>O estudo da percolação da água no solo dá-se porque ela intervém</p><p>em muitos problemas práticos, que podem ser agrupados em três</p><p>tipos como no cálculo das vazões, análise de recalques e no estudo de</p><p>estabilidade.</p><p>a. Cálculo das vazões pode ser utilizado para estimar a quantidade</p><p>de água que se infiltra em uma escavação.</p><p>b. A análise de recalques relaciona-se à diminuição de índice de</p><p>vazios, que ocorre pela expulsão de água desses vazios.</p><p>c. Nos estudos de estabilidade, porque a tensão efetiva, que</p><p>comanda a resistência do solo, depende da pressão neutra e que</p><p>depende das tensões provocadas pela percolação da água.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>28</p><p>Observe a figura abaixo, ela apresenta a areia que ocupa a altura L</p><p>no permeâmetro e, sobre ela, uma coluna z de água. Não há fluxo porque</p><p>na bureta que alimenta a parte inferior do permeâmetro a água atinge a</p><p>mesma cota.</p><p>Figura 10 - Tensões no solo em um permeâmetro com fluxo descendente</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>O diagrama à direita, mostra as pressões totais e neutras ao longo</p><p>da profundidade. A tensão efetiva na cota inferior pode ser obtida pela</p><p>diferença entre as duas ou pelo produto da altura da areia pelo peso</p><p>específico submerso. Essa tensão é transferida para a peneira sobre a qual</p><p>se apoia.</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Permeabilidade do solo (parte 1 e parte 2). Clique aqui e</p><p>aqui.</p><p>Permeabilidade dos Solos</p><p>A Lei de Darcy</p><p>Segundo Pinto (2012), Darcy em 1850, verificou como os diversos</p><p>fatores geométricos influenciavam a vazão da água expressando a</p><p>equação que ficou conhecida pelo seu nome.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=bpAEzfbte2g</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=GbzHTOqRXnw</p><p>29</p><p>Temos que: Q é a vazão.</p><p>A é a área do permeâmetro.</p><p>K é uma constante para cada solo, que recebe o nome de coeficiente</p><p>de permeabilidade.</p><p>Figura 11 - Água percolando num permeâmetro</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>A relação h, carga na qual se dissipa na percolação, por L, distância</p><p>ao longo da qual a carga se dissipa, é denominado de gradiente hidráulico,</p><p>expresso pela letra i. A lei de Darcy assume o formato:</p><p>Q = k * i * A</p><p>A vazão dividida pela área indica a velocidade com que a água sai</p><p>da areia. A velocidade v é chamada de velocidade de percolação. A lei de</p><p>Darcy, em função da velocidade de percolação passa para:</p><p>v = k * i</p><p>A partir da última expressão, compreendemos que o coeficiente</p><p>de permeabilidade indica a velocidade de percolação da água quando o</p><p>gradiente é igual a 1. Utiliza-se como unidade m/s e, como para os solos</p><p>seu valor é muito baixo e é expresso em potências de 10.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>30</p><p>Como conclusão, devemos dar maior atenção ao expoente, no</p><p>caso, - 7.</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Permeabilidade (Lei de Darcy). Clique aqui.</p><p>Determinação do Coeficiente de Permeabilidade</p><p>Os coeficientes de permeabilidade são determinados a partir dos</p><p>seguintes procedimentos.</p><p>a. Permeâmetro de Carga Constante</p><p>Nele, repete-se a experiência de Darcy. O permeâmetro geralmente</p><p>se apresenta com a configuração mostrada abaixo. Mantendo a carga</p><p>constante h, durante um certo tempo, a água percolada é colhida e seu</p><p>volume é medido. Conhecendo a vazão e as características geométricas, o</p><p>coeficiente de permeabilidade é calculado diretamente pela Lei de Darcy.</p><p>Figura 12 - Esquema de permeâmetro de carga constante</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=A9B86mBWf3E</p><p>31</p><p>b. Permeâmetro de Carga Variável</p><p>Quando o coeficiente de permeabilidade é muito baixo, a</p><p>determinação pelo permeâmetro de carga constante é pouco precisa.</p><p>Utiliza-se, então, o de carga variável. O tempo que a água na bureta</p><p>superior leva para baixar da altura inicial hi a altura final hf . Em um instante</p><p>qualquer t, a partir do início, a carga é h e o gradiente h/L. A vazão será</p><p>dada por:</p><p>Então, a vazão que passa pelo solo é igual à vazão da água que</p><p>passa pela bureta e podemos expressar por: Q = (- a * dh)/dt</p><p>Onde a é a área da bureta e a * dh, o volume que escoou no</p><p>tempo dt. O sinal negativo em a é para mostrar que h diminui com o tempo.</p><p>A equação final após aplicadas as condições de contorno inicial e final</p><p>(h = hi, t = 0) e (h = hf, t = tf), tempos que:</p><p>c. Ensaios de Campo</p><p>Em uma sondagem de simples reconhecimento de solos se a</p><p>operação de perfuração for interrompida e se encher de água o tubo</p><p>de revestimento, mantendo-se o seu nível e medindo-se a vazão para</p><p>isso, consegue-se calcular o coeficiente de permeabilidade do solo. Mas,</p><p>para isso, é necessário conhecer vários parâmetros, entre eles: altura</p><p>livre da perfuração, posição do nível de água, espessura das camadas</p><p>etc. e, também, conhecimento de teorias a respeito de escoamento da</p><p>água através de perfurações. Os ensaios de campo são menos precisos</p><p>do que os de laboratório. Porém, eles são realizados em situação real. Os</p><p>ensaios de laboratórios são mais precisos, porém as amostras não são</p><p>bem representativas do solo.</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Passo a passo ensaio de percolação do solo (Teste de</p><p>infiltração). Clique aqui.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=mtGmeu52pGA</p><p>32</p><p>d. Métodos Indiretos</p><p>A velocidade de recalque de um solo quando submetido a uma</p><p>compressão depende da velocidade com que a água sai dos vazios, depende</p><p>de seu coeficiente de permeabilidade. Os ensaios de adensamento são</p><p>realizados para o estudo de recalques e de seu desenvolvimento ao longo</p><p>do tempo. Pela análise desses dados com base nas teorias correspondentes,</p><p>pode-se obter o coeficiente de permeabilidade do solo ensaiado.</p><p>A Velocidade de Descarga e a Velocidade</p><p>Real da Água</p><p>A vazão dividida pela área total resulta na velocidade considerada</p><p>na Lei de Darcy. A água não passa por toda a área, mas somente pelos</p><p>vazios. De acordo com o esquema abaixo, a velocidade de percolação</p><p>medida é da água, do ponto P ao ponto R ou do ponto S ao ponto T, razão</p><p>dessa velocidade ser referida, às vezes, como velocidade de aproximação</p><p>ou de descarga. Através do solo, em nosso exemplo de R a S, a velocidade</p><p>é maior, pois a área disponível é menor. No esquema da direita, podemos</p><p>visualizar a área menor representada. Como a vazão é igual em qualquer</p><p>seção, temos: Q = A * v = Af * vf</p><p>Figura 13 - Esquema das velocidades de percolação e de fluxo</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>A relação entre a área de vazios e a área total é igual à relação entre</p><p>os volumes correspondentes, segundo Pinto (2012), que são por definição</p><p>a porosidade da areia, n.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>33</p><p>Podemos expressar a velocidade de fluxo como:</p><p>A velocidade é a distância entre os pontos R e S dividida pelo</p><p>tempo que a água leva para percorrê-la. É uma velocidade fictícia, pois a</p><p>água percorre um caminho não linear, enquanto, para efeitos de cálculos</p><p>consideramos linear.</p><p>Cargas Hidráulicas</p><p>É conveniente expressar as componentes de energia pelas cargas</p><p>correspondentes em termos de altura de coluna de água. Como Bernoulli</p><p>demonstrou, a carga total em um ponto na água em movimento pode ser</p><p>dada pela soma das cargas piezométrica, cinética e altimétrica.</p><p>onde:</p><p>• h = carga total.</p><p>• u = pressão.</p><p>• v = velocidade.</p><p>• g = aceleração da gravidade.</p><p>• yw = peso específico da água.</p><p>Nos problemas que envolvem percolação de água pelos solos, a</p><p>carga cinética é totalmente desprezível, pois as velocidades são muito</p><p>baixas. Raramente atingem valores de 10 – 2 m/s e, para ela, a carga cinética</p><p>é 0,000005 m valor desconsiderável perante os outros. Desta forma, a</p><p>equação básica fica:</p><p>A carga altimétrica é a diferença de cota entre o ponto considerado</p><p>e qualquer cota definida como referência. A piezométrica, é a pressão</p><p>neutra no ponto expressa em altura de coluna de água.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>34</p><p>Em piezômetro simples, colocado em um ponto qualquer do solo,</p><p>a água se eleva até uma certa cota. A carga total é a diferença entre a cota</p><p>atingida pela água no piezômetro e a cota do plano de referência. A carga</p><p>piezométrica é a altura à qual a água se eleva nesse tubo, em relação ao</p><p>ponto do solo em que foi colocado.</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Cargas hidráulicas rede de fluxo. Clique aqui.</p><p>Forças de Percolação</p><p>A diferença entre as cargas totais na face de entrada e de saída é e</p><p>a ela corresponde à pressão h * γw.</p><p>A carga é dissipada em atrito viscoso na percolação através do solo.</p><p>Como é uma energia que se dissipa por atrito, ela provoca um esforço</p><p>ou arraste na direção do movimento. As partículas recebem atuação das</p><p>forças, tendendo a carregá-las. Só não o faz porque o peso das partículas</p><p>se contrapõe ou porque a areia é contida por outras forças externas,</p><p>conforme Pinto (2012). A força dissipada se dá por: F = h * γw * A</p><p>Sendo A a área do corpo de prova.</p><p>Em um fluxo uniforme, essa força se dissipa uniformemente em</p><p>todo o volume de solo, A * L, de forma que a força por unidade de</p><p>volume é:</p><p>J denomina-se como força de percolação. Ela é igual ao produto do</p><p>gradiente hidráulico (i) pelo peso específico da água.</p><p>A força de percolação é uma grandeza semelhante ao peso</p><p>específico e atua da mesma forma que a força gravitacional. Segundo</p><p>Pinto (2012), as duas se somam quando atuam no mesmo sentido (fluxo</p><p>de água de cima para baixo) e se subtraem quando em sentido contrário</p><p>(fluxo de água de baixo para cima).</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=9_nw7Epql0g</p><p>35</p><p>RESUMINDO:</p><p>Nesse nosso capítulo, discutimos a lei de Darcy, a</p><p>determinação do coeficiente de permeabilidade, velocidade</p><p>de descarga e velocidade real, cargas hidráulicas e forças</p><p>de percolação. Vimos como o fluxo da água se comporta</p><p>em uma porção de solo e como isso o influencia. Pronto</p><p>para o nosso próximo capítulo? Vamos lá!</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>36</p><p>Compressibilidade e Adensamento –</p><p>Evolução dos Recalques com o Tempo</p><p>OBJETIVO:</p><p>Vamos aprender a analisar a compressibilidade do solo e</p><p>avaliar a alteração de volume e o recalque.</p><p>Todos os materiais na natureza se deformam quando são</p><p>submetidos a esforços. A estrutura multifásica característica dos solos</p><p>confere um comportamento próprio, tensão-deformação, o qual</p><p>normalmente depende do tempo. Um esforço de compressão aplicado</p><p>a um solo fará com que seu volume mude, o qual poderá ser devido a</p><p>uma compressão da fase sólida, a uma compressão da fase fluida ou a</p><p>uma drenagem da fase fluida dos vazios.</p><p>Diante dos esforços aplicados na prática e admitindo-se o solo</p><p>saturado temos que tanto a compressibilidade da fase sólida como a</p><p>da fase fluida serão quase desprezíveis e a única razão para que ocorra</p><p>uma variação de volume, será uma redução dos vazios do solo com a</p><p>consequente expulsão da água intersticial. Evidentemente, a saída dessa</p><p>água dependerá da permeabilidade do solo: no caso das areias, em que</p><p>a permeabilidade é alta, a água poderá drenar com bastante facilidade</p><p>e rapidamente nas argilas, porém, para expulsão de água dos vazios</p><p>necessitará de algum tempo, conduzindo o solo a um novo estado de</p><p>equilíbrio, sob as tensões aplicadas. As variações volumétricas que se</p><p>processam nos solos finos, ao longo do tempo, constituem o fenômeno</p><p>de adensamento e são as responsáveis pelos recalques a que estão</p><p>sujeitas estruturas apoiadas sobre esses solos.</p><p>O recalque final que uma estrutura sofrerá será composto de outras</p><p>parcelas como, por exemplo, o recalque imediato ou elástico, estudado na</p><p>Teoria da Elasticidade. Como não existe uma relação tensão-deformação-</p><p>tempo capaz de englobar todas as particularidades e complexidades</p><p>do comportamento real do solo, as parcelas de recalque de um solo</p><p>são estudadas separadamente. Neste capítulo, serão apresentados os</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>37</p><p>fundamentos das variações volumétricas, que se processam no decorrer</p><p>do tempo e ocorrem devido à expulsão de água dos vazios do solo.</p><p>O Processo de Adensamento</p><p>Adensamento é o fenômeno pelo qual os recalques ocorrem com</p><p>expulsão da água do interior dos vazios do solo.</p><p>Muito útil para o entendimento desse fenômeno é a analogia</p><p>mecânica de Terzaghi apresentada por Taylor. Vamos considerar que a</p><p>estrutura sólida do solo seja semelhante a uma mola com deformação</p><p>proporcional à carga sobre ela aplicada, conforme figura abaixo. O solo</p><p>saturado seria representado por uma molda dentro de um pistão cheio</p><p>de água, no êmbolo do qual existe um orifício de reduzida dimensão pelo</p><p>qual a água só passa lentamente onde a pequena dimensão do orifício</p><p>representa a baixa permeabilidade do solo.</p><p>Figura 14 - Analogia mecânica para o processo</p><p>de adensamento, segundo Terzaghi (Taylor, 1948)</p><p>Sem carga 5 N 10 N 15 N</p><p>15 N 15 N15 N 15 NCarga total</p><p>Sem carga</p><p>5 015 100Carga suportada pela água</p><p>10 150 50Carga suportada pela mola</p><p>67 1000 33Porcentagem do adensamento</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>Quando aplicada a carga sobre o pistão, no instante imediatamente</p><p>seguinte, a mola não se deforma, porque ainda não terá ocorrido qualquer</p><p>saída de água, que é muito menos compressível que a mola, afirma Pinto</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>38</p><p>(2012). Toda a carga nesse caso, será suportada pela água. Com a água</p><p>em carga, ela procura sair do pistão, pois o exterior está sob a pressão</p><p>atmosférica. Em um instante qualquer, a quantidade de água que foi</p><p>expulsa terá provocado uma deformação da mola que corresponde</p><p>a uma certa carga, considere 5 N. Nesse instante, a carga total, 15 N</p><p>apenas como exemplo, será parcialmente suportada pela água (10 N) e</p><p>parcialmente pela mola (5 N) como mostrado na figura acima.</p><p>A água ainda carregada, continuará a sair do pistão e, ao mesmo</p><p>tempo, a mola será comprimida e suportará cargas cada vez maiores. O</p><p>processo continua até que seja totalmente suportada pela mola. Quando</p><p>a água não suportar mais sobrecarga não se dará sua saída pelo êmbolo.</p><p>Quando o solo se encontra em campo em um anel temos um</p><p>comportamento semelhante. Quando um acréscimo de pressão é</p><p>aplicado, a água nos vazios suporta toda a pressão. Isso significa que,</p><p>em outras palavras, a pressão neutra aumenta de um valor igual ao</p><p>acréscimo de pressão aplicada, enquanto a tensão efetiva não se altera.</p><p>Denomina-se esse acréscimo de pressão neutra de sobre pressão, por</p><p>ser a parcela da pressão neutra acima da pressão neutra preexistente,</p><p>devido à profundidade em relação ao lençol freático. Nesse momento não</p><p>há deformação do solo, pois só variações de tensões efetivas provocam</p><p>deformações no solo, segundo Pinto (2012).</p><p>Com a água em carga superior à que estabeleceria equilíbrio com o</p><p>meio externo, temos o acontecimento da percolação da água em direção</p><p>às áreas mais permeáveis (pedra porosa, no ensaio, ou camadas de areia</p><p>no solo). Quando a água sai é uma indicação da redução do índice de</p><p>vazios, uma deformação da estrutura sólida do solo. Parte da pressão</p><p>aplicada passa a ser suportada pelo solo. Logo, ocorre um aumento da</p><p>tensão efetiva e, a qualquer momento, a soma do acréscimo de tensão</p><p>efetiva com a sobrepressão neutra é igual ao acréscimo de pressão total</p><p>aplicada. O processo continua até que toda a pressão aplicada tenha se</p><p>tornado acréscimo de tensão efetiva e a sobrepressão neutra tenha se</p><p>dissipado.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>39</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Entenda mais sobre o assunto, Clique aqui.</p><p>A teoria de Adensamento Unidimensional</p><p>de Terzaghi</p><p>A maneira como ocorre a transferência de pressão neutra para a</p><p>estrutura sólida do solo, culminando na redução de volume, constitui a</p><p>teoria do adensamento desenvolvida por Terzaghi.</p><p>Hipóteses da Teoria do Adensamento</p><p>O desenvolvimento da Teoria do Adensamento baseia-se nas</p><p>seguintes hipóteses:</p><p>1. O solo</p><p>é e permanece saturado.</p><p>2. A compressão é unidimensional.</p><p>3. O fluxo da água é unidimensional.</p><p>4. O solo é homogêneo.</p><p>5. As partículas sólidas e a água são praticamente incompressíveis</p><p>diante a compressibilidade do solo.</p><p>6. O solo pode ser estudado como elementos infinitesimais, apesar</p><p>de ser constituído também por vazios.</p><p>7. O fluxo é governado pela Lei de Darcy.</p><p>8. As propriedades do solo (módulo de compressão, permeabilidade</p><p>etc.) não variam no processo de adensamento.</p><p>9. O índice de vazios varia linearmente com o aumento da tensão</p><p>efetiva durante o processo de adensamento.</p><p>Observe que as três primeiras hipóteses mostram que a teoria se</p><p>restringe ao caso de compressão edométrica, com confinamento das</p><p>laterais, com fluxo unidimensional e solos saturados. As hipóteses 4 a 7</p><p>são aceitáveis.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=jnGm_Yzz2_4</p><p>40</p><p>A hipótese 8 não se verifica, pois, à medida que o solo se adensa,</p><p>muitas de suas propriedades variam. A permeabilidade diminui quando</p><p>o índice de vazios diminui. O resultado das variações de cada um</p><p>dos parâmetros envolvidos não é muito grande, pois seus efeitos se</p><p>compensam. A hipótese 9, também é uma aproximação da realidade</p><p>pois o índice de vazios varia não linearmente com as tensões efetivas.</p><p>Pinto (2012), afirma que ocorre uma variação linear, para tensões acima da</p><p>tensão de pré-adensamento, mas com o logaritmo da tensão efetiva. Esta</p><p>hipótese foi inserida para permitir a solução matemática do problema,</p><p>para deixar menos complexo. Para pequenos acréscimos de tensão, a</p><p>consideração não se afasta muito da realidade.</p><p>A hipótese 9, permite que se associe o aumento da tensão efetiva,</p><p>e a correspondente dissipação de pressão neutra com o desenrolar dos</p><p>recalques de maneira simples, por um parâmetro fundamental, o grau de</p><p>adensamento.</p><p>Grau de Adensamento</p><p>Define-se como grau de adensamento a relação entre a deformação</p><p>ocorrida em um elemento, em uma certa posição, caracterizada pela</p><p>sua profundidade z, em um determinado tempo ε e a deformação desse</p><p>elemento quando todo o processo de adensamento tiver ocorrido (εf ).</p><p>A deformação final devida ao acréscimo de tensão é dada pela</p><p>expressão:</p><p>Em um instante t qualquer, o índice de vazios será e a deformação</p><p>ocorrida nesse instante será:</p><p>Então temos que:</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>41</p><p>Como pode ser observado, o grau de adensamento é a relação</p><p>entre a variação do índice de vazios até o instante e a variação total do</p><p>índice de vazios devida ao carregamento.</p><p>Vamos considerar a hipótese da variação linear entre as tensões</p><p>efetivas e os índices de vazios.</p><p>Na figura abaixo, considere um elemento de solo submetido a uma</p><p>tensão efetiva σ1 com um índice de vazios e1. Ao aplicarmos um acréscimo</p><p>de pressão total ∆σ, instantaneamente surge uma pressão neutra de igual</p><p>valor, ui, e não existe variação no índice de vazios. A pressão neutra se</p><p>dissipa aos poucos, até que todo o acréscimo de pressão aplicado seja</p><p>suportado pela estrutura sólida do solo, a tensão efetiva σ2 = σ1 + ∆σ, e o</p><p>índice de vazios se reduz a e2.</p><p>Figura 15 - Variação linear do índice de vazios com a pressão efetiva</p><p>e</p><p>e1</p><p>e</p><p>e2</p><p>σ'1 σ' σ'2 σ'</p><p>µ</p><p>µ</p><p>A</p><p>C</p><p>B</p><p>D</p><p>E</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>Encontra-se, por semelhança de triângulos ABC e ADE, tem-se:</p><p>Com isso, podemos afirmar que o grau de adensamento é</p><p>equivalente ao Grau de Acréscimo de Tensão Efetiva, relação entre o</p><p>acréscimo de tensão efetiva ocorrido até o instante t e o acréscimo total de</p><p>tensão efetiva no final do adensamento, que corresponde ao acréscimo</p><p>total de tensão aplicada.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>42</p><p>Pode-se expressar também a porcentagem de adensamento em</p><p>função das pressões neutras no instante do carregamento, dado por:</p><p>σ2 - σ1 = ui</p><p>No instante t :</p><p>σ2 - σ = u e σ - σ1 = ui - u</p><p>A expressão UZ em função das pressões efetivas:</p><p>Conclui-se que o grau do adensamento é igual ao Grau de dissipação</p><p>da pressão neutra, a relação entre a pressão neutra dissipada até o instante</p><p>e a pressão neutra total que foi provocada pelo carregamento e que vai se</p><p>dissipar durante o adensamento.</p><p>O grau de adensamento pode ser dado pelas quatro expressões</p><p>abaixo:</p><p>Coeficiente de Compressibilidade</p><p>Quando se admite a variação linear entre as tensões efetivas e os</p><p>índices de vazios, pode-se definir a inclinação da reta como um coeficiente</p><p>indicador da compressibilidade do solo.</p><p>Cada variação da tensão efetiva corresponde uma variação de</p><p>pressão neutra, de igual valor, mas de sentido contrário, podemos afirmar</p><p>que:</p><p>Devido à falta de espaço e a longa dedução que é a teoria do</p><p>adensamento, conforme Pinto (2012). O coeficiente de adensamento fica:</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>43</p><p>Figura 16 - Grau de adensamento, Uz</p><p>100,90,80,70,60,50,40,30,20,10</p><p>Z</p><p>=</p><p>z</p><p>H</p><p>D</p><p>0</p><p>1</p><p>2</p><p>1</p><p>1</p><p>1</p><p>2</p><p>2</p><p>Porcentagem de adensamento, Uz</p><p>∆σv / u0 ue / u0</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>44</p><p>Figura 17 - Curva de adensamento (porcentagem de recalque e, função do fator tempo)</p><p>0</p><p>10</p><p>20</p><p>30</p><p>40</p><p>50</p><p>60</p><p>70</p><p>80</p><p>30</p><p>100</p><p>Po</p><p>rc</p><p>en</p><p>ta</p><p>ge</p><p>m</p><p>d</p><p>e</p><p>re</p><p>ca</p><p>lq</p><p>ue</p><p>, U</p><p>Fator tempo, T</p><p>0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1</p><p>Fonte: Pinto (2012).</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Teoria do Adensamento de Terzaghi. Clique aqui.</p><p>RESUMINDO:</p><p>Aqui vimos que o adensamento é um processo dependente</p><p>do tempo, de recalque de camadas por dissipação da</p><p>pressão excessiva da água gerada por aplicação de carga</p><p>na fundação. Foram apresentados os fundamentos das</p><p>variações volumétricas, que se processam no decorrer do</p><p>tempo e ocorrem devido à expulsão de água dos vazios do</p><p>solo. Conhecemos a teoria de adensamento de Terzaghi e</p><p>suas hipóteses para seu desenvolvimento.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=1rnfyijesyY</p><p>45</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>BUENO, B. S., VILAR, O. M. Mecânica dos Solos. vol. 1. São Carlos:</p><p>USP, 1979.</p><p>CASA DO CONSTRUTOR. Como realizar compactação de solo</p><p>com placa vibratória. Disponível em: https://bit.ly/35XYUgC. Acesso em:</p><p>29 dez. 2020.</p><p>COIMBRA, R. Ensaios: Limite de Liquidez - Limite de Plasticidade.</p><p>Youtube. Disponível em: https://bit.ly/2UcBK3l. Acesso em: 05 dez. 2020.</p><p>CRAIG, R. F. Mecânica dos solos. 6ª. Ed. São Paulo: LTC, 2007.</p><p>DAS, B. M. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. São Paulo:</p><p>Ed. Thomson, 2007.</p><p>ENEM, Me Salva. Tensões no solo seco. Disponível em:</p><p>https://bit.ly/3w2HqKv. Acesso em: 02 jan. 2021.</p><p>ENEM, Me Salva. Permeabilidade (Lei de Darcy). Disponível em:</p><p>https://bit.ly/3x4U5xT. Acesso em: 30 dez. 2020.</p><p>ENEM, Me Salva. Compactação – Mecânica dos solos. Disponível</p><p>em: https://bit.ly/3joYkk3. Acesso em: 29 dez. 2020.</p><p>ENGENHARIA NA PRÁTICA. Como Compactar o solo usando o</p><p>“sapo”! Disponível em: https://bit.ly/2U8mWTu. Acesso em: 29 dez. 2020.</p><p>GERSCOVICH, D. M. S. Estabilidade de Taludes. São Paulo: Oficina</p><p>de Textos, 2012.</p><p>MATERIALIZE ENGENHARIA. Passo a passo ensaio de percolação</p><p>do solo (Teste de infiltração). Disponível em: https://bit.ly/3hgYF5J.</p><p>Acesso em: 30 dez. 2020.</p><p>MATERIALIZE ENGENHARIA. Cargas hidráulicas rede de fluxo.</p><p>Disponível em: https://bit.ly/3jpSnTS. Acesso em: 30 dez. 2020.</p><p>MECÂNICA DOS SOLOS. Permeabilidade do solo (parte 1 e parte 2).</p><p>Disponível em: https://bit.ly/3w3myD1. Acesso em: 30 dez. 2020.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>46</p><p>MECÂNICA DOS SOLOS. Aula 10 Permeabilidade do Solo (Parte 2).</p><p>Disponível em: https://bit.ly/35XZ47K. Acesso em: 30 dez. 2020.</p><p>PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos: com exercícios</p><p>resolvidos em 16 aulas. 3ª. Ed. São Paulo: Oficina de textos, 2006.</p><p>SENRA, K. Analogia Mecânica do Adensamento de Terzaghi.</p><p>Disponível em: https://bit.ly/3dtK9Gq. Acesso em: 03 jan. 2021.</p><p>SENRA, K. Teoria do Adensamento de Terzaghi. Disponível em:</p><p>https://bit.ly/3hiRlGD. Acesso em: 03 jan. 2021.</p><p>UFLA. Compactação do solo pelo método de Proctor normal.</p><p>Disponível em: https://bit.ly/3xaxEYg. Acesso em: 29 dez. 2020.</p><p>TONIOLO, Bruno. Aula 6.3 - Estrutura dos Solos. Youtube. Disponível</p><p>em: https://bit.ly/3h3ZcsH.</p><p>Acesso em: 05 dez. 2020.</p><p>Mecânica dos Solos</p><p>_Hlk60712281</p><p>_Hlk60712453</p><p>_Hlk60712754</p><p>Compactação dos Solos</p><p>Razões e Princípios Gerais</p><p>Ensaio Proctor Normal de Compactação</p><p>Estrutura dos Solos Compactados</p><p>Tensões no Solo</p><p>Conceito de Tensões em um Meio Particulado</p><p>Tensões Devidas ao Peso Próprio do Solo</p><p>Pressão Neutra e Conceitos de Tensão Efetivas</p><p>Permeabilidade dos Solos</p><p>A água no Solo</p><p>Permeabilidade dos Solos</p><p>A Lei de Darcy</p><p>Determinação do Coeficiente de Permeabilidade</p><p>A Velocidade de Descarga e a Velocidade Real da Água</p><p>Cargas Hidráulicas</p><p>Forças de Percolação</p><p>Compressibilidade e Adensamento – Evolução dos Recalques com o Tempo</p><p>O Processo de Adensamento</p><p>A teoria de Adensamento Unidimensional de Terzaghi</p><p>Hipóteses da Teoria do Adensamento</p><p>Grau de Adensamento</p><p>Coeficiente de Compressibilidade</p>