Resumo estudo P1 Mecanica dos Solos 01.2010

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Resumo estudo P1 – Mecânica dos Solos 01.2010
 * Estuda o comportamento do solo quando este é usado como material de construção ( aterros rodo-
 viários , barragens de terra , solo estabilizado , base para pavimentação etc . )
Mecânica dos Solos 
 
 * Estuda quando o solo recebe esforços transmitidos pelas estruturas ( fundações de edifícios , pontes , 
 estrutura de contenção , ancoragem , pavimentos etc. )
Engenharia geotécnica – se aprimora pela experiência , pela observação e pela análise do comportamento
 das obras de engenharia
 * Química
 * Física
 Mecânica dos solos * Geologia
 * Mecânica das Rochas e Petrologia
 * Mineralogia
Para se lidar adequadamente com os materiais terrosos, é necessário se ter conhecimento de : ( 4 )
Geologia
Mecânica
Análise experimental
Reologia 
Problemas de engenharia , estudados e resolvidos pela Mecânica dos Solos : 
Fundações : cargas de qualquer estrutura , em última instância , são descarregadas no solo
Obras Subterrâneas ( estrutura de drenagem , dutos , túneis ) e estrutura de Contenção ( muros de arrimo , cortinas
atirantadas ) : todos os projetos e construções são baseados nos princípios da mecânica dos solos e no conceito de 
“ interação solo-estrutura “ 
Pavimentos ( Rígidos e Flexíveis ) : dependência do solo subjacente para transmissão das cargas geradas pelo tráfico , 
além de problemas peculiares devido ao efeito de carregamentos repetitivos e às expansões e contrações do solo por
efeito da variação do teor de umidade .
Escavações , Aterros e Barragens : necessidade de análise de estabilidade e projetos de estrutura de contenção baseados 
nos conceitos da Mecânica dos Solos , conhecimento do comportamento do solo como material de construção , especial-
mente presença de água ( fluxo de água , variação no N.A )
Crosta terrestre :
* Crosta – 120 km
* Manto – 2900 Km
* Núcleo – 3300 Km 
 * Sial : parte mais externa composta principalmente de silício e alumínio , representado por rochas de
 constituição granítica , pode atingir 50 km
Crosta terrestre : 
 * Sima : composição é silício e magnésio , representado por rochas basálticas 
 
Rochas : agregados naturais de um ou mais minerais 
 * Rochas Magmáticas : 95 % do volume da crosta , são aquelas resultantes da solidificação 
 de uma lava vulcânica , as rochas ígneas podem ser classificadas em :
Extrusivas : são resultantes da solidificação de uma lava de superfície
 Exemplo : bassalto , riolito
Intrusivas : são aquelas originadas pela solidificação de uma lava vul-
 cânica no interior da crosta 
 Exemplo : gabro , granito
 
 * Rochas Sedimentares : São rochas resultantes da consolidação de sedimentos , ou seja , partículas
 Rochas minerais da provenientes da desagregação e do transporte de rochas preexis-
 tentes , ou da precipitação química , ou ainda , de ação diogênica , são rochas
 brandas pois apresentam baixa resistência mecânica
 Exemplo : folhelhos , arenitos e calcários
 * Rochas Metamórficas : São rochas derivadas de rochas ígnieas , sedimentares ou mesmo metamór-
 ficas que sofrem transformação na composição mineralógica , na estrutura
 e na textura , em resposta ás novas condições físico-químicas que diferem das
 que prevaleciam durante sua formação 
 Exemplo : ardósia , quartzito ( metamorfismo do arenito ) , mármore ( provém
 do calcário ou dolomito ) , gnaisses 
 
Solo : material presente na crosta terrestre , apresentando-se nas 3 fases físicas 
 * Fase Sólida = minerais ( primários e secundários )
 * Fase líquido = água
 * Fase gasosa = ar
 O solo na construção civil será usado :
 * Como material de construção 
 * Como fundação 
Minerais : é uma substância sólida natural , inorgânica e homogênea , que possui composição química definida e estrutura
 atômica característica , os minerais são os elementos constituintes das rochas 
 Propriedades Físicas e Morfológicas :
 Físicas : dureza , traço , brilho , cor , clivagem , fratura , tenacidade , flexibilidade , peso específico
 Morfológicas : hábito
Origem dos solos :
* Todo solo tem sua origem na decomposição e desintegração de rochas , que constituíam inicialmente a crosta terrestre , por
 intemperismo químico ( decomposição química ) ou físico ( desintegração mecânica ) , podendo ainda ter adição eventual de 
 matéria orgânica .
Intemperismo :
* Processos físicos , químicos e biológicos ( que acontecem simultaneamente ) , pelos quais a rocha se decompõe para formar
 o solo 
* Fatores que influenciam o intemperismo : clima , topografia , tipo de rocha e vegetação
Intemperismo Químico : Processo de decomposição das rochas através de alterações químicas e mineralógicas dos seus 
 seus componentes . Agente : água ( principal ) 	reações químicas ( hidrólise , hidrata-
 cão , carbonatação ) ------ transformação dos minerais primários e secundários 
 b) Intemperismo Físico : São considerados os que causam destruição “ in situ “ das rochas sem modificação química 
 1) Desagregação 
 2) Expansão e contração térmica
 3) Crescimento de cristais e ação do gelo
 4) Contração de material coloidal
 5) Atividade orgânica
 c) Intemperismo Biológico : Decomposição das rochas por ação de vegetais , animais ou homem 
 
Classificação dos solos quanto à sua origem : 
Solos Residuais : produto do intemperismo de rochas que permanece no local de sua formação 
Solos Sedimentares ou Transportados : aquele que sofre ação de agentes transportadores e se acumulam em localdiferente de sua origem 
 Solo Sedimentar Agente transportador
 Eólico ( Ex: Dunas ) Vento
 Glacial Geleiras
 Pluvial Água das chuvas
 Fluvial ( aluvião, seixos rolados de grãos arred.) Água dos rios
 Marítimo ( piso marinho ) Água dos mares
 Aterro ( mecânico / hidráulico ) Homem
 Lixúrio ( lixo lançado nas encostas ) Homem
 Solo Coluvionar ou Colúvio ( fração fina ) + Gravidade
 Tálus ( fração grossa ; pé das escarpas rochosas )
 
Solos Orgânicos : particularidade de solo transportado, ocorrem principalmente , em depressões continentais e baixadas de 
 rios e litorâneas, pelo acúmulo de restos vegetais e animais , são altamente compressíveis .
 Quando rico em matéria orgânica vegetal e apresentam consistência fibrosa são chamados de Turfa .
Horizontes do solo :
Solo residual maduro – solo vermelho ou vermelho-amarelo argiloso , presença de minerais secundários
Solo residual jovem ( saprolito ) – ainda guarda caracteristica da rocha matriz , depositado no local de origem
Rocha completamente alterada – presença de minerais primários em diferentes fases de alteração em função do grau
 do grau de intemperismo
Rocha muito alterada - presença de minerais primários em diferentes fases de alteração em função do grau
 do grau de intemperismo
Rocha moderadamente alterada ( 50% - 90% rocha - presença de minerais primários em diferentes fases de alteração em
 função do grau de intemperismo 
Rocha levemente alterada - presença de minerais primários em diferentes fases de alteração em função do grau de 
 Intepemrismo
Rocha sã ou fresca ( rocha matriz ) 
Exercícios : Origem dos Solos :
1) Cite três problemas de engenharia estudados e resolvidos pela mecânica dos solos , comentando os campos de ação
Fundações : cargas de qualquer estrutura , em última instância , são descarregadas no solo
Obras Subterrâneas ( estrutura de drenagem , dutos , túneis ) e estrutura de Contenção ( muros de arrimo , cortinas
atirantadas ) : todos os projetos e construções são baseados nos princípios da mecânica dos solos e no conceito de 
“ interação solo-estrutura “ 
Pavimentos ( Rígidos e Flexíveis ) : dependência do solo subjacente para transmissão das cargas geradas pelo tráfico , 
além de problemas peculiares devido ao efeito de carregamentos repetitivos e às expansões e contrações do solo por
efeito da variação do teor de umidade .
Escavações , Aterros e Barragens : necessidade de análise de estabilidade e projetos de estrutura de contenção baseados 
nos conceitos da Mecânica dos Solos , conhecimento do comportamento do solo como material de construção , especial-
mente presença de água ( fluxo de água , variação no N.A )
2) Descreva de maneira sucinta , os processos de formação rocha-solo. Comente a possibilidade de em um perfil de solo encontrarmos uma camada de solo residual sobrejacente a uma camada de solo sedimentar
Todo solo tem sua origem na decomposição e desintegração de rochas , que constituíam inicialmente a crosta terrestre , por
 intemperismo químico ( decomposição química ) ou físico ( desintegração mecânica ) , podendo ainda ter adição eventual de 
 matéria orgânica .
3) Com relação à formação dos solos , como eles podem ser classificados . Descreva resumidadmente
Solos Residuais : produto do intemperismo de rochas que permanece no local de sua formação 
Solos Sedimentares ou Transportados : aquele que sofre ação de agentes transportadores e se acumulam em local
 diferente de sua origem 
 Solos Orgânicos : particularidade de solo transportado, ocorrem principalmente , em depressões continentais e baixadas de 
 rios e litorâneas, pelo acúmulo de restos vegetais e animais , são altamente compressíveis .
 Quando rico em matéria orgânica vegetal e apresentam consistência fibrosa são chamados de Turfa .
4) Defina : i) Solo residual jovem ; ii) Solo residual maduro iii) Tálus
Solo residual jovem ( saprolito ) – ainda guarda caracteristica da rocha matriz , depositado no local de origem
 Solo residual maduro – solo vermelho ou vermelho-amarelo argiloso , presença de minerais secundários
 Tálus é um solo transportado ( sedimentar ) formado por fração grossa ao pé das escarpas rochosas , cujo agente é gravidade
5) Porque o solo residual possui diferentes camadas ? Desenhe esquematicamente o perfil de um solo residual
 Porque vão ocorrendo alterações pelo intemperismo gradativos e por camada
6) Distingue intemperismo físico de químico , citando os mecanismos / agentes relacionados a estes processos
Intemperismo Químico : Processo de decomposição das rochas através de alterações químicas e mineralógicas dos seus 
 seus componentes . Agente : água ( principal ) 	reações químicas ( hidrólise , hidrata-
 cão , carbonatação ) ------ transformação dos minerais primários e secundários 
 Intemperismo Físico : São considerados os que causam destruição “ in situ “ das rochas sem modificação química 
 1) Desagregação 
 2) Expansão e contração térmica
 3) Crescimento de cristais e ação do gelo
 4) Contração de material coloidal
 5) Atividade orgânica
7) Fale sobre a influência do agente de transporte na formação de solos sedimentares
 Os agentes de transportes que atuam sobre os solos residuais , permitem a formação dos seguitens solos sedimentares 
 Solo Sedimentar Agente transportador
 Eólico ( Ex: Dunas ) Vento
 Glacial Geleiras
 Pluvial Água das chuvas
 Fluvial ( aluvião, seixos rolados de grãos arred.) Água dos rios
 Marítimo ( piso marinho ) Água dos mares
 Aterro ( mecânico / hidráulico ) Homem
 Lixúrio ( lixo lançado nas encostas ) HomemSolo Coluvionar ou Colúvio ( fração fina ) + Gravidade
 Tálus ( fração grossa ; pé das escarpas rochosas )
8) O que você entende por minerais primários ? E por minerais secundários ?
Minerais primários, assim denominados, pois são os principais minerais que formam a maioria das rochas. Os minerais primários são: o quartzo, o feldspato, o feldspatóide, a mica (biotita e moscovita), os piroxênios, os anfibólios e os peridotos. 
Os minerais secundários são os formados a medida que ocorre a formação do solo, resultam da ação do intemperismo de materiais menos resistentes. São minerais secundários as argilas silicatadas (caolinita, montmorilonita, ilita) e os óxidos hidratados de ferro e de alumínio (goetita, gipsita). Em geral os minerais primários como quartzo, micas e feldspatos persistem no solo e dominam as frações maiores do solo, enquanto que os secundários são encontrados nas frações mais finas do solo como nas argilas.
 Minerais Primários - São os mesmos da richa de origem 
 Minerais secundários – São formados durante a decomposição das rochas 
9) Descreva um perfil típico de solo residual , citando as principais características de cada horizonte . Como deve variar a resistência à compressão simples de um solo residual ao longo de seu perfil de intemperismo ? Em um determinado local você acharia possível encontrar uma camada de solo residual sobreposta a uma camada de solo sedimentar ?
Constituição Química e Mineralógica dos Solos
Minerais : substância inorgânica , natural, com composição química e estrutura definida
Minerais primários – são os mesmos da rocha de origem
Minerais secundários – são formados durante a decomposição das rochas 
Minerais estáveis : quartzo , ilmenita , como resistem ao intemperismo , ocorrem em todas as fases evolutivas do solo
Minerais instáveis : feldspatos , biotita , anfibólio ,são menos resistentes ao intemperismo , não ocorrem em residuais maduros ,
 apenas nos solos de alteração , a alteração dos minerais dão origem aos minerais secundários 
Solos Grossos : Silicatos ( feldspato , mica , quartzo ) ,óxidos ( hematita , magnetita ,limonita ) , Carbonatos ( calcita , dolomita ),
 Sulfato ( gesso , anidrita ) 
 Nos solos grossos o comportamento mecânico depende muito pouco da composição química e sim da granulome-
 tria
Solos Finos : Argila , são minerais naturais , terrosos , finos , que desenvolvem plasticidade quando misturados com uma pequena
 quantidade de água .
 O comportamento mecânico dos solos finos é função primordial da composição mineralógica 
Tamanho das Partículas :
Fração Limites definidos pela Norma da ABNT
Matacão de 200 mm até 1000 mm
Pedra de 60 mm até 200 mm
Pedregulho de 2 mm até 60 mm
Areia grossa de 0,6 mm até 2 mm
Areia média de 0,2 mm até 0,6 mm
Areia fina de 0,06 mm até 0,2 mm
Silte de 0,002 mm até 0,06 mm
Argila menor que 0,002 mm
Forma dos Grãos :
Solos Grossos ( areias ) : arredondada , sub-arredondada , sub-angular , angular 
Solos Finos ( argilas ) : estrutura lamelar , estrutura fibrilar
Solos Intermediários ( siltes ) : podem assumir formas regulares ou lamelares 
Estrutura / Comportamento dos Solos : 
Estrutura granular simples : Típica de solos grossos ( areia ) , caracterizam-se pelo arranjo de partículas comandado pelo
 comportamento granular , predominando as forças gravitacionais , podem ser :
 Compacto e Fofo
Estrutura Alveolar ou “ Favo de Abelha “ : Típica de siltes e algumas areias , é definida pela atração intergranular , que 
 Predomina sobre a ação do peso dos grãos
Estrutura Floculada e Dispersa : Típica dos solos muito finos ( argilas ) , sua formação depende da natureza dos íons
 presentes no ambiente de sedimentação 
 Floculada : forças eletroquímicas , contato pela extremidade 
 Dispersa – pela estrutura química
Amolgamento dos Solos :
É qualquer processo eu façamos no solo onde ocorra perda da estrutura do solo, quebra / perda de sua resistência 
Quanto mais complexa a estrutura do solo , mais se faz sentir o efeito do amolgamento ( estrutura não poderá ser mais refeita )
Grau de Sensibilidade :
A maior ou menor perda de resistência das argilas com estrutura chama-se sensitividade e é a medida pela relação entre o resultado de um ensaio de compressão simples que apresentou resistência Rs para a amostra ensaiada antes da remoldagem e R’s após a remoldagem. 
Gs = Rs / R´s
Tixotropia :
O termo tixotropia é usado, na prática da Mecânica dos Solos, para descrever o restabelecimento da resistência num solo remoldado, embora em físico-química coloidal ele tenha um sentido pouco diferente. Essa recuperação só muito raramente atinge 100% do valor primitivo.
A explicação do fenômeno seria possível admitindo-se que a remoldagem, diminui as distâncias entre as partículas, desequilibra o campo atrativo entre elas, levando-o a um estado que não é estável; quando o solo é deixado em repouso, ou sobre ele atuam pressões de adensamento ou trocam-se as condições coloidais do meio, à distância entre as partículas tende a um nível de energia
de repouso que será maior que o anterior.
Essa propriedade é muito importante nas lamas de perfuração que devem ser as mais líquidas possíveis durante a perfuração e o mais consistente possível quando não se está perfurando, a fim de evitar “blow-up”.
Exemplo : Bentonita
Paredes Diafragma :
Paredes moldadas no solo, também conhecidas como paredes diafragma ou contínua , são cortinas executadas enchendo-se com concreto ( simples ou armado ) ou outro material ( argamassa plástica ) uma trincheira ( vala ) aberta no terreno e mantida estável com o auxílio de uma lama especial .
O Processo Executivo de uma Parede Diafragma :
* Execução da parede-guia , que servirá para definir o perímetro da obra e guia para a ferramenta de escavação ( “clam-shell” )
* Escavação com simultâneo preenchimento com lama bentonítica até profundidade do projeto
* Troca ou tratamento da lama betonítica para garantir as características definidas no quadro anterior
* Colocação de tubo-junta na extremidade dos painéis antes da concretagem
* Colocação da armadura
* Concretagem submersa , o concreto é lançado no fundo da escavação através dos tubos de concretagem ( tubo tremonha ) ;à 
 medida que o concreto sobre , o tubo tremonha , que deve ter a sua extremidade sempre imersa no concreto , vai também sendo 
 levantado
* O concreto usado em parede-diafragma deve ter um consumo de simento de 400 Kg por metro cúbico, ser confeccionado com 
 Brita 01 e “ slump” variando entre 18 e 22 , conforme especificado pela NBR-6122
* Retirado o tubo-junta , que deverá acontecer assim que o concreto iniciar o seu processo de pega
Exercícios : Constituição Química / Mineralógica dos Solos 
1) Fale sobre as principais diferenças entre as partículas de textura grossa e fina 
 As partículas Grossas ( areias ) são arredondadas , sub-arredondadas , sub-angular e angular , enquanto as partículas finas 
 ( argilas ) tem estrutura lamelar e estrutura fibrilar
 As partículasde textura grossa tem o arranjo de partículas comandado pelo comportamento granular , predominando as forças
 Gravitacionais m podendo ser Compacto e Fofo .
As partículas de textura fina, sua formação depende na natureza dos íons presente no ambiente de sedimentação , podendo ser Estrutura Floculada e Estrutura Dispersa 
2) Descreva , de maneira sucinta , os arranjos estruturais típicos dos solos grosso e finos .
 Os solos de textura grossa tem o arranjo de partículas comandado pelo comportamento granular , predominando as forças
 gravitacionais podendo ser Compacto e Fofo .
Os solos de textura fina, sua formação depende na natureza dos íons presente no ambiente de sedimentação , podendo ser Estrutura Floculada e Estrutura Dispersa 
3) O que você entendo por :
 * Estrutura indeformada e amolgada
 * Tixotropia 
O termo tixotropia é usado, na prática da Mecânica dos Solos, para descrever o restabelecimento da resistência num solo remoldado, embora em físico-química coloidal ele tenha um sentido pouco diferente. Essa recuperação só muito raramente atinge 100% do valor primitivo.
A explicação do fenômeno seria possível admitindo-se que a remoldagem, diminui as distâncias entre as partículas, desequilibra o campo atrativo entre elas, levando-o a um estado que não é estável; quando o solo é deixado em repouso, ou sobre ele atuam pressões de adensamento ou trocam-se as condições coloidais do meio, à distância entre as partículas tende a um nível de energia de repouso que será maior que o anterior.
Essa propriedade é muito importante nas lamas de perfuração que devem ser as mais líquidas possíveis durante a perfuração e o mais consistente possível quando não se está perfurando, a fim de evitar “blow-up”.
Exemplo : Bentonita
* Amolgamento
 É qualquer processo eu façamos no solo onde ocorra perda da estrutura do solo, quebra / perda de sua resistência 
Quanto mais complexa a estrutura do solo , mais se faz sentir o efeito do amolgamento ( estrutura não poderá ser mais refeita )
 * Sensibilidade ( ou sensitividade )
 A maior ou menor perda de resistência das argilas com estrutura chama-se sensitividade e é a medida pela relação entre o resultado de um ensaio de compressão simples que apresentou resistência Rs para a amostra ensaiada antes da remoldagem e R’s após a remoldagem. 
Gs = Rs / R´s
4) Qual a aplicabilidade das lamas bentoníticas ?
 Na construção de paredes moldadas no solo, também conhecidas como paredes diafragma ou contínua , são cortinas executadas enchendo-se com concreto ( simples ou armado ) ou outro material ( argamassa plástica ) uma trincheira ( vala ) aberta no terreno e mantida estável com o auxílio de lamas bentoníticas 
5) Descreva o processo executivo de uma Parede Diafragma .
* Execução da parede-guia , que servirá para definir o perímetro da obra e guia para a ferramenta de escavação ( “clam-shell” )
* Escavação com simultâneo preenchimento com lama bentonítica até profundidade do projeto
* Troca ou tratamento da lama betonítica para garantir as características definidas no quadro anterior
* Colocação de tubo-junta na extremidade dos painéis antes da concretagem
* Colocação da armadura
* Concretagem submersa , o concreto é lançado no fundo da escavação através dos tubos de concretagem ( tubo tremonha ) ;à 
medida que o concreto sobre , o tubo tremonha , que deve ter a sua extremidade sempre imersa no concreto , vai também sendo 
levantado
* O concreto usado em parede-diafragma deve ter um consumo de simento de 400 Kg por metro cúbico, ser confeccionado com 
brita 01 e “ slump” variando entre 18 e 22 , conforme especificado pela NBR-6122
* Retirado o tubo-junta , que deverá acontecer assim que o concreto iniciar o seu processo de pega
Caracterização dos Solos :
A caracterização de um solo e feita com base nas suas características de granulometria , índices físicos e limites de consistência 
( limites de Atterberg )
Granulometria – caracteriza o solo com relação à distribuição percentual dos diversos tamanhos de grãos presentes no mesmo, obtida em ensaio de laboratório realizado em uma amostra de solo representativa 
Índices Físicos – são parâmetros do solo que relacionam os pesos e volumes das três fases que compõe o solo ( partículas sólidas,
 minerais , água e ar )
 
Limites de consistência – representam as transições entre os estados que um solo plástico ( solo fino ) pode assumir em função 
 do volume de água presente em seus 
Índices Físicos :
 
	
	Vv
	Va
	
	AR
	
	Pa=0
	V
	
	Vw
	
	ÁGUA
	
	Pw
	
	
	Vs
	
	SOLO
	
	P s
Do esquema :
V = Va + Vw + Vs = Vv + Vs
P = Pw + Ps
Onde :
V = volume total ; Va = volume de ar ; Vw = volume água
Vs = volume de sólidos ; Vv = volume de vazios
P = peso total ; Pw = peso da água ; Ps = peso de sólidos 
Teor de Umidade ( w ou w% ) : w% = Pw/Ps . 100
Índice de Vazios ( e ) : e = Vv/Vs
Não pode ser calculado, mas sim calculado a partir de
outros índices , costuma variar entre 0,5 a 1,5 ,mas
algumas argilas orgânicas podem apresentar
e = 3,0 e turfas e = 8,0
 c) Porosidade ( n ) : n % = Vv/V . 100
 d) Grau de Saturação ( S ) : S % = Vw/Vv . 100
 e) Peso específico dos sólidos (γs ) : γs = Ps/Vs 
 f) Peso específico da água (γw ) : γw = 10KN/m³ = 1t/m³ = 1g/cm³
 g) Peso específico natural ( ou úmido ) (γnat ) : γnat = P/V
 h) Peso específico aparente seco (γd ) : γd = Ps/V
 i) Peso específico aparente saturado (γsat ) : γsat = P/V ; com S = 100%
 j) Peso específico submerso (γsub ) : γsub = γsat – γw
 é o peso específico do solo quando submerso
Relações Importantes :
n=e / 1+e ; γnat= γs (1 + w) / 1+e ; γd = γs/ 1+e ; γsat = γs + e. γw / 1+e
γd = γnat / 1 + w ; S = γs.w / e. γw ; e = (γs / γd ) - 1
 
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