Introdução à Mecânica dos Solos

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1° AULA
Departamento de Engenharia Civil
Disciplina: Mecânica dos Solos
Docente: Paulo Henrique dos Santos Pereira
paulohenrique_eng@yahoo.com.br
2017/02
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
1 - A ciência da mecânica dos solos
1.1. Histórico e evolução
1.2. A mecânica dos solos no Brasil
2 – Características Gerais
2.1. Origem, formação, tipos, química e mineralogia dos solos
2.2. Solos residuais e sedimentares
3 – Propriedades e índices dos solos
3.1. Índices físicos
3.2. Granulometria
3.3. Estados de consistência
3.4. Ensaios de laboratório
4 – Estruturas dos solos
4.1. Solos finos e solos granulares
4.2. Amolgamento e sensibilidade das argilas
4.3. Tixotropia
5 – Classificação dos solos
5.1. Genética
5.2. Granulométrica
5.3. MCT/MCV (solos tropicais)
6 – Compactação e CBR
6.1. Ensaios de laboratório
6.2. Energias de compactação
6.3. Controle de compactação no campo
6.4. Equipamentos de compactação
7 – Capilaridade e permeabilidade
7.1. Tensão capilar
7.2. Percolação de água, redes de fluxo, gradiente hidráulico
7.3. Filtros de proteção em obras de terra
7.4. Ensaios de laboratório
8 – Introdução ao estudo tensões no solo
8.1. Tensões principais, círculo de Mohr
8.2. Princípio das tensões efetivas
8.3. Distribuição de tensões no solo
8.4. Tensões geostáticas e acréscimo de tensões
8.5. Teoria de Boussinesq
9 – Estabilização dos solos
9.1. Granulométrica, com cimento, cal e outros produtos 
químicos
9.2. Ensaios de laboratório
10 – Investigação geotécnica
10.1. Amostragem, prospecção e sondagens
10.2. Perfis geotécnicos
11 – Resistência ao cisalhamento dos solos
11.1. Resistência dos solos arenosos e dos solos argilosos
11.2. Critérios de ruptura
11.3. Parâmetros de resistência
12 – Compressibilidade e adensamento dos solos
12.1. Teoria do adensamento dos solos
12.2. Solos compressíveis, parâmetros de compressibilidade 
Procedimento de Avaliação:
Conforme Sistema adotado pela faculdade Estácio de Sá:
• Avaliações(AV1, AV2 e AV3);
A ciência da mecânica dos Solos
Histórico e evolução
Foto 1: Canal de Corinto - Istmo de Corinto (separando a península do Peloponeso da parte 
principal da Grécia, tornando o Peloponeso efetivamente uma ilha).
A mecânica dos solos constitui-se numa Ciência de Engenharia,
na qual o engenheiro civil se baseia para desenvolver e
realizar seus projetos. Tem por base o estudo do
comportamento dos solos quando tensões são aplicadas,
como nas fundações, ou aliviadas, no caso de escavações, ou
perante o escoamento de água nos seus vazios.
Os estudos já iniciaram com Coulomb em 1773, Rankine, 1856 e Darcy, 
1856. Todavia com o acumulo de insucessos em obras de engenharia 
civil no início do século XX, dos quais merecem destaque:
•Rupturas no Canal do Panamá;
•Rompimentos de grandes taludes em estradas e canais em construção 
(Europa e EUA).
Foto 2: Início dos estudos do Canal do Panamá
Mostrou-se a necessidade de revisão dos procedimentos de cálculo, 
como apontou Terzaghi em 1936, ficou evidente que não se podiam 
aplicar aos solos leis teóricas de uso corrente em projetos que envolviam 
materiais bem definidos, como o concreto e o aço. 
Fotos 3 e 4: Execução do Metrô Linha 4 – Rio de Janeiro
Apesar de seu nome, hoje empregado internacionalmente, a Mecânica dos Solos
não se restringe ao conhecimento das propriedades dos solos que a Mecânica
pode esclarecer. Aplica-se também conhecimentos de Química e Física coloidal
(Parte da ciência que trata dos coloides, sistemas contendo tanto moléculas
grandes como partículas pequenas, sua estrutura e suas propriedades),
importantes para justificar aspectos e comportamento dos solos, enquanto a
Geologia é fundamental para o tratamento correto dos problemas de fundações.
Foto 5: Fundação e contenção para a ampliação do Hospital do Coração, nas proximidades da Avenida Paulista e do Parque Ibirapuera.
O Quadro I a seguir fornece uma relação dos principais problemas pertinentes ao 
campo da Mecânica dos Solos:
A mecânica dos Solos no Brasil
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Disciplina: Mecânica dos Solos
Docente: Paulo Henrique Santos
O Brasil, na metade do século XIX, era dominado por uma sociedade 
aristocrática e conservadora, movida por uma economia agrícola que 
dependia fortemente do trabalho escravo. A expansão da cultura do 
café dava estabilidade econômica e política ao Império. Por volta de 
1850, a imigração europeia passou a ser incentivada, assim como as 
primeiras tentativas industriais. 
O empresário Irineu Evangelista de Sousa, o Barão de Mauá, aproveitando o bom
momento, abriu um banco e passou a financiar grandes empreendimentos
pioneiros: a construção da primeira ferrovia brasileira, na Baixada Fluminense, a
iluminação a gás da cidade do Rio de Janeiro e um estaleiro em Niterói, dando
início à construção naval no País. A Estrada de Ferro Petrópolis, primeira realização
de Irineu Evangelista, foi inaugurada em abril de 1854 e era destinada a facilitar a
ligação do Rio com Petrópolis, cidade serrana criada em 1843 para servir de
veraneio para a família imperial.
Foto 7: Estação Barão de Mauá
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Os solos se originam da decomposição das rochas que constituíam
inicialmente a crosta terrestre. A decomposição é decorrente de agentes
físicos e químicos. Variações de temperatura provocam trincas, nas quais
penetra a água, atacando quimicamente os minerais. O congelamento da
água nas trincas, entre outros fatores, ocasiona elevadas tensões, do que
decorre maior fragmentação dos blocos. A presença da fauna e flora promove
o ataque químico, através de hidratação, hidrólise, oxidação, lixiviação, troca
de cátions, carbonatação, etc. O conjunto destes processos, que são muito
mais atuantes em climas quentes, leva à
CARACTERÍSTICAS GERAIS
Origem, Formação, tipos, química e mineralogia dos solos
formação dos 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 num solo depende
da composição química da rocha que lhe deu origem.
Foto 8: Origem dos Solos
Foto 9: Formação dos Solos
Intemperismo
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O intemperismo pode ser definido como o conjunto de processos que ocasiona
a desintegração e a decomposição das rochas e dos minerais, por ação de
agentes atmosféricos e biológicos.
A maior importância do intemperismo está na destruição das rochas, com
consequente produção de outros materiais, que irão formar os solos, os
sedimentos e as rochas sedimentares.
Intemperismo
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O intemperismo difere da erosão por ser um fenômeno de alteração das
rochas, executado por agentes essencialmente imóveis, enquanto a erosão
é a remoção e transporte dos materiais por meio de agentes móveis (água,
vento, ...).
Intemperismo
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Agente causador:
Intemperismo físico – temperatura.
Intemperismo químico – água.
Intemperismo biológico – seres vivos.
Intemperismo Físico
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O intemperismo físico pode ser definido como o conjunto dos
processos que levam à desagregação da rocha in situ e
desorganização da estrutura dos constituintes minerais (sem
alterações químicas). Os principais processos de intemperismo
físico são:
Processos de Intemperismo Físico
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• Expansão e contração térmica: a variação do coeficiente de dilatação dos diferentes
minerais que compõem uma rocha, faz com que estes recebam esforços intermitentes
durante séculos, com ciclos de aquecimento e resfriamento. Ocorre então a fadiga desses
minerais, que serão facilmente desagregados e reduzidos a pequenos fragmentos. Este
processo é denominado de esfoliação térmica;
• Ação biológica: decorrente da ação das raízes de plantas ao longo de fendas e fraturas e
da atividade orgânica de animais como formigas, minhocas, cupins e vários roedores;
• Ação do homem;
Processos de Intemperismo Físico
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1 - Alivio de pressão
Erosão e remoção de camadas sobrepostas;
Em aberturas de túneis, galerias e taludes;
Rochas possuem propriedades elásticas, sofrem deformação;
Deformação será proporcional a carga;
Fraturas paralelas a superfície;
Processos de Intemperismo Físico
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Processos de Intemperismo Físico
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2 - Congelamento/degelo (ação de cunha)
Congelamento
A água percola as fissuras entre os grãos e cristais das rochas (água aumento 
o vol.)
Cristalização de sais
Os sais em solução penetram nas fissuras e poros da rocha
Regiões marinhas e poluídas
Processos de Intemperismo Físico
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Processos de Intemperismo Físico
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3 - Expansão térmica (insolação)
Hidratação dos cristais
Cristais expandem/contraem que aumentam de volume devido a hidratação, 
originando tensões internas (variações de temperatura)
Áreas com grandes amplitudes de variação térmica (dia/noite)
Primeira etapa do intemperismo químico
Intemperismo Químico
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O intemperismo químico é caracterizado pela reação química entre a rocha e
soluções aquosas diversas. Tal processo é mais rápido se a rocha for
previamente preparada pelo intemperismo físico, que a reduz a fragmentos
menores, facilitando e aumentando o contato com os agentes aquosos ativos
na degradação da rocha.
Intemperismo Químico
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Alteração química das rochas:
1 - Hidrólise
2- Oxidação
3 - Dissolução
Intemperismo Químico
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1 - Hidrólise
Hidrólise é responsável pela quebra da estrutura química do mineral
Dissociação da água em H+ e OH-, que atacam os minerais
Ocorre a transformação para argilo-minerais
2 – Oxidação
Muitos minerais contêm ferro na sua constituição que reage com o oxigênio (Solos 
avermelhados)
Ferro é facilmente oxidado passando de ferroso a férrico 
A redução é a extração de íons oxigênio dos minerais. Dando origem a óxidos ferrosos 
hidratados.
Intemperismo Químico
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3 – Dissolução
É a dissolução de substâncias e minerais componentes das 
rochas (lixiviação)
Mineral reage com a água ou com um ácido, quebrando as 
ligações entre os íons, e estes, uma vez livres, dissolvem-se 
formando uma solução, sendo desta forma a rocha alterada
Intemperismo Biológico
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O solo é um produto do intemperismo biológico, constituído de resíduos 
minerais e humos 
Plantas, animais, bactérias, fungos, liquens e musgos
Pode-ser tanto físico-biológico ou químico-biológico 
Fatores que influenciam o Intemperismo
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Clima: Variação de temperatura, ciclo de chuvas, etc...
Topografia: o solo inicialmente formado constitui uma camada que protege a rocha contra 
uma posterior alteração e decomposição. Porém, nas regiões de declives acentuados, o 
solo é constantemente removido pelas enxurradas ou por efeito direto da gravidade. Neste 
caso, o ataque às rochas aumenta.
Tipo de Rocha: O tipo de rocha influi na ação de intemperismo, segundo as diferentes 
resistências oferecidas ao ataque físico e químico.
CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS QUANTO A 
ORIGEM E FORMAÇÃO
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Os solos classificam-se quanto a origem em solos residuais e sedimentares.
Solos Residuais
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Solos residuais são os solos que permanecem no local de decomposição
rocha que lhes deu origem. Para a sua ocorrência é necessário que a
velocidade de remoção do solo seja menor que a velocidade de
decomposição da rocha.
Solos Residuais
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A rocha que mantém as características originais, ou seja, a rocha 
sã é a que ocorre em profundidade. Quanto mais próximo da 
superfície do terreno, maior é o efeito do intemperismo. Sobre 
a rocha sã encontra-se a rocha alterada, em geral muito 
fraturada e permitindo grande fluxo de água através das 
descontinuidades. A rocha alterada é sobreposta pelo solo 
residual jovem, ou saprólito, que é um material arenoso. O 
material mais intemperizado ocorre acima do saprólito e é 
denominado solo residual maduro, que contém maior 
percentagem de argila.
Solos Sedimentares
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Os solos sedimentares ou transportados são aqueles que foram levados 
de seu local de origem por algum agente de transporte e lá depositados. 
As características dos solos sedimentares são dados pelo seu agente de 
transporte.
Solos Sedimentares
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• São rochas formadas a partir dos sedimentos (argilas, areias e 
seixos) originados dos desgastes químico(Chuvas Ácidas) e/ ou 
físicos(erosão) das rochas magmáticas.
•Esses sedimentos são transportados pelo vento, águas e por 
geleiras(intemperismo) que se acumulam em depressões do 
terreno juntamente com restos de plantas e animais, fazendo com 
que o material seja compactado e transformado em uma rocha 
sedimentar.
•Exemplos de rochas sedimentares: arenito, argilito e calcário.
Solos Sedimentares
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As características dos solos sedimentares do agente de transporte.
Os agentes de transporte são:
- Vento (solos eólicos);
- Água (solos aluvionares);
- Água dos Oceanos e Mares (Solos Marinhos)
- Água dos Rios (Solos Fluviais)
- Água das Chuvas (Solos Pluviais)
- Geleiras (Solos Graciais);
- Gravidade (Solos Coluvionares)
SOLOS EÓLICOS
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Docente: Paulo Henrique Santos
Transporte pelo vento. Devido ao atrito os grãos dos solos transportados possuem 
forma arredondada. A ação do vento se restringe ao caso das areias e dos siltes. 
São exemplos de solos eólicos as DUNAS e os solos LOÉSSICOS.
Dunas – Barreira.
Loéssicos – Vegetais.
SOLOS ALUVIONARES
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Disciplina: Mecânica dosSolos
Docente: Paulo Henrique Santos
O agente de transporte é a água, os solos sedimentares. A sua textura depende da 
velocidade de transporte da água. podem ser classificados como de origem 
PLUVIAL, FLUVIAL ou DELTAICO.
CARACTERÍSTICAS:
- Grãos de diversos tamanhos;
- Mais grossos que os eólicos;
- Sem coesão.
SOLOS GLACIAIS
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Docente: Paulo Henrique Santos
• Formados pelas geleiras(região temperada)
• o material resultante do degelo escorre de pontos + elevados para áreas + 
baixas(rochas, solo)
•Bastante heterogêneos(grandes blocos de rocha a material de granulação fina) 
SOLOS COLUVIONARES
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Docente: Paulo Henrique Santos
•Formados pela ação da gravidade. Grande variedade de tamanhos. Dentre os 
solos podemos destacar o TALUS, que é solo formado pelo deslizamento de solo 
do topo das encostas. 
SOLOS ORGÂNICOS
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Disciplina: Mecânica dos Solos
Docente: Paulo Henrique Santos
•Impregnação do solo por sedimentos orgânicos preexistentes, em geral 
misturados de restos de animais e vegetais. Cor escura e cheiro forte.
As TURFAS são solos que incorporam florestas soterradas em estado avançado de 
decomposição. Não se aplicam as teorias da mecânica dos solos.
Referências Bibliográficas 
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Disciplina: Mecânica dos Solos
Docente: Paulo Henrique Santos 
• Braja M. Das. Fundamentos de Engenharia Geotécnica.
• Caputo, P. H. Mecânica dos Solos e suas aplicações. Editora LTC Volume 1