COMPLEMENTO DE MECÂNICA DOS SOLOS NOTAS DE AULAS 2017 2 (1)

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COMPLEMENTO DE 
MECÂNICA DOS SOLOS
Amostragem por Meio de Sondagem
Exploração do Subsolo
Professora: Cristiane Marques
2017.2
Objetivos:
1. Determinar a natureza do solo local e sua estratificação.
2. Obter amostras amolgadas e indeformadas do solo para
identificação visual e ensaios de laboratório apropriados.
3. Determinar a profundidade e a natureza do leito rochoso, se e
quando encontrado.
4. Realizar alguns ensaios in situ, tais como ensaios de
permeabilidade, ensaio de palheta e ensaio de penetração
dinâmica (SPT).
5. Observar as condições de drenagem do local e para o local.
6. Avaliar qualquer problema especial de construção em relação
às estruturas próximas existentes.
7. Determinar a posição do nível do lençol freático.
Estratificação: forma de distribuição das camadas (solo e/ou
rocha).
In situ: no local
Ensaio de palheta: determinação direta da resistência ao
cisalhamento não drenada do solo. NBR 10905/1989. Também
conhecido como Vane Test.
Ensaio SPT: Standard Penatration Test (ensaio de penetração
dinâmica).
Ensaio de permeabilidade: verificação dos espaços vazios
interconectados. Pode ser elaborado de várias formas.
Planejamento da Exploração do solo
1. Compilação das informações existentes relacionadas às
estruturas.
2. Coleta das informações já existentes das condições do
subsolo:
a) Mapas geológicos;
b) Mapa de solos de municípios elaborado pelos órgãos
competentes;
c) Manuais de solos publicados pelos departamentos de estradas
estaduais;
d) Relatórios de exploração do solo já existentes;
3. Reconhecimento do local de construção proposto;
4. Investigação detalhada do local (sondagens; amostragem
amolgamadas e indeformadas de várias profundidades). Ver
tabela.
Princípio da Tensão Efetiva
O conceito de tensão, adotado na geotecnia, pressupõe a adoção
de um plano que intercepta grãos e vazios. No caso dos solos
saturados, uma parcela da tensão normal será transmitida aos
grãos (σ) e outra parte será transmitida para água (u).
Por outro lado, a tensão de cisalhamento será transmitida
exclusivamente para a fase sólida, uma vez que a água não resiste
a tensões cisalhantes. Com isso, as tensões normais e cisalhantes
podem ser reescritas como mostra o esquema abaixo:
O conceito de que parte da tensão normal age nos contatos
inter-partículas e parte atua na água existente nos vazios, deu
origem a relação que foi proposta por Terzaghi e é conhecida
como Conceito da Tensão Efetiva:
A percepção de que somente parte
das tensões normais é transmitida
aos grãos possibilitou uma melhor
compreensão do comportamento
de solos saturados. Tanto no que
diz respeito a sua
compressibilidade quanto a sua
resistência.
Figura : Compressibilidade de solos.
A American Society of Civil Engineers (1972) recomenda as
seguintes regras práticas para estimativa da profundidade de
sondagens para edifícios:
1. Determinação da variação do aumento da tensão efetiva
líquida ∆σ’ (delta sigma) que resultará da construção da
estrutura proposta em função da profundidade.
2. Traçar o gráfico da variação da tensão vertical efetiva σ’0 na
camada de solo em função da profundidade.
3. Comparar os valores com a variação do aumento da tensão
líquida ∆σ’ em função da profundidade, como determinado
na etapa 1.
4. A menor das profundidades D1 e D2 é a profundidade mínima
aproximada da sondagem.
Tabela 1. Espaçamento das Sondagens
Projeto Espaçamento das Sondagens (m)
Edificações de um pavimento 25-30
Edificações c/ vários 
pavimentos
15 – 25
Autoestradas 250 – 300
Barragens de terra 25 – 50
Planejamento de loteamento 
residencial
60 - 100
Métodos de Perfuração
Cavadeira
a) Manuais (Trado Iwan; Helicoidal) – 3 a 5 m de 
profundidade em média.
Trado helicoidal
3 a 5 m de profundidade.
Trado helicoidal contínuo
1. Comercialmente, em geral, estão
disponíveis trados em seções de 1 a 1,5 m.
2. Durante a perfuração, várias seções de
trados podem ser adicionadas, permitindo
que o furo seja aprofundado.
3. Podem ter haste sólida ou oca.
4. Alguns mais utilizados têm diâmetros
externos de 67 mm, 83 mm, 102mm e
114mm.
Tabela 2. Dimensões de trados de haste oca comumente utilizadas
Diâmetro interno (mm) Diâmetro externo (mm)
63,5
69,85
76,2
88,9
101,6
158,75
187,8
203,2
228,6
254,0
Os trados helicoidais trazem o solo solto do fundo do furo para a
superfície.
O operador pode detectar a mudança no tipo de solo pela
alteração da velocidade e o som da perfuração.
No uso de trado com haste sólida, esse deve ser retirado em
intervalos regulares para coletar as amostras de solo e para realizar
outras operações, como o ensaio de penetração padrão (SPT).
A vantagem dos trados de haste
oca é que eles não precisam ser
removidos em intervalos
frequentes para amostragem ou
outros ensaios.
Perfuração rotativa
É um procedimento no qual brocas em rotação rápida, fixadas à
parte inferior de hastes de perfuração, cortam e trituram o solo,
aprofundando o furo.
A perfuração rotativa pode ser usada em areias, argilas e rochas
(cuidado em casos em que a rocha esteja severamente
fissurada).
São utilizados pressão com água e pressão de lama – forçadas
para baixo através das hastes até a broca, e o fluxo de retorno
força o material triturado para a superfície.
Lama de perfuração: preparada por meio de bentonita (argila de
montmorilonita formada pela intemperização de cinzas
vulcânicas) e água.
CAÇAMBA DE 
ESCAVAÇÃO
Fluidos de Perfuração
Características desejáveis dos fluidos de perfuração:
Ser estável quimicamente;
Ser facilmente separado dos cascalhos na superfície;
Aceitar qualquer tratamento, físico e químico;
Ser bombeável;
Ter baixo grau de corrosão e abrasão;
Facilitar interpretações geológicas e geotécnicas;
Ter baixo custo.
Perfuração por lavagem
1. Camisa de aproximadamente 2 a 3
m de comprimento é cravada no
solo.
2. Solo dentro da camisa é removido
através de uma broca de corte ou
trépano, afixada à haste de
perfuração.
3. A água é forçada através da haste
de perfuração e sai a uma velocidade
alta através dos furos na parte
inferior da broca de corte.
A água e partículas sobem pelo furo
e transbordam pela parte superior da
camisa, e a água de lavagem é
coletada em um recipiente.
Perfuração por percussão
É um método alternativo para
aprofundar determinada
perfuração, particularmente em
solos rígidos e rochas.
Uma broca pesada é levantada e
abaixada para cortar o solo duro.
Pode ser necessário o uso de
camisa para este tipo de
perfuração e as partículas de
solos são trazidas para cima por
meio de circulação de água.
O ALÍVIO DAS TENSÕES GEOLÓGICAS
Quando se abre uma vala ou furos, "cortando" um solo duro,
cria-se um ponto fraco onde as forças do adensamento
começam a desagregar as paredes da vala ou furo. É como se
estivéssemos "libertando" as forças aprisionadas. Deste modo,
faz-se necessário o conhecimento sobre as tensões do solo in
situ.
Tensões in situ
Tensões em solo saturado sem percolação
Tensões em solos saturados com percolação
Tensões em solos saturados com percolação descendente
Força de percolação
Tensão efetiva em solos parcialmente saturados
Tensões em solo saturado sem percolação
Coluna de massa de solo saturado
sem percolação de água em
nenhuma direção. A tensão total
no nível do ponto A pode ser
obtida a partir do peso específico
saturado do solo e da água acima
dela. Assim, a equação da tensão
total é:
1. σ = Hγw + (HA – H) γsat
σ = tensão total na elevação do ponto A
γw = peso específico da água
γsat = peso específico do solo saturado
H = altura do nível da água a partir do 
topo da coluna de solo.
HÁ= distância entre o ponto A e o nível 
da água.
σ = KN/m2
Tensãototal, σ, resultante da equação 1 pode ser
dividida em duas partes:
1. Uma parte é suportada pela água nos espaços vazios
contínuos. Esta parte atua com intensidade igual em
todas as direções.
2. O restante da tensão total é suportada pelos sólidos
do solo em seus pontos de contato. A soma dos
componentes verticais das forças exercidas nos
pontos de contato das partículas sólidas por unidade
de área transversal da massa do solo é chamada de
tensão efetiva.
Se as é a área transversal ocupada por contatos de sólido com sólido:
as = a1 + a2 + ... + an
Então, o espaço ocupado pela água é igual a (A – as)
σ’= P1(v) + P2(v) + P3(v) + ... + Pn(v)
A
a
a
Forças que atuam nos pontos de contato das partículas do solo no nível do ponto A.
σ = σ’ + u(A – as) = σ’ + u (1 – a’s)
A
u = Haγw = poropressão (ou seja, a pressão hidrostática em A)
as = as /A = fração da área de seção transversal da massa de solo
ocupada pelos contatos de sólido com sólido.
Equação 3.
Equação 2.
O valor de a’s é extremamente pequeno e pode ser ignorado,
pois a variação de pressão geralmente apresenta problemas
práticos. Assim, a equação 3 pode ser aproximada por:
σ = σ’ + u equação 4.
Onde u também é chamado de tensão neutra. Assim, substitui σ
pela equação 1 na equação 4. Daí resulta em:
σ’ = [Hγw + (HA – H) γsat] - HA γw
= (HA – H) (γsat – γw)
= (Altura da coluna do solo) x γ’
Onde γ’ = γsat – γw é igual ao peso específico do solo submerso.
Portanto, podemos ver que a tensão efetiva em qualquer ponto A não depende da
coluna de água H acima do solo submerso.
Areia seca γdry = 16,5 kN/m
3
Nível do lençol freático
6m
13m
A
B
C
Z
Areia saturada γS = 19,25 kN/m
3
Argila
P
E
R
F
IL
 D
O
 S
O
L
O
EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO
Um perfil de solo é mostrado na figura abaixo. Calcule, para os pontos A,
B e C:
a) Tensão total (σA, σB, σC)
b) Poropressão (uA,uB,uC)
c) Tensão efetiva (σ’A, σ’B, σC)
A tensão efetiva é:
a) aproximadamente a força por unidade de área exercida pelo esqueleto
do solo.
b) em uma massa de solo controla a alteração de seu volume e força.
c) Aumentar a tensão induz o solo a assumir um estado mais denso de
compactação.
d) A princípio, é o conceito mais importante na engenharia geotécnica.
e) A compressibilidade e a resistência ao cisalhamento de um solo
dependem, em grande parte, de sua tensão efetiva.
d) Problemas que podem ser previstos e/ou solucionados a partir da tensão
efetiva:
Pressão lateral da terra em estruturas de contenção; capacidade de carga;
recalques em fundações; estabilidade de taludes.