Introdução a Mecânica dos Solos

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Introdução a Mecânica dos Solos 
Introdução a Mecânica dos Solos 
O solo é um material complexo: 
 
• Grande variedade de solos → Variando de blocos de pedras, duros e 
grandes até solos orgânicos (turfas) compressíveis e moles, passando por 
areias, siltes e argilas. 
 
• Grande variedade de densidades e conteúdos de água. 
 
• Num mesmo local podemos encontrar diferentes tipos de solos, sendo 
que a composição pode variar de grandes camadas (metros) a pequenas 
camadas (poucos centímetros). 
 
Importância da Mecânica dos Solos 
• Toda obra de engenharia fica assente sobre o solo, e o comportamento do 
solo deve inevitavelmente ser considerado. 
• Além do mais, em algumas obras o solo é utilizado como material de 
construção , assim como o concreto e o aço na construção de pontes. 
– Exemplos: Aterros rodoviários, base para pavimentos de aeroportos e barragens de 
terra. 
Mecânica 
dos Solos 
Comportamento 
do Solos 
Tensões são 
aplicadas 
Tensões são 
aliviadas 
Escoamento de 
água nos vazios 
Importância da Mecânica dos Solos 
Solo pode ser 
utilizado: 
Estado Natural 
Elemento de 
suporte de uma 
estrutura 
Fundação de 
Edifício e Pontes 
Como a própria 
estrutura 
Corte em 
Estradas e na 
Mineração 
Material de 
Construção 
Aterros de 
Barragens 
Base e sub-base 
de estradas 
Aplicações – Mecânica dos Solos 
 
Fundações: As cargas da estrutura são descarregadas no solo através dos 
elementos de fundação. 
O tipo de fundação, e os detalhes construtivos são conhecidos através dos 
conhecimentos adquiridos na mecânica dos solos. 
Aplicações – Mecânica dos Solos 
 
Túneis, estruturas de drenagem são projetadas e construídas utilizando os 
princípios da mecânica dos solos e a interação solo-estrutura; 
Aplicações – Mecânica dos Solos 
 
Murros de Arrimo e Cortinas Atirantadas são projetadas e construídas utilizando os 
princípios da mecânica dos solos e a interação solo-estrutura; 
Aplicações – Mecânica dos Solos 
 
Pavimentos dependem dos solos para transmissão das cargas geradas pelo tráfego. 
No projeto de pavimentos deve-se considerar os efeitos da expansão e contração do 
solo por variações da umidade do solo. 
Aplicações – Mecânica dos Solos 
 
Quando se realiza escavações no solo precisa-se determinar a estabilidade do talude 
para não haver desmoronamento. Quando as escavações são profundas necessita-se 
de escoramentos provisórios. Essas considerações sobre estabilidade de talude e 
necessidade de escoramentos são baseadas nos conhecimentos das mecânica dos 
solos. 
Aplicações – Mecânica dos Solos 
 
Para execução de aterros necessita-se conhecer o comportamento do solo , 
principalmente na presença da água. Deve-se conhecer a estabilidade do talude, o 
efeito do fluxo da água no solo, adensamento, e finalmente o processo de 
compactação do solo empregado. Um projeto eficiente de um aterro necessita 
desses conhecimentos. 
Aplicação – Mecânica dos Solos 
 
Projetos de barragens de terra, assim como em aterros necessita-se a 
estabilidade do talude, o efeito do fluxo da água no solo, adensamento, o 
processo de compactação do solo empregado, etc . 
 
Conceito de Solo e Rocha na Engenharia 
• A definição do que é solo depende em muitos casos de quem 
o utiliza. 
 
– Os agrônomos, por exemplo, o vêem como um material de fixação de 
raízes e um grande armazém de nutrientes e água para as plantas. 
 
– Para o geólogo, a capa de solo sobrejacente ao minério é 
simplesmente um material de rejeito a ser escavado. 
 
– Para o engenheiro civil, os solos são um aglomerado de partículas 
provenientes de decomposição da rocha, que podem ser escavados 
com facilidade, sem o emprego de explosivos, e que são utilizados 
como material de construção ou de suporte para estruturas; e rocha é 
todo o material que necessita de explosivo para seu desmonte 
Origem dos Solos 
 
 
 
 
 
 
 
• Solos são materiais que resultam do intemperismo das rochas. Ou seja, as 
rochas sofrem um conjunto de ações físicas e químicas que produzem sua 
destruição. 
 
• Intemperismo é o processo que transforma rochas maciças e tenazes em 
materiais plásticos e friáveis (solos). O intemperismo pode ser físico, 
químico ou biológico. 
Rocha Intemperismo Solo 
Tipos de Intemperismos 
• Intemperismo Físico: 
– Causa a desintegração da rocha através de agentes como água, temperatura, vegetação 
e vento. 
– Provoca desintegração da rocha, formando sedimentos dos tamanhos diversos , porém, 
é mantida a composição mineralógica da rocha matriz. 
– Formam-se pedregulhos e areias (solos de partículas grossas) até mesmo siltes (solos 
intermediários) . 
 
• Intemperismo Químico: 
– Processo caracterizado por reações químicas dos minerais constituinte das rochas e a 
água. 
– Sendo a água o principal agente os principais mecanismo de ataque são: oxidação, 
hidratação , etc. 
– A argila (solos partículas finas) representam o último produto da decomposição. 
– Nesse processo ocorre modificação mineralógica da rocha de origem. 
Tipos de Intemperismos 
• Intemperismo Biológico: 
– Ocorre devido a esforços mecânicos produzidos por vegetais, através de 
raízes, por animais através das escavações de roedores , da ação de minhocas 
ou de ação do próprio homem. 
– Fatores biológicos de maior importância incluem a influência da vegetação 
no processo erosivo da rocha e o ciclo de meio ambiente entre solo e planta e 
entre animais e solo. 
– Pode-se dizer que o intemperismo biológico é uma categoria de intemperismo 
químico em que as reações químicas que ocorrem nas rochas são provocados 
por seres vivos. 
 
Normalmente esses processos ocorrem simultaneamente. Em determinados locais 
e condições climáticas pode ocorrer a predominância de um dos processos. 
Fatores Importantes na Formação do Solo 
Fatores 
Importantes 
Rocha de 
Origem 
Clima 
Topografia 
Vegetação 
Formação dos Solos – Origem das Rochas 
• A composição mineralógica e a textura da rocha de origem, são 
elementos importantes na fase inicial do processo de intemperismo em 
face das diferenças nos tempos necessários a alteração. 
 
• Dependendo ainda de outros fatores, uma mesma rocha poderá formar 
solos com propriedades diferentes, enquanto que rochas com composição 
diferente poderão formar um mesmo tipo de solo. 
 
• Muitas propriedades físicas dos solos são ditadas pelo tamanho da 
partícula , forma e composição química dos grãos. Para compreender 
esses fatores devemos conhecer os tipos básicos de rochas que forma a 
costra terrestre. Quanto a origem as rochas são: 
– Rochas ígneas 
– Sedimentares 
– Metamórficas 
 
Formação das Rochas - Origem das Rochas 
• Rochas Ígneas: 
– São formadas pela solidificação do magma . Quando o magma atinge a 
superfície da terra, esfria formando as rochas ígneas extrusivas. 
– As vezes o magma cessa sua mobilidade abaixo da superfície da terra, e resfria 
formando as rochas ígneas intrusivas. 
 
• Rochas Sedimentares: 
– São rochas formadas pela compactação e/ou cimentação de depósitos de 
pedregulhos, areias, siltes e argilas. 
• Compactação → sobrecarga de pressão 
• Cimentação → Agentes como óxido de ferro, calcita etc. Esses agentes são arrastados pelo 
lençol freático preenchendo os vazios entre as partículas formandos as rochas sedimentares. 
 
• Rochas Metamórficas: 
– Metamorfismo é o processo de alteração da composição e textura das rochas 
por calor e pressão. Durante o processo novos minerais são formados. 
 
 
 
Formação das Rochas - Clima 
• O clima, através da temperatura e da chuva, é o fator preponderanteno 
tipo e extensão do intemperismo. 
 
• Na região equatorial onde a quantidade de chuva é grande e a 
temperatura alta, o intemperismo químico é mais ativo, bem como a 
formação de uma espessa camada de solo. 
 
• Em regiões temperadas, com estações bem definidas, há uma atuação 
conjunta dos dois tipos de intemperismo, sendo os processos físicos 
predominantes no inverno e os químicos no verão. 
 
• Com relação ao Brasil, regiões com altas índices pluviométricos a alta 
umidade do ar (Litoral Nordestino , Região Sudeste, Região Sul, Região 
Amazônica e Pantanal Mato-grossense) tendem a apresentar uma 
predominância do intemperismo químico, o contrário ocorrendo em 
regiões de clima seca(Sertão Nordestino e Cerrado). 
Formação das Rochas – Topografia e Vegetação 
• A topografia do terreno controla a percolação, infiltração e 
velocidade superficial da água e a erosão. 
 
• Solos formados em taludes íngremes são diferentes de solos 
formados em áreas poucos inclinadas. 
 
• A quantidade de ácido orgânicos que atacam as rochas dependem 
da vegetação existente da região e é importante na formação de 
alguns tipos de solos. 
 
• Finalmente, o tempo de atuação de todos esses fatores contribuem 
para gerar diferentes tipos de solos. 
 
Classificação dos Solos – Quanto a origem 
Quanto a Origem 
Solos Residuais 
Estão sobrejacentes a 
rocha que o constituiu 
Solos Transportados 
Sofrem transporte e 
não estão sobre a 
rocha que o constituiu 
Solos Orgânicos 
Apresenta como 
principal constituinte 
a matéria orgânica 
Classificação dos Solos - Solos Residuais 
• São aqueles de decomposição de rochas que se encontram no próprio 
local em que se formaram. 
 
• Para que eles ocorram é necessário que a velocidade de decomposição 
seja maior do que a velocidade de remoção por agentes externos. 
 
• A região tropical é favorável a degradação das rocha mais rápida, razão 
pela qual ocorre uma maior ocorrência de solos residuais, por exemplo no 
Brasil. 
 
• O perfil desse solo apresenta um grau de intemperização decrescente com 
a profundidade. A transição é gradativa e classificada em três zonas 
distintas: 
– Solo Residual Maduro 
– Saprolito 
– Blocos em material alterado. 
 
Classificação dos Solos - Solo Residual 
• Solo residual maduro: camada superficial, em que o solo perdeu 
toda a estrutura original da rocha-madre; 
 
• Saprolito: camada em que o solo mantêm a estrutura original da 
rocha-madre, inclusive, veios fissuras e camadas, mas perdeu sua 
consistência . 
– A vista pode confundir-se com uma rocha alterada , porém , pela pressão dos 
dedos, esboroa-se completamente. 
 
• Bloco em material alterado: horizonte em que a alteração 
progrediu, ao longo de fraturas ou zonas de menor resistência, 
deixando relativamente intactos grandes blocos da rocha original 
envolvidos por solos de alteração de rocha. 
Classificação dos Solos – Solos Transportados 
• Solos transportados: são aqueles que foram levados ao local atual por 
algum agente de transporte. 
 
• Solos coluvionares: são formados pela ação da gravidade. São aqueles que 
sofrem escorregamento para os pés do talude. 
 
• Solos aluvionares: são resultantes do carregamento pela água. Sua 
constituição depende da velocidade da água no momento da deposição. 
 
• Solos eólicos: transportados pelo vento. 
Classificação dos Solos – Solos Orgânicos 
• Solos orgânicos são aqueles que contém uma quantidade apreciável 
de matéria decorrente da decomposição de origem vegetal e 
animal, em vários estados de decomposição. 
 
• As turfas são um tipo especial de solos orgânicos em que ocorrem 
um importante concentração de folhas e caules em processo de 
decomposição. 
Granulometria dos Solos 
Granulometria dos Solos 
• A primeira característica que diferencia os solos é o tamanho das 
partículas que os compõem. 
 
• Alguns solos são visíveis a olho nu (grão de pedregulho ou areia) e outros 
possuem grãos tão finos que, quando molhados se transformam em uma 
pasta, não permitindo a visualização a olho nu. 
 
• Denominações específicas são empregadas para as diversas faixas de 
tamanhos de grão; entretanto, seus limites variam conforme o sistema de 
classificação. 
Granulometria dos Solos 
• De acordo com a NBR 6502, temos: 
• Pedregulho: Solos formados por minerais ou partículas de rocha, com 
diâmetro compreendido entre 2,0 mm e 60 mm. Quando arredondados 
ou semi-arredondados, são denominados cascalho ou seixo. 
• Pedregulho fino: grãos compreendidos entre 2,0 mm e 6,0 mm. 
• Pedregulho médio :grãos compreendidos entre 6,0 mm e 20,0 mm. 
• Pedregulho grosso: grãos compreendidos entre 20,0 mm e 60,0 mm. 
Granulometria dos Solos 
• De acordo com a NBR 6502, temos: 
 
• Areia: Solo formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros 
compreendidos entre 0,06 mm e 2,0 mm. 
• Areia fina 
• Areia com grãos de diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 0,2 mm. 
• Areia média 
• Areia com grãos de diâmetros compreendidos entre 0,20 mm e 0,60 mm. 
• Areia grossa 
• Areia com grãos de diâmetros compreendidos entre 0,60 mm e 2,0 mm. 
 
 
Granulometria dos Solos 
• De acordo com a NBR 6502, temos: 
 
• Silte: Solo formado por partículas com diâmetros compreendidos entre 
0,002 mm e 0,06 mm. 
 
• Argila: Solo de granulação fina constituído por partículas com dimensões 
menores que 0,002 mm. 
 
• Bloco de rocha : Fragmento de rocha, transportado ou não, com diâmetro 
superior a 1 m. 
 
• Matacão: Fragmento de rocha, transportado ou não, com uma dimensão 
compreendida entre 200 mm e 1 m. 
 
• Pedra-de-mão: Fragmento de rocha com diâmetro compreendido entre 60 
mm e 200 mm. 
Granulometria dos Solos 
• De acordo com a escala granulometria adotada pelo DNER, temos: 
 
 
PEDREGULHO: 
2,0 mm < φ < 76,0 mm 
AREIA: 
0,074 mm < φ < 2,0 mm 
SILTE: 
0,005 mm < φ < 0,074 mm 
ARGILA: 
Φ < 0,005 mm 
Granulometria dos Solos 
• A seguir são apresentadas as classificações adotadas pela A.S.T.M (American 
Society for Testing Materials), A.A.S.H.T.O. (American Association for State 
Highway and Transportation Officials), ABNT (Associação Brasileira de Normas 
Técnicas) e M.I.T (Massachusetts Institute of Technology) 
Análise Granulométrica 
Análise Granulométrica 
• Análise granulométrica: determinação das dimensões das partículas do 
solo e das proporções relativas em que elas se encontram, sendo 
representada graficamente pela curva granulométrica. 
O levantamento da Curva Granulométrica do Solo é realizo com base em 
dois procedimentos distintos: Peneiramento e a Sedimentação 
Análise Granulométrica 
• A análise granulométrica de um solo cujas partículas têm dimensões 
maiores que 0,074 mm (peneira nº 200 da A. S. T.M.) é feita pelo processo 
comum do peneiramento. 
 
• Para os solos finos, isto é, com dimensões menores que 0,074 mm, já não 
podemos usar o processo do peneiramento , utilizando-se, então, o 
método de sedimentação. 
Análise Granulométrica - PENEIRAMENTO 
1)Toma-se uma amostra de solo seco com peso P, e submete-se a um 
peneiramento; 
 
2) Em seguida, toma-se os pesos das porções retidas nas diversas peneiras: 
P1, P2, P3, ....Pn 
 
3) Converte-se esses pesos em porcentagens do peso total: (P1/P x100; P2/P 
x100; P3/P x100;......, Pnx100; 
 
4) Somando-se esses porcentagens, temos a porcentagem acumulada retida; 
 
 5) Tomando-se o complemento para 100 em cada porcentagem retida têm-se 
as “porcentagens acumuladas que passam” 
 
 
Análise Granulométrica - PENEIRAMENTO 
• As aberturas das malhas das peneiras normais da A .S.T.M. são, em 
milímetros,indicadas abaixo: 
Análise Granulométrica- PENEIRAMENTO 
A indicação da peneira refere-se à abertura da malha ou ao número de 
malhas quadradas, por polegada linear. Abaixo, representamos a peneira de 
3/16" e a peneira nº 7 
Análise Granulométrica - SEDIMENTAÇÃO 
• Para os solos finos, isto é, com dimensões menores que 0,074 mm, já não 
podemos usar o processo do peneiramento , utilizando-se , então , o 
método de sedimentação. 
 
• Dentre os diversos métodos de análise por sedimentação, o mais simples 
é o desenvolvido por Casagrande , frequentemente usado nos laboratórios 
de Mecânica dos Solos. 
 
• O ensaio se baseia na lei de Stokes (1850) , a qual estabelece uma relação 
entre o diâmetro da partícula e sua velocidade de sedimentação em um 
meio líquido de viscosidade e peso específico conhecidos. 
 
Análise Granulométrica - SEDIMENTAÇÃO 
• O ensaio de sedimentação é realizado medindo-se a densidade de uma 
suspensão de solo em água no decorrer do tempo. 
 
• A partir da medida da densidade da solução no tempo, calcula-se a 
percentagem de partículas que ainda não sedimentaram e a velocidade de 
queda destas partículas. 
 
• Com o uso da Lei de Stokes determina-se o diâmetro máximo das 
partículas ainda em suspensão, e com esses dados completa-se a curva 
granulométrica. 
Análise Granulométrica - SEDIMENTAÇÃO 
 
Sedimentação - Procedimento 
• Colocando-se uma certa quantidade de solo em suspensão em água, as 
partículas cairão com velocidades proporcionais ao quadrado de seus 
diâmetros. 
 
• No instante em que a suspensão é colocada em repouso, a sua densidade 
é igual ao longo de toda a profundidade. Quando as partículas maiores 
caem, a densidade na parte superior do frasco diminui. 
 
• Numa profundidade qualquer, em um certo momento, a relação entre a 
densidade existente e a densidade inicial indica a porcentagem de grãos 
com diâmetro inferior ao determinado pela Lei de Stokes. 
Sedimentação - Procedimento 
• Considere-se à esquerda do frasco, estão indicados grãos com quatro 
diâmetros diferentes igualmente representados ao longo da altura, o que 
corresponde ao início do ensaio. 
• À direita do frasco, está representada a situação depois de decorrido um 
certo tempo. 
Sedimentação - Procedimento 
• As densidades de suspensão são determinadas com um densímetro, que 
também indica a profundidade correspondente. Diversas leituras do 
densímetro, em diversos intervalos de tempo, determinarão igual número 
de pontos na curva granulométrica, como se mostra