Resumo Mecânica dos Solos I - TVC1

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Resumo Mecânica dos Solos I – TVC1 
 
 
1 – Definições Importantes 
 
Solos: materiais que resultam do intemperismo ou 
meteorização das rochas, por desintegração mecânica 
ou decomposição química. 
Mecânica dos Solos: é a aplicação das leis da mecânica 
de da hidráulica aos problemas de engenharia 
relacionados com os sedimentos e outros depósitos não 
consolidados de partículas sólidas produzidas pela 
desintegração mecânica ou química das rochas, 
prescindindo do fato de conterem ou não elementos 
constituídos por substâncias orgânicas. 
Mineralogia: ciência dos minerais. 
Petrologia: estudo detalhado das rochas, com o seu 
ramo a Petrografia (sua descrição sistemática). 
Geologia Estrutural ou Tectônica: ramo dedicado 
principalmente ao estudo das dobras e falhas da 
estrutura da crosta terrestre. 
Geomorfologia: ciência que estuda as formas da 
superfície terrestre e as forças que as originam. 
Geofísica: consiste na aplicação dos métodos da Física 
ao estudo das propriedades dos maciços rochosos e 
terrosos. 
Pedologia: estuda as camadas superficiais da crosta 
terrestre, em particular sua formação e classificação, 
levando em conta a ação de agentes climatológicos. 
Mecânica das Rochas: estuda as propriedades 
tecnológicas das rochas e o comportamento dos 
maciços rochosos, segundo os métodos da Mecânica 
dos Solos. É a mais recente das ciências que compõem 
o conjunto das Ciências da Terra. 
Hidrologia: estudo das águas superficiais subterrâneas. 
 
2 – Problemas Geotécnicos 
 
 Deformação (recalque): se refere à deformação na vertical – Compressibilidade – Tensão normal. 
 Ruptura: se refere à estabilidade e ao equilíbrio do solo – Resistência ao cisalhamento – Tensão 
cisalhante. [O problema de ruptura e deformação são resolvidos juntos] 
 Hidráulica do solo: efeitos da água – Permeabilidade, vazão. [Regime estático: estado de tensões. 
Regime dinâmico: movimento de água no subsolo (percolação)] – Carga hidráulica 
 
 OBS: 
 Resistência de cisalhamento: tensão máxima que o solo resiste antes do rompimento. 
 Compressibilidade: é um coeficiente que permite o cálculo da amplitude do recalque 
correspondente à tensão pré-estabelecida. (Quanto maior o número de vazios, maior a 
compressibilidade). 
 Permeabilidade: coeficiente equivalente à maior ou menor facilidade de o solo absorver 
água. (A presença da água no solo muda completamente o seu comportamento). 
 
3 – Origem e Formação dos Solos 
 
Solos são materiais que resultam do intemperismo ou meteorização das rochas, por 
desintegração mecânica ou decomposição química: 
Desintegração Mecânica (intemperismo físico): através de agentes como água (congelamento da 
água – expansão – ruptura), temperatura (variação cíclica), vegetação (crescimento de raízes) e vento, 
formam-se os pedregulhos e areias e até mesmo as siltes, e, em condições especiais, as argilas. 
Decomposição Química (intemperismo químico): processo em que há modificação química ou 
mineralógica das rochas origem. O principal agente é a água e os mais importantes mecanismos de ataque 
são a oxidação, hidratação, carbonatação e os efeitos químicos da vegetação. As argilas representam o 
último produto do processo de decomposição. 
 
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Fatores que interferem no intemperismo químico ou físico: tipo do material 
(propriedades diferentes), clima, topografia (inclinação do relevo muda o tempo de contato com 
a água), vegetação (umidade, escoamento da água muda). 
Esses processos ocorrem simultaneamente, mas dependendo de condições climáticas, um pode 
ter predominância sobre o outro. 
Segundo os pedologistas, a formação de um solo é função da rocha de origem (r), da ação dos 
organismos vivos (o), do clima (cl), da fisiologia (p) e do tempo (t). 
s = f(r, o, cl, p, t) 
As camadas que constituem um perfil são denominadas horizontes e designam-se pelas letras A 
(camada superficial), B (subsolo) e C (camada profunda). 
Rochas Matrizes: 
 Ígneas ou Magmáticas: provenientes do resfriamento do magma. 
 Sedimentares: sedimentos depositados gradualmente com posterior consolidação. 
 Metamórficas: modificação de outros tipos de rochas. Ocorre a grandes profundidades, 
onde há grande pressão e temperatura. 
 
4 – Solos Residuais, Sedimentares e de Formação Orgânica 
 
 Solos Residuais: são os que permanecem no local de origem, observando-se uma gradual 
transição do solo até a rocha. Partículas angulosas e grandes. 
- Solos Lateríticos: característicos de clima quente e úmido. Baixa plasticidade, pouca 
expansibilidade e baixa fertilidade. 
 - Solos Expansivos 
 - Solos Porosos: porosidade elevada 
 
 Solos Sedimentares (transportados): sofrem a ação de agentes transportadores, podendo ser 
aluvionares (transportados pela água) [locais planos e baixos, geralmente estratificado, devido aos 
diferentes regimes das águas], marinhos (transportados por correntes marítimas) [tendem a possuir grãos 
finos com grandes distâncias percorridas], lacustres (transportado pelas águas dos rios e depositados nos 
lagos) [áreas baixas ou bacias hidrográficas, grãos maiores nas bordas e menores no centro, devido à 
velocidade da água], eólicos (quando pelo vento) [capacidade baixa de arraste, uniforme, poroso, instável, 
dimensão de areia], coluvionares (pela ação da gravidade) [terrenos inclinados, base das encostas, bem 
graduado, sedimentos angulosos] e glaciares (pelas geleiras) [áreas baixas, partículas bem graduadas, 
podendo apresentar superfície polida (não perde os ângulos)]. As texturas desses solos variam com o tipo 
de agente transportador e com a distância de transporte. 
 
 Solos de formação orgânica: são de origem essencialmente orgânica, seja de natureza vegetal 
(plantas, raízes), seja animal (conchas). 
 
5 – Composição Química e Mineralogia dos Solos 
 
 Um mineral é uma substância inorgânica e natural, com composição química e estrutura 
definidas. Os minerais encontrados nos solos são os mesmos das rochas de origem (minerais primários), 
além de outros que se formam na decomposição (minerais secundários). Quando à composição química 
dos principais minerais componentes dos solos grossos, grupamo-los em: 
 Silicatos – feldspato, mica, quartzo, serpentina, clorita, talco; 
 Óxidos – hematita, magnetita, limonita; 
 Carbonatos – calcita, dolomita; 
 Sulfatos – gesso, anidrita. 
 
 
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 Minerais Argílicos: pequeniníssimos minerais cristalinos que constituem as argilas, apesar de sua 
aparência amorfa. 
Caolinitas: são formadas por unidades de silício e alumínio, que se unem 
alternadamente, conferindo-lhes uma estrutura rígida. As argilas caoliníticas são relativamente 
estáveis em presença da água. 
Montmorilonitas: são estruturalmente formadas por uma unidade de alumínio entre 
duas de silício. A ligação entre essas unidades, não sendo suficientemente firme para impedir a 
passagem de moléculas de água, torna as argilas montmoriloníticas muito expansivas e, 
portanto, instáveis em presença da água. 
Ilitas: são estruturalmente análogas às montmorilonitas, sendo porém menos 
expansivas. 
 
6 – Propriedades das partículas sólidas do solo 
 
 Peso específico das partículas (γg): γg = Ps/Vs 
 Ps = peso da parte sólida 
 Vs = volume da parte sólida 
 
 Densidade relativa (δ): δ = γg/γa 
 γg = peso específico da parte sólida 
γa = peso específico da água a 4oC (1 g/cm³) 
 
 Forma das partículas: a forma das partículas do solo tem grande influência sobre suas 
propriedades. 
 Partículas arredondadas: predominam nos pedregulhos areias e siltes. 
 Partículas lamelares: semelhantes a lâminas ou escamas. São as que encontram nas 
argilas. Responsávelpela compressibilidade e plasticidade. Permite a coesão das partículas. 
 Partículas fibrilares: característica dos solos turfosos. 
 
7 – Índices Físicos 
 
 O solo é um material constituído por um conjunto de partículas sólidas, deixando entre si vazios 
que poderão estar parcial ou totalmente preenchidos pela água. É, no caso geral, formado por três fases: 
sólida, líquida e gasosa. 
 Água no solo: diferentes estados em que a água se apresenta nos solos: 
 Água de constituição: faz parte da estrutura molecular da parte sólida; 
 Água adesiva ou adsorvida: película de água que envolve e adere fortemente a partícula 
sólida; 
 Água livre: se encontra em uma determinada zona do terreno, enchendo todos os seus 
vazios; 
 Água higroscópica: é a que ainda se encontra em um solo seco ao ar livre; 
 Água capilar: é aquela que nos grãos finos sobe pelos interstícios capilares deixados 
pelas partículas sólidas, além da superfície livre da água. 
 OBS: as águas livre, higroscópica e capilar são as que podem ser totalmente evaporadas 
pelo efeito do calor, a uma temperatura maior que 100oC. 
 
Os seguintes índices e relações desempenham um importante papel no estudo das propriedades 
dos solos. Tem-se que Vt = Vv + Vs = Var + Va + Vs e Pt = Ps + Pa. 
 
 
 
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Teor de umidade: 
h% = (Pa/Ps) x 100 
Peso específico aparente: 
γ = Pt/Vt 
Peso específico aparente de um solo seco (h = 0): 
γs = Ps/Vt ou γg = γ/(1 + h) 
Índice de vazios: 
ε = Vv/ Vs ou ε = (γg/ γs) – 1 
 
 
Porosidade: 
n% = (Vv/ Vt) x 100 ou n = ε/(1 + ε) 
Grau de saturação: 
S% = (Va/ Vv) x 100 (se S = 100%, temos ε = hδ) 
Grau de aeração: 
A% = (Var/ Vv) x 100 ou A = 1 – S 
Peso específico de um solo saturado: 
γsat = γa(δ + ε)/(1 + ε) 
Peso específico de um solo submerso: 
γsub = γa(δ -1)/(1 + ε) ou γsub = γsat – γa 
 
Há ainda o índice Grau de Compacidade (GC): 
 GC = (εmáx- ε)/ (εmáx- εmín) 
 Fofos ou soltos: 0 < GC < 1/3 
 Mediamente compactos: 1/3 < GC < 2/3 
 Compactos: 2/3 < GC < 1 
 
 
8 – Plasticidade e Consistência dos Solos 
 
 Plasticidade: propriedade circunstancial em que o solo pode suportar grandes deformações, sem 
variação volumétrica apreciável e sem fissuras. Depende do teor de umidade e da forma e tamanho das 
partículas e sua composição mineralógica. 
Consistência: estados de resistência, rigidez ou fluidez em que o solo de graduação fina se 
encontra (firme, solto...). A fração fina do solo, além dos minerais constituintes, tem uma grande 
importância no comportamento dos solos. 
Estados de consistência: o solo coesivo pode se apresentar em qualquer dos quatro 
estados que são: sólido (não sofre variação volumétrica), semissólido (característica sólida, 
porém retrai ao secamento), plástico (característica moldável, resistem a grandes tensões sem 
se romperem) e líquido (aparência fluida ou de lama). Os teores de umidade que definem a 
passagem de um estado para o outro são chamados de limites de consistência. 
 Limites de consistência: limite de contração [LC] (sólido – semissólido), limite de 
plasticidade [LP] (semissólido – plástico), limite de liquidez [LL] (plástico – líquido).