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10/02/2015 1 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira MECÂNICA DOS SOLOS Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira AULA 01 Aula 01 – Apresentações. Motivação ao estudo da Mecânica dos Solos – considerações preliminares e aplicações na Engenharia Civil. Sinistros da Engenharia Geotécnica. Engenharia Geotécnica – uma perspectiva histórica. Obras geotécnicas. 10/02/2015 2 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1 - MOTIVAÇÃO AO ESTUDO DA MECÂNICA DOS SOLOS Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira “Unfortunately, soils are made by nature and not by man, and the products of nature are always complex... Natural soil is never uniform. Its properties change from point to point while our knowledge of its properties are limited to those few spots at which the samples have been collected. In soil mechanics the accuracy of computed results never exceeds that of a crude estimate, and the principal function of theory consists in teaching us what and how to observe in the field.” "Infelizmente, os solos são feitos pela natureza e não pelo homem, e os produtos da natureza são sempre complexos... Solo natural nunca é uniforme. Suas propriedades mudam de ponto a ponto, enquanto o nosso conhecimento de suas propriedades estão limitados a esses poucos pontos em que as amostras foram coletadas. Na mecânica dos solos a precisão dos resultados calculados nunca excede o de uma estimativa grosseira, e a principal função da teoria consiste em nos ensinar o que e como observar no campo.” Citado em "Karl Terzaghi, the engineer as artist" por D. Goodman 10/02/2015 3 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira “As sondagens mais caras são aquelas que não foram feitas.” G. Lahuec (‘Dragages et Geologie’) “Nature to be commanded must be obeyed.” Francis Bacon (1561 - 1626) “Não é apenas o puro e simples tecnicismo que molda um engenheiro geotécnico: bom senso e espírito crítico são elementos essenciais de nossa formação!” Dr. Romero César Gomes Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.1 – Introdução - Toda edificação (sobrados, edifícios, galpões, etc.), obras de arte especiais (pontes, viadutos, etc.), barragens (tanto em concreto armado quanto em solo ou rocha) e obras de contenção (como muros de arrimo e cortinas atirantadas) direcionam os esforços solicitantes a que estão submetidos para o solo; - Nesse contexto, a engenharia geotécnica tem desempenhado, em escala crescente, um papel de enorme relevância em empreendimentos civis e minerais, particularmente em termos de projetos de taludes, fundações e estradas. Para o desenvolvimento de tais projetos há a grande necessidade de se avaliar o solo quantitativamente e qualitativamente e, para tanto é que a Mecânica dos Solos foi desenvolvida. - A Mecânica dos Solos: estuda o comportamento dos solos quando tensões são aplicadas, como no caso das fundações, ou aliviadas, no caso de escavações, ou a propriedade dos materiais que o constituem através de ensaios em laboratório. 10/02/2015 4 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2 – Sinistros da Engenharia Geotécnica 1.2.1 - Colapso de um edifício nas Filipinas Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2.2 - Colapso edifício na China (27/07/2009) Colapso de um edifício componente de um condomínio residencial em Minhang, distrito de Shangai, na China. O estaqueamento foi “arrancado” do solo, quebrando as estacas. Um trabalhador foi morto. 10/02/2015 5 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2.3 - Prédios da orla de Santos (Santos – SP) – Conjunto residencial Núncio Malzoni - A região da orla de Santos é bastante conhecida na engenharia geotécnica pelos seus quase cem prédios inclinados devidos aos recalques da fundação dos mesmos. - A região possui uma camada de areia compacta, boa, variando de 6 a 10 m de profundidade, porém, logo abaixo desta camada de areia compacta há uma camada de argila marinha muito mole aproximadamente até a cota de 30 m. - Com a execução de prédios com carga maior comprime a argila, gerando recalques diferenciais e a proximidade dos edifícios faz com que ocorra a superposição de bulbos de tensões. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 10/02/2015 6 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - O conjunto residencial Núncio Malzoni é composto por dois blocos de edifícios (A e B) que tiveram suas obras finalizadas em 1967. Dados dos edifícios: Número de pavimentos: 17 Peso total: 6.680 toneladas Altura: 55 metros -De maneira a reduzir os custos do empreendimento, as fundações adotadas foram diretas do tipo sapatas, apoiadas no solo composto por areia compacta. Dada proximidade dos dois blocos de edifícios houve a superposição dos bulbos de tensões; - Estudos indicavam que os recalques evoluíam a uma magnitude de 1,0 cm por ano. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 10/02/2015 7 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - A evolução dos recalques fez com que o desaprumo do bloco A chegasse a 2,10 metros e do bloco B a 1,90 m, necessitando de uma solução de engenharia para a estabilização e reaprumo dos edifícios. - Escavou-se as fundações rasas dos edifícios e implantou-se fundações profundas abaixo das mesmas. Inicialmente foi realizado o estaqueamento e, sobre este, macacos hidráulicos foram instalados que, apoiados sobre uma viga de transição colocaram os edifícios de volta ao prumo. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 10/02/2015 8 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2.4 - Edifício Real Class (Belém, Pará, 29/01/2011) Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - Laudo entregue ao CREA – Pará em 11 de março de 2011: “*O concreto e o aço empregados na estrutura apresentavam resistências compatíveis com as recomendadas pelas normas brasileiras; * As fundações foram corretamente projetadas considerando-se as cargas informadas no projeto estrutural; * Considerando as recomendações normativas para dimensionamento de estruturas de concreto, para carregamentos verticais e para o vento, observou-se que o projeto estrutural não atendia tais recomendações, sendo a situação mais crítica referente à atuação do vento; * Para a situação de colapso, caso de construção, observou-se que as fundações apresentavam resistência significativamente superior, descartando-se a hipótese de que o colapso tenha se iniciado por esgotamento de sua capacidade resistente; 10/02/2015 9 Grupo EducacionalUNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira * Ainda para o caso de construção, verificou-se que diversos pilares no nível do pavimento térreo não apresentavam resistência compatível com os esforços atuantes, com alguns apresentando ruptura brusca, sem avisos (fissuras); Sendo assim, esta equipe concluiu que o colapso ocorreu por problemas de concepção estrutural e que o colapso do edifício ocorreu quando a estrutura foi submetida a uma combinação elevada de carregamentos verticais e horizontais." Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 10/02/2015 10 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2.5 - Ruptura da barragem de Malpasset (França, 02/12/1959) - Barragem em concreto armado que sofreu ruptura por problemas de fundação (conjugação crítica da presença de falha e de descontinuidades), 420 vítimas fatais; a barragem nunca foi reconstruída. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2.6 - Terremoto de Niigata – colapso de vários blocos de um condomínio (Japão, 16/06/1964) - Quando temos um solo saturado e ocorre um terremoto acontece também um fenômeno chamado de liquefação que é caracterizado por um súbito aumento da poropressão, o que faz decrescer a resistência ao cisalhamento do solo e sua habilidade em suportar edifícios é significativamente reduzida. Como exemplo desta situação temos o colapso de um conjunto habitacional devido ao terremoto de Niigata, em 1964. 10/02/2015 11 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2.7 - Condomínio Anêmona – colapso do bloco B (Ubatuba, 17 de maio de 2001) -Diversos são os casos em que o colapso global do edifício decorre de problemas na fundação. - O condomínio Anêmona (Ubatuba, litoral Norte de São Paulo) era composto por dois edifícios (blocos A e B) para veraneio, em alvenaria estrutural, com garagem no térreo e quatro andares de apartamentos, apoiado em estacas pré-moldadas, cravadas em solo instável, com 30 cm de diâmetro e 25 m abaixo da superfície do terreno. - 17 de maio de 2001: o bloco B apresentou um colapso em suas fundações de forma que as estacas afundaram aproximadamente dois metros, quase provocando a ruptura do prédio por completo. Devido a esse recalque a laje do térreo apoiou-se no solo, descarregando todo o peso sobre este e danificando completamente a estrutura térrea. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - Estudos constataram que o solo do local foi o principal responsável pela ruína e, mesmo após o acidente, o edifício continuou apresentando recalques da ordem de 5,0 cm mensais, exigindo medidas urgentes. Blocos B (recalcado) e A (intacto) (SOUZA, 2003). 10/02/2015 12 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - Mediante análises dos perfis de sondagem observou-se que a base de sustentação do bloco B localizava-se inteiramente sobre o solo de pior qualidade. 10/02/2015 13 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - Ficou evidente que o solo de fundação foi o principal agente pela ocorrência do sinistro. Pelo fato de ser muito mole, não proporcionou resistência lateral às fundações nem restringiu seus deslocamentos horizontais, permitindo que elas perdessem a estabilidade e rompessem devido à flexocompressão. - Dessa maneira o empuxo lateral, devido ao peso do aterro, solicitou lateralmente as estacas que, por sua vez, não foram dimensionadas para suportar tal esforço. Como resultado houve a ruptura de todas as estacas próximas ao fundo do terreno, região em que houve maior adensamento e, por conseguinte, maior carregamento horizontal. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 10/02/2015 14 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 10/02/2015 15 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2.8 - Ruptura da maior mina a céu aberto do mundo (Abril/2013) - A Mina de Bingham Canyon é a mais profunda mina a céu aberto do mundo e também o maior buraco escavado pelo homem; -A mina está em produção desde 1906, e resultou na criação de uma cratera de 4 km de largura e 1.200 m de profundidade, numa área de 7,7 km²; Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - 10 de abril de 2013: ruptura de diversos taludes da mina, resultando em 165 milhões de toneladas de material carregados pela movimentação de terra. - Os taludes eram monitorados através de instrumentação o que possibilitou prever a ocorrência do gigantesco movimento de solo permitindo a retirada a tempo dos trabalhadores e equipamentos. 10/02/2015 16 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2.9 - Deslizamentos de terra no Rio de Janeiro (Janeiro de 2011) - Janeiro de 2011: enchentes e deslizamentos atingem cidades do Rio de Janeiro como Teresópolis, Nova Friburgo, Petrópolis, etc.; - Resultados: 916 mortos, 345 desaparecidos e 35.000 desalojados; - Esse episódio é considerado o maior desastre climático da história do país. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2.10 – Movimentos de massas 10/02/2015 17 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.2.11 – Colapso de estrada no México (Dezembro de 2013) Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1.3 – Softwares aplicados à Engenharia Geotécnica - As ferramentas computacionais proporcionaram à Engenharia Geotécnica maior possibilidade de controle e modelagem dos problemas técnicos. Ganhou-se tempo nas análises numéricas uma vez que a velocidade de entrada e saída de dados passou a ser muito mais rápida. - Estabilidade de taludes: modelagem computacional facilitada pela qualidade gráfica da representação da geometria do talude que possibilitou uma maior compreensão do problema a ser resolvido. - Correta locação da circunferência que define a superfície potencial de ruptura. - Sistema Geostudio: composto por oito módulos de distintos que variam desde análise de estabilidade de taludes a análise de equilíbrio hídrico. - Módulo Slope: permite a realização de análise de estabilidade de taludes e obras de reforço através de métodos como Bishop, Fellenius e Morgenstern & Price. 10/02/2015 18 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil ArmandoBelato Pereira REFLEXÃO SOBRE A APLICAÇÃO DE SOFTWARES NA ENGENHARIA “Cadê a Engenharia? O que vem acontecendo com os profissionais de engenharia de projetos? Comenta-se sobre as dificuldades que as empresas prestadoras de serviços estão tendo para cumprir seus contratos, que a qualidade do serviço é péssima, que não existem mais os bons profissionais de antigamente etc. Esses e outros comentários vão se confirmando nos projetos mal pensados, na dificuldade para encontrar profissionais experientes, nas garantias e seguros que se vão exigindo nos contratos, na lista de empresas tradicionais que já sumiram do mercado e no surgimento, em profusão, das "Fulano & Beltrano Engenharia Ltda.". Em nosso país, a história da engenharia de projetos industriais teve início com o anseio nacional de não mais importar engenharia embutida nos equipamentos. Nos anos 60 surgiram primeiras iniciativas. O grande investidor e comprador dessa engenharia foi o Estado. Pagava-se tudo a bom preço. Muitas empresas se formaram. Pessoas foram treinadas e dignamente remuneradas. Essa fase atingiu seu ápice ao final da década de 70. 10/02/2015 19 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira Encerrado esse ciclo, ficou a sensação de que fazer engenharia estava ficando muito caro. Nas décadas de 80 e 90, com os recursos mais escassos, buscou-se uma forma de medir a produção da engenharia. Sem melhor opção passou-se a medir a engenharia medindo-se a produção de desenhos. Com isso, chegamos ao estágio atual: mede-se, compra-se e vende-se engenharia pela quantidade de horas ou de papel produzido: os desenhos. Essa forma, naturalmente, produziu efeitos negativos na qualidade. Para melhorá-la optou-se então pela fiscalização, optou-se por investir no gerenciamento. Mas, como só fiscaliza ou gerencia bem quem sabe fazer, para essas atividades são contratados os profissionais mais experientes. Com isso observa-se que, via de regra, o conhecimento daquele que sabe não está sendo usado para fazer, nem para ensinar, mas para pressionar aquele que, assustado, está começando a aprender. Como esse tipo de fiscalização ou gerenciamento, obviamente, também já mostra sinais da sua ineficiência, volta-se a pensar em comprar a engenharia embutida nos equipamentos "empurrando o fardo" para seus fornecedores. Fica mais barato – dizem. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira Assim, na prestação de serviços de engenharia, estamos quase retornando aos idos de 1960! Isso mostra, de forma inequívoca, que se está atuando nos efeitos e não nas causas. Necessário é, pois, repensar os conceitos e fazer distinção entre engenharia e desenhos de engenharia. Produzir desenhos é tarefa mecânica. Produzir engenharia é atividade essencialmente mental intelectual. A máquina de engenhar, de produzir idéias, é a mente humana. Os softwares dessa máquina são os conhecimentos obtidos em muitos e demorados "downloads" nos "sites" da vida profissional e a matéria prima dessa fábrica de idéias é a informação. Para produzir soluções de engenharia trabalham-se as informações com os conhecimentos que se tem, conhecimentos estes adquiridos em projetos passados, em experiências vividas. Se a informação, tal qual o conhecimento, é incompleto ou ruim, a solução o será na mesma proporção e qualidade. Até chegar a ser solução, uma idéia precisa ser processada, modificada, re-processada e confirmada por cálculos, esboços, gráficos etc. 10/02/2015 20 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira E é ao longo desse processo que o profissional se capacita e dá soluções rápidas e eficazes aos diversos problemas. O verdadeiro produto da engenharia não é o desenho, é a solução. Sem ela não há o que desenhar e nem o que construir. O desenho é, por assim dizer, apenas a embalagem do produto, a imagem da idéia concebida na mente de um engenheiro. Por isso, pode-se dizer que remédios receitados pelos engenheiros são entregues em caixinhas nos vários tamanhos padrão - ABNT: do A0 ao A4. E, hoje, o computador pode colocar qualquer remédio em qualquer uma dessas caixinhas, e até em menores do que essas. Como medir isso? Como medir a produtividade de um engenheiro? Como valorizar a experiência acumulada na mente de um profissional? Pela quantidade de desenhos (caixinhas) produzidos com suas idéias?! Como uma empresa capacitará e manterá novos profissionais? "Inventando" caixinhas desnecessárias para ser mais bem remunerada? A realidade do mercado tem mostrado que vender caixinhas não é bom negócio. Aliás, financeiramente o bom negócio agora é pressionar (ou fiscalizar?) os que ainda não sabem nem fazer as caixinhas e nem o que colocar dentro delas. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira Enquanto a solução não vem, será bom fazer uma pausa na maquinação de contratos tão deprimentes que tiveram seu ápice nos infames leilões reversos. Será bom não colocar para concorrer na mesma raia o engenhar e o desenhar. Será bom que os profissionais experientes não se limitem a pressionar sem ensinar. Será bom que as Escolas de Engenharia se aproximem sem ocupar o espaço das Empresas e que introduzam em seus currículos uma disciplina que ensine o aluno a pensar, a usar esse fabuloso e ainda desconhecido mecanismo mental humano. Será bom que os que estão começando na profissão, dispondo já dos recursos da informática, tenham com quem aprender a pensar, a engenhar soluções: coisas que o computador não faz. Será bom que esses novos profissionais não confundam saber fazer engenharia com saber usar um bom software de engenharia. Finalmente, será muito bom que os mais novos aprendam a pensar para que não usem o computador para produzir caixinhas de surpresas. Paulo Roberto Arantes da Silva, publicado pela ABECE (Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural), http://www.abece.com.br/web/download/pdf/informa/Abece70.pdf 10/02/2015 21 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 2 – A ENGENHARIA GEOTÉCNICA Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - “A Engenharia Geotécnica é a subdisciplina da Engenharia Civil que estuda os materiais naturais encontrados próximos à superfície da terra. Ela engloba desde a aplicação dos princípios da Mecânica dos Solos e das Rochas até o desenvolvimento de fundações, estruturas de contenção e estruturas de terra.” Das, 2013 -“A Engenharia Geotécnica é a ciência que estuda os solos e as rochas para fins de Engenharia. O conhecimento básico da Geotecnia está fundamentado nos princípios e conteúdos da Mecânica dos Solos, da Mecânica das Rochas e da Geologia de Engenharia.” Gomes, 2013. 10/02/2015 22 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - Mecânica dos solos: estuda as propriedades (físicas e mecânicas), a utilização e o comportamento dos solos como materiais de construção, de contenção e/ou de fundação de obras civis. 10/02/2015 23 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - A Mecânica das Rochas: estuda as propriedades e o comportamento das rochas e dos maciços rochosos levandoem consideração a influência relativa das famílias de descontinuidades presentes. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - A Geologia de Engenharia: estuda a caracterização geológica e os impactos da gênese, formação e evolução geológica dos materiais presentes na crosta terrestre para fins de projeto e execução de empreendimentos de caráter geotécnico. 10/02/2015 24 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - Portanto, podemos fizer que um engenheiro geotécnico lida basicamente com os seguintes tipos de obras: Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 10/02/2015 25 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 10/02/2015 26 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 3 – PERSPECTIVAS HISTÓRICAS DA ENGENHARIA GEOTÉCNICA Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 3.1 – A Engenharia Geotécnica antes do século XVIII “Por isso o Senhor Deus o mandou embora do jardim do Éden para cultivar o solo do qual fora tirado.” Gênesis 3:23 -Gênesis 3:23: o homem tornou-se responsável pela produção dos seus próprios alimentos; para isso, foi necessário lavrar a terra. Desde então, impôs-se a necessidade de se construir obras hidráulicas, a fim de suprir a rega das lavouras por meio de poços, canais e barramentos. - Primeiras grandes “obras geotécnicas”: construção de barragens para atender as necessidades de sobrevivência do homem, em obras para abastecimento de comunidades, irrigação ou de dessedentação animal. Estas obras pioneiras surgiram nas civilizações antigas orientais. 10/02/2015 27 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 1 - Ruínas de um dique construído pelos sumérios (3.000 a.C.) Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 2 - Ruínas de Sadd-el-Kafara Dam, Vale do Rio Nilo, 2700 - 2600 a.C: 10/02/2015 28 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 3 - “Código de obras” elaborado no reinado de Hamurabi, Babilônia, 1750 a. C. “Se alguém for preguiçoso e não mantiver sua barragem em condições adequadas; e se, por consequência, a barragem romper e todos os campos forem inundados, então o dono da barragem que rompeu será vendido por dinheiro e o dinheiro será utilizado para repor o milho cuja ruína ele causou”. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 4 – Muralha da China (início em 220 a.C. e término no século XV) 10/02/2015 29 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 5 – Torre de Pisa (1173 – 1372 d.C.) Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 6 – Machu Picchu (construída no século XV): 10/02/2015 30 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - Até antes dos anos de 1700, as obras geotécnicas (diques, estradas e monumentos) são marcadas por um empirismo completo e inexistência de quaisquer modelos teóricos. - Engenheiros e cientistas começaram a se preocupar com as propriedades e o comportamento dos solos de forma mais metódica a partir do século XVIII, após se depararem com diversos problemas relacionados à fundação em obras realizadas nos séculos passados. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 3.2 – Período pré-clássico da Mecânica dos Solos (1700 – 1776 d.C.) Período dedicado a estudos ligados a estabilidade de encostas naturais, pesos específicos de solos variados e teorias semiempíricas de empuxos de terra. 1 - O engenheiro real britânico Henri Gautier (1660 – 1737): estudo de encostas naturais e formulação de procedimentos de projeto de muros de arrimo. Pioneiro a utilizar o termo “ângulo de repouso” e sugeriu o valores deste e de peso específico para alguns tipos de solo. 2 – Bernard Forest de Belidor (1671 – 1761) publicou em 1729 um livro-texto para engenheiros franceses no qual ele propôs uma teoria para a pressão lateral de terra em muros de arrimo e determinou o seguinte sistema de classificação de solos: 10/02/2015 31 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 3 – O engenheiro francês François Gadroy (1705 – 1759) ensaiou em laboratório no ano de 1746 um muro de arrimo e observou a existência de planos de escorregamento no solo de ruptura. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 3.3 –Mecânica dos Solos Clássica 3.3.1 – Fase I (1776 – 1856 d.C.) 1 – O cientista Charles Augustin Coulomb (1736 – 1806) publicou um trabalho no qual utilizou o princípio de cálculo de máximos e mínimos e leis de atrito e coesão a fim de determinar a posição exata de uma superfície de deslizamento no solo atrás de um muro de arrimo. 10/02/2015 32 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 2 – O engenheiro militar Jean Victor Poncelet (1788 – 1867) ampliou a teoria de Coulomb, concebendo um método gráfico para determinar a pressão lateral de terra em muros de arrimo. Também foi o precursor ao usar o símbolo ϕ para representar o ângulo de atrito do solo e o pioneiro na criação de uma teoria de capacidade de carga para fundações rasas. 3 – O engenheiro Alexandre Collin (1808 – 1890) apresentou um estudo sobre deslizamentos profundos em taludes de argila, de corte e de aterro e fez a observação que as superfícies de ruptura reais poderiam ser aproximadas em arcos de círculo. 4 – O fim da Fase I da Mecânica dos Solos clássica é marcado pelo ano de 1857 quando o professor de engenharia civil William John Mcquon Rankine (1820 – 1872) elaborou uma teoria sobre empuxos de terra e equilíbrio de massas de terra, simplificando a teoria de Coulomb. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 3.3.2 – Fase II (1856 – 1910 d.C.) Nesse período, diversos estudos experimentais de ensaios em laboratório sobre areias foram divulgados. 1 – O engenheiro Henri Philibert Gaspard Darcy (1803 – 1858) publica um estudo que trata sobre a permeabilidade (ou condutividade hidráulica) de solos. 2 – Em 1885, Joseph Valentin Boussinesq (1842 – 1929) publica uma teoria sobre distribuição de tensões sob áreas carregadas em um meio homogêneo, elástico e isotrópico. 10/02/2015 33 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 3.4 –Mecânica dos Solos Moderna (1910 – 1927 d.C.) Período em que foram publicados pesquisas realizadas em argilas, estabelecendo as propriedades eparâmetros fundamentais desse material tal qual conhecemos hoje. 1 – Albert Mauritz Atterberg (1846 – 1916): químico e cientista do solo, definiu a importância que as partículas de argila representam em um solo e em sua platicidade. Explicou a consistência de solos coesivos definindo os limites de liquidez, de plasticidade e de contração (conhecidos hoje como limites de Atterberg). 2 – Wolmar Fellenius (1876 – 1957): um engenheiro sueco, desenvolveu a análise de um círculo de deslizamento em taludes de argila saturada (ou seja, condição de ϕ = 0), considerando que a superfície crítica de escorregamento era o arco de um círculo. Tal análise foi demonstrada matematicamente em 1926. 3 – Karl Terzaghi (1883 – 1963): um engenheiro mecânico austríaco, desenvolveu a teoria de consolidação de argilas como conhecemos hoje e que foi publicada em 1925. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira 3.5 –A Engenharia Geotécnica após 1927 - O trabalho publicado por Karl Terzaghi em 1925, abriu os horizontes da mecânica dos solos. Dessa formas, Terzaghi é merecidamente reconhecido como o pai da mecânica dos solos moderna. - Terzaghi nasceu em 2 de outubro de 1883, em Praga. Em 1904, formou-se na Áustria, como engenheiro mecânico e em 1912 recebeu o grau de Doutor pela mesma instituição. 10/02/2015 34 Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - Ao final da Primeira Guerra Mundial, aceitou o cargo de professor na American Robert College, em Istambul, onde deu início à sua pesquisa sobre o comportamento dos solos, o recalque de argilas e as rupturas que acontecem devido ao piping em areia sob barragem. - Em 1925 começou a lecionar no MIT e tornou-se o líder da nova área da engenharia civil chamada Mecânica dos Solos. E, em 1936 promoveu a primeira conferência da International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering que abrangeu temas como: tensão efetiva, resistência ao cisalhamento, adensamento, argilas expansivas, terremotos e liquefação do solo, etc. - Pelos 25 anos seguintes, Terzaghi foi considerado o papa do desenvolvimento da mecânica dos solos e da engenharia geotécnica. Conforme cita Ralph Peck: “poucas pessoas durante a vida de Terzaghi teriam discordado de que ele era não apenas o papa da mecânica dos solos, mas também centros de intercâmbio para a pesquisa e aplicação em todo o mundo”. Grupo Educacional UNIS Engenharia Civil - 1° Semestre de 2015 Mecânica dos Solos Prof. Eng° Civil Armando Belato Pereira - Alguns outros acontecimentos da Engenharia Geotécnica após 1927 merecem destaque também: 1 – Publicação do livro Soil Mechanics in Engineering Practice, escrito por Karl Terzaghi e Ralph Peck, em 1948; 2 – Publicação do livro Fundamentals of Soil Mechanics, escrito por Donald Taylor, em 1948; 3 – Acontecimentos de conferências da ISSMFE em diversos países para intercâmbio de informações relacionadas ao desenvolvimento de pesquisas contínuas da engenharia geotécnica.
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