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CONCEITOS BÁSICOS DE MECÂNICA DOS SOLOS Professora: Quênia Goulart Ferreira ÍNDICES FÍSICOS • O solo é constituído de três fases distintas: partículas sólidas, água e ar; • É um sistema trifásico onde a fase sólida é um conjunto de partículas minerais formando uma estrutura porosa que conterá os elementos das fases líquida e gasosa; • O comportamento de um solo depende da quantidade relativa de cada uma das três fases. ÍNDICES FÍSICOS • Grandezas que expressam as proporções entre pesos e volumes em que ocorrem as três fases presentes numa estrutura de solo; • Possibilitam determinar as propriedades físicas do solo; • São utilizados na caracterização de sua condições, em um dado momento, podendo ser alterados ao longo do tempo. ÍNDICES FÍSICOS • Relação entre massas (pesos) • Teor de Umidade (W) • Relação entre volumes • Índice de vazios (e) • Porosidade (n) • Grau de Saturação (S) • Relações entre pesos e volumes • Peso específico do solo natural • Peso específico do solo seco • Peso específico do solo saturado • Peso específico dos grãos ou sólidos GRANULOMETRIA • Todos os solos, em sua fase sólida, contêm partículas de diferentes tamanhos em proporções das mais variadas; • A determinação do tamanho das partículas e suas respectivas porcentagens de ocorrência permitem obter a função distribuição de partículas do solo (distribuição granlométrica); • Os solos recebem designações segundo as dimensões das partículas compreendidas entre determinados limites convencionais. Pedregulho Areia Silte Argila PLASTICIDADE • Propriedade dos solos finos que consiste na maior ou menor capacidade de serem moldados sob certas condições de umidade; • A plasticidade é definida através do índice de plasticidade (IP): IP = LL - LP ESTADOS DE CONSISTÊNCIA • LIMITE DE LIQUIDEZ: • É o teor de umidade que separa o estado de consistência líquido do plástico e para o qual o solo apresenta uma pequena resistência ao cisalhamento. • LIMITE DE PLASTICIDADE: • É o teor de umidade mínimo, no qual a coesão é pequena para permitir deformação, porém, suficientemente alta para garantir a manutenção da forma adquirida. PERMEABILIDADE • Propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento de água através dele; • O conhecimento do valor da permeabilidade é muito importante em algumas obras de engenharia, principalmente na estimativa da vazão que percolará através do maciço e da fundação de barragens de terra, em obras de drenagem, rebaixamento do nível d’água, adensamento, etc. • Os mais graves problemas de construção estão relacionados com a presença da água. PERMEABILIDADE • Os principais fatores que influenciam no coeficiente de permeabilidade são: • Granulometria • Índice de vazios • Composição mineralógica • Estrutura • Fluído • Macro-estrutura • Temperatura COMPACTAÇÃO • Ação mecânica por meio da qual se impõe ao solo uma redução de seu índice de vazios (Vv/Vs) • Qual a diferença da compactação e do adensamento? • Quanto ao meio • Adensamento expulsão de água • Compactação expulsão de ar • Quanto ao tempo • Adensamento lento • Compactação rápido Efeito da compactação no solo • Melhoria das propriedades mecânicas e hidráulicas do solo; • Redução da compressibilidade; • Redução permeabilidade; • Aumento da resistência. Emprego da compactação em: • Aterros de barragens (estanqueidade e estabilidade); • Pavimento rodoviários (estabilidade, ausência de recalques); • Melhoria da capacidade de suporte de solos superficiais. Compactação • O tipo de obra e de solo disponível vão ditar o processo de compactação a ser empregado, a umidade em que o solo deve se encontrar na ocasião e a densidade a ser atingida, tendo como objetivos reduzir futuros recalques, aumentar a rigidez e a resistência do solo, reduzir a permeabilidade e etc. Ensaio de Compactação e Relação d x w: • O ensaio consiste em se compactar uma porção de solo em um cilindro de 1000 cm3 de volume, com um soquete de 2,5 kg, caindo em queda livre de uma altura de 30 cm. • A amostra é utilizada em vários ensaios, sempre aumentando o teor de umidade. É obtido então a seguinte curva: TENSÕES • Tensões no solo é quando o mesmo sofre solicitações se deforma, modificando o seu volume e forma iniciais; • A magnitude das deformações depende das características do solo e do carregamento a ele imposto; • O conhecimento das tensões atuantes em um maciço de terra é de vital importância no entendimento do comportamento de praticamente todas as obras de Engenharia geotécnica; • Nos solos ocorrem tensões devidas ao seu peso próprio e a carregamentos externos. TENSÕES • Tensões Totais: aquelas decorrentes do seu peso próprio e/ou de cargas aplicadas; • Poropressão: parte da tensão aplicada a um solo que é suportada pela água situada nos vazios do solo. • Tensões Efetivas: é a parte da tensão que atua nos contatos interpartículas (ou seja, nas partículas do solo). É ela que responde pelo comportamento mecânico do solo: RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO • Os materiais se rompem quando sua resistência ao cisalhamento é superada pelas forças solicitantes: onde: t = resistência ao cisalhamento; c = coesão do material; sn = tensão normal ao plano; u = poro-pressão de água; f = ângulo de atrito interno do material. fst tan)( uc n RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO • Num talude, a tensão cisalhante será: Psen i e a tensão normal Pcos i: • Um talude mais inclinado é mais instável, pois a componente cisalhante é maior que a componente normal ao plano. Adensamento de Solos • Adensamento é um processo lento e gradual de redução do índice de vazios de um solo por expulsão do fluido intersticial e transferência da pressão do fluido (água) para o esqueleto sólido, devido a cargas aplicadas ou ao peso próprio das camadas sobrejacentes. • A variação de volume dos solos por efeito de compressão é influenciada pela: granulometria, densidade, grau de saturação, permeabilidade e tempo de ação da carga de compressão. Recalque • É a deformação vertical da superfície do terreno, proveniente da aplicação de cargas ou devido ao peso próprio das camadas. • Tipos: • Imediatos: por deformação elástica (solos arenosos ou solos argilosos não saturados); • Por adensamento: devido à saída de água do solo (solos argilosos). Recalque • Causas: • Cargas estáticas (pressão transmitida pelas estruturas, peso próprio do solo, etc.); • Cargas dinâmicas (cravação de estacas, terremotos, etc.); • Erosão do subsolo; • Variações do nível d’água (rebaixamento). • Efeitos: Danos à estrutura (Aparência; Funcionalidade; Estabilidade). Determinação do Recalque Total • Quando uma camada de solo sofre o efeito de uma sobrecarga ela se deforma, em consequência da diminuição do valor de seu índice de vazios inicial (e0) para um valor final ef,motivada pela sua compressibilidade. • Sua espessura passa, portanto, de um valor inicial H0 para um valor final Hf, cuja diferença (∆H = H0 - Hf) corresponde ao recalque total sofrido. Determinação do Recalque Total
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