1 CONCEITOS BÁSICOS

Prévia do material em texto

1 
MECÂNICA DOS SOLOS I 
Prof. Adilson do Lago Leite 
adilsonlagoleite@gmail.com Sala 04 Tel. 98774-7780 
2 
• CONCEITOS BÁSICOS 
• ESTADO DOS SOLOS 
• CLASSIFICAÇÕES DOS SOLOS 
• ÁGUA NO SOLO E TENSÕES GEOSTÁTICAS 
• FLUXO UNIDIMENSIONAL 
• FLUXO BIDIMENSIONAL 
• ADENSAMENTO 
P1 
P2 
P3 
MECÂNICA DOS SOLOS I - CONTEÚDO 
3 
BIBLIOGRAFIA BÁSICA 
 
PINTO, C.S. (2006) Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas: com 
exercícios resolvidos. Editora Oficina de Textos, São Paulo (3ª Edição). 
 
DAS, B.M. (2011) Fundamentos de Engenharia Geotécnica. Editora 
Thomson, São Paulo (2ª edição). 
 
CRAIG, R.F. (2007) Mecânica dos Solos. Editora LTC. 
 
CAPUTO, H.P. (1973) Mecânica dos solos e suas aplicações. Ed. Livros 
Técnicos Científicos. 
 
NOGUEIRA, J.B. (2001) Mecânica dos solos – ensaios de laboratório. 
Apostila EESC –USP 
4 
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 
 
HOLTZ, R.D. ; KOVACS, W.D. (1981) An introduction to geotechenical 
engineering. Prentice-Hall. 
 
LAMBE, T.W. ; WHITMAN, R.V. (1969) Soil Mechanics. John Wiley & Sons. 
 
CERNICA, J.N. (1995) Geotechnical Engineering – Soil Mechanics. John 
Wiley & Sons. 
 
CEDERGREN, H.R. (1997) Seepage, Drainage, and Flow Nets. Wiley (3rd 
Edition) 
5 
IMPORTÂNCIA DA MECÂNICA DOS SOLOS 
• CORTES E ATERROS 
• BARRAGENS DE TERRA 
• ESTABILIDADE DE TALUDES E OBRAS DE CONTENÇÃO 
• SUPORTE PARA AS EDIFICAÇÕES FUNDAÇÕES 
• DRENAGEM E CONTROLE DE EROSÃO 
• DISPOSIÇÃO DE REJEITOS SÓLDIOS 
6 
• MECÂNICA DOS SOLOS ANTIGA 
 - APLICAÇÃO DA MECÂNICA CLÁSSICA; EMPIRISMO 
• MECÂNICA DOS SOLOS MODERNA 
 - KARL TERZAGHI (PRINCÍPIO DAS TENSÕES EFETIVAS) 
 - ESTUDO E APLICABILIDADE DOS ENSAIOS LABORATORIAIS 
 - IMPORTÂNCIA E REFINAMENTO DAS INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS 
 - APLICAÇÃO DOS MÉTODOS NUMÉRICOS E INFORMATIZAÇÃO 
A MECÂNICA DOS SOLOS: BREVE HISTÓRICO 
7 
 - GEOLOGIA  MANTO DE ALTERAÇÃO (REGOLITO) - GÊNESE 
 - PEDOLOGIA  HORIZONTES SUPERFICIAIS INCONSOLIDADOS 
 QUE OFERECEM SUPORTE AOS ECOSSISTEMAS 
• DEFINIÇÃO GEOTÉCNICA 
“CONJUNTO DE PARTÍCULAS SÓLIDAS, ÁGUA E AR PROVENIENTES DA 
ALTERAÇÃO DE ROCHAS, OS QUAIS PODEM SER TRABALHADOS PARA 
USO EM OBRAS CIVIS” 
 - SOLOS RESIDUAIS (ALTERAÇÃO IN SITU DA ROCHA PARENTAL) 
 - SOLOS TRANSPORTADOS (ROCHA PARENTAL DISTANTE) 
DEFINIÇÃO DE SOLO 
8 
INTEMPERISMO E FORMAÇÃO DOS SOLOS 
• DEFINIÇÃO DE INTEMPERISMO : TRANSFORMAÇÕES DAS ROCHAS 
 QUANDO EXPOSTAS NA SUPERFÍCIE DA CROSTA 
FATORES 
CLIMA 
RELEVO 
ROCHA DE ORIGEM 
FAUNA E FLORA 
TEMPO DE EXPOSIÇÃO 
9 
INTEMPERISMO 
TIPOS 
FÍSICO 
FRAGMENTAÇÃO E 
DESAGREGAÇÃO DAS 
ROCHAS 
AUSÊNCIA de H2O 
(líquida) 
QUÍMICO 
DECOMPOSIÇÃO DAS 
ROCHAS 
PRESENÇA de H2O 
(líquida) 
10 
INTEMPERISMO FÍSICO 
 REGIÕES POLARES  POUCA H2O (LÍQUIDA), CONGELAMENTO FISSURAS 
 REGIÕES ÁRIDAS  POUCA H2O E GRANDES VARIAÇÕES TÉRMICAS 
11 
INTEMPERISMO QUÍMICO 
• ACIDEZ DAS ÁGUAS PERCOLANTES 
 - PRESENÇA DE CO2 E ÁCIDOS ORG. 
• DECOMPOSIÇÃO DAS ROCHAS 
 - REAÇÕES QUÍMICAS E 
 MINERALÓGICAS 
• PREDOMINA NAS REGIÕES TROPICAIS Decomposição dos minerais 
12 
Formação de horizontes (conotação genética)  camadas 
• Principais Processos 
 - Transformação 
  Ruptura da rede cristalina dos minerais primários 
  Gênese dos minerais de argila 
  Decomposição da matéria orgânica 
 - Remoção 
  Lixiviação e erosão 
 - Translocação 
  Fluxo de MO, argilas e óxidos p/ horizonte B 
 - Adição 
  Incorporação de MO e sedimentação ligeira 
PEDOGÊNESE 
13 
COMPOSIÇÃO DOS SOLOS 
• MINERAIS ORDINÁRIOS  QUARTZO (PRINCIPAL), FELDSPS. E MICAS 
• MINERAIS DE ARGILA  CAULINITAS, ESMECTITAS, CLORITAS E ILITAS 
• MATÉRIA ORGÂNICA 
• SAIS (CARBONATOS) E MATERIAIS AMORFOS (ÓXIDOS DE FE-AL) 
14 
 MINERAIS DE ARGILA 
• PROPRIEDADES IMPORTANTES P/ ENGENHARIA 
 - CONTRAÇÃO E EXPANSÃO 
 - PLASTICIDADE 
 - COESÃO 
 - FECHAMENTO DOS POROS (PERMEABILIDADE) 
15 
 MINERAIS DE ARGILA (FILOSILICATOS < 2m) 
2:1 
Estrutura Atômica esmectitas 
1:1 
16 
 - BAIXA EXPANSÃO/CONTRAÇÃO RELATIVA 
 - BAIXA PLASTICIDADE RELATIVA 
 - PERMEABILIDADE RELATIVA MAIS ALTA QUE 2:1 
5 m 
Tetraedro 
CAULINITAS 
Octaedro 
1:1 
17 
 - ALTA PLASTICIDADE E SUPERFÍCIE ESPECÍFICA 
 - ALTA EXPANSÃO 
 - BAIXA PERMEABILIDADE 
 - NOME COMERCIAL  BENTONITA 
Tetraedro 
ESMECTITAS 
Octaedro 
Tetraedro 
2:1 
18 
5 m 
ÍONS 
INTERCAMADAS 
(absorção de H2O e expansão) 
ESMECTITAS 
19 
• QZ (+ ABUNDANTE), FELDSPATOS, MICAS E ÓXIDOS Fe-Al 
  comportamento mec. similar p/ mineralogias diferentes 
• FATORES INFLUENTES NAS PROPRIEDADES DE ENGENHARIA 
 - tamanho das partículas e distribuição granulométrica 
 - forma das partículas (esfericidade e angularidade) 
 - textura superficial e cimentação entre as partículas 
OUTROS MINERAIS DO SOLO 
20 
• FATORES DE FORMAÇÃO 
 - CLIMA TROPICAL 
 - TECTÔNICA ESTÁVEL 
 - TERRENOS ANTIGOS E SUAVES 
 - FAUNA E FLORA ABUNDANTES 
• PRINCIPAL PROCESSO PEDOGENÉTICO ATUANTE 
  LATERIZAÇÃO (+ 70% TERRITÓRIO) 
• PREDOMINÂNICA DE SOLOS RESIDUAIS 
SOLOS BRASILEIROS 
21 
Perfil de um latossolo 
Flórida, EUA 
22 
Laterização no planeta 
(Zonas 1 e 2) 
Fonte: Toledo, Oliveira e Melfi (2001) 
1- Alitização 
2- Monossialitização 
3- Bissialitização 
4- Zonas áridas 
5- Acidólise 
6- Zonas geladas 
7 – Tectônica Ativa 
23 
Fração Argila (< 2 m) x Precipitação (Regolito) 
Fonte: Toledo, Oliveira e Melfi (2001) 
24 
SOLOS LATERÍTICOS 
PROPRIEDADES 
• COMPOSIÇÃO: QZ, ÓXIDOS/HIDRÓXIDOS Fe-Al-Mn , CAULINITA 
•HORIZONTES PEDOLÓGICOS POUCO VISÍVEIS 
• PODE ATINGIR GRANDES ESPESSURAS (ATÉ CENTENAS DE METROS) 
• ESTRUTURA POROSA 
• AO NATURAL BAIXO PESO ESPECÍFICO 
• COMPACTADO  ALTO PESO ESPECÍFICO 
25 
• GRANDE INTERVALO DE VARIAÇÃO (NANÔMETROS ATÉ cm) 
argila  silte 
FRAÇÃO FINA FRAÇÃO GROSSEIRA 
Limite usual  peneira no 200 (0,074 mm)  equivalente 
GRANULOMETRIA 
• FRAÇÕES MAIS IMPORTANTES: 
areia  pedregulho 
• MEDIDA DO TAMANHO DAS PARTÍCULAS 
26 
GRANULOMETRIA 
ESCALA GRANULOMÉTRICA - SUCS 
• ENSAIO DE PENEIRAMENTO  PARTS. > 0,074 mm (RETIDA # 200) 
• ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO  PARTS. < 0,074 mm (PASSANTE # 200) 
• GRANULOMETRIA CONJUNTA (PENEIRAMENTO + SEDIMENTAÇÃO) 
27 
ESCALAS GRANULOMÉTRICAS 
28 
Areia Grossa 
Areia Fina 
29 
Silte 
Argila 
30 
GRANULOMETRIA 
ENSAIO DE PENEIRAMENTO (ABNT-NBR 7181/84) 
Peneiramento Grosso 
PENEIRA 
Nº (mm) 
2" 50 
1 ¹/2 " 38 
1" 25 
3/4" 19 
3/8" 9,5 
nº 4 4,8 
nº10 2,0 
 
Peneiramento Fino 
Nº ABERTURA 
 (mm) 
16 1,200 
30 0,600 
40 0,420 
60 0,250 
100 0,150 
200 0,075 
 
AM 
AF 
PG 
AG 
31 
GRANULOMETRIA 
2
18
gDv ws

 

 
2
1
18








t
z
g
D
ws 

Onde: 
v = velocidade de queda da partícula (constante) 
 = viscosidade dinâmica do fluídos = massa específica dos sólidos 
w = massa específico do fluido 
g = aceleração da gravidade 
D = diâmetro equivalente da partícula 
z = distância percorrida pela partícula 
t = tempo de sedimentação 
V = volume total da suspensão 
Ms = massa dos sólidos 
i = massa específica da solução  f(t) 
ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO  < 0,075 mm (ARGILA + SILTE) 
 
 
 wi
sws
s
M
V
DP 



 100%
(NBR 7181/84) 
32 32 
Ensaio de Sedimentação NBR 7181/84 
• Incógnitas: z , t , D , i 
• Curva de Calibração do Densímetro (obtenção de z) 
i 
33 
GRANULOMETRIA 
ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO 
 Densímetro 
34 
GRANULOMETRIA 
Curva Granulométrica  
diagrama de frequência cumulativa 
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
0,0001 0,0010 0,0100 0,1000 1,0000 10,0000 100,0000
P
O
R
C
E
N
T
A
G
E
M
 Q
U
E
 P
A
S
S
A
 
DIÂMETRO DOS GRÃOS (mm) 
PENEIRAS Nº 200 100 60 40 30 16 10 4 
35 
GRANULOMETRIA 
Fonte: Sousa Pinto (2001) 
36 
PARÂMETROS GRANULOMÉTRICOS (Solos Grossos) 
10
60
D
D
CNU 
D60 = diâmetro do grão (em mm) correspondente à 60% 
 da porcentagem que passa 
D10 = diâmetro do grão (em mm) correspondente à 10% 
 da porcentagem que passa 
• COEFICIENTE DE CURVATURA (Cc) 
)()(
)(
6010
2
30
DD
D
Cc


INDICADOR DA GRADUAÇÃO 
Continuidade da curva 
Concentração de grosseiros 
• COEFICIENTE DE NÃO UNIFORMIDADE (CNU) 
37 
LIMITES DE ATTERBERG 
LC - Limite de Contração 
LP - Limite de Plasticidade 
LL - Limite de Liquidez 
• MUDANÇA DE ESTADO EM FUNÇÃO DO TEOR DE UMIDADE 
• SOLOS COM FINOS 
38 
LIMITES DE ATTERBERG 
 LP LL w 
LÍQUIDO 
PLÁSTICO 
SÓLIDO/ 
SEMI-SÓLIDO 
39 
 NORMA ABNT- NBR6459/80 
LIMITE DE LIQUIDEZ 
ranhura 
40 
DEFINIÇÃO  LL = W PARA 25 GOLPES 
Reta de Fluência 
LIMITE DE LIQUIDEZ 
41 
LIMITE DE LIQUIDEZ 
• ENSAIO DO CONE (BS 1377) 
 - PENETRAÇÃO DE UM CONE NO SOLO 
 - d (mm) (5 SEGUNDOS) X teor de umidade (%) 
LL  d = 20 mm (5 s) 
42 
LIMITE DE LIQUIDEZ 
APARELHO DO CONE 
43 
 - NBR 7180/82 
 - ENSAIO DO CILINDRO “ROLINHO”   3 mm E FISSURAS 
LIMITE DE PLASTICIDADE 
44 
• ÍNDICE DE PLASTICIDADE  IP = LL - LP 
 - INTERVALO DE VALORES DE W ONDE O SOLO É PLÁSTICO 
 - VARIAÇÃO NORMAL P/ SOLOS  0 A 100 (MAIORIA   40) 
ÍNDICES DE CONSISTÊNCIA 
IP Classificação 
0 
1-5 
5-10 
10-20 
20-40 
>40 
NP (Não Plástico) 
Ligeiramente plástico 
Plasticidade baixa 
Plasticidade média 
Plasticidade alta 
Plasticidade muito alta 
 
45 
• ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA (IC) 
Consistência IC
Mole
média
rija
dura
< 0,5
0,5 a 0,75
0,75 a 1,0
> 1,0LPLL
wLL
IC n



• ÍNDICE DE LIQUIDEZ 
IP
LPw
IL n


ONDE: wn = TEOR DE UMIDADE NATURAL 
SE IL < 0  ESTADO SÓLIDO E SEMI-SÓLIDO 
SE 0  IL  1  ESTADO PLÁSTICO 
SE IL > 1  ESTADO LÍQUIDO 
46 
Classificação 
• A < 0,75  inativa 
• 0,75 < A < 1,25  normal 
• A > 1,25  ativas 
• SKEMPTON (1953) 
• CARACTERIZAÇÃO INDIRETA DE ARGILAS 
ÍNDICE DE ATIVIDADE 
ila
IP
A
arg%

47 
ÍNDICE 
DE ATIVIDADE 
48 
SUPERFÍCIE ESPECÍFICA (SE) 
V
AE
ou
M
AE
SE
S

• onde: AE = área exposta, MS = massa dos sólidos 
 e V = volume do solo 
Área Exposta 
49 
SUPERFÍCIE ESPECÍFICA (SE) 
Argilo-
mineral
Descrição da
estrutura
CTC
(cmol/kg)
Superfície
Específica
(m
2
/g)
Fonte da
carga
Características
das cargas da
superfície
caulinitas 1:1 - fortes
pontes de
hidrogênio
 5-15 15
arestas
quebradas
fixas e variáveis
ilitas 2:1 - fortes
ligações de K 25 80
substituição
isomófica,
arestas
quebradas
predominância
de cargas fixas
cloritas 2:2 - fortes
ligações 10 - 40 80
substituição
isomórfica
predominância
de cargas fixas
vermiculitas 2:1 - ligações
fracas de
magnésio
100 - 150 700
substiuição
isomófica
predominância
de cargas fixas
montmorilo-
nitas
2:1 - ligações
muito fracas 80 - 100 800
substiuição
isomófica e
arestas
quebradas
predominância
de cargas fixas