Aula01 GEO003 Int&MecSolos[2017]

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GEO 003 
Mecânica dos Solos I 
Prof. Adinele Gomes Guimarães 
adinele@unifei.edu.br 
IRN – sala L.8.3.13 
 
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APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA 2 
Ementa 
•Introdução à Mecânica dos Solos 
•Formação e origem dos solos 
•Propriedades das partículas sólidas 
•Estrutura e estado dos Solos 
•Granulometria Conjunta 
•Índices Físicos 
•Limites de Consistência 
•Classificação dos solos 
•Compactação dos solos 
•Tensões nos solos 
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Bibliografia 
•SOUZA PINTO, C. Curso de Mecânica dos Solos. 
2ªEd. São Paulo: Oficina de Textos, 2002. 
•CAPUTO, H.P. Mecânica dos Solos e suas 
aplicações. Vol. 1 e 3. Rio de Janeiro: LTC, 1987. 
•CRAIG, R.F. Mecânica dos Solos. Rio de Janeiro: 
LTC, 2007. 
•DAS,B.M. Fundamentos de Engenharia 
Geotécnica. São Paulo: Ceangage Learning, 2011. 
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INTRODUÇÃO À MECÂNICA 
DOS SOLOS 
Aula 01 
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Mecânica dos Solos 
Um dos campos básicos da Engenharia civil que por último se 
desenvolveu foi a Mecânica dos Solos. Ela estuda o comportamento 
do solo sob o aspecto da Engenharia 
O solo cobre o substrato rochoso e provém da desintegração e 
decomposição das rochas, mediante a ação dos intemperismo físico e 
químico 
Assim, de maneira geral, por causa da sua heterogenidade e das suas 
propriedades bastante complexas, não existe modelo matemático ou 
um ensaio em modelo reduzido que caracterize, de forma satisfatória, o 
seu comportamento 
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GEOTECNIA 
Mecânica dos 
Solos 
Mecânica das 
Rochas 
Geologia de 
Engenharia 7 
Objetivo: 
 estudar as 
propriedades físicas 
dos materiais 
geológicos, solos, 
rochas e suas 
aplicações em obras de 
Engenharia Civil, quer 
como material de 
construção, quer como 
elemento de fundação. 
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Histórico 
Desde a pré-história o homem se preocupou com o solo para fazer as suas construções. 
 
Mecânica dos Solos era empírica até o século XIX quando apareceram os primeiros trabalhos 
teóricos: 
Coulomb (1806) – parâmetros de resistência (coesão e ângulo de atrito) 
Darcy (1856) - movimento de água nos meios porosos 
Stokes (1856) 
Rankine (1872) 
 
Mecânica dos Solos Moderna (século XX) 
Atterberg (1911) 
Mohr (1918) 
Boussinesq (1920) 
 
Karl Terzaghi (1925) escreve o primeiro livro 
1936 – Primeira Conferência Internacional 
 
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Conceito 
O significado da palavra solo não é o mesmo para todas as 
ciências que estudam a natureza. Para fins de Engenharia 
Civil, admite-se que os solos são misturas naturais de um 
ou diversos minerais (ás vezes com matéria orgânica) que 
podem ser separados por processos mecânicos 
simples, tais como agitação em água ou manuseio. Numa 
conceituação mais simplista, o solo seria todo material que 
pudesse ser escavado, sem o emprego de técnicas 
especiais, como, por exemplo, explosivos. 
10 
11 
•Esse material forma a fina camada superficial que recobre quase 
toda a crosta terrestre e no seu estado natural apresenta-se 
composto de partículas sólidas (com diferentes formas e 
tamanhos), líquidas e gasosas 
 
•Os solos normalmente são caracterizados pela sua fase sólida, 
enquanto as fases líquida e a gasosa são consideradas 
conjuntamente como porosidade 
 
•Na análise de comportamento real de um solo, há necessidade 
de se levar em conta as porcentagens das fases componentes, 
bem como a distribuição dessas fases através da massa de solo 
 
•Para o engenheiro, a necessidade do conhecimento das 
propriedades do solo vai além do seu aproveitamento como 
material de construção, pois o solo exerce um papel especial nas 
obras de Engenharia porquanto cabe a ele absorver as cargas 
aplicadas na superfície, e mesmo interagir com obras 
implantadas no seu interior. 
 
FORMAÇÃO E ORIGEM 
DOS SOLOS 
Aula 01 
12 
Formação dos solos 
A exposição das rochas à atmosfera, devido à erosão, movimentos 
tectônicos, vulcanismo ou isostasia, coloca-as frente a forças e reagentes 
diferentes daqueles existentes em seu ambiente de formação. Estas forças e 
reagentes tendem a quebrar as rochas, reduzindo sua resistência, 
transformando-as em SOLO. 
Os processos físicos, químicos e biológicos, responsáveis pela sua 
fragmentação são conhecidos como INTEMPERISMO. Dentre estes 
processos, os processos biológicos, pela sua ação localizada, são menos 
importantes. 
A importância do estudo do intemperismo e seus produtos reside no fato de 
que a maior parte das obras de engenharia são implantadas na superfície 
ou em regiões próximas a esta, dentro da zona de intemperismo, em que os 
processos intempéricos atuam sobre as propriedades das rochas, alterando-as 
consideravelmente. Dependendo da composição química e mineralógica 
dessas rochas o intemperismo pode se dar de maneira extremamente rápida. 
13 
Os principais fatores que controlam o intemperismo são: 
• Tipo de rocha e 
estruturas - cada rocha 
tem uma mineralogia 
característica, que reage 
de maneira distinta ao 
intemperismo. A presença 
de estruturas e texturas 
direcionais (foliação, 
clivagem, etc.) também 
influencia o intemperismo. 
Rochas com estruturas 
e/ou texturas direcionais 
pouco espaçadas, em 
geral, alteram-se mais 
facilmente que aquelas 
mais maciças. 
Exemplo da influência do fraturamento no desenvolvimento 
do intemperismo em uma rocha vulcânica (Fonte: Skinner 
& Porter, 1995) 14 
Tipo de Rocha 
Minerais de alta 
resistência 
Ex.: quartzo 
Menor 
intemperismo 
Minerais de baixa 
resistência 
Ex.: mica 
Maior 
intemperismo 
Maior quantidade 
de Estruturas 
Maior 
disponibilidade 
de ataque 
Maior 
intemperismo 
15 
Os minerais existentes nas rochas formados a pressões e temperaturas 
superiores às existentes na superfície da Terra, tornam-se instáveis, 
tendendo a se alterar para minerais estáveis à estas novas condições. 
Os minerais mais estáveis, quartzo, ouro, platina, diamante, são 
transportados (chuvas, rios, ventos) e sedimentam-se, podendo originar 
depósitos com valor comercial associados à rochas sedimentares 
16 
• Inclinação da encosta (Topografia ou Relevo) - nos taludes mais 
inclinados, as chuvas transportam o material intemperizado para o pé dos 
mesmos, expondo continuamente a rocha sã ao ataque intempérico, de tal 
maneira que a rocha alterada tem pouca espessura. Nos taludes menos 
íngremes este processo não ocorre e as espessuras podem atingir dezenas 
de metros. 
• Clima - O intemperismo é mais intenso e atinge maiores profundidades nas 
regiões de clima tropical, pois as reações químicas são aceleradas pelas 
amplas variações sazonais e diárias de umidade e calor, comuns neste tipo 
de clima. Nos climas secos e frios, por seu turno, o intemperismo químico 
atua muito lentamente, de maneira que o intemperismo físico é o principal 
responsável pelo processo. 
• Tempo de ação do processo - o tempo necessário para a decomposição 
de uma rocha sã pode variar muito devido ao tipo de clima, à inclinação da 
encosta e à composição da rocha. Assim, são necessários dezenas de 
milhares de anos para o surgimento de solos residuais em regiões de clima 
frio e seco, enquanto que em regiões de clima úmido, este tempo pode ser 
muito menor. 
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CONCEITOS 
 
 Intemperismo é o processo de desintegração e 
decomposição (modificação da mineralogia e química das 
rochas) que ocorrem na superfície da crosta, em função do 
contato desta com a atmosfera ou, em parte, com a 
hidrosfera. 
 Não se inclui neste conceito o processo de erosão. 
Este implica remoção de partículas sólidas. No 
intemperismo, há remoção de substâncias em solução. 
 
Intemperismo físico é o conjunto de processosque levam 
à fragmentação e desintegração da rocha. 
 
Intemperismo químico é o conjunto de processos que 
levam à decomposição da rocha. 
 
 
 
 
 
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Intemperismo Físico 
 
Os processos de intemperismo físico são aqueles que causam 
fragmentação ou diminuição da rocha sem que haja qualquer modificação 
química em sua composição, devido à variações no nível de pressões 
atuantes, que levam à fadiga e ruptura do material. As variações no nível 
de pressões podem ocorrer a partir das seguintes ações: 
 
• Alívio de tensões no maciço rochoso, ocasionando o surgimento de 
descontinuidades aproximadamente paralelas ao relevo; 
• Aquecimento e Resfriamento - as variações térmicas, diuturnas e sazonais, 
causando expansão e retração dos maciços rochosos, podem induzir à 
criação de fraturas no maciço rochoso; 
• Ciclos de Umidecimento e Secagem - algumas rochas, quando submetidas 
à ciclos de umidecimento e secagem, desenvolvem mecanismos de 
variação de pressões, principalmente ligadas à expansão de alguns 
minerais ou ao desenvolvimento de poro-pressões, que podem vir a 
colapsar a rocha; 
• Ação Erosiva da Água e dos Ventos - por exemplo, os maciços rochosos 
expostos comumente apresentam desplacamentos resultantes da 
percolação de água através das juntas; 
• Ação de escavações mecânicas. 
19 
O intemperismo físico é composto pelos processos que levam a 
fragmentação da rocha, sem modificação significativas em sua estrutura 
química ou mineralógica. Estas quebras podem se dar por vários 
processos: 
 
 a) Variação de temperatura: as rochas são compostas por diversos 
minerais, que se dilatam e contraem de maneira diferente (coeficientes de 
dilatação e contração diferentes). Quando vários minerais estão unidos na 
massa da rocha e são submetidos à variações de temperatura, se dilatam e 
contraem em direções e com intensidades diferentes. Este fenômeno cria 
tensões no corpo da rocha, levando à fadiga do material e seu 
fraturamento. 
 Nas rochas máficas (de coloração escura, como o basalto) este 
processo é ainda mais intenso devido à maior absorção de calor. Imagine 
um bloco de rocha exposto à intempéries. As tensões geradas na superfície 
do bloco se transmitirão para as arestas, e das arestas para os vértices. 
Logo, a ordem de fraturamento deve ser primeiro os vértices e depois as 
arestas, dando um aspecto arredondado ao material. A este processo dá-se 
o nome de esfoliação sendo muito comum na região de Santa Maria, 
especialmente na porção Norte (em direção à encosta, Júlio de Castilhos, 
São Martinho, Silveira Martins, etc). 
 
20 
b) Crescimento de raízes: espécies pioneiras arbustivas e arbóreas podem 
exercer grandes pressões sobre as rochas, através do crescimento das 
raízes entre as fendas. Exemplos típicos desta força são os danos causados 
pelas raízes de algumas árvores ao calçamento e às fundações das 
construções. 
 
c) Gelo: apesar de não ser comum no clima atual do Brasil, a formação de 
gelo na água acumulada em fendas nas rochas também pode levar à sua 
fragmentação. A água no estado sólido ocupa um volume 10 % maior que no 
estado líquido. 
 
d) Precipitação de sais: de maneira semelhante, o acúmulo de porções de 
água ricas em sais em frestas e fendas na rocha, podem ocasionar seu 
fraturamento quando a água evapora e os sais começam a se cristalizar. 21 
Intemperismo Químico 
 
Os processos químicos, por sua vez, são aqueles que, através de reações 
químicas, resultam na decomposição da estrutura dos minerais. É um 
processo muito importante em regiões de clima tropical úmido. Entre estes 
processos, resultantes da ação deletéria da água: 
 
• Hidrólise – é, em geral, o mais importante processo químico. Resulta na 
transformação do mineral original em um neomineral adaptado às novas 
condições. Ex.: 
 
KAlSi3O8 + H2O → HAlSi3O8 + KOH 
 (Feldspato) (Argila) 
 
 
• Hidratação – ocorre devido à adição de moléculas de água à composição 
de certos minerais, formando novos compostos, com maior volume. Ex.: 
 
Fe2O3 + H2O → Fe2O3nH2O 
 (Hematita) (Limonita) 
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• Oxidação – decomposição de minerais devido à ação oxidante do 
oxigênio (O2) e do gás carbônico (CO2), dissolvidos na água. Ex.: 
 
FeS2 + O2 + H2O → Fe2O3nH2O + H2SO4 
 
 
• Carbonatação – decomposição de minerais pelo CO2 dissolvido na 
água, formando ácido carbônico. Ex.: 
 
CaCO3 + H2CO3 → Ca(HCO3)2 
 (calcita) (Bicarbonato de Cálcio) 
23 
O aumento de Área Superficial Específica (ASE) é a maior contribuição do 
intemperismo físico para o avanço do intemperismo químico e a 
pedogenese. 
A desagregação física (intemperismo físico), por ser um processo mais 
rápido e que aumenta a superfície de exposição, é considerado como 
controlador da decomposição química (intemperismo químico). 
24 
Exemplo de intemperismo esferoidal em rochas graníticas (Fonte: Skinner & Porter, 1995). 
25 
O intemperismo químico é o conjunto de reações que levam à modificação 
da estrutura dos minerais que compõem a rocha. Na natureza, é 
praticamente impossível separar o intemperismo físico do intemperismo 
químico, já que ocorrem quase simultaneamente. 
 
O intemperismo químico, entretanto, torna-se mais acelerado à medida em 
que o intemperismo físico avança, devido ao aumento de área superficial 
específica (ASE) dos minerais. 
 
Assim como o intemperismo físico, o químico ocorre porque as condições 
ambiente na superfície da crosta são bastante diferentes daquelas onde 
os minerais se formam. Os arranjos cristalinos das estruturas 
mineralógicas estão sempre tendendo para uma situação de maior 
equilíbrio com o ambiente. Entretanto, mesmo quando estas diferenças são 
muito grandes, estas reações ocorrem em uma velocidade bastante 
lenta, do ponto de vista humano. 
26 
Perfis de Intemperismo 
 
A atuação de processos intempéricos sobre as rochas origina Perfis de 
Intemperismo , que mostram uma gradação progressiva em direção à 
superfície: rocha sã, rocha pouco alterada, rocha medianamente alterada, 
rocha muito alterada e solo residual, resultantes do intemperismo “in situ”, 
sem que haja transporte. 
Alternativamente, podem desenvolver-se “zonas de intemperismo”, 
marcadas pela ausência de intemperismo seqüencial, em que os níveis de 
alteração são influenciados pelas estruturas geológicas, tanto a nível de 
afloramento, quanto a nível regional. 
Exemplo de perfis de intemperismo 
de rochas metamórficas (a esquerda) 
e ígneas (a direita), segundo Deere & 
Patton (1971). 
27 
Exemplo de “zona de intemperismo” em 
biotita-gnaisse, em que observa-se que os 
níveis de alteração não estendem-se 
lateralmente por influência do 
fraturamento existente na rocha (Fonte: 
Marques, 1998) 
28 
De maneira a permitir uma melhor padronização nas classificações efetuadas 
por diferentes técnicos em regiões distintas do planeta, a Associação 
Internacional de Mecânica das Rochas (ISRM), elaborou um esquema de 
classificação em termos qualitativos, conforme a tabela abaixo. 
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 Decomposição das rochas que se encontram no próprio local em 
que se formaram 
 Velocidade de decomposição da rocha é maior do que a 
velocidade de remoção por agentes externos 
 Maiores ocorrências nas regiões tropicais 
 Apresentam-se em horizontes com grau intemperização 
decrescente 
Solos Residuais 
• Foram levados ao seu atual local por algum agente de transporte 
• Suas características são função do agente transportador 
• Tamanho das partículas é mais uniforme 
Solos Transportados 
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Classificação pela origem 
· Solo saprolítico– guarda características da 
rocha sã e tem basicamente os mesmos minerais, 
porém sua resistência já se encontra bastante 
reduzida. Pode ser caracterizado como uma 
matriz de solo envolvendo grandes pedaços de 
rocha altamente alterada, apresenta pequena 
resistência ao manuseio; 
. Solo de alteração de rocha – preserva parte da 
estrutura e de seus minerais, porém com dureza 
inferior à da rocha matriz, em geral muito 
fraturada permitindo grande fluxo de água através 
das descontinuidades; 
· Rocha sã – ocorre em profundidade e mantém 
as características originais, ou seja, inalterada. 
 
As espessuras das faixas são variáveis e 
dependem das condições climáticas e do tipo de 
rocha. 
SOLO RESIDUAL 
 
· Solo residual maduro – é mais homogêneo e não apresenta nenhuma relação com a 
rocha mãe; 
· Solo residual jovem – apresenta boa quantidade de material que pode ser 
classificado como pedregulho (# > 4,8 mm). São bastante irregulares quanto à 
resistência, coloração, permeabilidade e compressibilidade (intensidade do processo 
de alteração não é igual em todos os pontos). 
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SOLOS TRANSPORTADOS OU SEDIMENTARES 
 
a) SOLOS DE ALUVIÃO 
· São transportados e arrastados pela água; 
· Sua constituição depende da velocidade das águas no momento de deposição, 
sendo encontrado próximo às cabeceiras material mais grosseiro e o material mais 
fino (argila) são carregados a maiores distâncias; 
· Existem aluviões essencialmente arenosos, bem como aluviões muito argilosos, 
comuns nas várzeas dos córregos e rios; 
· Estes solos apresentam baixa capacidade de suporte (resistência), elevada 
compressibilidade e são susceptíveis à erosão; 
· Apresentam duas formas distintas: terraços (ao longo do próprio vale do rio) e 
planícies de inundação (forma depósitos mais extensos); 
· São fontes de materiais de construção, mas péssimos materiais de fundação. 
 
b) SOLOS ORGÂNICOS 
· Formados em áreas de topografia bem caracterizada (bacias e depressões 
continentais, nas baixadas marginais dos rios e baixadas litorâneas); 
· Mistura do material transportado com quantidades variáveis de matéria orgânica 
decomposta; 
· Normalmente são identificados pela cor escura, cheiro forte e granulometria fina; 
· Quando a matéria orgânica provém de decomposição sobre o solo de grande 
quantidade de folhas, caules e troncos de plantas forma-se um solo fibroso, 
essencialmente de carbono, de alta compressibilidade e baixíssima resistência, que se 
chama turfa. Provavelmente este é pior tipo de solo para os propósitos do 
engenheiro geotécnico. 
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c) SOLOS COLUVIAIS (ou depósito de tálus) 
 
· O transporte se deve exclusivamente à gravidade e o solo formado possui grande 
heterogeneidade; 
· São de ocorrência localizada, geralmente ao pé de elevações e encostas, 
provenientes de antigos escorregamentos; 
· Apresentam boa resistência, porém elevada permeabilidade; 
· Sua composição depende do tipo de rocha existente nas partes elevadas; 
· Colúvio: material predominantemente fino; 
· Tálus: material predominantemente grosseiro. 
 
 
d) SOLOS EÓLICOS 
 
· Formados pela ação do vento e os grãos dos solos possuem forma arredondada; 
· É o mais seletivo tipo de transporte de partículas de solo; 
· Não são muito comuns no Brasil, destacando-se somente os depósitos ao longo do 
litoral. 
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