Exercicios Mecânica dos Solos

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CAMPANHA NACIONAL DE ESCOLAS DA COMUNIDADE
 FACULDADE CNEC RIO DAS OSTRAS
 CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
GABRIELA DA SILVA PINHEIRO SOARES
EXERCÍCIOS DE MECÂNICA DOS SOLOS
 
Rio das Ostras
2018
Lista de exercícios de Mecânica dos Solos
1 – Defina Mecânica dos Solos.
A Mecânica dos Solos é um dos ramos mais recentes da Engenharia Civil, trabalha com uma matéria prima bastante heterogênea e com propriedades complexas, sendo de extrema dificuldade a modelação matemática ou ensaio em modelo que caracterize satisfatoriamente o seu comportamento. 
Um dos principais responsáveis pelo nascimento e desenvolvimento da Mecânica dos Solos o austríaco Karl Terzaghi (1883-1963).
2 – Quais são as principais dificuldades encontradas quando se trabalha com solos?
• O solo não possui comportamento tensão - deformação linear ou único;
• O comportamento de um solo depende em solicitação, tempo de aplicação e meio ambiente;
• O solo é diferente para cada local;
• O solo a ser pesquisado geralmente não está situado na superfície e sim em horizontes profundos, necessitando ser retirado em pequenas amostras para seu estudo em laboratório;
• Muitos solos são sensíveis a perturbações na amostragem e não reproduzem, em laboratório, suas características reais.
• Deve-se ainda considerar a possibilidade de todos esses fatores se juntarem, o que acontece frequentemente, tornando o problema de solos de difícil solução.
3 – Quais são as principais aplicações da Mecânica dos Solos?
Fundações de obras civis; Compactação de solos; Estabilização de solos; Estabilidade de taludes; Erosões; Drenagens; Túneis.
4 – Descreva resumidamente os principais conceitos de solo.
• Língua portuguesa: Chão (do latim “solum”);
• Agricultura: Sustentação das raízes;
• Geologia: Sobrejacente a rocha;
• Engenharia civil: Aglomerados usados como material na construção civil e como suporte.
• Ciência: Material da crosta terrestre, não consolidado, que geralmente se distingue das rochas, de cuja decomposição em geral provêm, por serem suas partículas desagregáveis pela simples agitação dentro da água.
Material resultante da decomposição das rochas pela ação de agentes de intemperismo.
• Engenharia rodoviária: Material orgânico ou inorgânico que possa ser escavado com pá, picareta, escavadeiras etc, sem o uso de explosivos.
5 – Quais são os principais fatores de formação dos solos?
Rocha de origem: Composição mineralógica e textura;
Clima: Temperatura e Chuvas;
Relevo: Percolação, Infiltração, Velocidade superficial da água, Erosão.
Vegetação: Ácidos orgânicos atacam a rocha dependem da vegetação do local.
Tempo de atuação: Originam diferentes tipos de solos.
6 – Como classificamos o solo quanto a sua origem?
 Residuais (local da rocha matriz);
 Transportados (levados por agentes);
 Orgânicos (resultados da decomposição de vegetais e animais).
7 – Descreva como o solo residual é formado.
•São os que permanecem no local da rocha de origem.
Todos os tipos de rochas formam solos residual. Sua composição depende do tipo e composição mineralógica da rocha original que lhe deu origem. Por exemplo composição de basalto forma um solo típico conhecido como terra-rocha, de composição marrom-chocolate e composição argilo-arenosa. Já a desintegração e a decomposição de arenitos ou quartzitos iram formam solos arenosos constituídos de quartzo. Rocha metamórficas do tipo filito (constituído de micas) iram formar um solo de composição argilosa e bastante plástico.
8 – Desenhe o perfil resultante da decomposição da rocha.
Figura 1: Perfil resultante da decomposição da rocha.
9 – Descreva como os solos residuais são divididos.
O solo residual é subdividido em maduro e jovem, segundo o grau de decomposição dos minerais.
10 – Faça um resumo sobre os solos transportados.
11 – Descreva resumidamente os testes mais comuns para identificação dos solos.
Os testes mais comuns são:
• Sensação ao tato: esfrega-se uma porção de solo na mão;
• Plasticidade: tenta-se moldar pequenos cilindros de solo úmido e, em seguida, busca-se deformá-los;
• Resistência do solo seco: com os dedos tenta-se desagregar torrões de solo;
• Mobilidade de água intersticial: consiste em colocar na palma da mão uma porção de solo úmido, fazendo-se bater essa mão fechada, com o solo dentro, contra a outra, verifica-se o aparecimento da água na superfície do solo.
• Dispersão em água: coloca-se uma amostra de solo seco e desagregado dentro de uma proveta e, em seguida, água. Agita-se a mistura e verifica-se o tempo para decomposição.
12 – Descreva conceito físico de solo.
Meio poroso, não rígido, trifásico (partículas que apresentam diferentes tamanhos), formado de partículas que possuem complexidade de forma, tamanho e estrutura mineralógica e algumas partículas finitamente divididas de maneira a apresentar uma grande área superficial.
13 – Do ponto de vista pedológico o solo fisicamente apresenta:
Boa aeração e retenção de água;
Bom armazenamento de calor;
Pouca resistência mecânica ao crescimento.
14 – Quais são as principais propriedades físicas do solo?
Textura do solo; Área superficial específica; Consistência do solo; Agregação do solo; Densidade do solo;
Densidade de partículas; Porosidade do solo; Resistência do solo à penetração.
15 – Quais são as principais classes de tamanho de partículas do solo?
16 – Descreva a Lei de Stokes.
A lei de Stokes refere-se à força de fricção experimentada por objetos esféricos que se movem no seio de um fluido viscoso, num regime laminar de números de valores baixos.
17 – Quais são os principais tipos de estruturas apresentados pelos solos?
Estrutura granular simples; Estrutura alveolar ou em favo de abelha; Estrutura floculenta; Estrutura em esqueleto.
18 – Descreva o Amolgamento do solo.
É a operação de destruição da estrutura do solo, com a consequente perda de sua resistência.
19 – Descreva o roteiro para determinação dos limites de liquidez e de plasticidade.
1. Introdução
• O Limite de Liquidez (wL) é definido como a umidade abaixo da qual o solo se comporta como material plástico; é a umidade de transição entre os estados líquido e plástico do solo. Experimentalmente corresponde ao teor de umidade com que o solo fecha certa ranhura sob o impacto de 25 golpes do aparelho de Casagrande.
• O Limite de Plasticidade (wP) é tido como o teor de umidade em que o solo deixa de ser plástico, tornando-se quebradiço; é a umidade de transição entre os estados plástico e semisólido do solo. Em laboratório o wP é obtido determinando-se o teor de umidade no qual um cilindro de um solo com 3mm de diâmetro apresenta-se fissuras
A obtenção dos limites de consistência (ou limites de Atterberg) do solo permite estimar, através da Carta de Plasticidade, suas propriedades, principalmente no tocante a granulometria e compressibilidade.
2. Objetivo
• Proceder a realização dos ensaios de limites de Atterberg visando obter os valores do wL e do wP do solo ensaiado.
3. Equipamentos
Os principais equipamentos e utensílios utilizados nos ensaios são:
• Peneira #40; Recipiente de porcelana; Espátula; Garrafa plástica com água destilada; Aparelho de Casagrande (wL); Cinzéis (wL); Placa de vidro esmerilhada (wP); Cápsulas para a determinação de umidade; Balança; Estufa
4. Preparação da Amostra
• Separa-se de 150 a 200 gramas de material (seco ao ar) que passa na peneira #40 (0,42mm).
5. Procedimento Experimental
5.1. Limite de Liquidez
• Coloca-se parte da amostra no recipiente de porcelana e aos poucos se adiciona água até a homogeneização da massa;
• Passa-se para a concha do aparelho de Casagrande certa quantidade dessa massa aplainado-a com a espátula, de tal forma que a parte central fique com 1 cm de espessura;
• Faz-se com o cinzel uma ranhura no meio da massa, no sentido do maior comprimento do aparelho;
•Gira-se a manivela à razão de duas voltas por segundo, contando o número de golpes até que se constate o fechamento da ranhura num comprimento de 1,2cm quando se deve parar a operação;
• Retira-se uma pequena quantidade do material no local onde as bordas da ranhura se tocaram para a determinação da umidade;
• Transfere-se o material de volta ao recipiente de porcelana, adicionam-se mais um pouco d’água e repete-se o processo por mais quatro vezes, no mínimo.
5.2. Limite de Plasticidade
• Coloca-se parte da amostra no recipiente de porcelana e vai-se adicionando água até a homogeneização da massa;
• Molda-se certa quantidade da massa em forma elipsoidal rolando-a em seguida sobre a placa de vidro, até que fissure em pequenos fragmentos quando essa atingir dimensões de 3mm de diâmetro e 10cm de comprimento;
• Coletam-se alguns fragmentos fissurados para a determinação da umidade;
• Repete-se o processo no mínimo por mais quatro vezes.
6. Cálculos
• Para o cálculo do teor de umidade (w) usa-se a seguinte relação: w (%) = (Peso de água/Peso do solo seco) x 100.
7. Resultados
• Limite de Liquidez: Com os pares de valores (número de golpes, teor de umidade) constrói-se um gráfico relacionando teores de umidade, em escala aritmética (nas ordenadas) com o número de golpes em escala logarítmica (nas abscissas). O teor de umidade correspondente a 25 golpes, obtido por interpolação linear é o (wL).
• Limite de Plasticidade: A média dos valores de umidade encontrados é o (wP).
20 – Conceitue o Índice de Plasticidade. Como ele é obtido? 
Pode ser interpretado em função da massa de uma amostra, como a quantidade máxima de água que pode lhe ser adicionada, a partir de seu Limite de plasticidade, de modo que o solo mantenha a sua consistência plástica.
É a diferença do Limite de liquidez e Limite de Plasticidade.
IP = LL – LP
Fracamente plástico: 1 < IP < 7
Medianamente plástico: 7 < IP < 15
Altamente plástico: IP > 15
LL= limite de liquidez ;
LP= limite de plasticidade
21 – Conceitue Limite de Contração.
“O menor teor de umidade capaz de saturar uma amostra do solo”
É o teor de umidade a partir do qual o solo não mais se contrai, não obstante continue perdendo peso, é feita tendo em vista que o índice de vazios da amostra é o mesmo, quer quando saturada (no momento que cessa a contração), quer estando completamente seca.
22 – Conceitue Compactação dos solos.
Processo manual ou mecânico que visa reduzir o volume de seus vazios e, assim, aumentar sua resistência, tornando-o mais estável.
23 – Descreva em resumo como obtemos uma curva de compactação.
O aumento do peso específico de um solo depende da energia dispendida e do teor de umidade do solo. Quando se realiza a compactação de um solo, sub diferentes condições de umidade e para uma determinada energia de compactação, a curva de variação dos pesos específicos, em função da umidade tem aspecto como:
24 – Descreva o ensaio de Proctor.
25 – Quais são os principais tipos de compactadores de solo utilizados em campo?
Rolo-liso: Tem a vantagem de que a superfície de contato com o solo é pequena, e portanto, a compressão atinge pequenas profundidades. Nos solos moles afundam demasiadamente, o que dificulta atração. São indicados somente para a compactação de pedregulhos, areias, pedras britadas, lançada em camadas de não de mais 15cm.
Rolo pneumático: É caracterizado pela pressão da área de contato com o solo, as quais dependem da pressão de enchimento dos pneus e do peso do compressor. É indica para solos de granulação fina e arenosa. Tem o inconveniente de deixar superfícies lisas entre camadas. Então será necessário escarificar a superfície de contato entre as mesmas.
Rolo pé-de-carneiro: Principal vantagem é o entrosamento perfeito entre as camadas compactadas e o pisoteamento do solo de cada camada resultando numa entrosagem de torrões de solo. 
Vibradores: Ótimos para compactar areias (os pé-de-carneiro e os pneumáticos não são eficientes). Camada de 25 cm. 
26 – Descreva as etapas do ensaio tipo Califórnia. Quais são os parâmetros de solo determinados por esse ensaio.
O ensaio de suporte Califórnia CBR, California Bearing Ratio, é padronizado no Brasil pela norma ABNT 9895. O ensaio é composto por três etapas: 
Compactação do corpo de prova: são compactados com cinco teores de umidade uma amostra, segundo o método Proctor. Com esta finalidade, o molde grande de bronze ou material tratado, de diâmetro de 6 polegadas, aproximadamente152 mm, é fixado nem uma base perfurada, sendo colocado no fundo do molde um disco espaçador de 63,5 mm de altura, cuja função é de que o solo a ser compactado não ocupe totalmente o molde, promovendo um espaço para posterior colocação da sobrecarga a ser utilizada na determinação da expansão. Coloca-se o colarinho e o papel filtro no fundo do molde. O molde é apoiado sobre uma base rígida preferencialmente de concreto (massa superior a 100 kg) e o solo compactado em cinco camadas, com o soquete grande, sendo que o número de golpes depende da energia de compactação (normal – 12, intermediária – 26 e modificada – 55 golpes). Após a compactação, retira-se o molde da base perfurada, inverte-o retirando o disco espaçador e pesa-o (molde mais o solo). Determinando-se o teor de umidade é possível obter-se a curva de compactação.
Obtenção da curva de expansão: após a compactação: sobre o corpo de prova dentro do molde cilíndrico, no espaço deixado pelo disco espaçador, é colocado o prato com haste perfurado e sobre este o disco anelar de aço que é dividido em duas partes com aproximadamente 2270 g (10 lbs), sendo que cada parte da carga anular (5 lbs) corresponde a sobrecarga de aproximadamente 2,5 polegadas de pavimento. Sobre a haste do prato perfurado, é apoiada a haste do relógio comparador fixado no porta-extensômetro, anotando-se a leitura inicial. Coloca-se o corpo de prova imerso por 4 dias, medindo-se a expansão, que é definida como a relação entre o aumento de altura do corpo de prova (expansão) e a sua altura inicial, expresso em porcentagem.
Medida da resistência à penetração: Retira-se o corpo de prova da embebição e de sobre ele o prato perfurado com a sobrecarga e deixa escorrer (drenar) por 15 minutos. Após, recoloca-se a sobrecarga e leva-se o corpo de prova à prensa para ser rompido através da penetração do pistão a uma velocidade de 1,27 mm/min. São anotadas as leituras para as penetrações, sendo que esta última leitura corresponde ao tempo de 10 minutos. No caso de se utilizar de uma célula de carga, a leitura é direta. A velocidade de penetração do pistão é controlada com o auxílio de um cronômetro e do acompanhamento dos valores da penetração registrados no relógio comparador fixado no pistão e com a haste apoiada no molde. Com estes valores traça-se a curva pressão versus penetração ou carga versus penetração.
Determinação da umidade ótima e do peso específico máximo do solo, propriedades expansivas do material e a do I.S.C..