Aula 1 - A Ciência da Mecânica dos Solos e Aula 2 - Origem e formação dos solos

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MECÂNICA DOS SOLOS
Prof. Douglas Cesário
A Ciência da Mecânica dos Solos
Conceitos
Qual deve ser a primeira coisa a ser feita para garantir a estabilidade estrutural de uma obra? Qual a disciplina responsável?
Conceitos
No início de uma construção, para dar estabilidade à obra, a primeira coisa que deve ser feita é o estudo do solo do local;
Esse estudo é realizado pelo profissional especializado em Mecânica dos Solos.
(Santos, 2002)
Posicionamento Disciplinar (Engenharia Civil)
GEOLOGIA 
 DE
ENGENHARIA
MECÂNICA 
DOS 
SOLOS
MECÂNICA 
DAS
ROCHAS
GEOTECNIA
Conceitos
Conceitos
Geotecnia é a aplicação de métodos científicos e princípios de engenharia para a aquisição, a interpretação e o uso do conhecimento dos materiais da crosta terrestre e materiais terrestres para a solução de problemas de engenharia.
Mecânica dos solos é a disciplina que estuda as características do solo, sua classificação e busca prever seu comportamento quando sujeito a solicitações provocadas pelo homem ou pela natureza.
Geotecnia – ocupa-se da caracterização e do comportamento dos materiais e terrenos da crosta terrestre.
 (Santos, 2002)
Mecânica dos Solos – responsável pelos estudos teóricos e práticos sobre o comportamento dos solos – materiais terrosos – naturais, sob o enfoque de sua solicitação pela Engenharia.
 
(Terzaghi, 1944; Vargas, 1977)
Conceitos
Histórico
A Mecânica dos Solos surgiu como ciência em 1925, com a publicação da obra do austríaco Karl Terzaghi intitulada “Erdbaumechanik Auf Bodenphysikalisher Grundlage”, título este que pode ser traduzido como “Mecânica das Construções de Terra Baseada na Física dos Solos”.
Karl Terzaghi é considerado o pai da engenharia geotécnica e o fundador da mecânica dos solos.
Importância da mecânica dos solos
Todas as obras de engenharia civil estão apoiadas sobre o solo, e algumas utilizam o próprio solo como elemento de construção (barragens e aterros de estradas);
Área ambiental: investigação do nível de contaminação de solos e elaboração de projetos de tratamento dos terrenos;
Segmento imobiliário clássico: investigação do solo, terraplenagem, escavações, contenções, projeto e execução de fundações, entre outros serviços.
Importância da mecânica dos solos
Qual a fundação adequada, qual a capacidade de carga do solo e qual o recalque?;
Qual a altura máxima de um aterro e qual a inclinação dos taludes? Como melhorar o solo de fundação?
Que tipo de pavimento, que grau de compactação?
Que tipo de obra de contenção, que tipo de escavação, como executar um túnel ou galeria?
Qual dimensão da barragem de terra, qual fluxo de água deve percolar pelo corpo e pela fundação?
Como avaliar riscos de contaminação de aquíferos e solos? Como remediar áreas degradadas?
Como rebaixar o lençol freático? Quais efeitos sobre os vizinhos?
Problemas comuns que necessitam do conhecimento de mecânica dos solos
Recalque em fundações, que ocorre quando uma edificação sofre rebaixamento devido ao assentamento do solo sob sua fundação. O recalque é a principal causa de trincas e rachaduras em edificações;
Ruptura de taludes que ocorre quando um plano de terreno inclinado, que limita um aterro e tem como função garantir sua estabilidade, se rompe;
Escolha equivocada de material para aterro ou barragem de terra;
Percolação de água e rebaixamento do nível freático, ou seja, rebaixamento do nível d’água.
Acidentes antigos envolvendo mecânica dos solos
Inclinação da Torre de Pizza;
Escorregamentos em taludes durante obras do Canal do Panamá; 
Ruptura de aterro em uma ferrovia na Suécia;
Escorregamento em talude do reservatório da barragem de Vajont (Norte da Itália);
Escorregamentos na Serra do Mar.
Acidentes recentes envolvendo obras geotécnicas ou solos naturais 
Colapso da escavação no metrô de SP;
Ruptura de barragem de rejeito em MG;
Escorregamentos e inundações em SC;
Ruptura de barragem no PI (Algodões);
Escorregamentos em encostas no RJ (Angra dos Reis);
Escorregamentos, corridas de detritos e enxurradas na região serrana do RJ.
MECÂNICA DOS SOLOS
Prof. Douglas Cesário
Origem e Formação dos Solos
Conceito de solo – Diferentes visões:
Língua portuguesa: Chão ( do latim “solum”);
Agricultura: sustentação das raízes;
Geologia: sobrejacente a rocha;
Engenharia civil: aglomerado passível de escavação, usado como material de construção ou suporte de estruturas.
Conceitos
Conceitos
Pedogênese é o processo pelo qual determinado solo é formado, assim como suas características e sua evolução na paisagem;
Solo é a camada mais superficial da crosta, entre a litosfera e a atmosfera, composto por sais minerais dissolvidos na água intersticial, seres vivos e rochas em decomposição;
Intemperismo ou meteorização é o conjunto de fenômenos físicos, químicos e biológicos que levam à degradação e ao enfraquecimento das rochas;
 Essa decomposição das rochas se dá por agentes físicos e químicos, denominados agentes do intemperismo.
Formação do solo
Fatores que influenciam no intemperismo
Clima: influi de diversas maneiras, sendo que, em regiões áridas, há uma predominância da ação dos agentes físicos em relação aos químicos, acontecendo o inverso nas regiões úmidas. Resumindo, o intemperismo químico é dominante nas regiões quentes e úmidas, e o intemperismo físico, nas regiões geladas e nos desertos. No Nordeste do Brasil predomina o intemperismo físico e na região centro-sul, o químico.
b) Topografia: influi pois o solo inicialmente formado constitui uma camada que protege a rocha contra uma posterior alteração e decomposição. Porém, nas regiões de declives acentuados, ele é constantemente removido pelas enxurradas ou por efeito direto da gravidade e nesse caso, o ataque às rochas aumenta.
c) Tipo de rocha: influi segundo as diferentes resistências oferecidas ao ataque físico e químico. Na maior ou menor resistência oferecida por uma rocha, influem certas estruturas, tais como fraturas, falhamentos, porosidade, composição mineralógica, etc.
d) Vegetação: influi pois pode fixar o solo com suas raízes e retardar sua remoção, ocasionando certa proteção à rocha subjacente, pois impede o avanço da decomposição.
Perfil do solo
HORIZONTES DO SOLO
A definição dos horizontes está baseada no grau de diferenciação com relação ao material parental, na posição que ocupa no perfil e nos fatores, mecanismos e processos que originaram suas principais características.
HORIZONTE O
	
	É o horizonte mais superficial do solo no qual há uma mistura de materiais minerais e orgânicos e reservatório de nutrientes produzidos por processos de humificação e a sua espessura depende das condições climáticas, da cobertura vegetal e do relevo.
HORIZONTE A
	
	É um horizonte mineral imediatamente abaixo do horizonte O. É o horizonte do solo em que há máxima atividade biológica e que está mais sujeito às variações de temperatura e umidade. Constitui-se em uma zona de eluviação caracterizada pela menor concentração de argilo-mineral, ferro, alumínio e minerais resistentes.
ELUVIAÇÃO - É o processo de remoção de constituintes dos horizontes do solo e das camadas por lixiviação, quase sempre por água.
HORIZONTE B
	
	Localiza-se logo abaixo do horizonte A. Representa a zona de iluviação em que há concentração de argila, sesquióxido de ferro e alumínio e apresenta desenvolvimento estrutural diferente dos horizontes A e C. Os horizontes A e B representam o verdadeiro solo.
ILUVIAÇÃO - Pode ser definida como processo de recebimento ou acumulação de materiais movidos por eluviação.
HORIZONTE C
	
	É representado pela camada de rocha originária, com pouca ou nenhuma ação biológica e com características físicas, químicas, estratigráficas e mineralógicas provavelmente iguais às da rocha matriz do horizonte R.
HORIZONTE R
	
	A resistência da rocha depende das condições ambientais e das características e propriedades da rocha matriz. A presença de estruturas internas como: falhas, fraturas, diaclases, dobras, posição dos estratos e os tipos de litológicos
caracterizam o corpo rochoso e também o horizonte R.
Intemperismo
Todo solo tem sua origem na decomposição das rochas pela ação de intempéries, por:
 desintegração mecânica: intemperismo físico;
 decomposição química: intemperismo químico.
Intemperismo físico ou mecânico
Desintegração da Rocha
Variação de temperatura;
Alívio de pressões;
Crescimento de cristais;
Hidratação dos minerais;
...
Intemperismo físico ou mecânico
Desintegração da Rocha
Sedimentos de variados tamanhos;
Mantém-se a mesma composição mineralógica.
Resulta:
Intemperismo químico
Reações químicas
Oxidação;
Carbonatação;
Hidratação...
Agentes:
Agentes do intemperismo
Podem ser reunidos em dois grupos principais:
a) Físicos ou mecânicos, pelos quais os materiais são desintegrados principalmente por ação de:
Variação de temperatura;
Congelamento da água;
Cristalização de sais;
Ação física de vegetais.
b) Químicos, pelos quais os materiais são decompostos por ação de:
Hidrólise;
Hidratação;
Oxidação;
Carbonatação;
Ação química dos organismos e dos materiais orgânicos.
Ao ocorrer a ação dos mecanismos de intemperismo, o material resultante poderá permanecer ou não sobre a rocha que lhe deu origem.
Sendo assim, os solos são divididos em dois grupos: os transportados ou sedimentares e os não transportados ou residuais. 
Classificação dos solos quanto à origem 
Solos sedimentares
São aqueles que sofrem o intemperismo em um local, e depois sofrem a ação transportadora dos agentes geológicos, como mar, rio, vento, gelo, gravidade, e são depositados em forma de sedimentos em distâncias variadas;
Neste tipo de solo há grande quantidade de matéria orgânica em sua composição;
Não possui ligação com a rocha original;
Em geral são depositados com menor consolidação que os residuais, com maior heterogeneidade e profundidade variável;
São menos resistentes, com maior permeabilidade.
Solos sedimentares
Solos sedimentares
Solos de aluvião: é um depósito de sedimentos clássicos (areia, cascalho e/ou lama);
São transportados e arrastados pela água;
Sua constituição depende da velocidade das águas no momento da deposição;
Apresentam baixa capacidade de suporte (resistência), elevada compressibilidade, e são suscetíveis à erosão;
São fontes de materiais de construção mas péssimos materiais de fundação.
Solos sedimentares
Solos orgânicos: mistura do material transportado com quantidades variáveis de matéria orgânica decomposta;
Formados em áreas de topografia bem caracterizada (bacias e depressões continentais, nas baixadas marginais dos rios e litorâneas);
São identificados pela cor escura, cheiro forte e granulometria fina;
Possui alta compressibilidade e baixíssima resistência;
É o pior tipo de solo para os propósitos do engenheiro geotécnico.
Solos sedimentares
Solos coluviais (ou depósitos de tálus): o transporte se deve exclusivamente à gravidade;
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;
Colúvio é um material fino e tálus é grosseiro.
Solos sedimentares
Solos eólicos: são formados pela ação dos ventos;
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 (dunas).
Solo residual
É resultado da decomposição da rocha matriz e permanece no mesmo local;
Guarda a estrutura da rocha matriz da qual teve origem;
É mais homogêneo, resistente e mais impermeável.
Sua ocorrência é comum no Brasil (região tropical).
Solo residual
Perfil do solo residual
Solo residual
Solo residual maduro: é um solo 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 (diâmetros > 4,8 mm). É bastante irregular quanto à resistência, coloração, permeabilidade e compressibilidade (a intensidade do processo de alteração não é igual em todos os pontos);
Solo saprolítico: guarda características da rocha sã e tem basicamente os mesmos minerais, porém sua resistência já está bastante reduzida. Pode ser caracterizado como uma matriz de solo, que envolve grandes pedaços de rocha altamente alterada. Apresenta pequena resistência ao manuseio;
Solo de alteração de rocha: preserva parte de sua estrutura e de seus minerais, porém com dureza inferior à da rocha matriz, em geral muito fraturada, permitindo grande fluxo de água nas descontinuidades;
Rocha sã: ocorre em profundidade e mantém as características originais, ou seja, inalterada.