Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI- ÁRIDO Departamento Ciências Ambientais e Tecnológica Disciplina – Mecânica dos Solos. Professor: Francisco Alves da Silva Júnior Introdução a geotecnia Mossoró, 08 de Agosto de 2011 PROGRAMA DA DISCIPLINA: IDENTIFICAÇÃO CURSOS QUE ATENDE DEPARTAMENTO ENGENHARIA CIVIL E ENGENHARIA AGRÍCOLA E AMBIENTAL CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS DENOMINAÇÃO DA DISCIPLINA CÓDIGO POSIÇÃO NA INTEGRALIZAÇÃO. MECÂNICA DOS SOLOS I 1200130 6° PERÍODOLETIVO PROFESSOR FRANCISCO ALVES DA SILVA JÚNIOR PROGRAMA GERAL DE DISCIPLINA CARGA HORÁRIA SEMANAL CARGA HORÁRIA TOTAL NO DE CRÉDITOSTEÓRICA PRÁTICA TEÓRICA-PRÁTICA TOTAL - - 4 4 60 4 PRÉ-REQUISITO GEOLOGIA APLICADA OBJETIVO CAPACITAR O ALUNO PARA A REALIZAÇÃO DE ANÁLISE CRITERIOSA RELACIONADAS ÀS CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES GEOTÉCNICAS DOS SOLOS, OBRAS EM TERRA, FUNDAÇÕES E UTILIZAÇÃO DO SOLO COMO MATERIAL, COM O INTUITO DE INTERPRETAR OS COMPONENTES E CONHECER OS PRINCÍPIOS DE FORMAÇÃO DOS SOLOS; IDENTIFICAR, CLASSIFICAR E MANUSEAR SOLOS; RECONHECER AS DIVERSAS PECULIARIDADES DOS SOLOS; ANALISAR E CONFRONTAR AS CARACTERÍSTICAS DOS SOLOS COM SUAS PROPRIEDADES. ASSIM COMO, TORNÁ-LO CAPAZ DE IDENTIFICAR OS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA DOS SOLOS E APLICÁ-LOS NA PRÁTICA. PROGRAMA DA DISCIPLINA: CONTEÚDO PROGRAMÁTICO: 1. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA; 2. ESTRUTURA DOS SOLOS; 3. CARACTERÍSTICAS E CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS; 4. ÍNDICES FÍSICOS DOS SOLOS; 5. TENSÕES NOS SOLOS E CAPILARIDADE; 6. COMPACTAÇÃO E EMPOLAMENTO DOS SOLOS; 7. PERMEABILIDADE DOS SOLOS; 8. INTRODUÇÃO À FUNDAÇÕES. Referências: PROGRAMA DA DISCIPLINA: CAPUTO, H. P. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações. 6 ed. Rio de Janeiro. Editora LTC. 2010. V 1. DAS, B. M. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. 6 ed. Tradução All Tasks. São Paulo. Cengage Learning. 2011. HACHICH W, FALCONE, F. F, SALES, J. L., FROTA, R. G. O, CARVALHO, C. S. E NIYAMA, S. Fundações Teoria e Prática. 2 ed. São Paulo: Pini. PINTO, C. DE S. Curso básico de Mecânica dos solos em 16 aulas. Com exercícios resolvidos. 3 ed. São Paulo. Oficina de textos. 2006. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA PRIMEIRA ETAPA - INTRODUÇÃO A GEOTECNIA INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Introdução Todas as obras da Engenharia Civil se assentam sobre o aterro e inevitavelmente requerem que o comportamento do solo seja devidamente considerado. Mecânica dos solos: üTensões aplicadas (fundações); üAlívio de tensões (escavações); üEscoamento de água nos vazios; → Depósitos heterogêneos. Introdução INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha ⇒ Solo O significado original de solo vem do latim da palavra "solum" que em português clássico significa chão. §Agricultura - solo é a camada de terra tratável, geralmente de poucos metros de espessura que suporta as raízes das plantas; §Geologia - solo é o material disposto em camadas, não consolidado, que se estende da superfície até a rocha sólida e que é formado devido ao intemperismo e a desintegração da rocha sã; §Engenharia Civil - solo é visto em termos de trabalho que pode ser realizado nele ou com ele. É todo material que pode ser escavado a pá e picareta e rocha é todo material que necessite de explosivos para seu desmonte. Rocha INTRODUÇÃO A GEOTECNIA A crosta terrestre é a camada mais superficial. É o nosso chão, ou seja, a parte do planeta sobre o qual andamos, vivemos, construímos as nossas casas. Nos continentes, sua espessura pode ter de 30 a 80 Km; já no fundo dos oceanos varia entre 5 e 10 km. Figuras 01 e 02 – Camadas da terra , Fonte: www.sobiologia.com.br/figuras/Solo/camadas INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha Agregados de um ou mais minerais, impossível de escavar manualmente. A crosta terrestre possui várias camadas compostas por três tipos de rochas que são formadas pela mistura de diferentes materiais. A rocha pode ser definida simplesmente como um agregado de um ou mais minerais. O termo agregado significa que os minerais se apresentam misturados, mas mantendo as suas propriedades individuais. Apesar da maioria das rochas serem compostas por mais de um mineral, alguns minerais podem apresentar-se em grandes quantidades impuras. Essas rochas podem ser: § Magmáticas ou ígneas; Sedimentares; Metamórficas. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha ígnea ou magmática Formada pelo resfriamento do magma na superfície da crosta. Ígneo vem do latim e significa "fogo“, são originadas do interior da Terra, onde são fundidas em altíssimas temperaturas. Estas rochas podem ter estruturas cristalinas ou amorfas, com granulação grosseira, média ou fina. rochas ígneas podem serQuanto a gênese as classificadas como: Intrusiva ou plutônica: rocha formada á grandes profundidades, onde o resfriamento é mais lento, gerando minerais de granulação maior. Ex: granito; Extrusivas ou vulcânicas: rocha que se formou por resfriamento rápido na superfície da terra, portanto de granulação fina ou vítrea. Ex.: basalto. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha ígnea ou magmática www.grupoescolar.com/a/b/A8FBA.jpg www.apolo11.com/.../vulcao_tungurahua_470.jpg INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha ígnea ou magmática üO basalto - é uma rocha escura muito utilizada na pavimentação de calçadas, ruas e estradas e são advindas do esfriamento rápido do magma (rocha extrusiva). Figuras 04 e 05 Falésias de basalto no Rio Grande do Sul, As faixas escurasdas famosas calçadas de Copacabana, no Rio de Janeiro. Fonte: www.sobiologia.com.br/figuras/Solo/camadas%20 INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha ígnea ou magmática Pedra-pomes - gerada após rápido resfriamento em contato com a água formando uma rocha cheia de poros ou buracos devido à saída de gases. Parece uma "espuma endurecida“. Figura 06 Pedra-pomes. Fonte: www.sobiologia.com.br/figuras/Solo/cama das%20 üGranito (vem do latim granum, que significa "grão') - se forma no interior da crosta terrestre por resfriamento lento e solidificação do magma. É muito utilizado em revestimento de pisos, paredes e pias. O granito é formado por grãos de várias cores e brilhos: são os minerais. Figura 07 Granito. Fonte: www.sobiologia.com.br/figuras/Solo/camad as%20 Rocha sedimentar Formada em camadas a partir da sedimentação ou deposição de partículas de outras rochas. Se forma a partir de mudanças ocorridas em outras üEx.: arenito, rocha calcária. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA rochas. § Chuva; § Vento; § Água dos rios; § Ondas do mar. Figuras 08 Camada de rocha sedimentar.Fonte: www.sobiologia.com.br/figuras/Solo/camadas%20 Tudo isso vai, aos poucos, fragmentando as rochas em grãos de minerais. Pouco a pouco, ao longo de milhares de anos, até o granito mais sólido se transforma em pequenos fragmentos. Observe na figura que a rocha é formada por camadas (ou estratos). INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha sedimentar Os fragmentos ou sedimentos vão se acumulando ao longo do tempo. As camadas de cima exercem pressão sobre as camadas de baixo, compactando-as. Essa pressão acaba por agrupar e cimentar os fragmentos e endurece a massa formada. É assim que surgem as rochas sedimentares. Tudo isso, não se esqueça, leva milhares de anos. Estrutura em camadas (estratificada), dureza baixa, variação de cor na direção vertical e horizontal e estruturas típicas: estratificação cruzada, marcas de ondas e animais, presença de fósseis. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha sedimentar Figuras 09 – Formação das camada de rochasedimentar. Fonte: www.sobiologia.com.br/figuras/S olo/camadas%20 INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha sedimentar Arenito - se forma quando rochas como o granito se desintegram aos poucos pela ação dos ventos e das chuvas. Os grãos de quartzo dessas rochas formam a areia. Areias e dunas de areia, porém não são rochas: são fragmentos de rochas. A areia pode se depositar no fundo do mar ou em depressões e ficar submetida a um aumento de pressãoou temperatura. Assim cimentada e endurecida, forma o arenito - um tipo de rocha sedimentar. Figura 10 Rocha de arenito. Fonte: www.sobiologia.com.br/figuras/Solo/cama das%20 INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha sedimentar O calcário - O acúmulo de esqueletos, conchas e carapaças de animais aquáticos ricos em carbonato de cálcio, que é um tipo de sal, pode formar outra variedade de rocha sedimentar, o calcário. O calcário também se forma a partir de depósitos de sais de cálcio na água. O calcário é utilizado na fabricação de cimento e de cal. A cal serve para pintura de paredes ou para a fabricação de tintas. A cal ou o próprio calcário podem ser utilizados para neutralizar a acidez de solos. Figura 11 Cascatas de calcário na Turquia, Fonte: www.sobiologia.com.br/figuras/Solo/cama das%20 INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Rocha metamórfica Formada pela alteração (mudança de composição) de rochas existentes devido ao extremo calor (ex.: mármore) ou a extrema pressão (ex.: ardósia). As rochas metamórficas são assim chamadas porque se originam da transformação de rochas magmáticas, sedimentares ou outra rocha metamórfica por processos que alteram a organização dos átomos de seus minerais. Surge, então, uma nova rocha, com outras propriedades e, às vezes, com outros minerais. üO mármore - é uma rocha formada a partir de outra rocha, o calcário. üArdósia - originada da argila e usada em pisos Figuras 12 - Ardósia. Fonte: www.sobiologia.com.br/figuras/Solo/camadas%20 Ciclo das Rochas INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Solo INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Sob o ponto de vista puramente técnico são os materiais da crosta terrestre que servem de suporte, são escavados ou perfurados e utilizados nas obras de engenharia civil. Os solos são agregados de partículas minerais que juntas com o ar e a água nos seus vazios formam um sistema de três fases. É uma função da rocha “mater” e dos diferentes agentes de alteração. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Solo Solo – decomposição de rocha (Intemperismo - tempo). São materiais que resultam do intemperismo ou meteorização das rochas, por desintegração mecânica ou decomposição química e biológica. Construção Civil → Solo Material de construção: ü Aterros; ü Barragens de terra; ü Camadas do Pavimento; ü Matéria prima Suporte de fundações: ü Valas; ü Fundações rasas e profundas; ü Fundação para pavimentação; ü Outros. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Solo A camada de rochas na superfície da Terra está, há milhões de anos, exposta a mudanças de temperatura e à ação da chuva, do vento, da água dos rios e das ondas do mar. Tudo isso vai, aos poucos, fragmentando as rochas e provocando transformações. Intemperismo - pela ação do intemperismo, que, lentamente, o solo se formou. E é dessa mesma maneira que está continuamente se remodelando. Intemperismo Conjunto de processos físicos, químicos e biológicos que ocasionam a desintegração e decomposição das rochas e dos minerais, formandoos solos INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Figuras– Intemperismo. Fonte:http://home.furb.br/caldeira/edafologia_arquivos/image002.jpge INTRODUÇÃO A GEOTECNIA Intemperismo Intemperismo físico - Ocorre no caso só processos físicos acarretando fragmentação e desagregação das rochas. Os principais agentes são: § Variação de temperatura; § Alívio de pressões; § Crescimento de cristais; § Hidratação de minerais ; § Processos físico-biológicos. Figura– Esquema do intemperismo físico. Fonte: geomarco.com/htm/temas/Sedimentar5.jpg INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Intemperismo físico • Variação de temperatura – variação diária (insolação) e sazonal (climática). Minerais de coloração e coeficientes de dilatação distintos; • Alívio de pressões – alívio do peso de rochas erodidas. Expansão e fendilhamento ± paralelo a superfície; •Crescimento de cristais – crescimento de cristais nos poros ou fendas. Congelamento (crioclastia) e cristalização de sais (regiões áridas); •Hidratação de minerais – ação �sica → tensões internas por aumento de volume de certos minerais. Ex: esfoliação de folhelhos; • Processos físico-biológicos – ação mecânica das raízes e de organismos. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Intemperismo • Intemperismo químico -Processos de decomposição da rocha onde vários processos químicos alteram, solubilizam e depositam minerais das rochas transformando-a em solo, ou seja ocorre a alteração química dos seus componentes. Os principais agentes são: • A água de infiltração composta levemente de solução ácida + gás carbônico + coloides → quimicamente a�va. • Reações químicas: Água + substâncias dissolvidas e minerais. Tendo como fator importante o clima. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA vIntemperismo químico Oxidação : Processo inicial e mais comum nos íons Fe++ e no Fe+++. Evidência: coloração avermelhada e amarelada. Ambientes oxidantes. Hidratação: Trata-se da ação da água sem a alteração na estrutura cristalina. Hidrólise: Temos a quebra da estrutura do mineral pela ação dos íons H+ e OH- dissociados da água. Cresce com a temperatura e ácidos. Figura– Intemperismo químicofísico. Fonte:geomarco.com/htm/temas/Sedimentar5.jpg INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Atuação do intemperismo § Intemperismo químico → climas quentes e úmidos → mais importante e mais profundo; § Intemperismo físico → climas SECOS (quentes e frios); Atuação conjunta do intemperismo físico e químico. • Clima; • Material de origem – Rocha; • Relevo; • Organismos; • Tempo. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA vMATERIAL DE ORIGEM É o material intemperizado, de natureza mineral que deu origem aos solos por processos intempéricos. Esse material pode já ter sofrido transporte e deposição, o que é muito comum nas condições de clima tropical. Material de origem orgânico: constituído de produtos da decomposição de restos vegetais e animais e origina solos orgânicos. Material de origem mineral: rocha alterada, sedimentos coluviais ou aluviais, solo de de pedogênese anterior. Rochas basálticas dão origem a solos de textura argilosa ou muito argilosa. Arenito ⇒ solos arenosos. Quartzo, conferem ao solo cor clara Quanto + intemperizado é o solo menos as características do material de origem são preservadas O material de origem é constituído por minerais com diferentes graus de suscetibilidade ao processo de intemperismo. Ele pode estar relacionado com vários atributos do solo: químico, granulométrico, morfológico e mineralógico. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA vRELEVO Condiciona a formação dos solos que ocupam segmentos da paisagem. § A altitude tem uma relação direta com a temperatura, afetando principalmente o teor de matéria orgânica do solo. 1000m de elevação = ¯ 6ºC na temperatura Influencia indiretamente o intemperismo dos minerais através § Da quantidade de água infiltrada no solo e da lixiviação dos constituintes solúveis; § Da velocidade de escoamento da água da chuva e erosão do material intemperizado com exposição de novas superfícies. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v CLIMA As variáveis climáticas (mensuráveis) mais importantes são: •Precipitações Pluviométricas: disponibilidade de água para as reações químicas, remoção dos constituintes solúveis do sistema solo; •Temperatura: afeta a velocidade das reações •Vento + temperatura, acelera a evapotranspiração. Em geral, PRECIPITAÇÃO lixiviação das bases atividade biológica conteúdo de argila alteração minerais acidificação dos solos Clima frio e úmido: processos químicos e biológicos ⇒ solos mais argilosos. Clima quente e seco: processos físicos ou mecânicos de alteração das rochas ⇒ solos com teor areia e silte. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA vCLIMA O calor influi diretamente nas atividades das reações químicas e processos biológicos que ocorrem no perfil do solo. A água promove a reação de hidrólise (ataque de íons H+ à estrutura de minerais, com conseqüente colapso e destruição dos minerais) onde ocorre a hidratação do solo. A água excedenteatua no desenvolvimento do perfil do solo conforme a sua quantidade: regiões onde a quantidade de água excedente é grande,geralmente apresentam solos mais profundos, pois a velocidade dos processos pedogenéticos é mais acentuada. O vento causa a erosão eólica e o ressecamento da superfície do solo. O clima relaciona-se diretamente com o tipo de vegetação local, que pode ter grandes variações botânicas. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA vORGANISMOS BIOSFERA ⇒ Flora e fauna do solo. Estágio inicial: colônias de microrganismos se estabelecem à procura de substrato para seu desenvolvimento. Os organismos compreendem a microflora, a microfauna, a macroflora, a macrofauna e o homem. Eles desempenham papel importante na diferenciação dos horizontes do solo, pois a microflora (algas, fungos e bactérias, principalmente) e a microfauna (especialmente os protozoários e nematoides) decompõem os restos vegetais e animais e, em consequência, liberam o húmus, que é uma mistura complexa de substâncias amorfas coloidais. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA vTEMPO Duração da ação dos processos pedogenéticos. § JOVEM (imaturo): pouco intemperizado; § VELHO (maduro): muito intemperizado O tempo é o fator de formação que define o quanto a ação do clima e dos organismos ocorreram sobre o material de origem, em um determinado tipo de relevo. Todas as propriedades morfológicas requerem tempo para se manifestarem no perfil do solo. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA vClassificação dos Solos Classificação dos solos quanto sua origem: Os processos pelos quais os solos passam na transformação de rocha à solo podem ser: Adição (ganho ou introdução de minerais), redução (retirada ou perda de minerais), transformação e transporte. Considerando a ação dos agentes, o solo quanto à sua origem podem ser classificados em: • Solos residuais; • Solos transportados (sedimentares); • Solos orgânicos. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA vClassificação dos Solos Classificação dos solos quanto sua origem: Solos residuais – permanecem no local de origem, e são divididos, de acordo com as profundidades dos horizontes, em: § Solos residuais maduros – superficial que perdeu toda a estrutura da rocha-mãe e tornou–se homogêneo; § Solos saprolíticos – mantêm a estrutura original (veios, fissuras e xistosidade), mais perdeu a consistência da rocha. apresenta pouca resistência. É também chamado de solo residual jovem ou solo de alteração de rocha; § Rocha alterada – horizonte onde a alteração progrediu ao longo de fraturas ou zonas de menor resistência, deixando intactos grandes blocos da rocha original. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Classificação dos Solos Classificação dos solos quanto sua origem: Solos sedimentares ou transportados – são retirados de seu local de origem e classificados de acordo com o agente transportador em: Solos eólicos – vento; § Solos aluvionares ou aluviões – água; § Solos glaciais – geleiras; § Solos coluvionares ou coluviões – gravidade. Solos orgânicos: § Cor escura e odor característico; § Muito compressíveis; § 4 a 20 % de teor em massa de matéria orgânica. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Classificação dos Solos Classificação dos solos quanto a textura: Solos grossos – φ ≥ 0,075 mm (# 200); Solos finos – φ < 0,075 mm. Segundo a ABNT: ROCHA Bloco de rocha acima de 1,0 Matacão 25 cm – 1,0 m Pedra 7,6 cm – 25 cm SOLO Pedregulho 4,8 mm – 76 mm Areia grossa 2,0 mm – 4,8 mm Areia média 0,42 mm – 2,0 mm Areia fina 0,05 mm – 0,42 mm Silte 0,002 mm – 0,05 mm Argila inferior a 0,002 mm INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Identificação dos solos por meio de ensaios Ensaio granulométrico por peneiramento – consiste na determinação das porcentagens, em peso, das diferentes frações que constituem o solo. Para frações maiores que 0,075mm (#200) realiza-se o ensaio de peneiramento, no qual se faz passar uma certa quantidade de solo por um conjunto padronizado de peneiras de malha quadrada. Pesam-se as quantidades retidas em cada peneira e calculam-se as porcentagens que passam . INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Identificação dos solos por meio de ensaios Granulometria Peneiras INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Problemas de Engenharia relacionados com a mecânica dos solos •Recalques; •Aterros, cortes; •Barragens de terra (ruptura, estabilidade dos taludes, percolação por entre o maciço); •Capacidade de suporte dos solos para fundações de edificações, pavimentos, barragens, obras de contenção, entre outras; •Permeabilidade; •Deslizamento de encostas – estabilidade de taludes; •Erosão dos solos, etc. INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Problemas de Engenharia relacionados com a mecânica dos solos Grandes solicitações no solos – grandes obras INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Problemas de Engenharia relacionados com a mecânica dos solos Grandes solicitações no solos – fundações INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Problemas de Engenharia relacionados com a mecânica dos solos Barramento de água (permeabilidade e percolação da água) – ruptura e estabilidade de taludes INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Problemas de Engenharia relacionados com a mecânica dos solos Ruptura de barragens - resistência e estabilidade INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Problemas de Engenharia relacionados com a mecânica dos solos Deslizamentos de encostas – estabilidade – grandes baixas (perdas) INTRODUÇÃO A GEOTECNIA vProblemas de Engenharia relacionados com a mecânica dos solos Camadas de solos com diferentes resistências e propriedades - solicitações INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Problemas de Engenharia relacionados com a mecânica dos solos Capacidade de suporte dos solos – tipos de fundações INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Problemas de Engenharia relacionados com a mecânica dos solos Erosões – práticas agrícolas INTRODUÇÃO A GEOTECNIA v Problemas de Engenharia relacionados com a mecânica dos solos Erosões – ruptura de pavimentos (estradas); desgaste de rios e assoreamento, desertificação.
Compartilhar