AULA 01 - Introdução à Mecânica dos Solos I - 1S2021

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Mecânica dos Solos I
ECV 5104
Prof. Dr. Naloan Coutinho Sampa
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
Aula 01 – Introdução à Mecânica dos Solos I
O que são solos?
Por que entender os comportamentos dos solos?
Quais são os principais problemas que exigem o entendimento dos comportamentos dos
solos?
Que questões a responder face aos problemas supramencionados?
Quais são as soluções para os problemas da engenharia do solo?
Qual área da engenharia civil estuda comportamentos dos solos?
Tópicos Abordados
Após a conclusão desta aula, os estudantes devem ser capazes de:
• Definir solos de forma simples e clara
• Entender a importância do estudo de comportamento dos solos
• Entender os principais problemas relacionados ao comportamento dos solos
• Citar área de engenharia civil estuda comportamentos dos solos.
• Mencionar alguns dos principais engenheiros geotécnicos
Objetivo de Aprendizagem
O que são solos?
Por que entender os comportamentos dos solos?
Quais são os principais problemas que exigem o entendimento dos comportamentos dos
solos?
Que questões a responder face aos problemas supramencionados?
Quais são as soluções para os problemas da engenharia do solo?
Qual área da engenharia civil estuda comportamentos dos solos?
As nossas interrogações
Para fins de engenharia, solo é definido como um agregado não cimentado de grãos
minerais e matéria orgânica decomposta (partículas sólidas), com líquidos e gás
preenchendo os espaços vazios existentes entre as partículas sólidas.
O que são Solos?
3 Fases constituintes do solo
As partículas, de maneira geral, encontram-se livres para deslocarem entre si. A
pequena cimentação que pode ocorrer entre as partículas do solo é extremamente mais
baixa do que nos cristais de rochas e metais, ou nos agregados de concreto.
O comportamento dos solos depende do movimento das partículas sólidas entre si e
isto faz com que ele se afaste do mecanismo dos sólidos idealizados na Mecânica dos
Sólidos Deformáveis.
O que são Solos?
areia rocha concreto aço
A necessidade do homem trabalhar com os solos, encontra sua origem nos tempos
mais remotos, podendo-se mesmo afirmar ser tão antiga quanto a civilização.
Por que entender os Comportamentos dos Solos?
Pirâmide de Djoser, Egito (+ 4700anos).
Templos megalíticos de Malta (+ 5000anos).
Todas as obras de Engenharia Civil se assentam sobre o terreno e inevitavelmente
requerem que o comportamento do solo seja devidamente considerado. Dessa forma,
os engenheiros devem estudar as propriedades do solo, como origem, distribuição do
tamanho dos grãos, permeabilidade, compressibilidade, resistência ao cisalhamento e
capacidade de carga.
Um conjunto de insucessos em obras de engenharia civil no início do século XX
mostrou a necessidade de revisão dos procedimentos de cálculo até então utilizados,
que consistiam em admitir os solos como “massas ideais de fragmentos”, atribuindo-
lhes propriedades de material homogêneo e estudando-os mais de um ponto de vista
“matemático” do que “físico”.
Por que entender os Comportamentos dos Solos?
A relação entre o engenheiro e o solo é ampla e de grande importância em inúmeras
atividades quotidiano. O engenheiro...
• utiliza o solo como base para apoiar estruturas e aterros;
• usa o solo como material de construção;
• projeta estruturas para reter solos de escavações, aberturas subterrâneas e resíduos de
mineração;
• relaciona com solo em vários problemas especiais.
Problemas Típicos que envolvem Solos na Engenharia Civil?
• Fundações
fundações rasas e profundas, aterro sobre solos moles, barragens, levantamento de
fundações, etc.
• Solo como Material de Construção
barragens de terra, barragens de rejeitos, estruturas de recuperação, base de pavimento de
rodovias
• Taludes/Encostas e Escavações
encostas naturais, aterros compactados, escavações, etc.
• Estruturas Subterrâneas e Terrestres
estruturas de contenção, túneis, suporte para escavações, e dutos enterrados, etc.
• Outros Problemas Especiais
vibrações, explosões e terremotos, armazenamento de fluidos industriais em reservatórios
terrestres, bombeamento de águas subterrâneas, solos congelados, etc.
Problemas Típicos que envolvem Solos na Engenharia Civil?
Recalque diferencial no Torre de Pisa, Itália
Fundações
Prédios inclinados (tortos) de Santos, Brasil
Recalque do Palácio Belas Artes, Cidade do México
Fundações
Aterro sobre solos moles
Fundações de uma Ponte
Fundações
Fundações de uma torre eólica
Fundações
Barragem de Campos Novos
Solo como Material de Construção: Barragens
Rompimento da barragem de Brumadinho
Solo como Material de Construção: Barragens
https://www.youtube.com/watch?v=RZLD69dD4Sg
Construção de um aterro hidráulico no Complexo do Açu
(estrutura de recuperação)
Solo como Material de Construção: Aterros e Estrutura de Pavimento
Solos na estrutura de um pavimento rodoviário
Deslizamento de uma encosta natural
Taludes/Encostas e Escavações
Ruptura de um talude
Execução de uma escavação
Taludes/Encostas e Escavações
Execução de um aterro compactado
Túnel ferroviária
Estruturas Subterrâneas e Terrestres
Ruptura de uma parte da estrutura de contenção na obra do metro
de São Paulo
Cortinas escoradas na execução de uma escavação
Estruturas Subterrâneas e Terrestres
Esquema de dutos enterrados
Que Questões a Responder?
• Qual a fundação mais adequada para um dado problema?
• Qual é a carga admissível para a fundação escolhida?
• Haverá recalques? Uniformes ou diferenciais?
• Qual é a sequência construtiva?
• Será necessário rebaixar o nível d’água?
• Existem perigos para fundações vizinhas?
• Qual é a altura máxima de um aterro sobre solos moles?
• Como compactar um aterro?
• Qual é umidade ótima de compactação?
• Qual é a inclinação de taludes?
• Que medidas a tomar para proteger os taludes?
• Qual é o recalque previsto?
• Em que tempo ocorrerá esse recalque?
Que questões a responder?
• Quanto às estruturas de sustentação ou de retenção, que tipo de obra deve ser usado?
• Qual é a distribuição de pressões?
• Qual é o comprimento da ficha de uma cortina?
• E a posição de ancoragem?
• Qual é o comprimento de ancoragem?
• Qual é o sistema de fixação no extremo do tirante?
• Qual é o tipo de drenagem a adotar?
• Quais são as dimensões mais econômicas e seguras de uma barragem de terra?
• Quais deverão ser suas características de resistência e permeabilidade?
• Que perdas por infiltração poderão ocorrer através da sua fundação e/ou do seu corpo?
Soluções para os Problemas da Engenharia do solo
Solução para os problemas 
da Eng. do solo
Julgamento de engenheiro
Mecânica do solos (propriedades 
tensão x deformação; análises 
teóricas para massa do solo)
Geologia (composição da massa 
do solo atual)
Experiência (saber quais projetos 
anteriores funcionaram bem e em 
quais condições)
Economia
Sustentabilidade
Mecânica dos Solos
MECÂNICA DOS SOLOS é o ramo da ciência que estuda as propriedades físicas e o
comportamento de massas do solo submetidas a diversos tipos de tensão.
Segundo Terzaghi, a mecânica dos solos é a aplicação das leis da mecânica e da
hidráulica aos problemas de engenharia relacionados com os sedimentos e outros
depósitos não consolidados de partículas sólidas produzidas pela desintegração
mecânica ou química das rochas, prescindindo do fato de conterem ou não elementos
constituídos por substâncias orgânicas.
A Mecânica dos Solos não se restringe ao conhecimento das propriedades dos solos que
a mecânica pode esclarecer. A Química e a Física Coloidal, importantes para justificar
aspectos do comportamento dos solos, são parte integrante da Mecânica dos Solos,
enquanto que o conhecimento da Geologia é fundamental para o tratamento correto dos
problemas de fundações.
Mecânica dos Solos
Constitui requisito prévio para o projeto de qualquer obra, sobretudo os de maior
tamanho (barragem, túnel, obra de arte, corte, aterro), os seguintes:
• conhecimento daformação geológica local;
• estudo das rochas, solos, minerais que o compõem;
• influência da presença da água sobre ou sob a superfície da crosta.
Terzaghi (1936) afirmou que não se pode aplicar aos solos leis teóricas de uso
corrente em projetos que envolviam materiais mais bem definidos, como o concreto e o
aço. Ou seja, não era suficiente determinar em laboratório parâmetros de resistência e
deformabilidade em amostras de solo e aplica-los a modelos teóricos adequado àqueles
materiais.
É verdade conhecida que, em se tratando de solos e rochas, a heterogeneidade é a
regra, a homogeneidade a exceção.
Mecânica dos Solos
O espaço de tempo entre 1700 e 1927 pode ser dividido em quatro períodos principais
da mecânica dos solos:
1) pré-clássico (1700 a 1776 d.C.) – período dedicado a estudos relacionados com
encostas naturais, pesos específicos de vários tipos de solo e teorias semiempíricas de
empuxos de terra;
2) mecânica dos solos clássica – Fase I (1776 A 1856 d.C.) – trabalhos de Coulomb
(1976) e Rankine (1857), etc.
3) mecânica dos solos clássica – fase II (1856 A 1910 d.C.) – trabalhos de laboratório
de Darcy (1856), Boussinesq (1885) e Reynolds (1887), etc.
4) mecânica dos solos moderna (1910 a 1927 d.C.) – trabalhos de Atterberg (1908,
1911), Fontard (1914), Bell (1915), Fellenius (1918, 1926), Terzaghi (1925), Skempton
(1948, 1960), etc.
Mecânica dos Solos Atual
Maciços de solos são analisados sob o ponto de vista matemático, utilizando a teoria 
da elasticidade e plasticidade;
Os parâmetros dos solos são determinados através de ensaios de laboratório;
Comparação entre resultados previstos e observações (instrumentação).
Excelentes contribuições de Karl Terzaghi, Artur Casagrande, Donald W. Taylor, 
Laurits Bjerrrum e Ralph B. Peck.
Mecânica dos Solos
A publicação de Erdbaumechanik auf
Bodenphysikalisher Grundlage, por Karl Terzaghi em
1925, deu origem a uma nova era no desenvolvimento
de mecânica dos solos.
Karl Terzaghi é merecidamente reconhecido como o pai
da mecânica dos solos moderna.
“An engineering problem cannot be satisfactorily solved
unless the computation is based on a solid knowledge of
the mechanical properties of the materials involved, and
problems in earthwork engineering are no exceptions.”
K. Terzaghi
Particularidades dos solos
Quase todos os problemas do solo são estaticamente indeterminados em alto grau.
Ainda mais importante é o fato de que os depósitos naturais do solo possuem cinco
características complicadoras:
1. o solo não possui uma relação tensão-deformação linear ou única;
2. o comportamento do solo depende da pressão, tempo e ambiente;
3. o solo é diferente em praticamente todos os locais;
4. em quase todos os casos, a massa de solo envolvida é subterrânea e não pode ser vista
em sua totalidade, mas deve ser avaliada com base em pequenas amostras obtidas em
locais isolados;
5. maioria dos solos é muito sensível à perturbação da amostragem e, portanto, o
comportamento medido por um teste de laboratório pode ser diferente do solo in situ.
Mais informações sobre Mecânica dos Solos
• Sociedade Internacional de Mecânica dos Solos - ISSMGE
• Associação Brasileira de Mecânica dos Solos – ABMS
✓ Comitês Regionais
✓ Congressos nacionais e internacionais (COBRAMSEG, GEOSUL, etc)
✓ Palestras, webinars, apresentações de trabalhos, etc.
• IGS Brasil – Associação Brasileira de Geossintéticos
• Revistas nacionais e internacionais