Mecânica Dos Solos I

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    15-Oct-2015

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  • Universidade Federal da Bahia Escola PolitcnicaDepartamento de Cincia e Tecnologia dos Materiais

    (Setor de Geotecnia)

    MECNICA DOS SOLOS IConceitos introdutrios

    Autores: Sandro Lemos Machado e Miriam de Ftima C. Machado

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    MECNICA DOS SOLOS IConceitos introdutrios

    SUMRIO1. INTRODUO AO CURSO. 3

    1.1 Importncia do estudo dos solos 31.2 A mecnica dos solos, a geotecnia e disciplinas relacionadas. 31.3 Aplicaes de campo da mecnica dos solos. 41.4 Desenvolvimento do curso. 4

    2. ORIGEM E FORMAO DOS SOLOS. 52.1 Conceituao de solo e de rocha. 52.2 Intemperismo. 52.3 Ciclo rocha solo. 72.4 Classificao do solo quanto a origem e formao. 9

    3. TEXTURA E ESTRUTURA DOS SOLOS. 163.1 Tamanho e forma das partculas. 163.2 Identificao tctil visual dos solos. 173.3 Anlise granulomtrica. 193.4 Designao segundo NBR 6502. 223.5 Estrutura dos solos. 233.6 Composio qumica e mineralgica 24

    4. FASES SLIDA GUA AR. 274.1 Fase slida. 274.2 Fase gasosa. 274.3 Fase lquida. 27

    5. LIMITES DE CONSISTNCIA. 285.1 Noes bsicas 285.2 Estados de consistncia. 285.3 Determinao dos limites de consistncia. 295.4 ndices de consistncia 315.5 Alguns conceitos importantes. 32

    6. CLASSIFICAO DOS SOLOS. 356.1 Classificao segundo o Sistema Unificado de Classificao dos Solos (SUCS). 366.2 Classificao segundo a AASHTO. 41

    7. NDICES FSICOS. 457.1 Generalidades. 457.2 Relaes entre volumes. 457.3 Relao entre pesos e volumes pesos especficos ou entre massas e volumes

    massa especfica. 467.4 Diagrama de fases. 477.5 Utilizao do diagrama de fases para a determinao das relaes entre os diversos

    ndices fsicos. 487.6 Densidade relativa 487.7 Ensaios necessrios para determinao dos ndices fsicos. 49

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    7.8 Valores tpicos. 50

    8. DISTRIBUIO DE TENSES NO SOLO 518.1 Introduo. 518.2 Tenses em uma massa de solo. 518.3 Clculo das tenses geostticas. 538.4 Exemplo de aplicao. 558.5 Acrscimos de tenses devido cargas aplicadas. 56

    9. COMPACTAO. 729.1 Introduo 729.2 O emprego da compactao 729.3 Diferenas entre compactao e adensamento. 729.4 Ensaio de compactao 739.5 Curva de compactao. 739.6 Energia de compactao. 759.7 Influncia da compactao na estrutura dos solos. 769.8 Influncia do tipo de solo na curva de compactao 769.9 Escolha do valor de umidade para compactao em campo 779.10 Equipamentos de campo 789.11 Controle da compactao. 809.12 ndice de suporte Califrnia (CBR). 82

    10. INVESTIGAO DO SUBSOLO. 8510.1 Introduo. 8510.2 Mtodos de prospeco geotcnica. 86

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    1. INTRODUO AO CURSO

    Quase todas as obras de engenharia tm, de alguma forma, de transmitir as cargassobre elas impostas ao solo. Mesmo as embarcaes, ainda durante o seu perodo deconstruo, transmitem ao solo as cargas devidas ao seu peso prprio. Alm disto, emalgumas obras, o solo utilizado como o prprio material de construo, assim como oconcreto e o ao so utilizados na construo de pontes e edifcios. So exemplos de obrasque utilizam o solo como material de construo os aterros rodovirios, as bases parapavimentos de aeroportos e as barragens de terra, estas ltimas podendo ser citadas comopertencentes a uma categoria de obra de engenharia a qual capaz de concentrar, em um slocal, uma enorme quantidade de recursos, exigindo para a sua boa construo umagigantesca equipe de trabalho, calcada principalmente na interdisciplinaridade de seuscomponentes. O estudo do comportamento do solo frente s solicitaes a ele impostas porestas obras portanto de fundamental importncia. Podese dizer que, de todas as obras deengenharia, aquelas relacionadas ao ramo do conhecimento humano definido como geotecnia(do qual a mecnica do solos faz parte), so responsveis pela maior parte dos prejuzoscausados humanidade, sejam eles de natureza econmica ou mesmo a perda de vidashumanas. No Brasil, por exemplo, devido ao seu clima tropical e ao crescimento desordenadodas metrpoles, um sem nmero de eventos como os deslizamentos de encostas ocorrem,provocando enormes prejuzos e ceifando a vida de centenas de pessoas a cada ano. Vsedaqui a grande importncia do engenheiro geotcnico no acompanhamento destas obras deengenharia, evitando por vezes a ocorrncia de desastres catastrficos. ! " "

    Por ser o solo um material natural, cujo processo de formao no depende de formadireta da interveno humana, o seu estudo e o entendimento de seu comportamento dependede uma srie de conceitos desenvolvidos em ramos afins de conhecimento. A mecnica dossolos o estudo do comportamento de engenharia do solo quando este usado ou comomaterial de construo ou como material de fundao. Ela uma disciplina relativamentejovem da engenharia civil, somente sistematizada e aceita como cincia em 1925 porTerzaghi (Terzaghi, 1925), que conhecido com todos os mritos, como o pai da mecnicados solos.

    Um entendimento dos princpios da mecnica dos slidos essencial para o estudo damecnica dos solos. O conhecimento e aplicao de princpios de outras matrias bsicascomo fsica e qumica so tambm teis no entendimento desta disciplina. Por ser ummaterial de origem natural, o processo de formao do solo, o qual estudado pela geologia,ir influenciar em muito no seu comportamento. O solo, como veremos adiante, ummaterial trifsico, composto basicamente de ar, gua e partculas slidas. A parte fluida dosolo (ar e gua) pode se apresentar em repouso ou pode se movimentar pelos seus vaziosmediante a existncia de determinadas foras. O movimento da fase fluida do solo estudadocom base em conceitos desenvolvidos pela mecnica dos fluidos. Podese citar ainda algumasdisciplinas, como a fsica dos solos, ministrada em cursos de agronomia, como de grandeimportncia no estudo de uma mecnica dos solos mais avanada, denominada de mecnicados solos no saturados. Alm disto, o estudo e o desenvolvimento da mecnica dos solos sofortemente amparados em bases experimentais, a partir de ensaios de campo e laboratrio.

    A aplicao dos princpios da mecnica dos solos para o projeto e construo defundaes denominada de "engenharia de fundaes". A engenharia geotcnica (ou

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    geotecnia) pode ser considerada como a juno da mecnica dos solos, da engenharia defundaes, da mecnica das rochas, da geologia de engenharia e mais recentemente dageotecnia ambiental, que trata de problemas como transporte de contaminantes pelo solo,avaliao de locais impactados, projetos de sistemas de proteo em aterros sanitrios, etc. #" $" % & "

    Fundaes: As cargas de qualquer estrutura tm de ser, em ltima instncia,descarregadas no solo atravs de sua fundao. Assim a fundao uma parte essencial dequalquer estrutura. Seu tipo e detalhes de sua construo podem ser decididos somente com oconhecimento e aplicao de princpios da mecnica dos solos.

    Obras subterrneas e estruturas de conteno: Obras subterrneas como estruturasde drenagem, dutos, tneis e as obras de conteno como os muros de arrimo, cortinasatirantadas somente podem ser projetadas e construdas usando os princpios da mecnica dossolos e o conceito de "interao soloestrutura".

    Projeto de pavimentos: o projeto de pavimentos pode consistir de pavimentosflexveis ou rgidos. Pavimentos flexveis dependem mais do solo subjacente para transmissodas cargas geradas pelo trfego. Problemas peculiares no projeto de pavimentos flexveis soo efeito de carregamentos repetitivos e problemas devidos s expanses e contraes do solopor variaes em seu teor de umidade.

    Escavaes, aterros e barragens: A execuo de escavaes no solo requerfreqentemente o clculo da estabilidade dos taludes resultantes. Escavaes profundaspodem necessitar de escoramentos provisrios, cujos projetos devem ser feitos com base namecnica dos solos. Para a construo de aterros e de barragens de terra, onde o solo empregado como material de construo e fundao, necessitase de um conhecimentocompleto do comportamento de engenharia dos solos, especialmente na presena de gua. Oconhecimento da estabilidade de taludes, dos efeitos do fluxo de gua atravs do solo, doprocesso de adensamento e dos recalques a ele associados, assim como do processo decompactao empregado essencial para o projeto e construo eficientes de aterros ebarragens de terra. ' ($ ) )

    Este curso de mecnica dos solos pode ter sua parte terica dividida em duas partes:uma parte envolvendo os tpicos origem e formao dos solos, textura e estrutura dos solos,anlise granulomtrica, estudo das fases arguapartculas slidas, limites de consistncia,ndices fsicos e classificao dos solos, onde uma primeira aproximao feita com o temasolos e uma segunda parte, envolvendo os tpicos presses geostticas, compactao,permeabilidade dos solos, compressibilidade dos solos, resistncia ao cisalhamento eempuxos de terra, onde um tratamento mais fundamentado na tica da engenharia civil dadoaos solos.

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    2. ORIGEM E FORMAO DOS SOLOS.

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    Quando mencionamos a palavra solo j nos vem a mente uma idia intuitiva do que setrata. No linguajar popular a palavra solo est intimamente relacionada com a palavra terra, aqual poderia ser definida como material solto, natural da crosta terrestre onde habitamos,utilizado como material de construo e de fundao das obras do homem. Uma definioprecisa e teoricamente sustentada do significado da palavra solo contudo bastante difcil, demodo que o termo solo adquire diferentes conotaes a depender do ramo do conhecimentohumano que o emprega. Para a agronomia, o termo solo significa o material relativamentefofo da crosta terrestre, consistindo de rochas decompostas e matria orgnica, o qual capazde sustentar a vida. Desta forma, os horizontes de solo para agricultura possuem em geralpequena espessura. Para a geologia, o termo solo significa o material inorgnico noconsolidado proveniente da decompo