Flvio Alchaar BarbosaTefilo Otoni, maro de 2015

UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI

Departamento de Engenharia CivilMECNICA DOS SOLOS

Mecnica dos Solos 2

Mecnica dos Solos 3

Ramo da cincia que lida com a interferncia de obras de infraestrutura, de qualquernatureza, com a sua fundao, seja ela em solo ou rocha.

Engloba trs cincias: Geologia de Engenharia; Mecnica dos Solos; Mecnica das Rochas

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Mecnica dos Solos: cincia que estuda as propriedades fsicas do solo e procura prever ocomportamento de macios terrosos quando sujeitos a solicitaes provocadas por obrasde engenharia ou esforos naturais.

Todas as obras de engenharia, de uma forma ou de outra, apoiam-se sobre o solo, e muitasdelas utilizam o prprio solo como elemento de construo (por exemplo, barragens eaterros).

O conhecimento dessas cincias fundamental para que o engenheiro, de modo geral, atueem projetos que envolva escavao, compactao de aterros, tratamentos de fundaes,instrumentao de obras, percolao de fluidos em solos e rochas, contenes, etc... .

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SOLO: agregados no cimentados de partculas slidas (gros minerais, restos orgnicosem decomposio ou no), com lquidos e gases nos espaos vazios. o material resultanteda decomposio das rochas pela ao de agentes de intemperismo.

O solo formado pela degradao e eroso das rochas. Consequentemente, suaspropriedades fsicas so determinados pelos minerais que constituem a rocha original eque deram origem aos minerais.

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Antiguidade Sculo XVIII: experimentos sem nenhum carter cientfico. Obras incluamtaludes de estradas, diques de irrigao e construo de grandes estruturas (algumasruram, outra encontram-se firmes).

Torre de PisaConstruo teve incio em 1173 e durou200 anos. A estrutura pesa 15.700 ton,sendo suportada por uma base de 20,0m , apoiada sobre argila mole (11,0 mde profundidade).

Chegou a estar 5,0 m fora de prumo!

Obras de conteno estabilizaram omonumento.

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Sculo XVIII (1700-1776): iniciam-se estudos do solo de encostas naturais (determinaodo ngulo de repouso de gros - Gautier (1660-1773). Conceitos de muro de arrimo epresses laterais.

(1776-1927): Cientistas estabelecem inmeros critrios para anlise dos solos.Determinadas as equaes para clculos de tenses, rupturas e fluxo (Coulomb, 1773;Rankine, 1856; Darcy, 1856).

Terzaghi (1936): No suficiente determinar, em laboratrio, parmetros de resistncia edeformabilidade em amostras de solo.

O comportamento dos solos depende do movimento e da interao das partculas entre si(mecnica de sistemas particulados Lambe e Whitman, 1969).

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Escavaes, construo de tneis.

Desabamento durante construo da linha 4 do metr (2007)

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Conteno de taludes

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Construo de tneisparalelos

Cabea de perfuraotnel

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Teor de umidade

ndice de Estado do Solo

Peso Volume

ndices de vazios Porosidade Peso especfico Grau de saturao

Natural

Saturado

Seco

Submerso

Determinado em Laboratrio

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ndices fsicos so valores que tentam representar as condies fsicas de um solo noestado em que ele se encontra. So de fcil determinao em laboratrios de geotecnia epodem servir como dados valiosos para identificao e previso do comportamentomecnico do solo.

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= + = + + = = = =

1.0

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Assumindo que o peso do ar insignificante, o peso da amostra pode ser dado por:

= + = =

definido como a proporo do volume de vazios em relao ao volume de slidos.Embora possa variar, teoricamente, de 0 a , o menor valor encontrado em campo parao ndice de vazios de 0,25 (para uma areia muito compacta com finos) e o maior de 15(para uma argila altamente compressvel).

e =

definida como a proporo do volume de vazios em relao ao volume total.

n =

3.0

Mecnica dos Solos 15

4.0

2.0

definido como a proporo do volume de gua em relao ao volume de vazios. Variade 0% para um solo seco a 100% para um solo saturado.

S =

5.0

A relao entre o ndice de vazios e a porosidade pode ser derivada a partir dasequaes 1.0 , 3.0 4.0

= =

= 1 = 1 6.0Alm disso, da equao 6.0

= 1 + 7.0Mecnica dos Solos 16

a relao entre a massa ou o peso da gua contida no solo e a massa ou o peso de suafase slida, expressa em percentagem. A umidade varia teoricamente de 0 a . Osmaiores valores conhecidos no mundo so os de algumas argilas japonesas que chegama 1400%. Em geral os solos brasileiros apresentam umidade natural abaixo de 50%. Seocorre matria orgnica, esta umidade pode aumentar muito, podendo chegar at a400% em solos turfosos.

8.0

9.0

=

100 =

100

o peso de solo por unidade de volume

=

ou

== +

= 1 +

= 1 +

10.0

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Para resolver problemas de obras de terra, deve-se saber o peso por volume unitrio desolo, excluindo a gua.

11.0

13.0

=

A partir das equaes 10.0 e 11.0 , a relao entre peso especfico seco e o teor deumidade pode ser dada por:

e

= 1 + 12.0 =

=

= 3 = 3 = =

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A unidade do volume total, V, 3.O peso especfico em 3 pode ser obtido das massas especficas em 3 como

3 = 31000

3 = 31000Em que = = 9,81 2.Observe que o peso especfico da gua igual a 9,81 3, 62,4 3 ou1000 3.

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Considerando um volume de solo no qual o volume dos slidos 1, tm-se que:

= Peso dos slidos no solo = = Peso da gua

Mecnica dos Solos 20

= = =

= = =

Usando as definies de peso especfico seco [equaes (9.0) e (11.0)], tm-se

== +

= + 1 + = 1 + 1 + 14.0 = = 1 + =

1

e

ou

15.0

16.0

Mecnica dos Solos 21

Como o peso da gua para o elemento de solo considerado o volume ocupado pela gua

17.0

ou

= = = A partir da definio de grau de saturao [equao (5.0)], tm-se

= =

= Esta equao til para resolver problema envolvendo relaes de trs fases

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Se a amostra de solo estiver saturada, ou seja, os vazios estiverem completamente preenchidoscom gua a relao para o peso especfico saturado pode ser obtida de forma similar.

18.0 = = + = + 1 + = + 1 +

Mecnica dos Solos 23

Trabalhando com massas especficas expressas no SI, as seguintes equaes, similares srelaes de peso especfico dadas nas equaes (14.0), (15.0) e (18.0) sero teis:

= 1 + 1 + = 1 +

= + 1 +

Massa especfica

Massa especfica seca

Massa especfica saturada

19.0

20.0

21.0

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Onde = = 1.000 3

A relao entre peso especfico, porosidade e teor de umidade pode ser obtida de forma similar quela apresentada na seo anterior. Considere um solo que tenha volume total a 1 figura abaixo.

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=

Se igual a 1, ento igual a , portanto =1 . O peso dos slidos do solo e o peso da gua podem ser expressos conforme indicado a seguir:

= 1 = = 1

Assim, o peso especfico seco igual a

= = 1 1 = 1 O peso especfico natural igual a

= +

= 1 1 +

21.0

22.0

23.0

24.0

A figura abaixo mostra uma amostra de solo saturada e tem = 1.De acordo com esta figura

Mecnica dos Solos 26

O teor de umidade de uma amostra de solo saturado pode ser expresso como

= + = 1 + 1 = 1 + =

= 1 = 1 26.0

25.0

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Peso especfico natural

Dados Relao

,, 1 + 1 + ,, + 1 + ,, 1 + 1 + ,, 1 1 + ,, 1 +

Mecnica dos Solos 28

Peso especfico aparente seco

Dados Relao

, w 1 + , 1 + , 1 ,, 1 + e,w, 1 + , 1 + , , 1

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Peso especfico saturado

Dados Relao

, + 1 + , 1 +

, 1 + 1 + , 1 + 1 + , 1 + , + 1 + , , 1 1 +

, 1 +

Mecnica dos Solos 30

O termo compacidade relativa geralmente usado para indicar o estado de compacidade in situ do solo granular. definido como

= Em que

: compacidade relativa, normalmente expressa em porcentagem: ndice de vazios do solo in situ: ndice de vazios do solo no estado mais fofo: ndice de vazios do solo no estado mais compacto

Compacidade relativa (%) Descrio do depsito de solo

0-15 Muito fofo

15-50 Fofo

50-70 Medianamente compacto

70-85 Compacto

85-100 Muito compacto

Mecnica dos Solos 31

As relaes para compacidade relativa podem ser definidas tambm em termos de porosidade, ou

= 1 = 1

= 1 Em que e = porosidade do solo nas condies mais fofa e mais compacta, respectivamente.

= 1 1

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Mecnica dos Solos 33

Para uma amostra de solo mido, so dados: Volume total: = 1,23 Massa total: = 2.350 Teor de umidade: = 8,6% Peso especfico relativo dos slidos de solo: = 2,71

Determine o seguinte.a) Massa especfica midab) Massa especfica secac) ndice de vaziosd) Porosidadee) Grau de saturaof) Volume de gua na amostra de solo

Exemplos de Aplicao

Mecnica dos Solos 34

Soluo:

Da equ. (13.0)

= = 2.3501,2 = 1958,3 3

Massa especfica mida:

Massa especfica seca:

Da equ. (13.0)

= 1 + = 2.3501 + 8,6100 = 2163,9 = = 1 + = 2.3501 + 8,6100 1,2 = 1803,3 3

Exemplos de Aplicao

Mecnica dos Solos 35

Soluo:

Da equ. (19.0)

ndice de vazios:

Da equ. (4.0)

= 1 + =

1 = 2,71 1.0001803,3 1 = 0,503

Porosidade:

= 1 + = 0,5031 + 0,503 = 0,335

Exemplos de Aplicao

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Soluo:

Da equ. (17.0)

Grau de Saturao:

Volume de gua na amostra de solo:

=

= 8,6100 2,710,503 = 0,463 = 46,3%

=

= 1 +

= 2.350 2.3501 + 8,61001.000 = 0,1863

Exemplos de Aplicao

Mecnica dos Solos 37

Para determinado solo arenoso, = 0,82 e = 0,42, seja = 2,66. No campo, o solo compactado para uma massa especfica mida de 1720 3, com teor de umidade 9%.Determine a compacidade da compactao.

Soluo:

Ou

= 1 +

1 = 2,66 1000 1 + 0,091720 1 = 0,686Logo, tm-se que

= = 0,82 0,6860,82 0,42 = 0,335 = 33,5%Logo o solo a descrio do depsito de solo fofo

= 1 + 1 +

Exemplos de Aplicao

Resistncia dos Materiais I 38

BRAJA, M. Das. Fundamentos da Engenharia Geotcnica; So Paulo: Thomson Learning, 2007.

PINTO, Carlos S. Curso Bsico de Mecnica dos Solos: em 16 aulas; So Paulo: Oficina de Textos,2000.

LAMBE, T. William; WHITMAN, Robert V. Soil Mechanics; USA: Paperback, 1997.

Estes slides uma compilao de diversos materiais: sites, livros, slides mencionados acima

Nmero do slide 1SumrioSumriogeotecniaGeotecnia e mecnica dos solosMecnica dos soloshistricohistricoObras de engenhariaObras de engenhariaObras de engenhariandices de estado do solondices fsicosRelaes entre peso e volumeRelaes entre peso e volumeRelaes entre peso e volumeRelaes entre peso e volumeRelaes entre peso e volumeRelaes entre peso e volumeRelaes entre peso especfico, ndice de vazios, teor de umidade e densidade dos grosRelaes entre peso especfico, ndice de vazios, teor de umidade e densidade dos grosRelaes entre peso especfico, ndice de vazios, teor de umidade e densidade dos grosRelaes entre peso especfico, ndice de vazios, teor de umidade e densidade dos grosRelaes entre peso especfico, ndice de vazios, teor de umidade e densidade dos grosRelaes entre peso especfico, porosidade e teor de umidadeRelaes entre peso especfico, porosidade e teor de umidadeVrias formas de relaes para , e Vrias formas de relaes para , e Vrias formas de relaes para , e Compacidade relativaCompacidade relativaNmero do slide 32Exemplos de AplicaoExemplos de AplicaoExemplos de AplicaoExemplos de AplicaoExemplos de AplicaoReferncias Bibliogrficas