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Disciplina: Mecânica dos Solos e Fundações

Prof. Caio Rubens

Ementa

A disciplina será dividida em 2 partes:

MECÂNICA DOS SOLOS: Parte na qual estudaremos as características e o comportamento dos diferentes solos existentes.

FUNDAÇÕES: Parte na qual estudaremos os tipos de fundações existentes e suas aplicações.

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EmentaMECÂNICA DOS SOLOS� Tipos de solos. � Caracterização dos solos.� Estados físicos do solo. � Compacidade das areias. � Consistência das argilas.� Índices físicos. � Classificação dos solos.� Investigações do subsolo (sondagens, ensaios de

campo – SPT, interpretação das investigações, critérios para elaboração de um programa de sondagens de simples reconhecimento

EmentaFUNDAÇÕES� Definições gerais.� Fundações: diretas ( ou rasas, ou superficiais):

tipos e detalhes construtivos, noção de tensão admissível, dimensionamento de sapatas em planta (associadas e isoladas).

� Fundações profundas em tubulões: tipos, noções de dimensionamento.

� Fundações profundas em estacas: tipos (métodos construtivos, vantagens, desvantagens, contra-indicações), noções de dimensionamento em planta.

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Avaliação� Avaliação Continuada.� 2 provas, 1 intermediária e outra no fim do Semestre.

� Trabalhos em grupo.� Participação durante as aulas.

� AC (3,0) � PR (7,0)

� Dividida em P1 (2,5) TR (1,0) e PF (3,5)

Bibliografia

BÁSICA

� PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.

� HACHICH, W, Fundações – Teoria e Prática. São Paulo: Pini. 2 Ed. 2003.

� VELLOSO, D. A.; LOPES, F.R. Fundações. Vol 1. Rio de Janeiro: Oficina Texto, 2004.

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BibliografiaCOMPLEMENTAR� ALONSO, Urbano Rodriguez. Exercícios de

Fundações.São Paulo: Edgard Blucher, 9 Ed. 1995.

� CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, Vol. 1 6 Ed. 1996, Vol. 2 6 Ed. 1995, Vol 6 4 Ed. 1994.

� TERZAGHI, K.; PECK, R.B. Soil Mechanics in Engineering Practice. New York: John Wiley & Sons, 3 Ed. 1996.

� VARGAS, Milton.Introdução à Mecânica dos Solos.São Paulo: USP/ McGraw Hill do Brasil, 1977.

� MELLO, V, F. B. TEIXEIRA, A. H. Fundações e Obras de Terra. São Paulo: USP, 1971.

Origem e natureza dos solos1.1 A origem dos solosTodos os solos se originam da decomposição dasrochas que constituíam inicialmente a crosta terrestre.Essa decomposição é decorrente de agentes físicos equímicos, por exemplo, variações de temperaturaprovocam trincas nas quais a água penetra e atacaquimicamente os minerais que constituem o solo.Outro exemplo é o congelamento da água nas trincasque, entre outros fatores, exerce elevadas tensões quevão provocar maior fragmentação dos blocos. Apresença da fauna e da flora promove o ataquequímico, por meio de hidratação, lixiviação, etc.

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Origem e natureza dos solos

O conjunto destes processos, leva a formaçãodos solos que, em conseqüência, são misturasde partículas pequenas que se diferenciam pelotamanho e pela composição química. A maiorou menor concentração de cada tipo departícula num solo depende da composiçãoquímica da rocha que lhe deu origem.

Origem e natureza dos solos1.2 Tamanho das partículas

A primeira característica que diferencia os solos é otamanho das partículas.- grãos perceptíveis a olho nu, como os grãos depedregulho ou a areia do mar,- grãos tão finos que, quando molhados, setransformam numa pasta, dificultando a visualização daspartículas individualmente.Não se percebe isso num primeiro contato com omaterial, simplesmente porque parecem todos muitospequenos quando comparados aos materiais com osquais estamos acostumados a lidar. Mas alguns sãoconsideravelmente menores do que outros.

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Origem e natureza dos solosExistem grãos de areia com dimensões de 1 a2 mm, e existem partículas de argila com dimensões daordem de 10 Angstrons (0,000001 mm), isto significaque, se uma partícula de argila fosse ampliada de formaa ficar com o tamanho de uma folha de papel, o grão deareia citado ficaria com diâmetro da ordem de 100 a200m.Num solo, geralmente convivem partículas de tamanhosdiversos. Não é fácil identificar o tamanho das partículaspelo simples manuseio do solo.

Origem e natureza dos solosQuando secas, partículas de areia e argila sãosemelhantes, exceto pelo tamanho, quando úmidas aaglomeração de partículas argilosas se transforma emuma pasta fina, enquanto a partícula arenosa éfacilmente reconhecida pelo tato.Para a determinação do tamanho dos grãos considera-se o seu diâmetro, porém trata-se de um “diâmetroequivalente” pois as partículas de um solo não sãoesféricas.Denominações específicas são empregadas para asdiversas faixas de tamanho dos grãos; seus limites,entretanto, variam conforme os sistemas declassificação.

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Origem e natureza dos solosOs valores adotados pela ABNT – AssociaçãoBrasileira de Normas Técnicas são os seguintes:

• Fração Matacão – φ de 25 cm a 1 m• Fração Pedra - φ de 7,6 cm a 25 cm• Fração Pedregulho - φ de 4,8 mm a 7,6 cm• Fração Areia grossa - φ de 2,0 mm a 4,8 mm• Fração Areia média - φ de 0,42 mm a 2,0 mm• Fração Areia Fina - φ de 0,05 mm a 0,42 mm• Fração Silte - φ de 0,005 mm a 0,05 mm• Fração Argila - φ inferior a 0,005mm


1.3 Identificação tátil-visual dos solosCom muita freqüência, seja porque o projeto nãojustifica economicamente a realização de ensaiosde laboratório, seja porque se está em fasepreliminar de estudo, em que ensaios de laboratórionão são disponíveis, é necessário descrever um solosem dispor de resultados de ensaios. O tipo de soloe seu estado têm de ser estimados. Isto é feito pormeio de uma identificação tátil-visual, manuseando-se o solo e sentindo sua reação ao manuseio.

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Cada profissional deve desenvolver sua própriahabilidade para identificar os solos. Só a experiênciapessoal e o confronto com resultados de laboratóriopermitirão o desenvolvimento desta habilidade. Algumasindicações como as que seguem podem ajudar.

Em geral, nos sistemas de classificação o primeiroaspecto a considerar é a provável quantidade departículas grossas (areia e pedregulho) existentes nosolo.

Origem e natureza dos solosGrãos de pedregulho são bem distintos, mas grãos deareia, ainda que visíveis individualmente a olho nu, poistêm diâmetros superiores a cerca de 0,1mm, podem seencontrar envoltos por partículas mais finas, podendoser confundidos com agregações de partículas de argilasou siltes.Para que se possa sentir nos dedos a existência de grãos de areia, é necessário que o solo seja umedecido, de forma que os torrões de argila se desmanchem. Os grãos de areia, mesmo os menores, podem ser sentidos pelo tato no manuseio.

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Se a amostra de solo estiver seca, a proporção de grãosfinos e grossos pode ser estimada esfregando-se umapequena porção do solo sobre uma folha de papel. Osgrãos finos (siltes e argilas) se impregnam no papel,ficando isolados dos grãos de areia.Definido se o solo é uma areia ou um solo fino, restaestimar se os finos apresentam características de siltesou de argilas. Alguns procedimentos para estaestimativa são descritos a seguir:


Resistência a seco – Umedecendo-se uma argila,moldando-se uma pequena pelota irregular (dimensõesda ordem de 2 cm) e deixando-a secar ao ar, esta pelotaficará muito dura e, quando quebrada, se dividirá empedaços bem distintos. Ao contrário, pelotassemelhantes de siltes são menos resistentes e sepulverizam quando quebradas.

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“Shaking test” – Formando-se uma pasta úmida(saturada) de silte na palma da mão, quando se bateesta mão contra a outra, nota-se o surgimento de águana superfície. Apertando-se o torrão com os dedospolegar ou indicador da outra mão, a água irá fluir parao interior da pasta. No caso das argilas, o impacto dasmãos não provoca o aparecimento de água.

Origem e natureza dos solos1.3 Ensaios para identificação dos solosAnálise GranulométricaPara o reconhecimento do tamanho dos grãos de umsolo, realiza-se a análise granulométrica, em geral, emduas fases: peneiramento e sedimentação. O peso domaterial que passa em cada peneira, referido ao pesoseco da amostra, é considerado como a “porcentagemque passa”, e representado graficamente em função daabertura da peneira, esta em escala logarítmica. Aabertura nominal da peneira é considerada como odiâmetro das partículas.

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Trata-se, como mencionado anteriormente, de um “diâmetro equivalente”, pois as partículas não são esféricas.A análise por peneiramento tem como limitação a abertura da malha das peneiras, que não pode ser tão pequena quanto o diâmetro mínimo de interesse. A menor peneira empregada é a de n°200, que tem abertura da malha de 0,075 mm


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Origem e natureza dos solosQuando há interesse no conhecimento da distribuiçãogranulométrica da porção mais fina dos solos, emprega-se a técnica da sedimentação, que se baseia na Lei deStokes: a velocidade (V) de queda de partículasesféricas num fluído atinge um valor limite que dependedo peso específico do material da esfera (γs), do pesoespecífico do fluído (γw), da viscosidade do fluido (µ) edo diâmetro da esfera (D), conforme a expressão:

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18D

wsV ×

×

−=

µµµµ

γγγγγγγγ

Origem e natureza dos solosColocando-se uma certa quantidade de solo emsuspensão em água, as partículas cairão em velocidadesproporcionais aos quadrado de seus diâmetros.No início do ensaio a densidade do fluído é igual emtoda a profundidade, mas com o passar do tempo aspartículas vão caindo e a densidade da parte superiorvai diminuir.As densidades da suspensão são determinadas com umdensímetro que também indica a profundidadecorrespondente.

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Diversas leituras com o densímetro serão realizadas emdiversos intervalos de tempo, essas leiturasdeterminarão, por meio da aplicação da lei de Stokes, osdiâmetros das partículas de solo fino, quecomplementarão a curva granulométrica obtida porpeneiramento.Uma das operações mais importantes da sedimentaçãono ensaio de granulometria, é a separação de todas aspartículas, de forma que elas possam sedimentarisoladamente.

Origem e natureza dos solosNa situação natural é freqüente que as partículasestejam agregadas. Se estas aglomerações não foremdestruídas serão determinados os diâmetros dos flocose não os das partículas isoladas. Para estadesagregação, adiciona-se um produto químico, comação defloculante, deixa-se a amostra imersa por 24horas e provoca-se uma agitação mecânicapadronizada. Mesmo quando se realiza só openeiramento, esta preparação também é necessária,pois se não for feita ficarão retidas nas peneirasagregações de partículas e não as partículaspropriamente ditas.

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