mec solo ms

MECÂNICA DOS

SOLOS

ProfessoraMonica Stuermer

Programação

12/abr

Movimento de massas

01/fev Apresentação 19/abr Contenções

08/fev Origem e formação dos solos 26/abr Fundações

15/fevFrações e mineralogia

03/maiFundações sapatas/

entrega trabalho

22/fev

Sondagens

10/mai

Fundações tubulões

01/marEstudo de tensões e resistência

dos solos 17/maiFundações estacas

08/mar

Permeabilidade, adensamento

24/mai

Escolha de fundações

15/mar Terraplenagem e Compactação 07/jun 2 avaliação

22/mar 1 avaliação 14/jun Fechamento de notas

05/abr Geotecnia e ocupação urbana 21/jun Pendencias

AULA 2

Origem e formação dos solos

Frações e mineralogia dos solos

MineralÉ um elemento ou um composto químico, via de regra resultantes de processos inorgânicos, de

composição química geralmente definida e encontrado naturalmente na crosta terrestre.

Magnetita Fe3O4

RochaAgregado natural, formado de um ou mais minerais, que constitui parte essencial da

crosta terrestre.Fonte: Leinz,Viktor –Geologia Geral

SOLO é o material que recobre a crosta terrestre, acima ou abaixo do mar, resultante do intemperismo das rochas, podendo ou não conter matéria orgânica.


Processos de formação do solo: intemperismo

Fatores de influência :

• Tipo de rocha;

• Condições climáticas;

• Cobertura Vegetal;

• Relevo;

• Duração da ação química.

Conjunto de processos mecânicos, químicos e biológicos que ocasionam a desintegração e decomposição das rochas.

Processos de formação do solo: intemperismo


Residual ou Autóctone: quando se

deriva de material situado

imediatamente abaixo.

Transportado: quando passou por movimentação e

transporte, de forma que não guarda uma relação direta

com o material que se encontra imediatamente abaixo.

Em alguns casos, várias camadas de solo podem ser

empilhadas uma sobre a outra, sendo cada uma bem

diferente das demais.

Solos Orgânicos

São aqueles que contem uma quantidade apreciável de matéria orgânica decorrente de decomposição de origem vegetal ou animal, em vários estados de decomposição. Apresentam cor escura e odor característico.


Foto: João Roberto Correia

Perfil do solo, que é uma pequena porção da

superfície da terra que possui horizontes

ou camadas, que nos permite a

interpretação, identificação, classificação

do solo.

Esses horizontes e camadas são

nomeados com letras, nesse caso

podemos dividir proximadamente os

horizontes e camadas do perfil como

mostra a figura.

Perfil do solo

• B-Horizonte,no qual não se

pode reconhecer vestigios

das estruturas da rocha

mãe, eventualmente

conhecido como laterítico

• O:- horizonte onde predomina

restos de matéria orgânica em

processo de decomposição.

• A:- horizonte escuro com

acúmulo de material orgânico

em estado avançado de

alteração (material húmico,

humus) intimamente

misturado com a fração

mineral, onde se processa

uma alta atividade biológica.

É o horizonte mais afetado

pelas atividades agrícolas

• C:- Horizonte pouco

atingido pelos

processos

pedogênicos, onde se

pode encontrar muitas

das características e

estruturas da rocha

mãe. Também

conhecido como

saprolítico.

Perfil do solo residual

Solos sedimentares

Quanto à Idade de formação

Terciário, Quaternário, etc...

Quanto ao agente transportador

Aluvionares (água)

Coluvionares (gravidade)

Eólicos (vento)

glaciares (geleiras)

FRAÇÃO GRANULOMÉTRICA DIÂMETRO (mm)

Matacão 1000 - 200

Pedregulho 200 –2

Areia grossa 2 – 0,5

Areia média 0,5 – 0,2

Areia fina 0,2 – 0,05

Silte 0,05 – 0,002

Argila < 0,002

Granulometria do solo

fino médio grosso fina média grossa fino médio grosso

AB

NT

MIT

Diâ

met

ro (m

m)

Argila Silte Areia Pedregulho

Ensaio de sedimentação Ensaio de peneiramento

0,00

20,

005

0,00

6

0,02

0,06

0,05

0,25

0,2

0,84

0,6

5,0

2,0

6,0

20,0

50,0

60,0


Matacão – fragmento de rocha transportado ou não, comumente arredondado por intemperismo ou abrasão, com uma dimensão compreendida entre 200 mm e 1,0 m.

Pedregulho – solos formados por minerais ou partículas de rocha. Quando arredondados ou semi-arredondados, são denominados cascalhos ou seixos

Areia – : origina-se da alteração de rochas que contém quartzo e outros silicatos. Solo inerte, não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas, com formato aproximadamente esférico.

Silte – solo que apresenta baixo ou nenhuma plasticidade, baixa resistência quando seco ao ar.

Argila – origina-se de argilo-minerais (caulinita, esmectita, etc) ou óxidos (hematita, goethita, etc) Apresenta características marcantes de plasticidade; quando suficientemente úmido, molda-se facilmente em diferentes formas, quando seco, apresenta coesão suficiente para construir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos. Caracteriza-se pela sua plasticidade, textura e consistência em seu estado e umidade naturais.


Textura fina Textura grosseira

ARGILOSOS ARENOSOS

retenção de água elevada Retenção de água baixa

Baixa permeabilidade Alta permeabilidade

Coesão elevada Coesão baixa

Consistência plástica e pegajosa (molhado) e dura (seco)

Consistência friável (seco ou molhado)

Densidade do solo menor Densidade do solo maior

Aeração deficiente Boa aeração

Solos bem estruturados Solos sem estrutura

Difícil preparo mecânico, mais ricos em elementos fertilizantes

Fácil preparo mecânico, mais pobres em elementos fertilizantes

AULA 3

Sondagem de reconhecimento dos solos

Sondagem de simples reconhecimento - SPT

A investigação das propriedades mecânicas dos solos é fundamental para que sobre ele se assente uma edificação com a segurança necessária.

O conhecimento do solo é condição necessária para a elaboração de um projeto racional e seguro.

Sondagem

é o conjunto de operações executadas com o objetivo de se obter simultaneamente os quatro requisitos básicos para a investigação do solo.

Sondagem compreende:

Perfuração

Amostragem

Relatório

Alguns itens básicos de uma investigação de sondagem são:• Número mínimo de sondagens;• Localização dos furos de sondagem;• Profundidade.

SONDAGENS DE RECONHECIMENTO NBR – 8036/83


Relatório:

1.Determinação do tipo de solo

2.Determinação da condição

3.Determinação da espessura das camadas

4.Informações sobre ocorrência de água

Compacidade das areias

Consistência das argilas

Sondagem de simples reconhecimento – SPT

Prof. Helcio Masini 21

Sondagem SPT

Cravação de haste com amostrador

Assessórios


Etapas de execução:

1) Coletar amostras do solo, através da retirada de amostra deformada a cada 1 metro de profundidade;

2) Obter o nº de golpes necessários para a cravação do amostrador padrão no solo, à cada metro;

3) Obter a posição do nível d’água

A obtenção do numero de golpes é bastante simples: a cada metro de profundidade, contar o número de golpes para penetrar 15 cm, em 3 sequencias, até atingir-se 45 cm.

O número SPT (N) será a soma golpes necessários para penetrar os últimos 30cm


Número mínimo de sondagens

Para áreas de edificação em planta menores do que 200 m2, no mínimo 2 furos e para áreas entre 200 e 400 m2, no mínimo 3 furos.

Deve ser feito um furo a cada 200 m2 de edificação em planta de até 1200 m2 e um furo a cada 400 m2 de edificação em planta para áreas entre 1200 e 2400 m2.

Para áreas superiores a 2400 m2, deve ser realizado plano específico.

Localização dos furos

Distância máxima de 100 m entre furos. Adota-se, normalmente, de 15 a 20 m.

Priorizar as posições relevantes na obra e pontos de maior carga: escadas, elevadores e reservatórios.

Caso o projeto arquitetônico não esteja definido ainda, podem surgir pontos de sondagem a analisar após a definição do projeto.

As sondagens não devem estar alinhadas

A profundidade a ser atingida na sondagem é normalmente até a camada impenetrável,a partir de ensaios de campo usuais.Também se pode definir a profundidade, em alguns tipos de fundação, com consulta aoprojetista.

0

15

30

45

50

Resistência à Penetração

N

Índice de Resistência à Penetração (N) = nº de golpes necessários à cravação do amostrador 2ª e 3ª camadas.

N

20 golpe

s

1 go

lpe 30 golpe

s

Sondagem SPTSondagem de simples reconhecimento - SPT

AULA 4

Estudo de tensões e resistência dos solos

31

Estudo de tensões

Solos são constituídos de partículas, quaisquer esforços a ele aplicados, serão transmitidos partícula a partícula, além dos suportados pela água dos vazios.

Tensão Normal Tensão Cisalhante

área

Nárea

T

Pressão Vertical Total – é aquela que corresponde ao peso de tudo que estiver acima do ponto em estudo.

Pressão neutra – é a da água intersticial nos solos saturados.

Pressão vertical efetiva – é a correspondente à pressão média nos contatos entre os grãos de solo, isto é, é a parcela do peso total suportada pelos sólidos do solo.

Estudo de tensões

O experimento de Terzaghi

Experimento de Terzaghi – analogia da esponja

Estudo de tensões

Se a Pressão Efetiva for negativa ou igual a 0, significa que não há pressão e nem contato entre os grãos do solo que podem se

mover livremente como um fluido.

Fenômeno da Liquefação das areias

Areia Movediça

Conclusão de Terzaghi

O comportamento do solo, sua resistência, e sua deformabilidade, variam exclusivamente com a Pressão Efetiva.

Isto é somente a pressão efetiva produz efeito no solo.

O experimento de Terzaghi

Estudo de tensões

Exemplo numérico:

Uma piscina tem dimensões de 10 m por 7 m, profundidade útil de 3 m e um peso de estrutura de 78 tf , escavada em um solo arenoso cujo lençol freático se encontra a 1 m de profundidade.

Quando a mesma foi esvaziada para limpeza, sofreu ruptura da laje do fundo. Explicar o fenômeno e resolver o problema.

Estudo de tensões

AULA 5

Permeabilidade e adensamento dos solos

Fonte: Bechara, 2006

O estudo da percolação de água no solo, ou seja, a permeabilidade, éimportante porque intervêm num grande número de problemas práticos, tais como drenagem, rebaixamento do nível d’água, cálculo de vazões, análise de recalques e estudo de estabilidade.

Permeabilidade dos solos

O solo como sistema de armazenamento de água

O interior da Terra funciona como um vasto reservatório subterrâneo para a acumulação e circulação das águas que nele se infiltram.

Fonte: Bechara, 2006


A água subterrânea é originada predominantemente da infiltração das águas das chuvas, sendo este processo de infiltração de grande importância na recarga da água no subsolo. A recarga depende do tipo de rocha, cobertura vegetal, topografia, precipitação e da ocupação do solo.

Lei de Darcy (1856)

ikA

Qv .

Q – Vazão

A – Área da seção transversal ao fluxo

k – Coeficiente de permeabilidade

i – gradiente hidráulico

“A velocidade (v) do fluxo de um líquido em um meio poroso é proporcional ao gradiente hidráulico”


Hidráulica dos solosPermeabilidade dos solos

Depende dos seguintes fatores:

• Granulometria – quanto mais fino menor a permeabilidade;

• Porosidade – quanto maior a porosidade maior a permeabilidade

• Estrutura de solos argilosos

•Direção do fluxo – solos compactados, estratificados, ou com xistosidades

•Grau de saturação

•Temperatura

O coeficiente de permeabilidade traduz a facilidade com que a água percola por um meio poroso, no caso, o solo. Tem unidade de velocidade [ cm/s]

Hidráulica dos solos

fino médio grosso fina média grossa fino médio grosso

1

10 2

10 -

4

10 -

3

10 -

1

20,0

2,0

6,0

0,2

0,6

0,02

0,06

0,00

2

0,00

6

Silte Areia Pedregulho

K [

cm

/ s

] 10 -

6

10 -

10

10 -

7

Diâ

met

ro (m

m)

Argila

Coeficiente de permeabilidade (k) x Granulometria

Fonte: Moura, P. 2000


De uma maneira genérica, pode-se definir compressibilidade como relação entre a variação de volume do solo e a variação do estado de tensões efetivas do mesmo.

Entende-se por adensamento o processo de compressão ao longo do tempo de um solo saturado ocasionado pela expulsão de uma quantidade de água igual à redução do volume de vazios como resultado da transferência gradual do excesso de poropressão gerado pelo carregamento para a tensão efetiva.

Adensamento de argilas moles

AdensamentoAnalogia Mecânica


Adensamento

Hd = H0 / 2 para camada drenada em duas direções

Hd = H0 se a é drenada em uma direção


Adensamento

Perfil geológico simplificado da cidade de São Paulo


Fonte: Massad, 2003


Formação dos solos da

planície litorânea santista

Solo de Santos

Seca sobre um lago Super-exploração dos recursos naturais fez o chão afundar e transformou a água em artigo de luxo na

cidade do México(FONTE: http://www.estadao.com.br/megacidades/cidadedomexico.shtm)

Sob o sol do fim de tarde, a luz incide em finas partículas de poluição que pairam no ar seco, represadas pela cadeia de montanhas vulcânicas que cercam a Cidade do México. Formam uma densa nuvem, colorindo a maior metrópole do continente americano de um amarelo desértico. É um cenário árido demais para um antigo vale de águas. Os primeiros sinais de civilização surgiram em uma pequena ilha no centro do Lago Texcoco, o maior de cinco que formavam o Vale do México. Juntos, somavam 891 quilômetros quadrados de superfície. Sobre esse lago está hoje a cidade do México, onde cerca de 76,5% da população consome menos que os 150 litros diários de água recomendados pela OMS. A mancha urbana da região metropolitana da Cidade do México ocupa 1.926 km 2 - o dobro do aqüífero original - e avança sobre a cordilheira.

Geograficamente, o Vale do México é como um vaso de barro, tendo o lago como fundo e montanhas nas laterais. A baixa porosidade faz com que o solo retenha 80% da água.

Cidade do MéxicoAssim como a cidade de São Paulo, a capital mexicana cresceu à revelia das condições geográficas e à custa do esgotamento de recursos naturais, comprometendo o fornecimento de água, drenada para permitir a ocupação do solo. Esse processo tornou necessária a exploração do lençol freático, que está secando. O esvaziamento do subsolo e a perfuração de 6 mil poços fazem o solo ceder e a cidade afundar cerca de 10 cm por ano.

O arquiteto Alfonso Iracheta resume: "Hoje, 20 milhões de moradores têm de abrir uma garrafa plástica para beber água. É uma cidade lacustre que corre o risco de morrer de sede." O esgotamento dos lagos obriga a exploração de fontes distantes da capital, que precisam ser bombeadas a mil metros de altura, a um custo de R$ 201 milhões por ano, consumindo energia suficiente para abastecer as cidade d e Guadalajara e Monterrey, onde vivem 8 milhões de pessoas.

“ A Cidade do México já foi a Veneza das Américas", explica a engenheira Maria Perevochtikova. Os espanhóis viam os lagos como um perigo. A água parada poderia provocar contaminações, além de enchentes. Em 1789, abriram uma fenda na cordilheira, o Tajo de Nochistongo, para drenar a água. Desde então, os sistemas de drenagem foram sendo ampliados no ritmo da expansão urbana, a custos econômicos e ambientais altíssimos. Mas a metrópole ainda sofre com enchentes.

CIDADE DO MÉXICO

AULA 6

Terraplenagem e Compactação de solos

56

Terraplenagem e Compactação de solosCortes

1. Classificação do material a ser escavado

1ª categoria: pode ser executado com equipamentos convencionais. (scraper, escavadeira hidráulica, pá carregadeira).

Terraplenagem e compactação dos solos

Prof. Helcio Masini 57

Terraplenagem e Compactação de solosCortes

2ª categoria precisa ser destorroado antes de ser cortado ( escarificador, trator de esteira)


3ª categoria : (rochoso) precisa ser desmontado a fogo antes do corte

2. Ocorrência de lençol freático

Material argiloso: pode ser feita a escavação e em seguida o sistema de drenagem subterrânea (drenos cegos).

Terraplenagem e compactação dos solosCortes


Rebaixamentos definitivos de do nível d’água do aqüífero devem ser avaliados em um Relatório de Impacto Ambiental (RIMA).

Material arenoso: não podem ser escavados em presença de água, sendo necessário executar primeiro o rebaixamento do lençol freático.

Terraplenagem e compactação dos solosRebaixamento de lençol freático – sistema de ponteiras

61

Terraplenagem e Compactação de solosRebaixamento de lençol freático – sistema de ponteiras


62

Terraplenagem e Compactação de solosTerraplenagem e compactação dos solos

Terraplenagem e Compactação de solosRebaixamento de lençol freático – sistema de ponteiras

Terraplenagem e Compactação de solosAterros

Os aterros devem ter sua execução precedida de limpeza geral, roçada e capina, remoção da camada de solo vegetal, e de todo e qualquer entulho ou detritos, em toda a área a ser aterrada;

Na presença de lençol freático fazer rebaixamento ou lançar material drenante (granular) como base do aterro;

Em encostas escalonar o terreno natural para melhor encaixe do aterro

Os aterros devem ter seu lançamento em camadas cuja espessura esteja compreendida entre 20 e 25 cm.



A compactação deve ser realizada com o uso de rolos compactadores:

pé de carneiro para solos argilosos

liso com vibração para os solos arenosos

Para áreas reduzidas existem equipamentos menores.


Aterros

Controle de Qualidade da Compactação em Laboratório

Ensaio de Proctor ou de Compactação

Normal, Intermediário ou Modificado

Peso específico seco máximo do solo (gdmáx)

Teor de umidade ótima do solo (Wót)

As funções principais da compactação são:

diminuir a compressibilidade do solo diminuir o volume de vazios do solo

diminuir a permeabilidade do solo aumentar a resistência do solo



Controle de Qualidade da Compactação no Campo

A camada será aceita se GC e DW atenderem às especificações de projeto, em geral :

Método de Hilf

Determina-se gdcampo e Wcampo de cada camada compactada

Grau de Compactação Desvio de umidade

dmáx

dcampoGC

ótcampo www

%95GC %2w

Terraplenagem e Compactação de solos


Terraplenagem e Compactação de solosVolumes de Corte e Aterro

Fatores de Redução e Empolamento

Fator de Empolamento (FE)

FE

1,2 a 1,4

FR

0,7 a 0,9

Fator de Redução (FR)

FEVV Ctransp .

FRVV ca .



Deve-se proteger a superfície dos taludes contra erosão;

Sempre que possível, reservar solo argiloso para a cobertura dos aterros, compactando uma camada selante nas saias e patamares;

A proteção superficial mais comum, eficiente e econômica é a vegetação rasteira ( grama);

Deve-se evitar planos inclinados muito extensos onde a água possa correr com velocidade elevada, através da utilização de canaletas e sistemas de drenagem;

Proteção superficial dos taludes

Os sistemas de drenagem superficial devem afastar a água que incide sobre o talude evitando sua infiltração.

Compactação de aterros

Retaludamento São Bernardo - SP

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SOLOS

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