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MECÂNICA DOS SOLOS

Anderson Chiappetta Engenharia Portugués

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MECÂNICA DOS SOLOS

Origem da Terra
- Hipótese da Nebulosa
  - Surgimento do sistema solar
- Conhecimento interior da Terra
  - 3 camadas principais
    - Crosta Terrestre
      - Camada externa e exposta do planeta
      - Sua espessura depende do relevo
      - Composta basicamente por uma composição basáltica
      - Se divide em:
        Crosta Continental
        Crosta Oceânica
    - Manto
      - Abaixo da crosta
      - Representa 80% do Volume da Terra
      - Temperatura elevada
      - Espessura aproximada de 3.000km
      - Formação do magma basáltico
    - Núcleo
      - Constituído por sideritos (ligas metálicas ou metais pesados)
      - Principalmente Ferro e Níquel 98%
      - Temperatura muito elevada, devido a desintegração de elementos radioativos
      - É pastoso
Tempo Geológico
- É definido como o intervalo do momento em que a Terra foi criada até os dias atuais.
- Processos que ocorream dentro deste tempo
  - Processos evolutivos de crostamento e núcleo da Terra
  - Formação de continentes, ilhas e áreas oceânicas;
  - Deriva continental
  - Formação de cadeias montanhosas pela colisão de placas
  - Erosão e aplainamento de cadeias e montanhas
  - Transgressões e regressões em escala continental;
- Ações que causam mudanças na crosta terrestre podem ser
  - Ações endógenas
    - Originam dentro do manto terrestre, devido às altas temperaturas existentes nesta camada
  - Ações exógenas
    - Ocorrem fora do manto, por meio dos processos de intemperização
- Divisão
  - Éons
  - Eras
  - Períodos
  - Épocas
  - Idades
- Medição do tempo
  - Datação
    - É uma metodologia utilizada para estimar a idade de determinada formação geológica
    - Métodos de determinação indireta
      - Datação relativa
        Determina a idade de uma formação geológica, analisando as camadas das rochas sedimentares, por meio do ordenamento cronológico dos eventos geológicos
        Princípios adotados
        Principio superposição
        Princípio da horizontalidade
        Princípio da continuidade lateral
        Princípio das relações transversais
        Princípio das inclusões
        Princípio da sucessão fóssil
      - Datação Absoluta
        Consegue fornecer datas específicas para algumas formações rochosas.
        Método mais utilizado é o radiométrico
        Datação radiométrica ou isotópica
        Método só consegue datar materiais com mais de 100 mil anos de idade
        Datação por C-14
        mais adequado para medir idades do passado geológico entre 100 e 100 mil anos
Mineralogia
- Estuda os minerais
- Minerais
  - São considerados substâncias de ocorrência natural, orgânica e homogênea
  - Forma sólida e cristalina
  - Suas Propriedades dependem da:
    - Composição química
      - Composição simples
        Substâncias simples constituídas por átomos de um mesmo elemento químico
      - Composição composta
        Substância compostas, constituídas por átomos de diferentes elementos químicos
    - Estrutura cristarlina
      - O termo cristalizado utilizado em diversas definições para os minerais indica a presença de um arranjo atômico interno tridimensional
      - Ocorre em duas etapas ou eventos
        Processo de nucleação
        Aderência de materiais
      - Arranjos Diferentes
  - Características
    - Isomorfo
      - Composição quimica diferente e estrutura semelhante. EX. Calcita e magnesita
    - Polimorfos
      - Composição química semelhante e estrutura diferente. EX. Grafite e Diamante
- Identificação dos minerais
  - Feita de acordo com as propriedades Físicas e morfológicas
  - Principais propriedades utilizadas na identificação
    - Dureza
      - Resistência que um mineral tem a ser riscado
      - O mineral mais duro conhecido é o diamante, consegue riscar inúmeros minerais
      - Escala relativa de Mohs, varia de 1 a 10
        Minerais maior na escala riscam os minerais menores da escala
      - As ligações químicas que ocorrem no mineral alteram a propriedade do mineral
        Elementos químicos com ligações fortes possuem uma dureza alta
        Elementos químicos com ligações fracas apresentam uma baixa dureza
        As ligações covalentes apresentam dureza maior que minerais com ligações iônicas
    - Fratura
      - Aptidão que o mineral possui para se quebrar em uma superfície irregular.
      - As superfícies de fratura são determinadas pela estrutura atômica no mineral
        Estrutura cristalina com fortes ligações menos fratura
        Estrutura cristalina de ligações fracas maior probabilidade da fratura
      - As fraturas mais comuns são as irregulares e conchoidais
    - Clivagem
      - É a forma como o mineral se divide ou quebra em superfícies planas
      - Relacionada à estrutura molecular do mineral.
        Estrutura cristalina com fortes ligações possuem uma clivagem pobre
        Estrutura cristalina de ligações fracas possuem uma boa clivagem
    - Cor
      - O principal fator que determina a cor de um mineral é a composição química do mesmo
    - Brilho
      - Qualidade e intensidade de luz refletida na superfície do mineral
      - Minerais que apresentam ligações covalentes apresentam brilho variado
      - Minerais com ligações iônicas tendem a ser vítreo
      - Minerais capazes de refletir mais de 75% da luz incidente exibem brilho metálico
    - Traço
      - A cor do pó do mineral que é gerado após o atrito
    - Magnetismo
      - Realizada com a ajuda de um imã
    - Hábito cristalino
      - Forma geométrica dos cristais de um mineral
      - Mais comumente encontrados sãolaminar, prismática, fibroso, acircular, tubular e o equidimensional
- Minerais da crosta terrestre
  - - Classe Carbonatos
      - Carbono e Oxigênio ligado a Magnésio e Cálcio
        Ex. Calcita
    - Classe Óxidos
      - Ânios de Oxigênio ligados a íons metálicos
        Ex. Hematita
    - Classe silicatos
      - Silício e Oxigênio
      - Feldespato
        Espécie de mineral com maior ocorrência na crosta terrestre possuem uma dureza alta com grau 6 na escala de Mohs refletem a luz
      - Quartzo
        Apresenta grande estabilidade química a dureza de grau 7 na escala de Mohs utilizado na construção civil na fração granulométrica de pedregulhos e areia para concretos e argamassa
      - Mica
        Finas lâminas brilhantes e flexíveis dureza no grau 2 ou 3 na escala de Mohs
        Rochas que apresentam grandes quantidades desse mineral possuem características flexíveis e propriedades refratárias apresenta baixa condutibilidade térmica e resistência a altas temperaturas
    - Classe Sulfatos
      - Ânions sulfatos e cátions metálicos
        Ex. Anidrita
    - Classe Sulfetos
      - Ânions de sulfetos cátions metálicos
        Ex. Pirita
Petrologia
- Estuda as rochas
- Rochas
  - São um agregado natural de minerais que possui seus grãos e constituintes bem unidos
  - Dependendo do processo de formação e da força da ligação dos grãos
    - Rochas "duras"
    - Rochas "Brandas"
  - Característica
    - Estrutura
      - Maciço
      - Cavitado
      - Orientado
      - Não orientado
      - Diz respeito ao aspecto geral
    - Textura
      - Diz respeito ao tamanho e forma. Varia de acordo com a composição mineral
  - Nomenclatura
    - Determinada através dos minerais que a constituem
    - Minerais Essenciais
      - Responsável pelo nome da rocha
      - Aqueles que estão sempre presentes e são encontrados de forma mais abundante
    - Minerais Acessórios
      - Aqueles que são encontrados em menor quantidade, podendo até não estar presentes em determinadas rochas
  - Tipos
    - Rochas monominerálicas
      - Apresentam minerais que pertencem à mesma espécie
    - Rochas pluriminerálicas
      - Constituídas de minerais de espécies diferentes
      - É a mais comum
  - Classificação
    - Rochas metamórficas
      - Formada a partir da mudança de estrutura de rocha preexistente (Rocha magmática ou sedimentar ou metamórfica)
        -Mudança ocorre devido a ação de altas temperaturas e pressões
        Princípio de Riecke - altas tensões em determinadas direções, leva ao fenômeno de dissolução mineral e precipitação na direção de menor pressão, ocorrendo alongamento dos minerais
      - Principais
        Gnaisse
        Ardósias
        Mármores
    - Rochas Sedimentares
      - Formadas a partir agregação de sedimentos provenientes de outras rochas.
        Sedimentos gerados por ação intempérica sobre rochas preexistentes (sedimentares ou magmáticas)
        Processo litificação - compactação, cimentação e consolidação desses sedimentos para formação da rocha sedimentar
      - Principais
        Arenitos
        Siltitos
        Argilitos
        Calcário
        Limonita
        Dolomitas
    - Rochas Ígneas ou Magmáticas
      - A formação ocorre pelo resfriamento do magmas
        Formação intrusiva
        Formação de cristais no interior do manto
        Rocha ígnea intrusiva
        Apresentam minerais macroscópicos
        Formação extrusiva
        O magma consegue chegar nas superfícies da crosta terrestre antes do seu resfriamento
        Rocha ígnea extrusiva
        Apresenta minerais microscópicos
      - Principais
        Bassalto
        Gabros
        Granitos
Relevo terrestre
- corresponde às diferentes formas da superfície terrestre
- Moldado por processos internos e processos externos decorrentes da atmosfera (variação temperatura e precipitação)
  - Processos tectônicos e vulcânicos
  - Ações de fenômenos que ocorrem na superfície e agem diretamente na crosta terrestre (intemperismo, erosão, sedimentação)
Solo
- É o produto de uma ação combinada e concomitante de diversos fatores
- Formação
  - Intemperismo
    - Processo ou conjunto de processos combinados químicos, físicos e/ou biológicos de desintegração e/ou degradação e decomposição de rochas causados por agentes geológicos diversos junto à superfície da crosta terrestre
    - Intemperisco biológico
      - Associa-se à atividade de seres vivos
    - Intemperismo químico
      - O equilíbrio do conjunto de átomos que constitui os minerais é rompido e ocorrem REAÇÕES QUÍMICAS que conduzem o mineral a um arranjo mais estável, sob novas condições mais próximas da superfície terrestre
        Mudança na composição química
      - Principais tipos
        Dissolução
        Hidratação
        Hidrólise
        Oxidação
        Acidólise
    - Intemperismo físico
      - Todos os processos que causam DESAGREGAÇÃO dos minerais ou rochas
        Sem alterar composição química
      - Principais tipo
        Congelamento em fraturas
        Crecimento de cristais
        Expansão e contração térmica
        Esfoliação mecânica ou esfoliação dômica
        Abrasão
    - Fatores que influencia
      - Clima
      - Tempo de exposição
      - Relevo ou topografia
      - Fauna e flora
      - Composição da rocha parental
      - Tempo de exposição
  - Por meio de processos físico-químicos de fragmentação e decomposição das rochas
  - Erosão
    - Processo de incorporação e transporte das partículas formadas após a ação do intemperismo
    - Processo contínuo
    - Classificação de acordo com o agente operante
      - Fluvial
        Termo Competência: é medida pelo tamanho máximo dos sedimentos que o rio pode transportar, e é determinada pela velocidade em que ele corre
        Termo Capacidade: diz respeito ao peso máximo que um rio pode carregar
      - Glacial
      - Marinha
      - Eólica
  - Morfologia
    - Estudo da aparência do solo mediante descrição de características perceptíveis
    - cor
      - É uma característica visual
      - Tabela de Munsell
        Método comparativo que possibilita a determinação da matriz, valor (ou tonalidade) e croma (ou intensidade).
    - Textura e granulometria
      - Granulometria - Tamanho do gão
      - Textura - respeito à composição granulométrica da terra fina
      - Classificação do solo baseada na suas fraçaões granulométricas
        Arenoso (maior porcentagem de areia)
        Siltoso (maior porcentagem de silte)
        Argiloso (maior porcentagem de argila)
    - Estrutura
      - É utilizada para determinação do tamanho, da forma e do aspecto dos agregados, também conhecidos como torrões
        Umidade parâmetro desencadeador para formação de torrões
      - Classificação quanto a forma
        Granulares (esféricos ou arredondados)
        Em blocos (com dimensões poliédricas aproximadas)
        Angulares (com faces planas e dimensões aproximadas)
        Laminares (faces planas e maior dimensão horizontal)
        Prismáticos (faces planas e maior dimensão vertical)
        Colunares (face superior arredondada e maior dimensão vertical
    - Consistência
      - A resistência do material do solo a uma força que tende a rompê-lo
    - Espessura e transição dos horizontes
      - Diferenças nas características como cor, textura, estrutura ou consistência de acordo com o horizonte
      - Nomenclatura para as transições
        Abrupta
        Clara
        Gradual
        Difusa
      - Classificação quanto a topografia
        Plana ou horizontal
        Ondulada ou sinuosa
        Irregular
        Quebrada ou descontínua
- Saprolito - rocha que sofreu intemperismo quimico - composição química modificada - reações quimicas que ocorreram nos minerais da rocha mãe
- Regolito - material não consolidado que foi transportado - muitas característica da rocha mãe - material só foi desagregado
- Composto por 4 parcelas
  - Parcela mineral
    - Proveniente de rochas desagregadas
  - Pascela orgânica
    - Provém de restos animais, excrementos, folhas, frutos e galhos, entre outros elementos
      - Deve ser removida para obra, e reposta por outros material com composição adquada
  - Parcela líquida
    - Proveniente da água infiltrada no solo
  - Parcela gasosa
    - Proveniente dos gases da biodegradação de matéria orgânica e do ar existente na superfície
- Classificação
  - Classificação textural
    - Classificados a partir do conhecimento das porcentagens de cada fração granulométrica associa a propriedades importantes do solo, como permeabilidade, expansibilidade, contratilidade
    - - Solo arenoso alta permeabilidade / Solo argiloso baixa permeabilidade
  - Classificação por zonas ou áreas de solos
    - Solos zonais
    - Solos intrazonais
    - Solos azonais
  - Classificação Americana
    - Por meio de taxonomia - emprego de prefixos e sufixos, para formar os nomes das classes das cinco categorias de nível superior (ordem, subordem, grande grupo e subgrupo)
    - Composto de 12 ordens
  - Sistema de Classificação Brasileira de Solos (SiBCS)
    - Conta com 13 classes de solos, cuja classificação baseia-se em propriedades que possam ser identificadas no campo, horizontes diagnósticos e na presença ou ausência de atributos de 1º nível
    - Desencolvido pelo EMBRAPA
Processos Pedogenéticos
- Processos formadores são responsáveis por determinar a MORFOLOGIA e a COMPOSIÇÃO do solo a se formar
- Classificação
  - Processos pedogenéticos específicos
    - Abrangem características derivadas de processos impostos por fatores ambientais
    - Podem ser manifestadas por diferentes tipos de solo
    - Principais Processos
      - Ações antrópicas sobre o processo de formação do solo
      - Podzolização
      - Calcificação
      - Salinização
      - Gleização
  - Processos pedogenéticos múltiplos
    - Envolvem processos de adição, perda, transformação e translocação de materiais ocorridos em um solo
    - Processos podem interagir de diferentes formas
    - Principais Processos
      - Processo de adição
      - Processo de perdas
      - Processo de transformações
      - Processo de translocações
  - Baseado na teoria de que o resultado dos efeitos da troca de energia e matéria com o meio ambiente, por um longo período de tempo, são responsáveis pelas propriedades resultantes do solo gerado
Horizonte de solo ou Perfil do Solo
- - Horizonte R
    - Rocha mãe (material de origem)
  - Importante destacar, que nem todos os solos apresentam todos os horizontes
  - Horizonte O
    - Camada somente de matéria orgnica, não tem composição mineral, não tem característica da rocha mãe
    - Contituído constituído por folhas, galhos e produtos em decomposição
    - NÃO é de interesse para a engenharia civil
  - Horizonte C
    - Material inconsolidado (material formado pela desagregação da rocha mãe, pouco alterado pelos processos pedogenéticos)
    - Constituído pelo saprólito
  - Horizonte B
    - Tem a composição mineral parecida com a rocha mãe mais já tem a incorporação de outros agentes principalmente, agentes orgânicos.
    - Camada utilizada nas obras, logo é a que MAIS INTERESSA!
    - É o de máximo desenvolvimento quando falamos de cor e estrutura do solo
    - É resultado dos processos pedogenéticos que alteraram a rocha de forma total ou quase total
  - Horizonte E
    - Camada mineral mais clara
    - Maior matéria orgânica se comparado ao B
    - Perda de material para o horizonte B, através do processo de eluviação
    - Textura mais arenosa
  - Horizonte A
    - Camada com elevada atividade biológica
    - Camada mineral mais próxima a superfície
    - Composta por matéria orgânica humificada associada a fração mineral decorrente da rocha mãe
    - Perda de material sólido para o horizonte B
- Camadas "paralelas" à superfície que se apresentam de forma sequencial (da rocha mãe até a superfície) e que possuem diferentes aspectos e constituintes.
- Observados ao se realizar um corte vertical no solo
- Componentes dos Horizontes
  - Se encontram misturados no solo com proporções diferentes para cada solo
  - Partículas minerais
    - Fração sólida
    - Classificação
      - Quanto a origem:
        Minerais primários
        São aqueles originários da rocha mãe e apresentam uma resistência aos intemperismos químicos minerais
        Constitui areia e silte
        Minerais secundários
        Apesar de também serem provindos da rocha mãe, são mais suscetíveis a alterações
        Constitui a Argila
      - Quanto ao tamanho
        Método para identificação dos solos por meio de ensaio granulométrico
        Sedimentação
        Fração fina (silte e argila) se dá baseado na Lei de Stokes velocidade de queda das partículas em meio líquido
        Peneiramento
        Fração grosseira (areia, cascalho e pedregulho) determinação da porcentagem da fração que passa pela malha de cada peneira e a que porcentagem da fração que fica na peneira
        Curva de distribuição granulométrica
  - Matérias Orgânica
    - Fração sólida
  - Água
    - Fração Líquida
    - Classificação em relação a quantidade de água no solo
      - Solos saturados
        Todos os vazios do solo estão preenchidos com água
      - Solo seco
        Não tem água na composição do solo
      - Solo úmido (não saturado)
        Tem água no solo mais nem todos os vazios estão preenchidos com água
        Situação mais comum encontrada em campo
  - Ar
    - Fração gasosa (ar atmosférico e vapor de água)
    - Pode estar presente em pequenas bolhas ou de moléculas dissolvidas na solução do solo
      - Ocorre de forma inversamente proporcional com a água
Propriedades Físicas
- Índices Físicos
  - Relações entre essas fases sólida, líquida e gasosa
  - Teor de umidade (w)
  - Porosidade (n)
  - Índice de vazios (e)
  - Grau de saturação (St)
  - Peso específico (ρ)
  - Peso específico seco (ρs)
  - Peso específico saturado (ρsat)
  - Peso específico submerso (ρsub)
  - Determinada em laboratório :Massa específica /massa especídica do solo Umidade / Demais por correlação
- Limites de Atterberg
  - Para solos com elevado percentual de fração fina
  - Limite de liquidez (LL, %)
    - Ensaio - ABNT NBR 6.459:2016
  - Limite de plasticidade (LP, %)
    - Ensaio - ABNT NBR 7.180:2016
  - Limite de contração (LC, %)
    - Ensaio - ABNT NBR 7.183:2012
  - Mais importante LL e LP (é a umidade do solo para que ele se comporte como líquido / como plástico / transforme em material quebradiço
  - índice de plasticidade: IP = LL - LP
    - Indica a faixa de umidade em que o solo se apresenta plástico
    - Fracamente plásticos quando 1 < IP < 7
    - Medianamente plásticos quando 7 < IP < 15
    - Altamente plásticos quando IP > 15
- Capilaridade dos solos
  - Depende dos diâmetros dos grãos
    - Inversamente proporcional ao diâmetro dos poros
- Resistência ao Cisalhamento
  - Propriedade dos solos em suportar cargas e conservar sua estabilidade.
  - Muito importante em mecânica dos solos para a engenharia civil
  - Tensão em um plano
    - Tensão de cisalhamento (τ)
      - É a componente paralela a um plano de tensões.
    - É definida pela força que atua em uma superfície e a área dessa superfície
    - Tensão normal (σ )
      - É a componente ortogonal ao plano.
  - Tipos de ruptura
    - Abrupta
    - Plástica
  - Envolve 2 componentes
    - Ângulo de atrito interno
    - Coesão
    - Critério de Mohr-Coumlomb - Encontra o valor destes componentes
  - Tensão em um ponto
    - Tensão atuando em qualquer plano
  - Máxima pressão de cisalhamento que o solo pode suportar sem sofrer ruptura
  - Medidas da resistência ao cisalhamento
    - Ensaio de cisalhamento direto
    - Ensaio de compressão triaxial
    - Ensaio de compressão simples
Compactação e adensamento
- Compactação
  - Aumenta a resistência ao cisalhamento, diminui a compressibilidade e a permeabilidade, tornando o solo mais estável
  - Ensaio de compactação ou ensaio de Proctor
    - ABNT NBR 7.182:2020
  - Compactação dos solos em campo
    - O solo deve ser compactado em camadas com os mesmos teores de umidade ótimo e peso específico aparente máximo obtidos em laboratório
    - Grau de compactação
      - Quanto menor for o grau de compactação, menores serão os custos com serviços de terraplanagem
- Adensamento
  - Analogia Hidromecânica de Terzaghi
  - Ensaio de adensamento
    - ABNT NBR 12.007:1990 e MB 3.336
    - Over Consolidation Ratio (OCR)
      - Solo pré-adensado quando OCR > 1
      - Solo normalmente adensado quando OCR = 1
      - Solo subadensado quando OCR < 1
Mecânica das Rochas
- Conceitos
  - Resistência à compressão simples
  - Resistência à tração
    - Determinada pelo "método brasileiro"
  - Módulo de elasticidade
    - Conhecido por módulo de Young, consiste da relação entre a tensão normal e a deformação normal unitária para cada material
  - Coeficiente de Poisson
  - Resistência ao cisalhamento
- É uma ciência que trata do comportamento mecânico das rochas dos maciços rochosos

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Descripción: Engenharia Mapa Mental sobre MECÂNICA DOS SOLOS, creado por Anderson Chiappetta el 30/09/2021.
Creado por: Anderson Chiappetta
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