Mecânica dos Solos

Mecânica dos Solos

1. Natureza do Solo

   • Origem e Formação dos Solos
     • Agentes de Intemperismo
       •    É o conjunto de processos físicos, químicos e biológicos que ocasionam a desintegração e decomposição das rochas e dos minerais, formando os solos.   
       • Intemperismo físico
         • Processo de decomposição da rocha sem alteração química dos seus componentes.  Os principais agentes são:   Variação de temperatura;    Repuxo coloidal; ( Retração da argila devido à diminuição da umidade gerando tensões capazes de fraturá-la).  Congelamento da água;   Alívio de pressões;  
       • Intemperismo químico
         •    É o processo de decomposição da rocha onde os vários processos químicos alteram solubilizam e depositam os minerais das rochas transformando-a em solo, ou seja, ocorre a alteração química dos seus componentes. Neste caso há modificação na constituição mineralógica da rocha, originando solos com características próprias. Este tipo é mais freqüente em climas quentes e úmidos e, portanto muito comum no Brasil.   Os tipos mais comuns são: Hidrólise; Hidratação; Oxidação e Carbonatação.   
       • Intemperismo biológico
         •    Ë processo no qual a decomposição da rocha se dá graças a esforços mecânicos produzidos por vegetais através de raízes, escavação de roedores, etc.   
     • Classificação dos solos
       • Solos não Transportados
         •    Os não transportados, decompõem-se e permanecem no mesmo local, guardando de certa forma, a estrutura da rocha matriz da qual foi originado, os solos residuais são solos não transportados.   
         • Solos residuais
           • permanecem no local de decomposição rocha que lhes deu origem
         • Solos Lateríticos
           • Formados por uma alternância de saturação e secagem do solo original, aumentando a concentração de óxido de ferro e alumina na parte superior.
       • Solos Transportados
         • Os solos transportados sofrem o intemperismo em um local e são transportados e depositados em forma de sedimentos em distâncias variadas, um exemplo deste solo é o aluvião e o colúvio.
         • Solos Coluvionares
           •    Formados pela ação da gravidade. Grande variedade de tamanhos. Dentre os solos podemos destacar o TALUS, que é solo formado pelo deslizamento de solo do topo das encostas.   
         • Solos Aluvionares
           •    O agente de transporte é a água, os solos sedimentares. As suas textura depende da velocidade de transporte da água. podem ser classificados como de origem PLUVIAL, FLUVIAL ou DELTAICO.   
         • Solos Glaciais
         • Solos Eólicos
   • Textura e Estrutura dos Solos
     •    A TEXTURA de um solo, é o tamanho relativo e a distribuição das partículas sólidas que formam. O estudo da textura dos solos é realizado por intermédio  do ensaio de granulometria. Pela sua textura os solos podem ser classificados  em solos grossos e solos finos.   
     • Tamanhos e formas das partículas
       • Ver tabela ABNT
       • Solos grossos
         •     Solos com diâmetro mair ou igual a 0,074mm e suas partículas tem forma arredondada poliédrica, e angulosa.   
         • Pedregulhos e areias
       • Solos finos
         •    Os solos finos são os SILTES e as ARGILAS. Solo com f £ 0,074mm. Os solos finos são os siltes e as argilas.   A fração granulométrica classificada como ARGILA possui diâmetro inferior  a 0,002mm e se caracteriza pela sua plasticidade marcante elevada resistência quando seca.   
         • Siltes e argilas
     • Minerais dos solos Grossos e Siltes
       •    Os solos grossos são constituídos basicamente de SILICATOS apresentam também na sua composição ÓXIDOS, CARBONATOS E SULFATOS.     Silicato é um composto salino resultante do óxido silício, são abundantes na natureza e formam os  FELDSPATOS, MICAS e QUARTZO e SERPENTINA.   FELDSPATO: São silicatos duplos de AL e de metal alcalino ou alcalino terroso “k”, “Na” ou Ca, sofrem decomposição acentuada pela ação da água carregada de CO2 , produzindo argila branca (CAULIM).   MICA: Ortossilicatos de Al, Mg, K, Na ou Li e raramente Mn e Cr apresenta-se em forma de lâminas flexíveis, e de fácil clivagem. tem-se a muscovita (mica branca e a biotita (mica preta)      QUARTZO: é o mais importante do grupo dos silicatos. Sua composição é SIO2. São identificados macroscopicamente e é o mineral mais abundante na crosta terrestre.(SiO2) sílica cristalina pura, clorita e o talco.      ÓXIDOS  Composto de metalóide e oxigênio, não se une com a água. Hematita (Fe2O3), Magnetita (Fe2O4) e Limonita (Fe2O3. H2O).   CARBONATOS  Calcita (CaCO3), Dolomita [(CO3)2CaMg]. A calcita é o segundo mineral mais abundante na crosta terrestre (d).   SULFATOS              (CaSO4.2H2O) e Anidrita (CaSO4)   
       • Silicatos, Óxidos, Carbonatos e Sulfatos
     • Minerais Constituintes dos Solos Argilosos
       •    CAULINITA    São formadas por unidades estruturais de silício e alumínio, que se unem alternadamente, conferindo-lhes uma estrutura rígida. São relativamente estáveis  em presença de água.     ILITAS  São estruturalmente semelhantes as Montmorilonitas. As substituições isomórficas (não alteram o arranjo dos átomos) que ocorrem tornam ela menos expansiva.    MONTMORILONITAS   Unidades estruturais de alumínio entre duas unidades de silício, e entre as unidades existem n moléculas de água. São instáveis em presença de água. Ex: BENTONITA.     A presença de um determinado mineral de argila pode ser determinado por análise TERMODIFERENCIAL, RAIO X, MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA e ETC.   
       • Caulinita, Ilita e Montmorilonita

2. Índices físicos

   • Quantificam as proporções das três fases de um solo, entre pesos, volumes, pesos e volumes. 
   • Água
   • Ar
   • Partículas Sólidas
   • Teor de Umidade (h ou w)
     • Definimos teor de umidade (h) de uma amostra de solo como a razão entre a massa da água (Ma) contida em um certo volume de solo e a massa da parte sólida (Ms) existente nesse mesmo volume, expressa em porcentagem. Também pode ser calculada pela razão entre pesos. Conhecido o teor de umidade de um solo, pode ser imediatamente calculado o fator de correção de umidade (fc), que ao ser multiplicado pelo peso de uma amostra com esse teor de umidade informa o peso que tal amostra teria se estivesse seca
   • Peso específico (γg), massa específica (ρg) e densidade (δ) das partículas sólidas
   • Peso Específico Aparente (γ) e Massa Específica Aparente (ρ)
   • Peso Específico Aparente Seco (γs) e Massa Específica Aparente Seca (ρd)
   • Índice de vazios (e) ou (ε)
   • Porosidade (n)
   • Grau de Saturação e Grau de Aeração (S)(A)
   • Peso Específico Saturado (γsat)
   • Peso Específico Submerso (γsub)
   • Grau de Compacidade
     • Fofa (solta) GC<0,3 Medianamente compacta 0,3 < GC < 0,7 Compacta GC>0,7 
     • Compacta
     • Med. Compacta
     • Fofa
   • Limites de Attenberg
     • Limite de Liquidez
       • O limite de liquidez foi concebido como o menor teor de umidade com que uma amostra de um solo pode ser capaz de fluir. 
     • Limite de Plasticidade
     • Limite de Contração
   • Índice de Plasticidade = LL-LP
     • Fracamente plástico 1< IP < 7 Medianamente plástico 7 < IP < 15 Altamente plástico IP > 15 
     • Índice de Consistência = (LL-h) / IP
       • O índice de consistência IC permite a classificação dos solos coesivos em Muito mole IC < 0 Mole 0 < IC < 0,5 Médio 0,5 < IC < 0,75 Rijo 0,75 < IC < 1 Duro IC > 1 

3. Tensões nos Solos

   • O conhecimento das tensões atuantes em um maciço de terra, sejam elas advindas do peso próprio ou em decorrência de carregamentos em superfície, ou ainda pelo alívio de cargas provocado por escavações, é de vital importância no entendimento do comportamento de praticamente todas as obras de engenharia geotécnica. Há uma necessidade de se conhecer a distribuição de tensões (pressões) nas várias profundidades abaixo do terreno para a solução de problemas de recalques, empuxo de terra, capacidade de carga no solo, etc.  
   • Tensões Verticais Totais (σv)
   • Pressão Neutra (u)
   • Tensão Efetiva (σ')

4. Ensaios

   • Ensaios de Laboratório
     • Ensaio Triaxial
       • O ensaio triaxial é um tipo de ensaio utilizado para medir as propriedades mecânicas dos solos: resistência ao cisalhamento e comportamento tensões-deformações. O ensaio de compressão triaxial é feito moldando-se um corpo de prova cilíndrico, a partir de uma amostra de solo, o qual é colocado dentro de uma câmara de ensaio envolto por uma membrana de borracha. A câmara é cheia de água, à qual se aplica uma pressão, que é chamada pressão confinante ou pressão de confinamento do ensaio. No ensaio com carga controlada é aplicada uma carga constante no pistão que penetra na câmara, e no ensaio de deformação controlada o pistão é deslocado para baixo com velocidade constante. A partir dos dados obtidos no ensaio, é possível traçar o círculo de Mohr correspondente à situação de ruptura. Com os círculos de Mohr determinados em ensaios feitos em outros corpos de prova, é possível traçar a envoltória de resistência conforme o critério de Mohr. Através deste ensaio é possível ter-se uma idéia do comportamento tensão-deformação de um dado solo.Durante o ensaio, pode-se drenar a água da amostra por meio de pedras porosas colocadas no topo e na base do corpo de prova.  O ensaio pode ser feito de tres maneiras distintas: Consolidado Drenado (CD - consolidated drained) - após aplicar a pressão confinante, espera-se que a pressão neutra se dissipe (fase de consolidação ou adensamento da amostra) para dar início à compressão axial. Durante a execuçao do ensaio, a compressão axial é feita lentamente, para permitir a drenagem e a dissipação da pressão neutra. Consolidado Não drenado (CU - consolidated undrained) - espera-se que a pressão neutra se dissipe após aplicar a pressão confinante e, durante a execuçao do ensaio, não é feita a drenagem. Não consolidado Não drenado (UU - consolidated undrained)- logo após a aplicação da tensão confinante é iniciada a compressão triaxial, sem aguardar a dissipação da pressão neutra. Durante a execuçao do ensaio não é feita a drenagem.
     • Ensaio de Adensamento
     • Ensaio para a caracterização da expansibilidade
     • Ensaio de colapsabilidade
     • Ensaio de permeabilidade
     • Ensaios Químicos
     • Ensaio de Cisalhamento Direto
     • Ensaios de Caracterização
   • Ensaio de Compactação do Solo
     • A compactação de um solo consiste basicamente em se reduzir seus vazios com o auxílio de processos mecânicos. Adensamento - expulsão da água Compactação - expulsão do ar. Efeitos principais da compactação: - aumento da resistência do solo - redução da sua compressibilidade e permeabilidade O índice de vazios final do solo é função do tipo e estado do solo original e da energia empregada na sua compactação.  Solos granulares - rolo liso ( vibratório) • Solos argilosos - rolo pé de carneiro
     • Proctor Normal
     • Proctor Modificado
   • Teor de Umidade - Speedy Test

5. Permeabilidade dos Solos

   • É a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento de água através dele. (todos os solos são mais ou menos permeáveis)
   • Fatores que influenciam: • Granulometria • Índice de vazios • Composição mineral • Estrutura • Fluído • Macro-estrutura • Temperatura
   • Determinação da Permeabilidade
     • Ensaios de Laboratório
       • Permeâmetros
         • de Parede Rígida
           • O permeâmetro de parede rígida é constituído por tubo metálico, plástico ou vidro, onde é colocado o corpo de prova para o ensaio.
         • de Parede Flexível
           • Consiste de uma câmara triaxial simplificada adaptada ao ensaio de permeabilidade. Pode ser usado com outros líquidos*. * verificar a possibilidade de alteração da membrana que reveste o corpo de prova e os componentes do permeâmetro
     • Ensaio de Campo
       • Ensaio de bombeamento
       • Ensaio de permeabilidade em furos de sondagem
       • Ensaio com piezômetro
       • Ensaio de perda d’água sob pressão

6. Empuxos de Terra

   • A determinação do valor do empuxo de terra, que deve ser entendido como a ação produzida pelo maciço terroso sobre as obras com ele em contato, é fundamental na análise e projeto de obras como muros de arrimo, cortinas em estacas pranchas, cortinas atirrantadas, escorramentos de escavações em geral, construções em subsolos, encontros de pontes, entre outras situações semelhantes a estas. 

7. Ruptura Hidráulica

8. Capacidade de Suporte dos Solos

9. Estabilidade do Solo