AULA 2 Mecanica de solos I 2011

Avaliar as variações espaciais/temporais das propriedades de engenharia em solos;

Identificar os principais problemas relacionados com o movimento da agua nos solos;

Determinar as deformações devidas a carregamentos verticais na cota do terreno;

Caracterizar e modelar a resistência de solos e rochas bem como a sua variabilidade no espaço e no tempo;

Determinar os parâmetros para a compactação e consolidação dos solos;

Determinar os parâmetros de resistência dos solos; Calcular o estado plano de tensões no solo; Fazer o cálculo de capacidade de carga do solo; Aplicar os passos metodológicos de investigações de

campo.

1. Origem, formação dos solos 2. Propriedades fisicas e classificação dos solos 3. Investigações em solos 4. Percolação de água nos solos 5. Consolidação 6. Resistência ao corte e critérios de ropturas 7. Distribuição das tensões no solo 8. Pressão-deformação em solos, carregamentos verticais e

teorias de adensamento 9. Capacidade de carga dos solos 10. Compactação 11. Solo como material de construção 12. Defesas 13. Avaliação

E uma disciplina de Engenharia Civil que estuda as caracteristicas e a qualidade dos solos, usando tecnicas dinamicas de engenharia, mecanica de fluidos, e outras tecnologias. Mecanica de Solos inclui o estudo da composicao do solo, resistencia, consolidacao e o uso de principios de hidraulica na construcao em sedimentos e outro tipo de depositos. Mecanica de Solos e uma das maiores ciencias para resolver problemas de engenharia geologica e geofisica.

Torre de Piza – Um exemplo de Problema de deformacao do solo

Why Geotechnical Engineering?

“Virtually every structure is supported by soil or rock. Those that aren’t - either fly, float, or fall over.”

-Richard Handy, 1995

Case Study I: Building Foundation

Soft Clay Soil

20 ft of sand and gravel

15-ft soft fill and organic silt

Firm Soil or Bedrock

Weight of building (DL + LL) = 37,000 tons

Initial estimated settlement = 1 ft

Weight of excavated soil = 29,000 tons

Estimated settlement due to the net load of clay (37,000 – 29,000 = 8,000 tons) = 2-3 in.

75 ft

Source: Lambe & Whitman, 1969

•Profundidade?

•Tamanho da fundacao?

•Lencol freatico das aguas subterraneas?

•Drenagem?

•Tipo de Escavacoes?

•Estragos nos edificios vizinhos?

•Distribuicoes de tensoes?

•Capacidade de carga dos solos?

Alguns aspectos importantes para a Construcao

Exemplo: Barragem

Source: Lambe & Whitman, 1969

Zoned Earth Dam

• Dimensao?

• Espessura da rocha e cascalho para manter a camada de argila toleravel?

• Existencia de misturas e tecnicas de compactacao para substituir argila e cascalho?

• Permeabilidade e caracteristicas da barragem?

• Consolidaçao e caracteristicas das camadas embaixo do solo?

• Parametros de resistencia?

• Potencial infiltracao atraves da barragem?

• Factor de segurança a montante e jusante?

• Actividade sismica?

Aspectos a considerar num projecto de Construcao de uma barragem

Teton Dam Failure - Flood waters advancing through Rexburg, Idaho.

Source: Coduto, 1999

Como preparar um projecto de construcao?

Grandfather of the Soil Mechanics

1736-1806 (France) Friction and cohesion

concepts Lateral earth pressures

on retaining walls Structures, Hydraulics,

Mathematics, Electricity, etc.

1820-1872 (Scotland)

Thermodynamics and soil mechanics

Lateral earth pressure theory

Pioneering role as an engineering educator

The Father of Soil Mechanics

1883 (Prague) – 1963 (Massachusetts)

Coined the phrase… First publication in

1925 Great many

contributions

1902 – 1981 Worked closely with

Terzaghi Started soil

mechanics at Harvard Received numerous

awards Fundamental soil

mechanics problems…

1912 – Winnipeg, Canada

Co-authored a textbook with Terzaghi

Initially a bridge designer…

Several decades as a pioneering foundation engineer and educator

Numerous awards

1914-2001 (UK) Established soil

mechanics at Imperial College

Soil mechanics problems, rock mechanics, geology, and history of civil engineering

1920 - NTNU – Norway Ph.D. student of

Casagrande at Harvard

Slope stability problems – Janbu Method

Landslides in quick- clay

1918-1973 The First Director

of NGI (1951-1973)

Quick clay Progressive failure

of slopes A “Giant”

1922 – 1989 Father of

Geotechnical Earthquake Engineering

UC Berkley Pioneering work in

Geohazards

- Diferença entre solos e rochas; - Importância do estudo dos solos

› Material de Construção (tijolos, aterro)› Assentamento obras Engenharia

Problemas comuns que necessitam o conhecimento de Mecânica dos Solos:› Recalque em fundações;› Ruptura de taludes;› Escolha de material para aterro ou barragem de terra;› Percolação de água e rebaixamento do nível freático;

Causas Antrópicas de Movimentos de Massa

Retirada de Vegetação

Acúmulo de Lixo nas Encostas

Construção de Edificações nas Encostas

Vazamentos de Água e Esgoto

Cortes e/ou Aterros 

Queda de rochas

Rochas calcarias e xisto encravados horizontalmente

Acção de agitação removerão os escombros, removendo a proteção na base do declive

Escoamento de lama

A chuva forte dos dias precedentes movimentou grandes quantidades de lama dos sedimentos glaciais preenchendo os espaços entre as rochas

Estudos antigos baseados na física e matemática;› Grandes acidentes e novas necessidades

de obras;› Acidentes históricos;› A partir do inicio do século passado

começou-se a desenvolver a Mecânica dos Solos

Segundo o Professor Terzaghi, a mecânica de solos e a aplicação das leis da mecânica e da hidráulica aos de engenharia relacionados com os sedimentos e outros depósitos não consolidados de partículas sólidas produzidas pela desintegração mecânica ou química das rochas, prescindindo do facto de conterem ou não elementos constituídos por substancias orgânicas.

Diz ele ainda que em geologia esses depósitos denominam-se manto ou regolito. O termo solo se reserva para a capa superior desagregada, que mantêm as plantas.

Geologia de Engenharia; Investigação Geotécnica; Barragens; Fundações; Taludes / Aterros; Estruturas de Contenção; Mecânica das Rochas; Túneis; Pavimentos; Estabilização de Solos; Geotecnia Ambiental;

• Conceito (Eng Civil): Os solos são aglomerados de partículas originários da decomposição das rochas que originalmente constituíam a crosta terrestre e que podem ser escavados sem a utilização de explosivos e que são utilizados como material de construção ou suporte de estruturas.

• Solos são provenientes da deterioração da rocha → intemperismo– Intemperismo Químico (sais, ácidos)– Físico (calor, gelo – influência do clima)– Biológico (ação de raízes e animais)

• Classificação solos segundo sua formação– Residuais - autóctones– Sedimentares - alotóctones– Orgânicos

• Solos que permanecem no local de decomposição da rocha. É• necessário que a velocidade de degradação da rocha seja• maior que a velocidade de transporte; depende das condições• climáticas e do tipo da rocha.

• Solos Eólicos – grãos arredondados devido ao atrito e ao desgaste dos grãos

• Solos Aluvionares – são solos formados pelo carregamento e deposição de partículas pela ação das águas (da chuva (pluviais), dos rios (fluviais) ou dos mares (marinhos). Sua textura depende da velocidade das correntes e são comuns camadas distintas devido a diferentes tempos de deposição.

• Exemplo: Bacia de inundação de rios.

• Solos Glaciais – são solos formados pelo deslocamento das geleiras que levam junto diversos tamanhos de partículas de solo.

• Solos Coluvionares – são solos formados pelo deslocamento de• partículas pela ação da gravidade. São solos heterogêneos pois há o• transporte de todos os tamanhos de partículas. São solos propensos

a rastejo e deslizamento.

Solos Sedimentares

• São formados pela impregnação do solo por sedimentos orgânicos preexistentes (decomposição de vegetais e animais). Podem ser identificados pela cor escura e forte odor.

• Turfas – são solos que incorporam floretas soterradas em estado avançado de decomposição. Tem estrutura fibrilar composta de restos de vegetais.

• Devem ser evitados sempre que possível, são péssimos tanto como suporte de estruturas quanto como material de construção.

• As partículas formadoras do solo dependem da rocha de origem. Tais partículas são formadas por um ou mais minerais. O mais comum é o quartzo - SiO2 - (bastante resistente à degradação) e forma siltes e areias.

• Os Feldspatos são os minerais mais atacados na natureza, dando origem a aos argilo-minerais, que se constituem das partículas mais finas do solo. A presença de alguns tipos de argilo-minerais alteram de maneira muito marcante o comportamento do solo.

• Outros minerais encontrados nos solo: gipsita, talco, calcita, mica etc.

As partículas de argila, apesar de aparência amorfa do conjunto, são constituídas de pequeníssimos minerais cristalinos, chamados minerais argiliticos, dentre os quais destacam-se três grupos principais: caolinitas, montmorilonitas e ilitas. Tais grupos são formados pela associação das unidades cristalográfiacas fundamentais:

tectaedro octaedros

estruturas rígidas, intercalandounidades de silício e alumínioestáveis à água

estruturas rígidas, intercalandoduas unidades de silício e alumíniopermite a passagem de água

é altamente expansivaiguais as montmorilonitas,porém menos expansiva

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ROCHAS E SOLOS

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AS ROCHAS

Agregado de um ou mais minerais, que é impossível de escavar manualmente, que necessite de explosivo para o seu desmonte.

As rochas são de três tipos principais: ígneas, magmáticas (de magma) ou primárias (de primeira geração), sedimentares (de sedimentos) ou secundárias (de segunda geração) e metamórficas (de metamorfismo) ou terceárias (de terceira geração).

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CICLO DAS ROCHAS

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INTEMPERISMO

ROCHA ÍGNEA SOLO RESIDUAL

SOLO RESIDUALEROSÃO + TRANSPORTE + DEPOSIÇÃO

SEDIMENTO

SEDIMENTOSEDIMENTAR

ROCHA LITIFICAÇÃO

ROCHAS SEDIMENTARES OU SECUNDÁRIAS

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São formadas a partir de modificações de rochas ígneas, sedimentares ou de outras rochas metamórficas, pelo aumento da temperatura e da pressão, porém sem chegarem a se fundir.

Isso ocorre, por exemplo, em regiões de choque de placas, onde as rochas são comprimidas ou em regiões em que massas de magma entram em contato com outras rochas, transformando-se por aquecimento.

As rochas metamórficas mais comuns são os gnaisses, os xistos e os quartzitos (Serra da Bodoquena-MS), cada uma delas, por suas próprias características, pode indicar as condições de temperatura e pressão nas quais se formaram.

AS ROCHAS METAMÓRFICAS

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A TRANSFORMAÇÃO DA ROCHA EM SOLO

ACÇÃO FÍSICADecomposição - Dilatação térmica - Acção do gelo - Expansão coloidal

Efeitos secundários

• Redução das dimensões dos fragmentos e aumento da área das superfícies de ataque;• Permitem-se a composição química.

ACÇÃO QUÍMICA

Oxidação – Carbonatação – Hidrólise – Hidratação – Dissolução - Reconstituição química

Efeitos secundários

• Alteração quase completa das propriedades físicas e químicas com aumento sensível de volume

BIOLÓGICOAção de cunha das raízes - Ação dos ácidos orgânicos - Ação de animais

Efeitos secundários

• Combinação de efeitos físicos e químicos

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ÁG UA DA C HUVA - PRESENÇ A DE C O 2 (G á s C a rb ônic o )

DISSO LVIDO NA ÁG UA O RIG INA O ÁC IDO C ARBO NIC O (H2C O 3)

PROCESSO BÁSICO DE ATUAÇÃO DA DECOMPOSIÇÃO QUÍMICA

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Obrigado