Sumrio

Prefcio xv

Agradecimentos xvi

Sobre o autor xvii

1 Engenharia Geotcnica Uma Perspectiva Histrica 1

2 Origem do Solo e Tamanho dos Gros 8

3 Relaes entre Peso e Volume, Plasticidade e Estrutura do Solo 36

4 Classificao dos Solos do Ponto de Vista da Engenharia 70

5 Compactao dos Solos 84

6 Permeabilidade 123

vii

Fundamentos de Engenharia Geotcnicaviii

7 Percolao 157

8 Tenses In Situ 181

9 Tenses em uma Massa de Solo 207

10 Compressibilidade do Solo 244

11 Resistncia ao Cisalhamento do Solo 301

12 Presso Lateral de Terra: Em Repouso, Rankine e Coulomb 349

13 Empuxo Lateral de Terra: Superfcie de Ruptura Curva 408

14 Estabilidade de Taludes 430

15 Capacidade de Carga do Solo para Fundaes Rasas 488

16 Revestimento de Aterros e Geossintticos 515

17 Explorao do Subsolo 529

Sumrio ix

Respostas dos Problemas Solucionados 551

ndice Remissivo 555

Fatores de Converso de Unidades Inglesas para o SI 561

Fatores de Converso de SI para Unidades no Sistema Ingls 562

Prefcio

Fundamentos de Engenharia Geotcnica foi escrito para cursos introdutrios de mecnica dos solos e engenha-ria geotcnica cursados por praticamente todas as reas da engenharia civil. O livro tambm til para profis-sionais e outros leitores que querem uma introduo geral para esse aspecto importante da engenharia. Comonas primeiras cinco edies do livro (1985, 1990, 1994, 1998 e 2002), esta nova edio oferece uma viso geraldas propriedades e da mecnica dos solos, abrangendo tambm prticas de campo e procedimentos bsicos deengenharia sem mudar a filosofia bsica na qual o texto foi escrito originalmente. Fundamentos de EngenhariaGeotcnica, sexta edio, fornece as informaes bsicas necessrias para dar suporte ao estudo em cursos avan-ados orientados a projetos e prtica profissional.

Mudanas na Sexta EdioA sexta edio, que consiste em 17 captulos, inclui vrios recursos novos que foram incorporados atendendo asugestes feitas por professores, estudantes e profissionais familiarizados com as verses anteriores do livro.Como na quinta edio, as unidades do SI so as unidades principais usadas ao longo de todo o texto, com asunidades no sistema ingls entre parnteses quando necessrio. A maioria dos exemplos no texto e nos exerc-cios no final dos captulos foi alterada. As principais mudanas e revises so as seguintes:

No Captulo 2 (Origem do Solo e Tamanho dos Gros) rochas sedimentares e metamrficas foram des-critas com mais detalhes.

No Captulo 3 (Relaes entre Peso e Volume, Plasticidade e Estrutura do Solo) foi feita uma explica-o mais detalhada para a variao dos ndices de vazios mximo e mnimo de solos granulares em fun-o do tamanho e forma dos gros e ao contedo de finos no-plsticos.

O grfico da Classificao Unificada de Solos foi revisto no Captulo 4 (Classificao dos Solos doPonto de Vista da Engenharia).

No Captulo 5 (Compactao dos Solos) foram includas algumas relaes empricas publicadas recen-temente para previso da mxima densidade seca e do teor de umidade ideais de solos granulares ecoesivos, com base no ensaio de Proctor modificado. Uma seo sobre o efeito da compactao sobreas propriedades de solos coesivos foi adicionada (Seo 5.6).Tambm foi includo neste captulo o con-ceito de coeficiente de influncia para prever a compacidade relativa em funo da vibroflotao. Aseo sobre compactao dinmica foi ampliada.

A equao de Kozeny-Carman para estimar a condutividade hidrulica em solos granulares foi discu-tida com mais detalhes no Captulo 6 (Permeabilidade). Este captulo tambm inclui alguma verifica-o experimental em laboratrio da condutividade hidrulica equivalente de solos estratificados.

O tpico de levantamento do solo em funo do fluxo ao redor de cortinas de estacas foi tratado deforma mais completa no Captulo 8 (Tenses In Situ). Para fins de introduo, foi adicionada a estecaptulo uma pequena seo sobre tenses efetivas em solo parcialmente saturado.

No Captulo 9 (Tenses em uma Massa de Solo) foram apresentadas novas sees sobre o mtodo dopolo para determinar as tenses ao longo de um plano, a soluo de Westergaard para tenses verti-cais devidas a uma carga pontual e tenses verticais causadas por linhas e faixas de carga horizontais.Tambm foi adicionada a este captulo uma breve descrio do conceito de isobrias de tenso.

xv

Fundamentos de Engenharia Geotcnicaxvi

No Captulo 10 (Compressibilidade do Solo) foi fornecida uma nova seo explicando os efeitos dadurao da carga e do incremento de carga em ensaios de adensamento em laboratrio. Correlaespublicadas mais recentemente para o ndice de compresso, a relao entre o ndice de vazios e a pres-so, o fator de tempo e o grau de adensamento foram includas. Tambm foi adicionada a este captu-lo uma breve descrio do conceito de compresso.

Uma introduo ao ndice de vazios crtico fornecida no Captulo 11 (Resistncia ao Cisalhamentodo Solo) e uma nova seo sobre anisotropia de esforos na argila foi adicionada.

O efeito do ndice de sobreadensamento sobre a presso de terra em repouso para muros de arrimofoi incorporada ao Captulo 12 (Presso Lateral de Terra: Em Repouso, Rankine e Coulomb). Foiacrescentada uma nova seo que fornece solues generalizadas para as presses ativa e passiva deRankine para aterro granular (Seo 12.7).Tabelas estendidas para os coeficientes de empuxo de terraativo de Coulomb foram adicionadas. Tambm foram includas neste captulo breves descries sobreos tipos comuns de muros de arrimo no campo e o projeto de reforos de fitas metlicas para murosMSE.

O Captulo 13 (Empuxo Lateral de Terra: Superfcie de Ruptura Curva) fornece agora um tratamentoestendido para estimar o coeficiente de empuxo de terra passivo com superfcie de ruptura curva no solo.

O Captulo 14 (Estabilidade de Taludes) recebeu uma seo adicional sobre a anlise de taludes emargila ( = 0) com a tenso de cisalhamento no drenada aumentando com a profundidade. Tambmforam includas neste captulo a anlise de taludes simples usando a abordagem cinemtica da anliselimite aplicada a um mecanismo de colapso rotacional rgido e a soluo de Spencer para taludes comfluxo em regime.

O Captulo 15 (Capacidade de Carga do Solo para Fundaes Rasas) agora tem uma nova seo sobreas vrias solues para o fator de capacidade de carga, N.

O Captulo 16 (Revestimento de Aterros e Geossintticos) inclui uma seo sobre a compactao deargila para construo de revestimentos para locais aterrados.

Vrias novas correlaes dos ensaios de penetrao do cone em campo foram adicionadas no Captulo17 (Explorao do Subsolo).

AgradecimentosSou grato minha esposa, Janice, por digitar o manuscrito e preparar algumas das figuras e tabelas. Ela foiminha motivao para a concluso desta edio do texto.

Trinta pessoas revisaram as cinco edies anteriores; seus complementos e sugestes teis melhoraram aqualidade do livro. Pelas suas revises e sugestes teis no desenvolvimento da sexta edio do texto, gostariade citar os seguintes nomes:

Craig B. Lake, Dalhousie University Mark Knight, University of WaterlooDer-Wen Chang, Tamkang UniversityStephen E. Dickson, Oregon State UniversityPeijun Guo, McMaster UniversityJay Wang, Louisiana Tech UniversityOswald Rendon-Herrero, Mississippi State UniversityStanley J. Vitton, Michigan Technological UniversityEdward H. Kalajian, Florida Institute of TechnologyRobert Mokwa, Montana State UniversityTarek Abichou, FAMU-FSU College of EngineeringKanak Tawfiq, Florida A&M UniversityM.C. Wang, Pennsylvania State UniversityTuncer Edil, University of Wisconsin, Madison

E, finalmente, devo muitos agradecimentos ao editor Bill Stenquist e equipe de produo na ThomsonNelson pelo desenvolvimento e produo finais do livro.

Braja M. DasSacramento, Califrnia

O Prof. Braja M. Das recebeu seu ttulo de M.S. em Engenharia Civil da University of Iowa, cidade de Iowa, eseu Ph.D. em Engenharia Geotcnica na University of Wisconsin, Madison. Ele autor de vrios textos de enge-nharia geotcnica e livros de referncia. Escreveu mais de 250 artigos tcnicos na rea de engenharia geotcnica.Suas principais reas de pesquisa incluem fundaes rasas, ancoragens em solos e geossintticos.

Membro da American Society of Civil Engineers, Das atuou no Shallow Foundations Committee, no DeepFoundations Committee e no Grouting Committee da ACSE. Tambm membro do conselho editorial daACSE para o Journal of Geotechnical Engineering. Foi fundador da Diviso de Engenharia Geotcnica daInternational Society of Offshore and Polar Engineering e atuou como editor associado do International Journalof Offshore and Polar Engineering da ISOPE. Hoje, atua no conselho editorial do Lowland TechnologyInternational Journal, que publicado no Japo. co-editor da Geotechnical and Geological Engineering umperidico internacional publicado pela Springer, na Holanda. membro emrito do Committee of Chemicaland Mechanical Stabilization of the Transportation Research Board do National Research Council dos EstadosUnidos, tendo atuado como presidente do comit de 1995 a 2001.

O dr. Das recebeu vrios prmios pela excelncia no ensino, inclusive AMOCO Foundation Award, AT&TAward for Teaching Excellence da American Society of Engineering Education, o Ralph Teetor Award daSociety of Automotive Engineers, e o Distinguished Achievement Award for Teaching Excellence da Universityof Texas em El Paso.

Desde 1994, Das atua como Decano do College of Engineering and Computer Science na California StateUniversity, Sacramento.

Sobre o Autor

xvii

Para fins de engenharia, o solo definido como o agregado no-cimentado de gros minerais e matriaorgnica decomposta (partculas slidas), com lquido e gs nos espaos vazios entre as partculas sli-das. O solo usado como material de construo em vrios projetos de engenharia civil e suporta funda-es estruturais.Assim, os engenheiros civis devem estudar as propriedades do solo, tais como sua origem,

distribuio de tamanho dos gros, capacidade de drenagem de gua, compressibilidade, resistncia ao cisalha-mento e capacidade de carga. Mecnica dos solos o ramo da cincia que lida com o estudo das propriedadesfsicas do solo e do comportamento das massas de solo sujeitas a vrios tipos de foras. Engenharia de solos aaplicao dos princpios da mecnica dos solos a problemas prticos. Engenharia geotcnica a subdiviso daengenharia civil que envolve os materiais naturais encontrados prximo superfcie da terra. Ela inclui a apli-cao dos princpios da mecnica dos solos e da mecnica das rochas ao projeto de fundaes, estruturas de con-teno e estruturas de terra.

1.1 A Engenharia Geotcnica antes do Sculo XVIIIO registro do primeiro uso que uma pessoa fez do solo como material de construo perde-se na Antigidade.Mas, em termos tcnicos, a compreenso da engenharia geotcnica como conhecida hoje comeou no inciodo sculo XVIII (Skempton, 1985). Durante anos, a arte da engenharia geotcnica teve como base apenas umasucesso de experimentos sem nenhum carter cientfico verdadeiro. De acordo com esses experimentos, foramconstrudas muitas estruturas algumas das quais ruram, enquanto outras ainda esto firmes.

A histria registrada nos conta que as civilizaes antigas floresceram ao longo das margens dos rios, comoo Nilo (Egito), o Tigre e o Eufrates (Mesopotmia), o Huang Ho (Rio Amarelo, na China) e o Indo (na ndia).Diques datados de aproximadamente 2000 a.C. foram construdos na bacia do Indo para proteger a cidade deMohenjo Dara (no que se tornou o Paquisto aps 1947). Durante a dinastia Chan, na China (1120 a.C. a249 a.C.), muitos diques foram construdos para fins de irrigao. No h evidncia de que tenham sido toma-das medidas para estabilizar as fundaes ou verificar a eroso causada por inundaes (Kerisel, 1985). A civi-lizao da Grcia antiga utilizou sapatas isoladas e corridas para a construo de edifcios. Comeando por voltade 2750 a.C., as cinco pirmides mais importantes (Saqqarah, Meidum, Dahshur Sul e Norte e Quops) foramconstrudas no Egito em um perodo de menos de um sculo. Isso imps formidveis desafios relacionados afundaes, estabilidade de encostas e construo de cmaras subterrneas. Com a chegada do Budismo Chinadurante a Dinastia Han Oriental em 68 d.C., milhares de pagodes foram construdos. Muitas dessas estruturasforam levantadas sobre camadas de silte e argila moles. Em alguns casos, a presso da base excedeu a capacidadede carga do solo, causando danos estruturais extensivos.

Um dos exemplos mais famosos de problemas relacionados capacidade de carga do solo na construo deestruturas antes do sculo XVIII a Torre Inclinada de Pisa, na Itlia. A construo da torre comeou em1173 d.C., quando a Repblica de Pisa estava crescendo, e continuou em vrios estgios por mais de 200 anos. Aestrutura pesa aproximadamente 15.700 toneladas mtricas e suportada por uma base circular com dimetrode 20 m (< 66 ft). No passado, a torre inclinou para o leste, norte, oeste e, finalmente, para o sul. Investigaesrecentes mostraram que uma camada frgil de argila existe a uma profundidade de cerca de 11 m (< 36 ft) abai-xo da superfcie do solo, o que fez a torre inclinar. Ela ficou mais de 5 m (< 16,5 ft) fora de prumo com a alturade 54 m (< 179 ft). A torre foi fechada em 1990 porque havia o temor de que casse ou russe. Recentemente, elafoi estabilizada pela escavao do solo sob o lado norte. Cerca de 70 toneladas mtricas de terra foram removidas

1

1 Engenharia Geotcnica Uma Perspectiva Histrica

em 41 extraes separadamente, que se estenderam por toda a largu-ra da torre. medida que a terra recalcou gradualmente para preen-cher o espao resultante, a inclinao da torre diminuiu. Agora, elaest inclinada em 5 graus. A mudana de meio grau no percept-vel, mas torna a estrutura consideravelmente mais estvel. A Figura1.1 um exemplo de um problema similar.As torres mostradas nessafigura esto localizadas em Bolonha, Itlia, e foram construdas nosculo XII. A torre esquerda conhecida como Torre Garisenda,tem 48 m (< 157 ft) de altura e sofreu uma grande inclinao.

Depois de encontrar vrios problemas relacionados fundaodurante a construo nos sculos passados, engenheiros e cientistascomearam a tratar propriedades e comportamentos dos solos deforma mais metdica, a partir do incio do sculo XVIII. Com basena nfase e na natureza do estudo na rea de engenharia geotcni-ca, o intervalo de tempo que vai de 1700 a 1927 pode ser dividido emquatro perodos principais (Skempton, 1985):

1. Pr-clssico (1700 a 1776 d.C.)2. Mecnica dos solos clssica Fase I (1776 a 1856 d.C.)3. Mecnica dos solos clssica Fase II (1856 a 1910 d.C.)4. Mecnica dos solos moderna (1910 a 1927 d.C.)

Descries breves de alguns desenvolvimentos significativosdurante cada um desses quatro perodos so discutidas a seguir.

1.2 Perodo Pr-clssico da Mecnica dos Solos (1700 a 1776)Este perodo concentrou-se em estudos relativos a encostas naturais e a pesos especficos de vrios tipos de solos,bem como em teorias semi-empricas de empuxos de terra. Em 1717, um engenheiro real francs, Henri Gautier(1660-1737), estudou taludes naturais de solos quando teve a inspirao para formular os procedimentos de pro-jeto de muros de arrimo.A encosta natural o que chamamos agora como ngulo de repouso. De acordo com esseestudo, as encostas naturais (veja o Captulo 11) da areia seca e limpa e da terra comum eram de 31 e 45, respec-tivamente. Alm disso, os pesos especficos recomendveis da areia seca limpa (veja o Captulo 3) e da terracomum eram de 18,1 kN/m3 (115 lb/ft3) e 13,4 kN/m3 (85 lb/ft3), respectivamente. No foi informado nenhumresultado de ensaio com argila. Em 1729, Bernard Forest de Belidor (1671-1761) publicou um livro-texto paraengenheiros militares e civis na Frana. No livro, ele props uma teoria para presso lateral de terra em muros dearrimo (veja o Captulo 12), que era uma continuao do estudo original de Gautier (1717). Ele tambm especifi-cou um sistema de classificao dos solos da forma mostrada na tabela a seguir (veja os Captulos 3 e 4).

Os primeiros resultados de ensaio de laboratrio em modelo em um muro de 76 mm (< 3 in) de alturaconstrudo com aterro de areia foram relatados em 1746 por um engenheiro francs, Franois Gadroy (1705-1759), que observou a existncia de planos de escorregamento no solo sob ruptura (veja o Captulo 12). O estu-do de Gadroy foi resumido posteriormente por J. J. Mayniel, em 1808.

Peso Especfico

Classificao kN/m3 lb/ft3

Rocha

Areia firme ou dura at 16,7 at 106Areia compressvel 18,4 117

Terra comum (encontrada em locais secos) 13,4 85Terra fofa (principalmente silte) 16,0 102Argila 18,9 120

Turfa

Fundamentos de Engenharia Geotcnica2

Figura 1.1 Inclinao da Torre de Garisenda emBolonha, Itlia.

1.3 Mecnica dos Solos Clssica Fase I (1776 a 1856)Durante esse perodo, a maior parte do desenvolvimento na rea de engenharia geotcnica veio de engenheirose cientistas da Frana. No perodo pr-clssico, praticamente todas as consideraes tericas usadas no clculoda presso lateral de terra em muros de arrimo tiveram como base uma superfcie de ruptura no solo arbitraria-mente definida. Em seu famoso artigo tcnico apresentado em 1776, o cientista francs Charles AugustinCoulomb (1736-1806) usou os princpios de clculo de mximos e mnimos para determinar a posio exata dasuperfcie de deslizamento no solo por trs de um muro de arrimo (veja o Captulo 12). Nessa anlise, Coulombusou as leis do atrito e da coeso para corpos slidos. Em 1820, casos especiais do trabalho de Coulomb foramestudados pelo engenheiro francs Jacques Frederic Francais (1775-1883) e pelo professor francs de mecnicaaplicada Claude Louis Marie Henri Navier (1785-1836). Esses casos especiais estavam relacionados a aterrosinclinados e aterros que suportavam sobrecarga. Em 1840, Jean Victor Poncelet (1788-1867), um engenheiro mili-tar e professor de mecnica, estendeu a teoria de Coulomb, fornecendo um mtodo grfico para determinar amagnitude da presso lateral de terra em muros de arrimo verticais e inclinados com superfcies de solo na formade poligonais arbitrrias. Poncelet tambm foi o primeiro a usar o smbolo f para o ngulo de atrito do solo (vejao Captulo 11). Ele tambm determinou a primeira teoria do limite de capacidade de carga para fundaes rasas(veja o Captulo 15). Em 1846, o engenheiro Alexandre Collin (1808-1890) forneceu os detalhes para escorrega-mentos profundos em taludes de argila, cortes e aterros (veja o Captulo 14). Collin formulou a teoria de que, emtodos os casos, a ruptura ocorre quando a coeso mobilizada excede a coeso existente no solo. Ele tambmobservou que as superfcies reais de ruptura poderiam ser aproximadas por arcos de ciclides.

O fim do perodo da Fase I da mecnica dos solos clssica geralmente marcado pelo ano (1857) da pri-meira publicao de William John Macquorn Rankine (1820-1872), um professor de engenharia civil naUniversity of Glasgow. Esse estudo forneceu uma teoria notvel sobre o empuxo de terra e o equilbrio de mas-sas de terra (veja o Captulo 12). A teoria de Rankine uma simplificao da teoria de Coulomb.

1.4 Mecnica dos Solos Clssica Fase II (1856 a 1910)Nesta fase, vrios resultados experimentais de ensaios de laboratrio em areia apareceram na literatura. Umadas primeiras e mais importantes publicaes do engenheiro francs Henri Philibert Gaspard Darcy (1803-1858). Em 1856, ele publicou um estudo sobre a permeabilidade de filtros de areia (veja o Captulo 6). Com basenesses ensaios, Darcy definiu o termo coeficiente de permeabilidade (ou condutividade hidrulica) do solo, umparmetro muito til na engenharia geotcnica atualmente.

Sir George Howard Darwin (1845-1912), um professor de astronomia, fez ensaios em laboratrio paradeterminar o momento de tombamento de um muro articulado que fazia a conteno de areia nos estados fofoe compacto. Outra contribuio notvel, publicada em 1885 por Joseph Valentin Boussinesq (1842-1929), foi odesenvolvimento da teoria da distribuio de tenses sob reas carregadas em um meio homogneo, semi-infi-nito, elstico e isotrpico (veja o Captulo 9). Em 1887, Osborne Reynolds (1842-1912) demonstrou o fenmenoda dilatncia na areia.

1.5 Mecnica dos Solos Moderna (1910 a 1927)Neste perodo, foram publicados os resultados de pesquisas realizadas em argilas, nos quais as propriedades eparmetros fundamentais das argilas foram estabelecidos. As publicaes mais notveis so mostradas naTabela 1.1.

1.6 A Engenharia Geotcnica depois de 1927A publicao de Erdbaumechanik auf Bodenphysikalisher Grundlage, de Karl Terzaghi, em 1925, fez surgir umanova era no desenvolvimento da mecnica dos solos. Karl Terzaghi merecidamente conhecido como o pai damecnica dos solos moderna. Terzaghi nasceu em 2 de outubro de 1883, em Praga, ento capital da provnciaaustraca da Bomia. Em 1904, ele formou-se na Technische Hochschule em Graz, ustria, como engenheiromecnico. Depois da graduao, ele serviu no exrcito austraco por um ano. Aps o servio militar, Terzaghiestudou mais um ano, concentrando-se em assuntos geolgicos. Em janeiro de 1912, recebeu o grau de Doutor

Captulo 1 Engenharia Geotcnica Uma Perspectiva Histrica 3

em Cincias Tcnicas na sua instituio de formao original, em Graz. Em 1916, aceitou o cargo de professorna Imperial School of Engineers, em Istambul. Depois do fim da Primeira Guerra Mundial, passou a trabalharcomo pesquisador no American Robert College, em Istambul (1918-1925). L, comeou seu trabalho de pesqui-sa sobre o comportamento dos solos e recalque de argilas (veja o Captulo 10) e sobre ruptura devida ao pipingem areia sob barragens (veja o Captulo 8). A publicao de Erdbaumechanik o resultado principal dessa pesquisa.

Em 1925, Terzaghi aceitou o cargo de pesquisador visitante no Massachusetts Institute of Technology,onde trabalhou at 1929. Durante esse tempo, tornou-se conhecido como o lder da nova rea de engenhariacivil chamada mecnica dos solos. Em outubro de 1929, retornou Europa para assumir o cargo de professorna Technical University de Viena, que logo se tornou o centro para engenheiros civis interessados em mecni-ca dos solos. Em 1939, retornou aos Estados Unidos para lecionar na Universidade de Harvard.

A primeira conferncia da International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering (ISSMFE Sociedade Internacional de Mecnica dos Solos e Engenharia de Fundaes) foi realizada na Universidade deHarvard, em 1936, sob a presidncia de Karl Terzaghi. Foi pela inspirao e orientao de Terzaghi nos 25 anosanteriores que artigos tcnicos foram apresentados nessa conferncia, abrangendo uma ampla gama de assuntos,como resistncia ao cisalhamento (Captulo 11), tenses efetivas (Captulo 8), ensaios in situ (Captulo 17),penetrmetro de cone holands (Captulo 17), ensaio centrfugo, recalque de adensamento (Captulo 10), distri-buio de tenses elsticas (Captulo 9), pr-carregamento para melhoria do solo, ao de congelamento, argilasexpansivas, teoria do arqueamento da presso de terra, dinmica dos solos e terremotos. Nos 25 anos seguintes,Terzaghi foi o papa do desenvolvimento da mecnica dos solos e da engenharia geotcnica em todo o mundo.Em relao a isso, em 1985, Ralph Peck escreveu que poucas pessoas, durante a vida de Terzaghi, teriam dis-cordado de que ele era no apenas o papa da mecnica dos solos, mas tambm o centro de intercmbio para apesquisa e a aplicao em todo o mundo. Nos anos seguintes, ele se envolveria em projetos em todos os conti-nentes, exceto Austrlia e Antrtida. Peck continuou, Portanto, mesmo hoje em dia, mal podemos aprimoraras avaliaes de seu tempo a respeito dos desafios da mecnica dos solos, em seus artigos de sntese e palestras.Em 1939, Terzaghi apresentou-se na 45th James Forrest Lecture na Institution of Civil Engineers, em Londres.Sua palestra tinha o ttulo Soil Mechanics A New Chapter in Engineering Science (Mecnica dos solos umnovo captulo na cincia da engenharia). Nela, ele proclamou que a maior parte das falhas de fundaes queocorreram no se tratava mais de casos fortuitos.

Pesquisador Ano Tpico

Albert Mauritz Atterberg 1911 Consistncia do solo, ou seja, propriedades(1846-1916), Sucia de liquidez, plasticidade e contrao

(Captulo 3)

Jean Frontard 1914 Ensaios de cisalhamento duplo (no-drenado)(1884-1962), Frana em argila sob carga vertical constante

(Captulo 11)

Arthur Langtry Bell 1915 Presso lateral e resistncia da(1874-1956), Inglaterra argila (Captulo 12); capacidade de carga

da argila (Captulo 15); e ensaios de cisalhamentodireto para medio da resistncia ao cisalhamentono-drenado usando amostras indeformadas(Captulo 11)

Wolmar Fellenius 1918, Anlise do crculo de deslizamento(1876-1957), Sucia 1926 em taludes de argila saturada (Captulo 14)

Karl Terzaghi 1925 Teoria do adensamento para argilas(1883-1963), ustria (Captulo 10)

Tabela 1.1 Estudos Importantes sobre Argila (1910-1927)

Fundamentos de Engenharia Geotcnica4

A seguir, so apresentados alguns destaques no desenvolvimento da mecnica dos solos e da engenhariageotcnica que evoluram depois da primeira conferncia da ISSMFE, em 1936:

Publicao do livro Theoretical Soil Mechanics, por Karl Terzaghi, em 1943 (Nova York: Wiley); Publicao do livro Soil Mechanics in Engineering Practice, de Karl Terzaghi e Ralph Peck, em 1948

(Nova York: Wiley); Publicao do livro Fundamentals of Soil Mechanics, de Donald W.Taylor, em 1948 (Nova York:Wiley); Incio da publicao de Geotechnique, o peridico internacional de mecnica dos solos, em 1948,

Inglaterra; Apresentao do artigo tcnico sobre o conceito de f = 0 para argilas, por A. W. Skempton, em 1948

(veja o Captulo 11); Publicao do artigo tcnico de A. W. Skempton sobre os parmetros da presso de gua nos poros

A e B, em 1954 (veja o Captulo 11); Publicao do livro The Measurement of Soil Properties in the Triaxial Test por A. W. Bishop e B. J.

Henkel, em 1957 (Londres: Arnold); ACSEs Research Conference on Shear Strenght of Cohesive Soils realizada em Boulder,

Colorado, em 1960.

Desde o princpio, a profisso de engenheiro geotcnico passou por um longo caminho e amadureceu.Agora uma rea estabelecida da engenharia civil e milhares de engenheiros civis declaram que a engenhariageotcnica sua rea de especializao preferencial.

Desde a primeira conferncia, em 1936, exceto por uma breve interrupo durante a Segunda GuerraMundial, as conferncias da ISSMFE foram realizadas em intervalos de quatro anos. Em 1997, a ISSMFEmudou para ISSMGE (International Society of Soil Mechanics and Geotechnical Engineering) para refletir seuescopo verdadeiro. Essas conferncias internacionais serviram de ferramenta para a troca de informaes rela-tivas a novos desenvolvimentos e atividades de pesquisa em andamento na engenharia geotcnica. A Tabela 1.2mostra o local e o ano em que cada conferncia da ISSMFE/ISSMGE foi realizada, e a Tabela 1.3, uma lista detodos os presidentes da sociedade. Em 1997, havia um total de 30 comits tcnicos na ISSMGE. Os nomes dessescomits tcnicos so mostrados na Tabela 1.4.

Conferncia Local Ano

I Universidade de Harvard, Boston, EUA 1936

II Roterd, Holanda 1948

III Zurique, Sua 1953

IV Londres, Inglaterra 1957

V Paris, Frana 1961

VI Montreal, Canad 1965

VII Cidade do Mxico, Mxico 1969

VIII Moscou, URSS 1973

IX Tquio, Japo 1977

X Estocolmo, Sucia 1981

XI So Francisco, EUA 1985

XII Rio de Janeiro, Brasil 1989

XIII Nova Dlhi, ndia 1994

XIV Hamburgo, Alemanha 1997

XV Istambul, Turquia 2001

XVI Osaka, Japo 2005

Tabela 1.2 Detalhes das Conferncias da ISSMFE (1936-1997) e da ISSMGE (1997-2005)

Captulo 1 Engenharia Geotcnica Uma Perspectiva Histrica 5

Nmero docomit Nome do comit

TC-1 Instrumentao para monitoramento geotcnico TC-2 Ensaio centrfugoTC-3 Geotcnica de pavimentos e trilhos ferroviriosTC-4 Engenharia geotcnica ssmica TC-5 Geotcnica ambientalTC-6 Solos no-saturadosTC-7 Barragens de resduosTC-8 CongelamentoTC-9 Geossintticos e reforo de terraTC-10 Caracterizao geofsicaTC-11 Deslizamentos de terraTC-12 Validao da simulao por computadorTC-14 Engenharia geotcnica offshoreTC-15 Turfa e solos orgnicosTC-16 Caracterizao das propriedades do terreno a partir dos ensaios in situTC-17 Melhoria do terrenoTC-18 Fundaes por estacasTC-19 Preservao de stios histricosTC-20 Prtica profissionalTC-22 Solos e rochas brandas enrijecidosTC-23 Engenharia geotcnica de projeto de estado limiteTC-24 Amostragem de solos, avaliao e interpretaoTC-25 Solos tropicais e residuaisTC-26 Sedimentos calcreosTC-28 Construo subterrnea em terreno brandoTC-29 Ensaios de tenso-deformao de geomateriais em laboratrioTC-30 Engenharia geotcnica costeiraTC-31 Educao em engenharia geotcnicaTC-32 Avaliao e administrao de riscosTC-33 Escoramento de fundaesTC-34 Deformaes de materiais terrosos

Tabela 1.4 Comits Tcnicos da ISSMGE para 1997 a 2001 (com base em Ishihara, 1999)

Ano Presidente

1936-1957 K. Terzaghi (EUA)

1957-1961 A. W. Skempton (Reino Unido)

1961-1965 A. Casagrande ( EUA)

1965-1969 L. Bjerrum (Noruega)

1969-1973 R. B. Peck ( EUA)

1973-1977 J. Kerisel (Frana)

1977-1981 M. Fukuoka (Japo)

1981-1985 V. F. B. de Mello (Brasil)

1985-1989 B. B. Broms (Singapura)

1989-1994 N. R. Morgenstern (Canad)

1994-1997 M. Jamiolkowski (Itlia)

1997-2001 K. Ishihara (Japo)

2001-2005 W. F. Van Impe (Blgica)

Tabela 1.3 Presidentes das Conferncias da ISSMFE (1936-1997) e da ISSMGE (1997-2005)

Fundamentos de Engenharia Geotcnica6

RefernciasATTERBERG, A. M. ber die physikalische Bodenuntersuchung, und ber die Plastizitt de Tone. InternationalMitteilungen fr Bodenkunde. Verlag fr Fachliteratur, Berlim: G.m.b.H., v. 1, p. 10-43, 1911.

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COLLIN, A. Recherches Exprimentales sur les Glissements Spontans des Terrains Argileux Accompagnes deConsiderations sur Quelques Principes de la Mcanique Terrestre. Paris: Carilian-Goeury, 1846.

COULOMB, C. A. Essai sur une Application des Rgles de Maximis et Minimis Quelques Problmes de StatiqueRelatifs LArchitecture. Mmoires de la Mathmatique et de Phisique, prsents lAcadmie Royale des Sciences,par divers savans, et ls dans ss Assembles, De L Imprimerie Royale, Paris, v. 7, ano 1793, p. 343-382, 1776.

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ISHIHARA, K. Comunicao pessoal, 1999.

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MAYNIEL, J. J. Trait Experimentale, Analytique et Pratique de la Pouss des Terres. Paris: Colas, 1808.

NAVIER, C. L. M. Leons sur LApplication de la Mcanique LEstablissement des Constructions et des Machines.2. ed. Paris, 1839.

PECK, R. B. The Last Sixty Years. Proceedings, XI International Conference on Soil Mechanics and FoundationEngineering, San Francisco, Golden Jubilee Volume, A. A. Balkema, p. 123-133, 1985.

PONCELET, J. V. Mmoire sur la Stabilit des Revtments et de seurs Fondations. Paris: Bachelier, 1840.

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TERZAGHI, K.; PECK, R. B. Soil Mechanics in Engineering Practice. Nova York: John Wiley, 1948.

Captulo 1 Engenharia Geotcnica Uma Perspectiva Histrica 7

Em geral, os solos so formados pela eroso das rochas. As propriedades fsicas do solo so determinadasprimeiro pelos minerais que constituem suas partculas e, portanto, pela rocha a partir da qual esse solo derivado. Este captulo oferece uma descrio do ciclo das rochas e a origem do solo e a distribuio dotamanho das partculas em uma massa de solo.2.1 O Ciclo das Rochas e a Origem do Solo

Os minerais que formam a fase slida do solo so o produto da eroso das rochas. O tamanho dos gros indivi-duais tem uma ampla faixa de variao. Muitas das propriedades fsicas do solo so ditadas pelo tamanho, formae composio qumica dos gros. Para melhor compreenso desses fatores, deve-se estar familiarizado com ostipos bsicos de rocha que formam a crosta terrestre, os minerais que formam as rochas e o processo de eroso.

Quanto sua origem, as rochas podem ser divididas em trs tipos bsicos: gneas, sedimentares e metamr-ficas. A Figura 2.1 mostra um diagrama do ciclo de formao de diferentes tipos de rocha e os processos asso-ciados a eles. Este denominado ciclo das rochas. A seguir apresenta-se uma breve anlise de cada elementodesse ciclo.

Figura 2.1 Ciclo das Rochas.

Comp

actao

, Cimentao, Cristalizao

Rochametamrfica

Rochagnea

Rocha sedimentar

Met

amor

fism

o

Transporte, Eroso, Intem

perismo

Fuso

Sedimentos

Magma

8

2 Origem do Solo eTamanho dos Gros

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Captulo 2 Origem do Solo e Tamanho dos Gros 9

Rochas gneasAs rochas gneas so formadas pela solidificao do magma fundido expelido do fundo do manto terrestre.Aps a ejeo por erupo fissural ou por erupo vulcnica, uma parte do magma fundido esfria na superfcieda terra. s vezes o magma cessa a sua mobilidade abaixo da superfcie da terra e esfria para formar rochasgneas intrusivas denominadas rochas plutnicas. As rochas intrusivas formadas no passado podem ser expostas superfcie como resultado do processo contnuo de eroso dos materiais que uma vez as cobriram.

Os tipos de rochas gneas formadas pelo resfriamento do magma dependem de fatores tais como a compo-sio do magma e a taxa de resfriamento associada a ele. Aps a realizao de vrios ensaios de laboratrio,Bowen (1922) pde explicar a relao entre a taxa de resfriamento do magma e os diferentes tipos de rocha. Essaexplicao conhecida como princpio da reao de Bowen descreve a seqncia pela qual novos minerais soformados por resfriamento do magma. Os cristais dos minerais ficam maiores e alguns deles sedimentam. Os quepermanecem suspensos no lquido reagem com o material fundido remanescente para formar um novo mineralsob temperatura inferior. Esse processo continua at que todo o corpo do material fundido seja solidificado.Bowen classificou essas reaes em dois grupos: (1) srie de reao ferromagnesiana descontnua, na qual osminerais formados so diferentes em suas composies qumicas e estrutura cristalina e (2) srie de reao defeldspato plagioclsio contnua, na qual os minerais formados tm diferentes composies qumicas com estru-tura cristalina similar.A Figura 2.2 mostra as sries de reaes.As composies qumicas dos minerais so dadasna Tabela 2.1.

Assim, dependendo das propores dos minerais disponveis, diferentes tipos de rochas gneas so forma-dos. Granito, gabro e basalto so alguns dos tipos comuns de rocha gnea geralmente encontrados no campo. ATabela 2.2 mostra a composio geral de algumas rochas gneas.

Figura 2.2 Sries de reaes de Bowen.

Menor resistnciaao intemperismo

Olivina

Augita

Hornblenda

Biotita (mica preta)

Ortoclsio(feldspato potssico)

Muscovita(mica branca)

Quartzo

Feldspato sdico

Maior resistnciaao intemperismo

Srie c

ontnu

a

de feld

spato p

lagioc

lsio

Feldspato clcico

Cristalizao sobtemperatura maior

Cristalizao sobtemperatura menor

Srie ferromagnesiana

descontnua

Mineral Composio

Olivina (Mg, Fe)2SiO4Augita Ca, Na(Mg, Fe, Al)(Al, Si2O6)

Hornblenda Silicato ferromagnesiano complexo de Ca, Na, Mg, Ti e Al

Biotita (mica preta) K(Mg, Fe)3AlSi3O10(OH)2

Plagioclsio e feldspato clcico Ca(Al2Si2O8)feldspato sdico Na(AlSi3O8)

Ortoclsio (feldspato potssico) K(AlSi3O8)

Muscovita (mica branca) KAl3Si3O10(OH)2Quartzo SiO2

Tabela 2.1 Composio dos Minerais Mostrados nas Sries de Reaes de Bowen

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IntemperismoIntemperismo o processo de ruptura das rochas em pedaos menores, por processos mecnicos e qumicos. Ointemperismo fsico ou mecnico pode ser causado pela expanso e contrao de rochas por causa do cont-nuo ganho e perda de calor, o que resulta em extrema desintegrao. Freqentemente, a gua se infiltra pelos po-ros e fendas das rochas. Quando a temperatura cai, a gua congela e expande. A presso exercida pelo gelo porcausa da expanso do volume suficientemente forte para romper mesmo rochas grandes. Outros agentes fsi-cos que ajudam a desintegrar rochas so o gelo de geleiras, o vento, a gua corrente de crregos e rios e asondas do oceano. importante entender que no intemperismo fsico rochas grandes so quebradas em peda-os menores sem qualquer alterao na composio qumica. A Figura 2.3 mostra vrios exemplos de erosomecnica devido s ondas do oceano e ao vento em Yehliu,Taiwan. Essa rea est localizada em um cabo mar-timo longo e estreito no lado noroeste de Keelung, cerca de 15 quilmetros entre a costa norte de Chin Shane Wanli.

No intemperismo qumico, os minerais da rocha original so transformados em novos minerais por reaoqumica. A gua e o dixido de carbono da atmosfera formam cido carbnico que reage com os minerais derocha existentes para formar novos minerais e sais solveis. Os sais solveis presentes no lenol fretico e os ci-dos orgnicos formados a partir de materiais orgnicos decompostos tambm causam o intemperismo qumico.Um exemplo de intemperismo qumico de ortoclsio para formar minerais de argila, slica e carbonato de pots-sio solvel:

cido carbnico

Ortoclsio Slica Caulinita(mineral de argila)

A maioria dos ons de potssio liberados arrastada em soluo como carbonato de potssio e absorvi-da pelas plantas.

O intemperismo qumico do feldspato plagioclsio similar quele do ortoclsio no qual minerais de argi-la, slica e diferentes sais solveis so produzidos. Os minerais ferromagnesianos tambm formam produtos dedecomposio como minerais de argila, slica e sais solveis. Adicionalmente, o ferro e o magnsio em mineraisferromagnesianos resultam em outros produtos, tais como hematita e limonita. O quartzo altamente resistenteao intemperismo e somente pouco solvel em gua. A Figura 2.2 mostra a suscetibilidade dos minerais forma-dores de rocha ao intemperismo. Os minerais formados sob temperaturas superiores na srie de reao deBowen so menos resistentes degradao do que aqueles formados sob temperaturas inferiores.

O processo de intemperismo no limitado a rochas gneas. Como mostrado no ciclo das rochas (Figura2.1), rochas sedimentares e metamrficas tambm se degradam de maneira similar.

2K1AlSi3O8 2 2H H2O S 2K 4SiO2 Al2Si2O51OH 2 4H2O CO2 S H2CO3 S H 1HCO3 2

Nome Modo deda rocha ocorrncia Textura Minerais abundantes Minerais menos abundantes

Granito Intrusivo Grossa Quartzo, feldspato sdico, Biotita, muscovita,feldspato potssico hornblendaRilito Extrusivo Fina

Gabro Intrusivo Grossa Plagioclsio, Hornblenda, biotita,piraxnios, olivina magnetitaBasalto Extrusivo Fina

Diorita Intrusivo Grossa Plagioclsio, Biotita, piroxnioshornblenda (quartzo normalmente ausente)Andesita Extrusivo Fina

Sienita Intrusivo Grossa Feldspato potssico Feldspato sdico,biotita, hornblendaTraquito Extrusivo Fina

Peridotito Intrusivo Grossa Olivina, piroxnios xidos de ferro

Tabela 2.2 Composio de Algumas Rochas gneas

Fundamentos de Engenharia Geotcnica10

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