Laboratório de Mecânica dos Solos

Primeiro Semestre de 2017

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OBJETIVOS:

Capacitar o aluno para o entendimento do que o solo representa para

fins de engenharia no que diz respeito as suas propriedades físicas e

ao seu comportamento mecânico e hidráulico.

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CONTEÚDO PROGRAMÁTICO: 1. Aula Teórica 2. Aula Teórica 3. Aula Teórica 4. Aula Laboratório GRANULOMETRIA 5. Aula Laboratório LIMITE DE LIQUIDEZ E LIMITE DE PLASTICIDADE 6. Aula Laboratório COMPACTAÇÃO E CBR 7. TE1 8. Aula Teórica 9. Aula Teórica 10. Aula Teórica 11. Aula Laboratório PERMEABILIDADE 12. Aula Laboratório ADENSAMENTO 13. Aula Laboratório CISALHAMENTO DIRETO E COMPRESÃO SIMPLES 14. TE2

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AULAS DE LABORATÓRIO:

• A TURMA SERÁ DIVIDIDA EM 3 GRUPOS

• CADA GRUPO APRESENTARÁ 2 AULAS DE LABORATÓRIO: 1 ANTES DO TE1 E OUTRA ANTES DO TE2

• HAVERÁ SORTEIO EM AULA DOS TEMAS DAS AULAS PRÁTICAS (6 TEMAS)

• DE IMEDIATO OS GRUPOS PRECISAM TRAZER MATERIAL (SOLOS) PARA O LABORATÓRIO

BUSCAR ORIENTAÇÃO PARA PREPARAÇAO DAS AMOSTRAS (DESTORROAMENTO E SECAGEM) COM OS LABORATORITAS/TÉCNICOS E MONITORES.

• A AVALIAÇÃO DOS ALUNOS SERÁ PERANTE A APRESENTAÇÃO DOS ENSAIOS PARA OS

COLEGAS, DESENVOLVIMENTO, PARTICIPAÇÃO, FAZENDO USO DE TODO O HORÁRIO DE AULA. É NECESSÁRIO ESTUDAR O ENSAIO E DEMONSTRAR OS PROCEDIMENTOS.

• NÃO É NECESSÁRIO ENTREGAR DOCUMENTO IMPRESSO DO TRABALHO AO PROFESSOR.

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BIBLIOGRAFIA:

CRAIG, R.F. Mecânica dos Solos. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007.

PINTO, C.S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.

DAS, B. M. Fundamentos de Engenharia Geotécnica, 6. ed. São Paulo, 2007.

NORMAS NBR, DNT E DNER.

CAPUTO, H.P. Mecânica dos Solos e suas aplicações. 6. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1998. I, II e III v.

CARMIGNANI, L. Fundamentos de Mecânica dos Solos e das Rochas. 2. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2009.

FILHO, C.L.M.; NUMMER, A.V. Introdução à Geologia de Engenharia. 4. ed. Santa Maria: UFSM, 2012.

POPP, J.H. Geologia Geral. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010

TEIXEIRA, W.; et al. Decifrando a Terra. São Paulo: Oficina de Textos, 2000.

WICANDER, R.; MONROE, J.S. Fundamentos de Geologia. 1. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2009.

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NOTAS

Todas as obras de engenharia civil se assentam sobre o terreno e

inevitavelmente requerem que o comportamento do solo seja devidamente

considerado.

A mecânica dos solos, que estuda o comportamento dos solos quando

tensões são aplicadas, como nas Fundações, ou aliviadas, no caso de

escavações, ou perante o escoamento de água nos seus vazios, constitui-se

numa ciência de engenharia, na qual o engenheiro se baseia para desenvolver

seus projetos. 7

Aula 1 – Introdução a mecânica dos solos

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A mecânica dos solos não se restringe ao conhecimento das propriedades

do solo que a mecânica pode esclarecer. A química e a física coloidal,

importantes para justificar aspectos do comportamento dos solos, são

parte integrante da mecânica dos solos, enquanto que o conhecimento de

geologia é fundamental para o tratamento correto dos problemas de

fundações.

A engenharia geotécnica é uma arte que se aprimora pela experiência,

pela observação e análise do comportamento das obras, para o que é

imprescindível atentar para as peculiaridades dos solos com base no

entendimento dos mecanismos de comportamento, que constituem a

essência da mecânica dos solos.

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Os solos são constituídos por um conjunto de partículas com água ou outro

líquido e ar os espaços intermediários. As partículas, de maneira geral,

encontram-se livres para se deslocar entre si. Em alguns casos, uma

pequena cimentação pode ocorrer entre elas, mas num grau

extremamente mais baixo do que os cristais de uma rocha ou de um metal,

ou nos agregados de um concreto.

O comportamento dos solos depende do movimento das partículas sólidas

entre si e isto faz com que ele se afaste do mecanismo dos sólidos

idealizados na mecânica dos sólidos deformáveis, na qual se fundamenta a

mecânica das estruturas, de uso corrente na engenharia civil.

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A mecânica dos solos pode ser incluída na mecânica dos sistemas

particulados (Lambe e Whitman 1969). As soluções da mecânica dos

sólidos deformáveis são frequentemente utilizadas para a representação

do comportamento de maciços de solo, graças a sua simplicidade e por

obterem comprovação aproximada de seus resultados com o

comportamento real dos solos, quando verificada experimentalmente em

obras de engenharia. Em diversas situações, entretanto, o comportamento

do solo só pode ser entendido pela consideração das forças transmitidas

grão a grão, embora estas forças não sejam consideradas em cálculos e

modelos. Por exemplo, pode ocorrer a quebra de grãos, alterando o seu

desemprenho.

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As partículas constituintes dos solos

A) A origem dos solos:

Todos os solos se originam pela decomposição das rochas que constituíam inicialmente a crosta terrestre. A decomposição é decorrente de agentes físicos e químicos. Variações de temperatura provocam trincas , nas quais penetra a água, atacando quimicamente os minerais. O congelamento da água nas trincas, entre outros fatores, exerce elevadas tensões, do que decorre maior fragmentação dos blocos. A presença da fauna e flora promove o ataque químico, através da hidratação, hidrolise, oxidação, lixiviação, troca de cátions, carbonização, etc. O conjunto destes processos, que são muito mais atuantes em climas quentes, leva a formação dos solos, que são misturas de partículas pequenas que se diferenciam pela composição química e tamanho de partículas. A concentração de cada tipo de partícula num solo depende da composição química da rocha que lhe deu origem.

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B) Tamanho das partículas:

A primeira característica que difere os solos é o tamanho das partículas que os compõem. Num primeiro momento, pode-se identificar que alguns solos possuem grãos perceptíveis ao olho humano, como grão de pedregulho e areia, e que outros têm os grãos tão finos que, quando molhados, se transformam numa parta de barro, não podendo ser visualizar as partículas individualmente.

A diversidade de tamanho de grãos é enorme. Não se percebe isto num primeiro contato com o material, simplesmente porque parecem todos muito pequenos perante os materiais com os quais se está acostumado a lidar. Mas alguns grãos são consideravelmente menores do que outros na composição de num solo.

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Por exemplo, grãos de areia podem estar envoltos por partículas de argila, finíssima, ficando o aspecto de uma aglomeração formada exclusivamente por argilas. Quando secas, as duas formações são muito semelhantes. Quando úmidas, entretanto, a aglomeração de partículas argilosa se transforma em uma pasta fina, enquanto a partícula arenosa revestida é facilmente reconhecida pelo tato.

Denominações específicas são empregadas para as diversas faixas de tamanho de grãos; seus limites, entretanto, variam de acordo com o sistema de classificação.

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C) Constituição mineralógica:

As partículas resultantes da desagregação de rochas dependem da composição da rocha matriz. O quartzo, presente na maioria das rochas, é bastante resistente à degradação e forma grãos de siltes e areias. Outros minerais, como o feldspato, gibsita, calcita e mica, também podem ser encontrados.

Os feldspatos são os minerais mais atacados pela natura, dando origem aos argilo-minerais. Não é só o reduzido tamanho, mas a constituição mineralógica diferenciada que faz com que este mineral apresente comportamento distinto em relação a siltes e argilas. Os argilo-mineais apresentam uma estrutura complexa.

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A textura de um solo é sua aparência ou sensação a toque e depende do tamanho relativo e forma das partículas, bem como da faixa ou distribuição desses tamanho.

A princípio, o solo é constituído de partículas minerais de diferentes tamanhos (frações granulométricas). A textura do solo corresponde à proporção relativa das frações granulométricas existentes em um solo. Ou seja, o quanto se tem de areia, silte e argila em uma amostra de solo.

Três classes de textura:

• Solos de Textura Arenosa (Solos Leves) – Possuem teores de areia superiores a 70% e o de argila inferior a 15%.

• Solos de Textura Média (Solos Médios) – São solos que apresentam certo equilíbrio entre os teores de areia, silte e argila.

• Solos de Textura Argilosa (Solos Pesados) – São solos com

teores de argila superiores a 35%.

Textura do solo

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Identificação do solo por meio de ensaios

Análise granulométrica: duas fases: peneiramento (até peneira 200 com abertura de 0,075 mm) e sedimentação (baseado na lei de Stokes).

Peneiramento: manual ou mecanizada. (vídeo)

Como os grão não são esféricos, trabalhamos com diâmetro equivalente.

(vídeo)

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Sedimentação – lei de Stokes: a velocidade de queda de partículas esféricas num fluido atinge um valor limite que depende do peso especifico do material da esfera, do peso específico do fluido, da viscosidade do fluido e do diâmetro da partícula.

As partículas caem com velocidade proporcional ao quadrado do seus diâmetros.

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Sedimentação – procedimento: Deixa a amostra parada por 12h com defloculante, agita mecanicamente por 15 min, despeja na proveta e acrescenta mais água até a marca de referencia, agita manualmente, liga o cronômetro par fazer leituras com densímetro 30 s, 1 min, 2min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 1h, 2h, 4h, 8h e 24h sempre lendo a temperatura. Após a ultima leitura verte o material na peneira numero 200 (0,075 mm) e seca na estufa. (vídeo)

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Índice de consistência (Limites de Atterberg): Só a distribuição granulometria não caracteriza um solo, pois sua fração fina tem grande importância no seu comportamento. Para uma mesma porcentagem de fração argila, o solo pode apresentar um comportamento muito distinto, dependendo da composição mineralógica.

Estudo do comportamento do solo baseado na presença de água, através de o emprego de ensaios de índices de consistência Atterberg adaptado por Casagrande.

Os limites baseiam-se no comportamento de um solo argiloso perante o teor de umidade presente no material.

Quando muito úmido, ele se comporta como um líquido, quando perde parte da água torna-se plástico. E quando seco, torna-se quebradiço.

Os teores de umidade correspondem as mudanças de estado.

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Limite de liquidez LL: é definido como o teor de umidade do solo com o qual uma ranhura aberta em uma concha requer 25 golpes para fechar. Os golpes são dados com velocidade constante (2 golpes/segundo). Diversas tentativas são realizadas com diferentes teores de umidade (5 pontos). O resultado é obtido por interpolação (ideal: teores de umidade para 35 a 15 golpes). Ensaio padronizado pela NBR 6459. (vídeo)

Limite de plasticidade: é definido como o menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um cilindro com 3 mm de diâmetro e 10 cm, rolando-se o solo com a palma da mão. (3 determinações com variação inferior a 5%). Ensaio padronizado pela NBR 7180. (vídeo)

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Limite de liquidez LL:

Índice de plasticidade IP:

Alguns solos brasileiros:

Solos LL % IP%

Residual de arenito (arenoso finos) 29-44 11-20

Residual de gnaisse 45-55 20-25

Residual de basalto 45-70 20-30

Residual de granito 45-55 14-18

Argilas orgânicas de várzeas quaternárias

70 30

Argilas orgânicas de baixadas litorâneas

120 80

Argila porosa vermelha de São Paulo 65-85 25-40

Argila variegada de São Paulo 40-80 15-45

Areias argilosas variegadas de São Paulo

20-40 5-15

Argilas duras, cinzas, de São Paulo 64 42

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Atividade das argilas: Os índices de Atterberg indicam a influência dos finos argilosos no comportamento do solo. Certos solos com teores elevados de argila podem apresentar índices mais baixos do que outros solos com pequenos teores de argila devido a composição mineralógica. Pequenos teores de argila e altos índices de consistência indicam que a argila é muito ativa.

Índice de atividade IA = índice de plasticidade IP/fração argila(menor que 0.002 mm).

IA