Aula 1 Prof. Larissa

Laboratório de Mecânica
dos Solos
Primeiro Semestre de 2017
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
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Aula 1 – Introdução a mecânica dos solos
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.
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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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Textura do solo
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%.
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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:
Alguns solos brasileiros:
Índice de plasticidade IP:
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
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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
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