Mec solo ms

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Mec solo ms

  1. 1. MECÂNICA DOS SOLOS Professora Monica Stuermer
  2. 2. Programação 12/abr Movimento de massas 01/fev Apresentação 19/abr Contenções 08/fev Origem e formação dos solos 26/abr Fundações 15/fev Frações e mineralogia 03/mai Fundações sapatas/ entrega trabalho 22/fev Sondagens 10/mai Fundações tubulões 01/mar Estudo de tensões e resistência dos solos 17/mai Fundações estacas 08/mar Permeabilidade, adensamento 24/mai Escolha de fundações 15/mar Terraplenagem e Compactação 07/jun 2 avaliação 22/mar 1 avaliação 14/jun Fechamento de notas 05/abr Geotecnia e ocupação urbana 21/jun Pendencias
  3. 3. AULA 2 Origem e formação dos solos Frações e mineralogia dos solos
  4. 4. Mineral É um elemento ou um composto químico, via de regra resultantes de processos inorgânicos, de composição química geralmente definida e encontrado naturalmente na crosta terrestre. Magnetita Fe3O4 Rocha Agregado natural, formado de um ou mais minerais, que constitui parte essencial da crosta terrestre.Fonte: Leinz,Viktor –Geologia Geral SOLO é o material que recobre a crosta terrestre, acima ou abaixo do mar, resultante do intemperismo das rochas, podendo ou não conter matéria orgânica. Origem e formação dos solos
  5. 5. Processos de formação do solo: intemperismo Fatores de influência : • Tipo de rocha; • Condições climáticas; • Cobertura Vegetal; • Relevo; • Duração da ação química. Conjunto de processos mecânicos, químicos e biológicos que ocasionam a desintegração e decomposição das rochas.
  6. 6. Processos de formação do solo: intemperismo
  7. 7. Origem e formação dos solos Residual ou Autóctone: quando se deriva de material situado imediatamente abaixo. Transportado: quando passou por movimentação e transporte, de forma que não guarda uma relação direta com o material que se encontra imediatamente abaixo. Em alguns casos, várias camadas de solo podem ser empilhadas uma sobre a outra, sendo cada uma bem diferente das demais.
  8. 8. Solos Orgânicos São aqueles que contem uma quantidade apreciável de matéria orgânica decorrente de decomposição de origem vegetal ou animal, em vários estados de decomposição. Apresentam cor escura e odor característico. Origem e formação dos solos Foto: João Roberto Correia
  9. 9. Perfil do solo, que é uma pequena porção da superfície da terra que possui horizontes ou camadas, que nos permite a interpretação, identificação, classificação do solo. Esses horizontes e camadas são nomeados com letras, nesse caso podemos dividir proximadamente os horizontes e camadas do perfil como mostra a figura. Perfil do solo
  10. 10. • B-Horizonte,no qual não se pode reconhecer vestigios das estruturas da rocha mãe, eventualmente conhecido como laterítico • O:- horizonte onde predomina restos de matéria orgânica em processo de decomposição. • A:- horizonte escuro com acúmulo de material orgânico em estado avançado de alteração (material húmico, humus) intimamente misturado com a fração mineral, onde se processa uma alta atividade biológica. É o horizonte mais afetado pelas atividades agrícolas • C:- Horizonte pouco atingido pelos processos pedogênicos, onde se pode encontrar muitas das características e estruturas da rocha mãe. Também conhecido como saprolítico. Perfil do solo residual
  11. 11. Solos sedimentares  Quanto à Idade de formação Terciário, Quaternário, etc... Quanto ao agente transportador Aluvionares (água) Coluvionares (gravidade) Eólicos (vento) glaciares (geleiras)
  12. 12. FRAÇÃO GRANULOMÉTRICA DIÂMETRO (mm) Matacão 1000 - 200 Pedregulho 200 –2 Areia grossa 2 – 0,5 Areia média 0,5 – 0,2 Areia fina 0,2 – 0,05 Silte 0,05 – 0,002 Argila < 0,002 Granulometria do solo
  13. 13. fino médio grosso fina média grossa fino médio grosso ABNTMIT Diâmetro(mm) Argila Silte Areia Pedregulho Ensaio de sedimentação Ensaio de peneiramento 0,0020,005 0,006 0,02 0,060,05 0,250,2 0,840,6 5,02,0 6,0 20,0 50,060,0 Granulometria do solo
  14. 14. Matacão – fragmento de rocha transportado ou não, comumente arredondado por intemperismo ou abrasão, com uma dimensão compreendida entre 200 mm e 1,0 m. Pedregulho – solos formados por minerais ou partículas de rocha. Quando arredondados ou semi-arredondados, são denominados cascalhos ou seixos Areia – : origina-se da alteração de rochas que contém quartzo e outros silicatos. Solo inerte, não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas, com formato aproximadamente esférico. Silte – solo que apresenta baixo ou nenhuma plasticidade, baixa resistência quando seco ao ar. Argila – origina-se de argilo-minerais (caulinita, esmectita, etc) ou óxidos (hematita, goethita, etc) Apresenta características marcantes de plasticidade; quando suficientemente úmido, molda-se facilmente em diferentes formas, quando seco, apresenta coesão suficiente para construir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos. Caracteriza-se pela sua plasticidade, textura e consistência em seu estado e umidade naturais. Granulometria do solo
  15. 15. Granulometria do solo
  16. 16. Textura fina Textura grosseira ARGILOSOS ARENOSOS retenção de água elevada Retenção de água baixa Baixa permeabilidade Alta permeabilidade Coesão elevada Coesão baixa Consistência plástica e pegajosa (molhado) e dura (seco) Consistência friável (seco ou molhado) Densidade do solo menor Densidade do solo maior Aeração deficiente Boa aeração Solos bem estruturados Solos sem estrutura Difícil preparo mecânico, mais ricos em elementos fertilizantes Fácil preparo mecânico, mais pobres em elementos fertilizantes
  17. 17. AULA 3 Sondagem de reconhecimento dos solos
  18. 18. Sondagem de simples reconhecimento - SPT A investigação das propriedades mecânicas dos solos é fundamental para que sobre ele se assente uma edificação com a segurança necessária. O conhecimento do solo é condição necessária para a elaboração de um projeto racional e seguro. Sondagem é o conjunto de operações executadas com o objetivo de se obter simultaneamente os quatro requisitos básicos para a investigação do solo. Sondagem compreende: Perfuração Amostragem Relatório
  19. 19. Alguns itens básicos de uma investigação de sondagem são: • Número mínimo de sondagens; • Localização dos furos de sondagem; • Profundidade. SONDAGENS DE RECONHECIMENTO NBR – 8036/83 Sondagem de simples reconhecimento - SPT
  20. 20. Relatório: 1. Determinação do tipo de solo 2. Determinação da condição 3. Determinação da espessura das camadas 4. Informações sobre ocorrência de água Compacidade das areias Consistência das argilas Sondagem de simples reconhecimento – SPT
  21. 21. Prof. Helcio Masini 21 Sondagem SPT Cravação de haste com amostrador Assessórios
  22. 22. Sondagem de simples reconhecimento - SPT
  23. 23. Sondagem de simples reconhecimento - SPT
  24. 24. Sondagem de simples reconhecimento - SPT Etapas de execução: 1) Coletar amostras do solo, através da retirada de amostra deformada a cada 1 metro de profundidade; 2) Obter o nº de golpes necessários para a cravação do amostrador padrão no solo, à cada metro; 3) Obter a posição do nível d’água A obtenção do numero de golpes é bastante simples: a cada metro de profundidade, contar o número de golpes para penetrar 15 cm, em 3 sequencias, até atingir-se 45 cm. O número SPT (N) será a soma golpes necessários para penetrar os últimos 30cm
  25. 25. Sondagem de simples reconhecimento - SPT Número mínimo de sondagens Para áreas de edificação em planta menores do que 200 m2, no mínimo 2 furos e para áreas entre 200 e 400 m2, no mínimo 3 furos. Deve ser feito um furo a cada 200 m2 de edificação em planta de até 1200 m2 e um furo a cada 400 m2 de edificação em planta para áreas entre 1200 e 2400 m2. Para áreas superiores a 2400 m2, deve ser realizado plano específico. Localização dos furos Distância máxima de 100 m entre furos. Adota- se, normalmente, de 15 a 20 m. Priorizar as posições relevantes na obra e pontos de maior carga: escadas, elevadores e reservatórios. Caso o projeto arquitetônico não esteja definido ainda, podem surgir pontos de sondagem a analisar após a definição do projeto. As sondagens não devem estar alinhadas A profundidade a ser atingida na sondagem é normalmente até a camada impenetrável, a partir de ensaios de campo usuais. Também se pode definir a profundidade, em alguns tipos de fundação, com consulta ao projetista.
  26. 26. Sondagem de simples reconhecimento - SPT
  27. 27. Sondagem de simples reconhecimento - SPT
  28. 28. Sondagem de simples reconhecimento - SPT
  29. 29. 0 15 30 45 50 Resistência à Penetração N Índice de Resistência à Penetração (N) = nº de golpes necessários à cravação do amostrador 2ª e 3ª camadas. N 20golpes 1golpe 30golpes Sondagem SPT Sondagem de simples reconhecimento - SPT
  30. 30. AULA 4 Estudo de tensões e resistência dos solos
  31. 31. 31 Estudo de tensões Solos são constituídos de partículas, quaisquer esforços a ele aplicados, serão transmitidos partícula a partícula, além dos suportados pela água dos vazios. Tensão Normal Tensão Cisalhante área N área T
  32. 32. Pressão Vertical Total – é aquela que corresponde ao peso de tudo que estiver acima do ponto em estudo. Pressão neutra – é a da água intersticial nos solos saturados. Pressão vertical efetiva – é a correspondente à pressão média nos contatos entre os grãos de solo, isto é, é a parcela do peso total suportada pelos sólidos do solo. Estudo de tensões
  33. 33. O experimento de Terzaghi Experimento de Terzaghi – analogia da esponja Estudo de tensões
  34. 34. Se a Pressão Efetiva for negativa ou igual a 0, significa que não há pressão e nem contato entre os grãos do solo que podem se mover livremente como um fluido. Fenômeno da Liquefação das areias Areia Movediça Conclusão de Terzaghi O comportamento do solo, sua resistência, e sua deformabilidade, variam exclusivamente com a Pressão Efetiva. Isto é somente a pressão efetiva produz efeito no solo. O experimento de Terzaghi Estudo de tensões
  35. 35. Exemplo numérico: Uma piscina tem dimensões de 10 m por 7 m, profundidade útil de 3 m e um peso de estrutura de 78 tf , escavada em um solo arenoso cujo lençol freático se encontra a 1 m de profundidade. Quando a mesma foi esvaziada para limpeza, sofreu ruptura da laje do fundo. Explicar o fenômeno e resolver o problema. Estudo de tensões
  36. 36. AULA 5 Permeabilidade e adensamento dos solos
  37. 37. Fonte: Bechara, 2006 O estudo da percolação de água no solo, ou seja, a permeabilidade, é importante porque intervêm num grande número de problemas práticos, tais como drenagem, rebaixamento do nível d’água, cálculo de vazões, análise de recalques e estudo de estabilidade. Permeabilidade dos solos
  38. 38. O solo como sistema de armazenamento de água O interior da Terra funciona como um vasto reservatório subterrâneo para a acumulação e circulação das águas que nele se infiltram. Fonte: Bechara, 2006
  39. 39. Permeabilidade dos solos A água subterrânea é originada predominantemente da infiltração das águas das chuvas, sendo este processo de infiltração de grande importância na recarga da água no subsolo. A recarga depende do tipo de rocha, cobertura vegetal, topografia, precipitação e da ocupação do solo.
  40. 40. Lei de Darcy (1856) ik A Q v . Q – Vazão A – Área da seção transversal ao fluxo k – Coeficiente de permeabilidade i – gradiente hidráulico “A velocidade (v) do fluxo de um líquido em um meio poroso é proporcional ao gradiente hidráulico” Permeabilidade dos solos
  41. 41. Hidráulica dos solos Permeabilidade dos solos Depende dos seguintes fatores: • Granulometria – quanto mais fino menor a permeabilidade; • Porosidade – quanto maior a porosidade maior a permeabilidade • Estrutura de solos argilosos •Direção do fluxo – solos compactados, estratificados, ou com xistosidades •Grau de saturação •Temperatura O coeficiente de permeabilidade traduz a facilidade com que a água percola por um meio poroso, no caso, o solo. Tem unidade de velocidade [ cm/s]
  42. 42. Hidráulica dos solos fino médio grosso fina média grossa fino médio grosso 1 10 2 10 -4 10 -3 10 -1 20,0 2,0 6,0 0,2 0,6 0,02 0,06 0,002 0,006 Silte Areia Pedregulho K[cm/s] 10 -6 10 -10 10 -7 Diâmetro(mm) Argila Coeficiente de permeabilidade (k) x Granulometria Fonte: Moura, P. 2000 Permeabilidade dos solos
  43. 43. De uma maneira genérica, pode-se definir compressibilidade como relação entre a variação de volume do solo e a variação do estado de tensões efetivas do mesmo. Entende-se por adensamento o processo de compressão ao longo do tempo de um solo saturado ocasionado pela expulsão de uma quantidade de água igual à redução do volume de vazios como resultado da transferência gradual do excesso de poropressão gerado pelo carregamento para a tensão efetiva. Adensamento de argilas moles
  44. 44. Adensamento Analogia Mecânica Adensamento de argilas moles
  45. 45. Adensamento de argilas moles
  46. 46. Adensamento Hd = H0 / 2 para camada drenada em duas direções Hd = H0 se a é drenada em uma direção Adensamento de argilas moles
  47. 47. Adensamento Perfil geológico simplificado da cidade de São Paulo Adensamento de argilas moles
  48. 48. Fonte: Massad, 2003 Adensamento de argilas moles Formação dos solos da planície litorânea santista
  49. 49. Solo de Santos
  50. 50. Solo de Santos
  51. 51. Solo de Santos
  52. 52. Seca sobre um lago Super-exploração dos recursos naturais fez o chão afundar e transformou a água em artigo de luxo na cidade do México (FONTE: http://www.estadao.com.br/megacidades/cidadedomexico.shtm) Sob o sol do fim de tarde, a luz incide em finas partículas de poluição que pairam no ar seco, represadas pela cadeia de montanhas vulcânicas que cercam a Cidade do México. Formam uma densa nuvem, colorindo a maior metrópole do continente americano de um amarelo desértico. É um cenário árido demais para um antigo vale de águas. Os primeiros sinais de civilização surgiram em uma pequena ilha no centro do Lago Texcoco, o maior de cinco que formavam o Vale do México. Juntos, somavam 891 quilômetros quadrados de superfície. Sobre esse lago está hoje a cidade do México, onde cerca de 76,5% da população consome menos que os 150 litros diários de água recomendados pela OMS. A mancha urbana da região metropolitana da Cidade do México ocupa 1.926 km 2 - o dobro do aqüífero original - e avança sobre a cordilheira. Geograficamente, o Vale do México é como um vaso de barro, tendo o lago como fundo e montanhas nas laterais. A baixa porosidade faz com que o solo retenha 80% da água.
  53. 53. Cidade do México Assim como a cidade de São Paulo, a capital mexicana cresceu à revelia das condições geográficas e à custa do esgotamento de recursos naturais, comprometendo o fornecimento de água, drenada para permitir a ocupação do solo. Esse processo tornou necessária a exploração do lençol freático, que está secando. O esvaziamento do subsolo e a perfuração de 6 mil poços fazem o solo ceder e a cidade afundar cerca de 10 cm por ano. O arquiteto Alfonso Iracheta resume: "Hoje, 20 milhões de moradores têm de abrir uma garrafa plástica para beber água. É uma cidade lacustre que corre o risco de morrer de sede." O esgotamento dos lagos obriga a exploração de fontes distantes da capital, que precisam ser bombeadas a mil metros de altura, a um custo de R$ 201 milhões por ano, consumindo energia suficiente para abastecer as cidade d e Guadalajara e Monterrey, onde vivem 8 milhões de pessoas. “ A Cidade do México já foi a Veneza das Américas", explica a engenheira Maria Perevochtikova. Os espanhóis viam os lagos como um perigo. A água parada poderia provocar contaminações, além de enchentes. Em 1789, abriram uma fenda na cordilheira, o Tajo de Nochistongo, para drenar a água. Desde então, os sistemas de drenagem foram sendo ampliados no ritmo da expansão urbana, a custos econômicos e ambientais altíssimos. Mas a metrópole ainda sofre com enchentes.
  54. 54. C I D A D E D O M É X I C O
  55. 55. AULA 6 Terraplenagem e Compactação de solos
  56. 56. 56 Terraplenagem e Compactação de solos Cortes 1. Classificação do material a ser escavado 1ª categoria: pode ser executado com equipamentos convencionais. (scraper, escavadeira hidráulica, pá carregadeira). Terraplenagem e compactação dos solos
  57. 57. Prof. Helcio Masini 57 Terraplenagem e Compactação de solos Cortes 2ª categoria precisa ser destorroado antes de ser cortado ( escarificador, trator de esteira) Terraplenagem e compactação dos solos 3ª categoria : (rochoso) precisa ser desmontado a fogo antes do corte
  58. 58. 2. Ocorrência de lençol freático Material argiloso: pode ser feita a escavação e em seguida o sistema de drenagem subterrânea (drenos cegos). Terraplenagem e compactação dos solos Cortes
  59. 59. Terraplenagem e compactação dos solos Rebaixamentos definitivos de do nível d’água do aqüífero devem ser avaliados em um Relatório de Impacto Ambiental (RIMA). Material arenoso: não podem ser escavados em presença de água, sendo necessário executar primeiro o rebaixamento do lençol freático.
  60. 60. Terraplenagem e compactação dos solos Rebaixamento de lençol freático – sistema de ponteiras
  61. 61. 61 Terraplenagem e Compactação de solos Rebaixamento de lençol freático – sistema de ponteiras Terraplenagem e compactação dos solos
  62. 62. 62 Terraplenagem e Compactação de solos Terraplenagem e compactação dos solos Terraplenagem e Compactação de solosRebaixamento de lençol freático – sistema de ponteiras
  63. 63. Terraplenagem e Compactação de solos Aterros Os aterros devem ter sua execução precedida de limpeza geral, roçada e capina, remoção da camada de solo vegetal, e de todo e qualquer entulho ou detritos, em toda a área a ser aterrada; Na presença de lençol freático fazer rebaixamento ou lançar material drenante (granular) como base do aterro; Em encostas escalonar o terreno natural para melhor encaixe do aterro Os aterros devem ter seu lançamento em camadas cuja espessura esteja compreendida entre 20 e 25 cm. Terraplenagem e compactação dos solos
  64. 64. Terraplenagem e Compactação de solos Aterros A compactação deve ser realizada com o uso de rolos compactadores: pé de carneiro para solos argilosos liso com vibração para os solos arenosos Para áreas reduzidas existem equipamentos menores. Terraplenagem e compactação dos solos
  65. 65. Aterros Controle de Qualidade da Compactação em Laboratório Ensaio de Proctor ou de Compactação Normal, Intermediário ou Modificado Peso específico seco máximo do solo (gdmáx) Teor de umidade ótima do solo (Wót) As funções principais da compactação são: diminuir a compressibilidade do solo diminuir o volume de vazios do solo diminuir a permeabilidade do solo aumentar a resistência do solo Terraplenagem e compactação dos solos
  66. 66. Terraplenagem e Compactação de solos Aterros Controle de Qualidade da Compactação no Campo A camada será aceita se GC e DW atenderem às especificações de projeto, em geral : Método de Hilf Determina-se gdcampo e Wcampo de cada camada compactada Grau de Compactação Desvio de umidade dmáx dcampo GC g g  ótcampo www D %95GC %2Dw Terraplenagem e Compactação de solos Terraplenagem e compactação dos solos
  67. 67. Terraplenagem e Compactação de solos Volumes de Corte e Aterro Fatores de Redução e Empolamento Fator de Empolamento (FE) FE 1,2 a 1,4 FR 0,7 a 0,9 Fator de Redução (FR) FEVV Ctransp . FRVV ca . Terraplenagem e compactação dos solos
  68. 68. Terraplenagem e compactação dos solos Deve-se proteger a superfície dos taludes contra erosão; Sempre que possível, reservar solo argiloso para a cobertura dos aterros, compactando uma camada selante nas saias e patamares; A proteção superficial mais comum, eficiente e econômica é a vegetação rasteira ( grama); Deve-se evitar planos inclinados muito extensos onde a água possa correr com velocidade elevada, através da utilização de canaletas e sistemas de drenagem; Proteção superficial dos taludes Os sistemas de drenagem superficial devem afastar a água que incide sobre o talude evitando sua infiltração.
  69. 69. Compactação de aterros
  70. 70. Compactação de aterros
  71. 71. Retaludamento São Bernardo - SP
  72. 72. Retaludamento São Bernardo - SP
  73. 73. Retaludamento São Bernardo - SP
  74. 74. Retaludamento São Bernardo - SP
  75. 75. MECÂNICA DOS SOLOS Professora Monica Stuermer

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