apostila mecanica dos solos pdf
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I-INTRODUÇÃO A MECÂNICA DOS SOLOS
1.0: INTRODUÇÃO AO CURSO
1.1: DEFINIÇÃO E OBJETIVOS DA MECÂNICA DOS SOLOS
DEFINIÇÃO: A mecânica dos solos estuda as características físicas dos solos e as suas
propriedades mecânicas (equilíbrio e deformação) quando submetido a acréscimos
ou alívio de tensões.
OBJETIVOS: Substituir por métodos científicos os métodos empíricos aplicados no
passado.
1.2: PROBLEMA DA MECÂNICA DOS SOLOS: A própria natureza do solo.
1.3: SOLO SOB O PONTO DE VISTA DA ENGENHARIA: Solo é a denominação que se dá a
todo material de construção ou mineração da crosta terrestre escavável por meio de
pá, picareta, escavadeira, etc, sem necessidade de explosivos.
1.4: EMPREGO DO SOLO NA ENGENHARIA CIVIL: Solo como material de construção:
Aterros, Barragens de Terra, Base e Sub-base de Pavimentos, etc., Solo como suporte
de fundação: Valas, Sapatas, Blocos, Estacas, Tubulões, Subleito, etc.
1.5: ORIGEM E EVOLUÇÃO DA MECÂNICA DOS SOLOS: Os primeiros trabalhos sobre o
comportamento dos solos datam do século XVII.
COULOMB, 1773, RANKINE, 1856 e DARCY 1856 publicaram um importante trabalho,
sobre o comportamento dos solos. O acúmulo de insucessos em obras de Engenharia
observados no início do século XX como:
O escorregamento de solo durante a construção do canal do Panamá, 1913;
Rompimento de grandes Barragens de Terra e Recalque em Grandes edifícios, 1913;
Escorregamento de Muro de Cais na Suécia, 1914. O Levou em 1922 a publicação
pelos suecos de uma nova teoria para o cálculo e Estabilidade de taludes;
Deslocamento do Muro de cais e escorregamento de solo na construção do canal de
Kiev na Alemanha, 1915. Em 1925 o professor Karl Terzaghi publicou seu primeiro livro
de Mecânica dos solos, baseado em estudos realizados em vários países, depois do
início dos grandes acidentes.
2.0: ORIGEM E FORMAÇÃO DOS SOLOS: Os solos são formados pela deterioração das
rochas através do intemperismo.
2.1: ROCHA: Agregado de um ou mais minerais, que é impossível de escavar
manualmente, que necessite de explosivo para o seu desmonte.
2.2: INTEMPERISMO: É o conjunto de processos físicos, químicos e biológicos que
ocasionam a desintegração e decomposição das rochas e dos minerais, formando os
solos.
2.3: INTEMPERISMO FÍSICO: Ou mecânico é o processo de decomposição da rocha
sem alteração química dos seus componentes. Os principais agentes são:
Variação de temperatura; Repuxo; Congelamento da água; Alívio de pressões;
2.4: INTEMPERISMO QUÍMICO: É o processo de decomposição da rocha onde os vários
processos químicos alteram solubilizam e depositam os minerais das rochas
transformando-a em solo, ou seja, ocorre a alteração química dos seus componentes.
Neste caso há modificação na constituição mineralógica da rocha, originando solos
com características próprias. Este tipo é mais freqüente em climas quentes e úmidos
HIDRÓLISE: É o mais importante, pois leva a destruição dos silicatos.
HIDRATAÇÃO: Penetração da água nos minerais, através de fissuras. A hidratação
ocasiona nos Granitos e Gnaisses a transformação de feldspato em argila.
CARBONATAÇÃO: O carbonato de cálcio em contato com a água carregada de
ácido carbônico se transforma em bicarbonato de cálcio.
OXIDAÇÃO: Mudança que sofre um mineral em decorrência da penetração de
oxigênio na rocha.
2.5: INTEMPERISMO BIOLÓGICO: Ë processo no qual a decomposição da rocha se dá
graças a esforços mecânicos produzidos por vegetais através de raízes, escavação de
roedores, etc.
2.6: INFLUÊNCIA DO INTEMPERISMO NO TIPO DE SOLO: Os vários tipos de intemperismo e
a intensidade com que atuam no processo de formação dos solos, dão origem a
diferentes tipos de solo.
2.7: CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS QUANTO A ORIGEM E FORMAÇÃO: Os solos
classificam-se quanto a origem em solos residuais e sedimentares.
2.8: SOLOS RESIDUAIS: Solos residuais são os solos que permanecem no local de
decomposição rocha que lhes deu origem. Para a sua ocorrência é necessário que a
velocidade de remoção do solo seja menor que a velocidade de decomposição da
rocha. A rocha que mantém as características originais, ou seja, a rocha sã é a que
ocorre em profundidade. Quanto mais próximo da superfície do terreno, maior é o
efeito do intemperismo. Sobre a rocha sã encontra-se a rocha alterada, em geral
muito fraturada e permitindo grande fluxo de água. A rocha alterada é sobreposta
pelo solo residual jovem, ou saprólito, que é um material arenoso. O material mais
intemperizado ocorre acima do saprólito e é denominado solo residual maduro, que
contém maior percentagem de argila.
2.9: SOLOS SEDIMENTARES: Os solos sedimentares ou transportados são aqueles que
foram levados de seu local de origem por algum agente de transporte e lá
depositados. As características dos solos sedimentares estão relacionadas aos agentes
de transporte.
Os Principais agentes de transporte são:
Vento (solos eólicos);
Água (solos aluvionares);
Água dos Oceanos e Mares (Solos Marinhos)
Água dos Rios (Solos Fluviais)
Água das Chuvas (Solos Pluviais)
Geleiras (Solos Glaciais);
Gravidade (Solos Coluvionares)
2.10: SOLOS EÓLICOS: Transporte pelo vento. Devido ao atrito os grãos dos solos
transportados possuem forma arredondada. A ação do vento se restringe ao caso das
areias e dos siltes. São exemplos de solos eólicos as DUNAS
2.11: SOLOS ALUVIONARES: O agente de transporte é a água, os solos sedimentares. A
sus textura depende da velocidade de transporte da água. podem ser classificados
como de origem PLUVIAL e FLUVIAL
CARACTERÍSTICAS: Grãos de diversos tamanhos; Mais grossos que os eólicos;
2.12: SOLOS GLACIAIS: Formados pelas geleiras.
2.13: SOLOS COLUVIONARES: Formados pela ação da gravidade. Grande variedade
de tamanhos. Dentre os solos podemos destacar o TALUS, que é solo formado pelo
deslizamento de solo do topo das encostas.
2.14: SOLOS ORGÂNICOS: Impregnação do solo por sedimentos orgânicos
preexistentes, em geral misturados de restos de animais e vegetais. Cor escura e cheiro
forte. As TURFAS são solos que encorporam florestas soterradas em estado avançado
de decomposição. Não se aplicam as teorias da mecânica dos solos.
2.15: SOLOS TROPICAIS VERMELHOS: Ou LATERÍTICOS são os solos que sofrem no seu
local de formação ou deposição uma série de transformações físico-químicas.
Formados por uma alternância de saturação e secagem do solo original, aumentando
a concentração de óxido de ferro e alumínio na parte superior.
3.0: TEXTURA E ESTRUTURA DOS SOLOS
3.1: TAMANHO E FORMA DAS PARTÍCULAS: A TEXTURA de um solo, é o tamanho relativo
e a distribuição das partículas sólidas que formam. O estudo da textura dos solos é
realizado por intermédio do ensaio de granulometria. Pela sua textura os solos podem
ser classificados em solos grossos e solos finos.
3.2: SOLOS GROSSOS: Solos com 0,074mm e suas partículas tem forma arredondada
poliédrica, e angulosa. Os solos grossos são os PEDREGULHOS e as AREIAS.
3.3: SOLOS FINOS: Os solos finos são os SILTES e as ARGILAS. Solo com 0,074mm. Os
solos finos são os siltes e as argilas. A fração granulométrica classificada como ARGILA
possui diâmetro inferior a 0,002mm e se caracteriza pela sua plasticidade marcante
elevada resistência quando seca. Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas
Técnicas) os limites das frações de solo pelo tamanho são os da tabela 1:
TABELA 1
FRAÇÃO LIMITES (ABNT)
Matacão de 25cm a 1m
Pedra de 7,6cm a 25cm
Pedregulho de 4,8mm a 7,6cm
Areia Grossa de 2,0mm a 4,8mm
Areia média de 0,42mm a 2,0mm
Areia fina de 0,05mm a 0,42mm
Silte de 0,005mm a 0,05mm
Argila Inferior a 0,005
Tabela 01- Classificação dos solos segundo a ABNT.
3.4: COMPORTAMENTO DOS SOLOS: O comportamento dos solos finos é definido pelas
forças de atração moleculares e elétricas e pela presença de água. O
comportamento dos solos grossos, que são governados pelas forças gravitacionais. Os
SILTES apesar de serem classificados como finos, o seu comportamento é governado
pelas forças gravitacionais (mesmas dos solos grossos).
3.5: COMPOSIÇÃO QUIMICA E MINERALÓGICA DOS SOLOS: Os solos são formados por
agregados de um ou mais minerais.
3.6: MINERAL: Substância inorgânica e natural, com composição química e estrutura
definida. Os minerais encontrados nos solos podem ser primários ou secundários. Os
PRIMÁRIOS, são os mesmos da rocha de origem, e os SECUNDÁRIOS são formados
quando ocorre a decomposição química.
3.7: MINERAIS CONSTITUINTES DOS SOLOS GROSSOS E SILTES: Os solos grossos são
constituídos basicamente de SILICATOS que apresentam também na sua composição
ÓXIDOS, CARBONATOS E SULFATOS.
3.8: MINERAIS CONSTITUINTES DOS SOLOS ARGILOSOS: As argilas são constituídas
basicamente por silicatos de alumínio, podendo apresentar silicatos de magnésio,
ferro ou outros metais.
3.9: SUPERFÍCIE ESPECIFICA: É a superfície total de um conjunto de partículas dividida
pelo seu peso. Quanto mais fino for o solo maior será a sua superfície especifica, o que
constituí uma das razões das diferenças entre as propriedades físicas solos finos e dos
solos grossos.
4.0: FASE SÓLIDA ÁGUA E AR: O solo é constituído de uma fase fluida (água ou ar) e de
uma fase sólida. A fase sólida ocupa os vazios deixados pelas partículas sólidas.
4.1: FASE SÓLIDA: Caracterizada pelo seu tamanho, forma, distribuição e composição
mineralógica dos grãos.
4.2: FASE GASOSA: Ar, vapor d’água e carbono combinado. É bem mais compressível
que as fases liquida e sólida.
4.3: FASE LIQUIDA: Preenche os vazios dos solos. Pode estar em equilíbrio hidrostático
ou fluir sob a ação da gravidade ou de outra forma.
4.4: ÁGUA CAPILAR: Se eleva pelos interstícios capilares formados pelas partículas
sólidas, devido à ação das tensões superficiais oriundas a partir da superfície líquida da
água.
4.5: ÁGUA ABSORVIDA: É uma película de água que adere às partícula de solos muito
finos devido a ação de forças elétricas desbalanceadas na superfície dos argilo-
minerais.
4.6: ÁGUA DE CONSTITUIÇÃO: Faz parte da estrutura molecular da parte sólida.
4.7: ÁGUA HIGROSCÓPICA: A água que ainda se encontra no solo seco ao ar livre. As
águas livres, Higroscópicas e Capilares podem ser totalmente eliminadas a
temperatura práticas de 1000C.
II-TENSÕES NO SOLO
1.0: INTRODUÇÃO: O solo ao sofrer solicitações se deforma, modificando o seu volume
e forma iniciais. A magnitude das deformações apresentadas pelo solo irá depender
de suas propriedades elásticas e plásticas e do carregamento a ele imposto.
O conhecimento das tensões atuantes em um maciço de terra, sejam, elas devido ao
peso próprio ou provenientes de um carregamento em superfície (alívio de cargas
provocado por escavações) é de vital importância no entendimento do
comportamento de praticamente todas as obras de Engenharia geotécnica. Nos solos
ocorrem tensões devidas ao seu peso próprio e a carregamentos externos.
2.0: CONCEITO DE TENSÕES NUM MEIO PARTICULADO:
Para o estudo das tensões no solo aplicam-se os conceitos da Mecânica dos SÓLIDOS
DEFORMÁVEIS aos SOLOS, para tal deve-se partir do CONCEITO DE TENSÕES.
Considera-se que o solo é constituído de um sistema de partículas e que FORCAS
APLICADAS a eles são transmitas de partícula a partícula, como também são
suportadas pela água dos vazios.
2.1: AS FORÇAS APLICADAS: são transmitidas de partícula a partícula de forma
complexa e dependendo do tipo de mineral. No caso de PARTÍCULAS MAIORES, em
que as três dimensões ortogonais são aproximadamente iguais, como são os grãos de
silte e de areia a transmissão de forças se faz através do contado direto mineral a
mineral. No caso de PARTÍCULAS DE MINERAL ARGILA sendo elas em numero muito
grande, as forças em cada contato são muito pequenas e a transmissão pode ocorrer
através da água quimicamente absorvida.
TENSÃO NORMAL: é a somatória das forças normais ao plano, dividida pela área total
que abrange as partículas em que estes contatos ocorrem:
área
N
TENSÃO CISALHANTE: é a somatória das forças tangenciais, dividida pela área.
área
T
3.0: TENSÖES DEVIDAS AO PESO PRÓPRIO DO SOLO: Nos solos, ocorrem tensões devidas
ao peso próprio e às cargas aplicadas. Na análise do comportamento dos solos, as
tensões devidas ao peso possuem valores consideráveis, e não podem ser
desconsideradas. Quando o solo é constituído de camadas aproximadamente
horizontais, a tensão vertical resulta da somatória do efeito das diversas camadas.
III-A ÁGUA NO SOLO
1.0: INTRODUÇÃO:
A água ocupa a maior parte dos vazios do solo. E quando é submetida a diferenças
de potenciais, ela se desloca no seu interior. As leis que regem os fenômenos de fluxo
de água em solos são aplicadas nas mais diversas situações da engenharia como:
No cálculo das vazões, na estimativa da quantidade de água que se infiltra numa
escavação ou a perda de água do reservatório da barragem.
Na análise de recalques, porque, freqüentemente, recalque está relacionado com
diminuição do índice de vazios, que ocorre pela expulsão de água destes vazios
IV-PERMEABILIDADE:
1.0: INTRODUÇÃO: A permeabilidade que os solos têm de permitir o escoamento da
água através de seus vazios. A sua avaliação é feita através do coeficiente de
permeabilidade.
1.1: MÉTODOS PARA A DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE DOS SOLOS: O coeficiente
de permeabilidade e pode ser determinado diretamente através de ensaios de
campo e laboratório ou indiretamente, utilizando-se correlações empíricas. O mesmo
pode ser obtido utilizando-se amostras deformadas ou indeformadas.
1.2: Através de ensaios de campo: Os ensaios de campo podem ser realizados em
furos de sondagens, em poços ou em cavas, sendo mais utilizados em sondagens.
1.3: DIRETAMENTE: Permeâmetro de Carga Constante: O permeâmetro de carga
constante é utilizado toda vez que temos que medir a permeabilidade dos solos
granulares (solos com razoável quantidade de areia e/ou pedregulho), os quais
apresentam valores de permeabilidade elevados.
V-COMPACTAÇÃO DOS SOLOS:
1.0: INTRODUÇÃO: Muitas vezes na prática da engenharia geotécnica, o solo de um
determinado local não apresenta as condições requeridas pela obra. Ele pode ser
pouco resistente, muito compressível ou apresentar características que deixam a
desejar do ponto de vista econômico. Uma das possibilidades é tentar melhorar as
propriedades de engenharia do solo local.
A compactação é um método de estabilização e melhoria do solo através de
processo manual ou mecânico, visando reduzir o volume de vazios do solo. A
compactação tem em vista estes dois aspectos: aumentar a intimidade de contato
entre os grãos e tornar o aterro mais homogêneo melhorando as suas características
de resistência, deformabilidade e permeabilidade.
A compactação de um solo é a sua unificação, por meio de equipamento mecânico,
geralmente um rolo compactador, embora, em alguns casos, como em pequenas
valetas até soquetes manuais podem ser empregados. Um solo, quando transportado
e depositado para a construção de um aterro, fica num estado relativamente fofo e
heterogêneo e, portanto, além de pouco resistente e muito deformável, apresenta
comportamento diferente de local para local.
A compactação é empregada em diversas obras de engenharia, como: aterros para
diversas utilidades, camadas constitutivas dos pavimentos, construção de barragens
de terra, preenchimento com terra do espaço atrás de muros de arrimo e enchimento
das inúmeras valetas que se abrem diariamente nas ruas das cidades. Os tipos de obra
e de solo disponíveis vão ditar o processo de compactação a ser empregado com a
umidade em que o solo deve se encontrar na ocasião e a densidade a ser atingida.
O início da técnica de compactação é, creditada ao engenheiro Ralph Proctor, que,
em 1933, publicou suas observações sobre a compactação de aterros,
A compactação dos solos tem uma grande importância para as obras geotécnicas,
pois Já que através do processo de compactação consegue-se promover no solo um
aumento de sua resistência e uma diminuição de sua compressibilidade e
permeabilidade. A tabela abaixo apresenta os vários meios empregados para
estabilizar um solo:
1.1: DIFERENÇAS ENTRE COMPACTAÇÃO E ADENSAMENTO: Pelo processo de
compactação, a diminuição dos vazios do solo se dá por expulsão do ar contido nos
seus vazios, de forma diferente do processo de adensamento, onde ocorre a expulsão
de água dos interstícios do solo.
As cargas aplicadas quando compactamos o solo são geralmente de natureza
dinâmica e o efeito conseguido é imediato, enquanto que o processo de
adensamento é deferido no tempo (pode levar muitos anos para que ocorra por
completo, a depender do tipo de solo) e as cargas são normalmente estáticas.
1.2: ENSAIO DE COMPACTAÇÃO: Aplicando-se, uma quantidade de energia de
compactação (um certo número de passadas de um determinado equipamento no
campo ou um certo número de golpes de um soquete sobre o solo contido num
molde), a massa específica resultante é função da umidade em que o solo estiver.
Quando se compacta com umidade baixa, o atrito as partículas é muito alto e não se
consegue uma significativa redução de vazios. Para umidades mais elevadas, a água
provoca certo efeito de lubrificação entre as partículas, que deslizam entre si,
acomodando-se num arranjo mais compacto.
Na compactação, as quantidades de partículas e de água permanecem constantes;
o aumento da massa específica corresponde à eliminação de ar dos vazios. Há,
portanto, para a energia aplicada, um certo teor de umidade, denominado umidade
ótima, que conduz a uma massa específica máxima, ou uma densidade máxima.
1.3: ENSAIO NORMAL DE COMPACTAÇÃO: O ensaio de Proctor foi padronizado no Brasil
pela ABNT (NBR 7.182/86).
VI-MUROS DE ARRIMO:
1.0: DEFINIÇÃO: Muros são estruturas corridas de contenção de parede vertical ou
quase vertical, apoiadas em uma fundação rasa ou profunda. Podem ser construídos
em alvenaria (tijolos ou pedras) ou em concreto (simples ou armado), ou ainda, de
elementos especiais. Os muros de arrimo podem ser de vários tipos: gravidade
(construídos de alvenaria, concreto, gabiões ou pneus), de flexão (com ou sem
contraforte) e com ou sem tirantes.
Figura 1 Terminologia
1.1: TIPOS DE MUROS1
1.2: MUROS DE GRAVIDADE: Muros de Gravidade são estruturas corridas que se opõem
aos empuxos horizontais pelo peso próprio. Geralmente, são utilizadas para conter
desníveis pequenos ou médios, inferiores a cerca de 5m. Os muros de gravidade
podem ser construídos de pedra ou concreto, (simples ou armado), gabiões ou ainda,
pneus usados.
1.3: MUROS DE ALVENARIA E DE PEDRA: Os muros de alvenaria de pedra são os mais
antigos e numerosos. Atualmente, devido ao custo elevado, o emprego da alvenaria
é menos frequência.
Este muro apresenta como vantagens a simplicidade de construção e a dispensa de
dispositivos de drenagem, pois o material do muro é drenante. Outra vantagem é o
custo reduzido, especialmente quando os blocos de pedras são disponíveis no local.
No entanto, a estabilidade interna do muro requer que os blocos tenham dimensões
aproximadamente regulares, o que causa um valor menor do atrito entre as pedras.
Muros de pedra sem argamassa devem ser recomendados unicamente para a
contenção de taludes com alturas de até 2m.
A base do muro deve ter largura mínima de 0,5 a 1,0m e deve ser apoiada em uma
cota inferior à da superfície do terreno, de modo a reduzir o risco de ruptura por
deslizamento no contato muro-fundação.
Quanto a taludes de maior altura (cerca de uns 3m), deve-se empregar argamassa de
cimento e areia para preencher os vazios dos blocos de pedras. Neste caso, podem
ser utilizados blocos de dimensões variadas.
A argamassa provoca uma maior rigidez no muro, porém elimina a sua capacidade
drenante. É necessário então implementar os dispositivos usuais de drenagem de
muros impermeáveis, tais como dreno de alguns tubos, ao longo do muro.
Figura 2-muro de pedra
1.5: MUROS DE CONCRETO CICLÓPICO OU CONCRETO GRAVIDADE: Estes muros são em
geral economicamente viáveis apenas quando a altura não é superior a cerca de 4
metros. O muro de concreto ciclópico é uma estrutura construída mediante o
preenchimento de uma fôrma com concreto e blocos de rocha de dimensões
variadas. Devido à
impermeabilidade deste muro, é imprescindível a execução de um sistema adequado
de drenagem. A sessão transversal é usualmente trapezoidal, com largura da base da
ordem de 50% da altura do muro A especificação do muro com faces inclinadas ou
em degraus pode causar uma economia significativa de material.
Para muros com face frontal plana e vertical, deve-se recomendar uma inclinação
para trás (em direção ao retroaterro) de pelo menos 1:30 (cerca de 2 graus com a
vertical), de modo a evitar a sensação ótica de uma inclinação do muro na direção
do tombamento para a frente.
Os furos de drenagem devem ser posicionados de modo a minimizar o impacto visual
devido às manchas que o fluxo de água causa na face frontal do muro.
Alternativamente, pode-se realizar a drenagem na face posterior (tardoz) do muro
através de uma manta de material geossintético (tipo geotêxtil). Neste caso, a água é
recolhida através de tubos de drenagem adequadamente posicionados.
Figura 3 Muro de concreto ciclópico.
1.6: MUROS DE GABIÃO: Os muros de gabiões (Figura 4) são constituídos por gaiolas
metálicas preenchidas com pedras arrumadas manualmente e construídas com fios
de aço galvanizado em malha hexagonal com dupla torção. As dimensões usuais dos
gabiões são: comprimento de 2m e seção transversal quadrada com 1m de aresta.
No caso de muros de grande altura, gabiões mais baixos (altura = 0,5m), que
apresentam maior rigidez e resistência, devem ser posicionados nas camadas
inferiores, onde as tensões de compressão são mais significativas.
Para muros muito longos, gabiões com comprimento de até 4m podem ser utilizados
para agilizar a construção. A figura 4, apresenta ilustrações de gabiões. A rede
metálica que compõe os gabiões apresenta resistência mecânica elevada.
No caso da ruptura de um dos arames, a dupla torção dos elementos preserva a
forma e a flexibilidade da malha, absorvendo as deformações excessivas.
O arame dos gabiões é protegido por uma galvanização dupla e, em alguns casos,
por revestimento com uma camada de PVC. Esta proteção é eficiente contra a ação
das intempéries e de águas e solos agressivos (Maccaferri, 1990).
As principais características dos muros de gabiões são a flexibilidade, que permite que
a estrutura se acomode a recalques diferenciais e a permeabilidade.
A figura 4-muro de gabião
1.7: CRIB WALLS: São estruturas formadas por elementos pré-moldados de concreto
armado, madeira ou aço, que são montados no local, em forma de “fogueiras”
justapostas e interligadas longitudinalmente, cujo espaço interno é preenchido com
material granular graúdo. São estruturas capazes de se acomodarem a recalques das
fundações e funcionam como muros
de gravidade. Figura 5
Figura 5-muro crib walls
1.8: MUROS DE SACOS DE SOLO-CIMENTO: Os muros Figura 6 são constituídos por
camadas formadas por sacos de poliéster ou similares, preenchidos por uma mistura
cimento-solo da ordem de 1:10 a 1:15 (em volume). O solo utilizado é inicialmente
submetido a um peneiramento em uma malha de 9mm, para a retirada dos
pedregulhos.
Em seguida, o cimento é espalhado e misturado, adicionando-se água em
quantidade 1% acima da correspondente à umidade ótima de compactação proctor
normal.
Após a homogeneização, a mistura é colocada em sacos, com preenchimento até
cerca de dois terços do volume útil do saco. Procede-se então o fechamento
mediante costura manual. O ensacamento do material facilita o transporte para o
local da obra e torna dispensável a utilização de fôrmas para a execução do muro.
No local de construção, os sacos de solo-cimento são arrumados em camadas
posicionadas horizontalmente e, a seguir, cada camada do material é compactada
de modo a reduzir o volume de vazios.
O posicionamento dos sacos de uma camada é propositalmente desencontrado em
relação à camada imediatamente inferior, de modo a garantir um maior
intertravamento e, em conseqüência, uma maior densidade do muro.
A compactação é em geral realizada manualmente com soquetes. As faces externas
do muro podem receber uma proteção superficial de argamassa de concreto magro,
para prevenir contra a ação erosiva de ventos e águas superficiais.
Esta técnica tem se mostrado promissora devido ao baixo custo e pelo fato de não
requerer mão de obra ou equipamentos especializados. Um muro de arrimo de solo-
cimento com altura entre 2 e 5 metros tem custo da ordem de 60% do custo de um
muro de igual altura executado em concreto armado (Marangon, 1992).
Como vantagens adicionais, pode-se citar a facilidade de execução do muro com
forma curva (adaptada à topografia local) e a adequabilidade do uso de solos
residuais.
Figura 6-muro de saco de solo cimento
1.9: MUROS DE PNEUS: Os muros de pneus (Figura 8) são construídos a partir do
lançamento de camadas horizontais de pneus, amarrados entre si com corda ou
arame e preenchidos com solo compactado.
Funcionam como muros de gravidade e apresentam com vantagens o reuso de
pneus descartados e a flexibilidade. A utilização de pneus usados em obras
geotécnicas apresenta-se como uma solução que combina a elevada resistência
mecânica do material com o baixo custo, comparativamente aos materiais
convencionais.
Sendo um muro de peso, os muros de solo-pneus estão limitados a alturas inferiores a
5m e à disponibilidade de espaço para a construção de uma base com largura da
ordem de 40 a 60% da altura do muro. No entanto, deve-se ressaltar que o muro de
solo-pneus é uma estrutura flexível e, portanto, as deformações horizontais e verticais
podem ser superiores às usuais em muros de peso de alvenaria ou concreto.
Assim sendo, não se recomenda a construção de muros de solo-pneus para
contenção de terrenos que sirvam de suporte a obras civis pouco deformáveis, tais
como estruturas de fundações ou ferrovias. Como elemento de amarração entre
pneus, recomenda-se a utilização de cordas de polipropileno com 6mm de diâmetro.
Cordas de náilon ou sisal são facilmente degradáveis e não devem ser utilizadas.
O peso específico do material solo-pneus utilizado em muro experimental foi
determinado a partir de ensaios de densidade no campo (Medeiros et al.; 1997), e
varia na faixa de 15,5 kN/m3 (solo com pneus inteiros) a 16,5 kN/m3 (solo com pneus
cortados). O posicionamento das sucessivas camadas horizontais de pneus deve ser
descasado, de forma a minimizar os espaços vazios entre pneus.
A face externa do muro de pneus deve ser revestida, para evitar não só o
carreamento ou erosão do solo de enchimento dos pneus, como também o
vandalismo ou a possibilidade de incêndios. O revestimento da face do muro deverá
ser suficientemente resistente e flexível, ter boa aparência e ser de fácil construção. As
principais opções de revestimento do muro são alvenaria em blocos de concreto,
concreto projetado sobre tela metálica, placas pré-moldadas ou vegetação.
Figura 7- muro de pneus
1.10: MUROS DE FLEXÃO: são estruturas mais esbeltas com seção transversal em forma
de “L” que resistem aos empuxos por flexão, utilizando parte do peso próprio do
maciço, que se apóia sobre a base do “L”, para manter-se em equilíbrio. Em geral, são
construídos em concreto armado, tornando-se anti-econômicos para alturas acima de
5 a 7m. A laje de base em geral apresenta largura entre 50 e 70% da altura do muro. A
face trabalha à flexão e se necessário pode empregar vigas de enrijecimento, no
caso alturas
figura 8-muro de flexão
Para muros com alturas superiores a cerca de 5 m, é conveniente a utilização de
contrafortes (ou nervuras), para aumentar a estabilidade contra o tombamento.
Tratando-se de laje de base interna, ou seja, sob o retroaterro, os contrafortes devem
ser adequadamente armados para resistir a esforços de tração. No caso de laje
externa ao retroaterro, os contrafortes trabalham à compressão. Esta configuração é
menos usual, pois acarreta perda de espaço útil a jusante da estrutura de contenção.
Os contrafortes são em geral espaçados de cerca de 70% da altura do muro.
Figura 9-muro contraforte
Muros de flexão podem também ser ancorados na base com tirantes ou
chumbadores (rocha) para melhorar sua condição de estabilidade. Esta solução de
projeto pode ser aplicada quando na fundação do muro ocorre material competente
(rocha sã ou alterada) e quando há limitação de espaço disponível para que a base
do muro apresente as dimensões necessárias para a estabilidade.
2.0: INFLUÊNCIA DA ÁGUA: Grande parte dos acidentes envolvendo muros de arrimo
está relacionada ao acúmulo de água no maciço. A existência de uma linha freática
no maciço é altamente desfavorável, aumentando substancialmente o empuxo total.
O acúmulo de água, por deficiência de drenagem, pode duplicar o empuxo atuante.
O efeito da água pode ser direto, resultante do acúmulo de água njunto ao tardoz
interno do muro, ou indireto, produzindo uma redução da resistência ao cisalhamento
do maciço em decorrência do acréscimo das pressões intersticiais.
O efeito direto é o de maior intensidade podendo ser eliminado ou bastante
atenuado, por um sistema de drenagem eficaz. Todo cuidado deve ser dispensado ao
projeto do sistema de drenagem para dar vazão a precipitações excepcionais e para
que a escolha do material drenante seja feita de modo a impedir qualquer
possibilidade de colmatação ou entupimento futuro.
2.1: SISTEMA DE DRENAGEM: Para um comportamento satisfatório de uma estrutura de
contenção, é fundamental a utilização de sistemas eficientes de drenagem. Os
sistemas de drenagem podem ser superficiais ou internos. Em geral, os projetos de
drenagem combinam com dispositivos de proteção superficial do taluder.
Sistemas de drenagem superficial devem captar e conduzir as águas que incidem na
superfície do talude, considerando-se não só a área da região estudada como toda a
bacia de captação. Diversos dispositivos (canaletas transversais, canaletas
longitudinais de descida (escada), dissipadores de energia, caixas coletoras etc.)
podem ser selecionados para o projeto, dependendo da natureza da área
(ocupação densa, com vegetação etc.), das condições geométricas do talude, do
tipo de material (solo/rocha).
Canaleta transversal Canaleta longitudinal
Sistemas de proteção de talude têm como função reduzir a infiltração e a erosão,
decorrentes da precipitação de chuva sobre o talude. s alternativas de proteção
superficial podem ser classificadas em dois grupos: proteção com vegetação e
proteção com impermeabilização. Não existe uma regra para a concepção de
projetos desta natureza, entretanto deve-se sempre considerar a proteção vegetal
como a primeira alternativa, em particular, para taludes não naturais.
Figura 10-Cobertura vegetal e impermeabilização com concreto projetado
Processos de infiltração decorrentes da precipitação de chuva podem alterar as
condições hidrológicas do talude, reduzindo as sucções e/ou aumentando a
magnitude das poropressões. Em ambos os casos, estas mudanças acarretam uma
redução na tensão efetiva e, conseqüentemente, uma diminuição da resistência ao
cisalhamento do material, tendendo a causar instabilidade. Ressalta-se que, no caso
de taludes localizados em áreas urbanas, mudanças nas condições hidrológicas
podem ocorrer não somente devido à infiltração das águas de chuva, como também
devido a infiltrações causadas por vazamentos em tubulações de água e/ou esgoto.
Sistemas de drenagem subsuperficiais (drenos horizontais, trincheiras drenantes
longitudinais, drenos internos de estruturas de contenção, filtros granulares e
geodrenos) têm como função controlar as magnitudes de pressões de água e/ou
captar fluxos que ocorrem no interior dos taludes.
Estes sistemas tendem a causar rebaixamento do nível piezométrico, sendo o volume
de água que flui através dos drenos diretamente proporcional ao coeficiente de
permeabilidade e ao gradiente hidráulico.
Com o rebaixamento do nível piezométrico, o gradiente hidráulico diminui e o fluxo
então vai se reduzindo progressivamente até se restabelecer uma condição de
regime permanente. Em solos de baixa condutividade hidráulica, esta redução pode
significar a inexistência de um volume de drenagem visível a olho nu, a qual não deve,
entretanto, ser associada à deterioração do dreno.
Este tipo de comportamento muitas vezes gera dúvidas quanto a eficácia do sistema
de drenagem, sugerindo a possibilidade de colmatação. Neste sentido, recomenda-
se a monitoração contínua, através da instalação de piezômetros, comparando-se
registros antes, durante e após a construção.
2.2: ESTABILIDADE DE MUROS DE ARRIMO: Na verificação de um muro de arrimo, seja
qual for a sua seção, devem ser investigadas as seguintes condições de estabilidade:
tombamento, deslizamento da base, capacidade de carga da fundação e ruptura
global. O projeto é conduzido assumindo-se um pré-dimensionamento e, em seguida,
verificando-se as condições de estabilidade.
pré-dimensionamento
%s
a
P
Ph
MECANICA DOS SOLOS: COMPLEMENTO
1-TEOR DE UMIDADE DO SOLO: Este procedimento tem por objetivo apresentar os
resultados dos ensaios da Determinação do Teor de Umidade.
SIMBOLOGIA:
h = umidade
nat = Peso Específico Aparente Natural
= Peso Específico dos Grãos
DETERMINAÇÃO DE TEOR DE UMIDADE (H)
DEFINIÇÃO:
(h) = umidade do sol, é definido como:
(Pa) = peso da água, contida em uma amostra de solo;
(Ps) = peso seco das partículas do solo, sendo expressa em percentagem. (%)
*Para determinação do peso seco, (Ps) o método tradicional é a secagem em estufa,
na qual a amostra é mantida com temperatura entre 105 °C e 110 °C, até que
apresente peso constante, o que significa que ela perdeu a sua água por
evaporação. O peso da água é determinado pela diferença entre o peso da amostra
(P) e o peso seco (Ps).
PROCEDIMENTO:
Pesamos a cápsula de alumínio vazia (P3)
Pesamos a amostra de solo úmido + cápsula (P1)
Colocamos a amostra para secar em estufa convencional ( = 105ºC a 110ºC)
durante 24 horas.
Pesamos a amostra de solo seco + cápsula (P2)
P1 P2 P3
Peso Específico: Pa = P1-P2
Solo umido Solo seco
Cápsula Vazia
Estufa
Peso do Solo Seco: PS = P2 – P3
Teor de Umidade: h = P1 – P2 ÷ P2 – P3 = %
Cálculo:
%94,7210050,2431,42
31,4230,55
32
21
PP
PPh
1.1-INDICE DOS VAZIOS: Na Mecânica dos solos o Índice de vazios (e) é expresso como
um número, ou seja é uma grandeza adimensional e portanto não possue unidade, e
é definido como o volume dos poros (Vv) dividido pelo volume ocupado pelas
partículas sólidas (Vs) de uma amostra de solo, ou seja:
Vs
VvV
Vs
Vve
O volume dos sólidos (Vs) é obtido através do ensaio de Massa Específica Real dos
Grãos, o volume total da amostra (V) é calculado, por exemplo, pelo Método da
Balança Hidrostática e por consequência, o volume de vazio (Vv) é a diferença entre
os dois.
Os poros dos solos, que apesar de também serem chamados de volume de vazios,
podem estar preenchidos com água (quando solo está saturado), com ar (quando o
solo está totalmente seco) ou com ambos, que é a forma mais comum encontrada na
natureza.
1.2-POROSIDADE DO SOLO: Em geologia, porosidade é a característica de uma rocha
poder armazenar fluidos em seus espaços interiores, chamados poros. A matéria é
descontínua. Isso quer dizer que existem espaços (poros) entre as partículas que
formam qualquer tipo de matéria.
Esses espaços podem ser maiores ou menores, tornando a matéria mais ou menos
densa. Ex.: a cortiça apresenta poros maiores que os poros do ferro, logo a densidade
da cortiça é bem menor que a densidade do ferro.
Porosidade pode ser contrastada com permeabilidade: nem sempre uma rocha que
contém fluidos em seu interior vai permitir que essa água flua, ou seja permeada, pela
rocha.
Na mecânica dos solos a porosidade do solo (n) é expressa em percentagem, e é
definida como o volume dos poros (Vv)dividido pelo volume total (V) de uma amostra
de solo, ou seja:
100xV
Vve
1.3-GRAU DE SATURAÇÃO DO SOLO: Na Mecânica dos solos o Grau de saturação (S) é
expresso em percentagem, e é definido como a "relação entre o volume de água
(Va) e o volume de vazios (Vv), presente em uma amostra de solo, ou seja:
100xVv
VaS
O volume de vazio (Vv) é obtido pela diferença entre o volume dos sólidos (Vs), que é
calculado através do ensaio de Massa Específica Real dos Grãos, e o volume total da
amostra (V) que pode ser calculado, por exemplo, pelo Método da Balança
Hidrostática. O volume da água (Va) é obtido na determinação da Umidade do solo.
*Quando S=100% dizemos que o solo está saturado porque todos os seu poros estão
preenchidos com água. Se S=0% significa que o solo está totalmente seco.
1.4-MASSA ESPECÍFICA REAL DOS GRÃOS: Na Mecânica dos solos o peso específico
real dos grãos (γs) é definido numericamente como o peso dos sólidos (Ps) dividido
pelo seu volume (Vs), ou seja:
Vs
Pss
De um modo geral este valor não varia muito de solo para solo. Não importa se é
argila, areia ou pedregulho pois o fator preponderante é a sua mineralogia, ou seja,
depende principalmente da rocha matriz que deu origem ao solo.
O ensaio para determinação do Peso Específico Real dos Grãos é padronizado no
Brasil pela norma ABNT NBR 6508/84. O método consiste basicamente em determinar o
peso seco de uma amostra por simples pesagem e em seguida determinar seu volume
baseando-se no princípio de Arquimedes.