Aula II - Geotecnia e Projetos de Fundações

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  • 7/24/2019 Aula II - Geotecnia e Projetos de Fundaes

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    Prof. Dra. Daniela Salgado

    1

    GeotecniaGeotecnia e Projetos dee Projetos deFundaesFundaes

    Graduao em Engenharia Civil

    Uberlndia, 21 de agosto de 2015.

    2

    GeotecniaGeotecnia ee ProjetosProjetos dede FundaesFundaes

    CdigoCdigo dada disciplinadisciplina:: 63926392

    PerodoPerodo:: 20152015//22

    ContedoContedo programticoprogramtico dada aulaaula::

    Tema central: Introduo Geotecnia

    1) Introduo Geotecnia

    1.1) A crosta terrestre

    1.2) Minerais

    1.3) Rochas magmticas

    1.4) Intemperismo e eroso

    1.5) Rochas sedimentares

    1.6) Rochas metamrficas

    1.7) Solos

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    SolosSolos11.. IntroduoIntroduo

    As obras de engenharia que tendem a atingir maiores profundidades so os tneis.

    No Brasil, raramente um engenheiro de obras pblicas ou construes trabalha na

    execuo de tneis com mais de 150 m de profundidade.

    A prtica habitual se limita a profundidades de 20 a 30 m, ou seja, grande parte das

    construes de engenharia no Brasil est localizada sobre os solos.

    3

    Barragens, pistas de aeroportos e rodovias,

    escavaes para canais etc.

    SolosSolos

    4

    22.. TiposTipos dede solossolos

    Solo o material resultante da decomposio e desintegrao da rocha pela ao de

    agentes atmosfricos.

    A pedognese o processo qumico e fsico de alterao de um material litolgico,

    originando os solos.

    Os solos podem ser divididos em dois grandes grupos:

    i) Solos residuais: os produtos da rocha intemperizada ainda permanecem no local

    aonde se deu a sua transformao, e

    ii) Solos transportados,referindo-se aos produtos de alterao que foram transportados

    para um local diferente ao da transformao.

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    22..11.. SolosSolos residuaisresiduais

    So muito comuns no Brasil, em especial na regio Centro-Sul em funo do clima.

    Quase todos os tipos de rochas formam solos residuais e a sua composio ser muito

    semelhante da rocha de origem.

    Exemplos:

    i) A decomposio do basalto forma a terra roxa, cor marrom-chocolate, composio

    argiloarenosa e elevada plasticidade.

    ii) A decomposio de arenitos e quartzitos formam solos 100% arenosos, constitudos

    de quartzo.

    iii) As rochas metamrficas, como o filito (micas) do origem a um solo argiloso e muito

    plstico.

    SolosSolos

    6

    Tipo de rocha Composio mineral Tipo de solo Composio

    BasaltoPlagioclsioPiroxnios

    Argiloso(pouca areia)

    Argila

    Quartzito Quartzo Arenoso Quartzo

    Filitos Micas (sericita) Argiloso Argila

    GranitoQuartzoFeldspatoMica

    Arenoargiloso(micceo)

    Quartzo e argila(micceo)

    Calcrio Calcita Argiloso Argila

    Quadro 1 Constituio das rochas e tipos de solos resultantes.

    Fonte: Chiossi, 2013.

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    A passagem entre o solo e a rocha que o originou gradativa e se d em pelo menos

    duas camadas distintas: o solo de alterao da rocha e a rocha alterada ou decomposta.

    Figura 1 Perfil de solo residual.

    O solo residual dividido em maduro e

    jovem. No se consegue observar restos

    da rocha nem dos seus minerais

    constituintes.

    Osolo de alteraode rocha ainda mostra

    alguns elementos da rocha matriz, como

    linhasde mineraisno decompostos.

    7

    SolosSolos

    8

    Arocha alterada um material que lembra o aspecto da rocha matriz, preservando parte

    da sua estrutura e dos seus minerais e apresentando dureza e resistncia inferiores.

    A rocha srepresenta a rocha inalterada.

    As espessuras das quatro faixas so variveis e dependem das condies climticas e

    do tipo de rocha.

    Figura 2 Estgios de evoluo dos solos.

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    9Figura 3 Perfil do solo. F igura 4 Horizontes do solo.

    SolosSolos

    10Figura 5 Perfil do solo residual.

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    Figura 6 Campo de mataces.

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    A decomposio do solo no se d de forma homognea e contnua, uma vez que poder

    haver minerais mais resistentes eroso, fazendo com que permaneam blocos isolados

    englobados no solo denominados demataces.

    Os mataces possuem dimenses variadas e so muito comuns nas reas de granitos,

    gnaisses e basaltos.

    Figura 7 Mataco.

    SolosSolos

    12

    22..22.. SolosSolos transportadostransportados

    Os solos transportados foram depsitos mais inconsolidados e fofos do que os residuais

    e apresentam profundidade varivel.

    Dentre eles distinguem-se os solos orgnicos, no qual o material transportado est

    misturado com quantidades variveis de matria orgnica decomposta que, em grandes

    quantidades, formam asturfeiras.

    Figura 8 Turfa. Figura 9 Turfeira.

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    No geral, o solo residual mais homogneo que o transportado.

    De acordo com a capacidade do agente transportador, os solos transportados podem

    exibir grandes variaes laterais e verticais na sua composio.

    Um riacho que carregue areia fina e argila para uma bacia poder transportar cascalho

    em perodos de chuva.

    Figura 10 Local de solos transportados.

    SolosSolos

    14

    Dentre os solos transportados, destacam-se osde aluvio, coluviais e elicos (dunas

    costeiras).

    O solo residual mais comum e de ocorrncia generalizada, ao passo em que o

    transportado ocorre em reas restritas.

    TiposTipos dede solossolos transportadostransportados

    a)a) SolosSolos dede aluvioaluvio

    So os solos transportados e arrastados pelas guas e depositados no momento em que

    a corrente reduz a velocidade.

    Ao longo do curso dgua, existe uma seleo natural do material conforme a sua

    granulometria.

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    Desta forma, encontram-se nas cabeceiras dos cursos dgua material grosseiro

    (bolos e fragmentos) e os materiais mais finos, como a argila, so transportados

    para longas distncias.

    15

    Mesmo com a seleo natural dos sedimentos dos solos de tipo

    aluvio, o material poder ser bastante heterogneo,

    apresentando granulometrias variadas.

    !

    Os depsitos de aluvio podem ser de duas formas distintas: em terraos, ao longo

    do vale do rio, ou em depsitos mais extensos, formando as plancies de inundao

    (banhados, vrzeas e baixadas de inundao).

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    Figura 11 Depsito aluvionar (areia) . Figura 12 Vrzea.

    Figura 13 Floresta de vrzea.

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    A melhor forma de detectar reas de aluvio, de vrzeas e plancies de inundao

    por meio de fotografia area.

    Os solos de aluvio so fontes de materiais de construo. Ao mesmo tempo,

    constituem pssimos materiais para fundaes.

    Figura 14 Plancie de inundao contnua (Pantanal).

    SolosSolos

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    b)b) SolosSolos orgnicosorgnicos

    Ocorrem em reas topogrficas e geogrficas tpicas: bacias e depresses

    continentais, baixadas marginais dos rios e baixadas litorneas. Exemplos: faixa ao

    longo dos rios Tiet e Pinheiros, em So Paulo, e baixada Santista.

    Exemplo de sondagem numa rea de solo orgnico: a construo das fundaes da

    Usina Siderrgica de Piaaguera e da Rodovia Piaaguera-Guaruj (rea de

    mangue).

    A sondagem mostrou 28,2 m de argila orgnica mole pouco arenosa e 3 m de areia

    mdia a fina, compacta e de alterao de rocha (micaxisto).

    O nmero de golpes (SPT) at 28,2 m foi de zero a cinco.

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    Figura 15 Solo orgnico (organossolo). Figura 16 Solo orgnico.

    Figura 17 Solo orgnico.

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    c)c) SolosSolos coluviaiscoluviais

    Os depsitos de coluvio, ou depsitos de tals, so os solos cujo transporte decorre

    exclusivamente da ao da gravidade.

    So comuns e de ocorrncia localizada, localizados prximos a elevaes e encostas.

    A sua composio depende do tipo de rochas existente nas partes mais elevadas.

    Os solos coluviais so desvantajosos para projetos de engenharia pois so materiais

    inconsolidados, permeveis e sujeitos a escorregamentos.

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    Figura 18 Fases sucessivas de construo de rodovias numa rea de baixada.

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    d)d) SolosSolos elicoselicos

    Formados pela ao do vento e os gros dos solos possuem forma arredondada.

    No so muito comuns no Brasil, destacando-se somente os depsitos ao longo do

    litoral.

    Este tipo de solo no tem coeso, apresenta baixa resistncia mecnica e facilmente

    transportado por enxurradas.

    Figura 19 Solo elico. Figura 20 Solo elico.

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    33.. PropriedadesPropriedades geraisgerais dosdos solossolos

    33..11.. ndicesndices fsicosfsicos

    Uma massa de solo considerada como um conjunto de partculas slidas, encerrando

    vazios ou interstcios de dimenses variadas. Esses vazios podem ser preenchidos com

    ar ou gua ou mesmo com ambos.

    Os componentes de uma massa de solo possuem relaes de peso e de volume.

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    Figura 21 ndices fsicos.

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    a) Porosidade (n) de uma massa de solo definida como a relao do volume de vazios

    pelo volume total da massa: n = Vv/V (%).

    b) ndice de vazios (e) de uma massa de solo definido como a relao do volume de

    vazios pelo volume de slidos: e = Vv/Vs.

    c) Grau de saturao (G) definido como a relao do volume de gua pelo volume de

    vazios: G = Va/Vv(%).

    d) Umidade natural (h) definida como a relao do peso de gua pelo peso de material

    slido: h = Pa/Ps(%).

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    e) Peso especfico de um material definido como a relao do peso de um determinado

    fragmento pelo seu volume. Uma vez que um agregado de solo constitudo de trs

    diferentes fases, o peso especfico dever considerar todas elas:

    = P/V= Ps+ Pa/Vs+ Vv(Vv= Var+ Vgua)

    - Peso especfico natural do solo: n = P/V (t/m3 ou g/cm3).

    - Peso especfico dos gros slidos: = Ps/Vs(t/m3 ou g/cm3).

    - Peso especfico da gua: a = Pa/Va (t/m3 ou g/cm3).

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    33..22.. FormaForma dasdas partculaspartculas

    a) Esferoidais: possuem dimenses aproximadas em todas as direes (ex.: solos

    arenosos e pedregulhos).

    b) Lamelares ou placoides: presentes nos solos de dimenses granulomtricas mais

    finas, sendo tpicas de solos argilosos (predomnio de duas das dimenses sobre a

    terceira).

    c) Fibrosas: ocorrem nos solos de origem orgnica (turfas), em que uma das dimenses

    predomina sobre as outras duas.

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    44.. ClassificaoClassificao granulomtricagranulomtrica dede solossolos

    O comportamento dos solos est ligado ao tamanho das partculas que os compem. Os

    solos se classificam nos seguintes tipos:

    a) Pedregulhos ou cascalho;

    b) Areias grossas, mdias e finas;

    c) Siltes;

    d) Argilas.

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    Raramente um solo do tipo puro, constitudo na sua totalidade por uma nica

    granulometria. Os solos apresentam certa porcentagem de areia, de silte, de argila,

    cascalho etc.

    Exemplo: solo originrio do arenito com 52% de areia fina, 36% de silte e 12% de argila.

    Classificao Dimetro dos gros

    Argila Menor que 0,002 mm

    Silte Entre 0,06 e 0,002 mm

    Areia Entre 2,0 e 0,06 mm

    Pedregulho Entre 60,0 e 2,0 mm

    Tabela 1 Escala granulomtrica segundo a ABNT.

    SolosSolos

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    Exemplo de designao de solos:

    a)Solo silte argilo-arenoso: predominncia em peso da frao silte, seguida da argila e, por

    ltimo, da areia.

    b)Argila silto-arenosa: a argila predomina sobre o silte quem por sua vez, predomina sobre

    a areia.

    Descrio de solos:

    a) Turfa: solo sem plasticidade, com elevado teor de partculas fibrosas de material ao

    lado de matria orgnica coloidal, marrom-escuro a preto, muito compressvel e

    combustvel quando seco.

    b) Cascalho: solo com elevada percentagem de pedregulho de diferentes origens (fluvial,

    glacial ou residual). O cascalho fluvial denominado de seixo rolado.

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    c)Solo latertico: ocorre sob a forma de crostas contnuas ou na forma de solos de textura

    fina pouco ou nada ativos. Suas cores variam do vermelho ao amarelo, podendo chegar a

    negro.

    d) Saibro: solo residual areno-argiloso proveniente de rochas granticas ou gnissicas,

    podendo conter pedregulhos.

    e) Topsoil: solo areno-siltoso com pouca ou nenhuma argila encontrado nas camadas

    superficiais de terrenos pouco inclinados ou nas partes baixas de bacias hidrogrficas.

    f)Massap: solo argiloso de plasticidade, expansibilidade e contratilidade elevadas. Suas

    caractersticas decorrem da presena de montmorilonita.

    SolosSolos

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    44..11.. AnliseAnlise granulomtricagranulomtrica

    Tem como objetivo determinar a dimenso dos gros que constituem um solo e a

    porcentagem do peso total representada pelos gros em vrios intervalos de tamanho.

    O ensaio de peneiramento feito tomando-se um peso (P) de 200g de solo, fazendo-o

    passar por diversas peneiras com aberturas de malhas padronizadas.

    Aps o peneiramento, pesam-se as quantidades retiradas em cada peneira, peso P1, ecalcula-se a porcentagem retira na peneira pela seguinte relao: Pi/P x 100.

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    Nmero da peneira Abertura (mm)

    4 4,76

    10 2,00

    16 1,19

    30 0,590

    50 0,297

    100 0,149

    200 0,074

    Tabela 2 Peneiras frequentemente empregadas nos ensaios de peneiramento.

    SolosSolos

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    55.. EnsaiosEnsaios dede simplessimples caracterizaocaracterizao

    Os ensaios de simples caracterizao consistem na determinao em laboratrio da

    umidade natural, dos limites de Atterberg e da granulometria.

    a) Umidade natural: coloca-se cerca de 50g de solo num recipiente e pesa-se o conjunto

    (peso P1). A seguir, leva-se o conjunto para uma estufa temperatura de 105oC,

    deixando-o permanecer tempo suficiente para evaporar a gua (aproximadamente 6

    horas, variando-se de acordo com o tipo de solo). Em seguida, retira-se o conjunto daestufa e pesa-se o material (P2). Sendo P3o peso do recipiente, o valor da umidade

    ser:

    h = P1 P2/P2 P3x 100

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    b) Granulometria: exemplificada anteriormente.

    c) Plasticidade: a plasticidade a capacidade que possuem as argilas de se deixarem

    moldar em formas diferentes sem variao de volume. um fator quedepende

    diretamente da umidadedo solo. Os limites de umidade so definidos como limites de

    Atterberg, conforme mostra o esquema a seguir.

    IP = LL LP

    Onde LP = limite de plasticidade; LL = limite de liquidez; IP = ndice de plasticidade.

    SolosSolos

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    Este ndice determina a zona em que o terreno se encontra no estado plstico e, por ser

    mximo para as argilas e mnimo para as areias, fornece um valioso critrio para se

    avaliar o carter argiloso de um solo.

    Quanto maior o IP, mais plstico ser o solo.

    O ndice de plasticidade funo da quantidade de argila presente no solo, enquanto que

    o limite de liquidez e o limite de plasticidade so funes da quantidade e do tipo de

    argila.

    Quando um material no tem plasticidade (areia), escreve-se IP = NP (no plstico).

    Quanto maior o LL, mais compressvel o solo.

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    Propriedades Tipos de solos

    Arenosos Siltosos Argilosos Turfosos

    GranulaoGrossa (olho

    nu)Fina (tato) Muito fina Fibrosa

    Plasticidade Nenhuma Pouca Grande Pouca a mdia

    Compressibilidade Pouca Mdia Grande Muito grande

    Coeso Nenhuma Mdia Grande Pouca

    Resistncia dosolo seco

    Nenhuma Mdia Grande Pouca a mdia

    Resumo para

    caracterizaoTato e visual

    1. Tato

    2. Secos,

    esfarelam3. Secos,

    desagregam

    quandosubmersos

    1.Tato

    2.Plsticos, semolhados

    3.Secos, no

    desagregam

    1. Cor preta2.Plsticos, se

    molhados;

    3. Fibrosos

    Quadro 2 Quadro resumido para a identificao de solos no campo.

    SolosSolos

    Que tipo de solo este?

    38