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UNIDADE 01 FOLHA

UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA CURSO: DISCIPLINA:

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ENGENHARIA CIVIL / ENGENHARIA AMBIENTAL PROFESSOR:

MECÃNICA DOS SOLOS – CIV 8301

ANDRÉ P. LIMA

NOTAS DE AULA: UNIDADE 01. INTRODUÇÃO A MECÂNICA DOS SOLOS

ESTA APOSTILA É APENAS UM ROTEIRO DE ESTUDO, DEVENDO A MESMA SER COMPLEMENTADA POR ANOTAÇÕES DOS COMENTÁRIOS DE AULA E CONSULTAS AOS LIVROS TEXTOS INDICADOS. REV. 0 DATA RESPONSÁVEL

AGO/2013 ANDRÉ LIMA

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ÍNDICE

1 – INTRODUÇÃO E HISTÓRIA DA MECÂNICA DOS SOLOS ................................................. 3 1.1 DEFINIÇÕES ...........................................................................................................................................................3 1.2 HISTÓRICO .............................................................................................................................................................4 1.3 A MECÂNICA DOS SOLOS NO BRASIL ...............................................................................................................7 1.4. ENSAIOS CORRENTES EM MECÂNICA DOS SOLOS .....................................................................................15 1.5. FINS E LIMITAÇÕES DA MECÂNICA DOS SOLOS...........................................................................................16 1.6 PROBLEMAS DE ENGENHARIA, ESTUDADOS E RESOLVIDOS PELA MECÂNICA DOS SOLOS................18 1.7 O ENGENHEIRO GEOTÉNICO.............................................................................................................................30

2 – ORIGEM, FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS ......................................................... 31 2.1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................................................................31 2.2 INTEMPERISMO ...................................................................................................................................................32 2.3 TIPOS DE ROCHA (RESUMO) .............................................................................................................................34 2.4 SOLOS E ROCHAS NO RIO DE JANEIRO. .........................................................................................................35 2.5 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS QUANTO À SUA ORIGEM ...............................................................................36

3 – EXERCÍCIOS........................................................................................................................ 49 4 – UNIDADE I. LEITURA COMPLEMENTAR E REFERÊNCIAS............................................ 49

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1 – INTRODUÇÃO E HISTÓRIA DA MECÂNICA DOS SOLOS 1.1 DEFINIÇÕES A Engenharia Civil trata do projeto e construção de diversos tipos de estruturas e sistemas (edificações, estradas, barragens, portos, túneis, aeroportos, pontes, etc.). Todas estas obras são construídas sobre o solo, no solo ou com solo (solo ou rocha, na verdade). Assim, o desempenho do solo (ou da rocha) no local do projeto, durante e após a construção está intimamente ligado à segurança, economia e funcionalidade da obra. A Mecânica dos Solos é uma ciência da engenharia que estuda do comportamento do solo quando este é usado como material de construção (aterros rodoviários, barragens de terra, solo estabilizado, base para pavimentos, etc.) ou quando recebe esforços transmitidos pelas estruturas (fundação de edifícios, pontes, etc., estruturas de contenção, ancoragens, pavimentos). Engenharia Geotécnica → é a subdivisão da engenharia civil que envolve os materiais naturais encontrados próximo à superfície da terra. Ela inclui a aplicação dos princípios da mecânica dos solos e da mecânica das rochas ao projeto de fundações, estruturas de contenção, obras de terra, etc. A engenharia geotécnica se aprimora pela experiência, pela observação e pela análise do comportamento das obras de engenharia.

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Para se lidar adequadamente com os materiais terrosos, é necessário se ter o conhecimento de: a) Geologia b) Mecânica c) Análise experimental d) Reologia (relações tensão de formação – tempo que governam o comportam dos materiais)

1.2 HISTÓRICO A Mecânica dos Solos antes do século XVIII: Antiguidade (mais de 1000 anos a.C.): Sucessão de experimentos sem caráter científico verdadeiro → sucessos e insucessos. ƒ

(2750 a.C.) - 5 pirâmides mais importantes no Egito → desafios relacionados às fundações, estabilidade de encostas e construção de câmaras subterrâneas;

ƒ

(2000 a.C.) - Diques nas margens do rio Nilo, Tigre e Eufrates para proteger as cidades;

ƒ

(1120 a.C.) - Diques para irrigação na China;

ƒ

(Grécia Antiga) - Uso de sapatas isoladas e corridas para a construção de edifícios;

ƒ

(68 d.C.) - Construção de Pagodes assentes em camadas de siltes e argilas moles - alguns casos de danos estruturais por perda de capacidade de carga;

ƒ

(1173) - Torre de Pisa (Itália). Peso de 15700tf e base circular de φ20m. Inclinação devido a uma camada frágil de argila a cerca de 11m de profundidade.

A Mecânica dos Solos no período Pré-Clássico (1700-1776): ƒ

Estudos relativos a encostas naturais e pesos específicos de vários tipos de solos (eng. Henri Cartier, 1717);

ƒ

Teorias semi-empíricas de empuxos de terra (superfície de ruptura definida arbitrariamente).

A Mecânica dos Solos no período Clássico – fase I (1776-1856): ƒ

1776: Posição exata da superfície de deslizamento no solo por trás de um muro de arrimo (Teoria de Coulomb criada por um cientista francês chamado Charles A. Coulomb);

ƒ

1840: Estudos sobre pressões de terra em muros de arrimo e sobre capacidade de carga para fundações rasas (Eng. Poncelet);

ƒ

1846: Detalhes sobre escorregamentos profundos em taludes argilosos → “coesão do solo” (Eng. Collin);

ƒ

1857: Teoria de Rankine, criada por Willian J. M. Rankine (simplificação da teoria de Coulomb).

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Mecânica dos Solos no período Clássico = Trabalhos sobre solos admitidos como “massa ideais de fragmentos” atribuindo-lhes propriedades de material homogêneo e dando tratamento matemático sem o correspondente ajustamento das conclusões à realidade física.

A Mecânica dos Solos no período Clássico – fase II (1856-1910): ƒ

Realização de vários ensaios de laboratório em solos arenosos;

ƒ

1856: Estudos sobre Permeabilidade dos Solos (Lei de Darcy)

ƒ

Teoria sobre distribuição de tensões sobre áreas carregadas em meio homogêneo, semiinfinito, elástico, isotrópico;

ƒ

Fenômeno de dilatância em areias (Reynolds, 1887).

A Mecânica dos Solos Moderna (1910-1927): Resultados de pesquisas realizadas em argilas

propriedades e parâmetros fundamentais

estabelecidos (Atterberg, 1911; Frontard, 1914; Bell, 1915; Fellenius, 1918 e 1926; Terzagui, 1925); Final do século XIX e início do século XX → Grandes acidentes em grandes obras de engenharia: ƒ

Rupturas no Canal do Panamá;

ƒ

Rupturas de barragens de terra e sucessivos recalques em grandes edifícios nos EUA;

ƒ

Escorregamentos em taludes ferroviários na Suécia;

ƒ

Acidentes com muros de cais e escorregamentos de terra na Alemanha;

ƒ

No Brasil ocorreram acidentes de grandes proporções principalmente num cais do Rio de Janeiro e em outro no extremo norte do país. NECESSIDADE DE REVISÃO NOS PROCEDIMENTOS DE CÁLCULO

A Mecânica dos Solos depois de 1927: ƒ

Novo desenvolvimento da mecânica dos solos com a publicação de “Erdbaumechanik auf Badenphysikalisher Grundlage” (“Mecânica das Construções em terra baseada na física dos Solos”), de Karl Terzagui, em 1925. Garante ao autor o título incontestado de pioneiro e líder da nova ciência dos solos.

ƒ

Em 1936 Terzaghi publicou a sua “Theoria do recalque das camadas argilosas” como continuação ao seu primeiro livro e em colaboração com Fröhlich a quem já se devia a obra hoje clássica “Distribuição das pressões no solo (Druckverteilung im Baugrunde – 1934).

ƒ

Em 1936 a International Conference on Soil Mechanics and Foudations realizada em Cambridge, Mass., veio corporificar todas as conquistas já realizadas, podendo ser considerada como a “fundação oficial da moderna ciência dos solos”.

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As memórias contidas nos volumes de proceedings dessa conferência representam ainda hoje fonte abundante de informações sobre o assunto a ponto de, na afirmação de Terzaghi, os dois volumes de comunicações conterem mais informações positivas do que tudo o mais publicado em 50 anos, antes de 1918.

ƒ

A Conferência de Purdue em 1940 veio abordar novos aspectos do problema, em particular o ensino e a importância da mecânica dos solos nas escolas de Engenharia.

ƒ

As quatro conferências do Texas (1940, 41, 42, 43) e os diferentes “symposia” que a American Society of Civil Engineers tem instituído, construíram também contribuição importantíssima para o desenvolvimento promissor da Mecânica dos Solos.

Prof. Karl Terzaghi (1925): Incompatibilidade da aplicação aos solos de leis teóricas de uso corrente para representar materiais bem definidos como o concreto e o aço. Não era suficiente determinar em laboratório, parâmetros de resistência e deformabilidade em amostras de solo e aplicá-los a modelos teóricos adequados ao aço e ao concreto. Fundador da Mecânica dos Solos. Promoveu o conhecimento do comportamento dos solos. Solo constituído de um sistema trifásico (sólidos+água+ar);

Água nos vazios

Água nos vazios

Karl Terzaghi 1883-1963

S= Partículas sólidas (minerais) A=Ar ocluso nos vazios

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1.3 A MECÂNICA DOS SOLOS NO BRASIL A Mecânica dos Solos antes do século XVIII: Antiguidade (mais de 1000 anos a.C.): Sucessão de experimentos sem caráter científico verdadeiro → sucessos e insucessos.

Época Colonial Período Pós-independência (século XIX / início do século XX) Inúmeras obras geotécnicas usando tecnologia e técnicas ainda incipientes (época “PréTerzaghiana”) Metade do século XIX → Eng. André Rebouças e Eng. Francisco Bicalho → Precursores da Mecânica dos Solos no Brasil ABMS = Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica (fundada em 1950): www.abms.com.br. A ABMS foi fundada no dia 21 de julho de 1950, sob a designação de Associação Brasileira de Mecânica dos Solos. Com a ampliação das suas atividades técnicas e científicas, o nome foi mudado em 1996 para Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, sendo mantidos a sigla (ABMS) e o logotipo. Desde a sua criação, a ABMS vem contribuindo para o desenvolvimento da Geotecnia no Brasil e garantindo presença internacional permanente como uma sociedade-membro da International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE); da International Society for Rock Mechanics (ISRM) e da International Tunneling Association (ITA).

Fundação da Mec.

1925

Início Geotecnia no Brasil (Odair Grillo e Mario Brandi)

1938

ABMS

Milton Vargas, Francisco Pacheco Silva, José Machado, Victor de Mello, Mario Brandi, Dirceu Velloso, Costa Nunes, Willy Lacerda, Fernando Barata, Etc.

1950 Ciência ainda em desenvolvimento! (pouco mais de 90 anos de vida!)

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EX-PRESIDENTES DA ABMS:

Presidente de Honra: Odair Grillo (1966)

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HISTÓRIA DA MECÂNICA DOS SOLOS NO BRASIL (Ref.: Ferraz Nápoles A.D. (1970) “Historia da Mecânica dos Solos no Brasil”. IV Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, Vol. II Tomo I, pp. 169-215, Guanabara, 1970) O texto apresentado a seguir é um resumo escrito pelo prof. Carlos de Sousa Pinto para o Núcleo Regional de São Paulo em 2006 e extraído do site do Prof. Massao Futai (In: http://www.futai.com.br/page14.php). O texto original do qual o prof. Carlos Pinto se baseou foi: ¨História da Mecânica dos Solos no Brasil¨, escrita pelo Eng. A.D. Ferraz Nápoles Neto, sócio emérito e expresidente da ABMS. O trabalho original encontra-se nos Anais do IV Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, Vol. II Tomo I, pp. 169-215, Guanabara, 1970.

O INÍCIO (MEADOS DO SÉCULO XIX E INÍCIO DO SÉCULO XX: No Brasil, nas grandes obras portuárias e ferroviárias, especialmente túneis, na segunda metade do século XIX e início do século XX, e o início da era dos arranha-céus, na década de 1920, em São Paulo e no Rio de Janeiro, o tratamento de problemas de solos e rochas era totalmente baseado na experiência transmitida. Nos problemas de fundações, o procedimento tradicional consistia em eleger-se uma "taxa de trabalho" para o terreno existente, a partir de informações de obras anteriores. Quando a fundação direta não era possível, ou nos casos de dúvida, recorria-se a estacas, cujas capacidades eram estimadas por meio de fórmulas dinâmicas. O reconhecimento do terreno era feito ou diretamente, por meio de escavações, trincheiras e poços, em geral de profundidade limitada, ou por meio de sondas elementares, como a agulha ou "barramina" e o trado, também alcançando pequenas profundidades. Sondagens mais profundas, em obras muito importantes, eram sondagens geológicas e não geotécnicas, por equipamentos que os construtores chamavam de “sondagem de mineiro”. O empirismo dominante se revelava até na terminologia dos terrenos, onde nomes como saibros, piçarra, taguá, tabatinga, moledo, etc., faziam parte do vocabulário do construtor. As obras geotécnicas mais importantes no período foram: ƒ

Fundações de obras marítimas e de pontes com caixões cravados sob ar comprimido, em obras portuárias no Rio de Janeiro, que, embora maiores e mais complexos, precederam os tubulões pneumáticos.

ƒ

Perfurações em rocha e alteração de rocha, por Paulo de Frontin, na duplicação de linha da E. F. Central do Brasil, onde, em 1913 e 1914, 2 km de túnel foram abertos em 17 meses ao lado da linha anterior, cuja construção consumira 7 anos (1858-1875).

ƒ

A construção da ferrovia Mairinque-Santos (1927-1937) com uma impressionante seqüência de 31 túneis e 31 pontes e viadutos, permitiu a descida da Serra do Mar com linha dupla de simples aderência.

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A construção de túneis urbanos inteiramente em terra, como os túneis da avenida 9 de julho em São Paulo (1936-38), onde foram usados, pela primeira vez no Brasil em obras deste gênero, o ar comprimido e uma adaptação do método do escudo.

ƒ

A construção de estradas e barragens de terra pela então Inspetoria Federal de Obras Contra as Secas (IFOCS), no Nordeste. As barragens de terra compactada eram de seção homogênea e com filtro vertical, como as que viriam a ser preconizadas por Terzaghi, anos mais tarde, no projeto da barragem e do dique do Vigário, no Rio de Janeiro. Os filtros verticais de areia, ligados ao filtro de pé de jusante, ficavam, todavia, por trás de um septo ou cortina de concreto armado.

ESTUDOS PIONEIROS NO BRASIL O primeiro trabalho publicado no Brasil sobre assuntos geotécnicos foi o do eng. Domingos José da Silva Cunha, no 1o número da Revista Brasileira de Engenharia, em outubro de 1920 intitulado “Experimentação dos terrenos para o estudo de fundações”. Trata da importância da experimentação, do efeito da profundidade na capacidade de carga, da importância e do efeito da umidade, da natureza do terreno, da forma e do tamanho da superfície de carga. Notável contribuição à geotécnica foi dada pelo eng. Alberto Ortenblad, na sua tese de doutorado pela Universidade de Harvard, em 1926, tendo ele frequentado o primeiro curso ministrado por Terzaghi, no M.I.T. A tese de Ortenblad, intitulada “Mathematical Theory of the Process of Consolidation of Mud Deposits”, representou uma importante contribuição para o desenvolvimento da teoria do adensamento, como reconhecido por Terzaghi e Fröhlich no trabalho que corporificou a teoria do adensamento:”Theorie der Satzung von Tonschichten”, publicado em 1936. Já em 1925, em trabalhos publicados nas revistas O Brasil Técnico e Revista Brasileira de Engenharia, Emídio de Morais Vieira, embora com tratamento diferente e independente do de Terzaghi, chegou a conclusões semelhantes sobre o papel da variável tempo nos fenômenos de deformação dos solos, tendo feito uso destes estudos no projeto de estabilidade de um aterro de acesso à nova ponte das Laranjeiras, em Santa Catarina. Foi, segundo Felipe dos Santos Reis, a primeira obra projetada no Brasil com apoio na Mecânica dos Solos. Desta época são dois trabalhos publicados em forma de livros: “Sobre a Mecânica dos Solos", tese de livre-docência da Cadeira de Materiais de Construção da Escola Politécnica do Rio de Janeiro, por Victor Ribeiro Lauzinger, em 1930, e “Fundações comuns em concreto armado”, de Antonio Alves de Noronha, em 1932. Os primeiros estudos sistemáticos tiveram lugar em São Paulo, no Instituto de Pesquisas Tecnológicas – IPT, cujos passos mais marcantes foram: ƒ

Em 1934, forma-se o IPT a partir do Laboratório de Ensaios de Materiais da Escola Politécnica, existente desde 1899; nele se criou uma Seção de Exame de Estruturas;

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O eng. Telêmaco van Langendonck estagiou em laboratórios de Zurique e Viena, em 1935, e, ao retornar, organizou a Seção de Estruturas e Fundações. Primeiros estudos são publicados e passam a ser realizadas provas de carga modernas, diretas e sobre estacas;

ƒ

O eng. Odair Grillo frequentou, em 1936, um curso de Mecânica dos Solos, na Universidade de Harvard, atendendo a convite do prof. Arthur Casagrande ao IPT. Ao seu regresso é criada a seção de Mecânica dos Solos;

ƒ

Em 1937, instala-se a seção de Geologia e Petrografia, que, desde seu início, dedicou-se a trabalhos de geologia aplicada à engenharia civil, incluindo serviços de geofísica (levantamento do embasamento cristalino para dragagem e canalização do rio Tietê), levantamento geológico da cidade de São Paulo, geologia aplicada ao traçado da primeira Adutora de Ribeirão das Lages, no Rio de Janeiro. Desta seção separou-se, em 1939, a Seção de Geologia Aplicada, com Milton Vargas e Ernesto Pichler, seção esta que, posteriormente, se anexou à Seção de Solos e Fundações.

Paralelamente, no Rio de Janeiro, a Divisão de Geologia e Sondagens da Prefeitura do então Distrito Federal fazia sondagens geológicas, em caráter sistemático, organizando um cadastro do subsolo do Rio e iniciando um levantamento do subsolo do centro da cidade. Em 1936, realiza-se o I Congresso Internacional de Mecânica dos Solos, na cidade de Boston, cujos Proceedings continham "mais" conhecimentos de Mecânica dos Solos e suas aplicações do que em tudo que se publicara por mais de meio século, de 1850 ao fim da "I Grande Guerra", como disse Terzaghi na ocasião. Este fato e uma série de livros textos que se seguiram não podiam deixar de produzir, como de fato produziram, uma marcante influência e um surto de desenvolvimento da nova especialidade. E no Brasil houve uma resposta quase que imediata.

PRIMEIROS CURSOS DE MECÂNICA DOS SOLOS A divulgação da nova especialidade se iniciou por meio de cursos organizados para grupos de organizações, como os cursos para engenheiros rodoviários de estado de São Paulo, organizados pelo IPT e o DER-SP, em 1940 e 1941. Em 1942, Milton Vargas lecionou um curso, no IPT, para engenheiros e estagiários do Instituto. Em 1943, a companhia Estacas Franki Ltda. instituiu, no Rio e em São Paulo, bolsas de estudos de Mecânica dos Solos, para os quais Costa Nunes organizou e dirigiu um curso da especialidade. O curso, com aulas e trabalhos práticos despertou tanto interesse que a patrocinadora aceitou alunos adicionais, como ouvintes. Em 1943-44 Odair Grillo realizou no Instituto de Engenharia de São Paulo um curso de 50 preleções e aulas práticas. Para se aquilatar o interesse despertado, basta dizer que nele se inscreveram 149 engenheiros. O primeiro curso regular e autônomo da especialidade, fazendo parte do elenco de disciplinas universitárias, com duração de um ano, foi iniciado na Escola Politécnica de São Paulo e foi lecionado, deste ano até 1951, por Odair Grillo. Em seguida, a Escola de Engenharia da Universidade Mackenzie

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organizou o seu, confiado a Raymundo d´Araújo Costa. Ainda em 1942, Grillo ministrou um curso de 30 aulas teóricas e mais as aulas práticas na Escola Técnica do Exército, no Rio de Janeiro, que foi assistido, no primeiro ano, por j50 alunos civis e 15 militares. Estes cursos pioneiros foram rapidamente seguidos de outros nas diversas universidades nacionais, sendo comum o assunto ser tratado como parte de outras disciplinas, regidas por professores que se interessaram pela Mecânica dos Solos. Assim era o tema tratado nas diversas escolas: ƒ

Na Escola Nacional de Engenharia do Rio de Janeiro: disciplina de Materiais de Construção, com o prof. Rufino de Almeida Pizzaro;

ƒ

Na Escola de Engenharia da Universidade do Paraná: disciplina de Estabilidade das Construções, com o prof. Samuel Chamecki;

ƒ

Na Escola de Engenharia do Rio Grande do Sul: disciplina de Materiais de Construção, com o prof. Eládio Petrucci;

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Na Escola de Engenharia de Minas Gerais: disciplina de Pontes e Grandes Estrutura, com o prof. Sílvio Barbosa;

ƒ

Na Escola de Engenharia de Pernambuco: disciplina de Construções, com o prof. Pelópidas Silveira;

ƒ

Na Escola Politécnica da Bahia; disciplina de Materiais de Construção, com o prof. Hernani Sávio Sobral. Com o tempo, a Mecânica dos Solos passou a ser disciplina independente e se tornou uma

disciplina obrigatório dos cursos de Engenharia Civil.

CONSOLIDAÇÃO DA MECÂNICA DOS SOLOS NO BRASIL Após as intensas atividades pelos pioneiros da Mecânica dos Solos no Brasil, descritas no três números anteriores deste Boletim, a geotecnia brasileira estava preparada para seus contactos com a comunidade internacional. Três fatos marcam esta atuação, no período de 1947 a 1949: as visitas de Terzaghi e de Casagrande, e a participação no II Congresso Internacional de Roterdã.

Trabalhos de Terzaghi no Brasil Terzaghi veio ao Brasil, pela primeira vez, em abril de 1947, trazido pela Light que, na ocasião, enfrentava série ameaça à sua usina de Cubatão pela instabilidade sob a forma de rastejo de um talude da Serra do Mar formado por material detrítico. Terzaghi solucionou o problema através de um engenhoso sistema de drenagem de toda a massa instável. Para chegar a esta solução estudou a geologia de nossa cadeia sul-atlântica, suas rochas e os produtos de suas alterações, entrando em contacto com os nossos solos residuais. Relatos deste trabalho foram apresentados à comunidade internacional.

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Ainda no mesmo ano, em outubro, Terzaghi retornou ao Brasil. Trazido pelo IPT como consultor para os problemas geotécnicos do metrô de São Paulo, que a Prefeitura estudava na ocasião. Deste trabalho, baseado nos conhecimentos adquiridos pelos técnicos nacionais com os túneis da nove de julho e Maringuinho, Terzaghi apresentou relatório recomendando ensaios e observações em um trecho experimental. O metrô de São Paulo, entretanto, como sabemos, só foi retomado 20 anos depois. Durante esta estadia no Brasil, Terzaghi lecionou na Escola Politécnica de São Paulo, um curso de Geologia Aplicada, assistido por cerca de 300 pessoas, no qual tratou de assuntos especiais como intemperismo e alteração de rochas, geologia dos escorregamentos de terra, geologia e hidráulica de fundações permeáveis de barragens e geologia de túneis. Terzaghi voltou a ter contacto com os solos residuais brasileiros em mais cinco viagens ao Brasil de 1948 a 1951, todas a serviço do Grupo Light. Além de consultoria em estabilidade de encostas, o que notabilizou o seu trabalho nesta fase foram os projetos do dique e da barragem de Vigário, que introduziram no país as barragens de terra de secção homogênea, com filtro ou cortina vertical de areia. No III Congresso Internacional de Zurique, em 1953, Terzaghi em três ocasiões diferentes referiu-se a essas barragens e na sua conferência "Fifty Years of Subsoil Exploration" mencionou os processos de campo de investigação de solos residuais usados no Brasil, citando nominalmente o IPT. Já no II Congresso Internacional de Mecânica dos Solos, que contou com uma delegação de 11 brasileiros, que apresentaram 6 trabalhos, Terzaghi em seu discurso de abertura, referindo-se aos solos residuais brasileiros disse que os nossos técnicos estavam em condições de pesquisar e experimentar nas construções tal tipo de solo, em proveito da técnica universal. No discurso de encerramento, Terzaghi voltou a referir-se aos engenheiros brasileiros dizendo que lhes cabia a grande missão de investigar e descobrir as intrincadas propriedades dos solos residuais, que ocorriam no Brasil em escala muito maior do que em outros países onde se praticava a Mecânica dos Solos.

Casagrande e os solos brasileiros Os solos moles existentes no nosso País, embora não tão típicos como os solos residuais, não deixavam de suscitar sérios problemas geotécnicos, quer no campo rodoviário, quer no das fundações. Já em 1942, cinco grandes tanques de óleo, construídos no porto de Santos, tinham os seus recalques observados e o estudo das fundações de um deles foi o tema do trabalho de Costa Nunes ao II Congresso Internacional. No campo rodoviário, o DER-SP iniciou em 1942 a construção da via Anchieta e o DNER em 1948 decidiu construir a chamada Variante Rio-Petrópolis. No Sul, os solos compressíveis da atual BR-101 eram estudados pelo ITERS. Nestas rodovias, ocorriam problemas de projeto dos aterros sobre solos moles, principalmente a estabilidade dos aterros de acesso a pontes e viadutos. O IPT de São Paulo acompanhava a evolução de tais problemas na região Sudeste. Milton Vargas, chefe da secção de Solos do IPT, apresentou, No II Simpósio de Solos do Rio de Janeiro, "A Teoria dos Drenos Verticais de Areia", e Pacheco Silva, do IPT, que vinha fazendo estudos geotécnicos e observações de campo em trechos experimentais na Variante Rio-Petrópolis, apresentou

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palestra sobre o assunto, que mereceu posterior trabalho publicado com medidas de recalques e sobrepressões hidrostáticas nas fundações de aterros, incluindo trechos com drenos verticais. Este quadro técnico ensejou o convite a Arthur Casagrande para visitar o Brasil, onde atuou como consulto de pesquisas do IPT e consultor do DNER e do DER-SP para os problemas apontados. Casagrande veio em 1949, visitou várias obras, fez palestras no Rio de Janeiro e em São Paulo e fez reuniões com especialistas para debate de temas geotécnicos. Na parte de consultoria merece registro especial a referente às fundações da ponte do Casqueiro na Via Anchieta, tendo recomendado estacas metálicas devido à espessa camada de argila, e a aspectos especiais sobre os aterros de acesso. Na parte geral de pesquisas do IPT, deu orientação nas seguintes direções: 1) correlações estatísticas; 2) estudo da variação das propriedades geotécnicas com a profundidade; 3) estudos geológicos sobre a formação dos solos moles; 4) observação de recalques de aterros e estruturas, medidas de pressões neutras e estudo para deslocamento, por meio de explosivos, dos terrenos moles de fundação de aterros. Apesar de todos esses estudos e cuidados, inclusive do DNER no obra da Variante, parece que por ironia da sorte, cerca de um mês depois (setembro de 1949), ruiu a ponte sobre o rio Iguaçu na Baixada Fluminense. Seu tabuleiro caiu n’água quando uma fila de tubulões de apoio foi deslocada pelo empuxo em forma de “onda”, de cerca de 12 m de solo mole. Este rompeu sob o peso de aterro de aproximação, por um desses desencontros, infelizmente ainda tão comuns, entre estudo e projeto de um lado e construção de outro lado.

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1.4. ENSAIOS CORRENTES EM MECÂNICA DOS SOLOS 1)

Solos coesivos

Umidade e consistência a) Umidade natural; b) Limite de liquidez c) Limite de plasticidade; d) Limite de contração.

2)

Densimetria dos solos

3)

a) Índice de vazios; b) Peso específico aparente; c) Peso específico real; Granulometria a) peneiração (grãos)> 0,074 mm; b) sedimentação (grãos até 0,1 µ)

- Avaliação qualitativa da capacidade de carga de uma argila e do perigo eventual de ruptura e escoamento de solos. - Estimativa da compressibilidade do terreno argiloso. - Avaliação da sensibilidade do solo a influências climáticas. - Inchamento e amolecimento do solo devido a variações de umidade. Seleção de solos para aterros rodo e ferroviários e barragens de terra. - Capacidade de compactação de solos. Avaliação grosseira da capacidade de cargas de areias. - Parâmetro de cálculos de pressões das terras e seu comportamento estático. - Parâmetro auxiliar para várias determinações (2 a por exemplo). - Classificação dos solos – Uniformidade, Compactabilidade – Permeabilidade (Congelabilidade).

Compressão em amostras não confinadas

- Valores aproximados dos ângulos de estabilidade, da resistência ao cisalhamento e do módulo de elasticidade.

5)

Cisalhamento direto

- Comparação com outros ensaios mais perfeitos para avaliação do perigo de ruptura de maciços e taludes. - Determinação da resistência ao cisalhamento, do ângulo de atrito e da coesão. Cálculo do coeficiente de segurança à ruptura de taludes. Cálculo das pressões das terras.

6)

Compressão tri-axial

- Determinação teoricamente mais perfeita dos elementos informativos citados em 5

7)

Ensaio de adensamento (compreensão confinada) a) em amostras indeformadas; b) em amostras deformadas (amolgadas)

- Curvas de adensamento (ou consolidação). Cálculo de recalques. Estimativa das cargas de pre-adensamento pela comparação de a) com b).

8)

Permeabilidade

- Previsão de recalques. Rebaixamento do nível d água. Barragens. Controle da erosão. Drenagem.

9)

Ensaio de compactação

- Determinação e controle da compatibilidade em aterros.

4)

10) Prova de carga de solos a) com placas b) com estacas

- Avaliação da capacidade de carga de fundações superficiais e sobre estacas. Devido às restrições que se fazem sobre a legitimidade da extrapolação dos resultados da prova de carga sobre placas ou estacas isoladas para a fundação completa, estes ensaios devem ser considerados como em modelos reduzidos e sujeitos, portanto, a análise pelas leis da semelhança física, caso conhecidas para estes problemas.

11) Prova de cargas de solos, em modelo reduzido. a) em placas de pequenas dimensões; b) pela cravação de hastes (auscultação)

- Fornecem informações qualitativas sobre a capacidade de carga a esperar de solos já identificados por sondagens.

12) Outros ensaios em modelo reduzido tais como taludes acima e em baixo d água, modelo de estacas pranchas, barragens, diques, etc.

- Informação qualitativa sobre o comportamento do conjunto obra-so

13) Estudo de problemas de Mecânica dos Solos por meio de analogias físicas

- Informação qualitativa sobre o comportamento do conjunto obrasolo

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1.5. FINS E LIMITAÇÕES DA MECÂNICA DOS SOLOS A Engenharia de Solos é a mais abrangente das áreas da Engenharia Civil por estar relacionada a todas as demais áreas e exigir a integração do conhecimento sobre diferentes campos. Para o estudante de Engenharia, acostumado a problemas perfeitamente definidos de estática e resistência dos materiais, é em geral surpreendente (e, por vezes, decepcionante!) verificar que a análise de problemas envolvendo solos, na qual se usa a mecânica, a matemática e programas computacionais sofisticados, torna-se inútil se as condições de fronteira e as propriedades dos materiais não forem adequadamente equacionadas e definidas. Como em última análise, todas as ciências, a Mecânica dos Solos é uma das aventuras do espírito humano em busca de leis a que sujeitar a natureza. Uma simples reflexão sobre o assunto mostra no entanto que essa aventura não pode ser tão bem sucedida como a da aplicação das leis da Mecânica racional e da teoria matemática da Elasticidade aos materiais usados nas super-estruturas:ferro, concreto e madeira. A extrema variedade, anisotropia e heterogeneidade dos solos, a complexidade dos fatores que atuam sobre o seu comportamento, parecem afastar a possibilidade do estabelecimento de uma previsão quantitativa, no verdadeiro sentido da palavra, dos resultados dos nossos atos quando executamos uma obra em terra. A Mecânica dos Solos, ao nosso ver, será sempre uma “ciência qualitativa”. Porém como afirmou Otto Mohr, “para o engenheiro é muito mais importante estimar corretamente do que calcular certo” (apud Pasternak – Berechnuag vielfah statisch unbestimmter biegefester Stab und Flächentragwerke). Dentro desse espírito, a Mecânica dos solos é inestimável porque contribui para uma melhor compreensão da natureza dos fenômenos de que é sede do terreno de fundação ou o solo como material de construção. É preciso assinalar que os progressos da nova ciência dos solos dificilmente se poderão esperar de pesquisas teóricas como as que tanto contribuiram para o desenvolvimento de outros ramos de arte do engenheiro. Em solos, apenas a experimentação de campo e de laboratório e a observação cuidadosa e honesta de obras construídas, poderá justificar a interpretação teórica, feitas as ressalvas indispensáveis à polação dos resultados.

Fronteiras mal definidas (ou não perfeitamente definidas) ƒ

Qual a região de uma fundação afetada pela obra?

ƒ

Existem veios ou lentes de materiais distintos no maciço da fundação não detectados na projeção?

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Propriedades dos materiais não conhecidos e variáveis ƒ

Aço, concreto, plástico, alumínio madeira, etc. Têm suas propriedades, em geral, conhecidas dentro de uma faixa relativamente pequena de valores. Em alguns casos podem ser especificados para atenderem a certos requisitos.

ƒ

Solos têm propriedades muito mais variáveis, são heterogêneos (propriedades variam de ponto para ponto) e, por vezes, anisotrópicos (propriedades variam com a direção considerada).

Por exemplo: a) Permeabilidade varia desde 100cm/seg. (enrocamento) até10-9 cm/seg. (argilas rijas) – uma variação equivalente a 100 bilhões de vezes !!! b) A resistência ao cisalhamento de um granito intacto é da ordem de 1000 kgf/cm². A de uma argila orgânica muito mole a poucos metros de profundidade, está em torno de 0,05kgf/cm², 20.000 vezes menor!!

Propriedades dependentes do nível de tensões e da história de tensões. As características de resistência, de deformabilidade e variação volumétrica dos solos dependem principalmente das tensões entre partículas (as quais dependem das forças de gravidade e do carregamento externo) e não das tensões internas de coesão, como ocorre na maioria dos outros materiais. Portanto, quanto maiores as tensões atuais é mais elevados as tensões a que o solo foi submetido em seu passado geológico, maior sua resistência e menor sua compressibilidade e deformabilidade. Por exemplo: Uma areia fofa uniforme:na qual atua uma tensão normal de 0,1 kgf/cm². Se a tensão normal for de 10 kgf/cm², a resistência se eleva para cerca de 5 kgf/cm², quase 100 vezes mais!

A verdade é que se possui atualmente uma capacidade de equacionar um problema de engenharia de solos (Percolação, estabilidade, capacidade de carga, deformação de maciços) e resolvê-lo

matematicamente

(com

uso

de

métodos

numéricos,

inclusive,

através

de

computadores de grande porte), muito superior ao conhecimento que temos do real comportamento de um solo sob as mais diversas condições de fronteira.

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1.6 PROBLEMAS DE ENGENHARIA, ESTUDADOS E RESOLVIDOS PELA MECÂNICA DOS SOLOS ƒ

Fundações

ƒ

Obras Subterrâneas

ƒ

Estruturas de Contenção

ƒ

Pavimentos

ƒ

Escavações, Aterros e Barragens

Em Fundações: cargas de qualquer estrutura, em última instância, são descarregadas no solo. Em Obras Subterrâneas (estruturas de drenagem, dutos, túneis) e Estruturas de Contenção (muros de arrimo, cortinas atirantadas): todos os projetos e construções são baseados nos princípios da Mecânica dos Solos e no conceito de “interação solo-estrutura”. Em projetos de Pavimentos (Rígidos e Flexíveis): dependência do solo subjacente para transmissão das cargas geradas pelo tráfego, além de problemas peculiares devido a o efeito de carregamentos repetitivos e às expansões e contrações do solo por efeito da variação do teor de umidade. Em Escavações, Aterros e Barragens: necessidade de análise de estabilidade e projetos de estruturas de contenção baseados nos conceitos da Mecânica do Solos. Conhecimento do comportamento do solo como material de construção, especialmente na presença de água (fluxo de água, variação do N.A.).

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Exemplos de Aplicações (Casos práticos para discussão):

Foto 01. Escavações em áreas urbanas.

Foto 02. Escavações profundas em rocha (Mecânica das Rochas).

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Foto 03. Barragem de terra e enrocamento.

Foto 04. Pequenas Centrais Hidroelétricas (PCHs).

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Foto 05. Estabilização de blocos de rocha.

Foto 06. Estabilização de Taludes Rochosos.

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Foto 07. Ruptura de taludes em solo.

Foto 08. Compactação dos solos.

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Foto 09. Projeto e Execução de Fundações Profundas.

Foto 10. Projeto e Execução de Fundações Diretas.

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Foto 11. Projeto e Execução de Escoramento para Escavações do Subsolo.

Foto 12. Projeto e Execução de Pavimentação.

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Foto 13. Interpretação de Ensaios de Campo e Laboratório em Solos.

Foto 14. Estudos de Capacidade de Carga de Solos.

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Foto 15. Obras subterrâneas.

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Foto 16. Estudos de recalques e reforço de fundações.

Foto 17. Aterros sobre solos moles.

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Foto 18. Rebaixamento do Lençol Freático.

Foto 19. Barragens de Rejeitos.

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Foto 20. Obras de Estabilização de Taludes.

Foto 21. Instrumentação Geotécnica.

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Foto 21. Pesquisas acadêmicas.

1.7 O ENGENHEIRO GEOTÉNICO (Por

Renato

Faria

em

http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/141/engenheiro-

geotecnico-119343-1.asp) Além das funções clássicas de investigação de solos e de projetos de fundações e contenções, campo de atuação se amplia para áreas ambiental e de exploração de petróleo No segmento imobiliário clássico, os serviços desse profissional são solicitados principalmente nas etapas iniciais da obra. É ele quem coordenará as atividades de investigação do solo, terraplanagem, escavações, contenções, projeto e execução de fundações, entre outros. Nas sondagens dos terrenos, o engenheiro geotécnico é responsável por identificar as camadas de solo da região, determinar suas propriedades mecânicas e geotécnicas - como a resistência e a deformabilidade -, realizar a análise qualitativa dessas informações, estudar a hidrologia subterrânea e estabelecer as camadas seguras para apoio das fundações, entre outras atribuições. É sua responsabilidade, também, realizar estimativas de deformações ou rupturas devido a escavações de terra ou aterro em obras de terraplanagem. O cálculo das fundações e contenções de uma construção, área onde solo e estrutura estão em permanente interação, também deve ficar sob responsabilidade de um engenheiro geotécnico. Ele estará à frente do planejamento e execução das escavações e contenções do terreno, acompanhando com

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atenção as acomodações de solos decorrentes do serviço. Esse profissional escolherá, ainda, o melhor tipo de contenção para cada obra, além de cuidar da estabilização dos solos, no caso de terrenos acidentados. Nas etapas de produção e execução dos projetos de um edifício, o calculista das fundações manterá, na maior parte do tempo, contato próximo com o arquiteto e, principalmente, com o calculista estrutural da construção. O primeiro traça o desenho geral do edifício, o segundo projeta a estrutura e determina as cargas atuantes nas bases dos pilares - informações necessárias para que o projetista de fundações dimensione a base de apoio do edifício e escolha a melhor tecnologia para sua execução: radier, sapatas, tubulões, estacas pré-moldadas e hélice contínua, entre outros. Eventuais ajustes são tratados com o calculista estrutural, que negocia alterações no desenho com o arquiteto responsável.

CURRÍCULO: ƒ

Atribuições: investigação de solos, elaboração de projetos de fundações, contenções e escavações, supervisão de serviços de terraplanagem, perícias técnicas;

ƒ

graduação

Formação:

em

engenharia

civil

e

pós-graduação

(especialização

ou

mestrado/doutorado) com disciplinas da área geotécnica (mecânica dos solos, estabilidade das construções, estruturas metálicas e de concreto armado); ƒ

Experiência: de dois a cinco anos trabalhando em obras/projetos;

ƒ

Aptidões: afinidade com cálculos estruturais, estabilidade das estruturas, mecânica dos solos, entre outros.

2 – ORIGEM, FORMAÇÃO E NATUREZA DOS SOLOS 2.1 INTRODUÇÃO Do ponto de vista da Engenharia Civil, pode-se definir solo como um material presente na crosta terrestre, apresentando-se em três fases: sólida, líquida e gasosa, que pode ser usado como material de construção ou elemento de suporte para obras de engenharia, podendo ainda ser escavado, arrimado e perfurado. Solo: Material presente na crosta terrestre, apresentando-se nas 3 fases físicas: o

FASE SÓLIDA = minerais (primários e secundários)

o

FASE LÍQUIDA = Água

o

FASE GASOSA = Ar

Todo solo tem sua origem na decomposição e desintegração de rochas por intemperismo químico ou físico, podendo ainda ter adição eventual de matéria orgânica.

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Os solos, em sua formação, podem permanecer ou não no seu local de origem. Sendo classificados, em função de sua permanência ou transporte por diversos tipos de agentes, como solos residuais ou transportados (sedimentares).

2.2 INTEMPERISMO É o conjunto de processos que ocasiona a decomposição e a desintegração das rochas, por ação de agentes atmosféricos e biológicos.

TIPOS DE INTEMPIRISMO: Os processos de intemperismo são divididos são divididos em dois tipos: intemperismo químico e intemperismo físico. i) INTEMPERISMO QUÍMICO: É o processo onde ocorrem modificações químicas ou mineralógicas nas rochas de origem. Seu principal agente é a água e seus principais mecanismos são a hidrólise, hidratação, oxidação e carbonatação, como descritos a seguir: a) Hidrólise: Combinação com os íons H+ e (OH)- da água, com formação de novas substâncias; b) Hidratação: Adição de moléculas de água aos compostos minerais, formando novos compostos; c) Oxidação: Processo onde os minerais se decompõem pela ação oxidante do O2 e CO2 dissolvidos na água. d) Carbonatação: Processo de decomposição dos minerais por ação do CO2 contido na água – juntos H2O e CO2 formam o ácido carbônico (H2CO3), que é um poderoso agente de decomposição química. ii) INTEMPERISMO FÍSICO OU MECÂNICO: É o processo caracterizado pelo faturamento ou desintegração das rochas por mecanismos físicos, sem que haja alteração química ou mineralógica dos minerais de origem. O fraturamento leva ao aumento da superfície exposta ao intemperismo, aumentando as possibilidades de reataque físico ou químico. Seus principais mecanismos são: variação de temperatura, congelamento da água, cristalização de sais e ação física de vegetais. FATORES QUE INFLUEM NO INTEMPERISMO: a) Clima: O intemperismo físico ocorre com maior frequência que o químico nos climas áridos, enquanto o intemperismo químico tem sua ocorrência favorecida nos climas tropicais, caracterizados pela alta incidência de chuvas e altas temperaturas e umidade. Nos climas temperados há um equilíbrio entre a ocorrência de intemperismo físico e químico.

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b) Topografia: Declives acentuados sofrem maior efeito de enxurradas e ação da gravidade, aumentando o ataque físico ou químico. Além disso, formações montanhosas podem bloquear correntes de ar, influenciando o regime de chuvas. c) Tipo de Rocha: Influem na maior ou menor resistência oferecida ao intemperismo, pela existência de fraturas, falhas, porosidade. A composição mineralógica também influência a resistência e tipo de intemperismo. d) Vegetação: A presença de vegetação protege as rochas subjacentes ao solo, impedindo o avanço do intemperismo.

RESUMINDO: O clima e o material original controlam a velocidade de intemperização. A topografia influi no clima e também a velocidade de erosão, a profundidade de solo depositado e o tempo disponível para a intemperização do material “in situ” antes de sua remoção. O clima determina a quantidade de água presente, a temperatura e as características da cobertura vegetal (e, portanto, dos fatores biológicos). Para uma certa precipitação pluvial, o intemperismo químico avança mais rápido em climas quentes que nos frios. Para uma certa temperatura, havendo drenagem franca da zona intemperizada, o intemperismo é mais rápido em clima úmido do que no seco. A profundidade do lençol d'água influencia o intemperismo através da profundidade na qual o ar está disponível em forma de gás ou dissolvido na água, e do tipo de atividade biológica. O NA atual pode diferir muito do que existia ao tempo da formação do solo. O tipo de chuva é importante. Chuva forte e curta erode e escoa. Chuva fina e duradoura encharca e favorece a lixiviação. Nos primeiros estágios do intemperismo e formação do solo, a natureza do material original é muito mais importante que após longo período de intenso intemperismo. Embora até os solos mais velhos guardem ainda algumas características da rocha matriz, o clima acaba por se tornar o fator mais importante nos solos residuais. Dos minerais que formam as rochas ígneas, somente o quartzo e (menos) a muscovita (mica clara) têm durabilidade química suficiente para sobreviver a longos períodos de intemperismo.

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2.3 TIPOS DE ROCHA (RESUMO) As rochas são classificadas tradicionalmente em três categorias por sua gênese: ígneas; sedimentares e metamórficas. As rochas ígneas são definidas como as que são formadas por meio do resfriamento de magmas, sendo consideradas como rochas primárias, ou seja, origem líquida. A energia formadora das rochas ígneas de magmas é o calor interno da Terra. O resfriamento dos magmas pode ocorrer tanto na superfície quanto no interior da Terra. As rochas sedimentares são definidas como as que são formadas por meio da sedimentação ou decantação de materiais na superfície da Terra. Normalmente existem rochas originais que foram desagregadas, decompostas e transportadas, e esses materiais foram levados até o local de sedimentação. Neste sentido, as rochas sedimentares são consideradas secundárias, origem sólida. A energia formadora das rochas sedimentares é fundamentalmente solar e química. O local de formação é especificamente a superfície da Terra. As rochas metamórficas são definidas como as que se formam por meio da transformação de rochas originais sob altas temperaturas e pressões do interior da Terra. As rochas originais podem ser tanto ígneas, sedimentares quanto metamórficas. Neste sentido, as rochas metamórficas são classificadas como as secundárias, também de origem sólida. A energia formadora das rochas metamórficas é térmica e mecânica da parte interna da Terra, e o local de formação é especificamente o interior do planeta.

Tipos de Rochas.

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2.4 SOLOS E ROCHAS NO RIO DE JANEIRO. O conhecimento das Rochas e Solos do Rio de Janeiro tem grande importância na análise dos processos de deslizamento de taludes. O substrato rochoso das encostas do Rio de Janeiro é formado fundamentalmente por rochas metamórficas de alto grau, gnaisses e migmatitos e, ígneas intrusivas graníticas que normalmente cortam as anteriores. Este contexto geológico apresenta grande complexidade estrutural e de difícil relacionamento estratigráfico. Suas idades são Pré-Cambrianas, isto é, superiores a 570 Ma, embora alguns granitos apresentem idades um pouco mais jovens. Todo o conjunto é atravessado por ígneas mais recentes, na forma de diques básicos (diabásios) ou alcalinos (tinguaítos, traquitos e fonolitos), estes associados ao grande corpo ígneo sienítico do Maciço Mendanha-Gericinó e de idade Cretácea (65 Ma). Os três maciços montanhosos encontrados no Município do Rio de Janeiro - Tijuca, Pedra Branca e Gericinó-Mendanha - são constituídos por rochas gnáissicas, graníticas e alcalinas. O conjunto gnáissico tem suas melhores exposições no Maciço da Tijuca e em áreas a ele periféricas da Planície Litorânea e colinas relacionadas, com grande densidade populacional.

Apresenta litologias

diversificadas, de composição mineralógica variável e com diferentes tipos de deformação geológica. Os materiais de alteração e de coberturas relacionadas também apresentam expressiva variabilidade, decorrente da estruturação geológica, do relevo e do clima. Resumo de aspectos relevantes de natureza geológica e geotécnica referente às Rochas e Solos no Rio de Janeiro: ¾

Litologias: Série Inferior e Série Superior.

¾

Litotipos gnáissicos: Leptinitos, Plagioclásio Gnaisse, Gnaisse Facoidal, Kinzigito e Biotita Gnaisse.

¾

Minerais das rochas metamórficas do Rio de Janeiro: Quartzo, Feldspatos Micas, Granada, Sillimanita, Cordierita e Clorita.

¾

Litotipos ígneos: Metagabro da Tijuca, Granodiorito Pedra Branca, Tonalito Grajaú, Granito Utinga e

Granito Favela, Granito Rosa, Allanita, Granito, Diabásio, Sienito Nefelínico ou Foiaito, Fonolito e Traquito. ¾

Minerais das rochas ígneas do Rio de Janeiro •

Minerais Essenciais: (quartzo, sílica pura e os feldspatos).

•

Minerais claros: (Quartzo e Feldspatos).

•

Minerais escuros ou ferromagnesianos: (Olivina, Piroxênios, Anfibólios, Micas, Biotita ou Mica Preta, Muscovita ou Mica Branca).

•

Minerais Acessórios: (zircão, esfeno ou titanita, apatita, allanita, monazita, ilmenita e magnetita, magnetita, ilmenita, pirita e calcopirita).

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•

Minerais Resistatos: (quartzo, feldspato, mica, ilmenita, magnetita, monazita, zircão e rutilo).

¾

Estruturas Geológicas Estruturas tectônicas: Falhas, Juntas ou Diáclases, Dobras, Foliações e lineações e Zonas de Cisalhamento. Estruturas Atectônicas: Juntas de Alívio ou de Descompressão e Juntas de contração de Massas Ígneas.

¾

Arcabouço Estrutural do Rio de Janeiro Solos e Perfis de Alteração

2.5 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS QUANTO À SUA ORIGEM Os solos, em sua formação, podem permanecer ou não no seu local de origem, sendo classificados em função de sua permanência ou transporte por diversos tipos de agentes, como solos residuais ou transportados. a) Solo Residual: É o produto do intemperismo das rochas que permanecem no local de sua formação. O solo é a camada mais externa de um perfil de desagregação de rocha. Na realidade não existe um limite definido entre solo e rocha, mas sim uma transição gradual onde as camadas se apresentam em ordem crescente de destruição da estrutura rochosa, no interior para a superfície, como mostra o perfil a seguir:

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Escavação em Solo Residual:

Perfil geotécnico típico de solo residual de Gnaise do Rio de Janeiro (Ortigão, 1997)

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Talude representativo de uma rocha metamórfica com várias fases de intemperismo representativo de rochas metamórficas que ocorrem na região. Neste perfil, estão bem evidentes as várias camadas de tonalidades diferentes, resultantes da decomposição dos minerais que faziam parte da constituição mineralógica da rocha matriz. Camadas com diferentes constituições mineralógica, geram camadas de solo residual jovem com diferentes gradientes hidráulicos. Nota- se também na parte superior do perfil, o início da erosão por ravinamento.

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b) Solo Transportado (ou Sedimentar): aquele que sofre ação de agentes transportadores e se acumulam em local diferente do de sua origem. São classificados conforme o tipo de agente transportador (Tabela abaixo). Tabela. Tipos de Solos Sedimentares: Solo Sedimentar Eólico (ex. Dunas) Glacial Pluvial Fluvial (Aluvião, seixos rolados de grãos arred.) Marítimo (piso marinho) Aterro (mecânico/hidráulico) “Lixúvio” (lixo lançado nas encostas) Solo coluvionar ou colúvio (fração fina) + Tálus (fração grossa; pé das escarpas rochosas) – Fig. 02

Agente Transportador Vento Geleiras Água das chuvas Água dos rios Água dos mares Homem Gravidade

Em resumo, têm-se: • Coluviais ou Tálus = transporte se dá pela ação da gravidade (escorregamento, erosão superficial). Detritos se depositam ao pé de elevações e encostas. Muitas vezes, a presença de talus pode ser identificada pelo tipo de vegetação. As bananeiras têm uma predileção especial por esses terrenos, devido à baixa compacidade (muito fofos) e à elevada umidade.

Exemplo de Solo Coluvionar.

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UNIDADE 01. INTRODUÇÃO A MECÂNICA DOS SOLOS

A Figura acima apresenta um tipo de solo denominado coluvial ou talus, muito comum ao pé de encostas naturais de granito e gnaisse, caso típico dos morros do Rio de Janeiro e de toda a serra do Mar. Devido ao deslizamento e ao transporte pela água de massas de solo, um material muito fofo e em geral contendo muitos blocos soltos é depositado próximo ao pé das encostas. Este depósito é sempre a grande causa de acidentes durante chuvas intensas, que o saturam e elevam o nível d’água do terreno, levando-o ao deslizamento.

Talude

Solo Coluvionar Exemplo de Solo Coluvionar

Perfil geotécnico típico de solo coluvional ou tálus (Ortigão, 1997)

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• Aluviais (Fluviais ou Pluviais) = detritos se depositam nas margens e leitos dos rios, pela ação de transporte dos cursos d’água. A Deposição em rios resulta de redução da velocidade causada por: 

decréscimo da declividade 

resistência ao escoamento 

redução da vazão 

descarga em águas mais calmas (lago, mar) As partículas sedimentam, a superfície do terreno alteia e a corrente muda de curso. Acaba por

haver um leque a partir do ponto de redução da velocidade. Em estágio posteriores o rio ocupa apenas pequena calha inserida no leque. Ocorrendo enchentes, o rio se espalha e deposita, principalmente areia e cascalho, nas zonas de profundidade de água menor. Formam-se diques naturais. Em lagos e, mais comumente, em mares, ocorre a floculação da argila em ambiente distinto ao do rio, acelerando a sedimentação.

Exemplo de Solo Aluvionar. • Eólicos = transporte pela ação dos ventos. Ex.: Dunas das praias litorâneas e “Loess” (não identificado no Brasil).

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Depósitos Eólios: O vento erode areia e silte em geral, carreando o material bastante acima do terreno (principalmente silte, transportado a grandes distâncias). É o único agente que transporta colina acima (contra a gravidade). Transporte de areia “aos saltos”, em velocidade pequena de alteração da topografia, é a principal atividade eólica. A deposição ocorre por redução na velocidade do vento, em geral em regiões abrigadas de desertos. Dunas (areias) e loesses (siltes) são os principais tipos de depósitos eólios.

Exemplo de Solo Eólico.

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• Glaciais = transporte pela ação do gelo.

Exemplo de Solo Glacial. • Sedimentos Marinhos: Em águas rasas, a deposição de ondas ocorre quando a intensidade da turbulência diminui devido a: ƒ

período de águas calmas, ou

ƒ

correntes de retorno em direção e águas relativamente mais calmas.

Tipos principais de depósitos marinhos: ƒ

areia de praia

ƒ

solos finos em lagoas e zonas planas sujeitas a marés

Na plataforma continental (30% da área de terra), os depósitos são originários do continente: areias, siltes, argilas. Observar que durante a última glaciação terminada há 10.000/12.000 anos, o nível do mar baixou cerca de 100m. A geologia da plataforma é semelhante à do continente, e os solos têm propriedades comparáveis. As águas profundas (ou abissais) correspondem a regiões com depósitos de origem terrestre e aquática (restos de plantas, esqueletos de animais, conchas, etc.). A Figura abaixo ilustra um perfil típico de solo sedimentar, muito comum no litoral brasileiro devido à sedimentação do transporte fluvial no ambiente marinho das baías e restingas, como é o caso, por exemplo, da argila do Rio de Janeiro, depositada em toda a periferia da baía de Guanabara, e das

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argilas de Santos, de Florianópolis e de São Luís. A camada superficial de argila mole é muito fraca e a construção sobre este tipo de terreno é sempre problemática, requerendo a realização de estudos especiais por engenheiro geotécnico experiente.

Perfil geotécnico tipico de argila mole (Ortigão, 1997)

Amostras de argilas moles orgânicas (Baroni, 2010)

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Perfil geotécnico tipico de argila mole (Ortigão, 1997)

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c) Solos Orgânicos: particularidade de solo transportado. Ocorrem principalmente, em depressões continentais e baixadas de rios e litorâneas, pelo acúmulo de restos vegetais e animais. São altamente compressíveis. Quando ricos em matéria orgânica vegetal e apresentam consistência fibrosa são chamados de Turfa (cor escura, forte odor).

Exemplo de Solo Orgânico (turfa).

Observação: Erosão, transporte e Deposição Rios, correntes marinhas, ondas, vento, gravidade, geleiras estão sempre transportando solo, cada um causando modificações físicas marcantes no sedimento. Partículas pequenas em fluxo laminar, têm uma velocidade de sedimentação proporcional ao quadrado do diâmetro. Partículas grandes em escoamento turbulento, tem velocidade de sedimentação proporcional à raiz quadrada do diâmetro. As partículas ficam em suspensão enquanto a turbulência da corrente é maior que a velocidade de sedimentação. As partículas maiores não ficam em suspensão, mas podem ser arrastadas pelo agente transportador ao longo da superfície do terreno. Partículas intermediárias podem avançar aos saltos. Materiais solúveis são carregados sem dissolução e precisam posteriormente se as condições se alteram. Assim, a concentração do sedimento não é constante com a profundidade da corrente. Pode ser, aproximadamente, para as partículas pequenas, mas as grandes se acumulam próximo ao fundo. Para a erosão, é necessário que a força de arraste do fluido exceda a resistência de origem gravitacional, coesiva e friccional da partícula. Para o transporte, menores velocidades médias são necessárias (embora seja de se notar que as velocidades junto às fronteiras são inferiores às velocidades médias). O transporte provoca separação de partículas em grupos diferentes diâmetros no sedimento: ou em camadas (ou lentes) ou em variação longitudinal (partículas mais finas avançam mais longe do ponto de origem). Grãos esféricos sedimentam mais rápido que os não-esféricos. Grãos mais densos também.

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UNIDADE 01. INTRODUÇÃO A MECÂNICA DOS SOLOS

Variações sazonais da velocidade da corrente podem tornar a seleção natural de diâmetros muito complexa. O fato da calha da corrente variar também complica muito o processo de deposição. A abrasão afeta o tamanho e a forma das partículas grandes e apenas a forma das areias e partículas menores, (grãos de areia são arredondados e polidos pela ação da água). Os minerais são afetados diferentemente pelo transporte. Os feldspato, por exemplo, são decompostos quimicamente, enquanto o quartzo é muito menos afetado ( e só mecanicamente). Efeito do Transporte no Sedimento Água Ar Gelo Tamanho

Redução por dissolução, pequena abrasão em suspensão; alguma abrasão e impacto no arraste.

Redução considerável

Forma e rugosidade

Arredondamento de Alto grau de areia e cascalho arredondamento

Textura superficial Areia: lisa, polida, Impacto produz brilhante silte: efeito superfície c/ pequena rugosidade fina Seleção de granulometria

Considerável

Grande (longitudinal)

Gravidade

Considerável Impacto desgaste e impacto considerável

Partículas angulares e achatadas

Partículas angulares, nãoesféricas

Superfícies estriadas

Superfícies estriadas

Muito pequena

Nenhuma

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3 – EXERCÍCIOS 1. Cite três problemas de engenharia estudados e resolvidos pela mecânica dos solos, comentando os campos de ação. 2. Descreva, de maneira sucinta, os processos de formação rocha-solo. Comente a possibilidade de em um perfil de solo encontrarmos uma camada de solo residual sobrejacente a uma camada de solo sedimentar. 3. Com relação à formação dos solos, como eles podem ser classificados. Descreva resumidamente. 4. Defina: i) Solo residual jovem; ii) Solo residual maduro; iii) Tálus; 5. Por que o solo residual possui diferentes camadas? Desenhe esquematicamente o perfil de um solo residual. 6. Distingue intemperismo físico de químico, citando os mecanismos / agentes relacionados a estes processos e citando as principais características dos solos formados pela predominância de um ou outro tipo de intemperismo. 7. Fale sobre a influência do agente de transporte na formação de solos sedimentares. 8. O que você entende por minerais primários? E por minerais secundários? 9. Descreva um perfil típico de solo residual, citando as principais características de cada horizonte. Como deve variar a resistência à compressão simples de um solo residual ao longo de seu perfil de intemperismo? Em um determinado local você acharia possível encontrar uma camada de solo residual sobreposta a uma camada de solo sedimentar? 10. Disserte sobre algumas propriedades de engenharia de solos residuais e sedimentares.

4 – UNIDADE I. LEITURA COMPLEMENTAR E REFERÊNCIAS ƒ

FERRAZ NÁPOLES A.D. (1970) Historia da Mecânica dos Solos no Brasil. IV Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, Vol. II Tomo I, pp. 169-215, Guanabara, 1970.

ƒ

SAYÃO, A. S. F. J. (Ed) “História da Engenharia Geotécnica no Brasil – 60 anos” da Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, 2010.

ƒ

CARLOS DE SOUZA PINTO – “Curso Básico de Mecânica dos Solos” – 3a Edição, Editora Oficina de Textos – Unidade 01;

ƒ

HOMERO PINTO CAPUTO – “Mecânica dos Solos e suas Aplicações” – volumes 1 – Livros Técnicos e Científicos Editora – Unidades 1 e 2;

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