MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA ÀS FUNDAÇÕES
AULA 22/09/2015
Prof. MSc. Thaís Helena Martinetti
AULA 06 SEMANA DATA Tema
1 19/08 Apresentação do curso. Métodos e Processos da Mecânica das Rochas - Ok
2 25/08 Métodos e Processos da Mecânica das Rochas. – Ok
3 01/09 Teoria do Adensamento. - Ok
4 08/09 Teoria do Adensamento. – OK
5 15/09 Exercícios de aplicação. – Ok
6 22/09 Métodos de Investigação Geotécnica. – OK
7 29/09 Avaliação Parcial 8 06/10 Métodos de Investigação Geotécnica.
9 07/10 Métodos de Investigação Geotécnica.
01 13/10 Exercícios de aplicação.
11 19/10 Recalques.
12 20/10 Recalques.
13 27/10 Recalques.
14 03/11 Exercícios de aplicação.
15 01/11 Capacidade de Carga de Solo Superficial.
16 17/11 Capacidade de Carga de Solo Superficial.
17 24/11 Exercícios de aplicação.
18 01/12 Prova Escrita Oficial. 19 08/12 Revisão e preparação para avaliação substitutiva.
20 15/12 Prova Substitutiva.
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ATPS 2,0 PONTOS EXERCÍCIOS EM AULA (AULA 01, AULA 02, AULA 3) ENTREGA EM GRUPOS DE ATÉ 4 PESSOAS DATA DA ENTREGA: PROVA P1 DATA DA P1: 29/09/2015 P1 COM CONSULTA (APENAS MATERIAIS IMPRESSOS)
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REVISÃO
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MOVIMENTOS DE TERRAS Entende-se por movimentos de terras, todas as alterações intencionais na forma dos terrenos quer por escavação quer por aterro. O terreno pode ser natural ou já modificado.
DEFINIÇÃO DE ATERRO Da mesma forma, pode-se definir aterro como uma obra constituída por um maciço artificial de terras. As terras são provenientes, essencialmente, de dois locais: • Das zonas das escavações na linha de corte do traçado • Das zonas de empréstimo
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ASSENTAMENTOS DOS ATERROS Não se devem fazer fundações diretas sobre aterros pois todos os aterros são passíveis de assentamentos. Contudo, em casos muito especiais podem ser utilizados para fundações desde que se utilizem técnicas especializadas de compactação. Assim dependendo do fim em vista, há regras de estabilização que devem ser sempre tidas em conta.
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Razões para os assentamentos Consolidação dos materiais que por efeito do corte aumentaram de volume (empolamento) alterando a arrumação natural das partículas e criam bolsas de ar que funcionam como almofadas resistindo a uma nova arrumação. Como todos os solos são porosos, a porosidade depois do empolamento pode atingir valores na ordem dos 20%. A porosidade varia com a textura do solo e na razão inversa da dimensão das partículas constituintes do solo. Os poros podem estar preenchidos com água ou ar.
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Razões para os assentamentos A consolidação corresponde a uma arrumação das partículas sólidas reduzindo, assim, a dimensão e a quantidade de poros por compressão e expulsão de ar e expulsão de água em excesso. Quando um solo é muito poroso e por isso é capaz de armazenar grandes quantidades de água, há uma maior dificuldade para se compactar o solo. A água desloca-se lateralmente devido ao efeito de pressão superior prejudicando a estabilização do aterro.
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Razões para os assentamentos Quando um solo possui a mesma quantidade de poros mas de menores dimensões, armazenando assim menos quantidade de água, esta água é mais facilmente expulsa por escoamento. Para aterros pouco espessos, os solos arenosos e solos argilo- arenosos podem conduzir à falsa estabilização quando existe a possibilidade de responderem à compactação com deslocações laterais alternadas. Para cada solo, há que verificar o seu comportamento, o seu estado limite e relacioná-los com o tipo, estado e inclinações da base de assentamento.
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EXERCÍCIOS
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Exercício 1: Nos trabalhos de terraplenagem, sabendo-se que a relação entre o volume de material no corte e o volume de material solto de terra comum seca é 0,80, a porcentagem de empolamento é? Exercício 2: Calcular o volume em metros cúbicos de solo necessário para elevar em 0,50m³ um terreno de 15.000 m² de área. Quantas caçambas de 9 m³ devem ser adquiridas?
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Principais tipos de ocorrências indesejáveis:
Pressões ocasionadas pelo peso próprio e por cargas móveis trafegando sobre o aterro promovem o adensamento (decorrente do escoamento de água, expulsa dos vazios do solo, quando estes diminuem). SEMPRE EXISTIRÁ ADENSAMENTO E RECALQUE, mas este deverá ser previsto e mantido sob controle.
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Principais tipos de ocorrências indesejáveis:
b) Ruptura por afundamento : Quando uma camada subjacente ao aterro for de capacidade de suporte muito baixa e de grande espessura, o corpo do aterro sofre um deslocamento vertical e pode afundar por igual no terreno mole, expulsando lateralmente o material ruim, com a formação de bulbos.
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Principais tipos de ocorrências indesejáveis:
c) Ruptura por escorregamento Ocorre quando o aterro é construído sobre uma camada mole, de baixa resistência ao cisalhamento, que se apóia sobre outra camada mais resistente. Na ocasião de chuvas intensas, a camada pouco resistente tem seu teor de umidade aumentado, tornando ainda mais baixa a resistência ao cisalhamento.
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SOLUÇÕES: Quando o subleito for fraco, composto por solos muito moles, com grandes porcentagens de matéria orgânica, solos brejosos ou turfosos, deve-se adotar alguma medida visando estabilizar o terreno de fundação antes da execução do aterro. Pode-se tentar promover a estabilização do material pouco resistente ou removê-lo, com substituição do solo por outro mais adequado. Sempre se adota a solução mais econômica.
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a) REMOÇÃO DO SOLO RUIM E SUBSTITUIÇÃO POR MELHOR: Geralmente a remoção é feita por dragas, com imediata substituição por material arenoso, que permita a percolação da água. Uma boa técnica é a operação por faixas alternadas, com esgotamento da água que se acumula no fundo através de bombas de sucção ou, se a topografia permitir, por valas de escoamento. As vantagens desse processo residem na rapidez de execução e na possibilidade de se saber com certeza se todo o material imprestável foi, de fato, removido, garantindo-se a homogeneidade do aterro. b) DESLOCAMENTO DO MATERIAL INSTÁVEL: O próprio peso do aterro é utilizado para deslocar o material original, quando este for muito mole.
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b) DESLOCAMENTO DO MATERIAL INSTÁVEL: O próprio peso do aterro é utilizado para deslocar o material original, quando este for muito mole. O aterro é feito aos poucos, em setores, e o material mole vai sendo expulso à medida que a altura do aterro cresce.
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c) DRENOS VERTICAIS DE AREIA, COM COLCHÃO DE AREIA, para acelerar o adensamento : Como o adensamento é um fenômeno lento, pode ser acelerado para adequar-se ao tempo da construção, fazendo-se furos (sonda rotativa ou cravação de tubos drenantes), com o conteúdo lavado por jatos d’água e preenchido com areia. Uma camada de areia (colchão) é lançada sobre o topo dos drenos, para que a água drenada possa sair quando pressionada pelo aterro em execução. O dimensionamento dos drenos é função dos coeficientes de percolação da água. Em geral, os diâmetros variam de 20 a 60 cm, com espaçamento da ordem de dez vezes o valor do diâmetro (2 a 6 m).
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d) Emprego de BERMAS DE EQUILÍBRIO: As bermas de equilíbrio funcionam como contra-pesos, evitando a formação de bulbos e o deslocamento do material instável. Quando o solo mole não agüentar nem o peso da berma necessária para dar estabilidade ao aterro, constroem-se bermas adicionais, de espessuras menores que a inicial.
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e) EMPREGO DE SOBRECARGAS: fazer o aterro com cota excessiva, para que o peso acelere o recalque com a expulsão do material sem capacidade de suporte. Evitar ruptura do solo instável e afundamento do solo de aterro. Depois de tempo suficiente, quando não se observam mais recalques, remover o excesso, que pode ser reutilizado.
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COMPACTAÇÃO DE ATERROS
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Métodos e Processos da Mecânica das Rochas
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Introdução: Rochas são materiais sólidos consolidados, formados naturalmente por agregados de matéria mineral ou minérios, que se apresentam em grandes massas ou fragmentos. As principais propriedades que distinguem uma rocha de um solo são a coesão interna e a resistência a tração. A coesão interna é a força que liga as partículas umas as outras (ligação entre os átomos). Este valor difere da coesão aparente, que é resultante do atrito entre as partículas quando submetidas às forças de cisalhamento. Exemplo de coesão nula é a areia, mas pode apresentar coesão aparente de 4,34 kg/cm². A resistência a tração pode ser nula num solo. Mas entre o solo e a rocha pode existir uma tração uniaxial de 1MPa.
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Os projetos de engenharia de rochas podem ser agrupados em sete categorias: (a) fundações: as rochas são um excelente material de fundação, mas podem ser fraturados e alterados. É necessário estabelecer a competência da rocha em relação a sua capacidade de suportar a carga para níveis toleráveis de deformação. (b) taludes: a mecânica das rochas pode identificar o risco de ruptura do talude rochoso, seja por tombamento, flexão, em cunha ou em plano; (c) túneis e poços: a estabilidade de túneis e poços depende da estrutura da rocha, estado de tensões, regime de fluxo subterrâneo e técnica de construção; (d) cavernas: o projeto de construção de grandes cavernas é influenciado pela presença e distribuição das fraturas do maciço rochoso;
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(e) mineração: a mecânica das rochas influi sobre os métodos de mineração, com a finalidade de se obter uma maior extração de minério, utilizando-se um mínimo de suporte artificial das galerias; (f) energia geotérmica: a produção de energia geotérmica é obtida pela percolação de água, injetada no furo, através das fraturas da rocha-reservatório naturalmente aquecida e a posterior recuperação por outro furo de sondagem. Este sistema depende da interação entre as fraturas do maciço, tensões in situ, condições de fluxo, temperatura e tempo; (g) armazenamento de rejeitos radioativos: o isolamento dos materiais radioativos em relação à biosfera requer o estudo das fraturas do maciço, capacidade de absorção das superfícies das fraturas, tensões in situ, condições de fluxo, temperatura e tempo.
AULA 06 Figura 1: representação gráfica de projetos de mecânica da rochas
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Diagênese refere-se a qualquer mudança e alteração do sedimento após sua deposição inicial, durante e após a sua litificação, excluindo alteração superficial (desgaste) e metamorfismo.
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Teoria do Adensamento
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EXERCÍCIOS
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Exercício 3: Consideremos o terreno indicado na figura, sobre o qual será construído um aterro de 1,5m de altura. O terreno foi sobre-adensado pelo efeito de uma camada de um metro de areia superficial, que teria sido erodida. Desta forma, sabe-se que a tensão de pré-adensamento é 22 kPa superior à tensão efetiva existente em qualquer ponto. O recalque por adensamento ocorre na argila mole, cujo índice de compressão é 1,8 e cujo índice de recompressão é 0,3. Qual será o recalque primário no ponto R, ao final do adensamento desta camada de argila mole?
ATERRO ϒ = 19 KN/m³
N.A
Areia ϒ = 17 KN/m³
Argila Mole ϒ = 15 KN/m³ e = 2,1
Areia ϒ = 17 KN/m³
0,0m
+1,5m
-2,0m
-10,0m
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Exercício 4: Considerando o exemplo 1, em que foi calculado o
recalque total devido a um carregamento. Aplicar a teoria do
adensamento para determinar como este recalque se
desenvolverá através com tempo. Considerar que o coeficiente de
permeabilidade da argila mole é de 10-6 cm/s.
Determine também: a-) Qual recalque terá ocorrido em 105 dias? b-) Em quanto tempo ocorrerá um recalque de 30 cm?
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