Departamento de Engenharia Civil e Ambiental
Centro de Tecnologia
Universidade Federal da Paraíba
Capítulo 1 - Introdução
Capítulo 2: Origem e Formação
Capítulo 3: Propriedades da Partícula
Capítulo 4: Índices Físicos
Curso: Engenharia Civil
Disciplina: Mecânica dos Solos I
Professor: Dr. Celso Augusto Guimarães Santos
www.ct.ufpb.br/~celso/solos
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Capítulo 1: Introdução
• Primeiros Estudos dos Solos: Egito, Babilônia, China, etc.
• Grandes acidentes (Séc. XIX): Panamá, EUA, Suécia e Alemanha
• A Mecânica dos Solos (1925)
• Outras Ciências da Terra:
• Mineralogia, Petrologia, Geologia Estrutural ou Tectônica,
Geomorfologia, Geofísica, Pedologia, Mecânica das
Rochas, Hidrologia e Meteorologia.
• Geotécnica: Combina uma geologia, mais observada do ponto
de vista físico, e uma Mecânica dos Solos, mais ligada aos
problemas geológicos.
• Definição
• É a aplicação das leis da mecânica e da hidráulica aos
problemas de engenharia relacionados com os sedimentos.
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Capítulo 2: Origem e Formação
• Origem e Formação dos Solos: intemperismo das rochas
• Pedologia: Ciência que estuda as camadas da crosta
• Tipos: Solos Residuais, Sedimentares e Orgânicos
• Composição Química e Mineralógica
• Grossos: silicatos, óxidos, carbonatos e sulfatos
• Finos: caolinitas, montmorilonitas e ilitas
(Silício - Si e Alumínio - Al)
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Capítulo 2: Minerais Argílicos
Caolinitas
Montmorilonitas
Ilitas
Si
Al
+
+
Íons não permutáveis
Íons permutáveis
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Capítulo 2: Origem e Formação
• Superfície Especifica: soma das superfícies na unidade de
volume.
Para o caso de uma partícula esférica:
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Capítulo 2: Origem e Formação
Aresta
1 cm
1 mm = 10-1 cm
0,1 mm = 10-2 cm
0,01 mm = 10-3 cm
0,001 mm = 10-4 cm
Volume
Total
(cm³)
1
1
1
1
1
Nº. de
cubos
1
103
106
109
1012
Área Total
(cm²)
6
60
600
6.000
60.000
•Superfície Especifica: Para os minerais argílicos:
• Caolinita:
8 m2/g
• Ilita:
80 m2/g
• Montmorilonita: 800 m2/g
Superfície
Específica (s)
(cm²/cm³)
6× 100
6 × 101
6 × 102
6 × 103
6 × 104
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Capítulo 3: Propriedades da Partícula
• Natureza
• Peso Especifico das Partículas: gg = Ps/ Vs
• Densidade relativa: d = gg / ga
(quartzo: d = 2,67)
• Forma das Partículas
• Arredondadas
• Lamelares
• Fibrilares
• Atividade da Superfície dos Solos Finos: A = IP / %<0,002mm
• A < 0,75: inativa, 0,75 < A < 1,25: normais, A > 1,25: ativas
• Bentonitas: Argilas ultra-finas
• Tixotropia: Amassando e repousando a fração fina, a massa
adquire, com o tempo, maior coesão.
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3-7 Granolometria
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Capítulo 3: Propriedades da Partícula
• Granulometria
• Pedregulho: 76 e 4,8 mm
• Areia: 4,8 e 0,05 mm
• Silte: 0,05 e 0,005 mm
• Argilas: < 0,005 mm
• Curva Granulométrica: Bem graduado, uniforme, grad. aberta
• Diâmetro Efetivo: d10
• Coeficiente de Uniformidade: Cu = d60/d10
• Muito uniforme: Cu < 5
• Uniformidade media: 5 < Cu < 15
• Desuniforme: Cu > 15
• Coeficiente de Curvatura: Cc = d302/(d60 d10)
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Capítulo 3: Propriedades da Partícula
• Peneiras
• 200, 140, 120, 100, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20,
18, 16, 14, 12, 10, 8, 7, 6, 5, 3/16”.
• Para solos finos (< 0,074 mm): Sedimentação
Finos
Areia
• Classificação Trilinear dos Solos
Água
• Equivalente de Areia: EA = h/H
H
h
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Classificação Trilinear dos Solos
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Capítulo 3: Propriedades da Partícula
• Correção Granulométrica
• Processo Algébrico
• Processo do triângulo
• Construção gráfica de Rothfuchs
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Capítulo 3: Correção Granulométrica
Porcentagens
Componente
Agregado grosso
d > 2 mm
Agregado fino
0,074 mm < d < 2 mm
Material ligante
d < 0,074 mm
Totais
Mistura
M1
M2
M3
Mistura
estabilizada
a1
a2
a3
A
b1
b2
b3
B
c1
c2
c3
C
100
X1
100
X2
100
X3
100
De imediato estabelecem-se as seguintes equações:
X1a1 + X2a2 + X3a3 = A
X1b1 + X2b2 + X3b3 = B
X1 + X2 + X3 = 1
Resolvido o sistema por elas formado, obtêm-se os valores:
X1 = (a2 – a3) (B – b3) – (A – a3) (b2 – b3)
(a2 – a3) (b1 – b3) – (a1 – a3) (b2 – b3)
X2 = B – b3 – X1(b1 – b3)
b2 – b3
X3 = 1 – (X1 + X2)
os quais permitirão dosar a mistura para que ela contenha as porcentagens A, B, e C,
desejadas.
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Capítulo 3: Correção Granulométrica
A ...................... 100 x y
B....................... 100 y (1 – x)
C....................... 100 (1 – y)
Total................. 100%
-x
1
x
o
F in
Gr
oss
o
90
10
20
A 80
30
70
60
40
50
50
X
60
40
1-y
Y
C 30
70
80
20
90
10
B
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Ligante
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Capítulo 3: Correção Granulométrica
0’
%mat. B
Mat. C
Mat. B
Mat. A
0
Peneiras
%mat. C
50
%mat. A
100
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Capítulo 4: Índices Físicos
• Elementos Constituintes de um Solo
• 3 Fases: Sólida, Liquida e Gasosa
• Água: De constituição, adesiva ou adsorvida,livre,
higroscópica, capilar.
• Vt = Vs + Vv
ou
Vt = Vs + Va + Var
• Pt = Ps + Pa
• Umidade: h = Pa/Ps
• Peso Especifico Aparente de um Solo (h ≠ 0): g = Pt / Vt
• Peso Especifico Aparente de um Solo Seco (h = 0):
• gs = Ps / Vt
ou
gs = g / (1 + h)
• Índice de vazios: e = Vv / Vs
• Grau de Compacidade: GC = (emax – enat)/(emax – emin)
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Capítulo 4: Índices Físicos
• ou em função de gs: GC = (gnat – gmin)/(gmax – gmin) (gmax/gnat)
• Porosidade: n = Vv / Vt
ou
n = e / (1 + e) ou e = n/(1-n)
• Grau de Saturação: S = Va / Vv
• h = eS/d
• Para saturação (S = 1): e = hd
• Grau de Aeração: A = Var/Vv
ou
A=1–S
• Peso Específico de um Solo Saturado:
• gsat = (d + e)/(1 + e)ga
• Peso Específico de um Solo Submerso:
• gsub = (d – 1)/(1 + e)ga
• gsub = gsat – 1
ou simplesmente
Ensaio de Sedimentação