Importância da Mecânica dos Solos para a Engenharia Civil

MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA Mecânica dos Solos Aplicada Neiva Sales Rodrigues Neiva Sales Rodrigues GRUPO SER EDUCACIONAL gente criando o futuro O estudo da mecânica dos solos é de suma importância para os prof ssionais de áreas exatas A partir da aquisição de conhecimentos sobre a composição estrutura e resis tência dos tipos de solos o prof ssional poderá executar obras hidráulicas e civis como fundações pontes prédios dentre outras Para a engenharia civil compreender os conceitos utilizados nas disciplinas servirá como base para o desenvolvimento de cálculos dos mais simples aos mais complexos assim como auxiliará no desenvolvimento de ideias elaboração de projetos e aplicações práticas em sua atuação prof ssional No presente trabalho será possível conhecer os termos conceituais e compreender a aplicabilidade e importância do que envolve a disciplina de mecânica dos solos envol vendo termos de compressibilidade deformação e resistência dos solos SERENGCIVMESOAPCAPAindd 13 26112020 102534 Ser Educacional 2020 Rua Treze de Maio nº 254 Santo Amaro RecifePE CEP 50100160 Todos os gráficos tabelas e esquemas são creditados à autoria salvo quando indicada a referência Informamos que é de inteira responsabilidade da autoria a emissão de conceitos Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer meio ou forma sem autorização A violação dos direitos autorais é crime estabelecido pela Lei nº 961098 e punido pelo artigo 184 do Código Penal Imagens de íconescapa Shutterstock Presidente do Conselho de Administração Diretorpresidente Diretoria Executiva de Ensino Diretoria Executiva de Serviços Corporativos Diretoria de Ensino a Distância Autoria Projeto Gráfico e Capa Janguiê Diniz Jânyo Diniz Adriano Azevedo Joaldo Diniz Enzo Moreira Neiva Sales Rodrigues DP Content DADOS DO FORNECEDOR Análise de Qualidade Edição de Texto Design Instrucional Edição de Arte Diagramação Design Gráfico e Revisão SERENGCIVMESOAPUNID1indd 2 26112020 104522 Boxes ASSISTA Indicação de filmes vídeos ou similares que trazem informações comple mentares ou aprofundadas sobre o conteúdo estudado CITANDO Dados essenciais e pertinentes sobre a vida de uma determinada pessoa relevante para o estudo do conteúdo abordado CONTEXTUALIZANDO Dados que retratam onde e quando aconteceu determinado fato demonstrase a situação histórica do assunto CURIOSIDADE Informação que revela algo desconhecido e interessante sobre o assunto tratado DICA Um detalhe específico da informação um breve conselho um alerta uma informação privilegiada sobre o conteúdo trabalhado EXEMPLIFICANDO Informação que retrata de forma objetiva determinado assunto EXPLICANDO Explicação elucidação sobre uma palavra ou expressão específica da área de conhecimento trabalhada SERENGCIVMESOAPUNID1indd 3 26112020 104523 Unidade 1 Introdução Conceitual à Mecânica dos solos Objetivos da unidade 12 Compressibilidade adensamento e resistência ao cisalhamento dos solos 13 Relação tensão x deformação 19 Compressibilidade de solos 22 Ensaio de compressão confinada deformação x índice de vazios pressão préa densamento índice de compressibilidade 25 Compressão das areias e argilas 28 Sintetizando 31 Referências bibliográficas 33 Sumário SERENGCIVMESOAPUNID1indd 4 26112020 104523 Sumário Unidade 2 Comportamento mecânico dos solos Objetivos da unidade 37 Cálculo do recalque total 38 Teoria do adensamento de Terzaghi fluxo unidimensional 44 Relações deformação x tempo 47 Comportamento mecânico dos materiais 48 Definição de ruptura em solos 52 Sintetizando 56 Referências bibliográficas 57 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 5 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 5 26112020 104523 Sumário Unidade 3 Teorias e ensaios mecânicos Objetivos da unidade 61 Aspectos teóricos de estabilidade de taludes e empuxos de terra 62 Resistência ao cisalhamento e a teoria de MohrCoulomb 65 Ensaios triaxial e de cisalhamento direto 67 Interpretações dos ensaios de resistência e obtenção de parâmetro de resistências e deformabilidade 71 Comportamento das areias e das argilas e trajetórias de tensão 73 Métodos de cálculo de estabilidade de taludes e considerações gerais 76 Sintetizando 80 Referências bibliográficas 81 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 6 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 6 26112020 104523 Sumário Unidade 4 Empuxos metodologias e estruturas Objetivos da unidade 85 Coeficientes de empuxo e sua relação com a interação soloestrutura 86 Método de Coulomb 90 Método de Rankine 93 Aspectos gerais que influenciam na determinação do empuxo 95 Tipos de estruturas de arrimo 98 Sintetizando 104 Referências bibliográficas 105 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 7 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 7 26112020 104523 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 8 26112020 104523 O estudo da mecânica dos solos é de suma importância para os profi ssio nais de áreas exatas A partir da aquisição de conhecimentos sobre a composi ção estrutura e resistência dos tipos de solos o profi ssional poderá executar obras hidráulicas e civis como fundações pontes prédios dentre outras Para a engenharia civil compreender os conceitos utilizados nas disciplinas servirá como base para o desenvolvimento de cálculos dos mais simples aos mais complexos assim como auxiliará no desenvolvimento de ideias elabora ção de projetos e aplicações práticas em sua atuação profi ssional No presente trabalho será possível conhecer os termos conceituais e com preender a aplicabilidade e importância do que envolve a disciplina de mecâ nica dos solos envolvendo termos de compressibilidade deformação e resis tência dos solos MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 9 Apresentação SERENGCIVMESOAPUNID1indd 9 26112020 104523 Aos queridos alunos pelo interesse e curiosidade em adquirir conhecimentos À pesquisa científi ca e pesquisadores pela construção árdua da ciência essencial à humanidade À família e amigos pelo incentivo e esforços a mim presenteados A professora Neiva Sales Rodrigues é mestra em Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Mato Grosso UFMT Campus de CuiabáMT 2014 Especialista em Ciência do Solo e Nu trição de Plantas pela Universidade de Cuiabá UNIC Campus de Primavera do LesteMT 2014 Bacharel em Engenharia Agrícola e Ambiental pelo Instituto de Ciências Agrárias e TecnológicasUFMT Campus de RondonópolisMT 2011 Currículo Lattes httplattescnpqbr2950563058359990 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 10 A autora SERENGCIVMESOAPUNID1indd 10 26112020 104523 INTRODUÇÃO CONCEITUAL À MECÂNICA DOS SOLOS 1 UNIDADE SERENGCIVMESOAPUNID1indd 11 26112020 104556 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Compreender a capacidade dos solos em resistir a ações externas de ordem física Assimilar o comportamento mecânico dos solos em termos de compressibilidade adensamento e deformação Compressibilidade adensa mento e resistência ao cisalhamento dos solos Relação tensão x deformação Compressibilidade de solos Ensaio de compressão confina da deformação x índice de va zios pressão préadensamento índice de compressibilidade Compressão das areias e argilas MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 12 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 12 26112020 104556 Compressibilidade adensamento e resistência ao cisalhamento dos solos O solo é um dos principais mate riais de trabalho da construção civil possuindo várias funções e podendo receber cargas de diferentes origens de estrutura compressão tração fl exão e torsão além de servir como alicerce de pavimentos ser usado na constituição de barragens dentre ou tras funcionalidades as quais revelam as boas características deste material O comportamento mecânico dos solos é infl uenciado pelas rochas matriz origem granulometria tamanho e quantidade do grão areia argila mine ralogia destacando o quartzo e o feldspato água intemperismo O processo de intemperismo formação de solos que pode ser de ordem física química ou biológica dependendo do seu agente causador sendo ele o vento a água chuva ácida microorganismos dentre outros No intemperismo físico como o nome sugere os agentes causadores são de natureza física O processo se dá dentre outros motivos por congelamento esfoliação do material e crescimento de cristais de sal No intemperismo químico os agentes são de natureza química A decom posição química dos minerais constituintes de uma rocha ocorre sempre com a presença de água Intensifi candose com aumento da temperatura e sendo todo mineral suscetível a algum tipo de intemperismo químico O intemperismo biológico é causado por fatores biológicos em sua maio ria microorganismos O material de origem solo em formação ou já estru turado sofre a ação interna ou externa de agente biológicos como bactérias decompositoras que se alimentam de elementos do solo O solo possui características físicas químicas e biológicas variadas a de pender de seus fatores de formação que são rocha matriz relevo organis mos clima e tempo e condicionam os processos de intemperismo tal como se mostra na Figura 1 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 13 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 13 26112020 104557 Figura 1 Rochas de origem e intemperismo dos solos Resfriamento Rocha metamórfica Rocha magmática Rocha sedimentar Intemperismo Sedimentos Metamorfismo Litificação Temperatura Pressão A Figura 1 mostra os três tipos de rochas matriz que dão origem à for mação dos solos após os processos de intemperismo O processo de meta morfismo pode ser de contato termal ou regional pressão e temperatura Portanto por possuir características físicas variadas o solo está sujeito a ações mecânicas como o cisalhamento EXPLICANDO As rochas são classificadas em Magmáticas formadas a partir do resfriamento do magma O magma é pro duzido em alta temperatura e pressão com a fusão de silicatos de magnésio Sedimentares formadas a partir da consolidação de outras rochas ou restos orgânicos Nesse processo de formação ocorrem os intemperis mos Assim os sedimentos desprendidos são transportados após ocorrer sua deposição e a consolidação litificação Metamórfica originárias da transformação de rochas preexistentes que sofrem alterações mineralógicas e de textura sob a ação de pressão e temperatura O cisalhamento dos solos implica na ruptura de sua massa ao sofrer determinada tensão A deformação do solo sob ação das cargas é complexa e pode ocorrer de diversas formas como por exemplo por deformação ou deslocamento das partículas sólidas expulsão de ar ou água dos poros vazios Essas deformações podem ser imediatas solos não saturados ou ocorrerem durante um período elevado após a aplicação do carregamento solos saturados MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 14 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 14 26112020 104557 EXPLICANDO Solos saturados são aqueles cujos espaços vazios antes preenchidos por ar dão lugar à água em forma líquida umedecendo também as frações granulométricas areia silte argila entre outros Nos solos não saturados os espaços porosos maiores não abrigam água independentemente de as frações estarem secas ou úmidas A mecânica dos solos estuda o comportamento dos solos com tensões que são determinadas por uma força sobre área FA Por exemplo a força aplicada do peso de um prédio sobre o solo esta também pode ser aliviada caso seja retirada uma parte do solo o que pode prejudicar a construção abalando sua estrutura Em termos gerais as rupturas são mais rápidas em solos não saturados pois os poros espaços vazios dos solos não estão preenchidos por água mas por ar Esse tipo de solo pode muitas vezes estar compactado ou ressecado tornando as rachaduras mais abrutas É como o que ocorre com nossa pele em termos de comparação quando ela não recebe a hidratação necessária a fim de torná la mais maleável ocasionando as famosas estrias Nos solos saturados ocorre com maior frequência em solos argilosos espaços vazios menores os recalques são lentos e estão associados à saída de água dos vazios do solo Majoritaria mente esses fatores ocorrem em solos de textura arenosa e argilosa A compactação consiste em aplicar um peso no solo com a finalidade de unir os grãos Assim o índice de va zios irá reduzir pois as partículas do solo irão se unir Desse modo a resis tência do solo aumenta pois diminui o número de espaços vazios Com a compactação a qualidade mecânica e hidráulica do solo aumenta à medida que reduz a permeabilidade uma vez que água se movimenta nos espaços vazios do solo Por fim aumentase a resistência ao cisalhamento facilitan do a execução de obras de construção civil como se mostra na Figura 2 Figura 2 Compactação do solo para pavimentação Fon te Shutterstock Acesso em 09092020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 15 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 15 26112020 104558 O cisalhamento pode não ser uniforme acarretando danos trincas ra chaduras etc nas estruturas instaladas sobre as fundações inviabilizando sua utilização Em casos mais graves pode haver até desmoronamentos e quedas de construções resultando em danos materiais e até físicos à popu lação que as utiliza DICA Embora não se deva confundir os dois processos cisalhamento e erosão o cisalhamento pode desencadear processos erosivos como desmoro namento de morros barrancos encostas dentre outros Esses eventos estão em sua maioria relacionados à erosão pluvial laminar voçorocas etc e eólica causada por intemperismo eou interferências antrópicas O cisalhamento em determinado solo irá depender dentre outros fatores de sua compressibilidade seu adensamento e resistência A compressibilidade é a propriedade que os solos têm de serem susceptíveis à compressão Portan to o solo pode sofrer variações em seu volume ou número de vazios conforme a tensão à qual é submetido Quando há diminuição desses espaços vazios do solo ocorre o adensa mento que seria a junção das partículas do solo areia argila silte matéria orgânica etc O adensamento diferese da compactação por ser um processo de origem geralmente química e biológica causado pela ação de agentes bió ticos componentes químicos que causam desagregação e desestruturação já a compactação advém em sua maioria de agentes físicos como máquinas de uso agrícola e urbano A compactação pode ser mecânica ou manual Consequentemente a resistência dos solos ao cisalhamento depende dos índices de cisalhamento e adensamento Sua resistência também será deter minada por características como textura tamanho das partículas e estrutura arranjamento das partículas A resistência do solo ao cisalhamento é definida como a tensão máxima que o solo suporta sem sofrer ruptura Assim diversos pesquisadores no intuito de aumentar a resistência dos mais variados solos adicionam materiais a eles sendo o cimento o mais utilizado Ao adicionar cimentos a dois tipos de solo foram obtidos valores positivos de aumentos proporcionais de resistência à quantidade de cimento como podemos observar nas Tabelas 1 e 2 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 16 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 16 26112020 104558 Fator Médias 50 2227 a 40 1965 b 30 1405 c 20 966 d 10 677 e 0 136 f Médias seguidas de mesma letra minúscula não diferem entre si pelo teste de Tukey para um nível de signifi cância de 5 50 40 30 20 10 2227 a 2227 a 1965 b 1965 b 1405 c 1965 b 1405 c 1405 c 966 d 966 d 677 e 677 e 136 f 136 f Fator Médias 50 2951 a 40 2676 b 30 2091 c 20 1536 d 10 952 e 0 334 f Médias seguidas de mesma letra minúscula não diferem entre si pelo teste de Tukey para um nível de signifi cância de 5 50 40 30 20 10 2951 a 2951 a 2676 b 2676 b 2091 c 2676 b 2091 c 2091 c 1536 d 1536 d 952 e 952 e 334 f 334 f TABELA 1 VALORES MÉDIOS DE RESISTÊNCIA MPA EM FUNÇÃO DA PORCENTAGEM DE CIMENTO CAMBISSOLO TABELA 2 VALORES MÉDIOS DE RESISTÊNCIA MPA EM FUNÇÃO DA PORCENTAGEM DE CIMENTO LATOSSOLO VERMELHO Fonte BORGES RODRIGUES LIMA 2020 Fonte BORGES RODRIGUES LIMA 2020 Outro material que pode ser acrescido ao solo para reforçálo e aumen tar sua resistência é a fi bra de borracha de pneu O pneu muitas vezes tem sua destinação inadequada consistindo em um passivo ambiental Assim ele pode ser reaproveitado A adição das fi bras de borracha favoreceu as proprie dades mecânicas e hidráulicas do solo provocando um incremento na coesão aparente e no ângulo de atrito interno do solo Para tanto foram seguidas as seguintes normativas NBR 71811984 Análise granulométrica MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 17 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 17 26112020 104558 NBR 65081984 Determinação da densidade real dos grãos ABNTMB 3388 Determinação do índice de vazios mínimo de solos não coesivos ABNTMB 3324 Determinação do índice de vazios máximo de solos não coesivos Os resultados indicam um aumento da resistência KPa utilizando as mis turas com fibras de borracha se comparadas aos valores das envoltórias de ruptura do solo puro na relação pq Gráfico 1 GRÁFICO 1 ENVOLTÓRIA E PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DO SOLO PURO E MISTURAS SOLO FIBRA DE BORRACHA Solo puro Mistura com 5 Mistura com 10 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 p kPa q kPa 300 350 400 450 Fonte JARAMILLO CASAGRANDE 2016 Assim a resistência ao cisalhamento é fundamental para diversos tipos de uso e ocupação do solo destacandose dentre outras as obras de Engenharia Civil MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 18 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 18 26112020 104558 Relação tensão x deformação A tensão ou pressão no solo consiste em aplicar uma força F de modo a alongar esticar um determinado corpo aumentando a área desse corpo A causando deformação nesta área A tensão e a deformação são diretamente proporcionais e o resultado obtido depende do tipo de material Existem dois tipos de deformações no solo as rápidas e as lentas As rápi das são aquelas que ocorrem logo após as construções normalmente em solos arenosos ou argilosos secos As deformações lentas ocorrem ao longo do tem po após as aplicações de cargas geralmente em solos argilosos que sofrem menos com as tensões a que são submetidos As deformações causadas no solo dependem de sua composição índice de vazios histórico de tensões e maneira de aplicação da tensão A análise de ten sões e deformações é de suma importância para a construção civil pois destas dentre outras depende a resistência e durabilidade das estruturas para que não ocorram acidentes O recalque é um fenômeno comum a todas as estruturas apoiadas no solo Ocorre principalmente devido ao carregamento imposto ao maciço e ao con sequente rearranjo da estrutura do solo Ao longo do tempo provoca deforma ções que modifi cam a distribuição de carregamentos na estrutura podendo fazer com que estes fi quem fora dos padrões defi nidos em projetos Figura 3 Base para fundação Fonte Shutterstock Acesso em 09092020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 19 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 19 26112020 104559 É possível analisar o desempe nho de uma edificação de duas ma neiras comportamento tensãode formação do solo de fundação e um modelo que representa a interação soloestrutura A interação soloes trutura influencia o comportamen to dos recalques provocando uma variação entre os recalques previstos e os recalques absolutos reais de modo inversamente proporcional ao carregamento aplicado os pilares mais carregados tendem a recalcar menos enquanto os menos carrega dos parecem recalcar mais que o previsto ainda que o recalque absoluto médio seja praticamente o mesmo Na determinação da tensão efetiva é importante saber a tensão total no solo e a tensão neutra Essas tensões possuem papel importante na engenha ria pois quaisquer mudanças nas tensões ocasionam problemas sérios na es trutura por exemplo no que tange às variações que ocorrem nas águas sub terrâneas e que ocasionam mudanças na tensão neutra causando mudanças na tensão efetiva alterando as propriedades mecânicas do solo e obtendo um comportamento perigoso A tensão total é a somatória das tensões neutras e efetivas A tensão neutra se refere a uma tensão que atua na água enquanto a efetiva con siste naquela que atua nas inter partículas no solo ou material sólido pro priamente dito O valor de tensão sobre a superfície da sapata por exemplo em contato com o solo argiloso é o recalque imediato que é encontrado pela Equação 1 da Tabela 3 ρ1 σ B Iρ 1 v2 E 1 Em que v o coeficiente de Poisson do solo B a menor medida da base da sapata σ a tensão efetiva Iρ fator de influência depende da forma e rigidez da sapata MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 20 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 20 26112020 104600 O solo não é um material elástico porém observase que o comportamen to de sua curva tensão x deformação não apresenta comportamento retilíneo Portanto admitese um comportamento elásticolinear para o solo defi nindose um Módulo de Elasticidade E que se superado fará com que o material atinja a zona de plastifi cação Até determinado nível de tensões existe uma certa pro porcionalidade entre as tensões e as deformações de forma que se considera um Módulo de Elasticidade constante como representativo do material O conhecimento das deformações de cada material que é utilizado na en genharia é de grande importância tomando como base seu nível de tensão As teorias da elasticidade e da plasticidade apresentam modelos dos comporta mentos das tensões deformação A teoria da elasticidade prevê uma relação da tensão deformação linear porém o solo não é homogêneo Logo ele apre senta deformação de tensão não linear Toda fundação sofre deslocamentos verticais recalques horizontais e rotacionais em função das solicitações a que são submetidas Esses desloca mentos dependem do solo e da estrutura isto é resultam da interação solo Fonte SANTOS MOURA FILHO 2017 p 22 O coefi ciente de Poisson do solo indica a razão entre as deformações de um corpo sujeito à tração Sapata fl exível Rígida Forma Centro Canto Médio Circular 10 064 085 079 Quadrada 112 056 095 099 LB 15 136 067 115 106 2 152 076 13 12 3 178 088 152 15 5 21 105 183 17 10 253 126 225 21 100 40 20 37 34 Forma Forma Circular Circular Quadrada Circular Quadrada Quadrada LB 15 Quadrada LB 15 Centro LB 15 Centro 10 3 112 5 112 136 Canto 136 10 Canto 152 100 Canto 064 178 064 178 056 21 067 253 Médio 067 253 Médio 076 40 085 088 085 095 088 105 095 105 115 126 13 126 20 13 20 079 152 099 183 099 183 106 225 12 37 37 15 17 21 21 34 TABELA 3 VALORES DE Iρ MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 21 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 21 26112020 104600 Compressibilidade de solos Um solo ao sofrer compressão em função de determinada carga aplicada sobre ele diminui de volume Essa característica permite calcular índices que indicam uma maior ou menor compressibilidade dos solos que é sua maior ou menor possibilidade de sofrer compressão Essa característica dependerá principalmente de fatores como textura do solo arenosa siltosa ou argilosa O Sistema Unifi cado de Classifi cação SUCS faz a classifi cação dos solos ba seado na distribuição granulométrica dos solos dividindoo em três principais grupos e utiliza a seguinte terminologia Solos grossos diâmetro dos grãos maior que 0074 mm Solos fi nos diâmetro dos grãos menor que 0074mm Turfas solos extremamente orgânicos e compressíveis estrutura No entanto esses cálculos podem ser con testados durante a execução da estrutura devido às forças externas o peso próprio da estrutura e as cargas acidentais que acabam contribuindo na deformação do solo o que modifi ca a estrutura e os esforços inicialmente calculados Fonte NOGUEIRA SANTOS BORGES 2020 p 5 G Pedregulho S Areia M Silte C Argila O Solo orgânico W Bem graduado P Mal graduado H Alta compressibilidade L Baixa compressibilidade Pt Turfas G S M O Pedregulho W Pedregulho P Pedregulho Areia H Pedregulho Areia Silte Silte Argila Solo orgânico Argila Solo orgânico Bem graduado Pt Solo orgânico Bem graduado Solo orgânico Bem graduado Mal graduado Alta compressibilidade Solo orgânico Bem graduado Mal graduado Alta compressibilidade Baixa compressibilidade Bem graduado Mal graduado Alta compressibilidade Baixa compressibilidade Mal graduado Alta compressibilidade Baixa compressibilidade Alta compressibilidade Baixa compressibilidade Turfas Alta compressibilidade Baixa compressibilidade Turfas Alta compressibilidade Baixa compressibilidade Turfas Baixa compressibilidade QUADRO 1 TERMINOLOGIA DOS SOLOS DE ACORDO COM O SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 22 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 22 26112020 104600 No Quadro 1 os solos são categorizados pelo conjunto de duas classifica ções ou duas letras em que um solo SP significa areia mal graduada e um CL significa argila de baixa compressibilidade por exemplo Solos finos são aqueles que possuem a maioria dos grãos de tamanho pe queno sendo silte ou argila Solos grossos possuem grãos maiores caracteri zados por maiores quantidades de areias Turfas podem ser caracterizadas por um solo rico em matéria orgânica material de origem vegetal decomposto tal como se apresenta na Figura 4 Figura 4 Solos com diferentes granulometrias Fonte Shutterstock Acesso em 09092020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 23 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 23 26112020 104601 É comum na natureza depararse com solos que não preencham as carac terísticas exigidas para certas finalidades pois estes podem variar desde sua composição química formação geológica até suas características físicomecâ nicas Dessa forma os estudos envolvendo misturas de solo com outros mate riais objetivam melhorar o desempenho e buscam alcançar avanços tecnológi cos no contexto da construção civil Como o solo passa por um processo de estabilização química sua estrutura muda e está sujeita a diferentes resistências permeabilidades e compressibilidades do que o solo nativo Com a adição de estabilizadores são alcançadas as quantidades ideais para uma boa compactação promovendo preenchimento dos poros e melho ria do uso do solo e das propriedades mecânicas para possível aplicação de projeto É mostrado na Figura 5 que a resistência à compressão simples qu cresce confor me aumenta o teor de cimento e o tempo de cura O cimento liga partículas minerais do solo resultando em um envolvimento cimentado dos grãos impedindo seu mo vimento minimizando a plasticidade e aumentando a resistência ao cisalhamento Figura 5 Efeitos da adição de cimento e do tempo de cura na resistência à compressão simples qu das misturas solocimento dependendo do peso específico seco de moldagem γd Fonte BALDOVINO et al 2020 6000 5000 4000 3000 2000 1000 10 8 6 4 C Quantidade de cimento TC Tempo de cura dias qu kPa 2 0 0 5 10 15 20 25 30 6000 6000 6000 5000 5000 5000 4000 4000 4000 3000 3000 3000 2000 2000 2000 1000 1000 1000 0 0 0 0 γd 15 kNm³ γd 16 kNm³ γd 14 kNm³ MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 24 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 24 26112020 104609 A diversidade de resíduos no setor da construção civil permite reutilizálos de diversas maneiras e contribuir com melhorias em várias propriedades dos ma teriais Tijolos de solocimento contendo resíduo de material cerâmico apresen tam maior resistência à compressão em comparação com a dosagem sem resíduo por exemplo Além disso os valores de resistência à compressão em tijolos de solocimento com aditivos e tijolo cerâmico triturado foram mais altos em relação à mistura de solocimento natu ral quando testados evidenciando desta forma a potencialidade do resíduo cerâmico Ensaio de compressão confinada deformação x índice de vazios pressão préadensamento índice de compressibilidade O ensaio de compressão confi nada é utilizado por exemplo para obtenção do préadensamento índice de compressão permeabilidade Parâmetros im portantes nos estudos de solos para construção civil Antes da realização de ensaios de compressão para um estudo experimental da estabilização de um solo siltoso da camada cinza com cimento Portland CP empregando diferentes tempos de cura t por exemplo primeiramente é ne cessário atentar a algumas normativas e realizar alguns procedimentos como Ensaios de caracterização do solo de cor cinza e do cimento granulometria do solo de acordo à norma americana ASTM D2487 Limites de Atterberg do solo de acordo com as normas brasileiras NBR 7180 e NBR 6459 A massa específi ca real dos grãos do solo de acordo com a norma ASTM D854 Massa específi ca real dos grãos do cimento de acordo com a norma bra sileira NBR 16605 As propriedades de compactação do solo nas duas energias tradicionais normal e modifi cada seguindo a norma brasileira NBR 7182 Então após isso realizase a moldagem cura e rompimento dos corpos de prova solocimento submetidos a ensaios de compressão simples A terceira e última etapa consistese na moldagem cura e realização dos ensaios de du MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 25 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 25 26112020 104609 rabilidade por ciclos de molhagemsecagem MS medindo a perda de massa acumulada Pma Então o corpo é submetido ao ensaio de compressão por prensa automática Figura 6 Corpo de prova solocimento após ensaio de compressão simples Fonte BALDOVINO et al 2020 A resistência à compressão simples qu aumenta quando é aumentado o teor de cimento e o tempo de cura O cimento desenvolve fortes ligações entre as partículas minerais do solo resultando em uma matriz cimentada que en volve os grãos A estrutura alveolar da matriz é responsável pela resistência do solocimento A adesão entre as partículas de argila dentro da matriz é bastan te baixa As ligações impedem que as partículas se movam uma em direção a outra minimizando a plasticidade e aumentando a resistência ao cisalhamen to As partículas de argila são coaguladas pela cal liberada durante a hidratação do cimento reduzindo sua afinidade pela água e portanto diminuindo pro priedades de inchamento e encolhimento do solo MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 26 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 26 26112020 104610 CURIOSIDADE Os solos e rochas são constituídos por um ou mais minerais Algumas rochas importantes na Engenharia Civil são comumente confundidas com minerais por exemplo O arenito rocha sedimentar que possui em sua composição principal mente a areia Apresenta em sua maioria minerais de quartzo mas tam bém pode conter mica e feldspato O mármore rocha metamórfica formada a partir do calcário uma rocha sedimentar Ele possui em sua composição minerais de calcita quartzo mica feldspato dentre outros Outro fator de interferência na deformação é o índice de vazios Argilas pré adensadas são aquelas que sofreram solicitação de carga no passado superior àquela atual resultante de diversas situações dentre elas a remoção de camada de solo alteração do nível dágua de diferentes origens geológicas que formam materiais de fundação suportando estradas e pontes para vias permanentes corredores de aeroportos e outras facilidades de transportes Estes solos carac terizamse pela dificuldade inerente da determinação de sua resistência e com pressibilidade Os problemas de fundações envolvem duas causas principais a primeira relacionase com deformações excessivas do solo sendo a compres sibilidade a causa mais importante a segunda caracterizase pela ruptura por escorregamento interior decorrente de insuficiente resistência do solo O recalque ou a deformação final pode ser calculado em termos do índice de vazios sendo este portanto o resultado do produto da variação dos índices de vazios e da altura dos sólidos A deformação pode ser rápida ou lenta dependendo da constituição e do estado em que se encontra o solo tornando este mais ou menos compressivo Figura 7 A compressão pode ocorrer devido à redução do volume devido à eliminação do ar contido no solo compactação ou devido à eliminação da água contida nos vazios adensamento Quando há um incremento de pressão no solo a água nos vazios suporta toda a pressão ou seja a pressão neutra aumenta até um valor igual ao do acréscimo de pressão aplicado Este aumen to da pressão neutra denominase sobrepressão pois se trata da parcela da pressão neutra acima do valor de pressão neutra preexistente Neste instante não há deformações no solo devido ao fato de que apenas tensões efetivas provocam deformações do solo MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 27 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 27 26112020 104610 Figura 7 Deformação rachaduras em um solo Fonte Shutterstock Acesso em 09092020 CITANDO Diversos fatores condicionam a compressibilidade dos solos tais como tipo de solo grau de saturação e estrutura do solo Vai variar de solo para outro a sua compressibilidade pois determinados tipos de solos possuem uma facilidade maior de deslocar suas partículas Às estruturas dos solos se observa o índice de vazios que está diretamente ligado à compressibilidade do solo O grau de saturação está ligado à quantidade de água contida nos solos sendo discrepante a diferença da compressibilidade dos solos com vazios preenchidos de ar e água Todavia a compressibilidade do ar pode interferir na magnitude das deformações ROCHA et al 2018 p 3 Compressão das areias e argilas De acordo com Marangon compressão ou expansão é o processo pelo qual uma massa de solo sob a ação de cargas varia de volume mantendo sua forma Os processos de compressão podem ocorrer por compactação redu ção de volume devido ao ar contido nos vazios do solo e por adensamento re dução do volume de água contido nos vazios do solo MARANGON 2018 p 2 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 28 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 28 26112020 104611 A compressibilidade do solo depende de sua composição granulométrica textura dentre outros A areia não coesiva é altamente permeável possuindo alta capacidade de drenagem tornando a compressibilidade mais rápida Por outro lado as argilas solos coesivos possuem saída de água lenta devido à baixa permeabilidade Portanto as variações de volume devido à compressão deformaçõesrecalques dependerão da ação do tempo levando a um processo de adensamento Assim o tamanho dos grãos interfere na movimentação dos solos dependendo dos espaços vazios índice de vazios Figura 8 Figura 8 Perfil de solo com compactação e trincas em argilas Fonte Shutterstock Acesso em 09092020 Nos solos de granulometria grossa a deformação do corpo sólido envol ve deslocamento de grãos podendo resultar em compressão expansão ou deformação Nos solos finos ou com porcentagem significativa de argilas a compressibilidade é maior devido à combinação de grande área superficial es pecífica atividade coloidal intensa e especial afinidade pela água Existem dois tipos de compressão primária e secundária A compressão primária consiste na dissipação do excesso de pressão neutra ou seja quan do sob uma pressão atuante superior ao peso próprio imposto pelas camadas sobrejacentes e pelo nível dagua o solo expulsa o excesso de pressão neutra levandoo a valores de pressão hidrostática A compressão secundária ocorre após a compressão primária assim esta pode ser expressa como um rearranjo ou reacomodação das partículas sólidas do solo O índice de compressão tendencialmente aumenta com a elevação do teor de finos porque aumentase a plasticidade ocasionada pela argila O aumento MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 29 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 29 26112020 104611 do índice de compressão ocorre até determinado valor limite aproximadamen te 14 de partículas grossas e depois diminui Figura 9 A explicação para tal resultado foi dada a partir da microestrutura formada com a adição de partícu las grossas Quando essas partículas estão presentes em baixas concentrações Figura 9a os grãos encontramse bastante afastados e a compressibilidade é semelhante à da argila Aumentando a concentração até determinado valor li mite Figura 9b ocorre a formação de vazios nas interfaces entre os grãos grossos e finos o que leva ao aumento da com pressibilidade Ao ultrapassar esse limite Figura 9c as partículas grossas e finas começam a formar um esqueleto mais estável reforçado por pontes de argila presentes entre os grãos do material grosso formadas durante a compactação da amostra Figura 9 Variação do Cc com o teor de partículas grossas e esquema da microestrutura Fonte FREIRE 2019 p 63 Esferas 1 mm Esferas 2 mm Pedregulho fino Índice de compressão Cc Porcentagem de volume de partículas grossas 040 a b c 030 020 010 000 0 10 20 30 40 Partículas grossas b c Argila Partículas grossas Vazios entre partículas Vazios entre partículas Pontes de argila Partículas grossas a MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 30 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 30 26112020 104612 Sintetizando Os solos são componentes fundamentais para a execução de qualquer tipo de obra em Engenharia Civil São alicerces para os mais diversos empreendimentos O comportamento mecânico dos solos é influenciado pelas rochas matriz origem granulometria tamanho e quantidade do grão areia argila mine ralogia destacando o quartzo e o feldspato água intemperismo O processo de intemperismo formação de solos pode ser de ordem física química ou biológica dependendo do seu agente causador sendo ele o vento a água chuva ácida microorganismos dentre outros O cisalhamento dos solos implica na ruptura de sua massa ao sofrer determinada tensão A deformação do solo sob ação das cargas é complexa e pode ocorrer de diversas formas como por exemplo por deformação ou deslocamento das partículas sólidas expulsão de ar ou água dos poros vazios Essas deformações podem ser imediatas solos não saturados ou ocorrerem durante um período elevado após a aplicação do carregamento solos saturados Quando há diminuição desses espaços vazios do solo ocorre o adensa mento que seria a junção das partículas do solo areia argila silte matéria orgânica etc O adensamento diferese da compactação por ser um processo de origem geralmente química e biológica causado pela ação de agentes bió ticos componentes químicos que causam desagregação e desestruturação já a compactação advém em sua maioria de agentes físicos como máquinas de uso agrícola e urbano A compactação pode ser mecânica ou manual A tensão ou pressão no solo consiste em aplicar uma força de modo a alongar esticar um determinado corpo aumentando a área desse corpo causando deformação nessa área A tensão e a deformação são diretamente proporcionais e o resultado obtido depende do tipo de material A compressibilidade do solo depende de sua composição granulométrica de sua textura dentre outros fatores A areia não coesiva é altamente per meável assim ela possui alta capacidade de drenagem tornando a compres sibilidade mais rápida Por outro lado as argilas solos coesivos possuem saída de água lenta devido à baixa permeabilidade Portanto as variações de volume devido à compressãodeformaçõesrecalques dependerão da ação MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 31 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 31 26112020 104612 do tempo levando a um processo de adensamento Assim o tamanho dos grãos interfere na movimentação dos solos dependendo dos espaços vazios índice de vazios O ensaio de compressão confinada é utilizado por exemplo para obten ção do préadensamento índice de compressão permeabilidade parâme tros importantes nos estudos de solos para construção civil MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 32 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 32 26112020 104612 Referências bibliográficas ALI N et al Investigation of compressed earth brick containing ceramic waste Parit Raja Malásia 2016 Disponível em httpwwwarpnjournalsorg jeasresearchpapersrp2016jeas04164135pdf Acesso em 09 set 2020 ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 6508 grãos de solo que passam na peneira de 48 mm determinação da massa específica Rio de Janei ro ABNT 1984 ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 7181 solo análise granulométrica Rio de Janeiro ABNT 1984 ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 12051 MB3324 de terminação do índice de vazios máximo de solos não coesivos Rio de Janeiro ABNT 1991 ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 12051 MB3388 Determi nação do índice de vazios mínimo de solos nãocoesivos Rio de Janeiro ABNT 1991 BALDOVINO J A et al Effects of lime addition on geotechnical properties of sedimentary soil in Curitiba Brazil Curitiba 2018 Disponível em ht tpsdoiorg101016jjrmge201710001 Acesso em 09 set 2020 BALDOVINO J A et al Empirical relationships with unconfined compres sive strength and split tensile strength for the long term of a limetrea ted silty soil Curitiba 2018 Disponível em httpsascelibraryorgdoi abs10106128ASCE29MT194355330002378 Acesso em 09 set 2020 BALDOVINO J A et al Optimizing the evolution of strength for limestabi lized rammed soil Curitiba 2019 Disponível em httpsdoiorg101016j jrmge201810008 Acesso em 09 set 2020 BALDOVINO J A et al Equations controlling the tensile and compressive strength ratio of sedimentary soilcement mixtures under optimal com paction conditions Curitiba 2019 Disponível em httpsascelibraryorg doi10106128ASCE29MT194355330002973 Acesso em 09 set 2020 BERNARDES P R Análise tensão x deformação de tunnel liner estudo de caso 2017 74 f Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Enge nharia Civil do Centro Universitário do Sul de Minas UNISMG Varginhas 2017 Disponível em httprepositoriounisedubrbitstreamprefix1271TCC20 220PEDRO20RESENDE20BERNARDESpdf Acesso em 09 set 2020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 33 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 33 26112020 104612 BORGES C RODRIGUES A LIMA P L T Avaliação de solos com adições de cimento em bases e subbases de pavimentos flexíveis ForScience Formi ga v 8 n 1 e00504 janjun 2020 Disponível em httpforscienceifmg edubrforscienceindexphpforsciencearticleview504294 Acesso em 09 set 2020 BRASIL M R Cálculos de recalque por adensamento unidimensional 2015 230 f Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pósgraduação em Engenharia Civil COPPE da Universidade Federal do Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2015 Disponível em httpwwwpeccoppeufrjbrendocuments2 mestrado20152572brasilmrtm15pdf Acesso em 09 set 2020 CAPUTO H P Mecânica dos solos e suas aplicações fundamentos 7 ed Rio de Janeiro LTC 2015 v 1 FONTOURA T B Comportamento tensão deformação e resistência ao cisa lhamento de uma areia de duna cimentada artificialmente 2015 162 f Disser tação de Mestrado apresentada ao curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte Natal 2015 Disponível em httpsreposito rioufrnbrjspuihandle12345678920341 Acesso em 09 set 2020 FREIRE L D V Comportamento mecânico de misturas de areia e finos de um sedimento pósbarreiras da cidade de NatalRN 2019 132 f Disserta ção de Mestrado apresentada ao curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte Natal 2019 Disponível em httpsreposi torioufrnbrjspuihandle12345678927278 Acesso em 09 set 2020 FURLAN A P Estimativa da tensão de préadensamento de argilas satura das através do ensaio de palheta extensão para limites de liquidez superio res a 70 2000 167 f Dissertação de Mestrado apresentada ao curso de Enge nharia Civil da Universidade Estadual de Campinas Campinas 2000 Disponível em httprepositoriounicampbrjspuibitstreamREPOSIP2584871Furlan AnaPaulaMpdf Acesso em 09 set 2020 GUSMÃO A D Estudo da interação soloestrutura e sua influência em recal ques de edificações 1990 165 f Dissertação de Mestrado apresentada ao curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio de Janeiro Rio de Janeiro 1990 Disponível em httphdlhandlenet114223934 Acesso em 09 set 2020 JARAMILLO N A D CASAGRANDE M D T Influência da inserção de fibras de borracha de pneu no comportamento mecânico de um solo arenoso MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 34 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 34 26112020 104612 Belo Horizonte 2016 Disponível em httpsplataformaswgecombrPRO CEEDINGSPDFCB070020pdf Acesso em 09 set 2020 MARANGON M Compressibilidade e adensamento dos solos Juiz de Fora 2018 Disponível em httpswwwufjfbrnugeofiles201306Marangon Capc3adtulo03CompressibilidadeeAdensamento2018atc3a 9pag84pdf Acesso em 09 set 2020 MATTOS E F O D Introdução ao estudo de fundações Salvador Editora Independente 2004 NOGUEIRA G S SANTOS I A BORGES R R S Estudo de permeabilidade de solo estabilizado com cal Curitiba 2020 Disponível em httpswww brazilianjournalscomindexphpBRJDarticleview97278164 Acesso em 09 set 2020 OLIVEIRA A A Avaliação dos parâmetros de adensamento de um solo tropi cal sob influência da adição de rejeito da usina de etanol 2019 80 f Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Goiás Goiânia 2019 Disponível em httprepositorioifgedubrhandleprefix261 Acesso em 09 set 2020 PINTO C S Curso básico de mecânica dos solos 3 ed São Paulo Oficina dos Textos 2006 ROCHA E V G Solo siltoso da formação Guabirotuba reforçado com fibras de polipropileno 2020 70 f Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba 2020 Disponível em httprepositoriorocautfpredubrjspuihan dle116111 Acesso 09 set 2020 ROCHA L Q et al A influência da compressibilidade e adensamento no recalque Mineiros Goiás 2018 Disponível em httppublicacoesunifimes edubrindexphpcoloquioarticleview405 Acesso em 09 set 2020 SANTOS A R MOURA FILHO D C Análise da interação solo e estrutura de um edifício de concreto armado 2017 53 f Trabalho de Conclusão de Curso apresen tado ao curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Cesmac Maceió 2017 Disponível em httpsrvbdtd8080handletede600 Acesso 09 set 2020 THEODORIDOU M et al Amelioration of crushed brick lime composites using nanoadditives Elsevier Amsterdã 2016 Disponível em httpsdoior g101016jcemconcomp201602009 Acesso em 09 set 2020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 35 SERENGCIVMESOAPUNID1indd 35 26112020 104613 COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS SOLOS 2 UNIDADE SERENGCIVMESOAPUNID2indd 36 24112020 160721 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Aprender sobre o adensamento a ruptura e a deformação dos solos Analisar o cálculo de recalque total Conhecer a teoria do adensamento de Terzaghi Aprender sobre a relação entre deformação e tempo Cálculo do recalque total Teoria do adensamento de Terzaghi fluxo unidimensional Relações deformação x tempo Comportamento mecânico dos materiais Definição de ruptura em solos MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 37 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 37 24112020 160721 Cálculo do recalque total Os parâmetros de recalque que são de extrema importância para projetos de fundações levam em consideração diversos fatores os quais precisam ser ana lisados de maneira exata antes de se projetar a fundação de uma edifi cação A famosa Torre de Pisa na Itália é um exemplo das consequências do recalque em fundações Figura 1 Figura 1 Torre de Pisa Itália Fonte Shutterstock Acesso em 26102020 O recalque em uma fundação pode ser entendido como o deslocamento ver tical de sua base em relação a um ponto indissociável um ponto fi xo Isso posto ele ocorre através da variação do volume ou da forma do solo que se encontra abaixo da fundação Fundações são elementos que têm por fi nalidade transmitir as cargas de uma edifi cação para as camadas resistentes do solo sem provocar a ruptura do terre no A escolha do tipo de fundação a ser utilizada em uma edifi cação ocorre em função da intensidade da carga e da profundidade da camada resistente do solo Segundo Caputo os principais tipos de fundação podem ser reunidos em dois grandes grupos fundações superfi ciais rasas ou diretas e fundações profundas ou indiretas 1987 p 173 Assim as Figuras 2 e 3 apresentam os tipos de fundação MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 38 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 38 24112020 160722 Figura 2 Principais tipos de fundação superficial a bloco b sapata c viga e d radier Fonte FALCONI et al 1998 p 215 Figura 3 Tipos de fundação mista a estaca ligada a sapata b estaca abaixo de sapata c radier sobre estacas e d radier sobre tubulões Fonte FALCONI et al 1998 p 215 d c a b a c b d MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 39 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 39 24112020 160722 O recalque das fundações é o afundamento da estrutura em um maciço de solos vertical ou angular causado pela aproximação de partículas e que reduz os vazios água e ar Normalmente o processo é lento em solos finos argila e silte devido aos poros serem menores e necessitarem às vezes de geodrenos também chamados de drenos fibroquímicos formados por materiais sintéticos Cravados verticalmente no solo os geodrenos são frequentemente utilizados para aceleração de recalques em aterros sobre solos moles por possibilitarem a rápida retirada e drenagem das águas intersticiais desses solos resultando em um rápido adensamento com redução de volume recalque e aumento de resistência EXPLICANDO O recalque de fundações bem como o desaprumo de edifícios ocorre em qualquer edificação No entanto é comum que tais deformações tenham pe quenas dimensões e sejam praticamente imperceptíveis a olho nu É neces sário que o recalque esteja dentro do recalque admissível caso contrário ele pode causar danos sérios à estrutura dependendo do tipo e magnitude gerando fissuras ou trincas ruptura de esgotos e galerias e emperramento de portas e janelas além de desaprumo da estrutura como um todo Os geodrenos são constituídos de forma geral por dois componentes o miolo drenante e seu revestimento O revestimento tem como função impedir a entrada de solo no miolo drenante permitindo a passagem de água Já o miolo drenante permite conduzir a água até a superfície do terreno ou camada drenante superficial conforme pode ser observado na Figura 4 Nas areias o recalque se estabiliza rapidamente Dessa maneira os tipos de solos são as causas dos recalques sentidos nas estruturas Figura 4 Sistema de geodrenos Fonte ENGEGRAUT 2015 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 40 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 40 24112020 160723 Conforme Spernau podese escolher o tipo de fundação levando em conta que As cargas da estrutura devem ser transmitidas às camadas de terreno ca pazes de suportálas sem ruptura e no estado limite último As deformações das camadas de solo subjacentes às fundações devem ser compatíveis com as da estrutura no estado limite de utilização A execução das fundações não deve causar danos às estruturas vizinhas Ao lado do aspecto técnico a escolha do tipo de fundação deve se atentar também ao aspecto econômico 1998 p 02 Quando ocorrem grandes recalques diferenciais há tensões internas nas peças estruturais além de desaprumos O ideal é que uma edificação apresen te fundações com recalques absolutos e de ordem de grandeza semelhantes Existem dois tipos de recalques o que ocorre em cada sapata isoladamen te denominado recalque absoluto ρ ou total e o recalque diferencial δ ou relativo que ocorre entre duas sapatas Se o recalque em cada sapata for de 20 cm podese dizer que o recalque absoluto corresponde a esse valor porém o recalque diferencial entre as duas é zero Caso uma sapata apresente recalque de 30 cm e outra apresente um recalque de 20 cm o recalque di ferencial entre as duas será de 10 cm tendo em vista que as duas sofreram recalques diferentes Vale ressaltar que o recalque absoluto ocorre sob a ótica do solo e o dife rencial sob a ótica da estrutura para fins de análises Podese dividir o recalque absoluto em duas parcelas representadas pela equação 1 ρT ρc ρi Em que ρT recalque total ρc recalque por adensamento primário e secundário ρi recalque imediato Considerando que o recalque por adensamento é aquele que acontece princi palmente em argilas saturadas submetidas a carregamentos constantes e o recal que imediato por sua vez ocorre em solos arenosos e não saturados temos que Solos granulares altamente permeáveis variação rápida Solos saturados baixa permeabilidade variação dos volumes mais lenta Os aterros assentes sobre as argilas moles saturadas estão sujeitos a dois tipos de recalque os que ocorrem sob volume constante do terreno de fun 1 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 41 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 41 24112020 160723 dação e aqueles que ocorrem com variação de volume Os que ocorrem sob volume constante são devidos a distorções como por exemplo o recalque ime diato que acontece em aterros rodoviários logo após a implantação Figura 5 Figura 5 Recalque imediato sob aterro rodoviário Fonte BRASIL 2015 p 3 O recalque diferencial δ é dado pela variação dos recalques de dois ele mentos de fundação conforme a equação 2 δ ρ1 ρ2 Em que δ recalque diferencial ρ1 recalque absoluto do elemento 1 ρ2 recalque absoluto do elemento 2 Os danos causados pela movimentação das fundações podem ser divididos em três grupos segundo Milititsky Consoli e Schinaid 2015 Danos arquitetônicos esse grupo é composto por aqueles danos que causam um desconforto visual aos usuários da edificação como desapru mos no prédio e trincas em paredes Danos à funcionalidade esse grupo é caracterizado por danos que ainda não são estruturais mas que complicam a utilização da edificação Por exem plo o desaprumo de um prédio pode inverter inclinações de instalações sani tárias emperrar portas e janelas ou desgastar o uso de elevadores Danos estruturais são danos que por comprometerem a estrutura do edifício põem em risco sua estabilidade Lembrando que o solo não é um material elástico mas está sujeito a sofrer deformidade Assim temos a deformabilidade como a propriedade que a rocha possui de alterar sua forma em resposta à ação de forças Na elasticidade o cor 2 Aterro rodoviário Argila mole saturada MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 42 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 42 24112020 160723 po recupera sua forma original quando as forças aplicadas deixam de agir Por tanto os recalques imediatos não são recuperáveis com os descarregamentos O cálculo dos recalques por compressão unidimensional pode ser feito a partir das curvas de compressão edométrica e da equação 3 s H0 H0 e0 ef e 1 e0 1 e0 ρ σo B 1 v2 E 3 4 5 Em que S recalque por compressão unidimensional e0 índice de vazios inicial de campo ef índice de vazios final após adensamento H0 espessura inicial da camada que vai adensar O recalque pelo índice de vazios pode ser calculado pela equação AH H0 e 1 e0 H0 AH e H0 1 e0 Em que ΔH em função de H0 e0 e Δe H0 a altura de drenagem igual à metade da camada considerada e0 o índice de vazios inicial e delta e é a variação do índice de vazios O índice de vazios é obtido por meio de três ensaios umidade Wn massa específica Pt e massa específica dos sólidos Ps Os recalques na superfície de uma área carregada podem ser expressos pela equação Em que σo pressão uniformemente distribuída na superfície da área carregada E e v módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson respectivamente B largura ou diâmetro da área carregada I coeficiente que leva em consideração a forma da superfície carregada e do sistema de aplicação das pressões As estruturas mais sujeitas a recalques dentre uma série de fatores são aquelas maiores mais altas ou mais pesadas A interação soloestrutura aumen ta à medida que os prédios vão se tornando mais altos No Brasil temos vários l MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 43 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 43 24112020 160723 exemplos de grandes edifi cações que foram construídas ou estão em execução resistindo aos recalques por adensamento como o Yachthose e o One Tower am bos em Balneário Camboriú Assim a estimativa da velocidade de desenvolvimento dos recalques leva em consideração os seguintes fatores Teoria do adensamento de Terzaghi Fator tempo T relacionado com a taxa de adensamento U T Cv tHd2 6 Forma aproximada T p 4 U para U 60 7 T 0933 log1 U 0085 para U 60 8 Teoria do adensamento de Terzaghi fluxo unidimensional A análise de problemas de geotecnia tradicionalmente é realizada com base nos princípios da mecânica dos solos desenvolvidos por Terzaghi na teoria da elasticidade e nos métodos de equilíbrio limite Assim o desenvolvimento tecno lógico das últimas décadas resultou na evolução dos computadores que possibi litaram o uso de métodos numéricos para a análise de problemas de engenharia permitindo a utilização de modelos constitutivos mais complexos No campo da geotecnia programas que utilizam métodos numéricos estão sendo cada vez mais utilizados nas 64 análises de tensões e deformações geradas no solo ou na rocha em diferentes casos e em obras diversas de Engenharia Civil Para condições de deformação unidimensional e fl uxo vertical a teoria do adensamento desenvolvida por Terzaghi e Frölich em 1936 foi um marco sendo utilizada na análise do comportamento de solos compressíveis submetidos a car regamentos verticais Essa teoria propõe uma relação entre os valores de tensão efetiva e índice de vazios de forma que essas grandezas físicas além da deforma ção e pressão neutra possam ser conhecidas em qualquer momento do processo de adensamento e em qualquer posição de camada Terzaghi desenvolveu um procedimento para a determinação dos parâme tros básicos de compressibilidade de solos em ambiente de laboratório Foi ele quem descreveu as bases do ensaio edométrico incremental ou SIC Standard MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 44 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 44 24112020 160723 Incremental Consolidation posteriormente padronizado por Taylor em 1942 No Brasil esse ensaio foi normatizado em 2015 pela NBR 12007 Solo ensaio de adensamento unidimensional método de ensaio ABNT 1990 e tem duração prevista entre 10 e 15 dias A curva tensão e deformação vertical representada pelo índice de vazios não é contínua o que pode dificultar a definição da tensão de préadensamento uma vez que é obtida a partir do ajuste aos pontos adquiridos no ensaio É perceptível também que a velocidade de adensamento no campo é maior que a verificada no ensaio de laboratório em função da maior permeabilidade in situ e de diferentes condições de drenagem lateral SOARES 1997 Ademais é importante ressaltar que o ensaio de Terzaghi não é aplicável a solos muito moles e com alto teor de umidade posto que os dispositivos não vedam a passagem dos sólidos mistura dos à água LIMA 1996 Isso posto o desenvolvimento da teoria do adensamento de Terzaghi é basea do nas seguintes hipóteses MENEZES 2017 O solo é homogêneo e completamente saturado A água e os grãos são incompressíveis O escoamento obedece à lei de Darcy e se processa na direção vertical O coeficiente de permeabilidade se mantém constante durante o processo O índice de vazios varia linearmente com o aumento da tensão efetiva durante o processo de adensamento A compressão é unidirecional e vertical e devese à saída de água dos es pações vazios As propriedades do solo não variam durante o adensamento ASSISTA Saiba mais sobre a lei de Darcy assistindo ao vídeo Me salva ANS02 permeabilidade lei de Darcy mecânica dos solos do canal Me Salva ENEM 2020 Nele vemos uma explicação completa e didática sobre o tema Segundo a teoria de Terzaghi a estabilização das leituras de deslocamen to vertical corresponde ao término do adensamento para esse estágio TER ZAGHI PECK 1948 Caso esteja utilizandose o anel fixo ao final de cada es tágio de carregamento podese realizar o ensaio de permeabilidade para a MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 45 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 45 24112020 160723 determinação do coeficiente de permeabilidade do solo referente ao índice de vazios do estágio A equação fundamental do adensamento foi desenvolvida por Terzaghi e Frölich em 1936 e permite calcular a distribuição do excesso de poropressão em um ponto dentro da massa de solo em qualquer instante e sujeito a um processo de adensamento unidimensional 9 ue 2ue kv 1 e t z2 av γw 10 11 12 cv k k1 e mv γw av γw av e σv mv av 1 e Em que ue excesso de poropressão no tempo t t tempo kV coeficiente de permeabilidade vertical e índice de vazios aV coeficiente de compressibilidade γw peso específico da água z distância vertical entre um ponto e a superfície de aplicação do carregamento A adoção de um coeficiente como constante do solo constitui a hipótese h Portanto temse Em que cv coeficiente de adensamento L² T1 av coeficiente de compressibilidade eσv mv coeficiente de compressibilidade volumétrica eσv O coeficiente de compressibilidade av e o coeficiente de variação volumétri ca mv são definidos como Em que e variação do índice de vazios σV variação da tensão vertical efetiva MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 46 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 46 24112020 160723 Portanto a equação básica da teoria do adensamento de Terzaghi é dada pela equação 13 ue cv 2ue t z2 13 A solução da equação 13 é obtida impondose as condições de contorno para o caso do adensamento unidimensional que são 1 z 0 u 0 2 z 2Hd u 0 3 t 0 u u0 Relações deformação x tempo Os solos quando submetidos a determinada carga sofrem recalques em maior ou menor grau dependendo de suas propriedades e intensidade do carregamento CALISTO KOSWOSKI 2015 Esses recalques tendem a cessar ou estabilizarse após um período mais ou menos prolongado que depende das peculiaridades geotécni cas dos solos Já as deformações que ocorrem devido à ação de cargas atuantes ten dem a ser menos ou mais intensas a depender do tempo que permanecem sob ten são Quanto maior o tempo de ação da carga atuante em determinado corpo maior a deformação sofrida considerando também a força e o tamanho da carga aplicada O Gráfi co 1 mostra a variação das deformações ao longo do tempo que aumen tam conforme aumenta a carga aplicada quanto à superposição GRÁFICO 1 DEFORMAÇÃO X TEMPO COM FORÇAS DE 30 NN 70 NN E 100 NN VERIFICANDO A SUPERPOSIÇÃO Fonte MACEDO et al 2018 p 1742 18000 Deformação 106 m 100 nN 16000 14000 12000 1000 8000 Deformação de 30 nN 70 nN 30 nN 70 nN 6000 4000 Tempo s 2000 000 0 10 15 5 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 47 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 47 24112020 160723 O Gráfi co 2 mostra a mesma variação considerando a homogeneidade GRÁFICO 2 DEFORMAÇÃO X TEMPO COM FORÇAS DE 70 NN E 100 NN VERIFICANDO A HOMOGENEIDADE Fonte MACEDO et al 2018 p 1742 Ambas demonstram que quanto maior a ação do tempo mais sujeito à deformação está o solo Essa deformação quando agravada pelo aumento das cargas aplicadas pode causar a ruptura do solo Como alternativa a essas ações temos os reforços que podem ser alocados ao solo como o uso de ligan tes e geossintéticos Os solos reforçados com geossintéticos têm resultados muito efi cientes no dimensionamento de estruturas e apresentam deforma ções pouco signifi cativas ao longo do tempo Comportamento mecânico dos materiais A resistência dos materiais baseiase em hipóteses como o material é con tínuo onde o corpo não possui cavidades ou espaços vazios o material é válido em nível macro e microscópico poros vazios discordâncias Figura 6 o mate rial é homogêneo e o material é isotrópico 18000 30 7030 Tempo s Deformação 106 m 30 nN 70 nN 16000 14000 12000 1000 8000 6000 4000 2000 000 0 5 10 15 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 48 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 48 24112020 160723 Figura 6 Continuidade de material de solo Fonte REGO FARIA 2019 p 09 Todo material possui um comportamento mecânico devido a suas proprie dades mecânicas Esse comportamento envolve ductilidade fragilidade ten sões aplicadas sobre eles tenacidade e resiliência Esse comportamento pode ser calculado por meio do diagrama de tensãodeformação e essas proprie dades são muito importantes nas estruturas dos materiais configurandose como alvo de estudo da engenharia Com relação aos materiais de origem natural apesar de existirem estudos que incidam sobre a utilização de fibras ou outros agentes de reforço de origem natu ral há a necessidade de se desenvolver estudos mais aprofundados conducentes à caracterização do comportamento mecânico desses materiais Portanto essa é uma área de investigação emergente Ademais a utilização de materiais compos tos ou seja combinados entre si possui vantagens TOMAR 2018 Segundo Ferreira 2015 as vantagens dos materiais compósitos no que diz respeito às propriedades mecânicas devemse à excelente relação entre a resistência à tração e o módulo de elasticidade com a densidade dos materiais que têm excelente relação resistência peso ou rigidez peso Dependendo do tipo de força aplicada um material pode ser impactado ou tracionado de acordo com sua ductilidade Devese ressaltar que a ductilida de é a capacidade de um material se deformar até romper Assim um material Dendendum Processo de densificação 100 μm 100 μm 50 μm Arremesso Termo aditivo PMS PMD MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 49 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 49 24112020 160724 dúctil é aquele que se deforma bastante até seu rompimento Sabese que o valor da ductilidade pode ser calculado por meio das equações 14 15 e 16 CURIOSIDADE O aumento da ductilidade do solo com a adição de fibras é uma observa ção feita em caráter unânime por diversos autores considerandose que a forma e o ponto de ruptura do solo são grandemente alterados pela inclusão de fibras diversas Assim as fibras atuam como elementos de reforço melhorando seu comportamento mecânico para menores defor mações e fissuração Índice de ductilidade de flecha μδ δu δy 14 Índice de ductilidade de curvatura μk ku ky 15 Índice de ductilidade de rotação μφ φu φy 16 Em que δu a flecha na carga de ruptura δy a flecha quando há tensão de escoamento do aço da armadura longitudinal ku a curvatura devido ao momento proveniente da carga de ruptura ky a curvatura devido ao momento quando há escoamento da armadura longitudinal θu a rotação devido ao momento proveniente da carga de ruptura θy a rotação devido ao momento quando há escoamento da armadura longitudinal A fragilidade indica que um material sofrerá pouca ou nenhuma deforma ção plástica Esse material frágil apresenta um módulo de elasticidade bem maior que os materiais dúcteis sendo mais difícil de ser deformado por tração ou compressão Por possuir comportamento linear ao chegar à deformação plástica logo se rompe Sabese que quando aplicamos uma tensão em um material ele sofre de terminada transformação impacto ou ruptura Um material que se deforma por mais tempo até atingir o ponto de ruptura é mais dúctil do que aquele que se rompe em um tempo menor se submetido à mesma tensão Assim aquele que se rompe com mais facilidade é considerado frágil com pouca deformação plástica MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 50 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 50 24112020 160724 A tenacidade tem o comportamento parecido com o da resiliência resultan do na energia total que o material pode receber até se romper Em um gráfico de tensãodeformação o material recebe tensão até chegar ao regime elástico no valor de tensão de escoamento tendo deformação plástica até chegar ao valor de ruptura Com tenacidade o material tem energia total do início ao final da deformação a qual pode ser calculada por meio de um ensaio de Charpy EXPLICANDO O ensaio de Charpy mede a quantidade de energia absorvida pelo impacto de um martelo ou pêndulo de energia total conhecida contra um corpo de prova padronizado em determinada temperatura A resiliência consiste na energia armazenada pelo material na fase elástica ou seja a energia que o corpo vai acumulando enquanto sofre deformação Um material resiliente sofre deformação armazena energia e não se rompe facilmente Se a tensão aplicada sobre esse material for retirada ele poderá voltar à sua forma original Dessa forma a resiliência pode ser calculada mate maticamente pela equação Ur σe2 2E O reforço dos materiais do solo modifica seu comportamento mecânico como ocorre na adição de fibras por exemplo Os materiais que têm sua composição re forçada por partículas ou fibras apresentam grandes diferenças de comportamento mecânico quando conjugados com uma matriz FERREIRA 2015 No caso das partícu las a matriz torna o material em um só sólido concedendo a geometria pretendida Já no caso das fibras a matriz vai funcionar como um aderente que une todas elas obtendo o mesmo comportamento que proporciona um aumento da resistên cia global do material Na Tabela 1 há o módulo de resiliência para alguns materiais comerciais Material Ur N mmmm3 Aço baixo carbono 0182 TABELA 1 MÓDULO DE RESILIÊNCIA EM JOULE POR METRO CÚBICO JM3 QUE É EQUIVALENTE AO PASCAL NMM3 17 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 51 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 51 24112020 160724 Aço inoxidável 0322 Ferro fundido 0184 Tungstênio 1231 Cobre 00145 Alumínio 00116 Concreto 0004 PVC 3375 Fonte SOUZA 1982 np Adaptado O comportamento mecânico varia entre os diferentes materiais conforme sua composição e por conveniência os materiais utilizados na engenharia são classifi cados em três grandes grupos Materiais metálicos em geral são bons condutores elétricos são mecanica mente resistentes são dúcteis e em sua maioria mantêm essas características mesmo quando submetidos a altas temperaturas Materiais polimétricos a maioria consiste em cadeias carbonadas de gran de extensão e a resistência mecânica e a ductilidade variam enormemente en tre os diferentes plásticos São maus condutores elétricos e justamente por isso são frequentemente utilizados como isolantes Materiais cerâmicos são elementos inorgânicos Sua grande maioria apre senta alta dureza e elevada resistência mecânica mesmo a elevadas tempera turas No geral apresentam grande fragilidade e baixa resistência a impactos Definição de ruptura em solos A ruptura diferese do recalque devido ao fato de ser abrupta e catastrófi ca ao passo que o recalque ocorre lentamente Isso posto o solo possui vários modos de ruptura sendo que a ruptura generalizada ocorre em solos mais resistentes com sapatas sufi cientemente rasas e que tombam formando uma protuberância na superfície do terreno A ruptura por puncionamento ocorre quando o elemento de fundação per fura a camada subjacente Com o aumento da carga ocorre o cisalhamento do solo no contorno da fundação e o movimento vertical de afundamento da estrutura imediatamente abaixo da fundação não interferindo signifi cativa mente no solo fora da área carregada VELLOSO LOPES 2011 Comum em so MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 52 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 52 24112020 160724 los mais deformáveis não apresenta tombamento embora haja a penetração cada vez maior da sapata devido à compressão do solo subjacente o que pode fazer com que os recalques sejam incessantes Esse tipo de ruptura ocorre tan to em solos muito resistentes quanto naqueles menos resistentes A ruptura local ocorre em solos com condições intermediárias de média compacidade ou consistência como argilas misturadas com areia e em regiões imediatamente abaixo da fundação Nesse caso também não há tombamento da estrutura Em estudos de ruptura em solos trabalhase com o conceito de envoltória de ruptura ou de resistência que define o lugar geométrico dos estados de tensão na ruptura variando em função do tipo de ensaio condições de drena gem velocidade de ensaio direção do ensaio trajetória de tensões e compaci dade da amostra Então quando se obtém estados de tensão inferiores aos da envoltória dizse que há estabilidade nos procedimentos A região acima da envoltória corresponde a estados de tensão impossíveis de ocorrer Para a ruptura no caso existem alguns critérios critério de Rankine critério de Tresca critério de Mohr e critério de MohrCoulomb Assim é possível observar alguns valores de exemplos de critérios e de rupturas em solos na Tabela 2 Ensaio σ3 σ1 Rankine Tresca MorhCoulomb σ1 σ32 σ1 σ32 1 10 49 49 195 295 195 2 20 90 90 35 55 35 3 10 1934 1934 467 1467 467 4 20 39 39 95 295 95 5 10 302 302 101 201 101 6 20 56 56 18 38 18 7 20 354 354 77 277 77 8 25 716 716 233 483 233 9 10 192 192 46 146 46 10 20 464 464 132 332 132 11 10 262 262 81 181 81 TABELA 2 EXEMPLO DE ENSAIOS EM SOLOS DADOS EM KPA Fonte GERSCOVICH 2010 p 7 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 53 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 53 24112020 160724 Almeida 2016 ao realizar um ensaio geotécnico e análise de estabilidade da Encosta Bela Vista no município de Ipojuca constatou que as estabilida des apresentaram fatores de segurança na condição natural e inundada Para contornar essas adversidades as empresas especializadas dispõem de várias metodologias para a estabilização de encostas Quando solos coesivos são analisados a ruptura dos torrões em partículas individuais pode ser difícil sendo necessária a lavagem com água através de peneiras DANTAS 2019 As porções retidas são coletadas separadamente e secadas em estufa para medição da massa retida em cada peneira A sobre posição de tensões atuantes resultaria em esforços superiores aos previstos no projeto de fundações e consequentemente poderia levar à ocorrência de recalques diferenciais indesejáveis ou mesmo à ruptura do solo As rupturas dependem muito da coesão dos solos Estradas barrentas por exemplo são secas duras e rígidas nos períodos de inverno mas nos períodos chuvosos são moles plásticas e barrentas em função de suas características argilosas Assim um solo argiloso é um solo coesivo indicando que há atração entre suas partículas Figura 7 Essa atração ocorre por três principais fontes cimentação atração eletrostática e eletromagnética e ligação e adesão de va lência primária Figura 7 Solo argilosobarrento Fonte Shutterstock Acesso em 26102020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 54 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 54 24112020 160725 Em um solo argiloso a coesão é afetada e diretamente proporcional à su perfície específi ca do solo m2kg que é a soma de todas as áreas de suas partículas sendo esta maior em solos específi cos Ela também é afetada pela quantidade de água presente no solo A maior coesão ocorre quando há um fi lme fi no de água nos grãos fazendo com que as moléculas de água atuem como um ímã Se houver muita água essas mo léculas irão se afastar e menor será a força de atração entre elas Isso ocorre na maioria das vezes no período de inverno podendo ocasionar problemas de ruptura de solo e acidentes que necessitam de tratamento e enrijecimento de solos moles como o uso de geodrenos para expulsar a água e aumentar a resistência ao cisalhamento As Figuras 8 e 9 mostram exemplos de ruptura de solos de encostas e um processo de estabilização Figura 8 Cicatriz de ruptura circular em corte realizado em encostas de Santa Clara Fonte VITAL et al 2016 p 283 Figura 9 Estabilização de encosta Fonte TECNOGEO GROUND 2018 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 55 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 55 24112020 160726 Sintetizando Neste livrotexto vimos os principais conceitos de recalque em fundações além de conhecer cada um dos tipos de recalque que podem ocorrer em uma edificação tanto sob a ótica de solos quanto sob a ótica de estruturas Assim o recalque ocorre quando uma edificação sofre rebaixamento devido ao adensa mento do solo sob sua fundação Além disso relacionamos alguns pontos importantes a respeito de recalque em projetos de fundações estudamos a teoria de adensamento de Terzaghi vi mos as relações de deformação ao longo do tempo entendemos o comportamen to mecânico dos materiais e estudamos a definição de ruptura em solos O processo de consolidação é explicado com um sistema idealizado por Ter zaghi em que o solo é representado por uma mola cuja deformação é proporcio nal à carga sobre ela aplicada O solo saturado pode então ser imaginado como uma mola dentro de um cilindro cheio de água O cilindro tem um pequeno furo em seu êmbolo por onde a água pode sair lentamente representando assim sua baixa permeabilidade Por fim vimos também como ocorrem as deformações ao longo do tempo assim como o comportamento mecânico de cada material e as rupturas em deter minados tipos de solos MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 56 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 56 24112020 160726 Referências bibliográficas ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 12007 Solo Ensaio de adesamento unidimensional Método de ensaio Rio de Janeiro 1990 ALMEIDA R O Estudo geotécnico e análise de estabilidade da encosta bela vista no município de IpojucaPE 2016 Disponível em httpsrepositorio ufpebrbitstream123456789292261DISSERTAc387c383O20Ricar do20Oliveira20de20Almeidapdf Acesso em 30 out 2020 BRASIL M R Cálculos de recalque por adensamento unidimensional 2015 Disponível em httpwwwcocufrjbresdocuments2mestrado2015 2572brasilmrtm15pdf Acesso em 30 out 2020 CALISTO A KOSWOSKI R Efeito do recalque diferencial de fundações em estruturas de concreto armado e alvenaria de vedação estudo de caso 2015 35 f Trabalho de Conclusão de Curso Engenharia de Produção Civil Uni versidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba 2015 Disponível em http repositoriorocautfpredubrjspuibitstream139301CTEPC2014203 pdf Acesso em 26 out 2020 CAPUTO H P Mecânica dos solos e suas aplicações mecânica das rochas fundações obras de terra 6 ed Rio de Janeiro LTC 1987 DANTAS W N Investigação e análise de ruptura do subsolo de fundações superficiais estudo de caso no município de MossoróRN 2019 121 f Tra balho de Conclusão de Curso Engenharia Civil Universidade Federal Rural do Semiárido Caraúbas 2019 Disponível em httpsrepositorioufersaedubr bitstreamprefix29872WANDICKNDMONOpdf Acesso em 26 out 2020 ENGEGRAUT Drenos verticais 2015 Disponível em httpswwwengegraut combrservicosdrenosverticais Acesso em 29 out 2020 FALCONI F F et al Fundações teoria e prática 2 ed São Paulo Editora Pini 1998 FERREIRA F G Estudo da delaminação em compósitos de epóxido refor çado com borracha e fibras naturais 2015 120 f Dissertação de Mestrado Engenharia Mecânica Instituto Superior de Engenharia do Porto Porto 2015 Disponível em httpsrecippippptbitstream104002281481DMFilipe Ferreira2015MEMpdf Acesso em 26 out 2020 GERSCOVICH D M S Resistência ao cisalhamento 2010 Disponível em httpwwwenguerjbrdenisepdfresistenciacisalhamentopdf Acesso em 30 out 2020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 57 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 57 24112020 160726 LIMA P P Ensaios oedométricos com taxa de deslocamento constante em solos muito moles 1996 110 f Dissertação de Mestrado Engenharia Civil Universidade Federal de Viçosa Viçosa 1996 MACEDO T F et al Procedimento experimental para obtenção de proprieda des viscoelásticas do ligante com o uso do AFM In Congresso de Pesquisa e Ensino em Transporte da ANPET 32 2018 Gramado Anais Grama ANPET 2018 10 f MENEZES A C C Análise do comportamento de rejeitos de mineração de ferro submetidos ao ensaio HCT 2017 88 f Dissertação para Master of Scien ce Engenharia Civil Universidade Federal de Viçosa Viçosa 2017 Disponível em httpswwwlocusufvbrbitstreamhandle12345678911526texto20 completopdfsequence1 Acesso em 26 out 2020 ME salva ANS02 permeabilidade lei de Darcy mecânica dos solos Postado por Me Salva ENEM 2020 08min 05s son color port Disponível em ht tpswwwyoutubecomwatchvA9B86mBWf3Et7s Acesso em 26 out 2020 MILITITSKY J CONSOLI N C SCHINAID F Patologias das fundações 2 ed rev ampl São Paulo Oficina de Textos 2015 SILVA C P Ensaio de adensamento com deformação controlada CRS de senvolvimento de uma ferramenta para análise e interpretação dos resultados 2018 103 f Dissertação para Master of Science Engenharia Civil Universida de Federal de Viçosa Viçosa 2018 Disponível em httpswwwlocusufvbr bitstreamhandle12345678920118texto20completopdfsequence1i sAllowedy Acesso em 26 out 2020 SOARES J M D Estudo do comportamento geotécnico do depósito de ar gila mole da Grande Porto Alegre 1997 Disponível em httpswwwlume ufrgsbrbitstreamhandle1018312910000156871pdfsequence1isAllo wedy Acesso em 30 out 2020 SOUZA S A Ensaios mecânicos de materiais metálicos fundamentos teóri cos e práticos sl Editora Blucher 1982 SPERNAU W Notas de aula Estruturas de fundações Florianópolis Universi dade Federal de Santa Catarina 1998 TECNOGEO GROUND Estabilização de encostas 2018 Disponível em ht tpswwwtecnogeocombrestabilizacaoencostas Acesso em 29 out 2020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 58 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 58 24112020 160726 TERZAGHI K PECK R B Mecânica dos solos na prática da engenharia 1 ed Rio de Janeiro Ao Livro Técnico 1948 TOMAR S M Comportamento mecânico de materiais compósitos de ori gem natural 2018 126 f Tese de Mestrado Engenharia Mecânica Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Lisboa 2018 Disponível em httpsre positorioiplptbitstream104002196791DissertaC3A7C3A3opdf Acesso em 26 out 2020 REGO R FARIA A R Comportamento dos materiais metálicos 2019 Dispo nível em httpwwwmecitabrarfariaMT71702pdf Acesso em 29 out 2020 VELLOSO D A LOPES F R Fundações critérios de projeto investigação do subsolo e fundações superficiais 2 ed atual São Paulo Oficina de Textos 2011 v 1 VITAL S R O et al Base cartográfica digital como instrumento para a identi ficação de áreas suscetíveis à erosão e movimentos de massa em João Pessoa PB Brasil Revista Geográfica de América Central João Pessoa v 2 n 57 p 261287 2016 Disponível em httpswwwrevistasunaaccrindexphpgeo graficaarticleview8903 Acesso em 26 out 2020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 59 SERENGCIVMESOAPUNID2indd 59 24112020 160726 TEORIAS E ENSAIOS MECÂNICOS 3 UNIDADE SERENGCIVMESOAPUNID3indd 60 24112020 171518 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Compreender as teorias sobre a mecânica dos solos Entender sobre as práticas e ensaios mecânicos dos solos Aspectos teóricos de estabilidade de taludes e empuxos de terra Resistência ao cisalhamento e a teoria de MohrCoulomb Ensaios triaxial e de cisalhamento direto Interpretações dos ensaios de resistência e obtenção de parâmetro de resistências e deformabilidade Comportamento das areias e das argilas e trajetórias de tensão Métodos de cálculo de estabilidade de taludes e considerações gerais MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 61 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 61 24112020 171518 Aspectos teóricos de estabilidade de taludes e empuxos de terra Um talude consiste em qualquer superfície inclinada que limite uma porção de terra Figura 1 Estes podem ser naturais como por exemplo as encostas ou artifi ciais como os cortes e aterros A estabilidade de um talude é de suma impor tância para a engenharia civil estando prevista na NBR 11682 Prescreve os requisitos exigíveis para o estudo e controle da estabi lidade de encostas e de taludes resultantes de cortes e aterros rea lizados em encostas Abrange também as condições para estudos projeto execução controle e observação de obras de estabiliza ção Não estão incluídas nesta Norma os requisitos específi cos apli cáveis a taludes de cavas de mineração e a taludes de barragens de subsolos de prédios e de cavas de metrô a aterros sobre solos moles e de encontro de pontes bem como qualquer outra situação distinta que não envolva encostas ABNT 1991 p 1 Essa estrutura é utilizada principalmente para evitar rupturas de solo e desli zamentos devido à ação da gravidade onde possa haver colapsos iminentes ou consumados Figura 1 Talude em viaduto Fonte Shutterstock Acesso em 05112020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 62 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 62 24112020 171519 Segundo Tabalipa e Fiori 2008 p 388 os escorregamentos podem ser definidos como todo e qualquer movimento que envolva materiais ter rosos ou rochosos que por qualquer causa processos ou velocidades so frem deslocamentos induzidos pelo agente gravidade Como principais causas de deslizamento podemos citar as mudanças no carregamento externo como escavações no pé do talude construções no topo do talude e empuxo e redução da resistência ao cisalhamento do solo como intemperismo poropressão De forma a evitar o deslocamento de massas em caso de construções utilizase o muro de arrimo que ne cessita de manutenção com uso de filtros de água e drenos Como exemplos de deslizamentos é possível mencionar o que ocorreu na região serrana do Rio de Janeiro e Cubatão região da Serra do Mar em São Paulo em 2011 Todos esses exemplos envolvem aspectos ambientais tais como quei madas desmatamento uso e ocupação indevida do solo que potencia lizam a instabilidade de áreas de serras morros e montanhas O ideal é que tais regiões não sejam ocupada e caso já tenha ocorrido é preciso remanejar ou monitorar as ocupações já existentes Ainda segundo Tabalipa e Fiori 2008 a estabilidade de uma encosta em seu estado natural é condicionada por características geométricas ca racterísticas geológicas e pelo ambiente fisiográfico no qual são inseridos o clima a cobertura vegetal entre outros Assim o desmatamento reduz a segurança de encostas pois cessa a proteção do solo pela cobertura vegetal reduz os efeitos mecânicos do sistema radicular e permite efeitos climáticos diretos sobre o solo Com o uso de estradas é necessária a estabilidade de taludes feitos por meio de projetos manuais ou softwares como o Geoslope americano e o Geo5 brasileiro As regiões montanhosas como no Nordeste possuem problemas de estabilidade devido ao crescimento habitacional A norma NR 18 criada em 1978 apresenta portanto como objetivo Estabelecer diretrizes de ordem administrativa de planeja mento e de organização que visam à implementação de me didas de controle e sistemas preventivos de segurança nos processos nas condições e no meio ambiente de trabalho na indústria da construção BRASIL 1978 p 2 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 63 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 63 24112020 171519 A norma indica que todos os taludes instáveis acima de 125 m preci sam de estabilidade assim como os taludes em geral com altura maior do que 175 m Tal estabilidade de taludes pode ser gerada pela utilização de materiais alternativos que apresentam resistência maior que o solo apre sentandose como alternativas de baixo custo e ecologicamente corretas como pneus usados e bambus Estruturas de contenção como estacasprancha e muros de arrimo de mandam estudos para análise de empuxo de terra Esse tipo de empuxo consiste em uma força horizontal produzida por uma massa de solo sobre estruturas de contenção e é representado por cálculos de tensões hori zontais É de suma importância em obras e estudos geotécnicos Existem três tipos de empuxo Empuxo em repouso encontrase em equilíbrio elástico estático ou geostático em que sua massa de solo não sofre deformação Tem ca racterísticas como camadas e subcamadas horizontais além de pouca variação das camadas de solo horizontalmente Empuxo ativo a massa de solo sofre uma tensão horizontal devido ao afas tamento da estrutura de contenção ocorrendo deformação lateral do solo Empuxo passivo a estrutura se move em direção ao solo que sofre uma compressão e um aumento da tensão horizontal As estruturas de contenção mais usuais são as em concreto armado ou ciclópico BARBOSA et al 2020 Mas atualmente em razão do aumento da altura e da instabilidade do solo a se conter ou em caso de solos de fundação menos competentes em razão do custo buscase pela utilização de outros métodos dos quais destacamse os muros de gravidade que podem ser construídos de pedra ou concreto gabiões dentre outros Acerca dos muros de concreto ciclópico entendese que os mesmos são mais interessantes economicamente não ultrapassando o limite de 4 m Tratase de muros de gravidade constituídos por concreto simples e pedras de mão lançados nas fôrmas previamente pre paradas e escavadas seguindo as dimensões previstas em projeto SÃO PAULO 2006 p 3 É importante atentar para o sistema de drenagem uma vez que a estrutura é impermeável MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 64 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 64 24112020 171519 Resistência ao cisalhamento e a teoria de MohrCoulomb A determinação da resistência aos esforços cisalhantes nos solos é fundamen tal para compreender a mecânica dos solos O cisalhamento representa a resis tência ou não resistência do solo a esforços cisalhantes sendo que tal esforço axial ou normal causa ruptura e cortes no solo Os esforços cortantes são resistidos pelos extremos do solo cuja resistência é importante para a manutenção da esta bilidade dos mesmos Como exemplos de aplicação dos estudos de cisalhamento existem projetos de muros de arrimos e contenções análises de segurança de barragem e taludes e capacidade de cargas de fundações rasas Vale ressaltar que a resistência de um solo é infl uenciada por coesão e atrito entre os grãos A coesão é uma força entre partículas que faz com que um solo se mantenha aberto durante uma perfuração Ocorre em solos mais argilosos como os solos da região de Cascavel no estado do Paraná A coesão se dá apenas com a aderência de água aos grãos podendo variar por dois tipos coesão aparentetemporária e coesão verdadeira A coesão aparente está presente em todos os tipos de solo e se dá em de corrência da capilaridade de solos presente em solos fi nos e arenosos como no litoral onde o efeito é mais visível Se molharmos um solo perceberemos que seu efeito de coesão é maior e portanto é possível moldálo CURIOSIDADE Ao construir castelinhos de areia a adição de água permite sua moldagem uma vez que ela cria ligação entre os grãos arenosos devido às pontes de hidrogênio É possível concluir portanto que essa situação se trata da coe são aparente que é resultado da tensão superfi cial da água nos capilares do solo formando meniscos de água entre as partículas dos solos parcial mente saturados que tendem a aproximálas entre si SILVA CARVALHO 2007 p 854 Após a infi ltração da água no solo ou evaporação e sem resistência ao cisalhamento a construção do castelinho pode desmoronar A coesão verdadeira está presente no solo naturalmente desde sua forma ção Em razão da água agregada no grão consta sempre em solos fi nos como as argilas e siltes e é responsável pela formação de fl ocos de solos Isso acon tece porque a água derivada da ligação fraca de pontes de hidrogênio é adsor vida sendo responsável pelas perfurações no solo manteremse estáveis MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 65 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 65 24112020 171519 A resistência por atrito entre as partículas depende do coefi ciente de atri to e pode ser defi nida como a força tangencial necessária para ocasionar o deslizamento de um plano em outro paralelamente a este O atrito é o maior infl uente na resistência ao cisalhamento dos materiais ou seja quanto maior o grão maior o atrito entre eles Ele funciona conforme a lei de Coulomb que estabelece que quanto maior a tensão normal maior é a resistência ao cisa lhamento do solo Por exemplo ao colocarmos uma cadeira sob um solo preci samos aplicar determinada tensão nessa cadeira e ao colocarmos uma pessoa sentada sobre ela a força exercida para empurrar a cadeira precisa ser maior Solos pedregulhosos possuem um maior atrito do que os de grãos argilosos uma vez que possuem maior angulação chegando a quase 40 graus Para estudar e analisar a resistência ao cisalhamento temos os ensaios Eles podem ser de campo palheta ou vane shear test penetração estática do cone CPT ou deep sounding e pressiométrico câmara de pressão no furo de son dagem Podem ainda ser ensaios de laboratório compressão simples cisa lhamento direto e ensaio de compressão triaxial Tipo de Ensaio Tipo de solo Principais características que podem ser determinadas Melhor aplicável Não aplicável Ensaio padronizado de penetração SPT Granulares Avaliação qualitativa do estado de compacidade ou consistência Comparação qualitativa da estratigrafi a do subsolo Ensaio de penetração es tática do cone CPT Granulares Avaliação contínua da compacidade e resistência de solos granulares Avaliação contínua de resistência não drenada de solos argilosos Ensaio de palheta Coesivos Granulares Resistência não drenada de solos argilosos Ensaio pressiométrico Granulares Coefi ciente de empuxo no repouso compressibilidade e resistência ao cisalhamento Ensaio não determina c eou φ QUADRO 1 PRINCIPAIS ENSAIOS DE CAMPO DISPONÍVEIS E SUAS CARACTERÍSTICAS Ensaio padronizado de penetração Ensaio padronizado de penetração padronizado de penetração SPT padronizado de penetração SPT de penetração Ensaio de penetração es Ensaio de penetração es tática do cone Ensaio de penetração es tática do cone Granulares penetração es tática do cone CPT Granulares penetração es tática do cone CPT Ensaio de Granulares Ensaio de palheta Ensaio de palheta Granulares palheta Ensaio pressiométrico Granulares Ensaio pressiométrico Granulares pressiométrico Granulares pressiométrico Coesivos pressiométrico Coesivos Coesivos Granulares Avaliação qualitativa do Granulares Avaliação qualitativa do estado de compacidade ou Granulares Avaliação qualitativa do estado de compacidade ou consistência Comparação qualitativa da estratigrafi a Granulares Avaliação qualitativa do estado de compacidade ou consistência Comparação qualitativa da estratigrafi a Avaliação qualitativa do estado de compacidade ou consistência Comparação qualitativa da estratigrafi a Granulares Avaliação qualitativa do estado de compacidade ou consistência Comparação qualitativa da estratigrafi a do subsolo Avaliação contínua da compacidade e resistência Granulares Avaliação qualitativa do estado de compacidade ou consistência Comparação qualitativa da estratigrafi a do subsolo Avaliação contínua da compacidade e resistência Granulares Avaliação qualitativa do estado de compacidade ou consistência Comparação qualitativa da estratigrafi a do subsolo Avaliação contínua da compacidade e resistência de solos granulares Avaliação contínua de resistência não drenada de estado de compacidade ou consistência Comparação qualitativa da estratigrafi a do subsolo Avaliação contínua da compacidade e resistência de solos granulares Avaliação contínua de resistência não drenada de consistência Comparação qualitativa da estratigrafi a Avaliação contínua da compacidade e resistência de solos granulares Avaliação contínua de resistência não drenada de solos argilosos Resistência não drenada de Avaliação contínua da compacidade e resistência de solos granulares Avaliação contínua de resistência não drenada de solos argilosos Resistência não drenada de Avaliação contínua da compacidade e resistência de solos granulares Avaliação contínua de resistência não drenada de solos argilosos Resistência não drenada de solos argilosos Coefi ciente de empuxo no repouso compressibilidade compacidade e resistência de solos granulares Avaliação contínua de resistência não drenada de solos argilosos Resistência não drenada de solos argilosos Coefi ciente de empuxo no repouso compressibilidade Avaliação contínua de resistência não drenada de solos argilosos Resistência não drenada de solos argilosos Coefi ciente de empuxo no repouso compressibilidade resistência não drenada de Resistência não drenada de solos argilosos Coefi ciente de empuxo no repouso compressibilidade e resistência ao Resistência não drenada de solos argilosos Coefi ciente de empuxo no repouso compressibilidade e resistência ao cisalhamento Resistência não drenada de Coefi ciente de empuxo no repouso compressibilidade e resistência ao cisalhamento Coefi ciente de empuxo no repouso compressibilidade e resistência ao cisalhamento Coefi ciente de empuxo no repouso compressibilidade e resistência ao cisalhamento repouso compressibilidade MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 66 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 66 24112020 171520 Os defeitos de deformação permanente são provocados pelas rupturas por cisalhamento De uma forma geral os principais fatores que infl uenciam a rup tura por cisalhamento são tensões de contato pneupavimento infl uenciadas pela carga atuante no eixo do veículo condições ambientais que infl uenciam no comportamento viscoelástico da mistura propriedades das misturas asfál ticas ângulo de atrito interno φ e intercepto coesivo c que podem ser de terminadas pelos parâmetros de MorhCoulomb Destas apenas as condições climáticas não têm relação direta com as demais fi cando sujeitas a estimativas durante a fase de dimensionamento COSTA 2018 O ensaio de cisalhamento direto baseiase diretamente no critério de Mohr Coulomb São verifi cadas as tensões externas e internas formando um círculo cuja denominação é círculo de Mohr No local onde o círculo surge está a tensão menor e onde termina o círculo é chamado de tensão normal aplicada em ensaio de triaxial e de cisalhamento direto Este círculo chega a um ponto de ruptura eliminando a resistência do círculo de Mohr O ensaio de cisalhamen to direto é realizado sob uma tensão normal σ perpen dicular ao plano principal da amostra e uma força T no sentido paralelo ao plano de cisalhamento da amostra resultando em uma tensão cisalhante τ responsá vel pela ruptura MARANGON 2018 Ensaios triaxial e de cisalhamento direto Diante da difi culdade de analisar todas as características mecânicas de um solo são utilizados diversos métodos de estudos e ensaios baseados em teorias clássicas e modernas que buscam as devidas respostas com a maior precisão pos sível e se derivam em novas análises e tecnologias Dentro de tais respostas vale ressaltar a busca pela capacidade resistente de um maciço terroso ou seja a ca pacidade de carga sem perder sua estabilidade e causar danos às obras ao seu redor Esta capacidade é traduzida pela resistência ao corte quando a resistência é excedida toda a massa de solo se rompe PALMEIRA 2020 No que se refere aos ensaios podemos citar o ensaio de cisalhamento direto e triaxial O Gráfi co 1 representa um ensaio proveniente do estudo de Ferreira e colaboradores 2013 de cisalhamento direto soloconcreto convencional no solo MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 67 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 67 24112020 171520 do Ibura SC em corpos de prova com lado de 100 mm em superfície S10 re presentando as curvas de tensão cisalhante pela deformação horizontal em quilo Pascal kPa GRÁFICO 1 ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO SOLOCONCRETO CONVENCIONAL SOLO DO IBURA SC Fonte FERREIRA et al 2013 p 16 Adaptado 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Deformação horizontal Tensão cisalhante kPa 200 kPa 150 kPa 100 kPa 50 kPa 20 10 15 5 0 0 O ensaio de cisalhamento direto é mais simples e rápido Para realizálo são necessários no mínimo três corpos de provas com amostras idênticas de solo servindo também em estudo de compactação de solo Consiste em co locar a amostra na câmara de ensaio aplicar uma força vertical que se trans formará em uma tensão que se intensifica aos poucos até romper o corpo de prova por cisalhamento Ao final do ensaio têmse uma tensão normal e uma tensão cisalhante que é aumentada a cada ensaio O ensaio de cisalhamento direto é de fundamental importância pois garante aos projetistas a determinação dos parâmetros geotécnicos coe são e ângulo de atrito que são dados indispensáveis para subsidiar estu dos geotécnicos O ensaio de compressão triaxial é um dos métodos mais confiáveis para de terminar os parâmetros de resistência ao cisalhamento Para Palmeira 2020 o ensaio triaxial Figura 2 possui grande relevância proporcionando melhorias MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 68 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 68 24112020 171520 nos dimensionamentos de obras geotécnicas Ele analisa uma determinada porção de solo sob diferentes cargas e condições de drenagem que são repre sentativas do tipo de rotura que o solo pode sofrer em campo O ensaio de compressão triaxial é realizado ao moldar um corpo de prova cilíndrico de solo e este é inserido em uma câmara de ensaio e embrulhado em uma membrana de borracha Essa câmara é cheia de água à qual se aplica uma pressão confinante No ensaio com carga controlada é aplicada uma carga constante no pistão que penetra na câmara e no ensaio de deformação con trolada o pistão é deslocado para baixo com velocidade constante Amostra Purga de ar Tirante Parede da célula acrílico Contra pressão Pressão de câmara Pedras porosas Adaptador de topo Fluido Poropressão Pedestal Êmbolo Carga Figura 2 Representação esquemática de uma câmara triaxial Fonte PALMEIRA 2020 p 18 Adaptado O ensaio triaxial é realizado utilizandose uma amostra de 5 cm de diâmetro e duas vezes esse diâmetro em altura O corpo de prova é inserido na câmara de en MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 69 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 69 24112020 171520 saio embaixo e na parte superior têmse uma pedra porosa e papel filtro O cor po de prova é isolado por uma membrana de látex e então é inserida a água que preenche toda a câmera de ensaio viabilizando a aplicação de tensão ao corpo de prova As tensões externas e internas são confinantes ao corpo de prova e assim como no ensaio anterior também são necessárias três amostras de corpo de prova Há três modalidades de ensaio triaxial lento adensado rápido e rápido não adensado Ensaio lento ou adensado drenado CD permite que a água dentro do cor po de prova saia ao final do ensaio ou seja drenada mantendo a tensão nos grãos da amostra Gráfico 2 Ensaio adensado rápido CU temse um adensamento inicial Figura 3 em que é permitida a drenagem Após a etapa inicial é fechada a válvula de saída de água impedindo sua saída Ensaio rápido ou não adensado não drenado UU não é permitida a saída de água em nenhuma etapa do ensaio e as tensões ocorrem em função das tensões totais A Figura 4 mostra a representação esquemática de uma amostra seca em estufa após sofrer rotura em um ensaio conso lidado não drenado GRÁFICO 2 VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO NÃO DRENADA SU COM A PROFUNDIDADE Fonte SÁ CAVALCANTE ALMEIDA 2019 p 06 Adaptado 000 2000 4000 6000 8000 10000 000 050 100 150 Profundidade m Su kPa 200 250 Furo 01 Furo 02 Furo 03 Furo 04 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 70 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 70 24112020 171520 Figura 3 Amostras de solo em adensamento Fonte VIEGAS et al 2014 p 02 Figura 4 Rotura de amostra após ensaio triaxial Fonte PALMEIRA 2020 p 20 Interpretações dos ensaios de resistência e obtenção de parâmetro de resistências e deformabilidade Um solo possui alta resistência à compressão porém enfrenta problemas com esforços de tração e cisalhantes A resistência é dada em função dos tipos de MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 71 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 71 24112020 171523 grãos coesão e atrito e é importante para prevenção de desastres em solos bar ragens rupturas de fundações rasas por sapatas e taludes Os ensaios de resistên cia consistem em SPT teste de penetração padrão cisalhamento direto e triaxial Considerando os resultados dos ensaios temos a curva de tensão cisalhante versus deslocamento horizontal a curva de tensão cisalhante versus tensão nor mal curva de deslocamento vertical versus deslocamento horizontal e a equação de resistência do solo A partir desses ensaios laboratoriais é possível determinar parâmetros de re sistência e deformação do solo Os parâmetros de resistência do solo indicam a tensão máxima de cisalhamento que o solo consegue suportar sem ocorrência de colapso Eles consistem em coesão e ângulo de atrito Já os parâmetros de deformabilidade indicam a magnitude e o sentido das de formações que ocorrerão no solo devido a um determinado estado de tensões apli cado Eles consistem em módulo de elasticidade E e o coefi ciente de Poisson v Barbosa e Lima 2013 ao analisarem a resistência ao cisalhamento de solos e taludes vegetados com capim vetiver obtiveram determinados valores Quadro 2 em que o solo mais coesivo se mostra menos resistente e também aquele que sofre menos atrito é menos resistente Solotalude Ângulo de atrito interno Intercepto de coesão Sem vegetação 146º 234 Um ano de plantio de capim vetiver 146º 238 Dois anos de plantio de capim vetiver 148º 359 Três anos de plantio de capim vetiver 169º 689 Quatro anos de plantio de capim vetiver 199º 735 Talude de solo Sem plantio do capim vetiver 185º 284 Com plantio do capim vetiver 189º 745 QUADRO 2 PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO NAS VARIAÇÕES ESTUDADAS E DO TALUDE DE SOLO SEM E COM PLANTIO DO CAPIM VETIVER Um ano de plantio de capim vetiver Um ano de plantio de capim vetiver Sem vegetação Um ano de plantio de capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Sem vegetação Um ano de plantio de capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Sem vegetação Um ano de plantio de capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Sem vegetação Um ano de plantio de capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Quatro anos de plantio de capim Sem vegetação Um ano de plantio de capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Quatro anos de plantio de capim Um ano de plantio de capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Quatro anos de plantio de capim Talude de solo Um ano de plantio de capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Quatro anos de plantio de capim Talude de solo Um ano de plantio de capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Quatro anos de plantio de capim Talude de solo Um ano de plantio de capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Quatro anos de plantio de capim vetiver Talude de solo Sem plantio do capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Quatro anos de plantio de capim vetiver Sem plantio do capim vetiver Com plantio do capim vetiver Dois anos de plantio de capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Quatro anos de plantio de capim Sem plantio do capim vetiver Com plantio do capim vetiver Três anos de plantio de capim vetiver Quatro anos de plantio de capim Sem plantio do capim vetiver Com plantio do capim vetiver 146º Três anos de plantio de capim vetiver Quatro anos de plantio de capim Sem plantio do capim vetiver Com plantio do capim vetiver 146º 146º Sem plantio do capim vetiver Com plantio do capim vetiver 146º Sem plantio do capim vetiver Com plantio do capim vetiver 148º Sem plantio do capim vetiver Com plantio do capim vetiver 148º 169º Sem plantio do capim vetiver Com plantio do capim vetiver 169º Com plantio do capim vetiver 199º 199º 234 234 185º 238 185º 359 189º 359 189º 689 735 735 284 284 745 745 Fonte BARBOSA LIMA 2013 p 117 Adaptado MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 72 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 72 24112020 171523 Comportamento das areias e das argilas e trajetórias de tensão Os solos de modo geral possuem boa resistência à compressão porém me nor resistência à tração e ao cisalhamento As tensões no solo dependem de sua constituição e os grãos de solo comportamse de maneira diferente em relação à resistência A areia por exemplo apresenta maior capacidade de atrito ao expul sar a água de seus vazios e maior resistência ao cisalhamento Já as argilas pos suem maior coesão e menor resistência Figura 5 Figura 5 Constituição de solos Fonte Shutterstock Acesso em 05112020 O tamanho dos grãos infl uencia o comportamento mecânico de um solo que quando bem graduado possui pequenos poros com presença de ar que po dem ser preenchidos por água Podem ser deixados também espaços para se rem preenchidos com grãos menores resultando em um solo de maior resistência à tração compressão adensamento entre outros Solos fi nos misturados à água formam barros que difi cultam a drenagem e os processos construtivos como por exemplo as argilas Assim ao secarem for mam torrões compactados que podem causar entupimento em drenos e demais mecânicos hidráulicos e construtivos Como exemplo temos os argilominerais li MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 73 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 73 24112020 171525 gados entre si formando macroporos Essas argilas podem possuir maior ou menor capacidade de expansão como caulinita menos suscetível à água ou como a esmectita mais suscetível a água Esta substância por sua vez parti cipa dos processos de intemperismo interagindo com as argilas promovendo ligações e diminuindo sua resistência Uma areia compacta possui uma maior resistência e deformabilidade No manuseio a areia se desfaz mas a argila apresenta consistência característica relacionada à resistência aderência e firmeza do material A resistência das argilas é determinada pelo ensaio de compressão simples e o arranjo de grãos e índices de vazios terão relação nessa consistência A densidade também influencia no comportamento das areias e argilas So los medianamente densos apresentam conduta semelhante à dos solos den sos mas com pico de poropressão bastante suavizado e deslocado para a di reita COELHO 2018 Inicialmente a resistência apresenta taxa de crescimento baixa aumentando após o pico de poropressão No caso das areias fofas não se identifica mais um pico de poropressão mas sim um certo patamar signi ficativo seguido por uma queda bem suavizada O aumento de poropressão é justificado pela característica contrativa da areia fofa durante parte do cisalha mento e sua queda posterior pela tendência dilatante adquirida após grandes deformações A resistência ao cisalhamento aumenta nos instantes iniciais e cai logo depois devido à variação positiva de 30 poropressões durante boa parte das deformações DICA Poropressão é conhecida também como pressão da formação ou pressão de poros exercida pelo fluido no interior dos poros Para saber mais sobre o assunto leia a tese de mestrado de Medici 2004 que discorre acerca do comportamento da taxa de poropressão específica de solos em proces so de ruptura O comportamento de solos argilosos é um tema de grande interesse e im portância na engenharia civil assim como para a área geotécnica Esses solos possuem comportamento bastante complexo consequência da história de for mação gênese da sua elevada heterogeneidade e dependência das condições in situ A análise do comportamento das argilas passa em grande parte pela MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 74 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 74 24112020 171525 elaboração de ensaios laboratoriais e pela tentativa de reproduzir matemati camente o comportamento observado nestes ensaios A modelação numérica é utilizada para tentar reproduzir os estudos experimentais Surgem modelos cada vez mais complexos reproduzindo de forma mais aproximada o compor tamento observado nos ensaios e adaptados a cada tipo de material que se pretende estudar O comportamento das areias e argilas em termos de tensão efetiva são parecidos Assim em relação às avaliações A avaliação do estado de tensões em um elemento estrutural como areia e argila constitui um item de fundamental importân cia para o engenheiro estrutural A partir do conhecimento dos valores máximos de tensões é possível garantir um dimensio namento seguro e econômico para a peça estrutural OLIVEIRA 2002 np O estudo das propriedades mecânicas dos solos estruturados ne cessita de equipamentos de laboratório com características espe cíficas No caso de ensaios triaxiais por exemplo os equipamen tos devem incorporar técnicas especiais tais como medição local de deformações e controle automático de trajetórias de tensão FERREIRA et al 2013 p 12 Segundo Brandão e colaboradores 2016 a análise da trajetória de tensões tem por objetivo identificar os caminhos percorridos pelas forças que fluem em uma estrutura a partir do seu ponto de aplicação até o ponto onde ocorre a reação Analisando o efeito combinado das tensões normais e cisalhantes é possível identificar as trajetórias das tensões principais um conjunto de curvas ortogonais que modelam o comportamento estrutural Estes resultados quan do bem avaliados traduzem perfeitamente o comportamento da peça sob a ação das cargas atuantes Em estudo os autores citados acima analisaram uma viga isostática para a qual foram calculadas as tensões normais e cisalhantes ao longo da altura A dis tribuição das tensões principais s1 e s2 para cargas concentradas P de 500 N é apresentada na parte superior do Gráfico 3 A partir das distribuições de s1 e s2 e seus respectivos ângulos uma tra jetória de tensões foi construída parte inferior do Gráfico 3 para MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 75 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 75 24112020 171525 metade da viga devido à simetria As linhas em azul e vermelho representam ten sões de compressão e tração respectivamente Concluíram que é possível utilizar tal trajetória para a obtenção de um modelo de bielas e tirantes segundo o qual uma viga de concreto armado pode ser representada como uma treliça GRÁFICO 3 DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES PRINCIPAIS S1 ACIMA E S2 ABAIXO EM MPA E TRAJETÓRIAS DAS TENSÕES PRINCIPAIS AO LONGO DA VIGA 150 100 50 0 150 100 50 0 150 100 50 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 0 200 400 600 800 07 06 05 04 03 02 01 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 5 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Fonte BRANDÃO et al 2016 p 44 Adaptado Métodos de cálculo de estabilidade de taludes e considerações gerais A estabilidade de taludes é um tema de grande importância dadas as necessi dades de expansão urbana e de ocupação de locais cuja estabilidade é desconhe cida Os taludes naturais que existem na natureza sem intervenção antrópica são os que levantam mais reservas em termos de estabilidade Nestes o escorre gamento de terras é frequente principalmente no período chuvoso MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 76 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 76 24112020 171527 EXPLICANDO Os taludes naturais são formados a partir de características como fatores ambientais e geológicos que condicionam sua estruturação Seus processos de formação envolvem erosão tectonismo e intemperismo Para saber mais sobre os taludes naturais leia a publicação Aspectos hidrológicos e mecânicos da vegetação na estabilidade de taludes e encostas naturais PORTOCARRERO et al 2006 Os métodos de estabilidade são muito importantes e usuais em estruturas como estradas e regiões montanhosas Há vários métodos para cálculo de es tabilidade em taludes Dentre eles citase Método sueco das fatias ou lamelas Método de Fellenius Método de BishopBishop simplifi cado Método de JanbuJanbu simplifi cado Método de MorgensternPrice Método de Spencer Método de Sarma Método das cunhas Além destes podese fazer análise em softwares de cálculos baseados em modelos de elementos fi nitos e modelos bidimensionais tipo equilíbrio limite Relevante frisar que para avaliar a estabilidade de um determinado talude é necessário defi nir e estimar a geometria do talude e os parâmetros de resis tência ao cisalhamento dos solos envolvidos O Quadro 3 apresenta uma repre sentação de características de métodos de equilíbrio limite classifi cados como métodos rigorosos forças nas duas direções e momentos ou não rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite não rigorosos Métodos Superfície ΣMo 0 ΣFh 0 ΣFv 0 Força E Força X Z Fellenius Circular Sim Não Sim Não Não Não existe Bishop simplifi cado Qualquer Não Não Sim Sim Não Horizontal Janbu simplifi cado Qualquer Não Sim Sim Sim Não Horizontal QUADRO 3 CARACTERÍSTICAS DE MÉTODOS RIGOROSOS E NÃO RIGOROSOS Fellenius Fellenius Bishop simplifi cado Fellenius Bishop simplifi cado Bishop simplifi cado Janbu simplifi cado simplifi cado Janbu simplifi cado Circular Janbu simplifi cado Circular Qualquer simplifi cado Qualquer Qualquer Qualquer Sim Qualquer Sim Qualquer Não Não Não Não Não Sim Sim Sim Sim Não Não Sim Sim Não Não Sim Não Não existe Não existe Horizontal Não Não existe Horizontal Horizontal Horizontal Horizontal Horizontal Horizontal Horizontal MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 77 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 77 24112020 171527 Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Métodos Superfície ΣMo 0 ΣFh 0 ΣFv 0 Força E Força X Z Spencer Qualquer Sim Sim Sim Sim Sim Constante Morgenstern Price Qualquer Sim Sim Sim Sim Sim Variável Correia Qualquer Sim Sim Sim Sim Sim Variável Spencer Morgenstern Spencer Morgenstern Spencer Morgenstern Price Morgenstern Price Qualquer Morgenstern Correia Qualquer Correia Qualquer Qualquer Qualquer Qualquer Qualquer Qualquer Sim Qualquer Qualquer Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Constante Sim Constante Constante Sim Constante Variável Variável Variável Variável Variável Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Resumo das características dos métodos de equilíbrio limite rigorosos Fonte SILVA 2011 p 18 Adaptado O método sueco também conhecido como lamelas ou fatias é um método de equilíbrio limite Analisa os esforços sobre uma superfície de ruptura divi dida em fatias em que considera a divisão das forças e a desconcentração dos esforços Então calculase o fator de segurança pressão neutra entre outros O método de Fellenius foi desenvolvido inicialmente para analisar solos sa turados tendo sido ampliado para outros solos Esse método analisa fatias mas isoladamente sem interações ou seja de maneira diferente do método sueco É o mais simples de todos pois é o único que estabelece uma equação linear para determinação do fator de segurança não sendo necessário por tanto qualquer processo iterativo É um método muito utilizado por diversos autores e encontrado facilmente na literatura Ele foca no cálculo de fator de segurança em qual fator de segurança de um talude e se a superfície de ruptu ra é plana circular ou poligonal Com auxílio de computadores os cálculos são bastante facilitados Aplicandose o equilíbrio nos momentos e nas forças na direção perpendi cular à superfície de ruptura temse o fator de segurança pela equação 1 FS Σ c W cosα u tgϕ b b cosα cosα ΣWsenα Em que u poropressão média na base da fatia c coesão efetiva do solo ϕ ângulo de atrito efetivo do solo O método de Bishop simplifi cado é uma extensão do método de Fellenius pois o primeiro possui ação de mais forças É calculado pelo fator de segurança levandose em consideração a coesão do solo a largura e o peso da lamela o 1 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 78 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 78 24112020 171528 ângulo entre a fatia e o ponto central de referência em graus a poropressão e o ângulo do solo em graus O método de Janbu simplificado ignora as forças de interação tangenciais Porém satisfaz o equilíbrio de forças e não o de momentos considerando a dificuldade em encontrar um único ponto em que atuam todas as forças para efetuar o equilíbrio de momentos em superfícies de deslizamento não circula res No método de JS geralmente é multiplicado o fator de segurança obtido por um fator de correção empírico representado por fo para obter o fator de correção equação 2 onde cai na curva de forças FSf em que λ é zero 2 3 FS FS Σ f0 c1x W uxtanϕ tanαtanϕ ΣWtanα cosαcosα 1 Q c1x Wcosα ultanϕ W sinα FS FS cosθ α 1 tanϕ tanθ α FS O método de MorgensternPrice levanta a indeterminação assumindo uma relação entre as forças de interação Em sua formulação original utiliza integra ção ao longo da inclinação e isto resulta em variação linear da tensão normal ao longo da base da fatia Como resultado o ponto de aplicação da força nor mal resultante N pode ter um pequeno desvio do centro da fatia offset O método de Spencer considera o equilíbrio de momentos e o equilíbrio de forças O fator de segurança é representado pelo ponto que satisfaz simulta neamente os dois equilíbrios A representação das forças de interação pode ser feita por uma resultante Q que passa pelo mesmo ponto de aplicação da força normal N com uma inclinação constante θ à partida desconhecida equação 3 Dentre as várias opções disponíveis para cálculos de estabilidade em talu des a escolha do método é de suma importância e responsabilidade Devese verificar o que mais se adequa às condições do local e trabalho a ser realizado de forma a evitar problemas com estruturas impactos e perdas significativas nos processos construtivos MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 79 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 79 24112020 171528 Sintetizando Durante esta unidade buscamos compreender teorias sobre a mecânica dos solos e as práticas e ensaios mecânicos dos solos Ao analisar os aspectos teóri cos de estabilidade de taludes vimos que estes são de suma importância para aplicações civis e geotécnicas uma vez que a estabilidade é responsável pela se gurança física ambiental e humana de qualquer empreendimento Já os empu xos de terra como visto interferem na estruturação e instalação de fundações dos empreendimentos Abordamos a resistência ao cisalhamento tendo como sua principal teoria a de MohrCoulomb fundamental para que possa analisar cada tipo de solo e suas utilizações mais recomendadas assim como ações para melhoria de sua resistên cia Os ensaios triaxial e de cisalhamento direto são recomendáveis para análise de resistência a cisalhamentos dos mais diversos tipos de solos sendo relativamente simples ou mais complexos e podendo ser realizados com auxilio computacional Para que seja possível usar da melhor maneira possível os mais diversos tipos de ensaio são necessárias boas interpretações dos ensaios de resistência e obtenção de parâmetro de resistências e deformabilidade em cada tipo de solo estudado Após apresentarmos pontos relevantes sobre o assunto concluímos que o comportamento das areias argilas e trajetórias de tensão costuma variar uma vez que cada solo detém uma granulometria especifica desde sua formação Portanto cada qual é indicado para determinados tipos de uso considerando o objetivo do bom funcionamento de cada obra As metodologias para cálculos de estabilidade de taludes são extensas Muitas vezes os cálculos com essa finalidade são complexos sendo mais difíceis e demo rados Portanto podese fazer uso de programas computacionais que calculam positivamente várias informações como por exemplo as usadas no método mais usual o de Fellenius MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 80 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 80 24112020 171528 Referências bibliográficas ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 116821991 Es tabilidade de encostas Procedimento Rio de Janeiro ABNT 1991 BARBOSA F G et al Elaboração do dimensionamento de um muro de conten ção para o talude localizado no município de Santo Antônio De PáduaRJ Revis ta Interdisciplinar Pensamento Científico Itaperuna v 6 n 1 p 7689 jan jun 2020 Disponível em httpwwwreinpecorgreinpecindexphpreinpec articleview538448 Acesso em 05 nov 2020 BARBOSA M C R LIMA H M Resistência ao cisalhamento de solos e taludes vegetados com capim vetiver Revista Brasileira de Ciência do Solo Viçosa v 37 n 1 p 113120 2013 Disponível em httpswwwscielobrpdfrbcs v37n1v37n1a12pdf Acesso em 05 nov 2020 BRANDÃO B B TEIXEIRA P J B BURGOS R B TAVARES M E N Obten ção de trajetórias de tensões em vigas de concreto armado Projectus Rio de Janeiro v 1 n 1 p 4146 janmar 2016 Disponível em httpscoreacuk downloadpdf270210963pdf Acesso em 05 nov 2020 BRASIL Ministério do Trabalho e Emprego NR18 Condições de Segurança e Saúde no Trabalho na Indústria da Construção Diário Oficial da União Brasí lia DF Poder Executivo 06 jul 1978 Disponível em httpsenittrabalhogov brportalimagesArquivosSSTSSTNRNR18atualizada2020pdf Acesso em 05 nov 2020 COELHO A S Avaliação do comportamento não drenado de areias 2018 86 f Dissertação Especialização Departamento de Engenharia Civil e Am biental Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2018 Disponível em httpswwwmaxwellvracpucriobr3611836118PDF Aces so em 05 nov 2020 COSTA D B Análise da deformação permanente de misturas asfálticas a partir dos critérios de Mohr Coulomb 2018 107 f Dissertação Mestrado Departamento de Engenharia Civil e Ambiental Universidade Federal de Cam pina Grande Campina Grande 2018 Disponível em httpwwwppgecaufcg edubrdissertacoesmenudissertacoes2018send74dissertacoes2018 262analisedadeformacaopermanentedemisturasasfalticasapartirdos criteriosdemohrcoulomb Acesso em 06 nov 2020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 81 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 81 24112020 171528 FERREIRA S et al Avaliação do ângulo de atrito solomuro e da rugosidade da superfície de contato Ciência Engenharia Uberlândia v 22 n 2 p 1119 2013 Disponível em httpwwwseerufubrindexphpciengarticle view23750 Acesso em 12 nov 2020 MARANGON M Mecânica dos solos II Juiz de Fora UFJF 2018 Disponível em httpswwwufjfbrnugeofiles201306MARANGON2018Unidade05Re sistc3aanciaatc3a9pag136pdf Acesso em 11 nov 2020 MARANGON M Proposição de estruturas típicas de pavimentos para re gião de Minas Gerais utilizando solos lateríticos locais a partir da pedo logia classificação MCT e resiliência 2004 448 f Tese Doutorado Univer sidade Federal do Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2004 Disponível em http wwwcocufrjbrpttesesdedoutorado1482004993marciomarangon Acesso em 11 nov 2020 MEDICI C E R Comportamento da taxa de poropressão específica de solos em processo de ruptura análise de ensaios triaxiais não drenados 2004 160 f Dis sertação Mestrado Programa de Pósgraduação em Engenharia Ambiental Urbana Universidade Federal da Bahia Salvador 2004 Disponível em httpsrepositorio ufbabrribitstreamri97071Dissertmedicisegpdf Acesso em 06 nov 2020 OLIVEIRA J M Estudo sobre a trajetória de tensões principais em vigas isostáti cas In Jornada Científica da Engenharia da UCG 1 2002 Goiás Anais Goiás UCG 2002 PALMEIRA R A Estudo do comportamento mecânico de uma areiasiltosa na região de Bragança ensaio triaxial 2020 153 f Dissertação Mestrado Engenharia da Construção Instituto Politécnico de BragançaAssociação Edu cativa Evangélica Bragança 20192020 SÁ L CAVALCANTE E H ALMEIDA G B O Determinação da resistência ao cisalhamento não drenada Su por diferentes métodos para um depósito de solo mole da região da Barra dos CoqueirosSE In Seminário de Engenha ria de Fundações Especiais e Geotecnia 9 2019 São Paulo Anais São Pau lo SEFE 2019 Disponível em httppvistaproeventocombrqesubpaper upload60677520768616659ArtigoFinalSefe91pdf Acesso em 12 nov 2020 SÃO PAULO Departamento de Estradas e Rodagem de São Paulo Especificação técnica muro de arrimo com concreto ciclópico São Paulo DERSP 2006 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 82 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 82 24112020 171528 SILVA A J N CARVALHO F G Coesão e resistência ao cisalhamento relaciona das a atributos físicos e químicos de um Latossolo Amarelo de tabuleiro costei ro Revista Brasileira Ciência do Solo Viçosa v 31 n 5 p 853862 setout 2007 Disponível em httpswwwscielobrpdfrbcsv31n5a03v31n5pdf Acesso em 06 nov 2020 SILVA J P M Os métodos de equilíbrio limite e dos elementos finitos na análise de estabilidade de taludes 2011 173 f Dissertação Mestrado Fa culdade de Engenharia Universidade do Porto Porto 2011 Disponível em httpsrepositorioabertoupptbitstream10216621061000149997pdf Acesso em 06 nov 2020 TABALIPA N L FIORI A P Influência da vegetação na estabilidade de taludes na bacia do Rio Ligeiro PR Geociências São Paulo v 27 n 3 p 387399 2008 Disponível em httpswwwrevistageocienciascombrgeocienciasar quivos273Art2008Tabalipapdf Acesso em 06 nov 2020 VIEGAS M R et al Ensaio de cone de queda livre fall cone test na avaliação da resistência não drenada de solos artificiais adensados In Congresso Regio nal de Iniciação Científica Tecnológica em Engenharia XXVI 2014 Alegrete Anais Alegrete CRICTE 2014 Disponível em httpwwwrepositoriofurg brbitstreamhandle15059cricte2014submission100pdfsequence1 Acesso em 06 nov 2020 PORTOCARRERO H et al Aspectos hidrológicos e mecânicos da vegetação na estabilidade de taludes e encostas naturais Rio de Janeiro Embrapa So los 2006 Disponível em httpsainfocnptiaembrapabrdigitalbitstream item869731Doc882006Aspectoshidrologicospdf Acesso em 06 nov 2020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 83 SERENGCIVMESOAPUNID3indd 83 24112020 171528 EMPUXOS METODOLOGIAS E ESTRUTURAS 4 UNIDADE SERENGCIVMESOAPUNID4indd 84 26112020 110942 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Compreender teorias e métodos relativos ao estudo de empuxos Entender sobre empuxos interações relações e estruturas Coeficientes de empuxo e sua relação com a interação solo estrutura Método de Coulomb Método de Rankine Aspectos gerais que influenciam na determinação do empuxo Tipos de estruturas de arrimo MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 85 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 85 26112020 110942 Coeficientes de empuxo e sua relação com a interação soloestrutura O empuxo carregamento mais importante de um sistema estrutural é a defor mação lateral em um determinado material devido a seu próprio peso ou sobre carga São solicitações sobre estruturas que interagem com maciços terrosos ou ainda forças que se desenvolvem no interior desses maciços O empuxo é calcula do sobre um coefi ciente K que por sua vez é calculado de acordo com parâmetros de deformação de cada tipo de solo Tome como exemplo uma encosta e a análise de uma porção de solo receben do tensões horizontais e verticais Quando não há perturbação sobre essa amos tra ocorre o empuxo no estado em repouso do solo resultando no empuxo em repouso Quando há alguma escavação na encosta formando um paredão as tensões horizontais irão se aliviar até haver ruptura deslizamento ou desmoro namento da amostra de solo o que se relaciona com o empuxo ativo Caso haja uma estrutura de contenção que gere acréscimo de tensão nessa massa de solo aumentando a tensão horizontal sobre o solo há o empuxo passivo Figura 1 Tipos de empuxo Fonte MOTA 2008 p 19 Observando a Figura 1 podemos observar a ação dos três tipos de empuxo Assim a partir de uma profundidade Z e a relação entre as pressões laterais e verticais sobre as faces verticais e horizontais respectivamente temse o coe fi ciente de empuxo em repouso K0 dado pela Equação 1 Tensão Empuxo ativo δa δP δa δP Deslocamento Empuxo no repouso Empuxo passivo 0 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 86 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 86 26112020 110942 K0 1 σv σh Em que K0 coefi ciente de empuxo em repouso σh tensão horizontal efetiva σv tensão vertical efetiva Segundo Santos O coefi ciente de empuxo no repouso K0 pode ser determinado através da teoria da elasticidade por correlações empíricas en saios de laboratório e ensaios in situ O coefi ciente de empuxo no repouso K0 pode ser determinado através de correlações empíri cas Tabela 1 obtidas por correlações estatísticas com resultados de campo e laboratório Diversos trabalhos apresentam correla ções a respeito do K0 no repouso para solos normalmente aden sados Os ensaios de laboratório são baseados no acréscimo de tensão vertical efetiva provocando um acréscimo de tensão horizontal efetiva quando o deslocamento horizontal é impedi do e o coefi ciente de empuxo no repouso é avaliado com base na variação das tensões A determinação experimental é sempre questionável além do inevitável alívio de tensões decorrente do descarregamento durante o processo de amostragem as amos tras são submetidas a deformações cisalhantes que ocasionam variações na umidade e amolgamento 2018 p 4445 FÓRMULA AUTOR k0 1 senϕ 1 senϕ TERZAGHI 1923 k0 1 senϕ 1 senϕ 2 senϕ 3 JAKY 1944 k0 09 1 senϕ FRASER 1957 k0 tg245o 2 115ϕ 9o ROWE 1957 TABELA 1 CORRELAÇÕES EMPÍRICAS PARA EMPUXO EM REPOUSO 0 1 sen 1 sen 0 1 sen 1 senϕ 1 sen 1 sen 1 senϕ 1 sen k ϕ 0 09 1 sen k 1 sen 3 09 1 sen tg 1 sen senϕ 09 1 sen 45 1 senϕ 09 1 sen 115 115 2 9 TERZAGHI 1923 TERZAGHI 1923 TERZAGHI 1923 TERZAGHI 1923 JAKY 1944 TERZAGHI 1923 JAKY 1944 TERZAGHI 1923 JAKY 1944 FRASER 1957 JAKY 1944 FRASER 1957 FRASER 1957 ROWE 1957 FRASER 1957 ROWE 1957 FRASER 1957 ROWE 1957 ROWE 1957 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 87 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 87 26112020 110942 k0 1 12senϕ SCHMIDT 1967 k0 1 2senϕ 1 MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 k0 1 sen2ϕ 1 sen2ϕ MOROTO E MURAMATSU 1987 k 1 12sen 1 12sen k0 k0 k 1 12sen 1 2sen ϕ 1 2sen k 1 2sen 1 sen ϕ 1 sen 1 sen 1 sen2 ϕ ϕ MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 SCHMIDT 1967 MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 SCHMIDT 1967 MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 SCHMIDT 1967 MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 MOROTO E MURAMATSU 1987 SCHMIDT 1967 MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 MOROTO E MURAMATSU 1987 SCHMIDT 1967 MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 MOROTO E MURAMATSU 1987 MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 MOROTO E MURAMATSU 1987 MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 MOROTO E MURAMATSU 1987 MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 MOROTO E MURAMATSU 1987 MATSUOKA E SAKAKIBARA 1987 MOROTO E MURAMATSU 1987 MOROTO E MURAMATSU 1987 MOROTO E MURAMATSU 1987 Fonte SANTOS 2018 p 4445 Adaptado Para o coefi ciente de empuxo ativo temse a seguinte equação Ea 2 Ka γ h2 1 2 3 Em que Ea empuxo ativo Ka coefi ciente de empuxo ativo γ peso específi co do solo h altura da estrutura Isso posto a análise nas tensões em uma cunha Figura 2 leva à seguinte formulação para o coefi ciente de empuxo passivo Em que kp coefi ciente de empuxo passivo tan tangente φ ângulo de atrito interno do solo kp tan245 φ2 Figura 2 Cunha instável para empuxo passivo Fonte MARINHO 2019b np H 45º ø2 Superfície de deslizamento 45º ø2 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 88 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 88 26112020 110943 Contudo para Santos Junior O problema da determinação da magnitude e distribuição da pressão lateral do solo é porém estaticamente indeterminado e são necessá rias hipóteses simplificadoras entre as tensões e as deformações do solo para que se possa chegar à solução Os métodos clássicos empre gados na geotecnia na determinação dos empuxos ativos ou passivos adotam uma relação do tipo rígidoplástica entre as tensões e defor mações do solo Este modelo apresenta a vantagem de dispensar o cálculo dos deslocamentos da estrutura já que qualquer deformação é suficiente para se alcançar a plastificação do material 2010 p 4 Dentre os elementos que exigem conhecimento de empuxos em dimensio namento e análises de estabilidade podese citar Muros de arrimo Escoramentos de escavações Encontros de pontes Problemas de capacidade de cargas de fundações resistência ao cisalhamento Ao modelar a fundação em projetos necessitamos de apoios sendo o rotu lado o ideal uma vez que este distribui as cargas e não possui momento con figurandose inclusive como adequado para estacas Porém quando o apoio é colocado como fixo e uma carga é aplicada o deslocamento não é zero haverá um grau de deslocabilidade Isto torna o apoio elástico e é possível obter um coeficiente de mola a partir da carga dividida pelo deslocamento Isso posto é possível aplicar apoios elásticos em interações soloestrutura EXPLICANDO Para cálculos de interação soloestrutura primeiramente devese obter o coeficiente de mola que simula os efeitos da fundação Assim substitui se o elemento de fundação por um sistema de mola em que um corpo é submetido a uma força e travado a uma estrutura de contenção por uma mola Isto baseiase na lei de Hooke em que força elástica F é igual a rigidez K vezes deformação x Segundo Danziger et al A interação solo x estrutura condiciona a forma como uma es trutura reage às solicitações ao ser submetida a um carrega mento externo apresentando cargas nas fundações em função MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 89 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 89 26112020 110943 das condições particulares do solo suporte e do tipo de estrutu ra O projeto estrutural costuma ser desenvolvido admitindose a hipótese de apoios indeslocáveis As fundações por sua vez são projetadas para as cargas do projeto estrutural convencional e com as características do solo local desprezandose o efeito da rigidez da estrutura Fica assim estabelecida uma independência entre o solo de fundação e a estrutura Dependendo do nível de deforma ção do terreno e da rigidez da estrutura a interação solo estrutura pode modifi car signifi cativamente o desempenho da edifi cação apesar de ser desprezada na maioria dos projetos 2005 p 4344 A interação soloestrutura ISI é o procedimento que pode ser utilizado para a compatibilização das deformações das fundações com a estrutura to mando a fundação como uma sequência fi nta de molas com rigidez estimada a partir de dados empíricos Assim a ISI avalia a resposta conjunta de três in terligados a estrutura a fundação e o solo Esta pode ser aplicada a fundação direta estacas escavações e deslocamento do terreno entre outros A partir das análises estruturais e geotécnicas há uma análise integrada que envolve a estrutura e as fundações Essas análises são importantes posto que deformações do solo interferem nas tensões da estrutura o que pode ocasio nar recalque em edifi cações complexas e estruturas intolerantes a recalques Com as análises de ISI podese determinar os esforços em todos os pontos da estrutura considerar a presença do solo suportando a fundação calcular recalques recalque em fundações superfi ciais e curva cargarecalque em fun dações profundas calcular o radier analisar a capacidade de carga horizontal de estacas e realizar o cálculo de fundações complexas Método de Coulomb No século XVIII Charles Augustin de Coulomb um físico percebeu que as rupturas de um muro de contenção se aproximavam de uma reta Com isso ele criou seu método baseado no equilíbrio de forças na cunha de ruptura Assim as forças de atração e repulsão Figura 3 entre partículas são calculadas por meio da lei de Coulomb Em uma cunha com inclinação as forças que agem são o peso próprio a força resultante r na interface da superfície de ruptura MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 90 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 90 26112020 110943 Figura 3 Força eletrostática Fonte Shutterstock Acesso em 18112020 A lei de Coulomb é dada por K vezes o valor das cargas dividido pela distân cia entre elas ao quadrado Fel KQQ2d2 Em que K constante elétrica do meio no vácuo Q cargas d distância Para Ana Até o momento a Lei de Coulomb foi aplicada apenas às partí culas carregadas porém uma situação parecida ocorre quando consideramos que a carga elétrica esteja distribuída homogenea mente em uma esfera Neste cenário três situações merecem destaque Situação 1 Quando a carga elétrica estiver distribuída homogeneamente no volume de uma esfera ou em uma casca esférica a força elétrica entre duas esferas ou entre uma esfera 4 Lei de Coulomb Elétrons se repelem Cargas opostas se atraem Prótons se repelem e o empuxo A lei é válida para objetos com tamanhos desprezíveis e também é conhecida como força elétrica MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 91 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 91 26112020 110943 e uma partícula carregada situada em uma posição maior que o raio da esfera poderá ser calculada por meio da Lei de Coulomb considerando que as esferas se comportem como partículas Situação 2 A força elétrica será nula entre uma partícula carrega da e uma casca esférica homogeneamente carregada sempre que a partícula estiver ocupando uma posição localizada no interior da casca Um exemplo disso ocorre quando consideramos uma carga distribuída em uma esfera condutora seja maciça ou oca pois nos condutores as cargas em excesso sempre estarão locali zadas na superfície externa Situação 3 A força elétrica entre uma partícula carregada positivamente a uma distância do centro de uma esfera isolante de raio R com cargas positivas distribuídas homogeneamente será proporcional à carga contida no interior da esfera delimitada pela distância 2020 p 4748 ASSISTA A lei de Coulomb diz que a força elétrica entre duas partículas carregadas é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas Uma partícula carre gada está envolvida por um campo coulombiano intera gindo com um ou mais elétrons ou núcleos de átomos ou moléculas Assim esta partícula pode ser subatômica ou íon Isso posto assista ao vídeo disponibilizado que discorre sobre partículas carregadas Para uma melhor efetividade do método de Coulomb e visando que este seja realizado com o menor número possível de tentativas para sua expressividade podese utilizar a construção gráfica de Culmann propos ta por Karl Culmann um engenheiro civil alemão O método de Culmann é muito utilizado para a verificação de estabilidade de taludes finitos com superfície de ruptura linear Neste método é possível decompor as forças e analisar as seções transver sais utilizandose de funções trigonométricas da obtenção do peso da cunha e de sua decomposição nas direções normal e tangente à superfície de ruptura Com isso podese obter sua resistência tensões de cisalhamento e coeficientes de segurança Para a análise da estabilidade das estruturas de suporte utili MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 92 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 92 26112020 110943 zase o empuxo tornando este dessa maneira um problema de máximos e mínimos Assim é possível lançar mão do princípio de MüllerBreslau Método de Rankine O valor do empuxo varia de acordo com o deslocamento Assim quando há deslocamento de um anteparo a cunha de ruptura se aproxima de uma reta No método de Rankine quando o empuxo é ativo a inclinação da cunha de rup tura em relação à horizontal será igual a 45 mais o ângulo de atrito dividido por 2 Quando o empuxo é passivo a inclinação da cunha de ruptura em relação à horizontal será igual a 45φ2 Dessa forma Rankine utilizou as inclinações do estado passivo e ativo para obter os valores de tensão horizontal Rankine desenvolveu sua teoria com base em diversas hipóteses Solo homogêneo Solo isotrópico Solo arenoso Superfície do terreno plana Parede da estrutura de contenção vertical O contato da superfície de contenção e o solo como sendo perfeitamente liso ou seja não há mobilização de resistência tornando a direção do empuxo de terra paralelo à superfície Portanto considerase um maciço homogêneo de extensão infi nita de su perfície plana e horizontal e o solo nos estados de plastifi cação e equilíbrio limite A teoria de Rankine é a primeira e mais utilizada para a determinação de empuxos de terra Por fi m para se determinar os coefi cientes de empuxo assumese empuxos passivos e ativos Para Rijo As resultantes das pressões ativas e passivas até a profundidade h e por metro linear de desenvolvimento longitudinal do para mento designamse por impulso ativo e impulso passivo O impulso ativo é o mínimo dos impulsos com que o maciço terroso pode solicitar a estrutura ou anteparo O solo empurra a estrutura e esta se for possível tenderá a afastarse O impulso passivo é o máximo dos impulsos com que um maciço terroso pode solicitar MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 93 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 93 26112020 110943 a estrutura É uma situação em que a estrutura é empurrada con tra o solo Os impulsos ativo e passivo representam o limite inferior e o limite superior da força de interação entre o solo e o anteparo ou paramento definido como a face do anteparo dire tamente em contato com o solo Por outras palavras o impulso ativo é o impulso mínimo que deve ser aplicado ao terreno por forma a que este esteja estável pelo que se valores inferiores a Ia forem aplicados ocorre o colapso do terreno ou maciço terroso Por outro lado o impulso passivo é o impulso máximo que pode ser aplicado ao terreno por forma a que este permaneça estável pelo que se valores superiores a Ip forem aplicados ocorre o co lapso 2016 p 44 Em solos com coesão e atrito no caso de empuxo ativo a distribuição de empuxos se anula a uma determinada profundidade Zo onde as tensões hori zontais acima dessa profundidade são negativas causando tensões de tração Como o solo não resiste a estas tensões há fendas de tração e trincas na região Figura 4 Fendas em solo coesivo Fonte MARINHO 2019a np MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 94 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 94 26112020 110944 DICA As fendas de tração são o caminho para o desenvolvimento de superfícies de ruptura e massas deslizantes e instáveis No entanto as profundidades das fendas podem ser estimadas igualando a tensão horizontal a zero Para conhecer melhor as fendas de tração leia o artigo Estabilidade de taludes rochosos em obras civis de Milton Assis Kanji Segundo Das 2014 na elaboração de um projeto a pressão lateral ativa em um muro de arrimo pode ser calculada através do método de Rankine se houver deslocamento ou rotação Isso ocorre devido ao fato de que se não houver des locamento o sufi ciente a pressão lateral de terra será maior que o empuxo de tal forma que estes podem fi car mais próximos da pressão de terra em repouso Segundo Machado e Machado O método de Rankine que desconsidera o atrito entre o solo e o muro fornece soluções do lado da segurança O método de Cou lomb considera o atrito e fornece soluções mais realistas O em prego de uma ou de outra teoria está associado inclusive como já foi referido à geometria do problema As obras dimensionadas pelo método de Rankine serão mais caras pois como se sabe este método fornece valores mais conservativos em face de não consi derar o atrito entre o solo e o muro Por outro lado esta teoria é de extrema simplicidade e portanto menos trabalhosa do que a solução de Coulomb 1997 p 123 Aspectos gerais que influenciam na determinação do empuxo A teoria do empuxo diz que um corpo imerso em um fl uido desloca um volu me desse mesmo fl uido de tal maneira que a diferença de pressão nas diversas profundidades resulta em uma força vertical para cima Se tivermos um recipiente com um líquido como água por exemplo e colocarmos um objeto como um cubo haverá forças laterais que o líquido faz sobre o fl uido e que se cancelam Porém também haverá forças verticais sendo que as forças inferiores aumentam com a profundidade e as superiores serão menores uma vez que a pressão embaixo é maior ocasionando uma força resultante denominada de empuxo Figura 5 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 95 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 95 26112020 110944 Figura 5 A força de empuxo Fonte Shutterstock Acesso em 19112020 Para saber se um corpo boia ou afunda é necessário considerar a sua densi dade Se esta for menor que a do líquido a tendência é subir se for maior a ten dência é afundar e se as densidades forem iguais o corpo irá boiar Se três corpos tiverem o mesmo volume e estiverem imersos no mesmo fluido o empuxo sobre os três será o mesmo uma vez que o volume é o mesmo a densidade é a mesma e a gravidade é a mesma O empuxo não surge apenas em líquidos mas também no ar atmosférico e so bre materiais como o solo por exemplo sendo assim passível de determinação De terminados aspectos influenciam nesta determinação a saber influência da pres são neutra influência de sobrecargas aplicadas à superfície do terreno influência do atrito entre o solo e o muro ponto de aplicação do empuxo e fendas de tração Machado e Machado 1997 descrevem esses aspectos da seguinte maneira Influência da pressão neutra O empuxo proveniente da água deve ser con siderado e calculado separadamente pois a influência da pressão neutra ocorre igualmente em todas as direções A teoria de Rankine não leva em consideração o atrito superficial do muro com o solo a ser contido PINTO DORTAS 2020 p 14 Portanto neste aspecto os coeficientes de empuxo estão relacionados a tensões efetivas devendose assumir o nível de água estático Ressaltase que o empuxo da água sempre deve ser perpendicular à face da contenção Influência de sobrecargas aplicadas à superfície do terreno esforços laterais devido a sobrecargas aplicadas na superfície do terreno Figura 6 nem Gravidade Empuxo ρ ρ m MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 96 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 96 26112020 110946 sempre são de fácil avaliação Para Costa 2005 p 180 não há considerações por exemplo sobre o coeficiente de empuxo lateral profundidade ou presença de eventuais sobrecargas superficiais Alguns tipos de sobrecargas uniforme mente distribuídas lineares entre outras podem ser consideradas bastan do incluílas nos polígonos de forças das construções gráficas Entretanto são necessárias algumas correções empíricas para adequálas aos valores reais medidos Isso posto um dos aspectos a se considerar e que requer correção referese à rigidez da estrutura z 0 z q Kq K δ z Ohz z Figura 6 Método de Rankine para uma situação em que haja cargas uniformes à superfície do terreno Fonte RIJO 2016 p 54 A Figura 6 representa o diagrama das pressões sobre a estrutura no método de Rankine Ao diagrama triangular do maciço somouse agora o diagrama uniforme de pressões de largura Kq e altura z para ter em conta a ação da sobrecarga Influência do atrito entre o solo e o muro quando um muro se move o solo que ele suporta expandese ou é comprimido conforme os empuxos ativo e passivo No primeiro caso há perda de solo ao nível inferior do muro com o valor do empuxo sobre o muro sendo menor No empuxo passivo ocorre o inverso o atrito entre solo e muro causa redução nos valores de empuxo podendo resultar em inclinação escorregamento tombamento entre outros Isso posto o ângulo de atrito entre o solo e o muro pode ser obtido em posse do ângulo de atrito do solo δ A Tabela 2 a seguir sugere alguns valores para δ MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 97 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 97 26112020 110946 Material do muro δϕ Concreto liso e argamassa 08 10 Concreto rugoso 09 10 Aço liso 05 07 Aço rugoso 08 09 Madeira lisa 07 09 Madeira rugosa 09 10 TABELA 2 VALORES DE Φ EM FUNÇÃO DO MATERIAL DO MURO Concreto liso e argamassa Concreto liso e argamassa Concreto liso e argamassa Concreto liso e argamassa Concreto rugoso Concreto liso e argamassa Concreto rugoso Concreto liso e argamassa Concreto rugoso Aço liso Concreto liso e argamassa Concreto rugoso Aço liso Concreto liso e argamassa Concreto rugoso Aço liso Aço rugoso Aço rugoso Madeira lisa Aço rugoso Madeira lisa Madeira rugosa Madeira lisa Madeira rugosa Madeira lisa Madeira rugosa Madeira rugosa Madeira rugosa 08 10 08 10 09 10 08 10 09 10 09 10 05 07 05 07 08 09 05 07 08 09 08 09 07 09 07 09 09 10 07 09 09 10 09 10 Ponto de aplicação do empuxo a tensão horizontal se distribui de forma triangular e crescente ao longo da altura de um muro sendo sua resultante aplicada a 13 da altura da estrutura de contenção MAGALHÃES 2015 Assim a teoria de Rankine considera a distribuição da tensão e fi xa o ponto de aplica ção do empuxo a 13 da altura Por outro lado a teoria de Coulomb não possui considerações a esse respeito Fendas de tração ocorrem devido às tensões de tração particularmente em solos coesivos em que essas fendas possuem variações de profundidade conforme a pressão sofrida Para Santos 2018 a água também possui infl uência sobre os maciços de solo No caso de estruturas de arrimo por exemplo há percolação da água através do maciço na direção da estrutura de arrimo aumentando o valor do empuxo sobre esta Para contornar a situação é necessário utilizar estruturas drenantes Tipos de estruturas de arrimo O muro de arrimo é um muro utilizado para suportar todos os esforços causados pela massa de solo protegendo construções de deslizamentos Os muros de arrimo podem ainda ser chamados de muros de encosta ou muros de contenção e tratamse de uma parede em contato com o solo É importante evidenciar que estudos de empuxos são de suma importância para obras en volvendo estruturas de arrimo MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 98 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 98 26112020 110947 Para Santos 2018 existem poucos trabalhos sobre este tema e que deem importância para a verificação das condições de estabilidade de estruturas de arrimo drenantes Os muros de arrimo de gravidade por exemplo devem ser di mensionados sob a ação do empuxo ativo Ademais ressaltase que o método de Coulomb permite maiores cálculos e aplicações relativos a muros de arrimo De acordo com Lobo et al quando não são providenciadas juntas entre as construções o recalque dos muros de arrimo acaba arrastando para baixo as paredes da edificação vizinha Essa característica colapsível tem acarretado inúmeras patologias em constru ções principalmente nos meses de verão onde ocorrem as maiores precipitações pluviométricas tendo sido responsá vel por centenas de processos de ação civil por perdas e da nos envolvendo proprietários de imóveis vizinhos respon sáveis técnicos e construtores 2003 p 171 Em função dos tipos de recalque cisalhamento e adensamento muitos solos estão sujeitos a intempéries e patologias como fissuras trincas infiltrações danos às estruturas e desmoronamentos dificultando a ação e execução de obras de interesse civil e diminuindo a vida útil dos projetos A fim de se evitar problemas durante e após as obras de cunho civil podemos utilizar mecanismos de preven ção como os muros de arrimo por exemplo muito usuais na engenharia civil O muro de arrimo faz parte das técnicas utilizadas na construção civil para a contenção de taludes permitindo um funcionamento seguro e adequado dos mesmos Estes muros também podem ser utilizados com outras finalidades como separação entre residências em campos de futebol quadras poliesportivas ou superfícies que tenham aclives e declives necessitando de corte ou aterros para a terraplanagem do local Os muros de arrimo que operam a partir da gravidade são estruturas que combatem os empuxos horizontais pelo próprio peso Assim o peso próprio com binado com parte de terras suportadas age no sentido de impedir algum tipo de recalque ou ruptura de taludes naturais ou artificiais Esses muros podem ser constituídos de vários materiais como lajotas tijolos pedregulhos e cimento desde que sua estrutura seja firme e funcional Para a construção dos muros costumase utilizar uma MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 99 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 99 26112020 110947 cada de brita entre o muro e a terra de alocação a fim de fortalecer e segurar a estrutura do mesmo Assim os muros de arrimo são muito úteis para que se redu zam riscos de acidentes e para proporcionar um bom funcionamento de projetos do ramo civil Figura 7 Muro de concreto ciclópico ou concreto muro de gravidade Talude Canaleta Reaterro Altura 4 m Talude de escavação Barbacã Dreno de areia Base Figura 7 Muro de arrimo por gravidade construído com concreto ciclópico Fonte PEREIRA 2019 O emprego desses muros auxilia para que a durabilidade das obras execu tadas se estenda por um período de tempo bem maior além de proporcionar melhorias relativas às ações do meio ambiente sobre as encostas naturais Muros de arrimo são uma das obras civis que mais sofrem o efeito danoso da infiltração de água sendo necessária sua impermeabilização para que se evite umidade mofos e danificação de pintura Ademais a impermeabiliza ção pode ser preventiva ou corretiva A impermeabilização preventiva é MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 100 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 100 26112020 110947 positiva e realizada com mantas do lado externo do muro ao passo que a impermeabilização corretiva é negativa e efetuada com poliméricos Antes de um projeto de muros de arrimo é necessário calcular as car gas atuantes sobre este Lembrando que o solo aplica tensões verticais em si mesmo devido a seu próprio peso as quais tornamse maiores à medida que a profundidade aumenta E devido a essas tensões verticais há também as tensões horizontais que empurram o muro em direção às construções como casas por exemplo As tensões horizontais diminuem em direção à superfí cie chegando a zero no topo do muro Além dessas tensões devese considerar também o empuxo da água que é somado às tensões horizontais Neste caso se não houver o dimensiona mento correto do muro pode haver desmoronamentos ocasionados pelo aumento da pressão da água devido ao avolumamento do nível freático Em relação à sua estabilidade os muros podem ser classificados em muros de gravidade muros de gravidade aliviados cortina de estacas prancha e muros de flexão No que diz respeito aos primeiros Barbosa et al afirmam que muros de gravidade são estruturas corridas que se opõem aos empuxos horizontais pelo peso próprio Geralmente são utiliza das para conter desníveis pequenos ou médios inferiores a cer ca de 5 metros Os muros de gravidade podem ser construídos de pedra ou concreto simples ou armado gabiões ou ainda pneus usados 2020 p 79 Geralmente estruturas de contenção que utilizam o peso próprio como a for ça que gera estabilidade são chamadas de muro de gravidade Figura 8 As es truturas de contenção em gabião por exemplo podem trabalhar como um muro de gravidade sendo constituídas por elementos metálicos prismáti cos feitos com tela de malha hexagonal e preenchidas por pedras Para formar o muro fileiras destes elementos são empilhadas de modo a deixar a base mais larga e posteriormente costuradas com um arame com as mesmas características daquele utili zado na malha criandose assim uma estrutu ra monolítica BARROS 2014 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 101 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 101 26112020 110947 Figura 8 Muros de gravidade Fonte MARCHETTI 2007 p 41 Figura 9 Muro de gravidade e muro de gravidade aliviado Fonte MOTA 2008 p 7 Ainda de acordo com Mota 2008 os muros de flexão são compostos por duas lajes de concreto em que para ocasionar um aumento da rigidez podem ser introduzidas paredes de contrafortes Esse tipo de muro requer custo e tempo adicionais devido às dificuldades de compactação de aterros entre as lajes Figura 10 Segundo Mota 2008 os muros de gravidade aliviados são utilizados para reduzir a seção do muro e necessitam de armação para resistir aos esforços de tração A Figura 9 mostra a diferença entre os muros de gravidade à esquerda e os de gravidade aliviados à direita MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 102 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 102 26112020 110948 Figura 10 Muro de fl exão e a utilização de contrafortes Fonte MOTA 2008 p 8 Figura 11 Alçado e cortes vertical e horizontal de uma cortina de estacaspranchas Fonte BRITO PAULO 2001 p 1 Segundo Skyline Steel 2018 os muros estacaspranchas são longas seções estruturais conectadas verticalmente criando uma parede contínua e que resis tem a pressões laterais e difi cultam a passagem de água e solo a depender de sua forma geométrica e solo de contato Assim as estacaspranchas podem ser justapostas ou de diversos outros modelos como é possível observar na Figura 11 Contrafortes A A CORTE AA Para Monteiro et al 2017 Para as estacaspranchas a principal preocupação quanto à sua dura bilidade é a ocorrência de corrosão Estas taxas serão mais elevadas quanto mais próximas as estacas forem instaladas do mar Por conta da necessidade de longa vida útil da maioria das estruturas é importante incluir proteções contra corrosão das estacaspranchas como pintura anticorrosiva revestimento de zinco proteção catódica ou cobrimento de cimento ou concreto Medidas contra corrosão quando bem execu tadas podem proteger as estacas tanto em solo quanto em água por períodos de aproximadamente 15 a 20 anos MONTEIRO et al 2017 p 7 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 103 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 103 26112020 110948 Sintetizando Durante essa unidade buscouse compreender teorias sobre a mecânica dos solos e sobre as práticas e empuxos de terra Assim vimos assuntos que englo bam os coeficientes de empuxo e como este se relaciona com a interação solo estrutura analisamos os métodos de Coulomb e de Rankine compreendemos as características responsáveis por influenciar na determinação do empuxo e por fim exploramos os tipos de estruturas de arrimo Vimos que há várias formas de se executar os cálculos relativos aos coeficien tes de empuxo devendose adotar a que mais se adapte à finalidade pretendida Além disso é importante ressaltar que os empuxos podem se classificar como sendo ativos passivos ou em repouso Os métodos mais comuns e usuais para os cálculos de empuxo são os mé todos de Coulomb e Rankine sendo este último mais facilmente aplicado Além disso vimos que para se determinar um empuxo devese levar em considera ção vários esforços atuantes como água pressão sobrecargas atrito e fendas de tração Esses empuxos por sua vez irão influenciar estruturas como os muros de arrimo que são muito usuais Estes muros são contenções que vemos diaria mente principalmente em casas para a divisão de residências Eles possuem uma série de fatores de interferência e quando não são construídos adequa damente podem causar problemas como as temidas infiltrações ou mesmo desmoronamentos MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 104 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 104 26112020 110948 Referências bibliográficas ANA L S Uma alternativa para o ensino da Lei de Coulomb e da Lei de Gauss na educação básica 2020 Dissertação Mestrado em Ensino de Física Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campo Mourão 2020 BARBOSA F G et al Elaboração do dimensionamento de um muro de con tenção para o talude localizado no município de Santo Antônio de PáduaRJ Revista Interdisciplinar Pensamento Científico Itaperuna v 6 n 1 2020 BRITO J PAULO P V Cortinas de estacasprancha 2001 Disponível em httpswwwresearchgatenetpublication282250888Cortinasdeestacas prancha Acesso em 19 nov 2020 BARROS P L A Obras de contenção manual técnico São Paulo Maccaferri do Brasil Ltda 2014 COSTA Y D J Modelagem física de condutos enterrados sujeitos a perda de apoio ou elevação localizada 2005 Disponível em httpstesesuspbr tesesdisponiveis1818132tde19102005001944publicoTesepdf Acesso em 19 nov 2020 DANZIGER B R et al Estudo de caso de obra com análise da interação solo estrutura Engenharia Civil UM Braga sl n 23 p 4354 2005 DAS B M Fundamentos de Engenharia Geotécnica São Paulo sn 2014 LOBO A S FERREIRA C V RENOFIO A Muros de arrimo em solos colapsíveis provenientes do arenito Bauru problemas executivos e influência em edifica ções vizinhas em áreas urbanas Acta Scientiarum Technology Maringá v 25 n 2 p 169177 2003 MACHADO S MACHADO M de F Mecânica dos solos II conceitos introdutó rios Salvador UFBA 1997 MAGALHÃES M S Dimensionamento de estruturas de contenção atiranta das utilizando os métodos de equilíbrio limite e de elemento finitos 2015 192 f Dissertação Mestrado Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janei ro Rio de Janeiro 2015 MARCHETTI O Muros de arrimo São Paulo Blucher 2007 MARINHO F Empuxos de terra cálculo e aplicações 2019a Disponível em httpswwwguiadaengenhariacomempuxosterracalculoaplicacoes Acesso em 02 nov 2020 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 105 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 105 26112020 110948 MARINHO F Empuxos de terra conceitos iniciais 2019b Disponível em ht tpswwwguiadaengenhariacomempuxosterraconceitosiniciaistext Assim20como20o20coeficiente20decomprimindo20o20maci C3A7o20de20solo Acesso em 01 nov 2020 MONTEIRO F F Análise técnicoeconômica dos métodos construtivos de paredes diafragma moldadas in loco estacasprancha e estacas secantes 2017 Disponível em httpsseerimededubrindexphprevistaecarticle view18401385 Acesso em 19 nov 2020 MOTA R J Análise da interação soloestrutura de uma obra de contenção na cidade de GoiâniaGO 2008 149 f Dissertação Mestrado em Geotecnia Universidade de Brasília Brasília 2008 MOVIMENTO de partículas carregadas em campos elétricos Postado por Jackson Neo Padilha 37 min 14 s son color port Disponível em https wwwyoutubecomwatchvvBp1kPiMhUc Acesso em 19 nov 2020 PEREIRA C Muro de arrimo o que é e principais tipos 2019 Disponível em httpswwwescolaengenhariacombrmurodearrimo Acesso em 03 nov 2020 PINTO S M M DORTAS I S Dimensionamento de muro de arrimo utilizando blocos estruturais como elementos de contenção Caderno de Graduação Ciências Exatas e TecnológicasUNITSERGIPE Sergipe v 6 n 1 p 11 2020 RIJO M Mecânica dos solos e fundações 2016 Disponível em https wwwacademiaedu37149336MECC382NICADOSSOLOSEFUNDA C387C395ES Acesso em 18 nov 2020 SANTOS B N A Análise da resistência ao cisalhamento e coeficiente de em puxo no repouso durante a inundação em solo colapsível de PetrolinaPE 2018 Disponível em httpsrepositorioufpebrhandle12345678931651 Acesso em 19 nov 2020 SANTOS P J Cálculo do empuxo ativo com determinação numérica da su perfície freática 2010 97 f Dissertação Mestrado Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Civil Arquitetura e Urbanismo Campi nas 2010 SKYLINE STEEL Steel Sheet Piling 2018 Disponível em httpwwwskylines teelcomglobalnavproductssteelsheetpiling Acesso em 05 set 2017 MECÂNICA DOS SOLOS APLICADA 106 SERENGCIVMESOAPUNID4indd 106 26112020 110948