Mecânica dos Solos II - Apostilas - Agronomia Part1, Notas de estudo de Agroflorestal

Baixe Mecânica dos Solos II - Apostilas - Agronomia Part1 e outras Notas de estudo em PDF para Agroflorestal, somente na Docsity! Universidade do Oeste de Santa Catarina UNQESC - Jha Centro Tecnológico Curso de Engenharia Civit o Apostila de Mecânica dos Solos II Professora: Laila Valduga Joaçaba, 2º semestre de 2003. Sumário Capítulo 01....... Empuxos de terra Capítulo 02....... Muros de arrimo Capítulo 03....... Estabilidade de taludes Capítulo 04....... Investigação do subsola Capítulo 05.....:: Permeabilidade dos solos Capítulo 06....... Fluxo Págua utravés dos solos Capítulo O7....... Redes de fluxo e barragens de terra Da figura: o, =x Op=kxao,=hkxyxz sendo k = coeficiente de empuxo. Existem três tipos de coeficientes de empuxo: “= No repouso (K 0); = Ativo (ka); “Passivo (k 5). 2.1) Coeficiente de empuxo-no:repouso: O coeficiente -de repouso K o exprime a relação entre o n e o v quando não ocorrem deformações horizontais na massa de solo. Figura 02 — Empuxo no repouso, G,=kpxo,=kXxyxz 2.2) Coeficiente de empuxo ativo: Caso a parede se deslocar, afastando-se do maciço, ocorre um alívio nas tensões horizontais. Esta nova situação corresponde à condição de empuxo ativo. translação da parede Figura 03 — Empuxo ativo. Valor mínimo: c=k,xo, 2.3) Coeficiente de empuxo passivo: Caso a parede movimente-se em direção ao maciço, a tensão horizontal sofre um acréscimo, até atinglr um valor máximo. Esta situação caracteriza a ocorrência de empuxo passivo, transtação da parede Figura 04 — Empuxo passivo, 3 Valor máximo; op=k,xo, 2.4) Resumo : Com base nas definições acima, pode-se expressar a seguinte relação entre os coeficientes de empuxo: k <k<k 3) Teoria de Rankine: A teoria-de Rankine pressupõe-que a:massa de:solo-está-no “estado ce equilibrio plástico”, ou seja;:que. cada uma de suas-partes-está a ponto de romper, 3.1) Hipóteses fundamentais: “ Solo é homogêneo e isotrópico; “ Superfície de ruptura plana; "Válido o critério de Mohr; « Não há pressões de percolação; "Movimento livre no anteparo; = Não há atrito solo x muro; » A cunha de ruptura comporta-se como um corpo rígido, suportando translação. logo: Egas tang | tang xNç do xNs e 6,76, XN, +2x0x/N, 3.2) Solos não coesivos: Como nas solos não coesivos a coesão é nula (c = 0), tem-se que: m=0,xNy 3.2.1) estado ativo: No estado ativo, 4B se afasta do terrapleno, posição original do «anteparo Figura 07. AB = anteparo; BC = superfície de ruptura. 7 q =, =yxH o,=0,=k,xyxH -k,xo, k Lais 1 ias — 3) N, Z o o O empuxo ativo total é igual a área do triângulo ABD: b, nte O ponto de aplicação de E, ocorre no centro geométrico do triângulo, ou seja, 1/3 Ha partir da base. A direção de E, é horizontal e o sentido de E; é contra a contenção. 3.2.2) estado passivo: No estado passivo, 45 se desloca contra o terrapleno. S posição original do anteparo Figura 08. & AB = anteparo; 8C = superfície de ruptura. oo ck, xyxH q,=0,=yx4 (superfície horizontal) x Cr N,= Gamê[ as” +8) o: N 2 OQ empuxo passivo total é igual a área do triângulo ABD: £ Der | “2 O ponto de aplicação de Ep ocorre no centro geométrico do triângulo, ou seja, 1/3 Ha partir da base, A direção de E, é horizontal e o sentido de E, é contra a contenção, 3.2.3) comparativo: Comparando-se k; com kp, verifica-se que: k. - tani(as* 4) < k = tan?[ 45º ! ) a 3 n 5 N & = LA À profundidade das fendas pode ser definida por: pata 0,=0 XZ=2p yxz=2xexyN, > E o empuxo ativo total é: ucá LE, =[ C,xÓz 1 1º IxexHxyN, E, ==xyxW' x— A are eg X, é a Altura crítica: Para um empuxo ativo igual a zero, a altura do talude é chamada de altura crítica (H cio): yxH2, = 2xexHx 2xN, No Ha dee, VM =2XZ, 12 A altura crítica corresponde à máxima altura para que um talude vertical seja estável sem a presença de um anteparo. 3.3.2) Estado passivo: G=0,=/xz D=0, — O XN, tixex Ns = pxraN, +2xexN, E o empuxo passivo total é: T í o,xôz : 1 , mo Ly =qxpxHxN,+2xexH xy Ns 3.3.3) Caso de sobrecarga uniformemente distribuída: Figura 11. 13 G=0,=IX2+tg =, O; » =(pxz+g)xM, +2xex JN E o empuxo passivo total é: b, =[o,x6z E, err xN, +qxHxN, c2xextx/N, E o ativo: . ET E, =], ouxóz £, =SxpaHt a, +qxHxN, -2xexH x Ns 4) Teoria de Coulomb: As hipóteses fundamentais da Teoria de Coulomb são similares às de Rankine, com a diferença que passa a se considerar o atrito existente entre o solo e o muro de arrimo (anteparo). Em função disso, o dimensionamento com a Teoria de Coulomb conduz a obras mais econômicas, Os coeficientes de empuxo ativo e passivo são determinados a partir de equações que descrevem o equilíbrio de uma cunha de solo. 14 Do equilíbrio da cunha ABC vem: oa ; K =p xx v O coeficiente de empuxo ativo k, é obtido com o plano de ruptura que conduz ao menor valor de Ep: sen? (cr + 46) bp = DDD [ [sento + 5) x sen(g — sen? axsen (a—6)xil- |- K — L sen(a — 5) x sento: + à) 4.2) Solos coesivos: Neste caso, é = 0, 5= 0 e há somente coesão. 4.2.1) Estado ativo: Para superfície do terrapleno horizontal e talude vertical. Figura 14. 17 Do equilibrio da cunha ABD vem, segundo AD: L,xcosa+C-Pxsena 0 Onde: C = resultante da reação do terreno. Como: CoexAD= ext sena po lumxBDxp = E. 2 Zxtana Co yxH? o exH E, = Pxtana - DT cosa 2 sen dr x COS E cyxm 2xexH º 2 sen 24 —-lxexH Ea máximo > quando q = 45º > 4, = a 5) Processo gráfico de Culmana: O método de Culmann é um processo bastante geral, que permite o cálculo do empuxo ativo de solos não coesivos para quaisquer situações de superficie do terrapleno, tipos de sobrecargas e tardoz . 18 Para este processo gráfico consideraremos que: a) * A superfície de ruptura passa pelo bordo inferior interno da contenção (ponto A da figura 15): ” LTseráa linha de taludes; « 1PTseráa linha de pressões de terra. Figura 15. divide-se o terrapleno em um número qualquer ce cunhas passando pelo ponto A (geralmente, por pontos de inflexão da superfície, carregamentos aplicados, etc.); 19 o e e 8 Muros de arrimo Puros de Arrimo 1) Definição e tipos: Muros de arrimo são estruturas destinadas a conter massas de solo, cujos paramentos se aproximam da posição vertical. Os materiais mais comumente empregados para tal fim são: . Alvenaria de pedras ou de tijolos; * Concreto simples, ciclópico ou armado; e Ago. Os principais tipos de-muros de arrimo são: 1.1) Gravidade: «Tm Figura 01 = Muro de arrimo à gravidade. São muros feitos com material de custo mais baixo, nos quais são usados grandes volumes de material. São bastante econômicos. 1.2) Cantilever ou perfil simples: São muros executados em concreto armado, são mais esbeltos e trabalham à flexão. Figura 03 = Muro de arrimo tipo cantilever ou perfil simples. Entretanto, a parcela de força correspondente ao empuxo passivo nem sempre é completamente mobilizada. Logo, pode-se definir a segurança ao escorregamento como; FarE Fromm E e Penis = EP En onde: FesNxtanó NaP+Es 3 = ângulo de atrito solo x muro (adotar 5 = 2/3 4) 2.3) Segurança quanto à pressão excessiva na base: A ação combinada do empuxo ativo e do peso do muro de arrimo geram, na base, uma distribuição de tensões aproximadamente trapezoidal (figura 07). Figura 07, a Esta distribuição trapezoidal de pressões implica em que a força normal N na base do muro apresente uma excentricidade (figura 08). Figura 08. A força normal N deve situar-se preferencialmente dentro do terço médio da base (e < 1/6). Isto evita o aparecimento de tensões de tração na fundação do muro (neste caso, N atua dentro do núcleo central de inércia da base). Assim, em função do valor de excentricidade e, a distribuição de tensões na base pode assumit duas configurações: a) e<1/6: “Amã 9 min  Para e = |/6, a distribuição de tensões será triangular. be>I/6: Neste caso, N atua fora do núcleo central de inércia, ou seja, haveria uma região de tração. Os esforços nessa região de tração devem ser desconsiderados. G mix 2 2xN Inês E aa Para a verificação das pressões na base, duas condições devem ser satisfeitas: mis Edo 7 Anísio PE q dus SIG onde q é a tensão admissível do solo de fundação. O valor de q pode ser obtido através das teorias clássicas de capacidade de suporte (7 = f (cb) ou de correlações com ensaios de campo (SPT, por exemplo), 3.2) Tipo semi-gravidade: “1 an Sa vera >30 em egos) ba(Lazba 23 3.3) Tipo cantilever: 1 1 E te —xH w aq Z valzas)at 23 3.4) Tipo contraforte: 4) Drenagem: Uma boa drenagem é fundamental para a segurança de qualquer estrutura de contenção. Através dela, se evita o acúmulo de água no terrapleno (ou terreno arrimado). Normalmente, um muro de arrimo não é dimensionado para suportar pressões d'água, em razão do alto custo que isto representaria, e em função disto a drenagem se faz necessária. Um exemplo de sistema de drenagem está na figura 10,  “Material granular ara areno Figura 10. Para o dimensionamento de drenos, pode-se adotar os-seguintes critérios: CHI o o e 80 em 80 cm 100 em 100 cm Figura li. Estabilidade de Taludes 1) Introdução: Por talude entende-se uma superficie inclinada que limita um maciço, seja ele rochoso ou de solo, Define-se como escorregamento ou ruptura de um talude um deslocamento rápido de uma certa parte do talude, onde o centro de gravidade da massa em movimento avança numa direção orientada para fora e para baixo, Na figura 01-está um esquema de ruptura. Crista É 2u Copo Figura 01. 2) Causas de escorregamento: Em um talude tem-se dois tipos de esforços: * Atuantes (Ta); « Resistentes (t.), A superficie potencial de ruptura indica a superfície na qual a razão entre à tensão cisalhante e a resistência ao cisalhamento corresponde a um valor máximo. Superfície potencial de ruptura ms, B Figura 02, Dentre as forças que tendem a instabilizar um talude, a mais importante é a ação da gravidade. Entretanto, diversas causas podem levar um talude a ruptura, tais como: 2.1) Causas externas: . Mudança na geometria do talude: inclinação e/ou altura; “ Aumento da carga atuante: na borda superior do talude; *— Abalos sísmicos: força tangencial, liquefação de areias fofas saturadas. 22) Causas internas: e Variação do nível d'água: » A saturação de solos granulares faz desaparecer a coesão fictícia tos mesmos; > Aumento da densidade; = Aumento da pressão hidrostática; = Rebaixamento rápido do nível d'água: força de percolação. e Diminúição da coesão com o tempo: percolação lixivia- os elementos aglutinantes (elementos químicos). Opondo-se à tendência de instabilização do talude tem-se a ação das forças resistentes. Estas forças são representadas pela resistência ao cisalhamento do solo, a qual pode ser analisada com o critério de Mohi-Couúlomb: [ H Pote c+gs tap e e . tt -— eg e y "ds o — | ) + No Os g; o Figura 03. Onde: c = coesão; o = pressão efetiva normal (o = 1); tan 4 = coeficiente de atrito. -(eruguos) SOJUSWBBSLIODsa SP SetopeSNeo sOUSUIQUE; & sEquSby - TO BJSdeL eoggLiodsa cpSejanbry sogiã sop OfpuEpa! BIT opeinjes opeisa “ejos “Ipe no eus Brody] ua Cuaueuyjesio op seJepnue:biaa | oumbe: *epejusuuo saçsue] se eusunt pod seçõedy se eoguea | conod elsy & GRSS00 É Inuuig Sagsm, sep SELIOUISUPO [ELSJeui Jenbjend OjuIByjesID Sp ssum se EejuSlUuNy SogoeopOLU Enpora eptenbau ee UO SegÍemia Segáeuotsp no SUBS] sagsojdxe no sENUÇIS] sEgsue | ejeoss apniey op cgSeugoui song jerajeu Jenbient epueib wo amsous SEO!UQIIS] sagsua | ap opnfug o oqustuny SOJUSUIHAOW ejs0)0 ep opdeULIOIaÇ sepusy sep einsege queuyjeso ap oueyjes no |- e Opue)ono!d segsus) opsolo segsus se ejusuny: “ela “epenssy ejbmy apnje! Op ojnôue op o sep opejsa O BSUIpON no oBórujsuco | ajodsuen sp ajuaby E o no eine ep ojuauny OJUSLUBUf2sI Sp apni2] Op jpusgew ap sagáBiado jeusgeu! tonbjendo sacsua] Se ejustny|OU Saga] se BOLIDOW epnjza op ouguunho anbeze sagõe ajusde cp emuabo ap sagípuco op joagdaosns Bjuade Op SLON Sep EJISI EzSumeN og5e op apepijzpok) | op jeitu esneo SE GOS SOgiolI steu jeep “(ogjenuguos) soquotupBaoos: o Op SeJopesneo sousuiguay s sejualy — TO efgeL feouynb ogieuege) ezsuneu SORI6 so anus eounb opápiay *enbenb op eu so0528! se soendeyua opsuedixa opbap ' soupotjios : OgsURdx E Webuo eq e epebi 4gjideo | ap sepujnoJd enby 3 efis ppeinssy egg í o o cessed p znpeg|senbe no seanto oujeuos sELSge sEjuN( seu cgLge tod soJod sou enfep | “epesepelp evpoy “e ep ClusluEdO|ssg PDUgISISa! E mutia/oessed e usiuny | SOIZEA SOU eprun Blaiy . o 12 SP OuBuEDO Seg o apre) op ed op oxege oonsejd Onno 9p edeu epeueo wo eu wo of! |euslew Ofs|s2l 2P OJLSLUIAOW “—— —— = aprje) oe usb spnjy MuBLUBUjESD 9p segsua se elsuyne a s osso E ny sejunf seaou znpoid 3 Sepeipes sequnl auqy soqusuwedaLoso sp sonpiss! no oujeujos sengno “elu “epeinssy env epryey op ofegsel ep QUStHAOW; np anb cusuiguas | op |BLigew op osed apnpea op ouiquinho ap socôipuco Se gos sogiasa sogõe SEP SOIS EzosmeN enhbeje ve jandeosns Bjusbe op opõe Sp epepuepon SIBUI [CUBTEI auade op JBpIU; esnes Sjusde Op SUCN “(ogôenuguDD) sozusweBaucoss sp SBJOPESNPO SOUStUQUEY S sajusby — TO EjSqei SeSoJIbIS sepeweo ap apnjez op | cume Jod SOIZBA SOU Bndg,p OxiEge NO aujuo elote| jpumgeu eoLgpuozod VN Op ogÍenag eousjsisa! e inuun|cessed e ejustuny ep Sepeluro o ss apiHodns ep copiei oprnges erêe,p opsseJd ep sogiê VN Peupquadsa opSejanhbr opeisa u> “eos Dougiadso cqueuny sop olueves! O ERIUI| OP epide: eSueprin “Pppu no euy eluy SOIZeA apre cuige Jod MUStUPIADIO OpELSUp VN Op sou End p caisseoxe op 2d o ed enfep epusjsisa: EP INUIG sys no eus eiamy opideu oqusuexiedy opssaJd znpolad pau op opÍejosed enby og5enuos OBS200 E INUHUIG enbiy opSeguo? usBensa ap seunf znpoid sipluadns sepeieo ouge J0d seu OjOS OU ende ap ESDYIS BISIP D BIS Ojabop a ojos BDUZISSS! E INUNRUIG apepquenh e Buouny seunt seaou ojsô 0B5302 ep oBónuuna |zipoid s sejueispe BpPSBpeIp Loca op cpÍeuuO! E Opitap epeso) segunf se ehiey enfo ep opsuedxg epnjea op ouaminbo anbeje sagõe sausbe op ajusfe ap segópuco ce jnandeosns equsbe op stuonN Sep COS; EZSIMEN opõe ap Spepijepow | op jpDIm esnes se gos soyaia SIPI [BLISJLW 5.3) Rastejo (creep): À velocidade é de aproximadamente 30 cm/década e a massa de solo que rompe não é bem definida. Resulta da ação combinada da gravidade com outros agentes (mudanças de temperatura e umidade, por exemplo). Figura 06. 6) Métodos para análise de estabilidade em taludes de terra: 6.1) Método de Culmann: Apresenta as seguintes hipóteses básicas: * Superfície de ruptura plana passando pelo pé do talude; e No plano de ruptura, o ângulo de atrito (4) é considerado zero: cx O “e Possui uma distribuição uniforme da coesão ao longo do plano de ruptura 4  Figura 07. Já que a análise da estabilidade é feita em função das forças atuantes e das forças resultantes, precisamos defini-las, * Força atuante: é a componente do peso da cunha deslizante segundo AD, A força peso, de acordo com a figura 07, é: P=pxtárea da cunha) =p x tax r= Es x sen(i — 8) sen7 Po=lxpx x Es sen(i 8) 2 send sen/ E a componente do peso segundo 4D é: Pap = Pxsen sen 8 1 Hº Pap -oxpxD senti — 8) x E ea r send (=) sen & e" Força resistente; é a força coesiva total. C=exL=ex H sen 9 Na condição ce ruptura iminente, a força resistente é igual a força atuante, ou seja, Pap = €: ex -Lyyx nº x Semi 8) sen$ 2 send xp xH xsen(i— pyx MA seni 1) Béa única variável em (1). Logo, a superfície crítica de deslizamento (mais perigosa), definida por Bei , é obtida anulando-se à derivada primeira de (1) em relação a B; de LorxH dsen(i- pjxsenf] 0 8 2 sento 8 enti= Do xsen =sen(i — B)x cos — cost — B)sen 8 = 0 €; seno: -9)=0 qu sen(i-- 8 -=sen(i-28)=0 i-28=0 logo: 13