Craig | Mecânica dos Solos, 8ª edição

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Mecânica dos Solos, best-seller do segmento, é considerado por professores, estudantes e profissionais do mundo todo a principal obra de referência no tema. Esta nova edição, revista e ampliada, reflete as demandas atuais da Engenharia Civil, constituindo um verdadeiro investimento que renderá frutos ao longo de toda a vida profissional dos leitores, visto que reúne todo o conteúdo necessário àqueles que se dedicam à prática da engenharia geotécnica, da engenharia de fundações e da construção civil.
Esta oitava edição inclui novos tópicos, como técnicas de análise limite, ensaios in situ e sistemas de fundação, além de temas como percolação, rigidez do solo, conceito de estado crítico e o projeto de fundações. Sua redação está totalmente de acordo com o Eurocode 7, apresenta referências a outros padrões internacionais e, além disso, seu conteúdo pode ser complementado pelo acesso ao site da LTC Editora – GEN | Grupo Editorial Nacional, onde é possível encontrar ferramentas e recursos para aprimorar os estudos. Por todas essas características, Mecânica dos Solos é indispensável para a formação de profissionais completos e capazes de relacionar teoria e prática com máxima eficiência.

14 capítulos

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1 - Características básicas dos solos

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Capítulo 1

Características básicas dos solos

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Entender como os depósitos de solo são formados, além da composição básica e da estrutura dos solos quanto à sua microtextura (Seções 1.1 e 1.2).

2 Descrever (Seções 1.3 e 1.4) e classificar (Seção 1.5) os solos com base em suas características físicas básicas.

3 Determinar as características físicas básicas de um contínuo de solo (isto é, no que diz respeito à sua macrotextura; Seção 1.6).

4 Especificar a compactação exigida para produzir materiais para os aterros de engenharia, com as propriedades desejadas do contínuo para uso em construções geotécnicas (Seção 1.7).

1.1 A origem dos solos

Para o engenheiro civil, solo é qualquer reunião de partículas minerais soltas ou fracamente unidas (cimentadas), formada pela decomposição de rochas como parte do ciclo delas (Figura 1.1), sendo o espaço vazio entre as partículas ocupado por água e/ou ar. As ligações fracas podem ser causadas por carbonatos ou óxidos precipitados entre as partículas ou por matéria orgânica. A deposição e a compressão subsequentes dos solos, combinadas com a cimentação entre as partículas, os transformam em rochas sedimentares (um processo conhecido como litificação).

 

2 - Percolação

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Capítulo 2

Percolação

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Determinar a permeabilidade dos solos usando os resultados dos ensaios de laboratório e dos ensaios in situ conduzidos no campo (Seções 2.1 e 2.2).

2 Entender como a água do solo flui para uma grande variedade de condições do solo e determinar as quantidades de percolação e as pressões de água nos poros dentro do solo

(Seções 2.3–2.6).

3 Usar ferramentas computacionais para resolver, de forma precisa e eficiente, problemas de percolação maiores e/ou mais complexos (Seção 2.7).

4 Avaliar a percolação através e abaixo de barragens de terra e entender as características de projeto/os métodos de correção que podem ser usados para controlá-la (Seções 2.8–2.10).

2.1 A água do solo

Todos os solos são materiais permeáveis, com a água ficando livre para fluir através dos poros interligados entre as partículas sólidas. Mostraremos nos Capítulos 3–5 que a pressão da água nos poros é um dos principais parâmetros que determinam a resistência e a rigidez dos solos. Dessa forma, é fundamental que ela seja conhecida tanto sob condições estáticas quanto durante o fluxo da água dos poros (o que é conhecido como percolação).

 

3 - Tensão efetiva

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Capítulo 3

Tensão efetiva

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Entender como a tensão total, a pressão da água nos poros (poropressão) e a tensão efetiva estão relacionadas entre si e a importância desta última na mecânica dos solos (Seções 3.1,

3.2 e 3.4);

2 Determinar o estado de tensões efetivas dentro do solo, tanto sob condições hidrostáticas quanto durante a percolação (Seções 3.3 e 3.6);

3 Descrever o fenômeno da liquefação e determinar as condições hidráulicas na água do solo sob a qual ocorrerá (Seção 3.7).

3.1 Introdução

Um solo pode ser considerado um esqueleto de partículas sólidas que encerram espaços vazios contínuos contendo

água e/ou ar. Para a faixa de valores de tensões normalmente encontradas na prática, as partículas sólidas em si e a água podem ser consideradas incompressíveis; o ar, por outro lado, é altamente compressível. O volume do esqueleto de solo como um todo pode variar em face da reacomodação das suas partículas em novas posições, principalmente por rolamento ou deslizamento, com uma modificação equivalente nas forças que agem entre as partículas.

 

4 - Adensamento

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Capítulo 4

Adensamento

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Entender o comportamento do solo durante o adensamento (drenagem da pressão da

água dos poros) e determinar as propriedades mecânicas que caracterizam esse comportamento a partir de ensaios de laboratório (Seções 4.1, 4.2, 4.6 e 4.7);

2 Calcular os recalques do terreno como uma função do tempo em decorrência do adensamento, tanto de forma analítica quanto com o uso de ferramentas computacionais para problemas mais complexos (Seções 4.3–4.5, 4.8 e 4.9);

3 Projetar um esquema corretivo de drenos verticais para acelerar o adensamento e atender aos critérios especificados de desempenho.

4.1 Introdução

Conforme foi explicado no Capítulo 3, o adensamento é a redução gradual de volume de um solo completamente saturado e de baixa permeabilidade em consequência da variação da tensão efetiva. Isso pode acontecer como resultado da drenagem de uma determinada quantidade de água dos poros, com o processo continuando até que o excesso de poropressão (pressão neutra) causado por um aumento na tensão total tenha se dissipado por completo. O adensamento também pode ocorrer devido a uma redução da água nos poros, por exemplo, por bombeamento da água do solo ou por captação de água de poços (ver o Exemplo 4.5). O caso mais simples é o do adensamento unidimensional, no qual o incremento da tensão é aplicado em apenas uma direção (normalmente, a vertical), estando implícita a condição de deformação lateral nula. O processo de inchamento (também chamado de expansão), inverso do adensamento (chamado, algumas vezes, de condensação ou consolidação), é o aumento gradual do volume de um solo com excesso de poropressão negativa.

 

5 - Comportamento do solo sob o esforço de cisalhamento

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Capítulo 5

Comportamento do solo sob o esforço de cisalhamento

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Entender de que forma o solo pode ser modelado como um meio contínuo e de que forma seu comportamento mecânico (resistência e deformabilidade) pode ser descrito adequadamente usando modelos (constitutivos) de material elástico e plástico (Seções

5.1–5.3);

2 Entender o método de operação dos equipamentos padronizados de ensaios em laboratório e obter as propriedades de resistência e deformabilidade (rigidez) do solo, a partir desses ensaios, para uso em análises geotécnicas subsequentes (Seção 5.4);

3 Conhecer as diferentes características de resistência de solos grossos e finos e obter os parâmetros do material a fim de modelá-los (Seções 5.5, 5.6 e 5.8);

4 Entender o conceito de estado crítico e seu importante papel na associação da resistência ao comportamento volumétrico no solo (Seção 5.7);

 

6 - Investigação do terreno

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Capítulo 6

Investigação do terreno

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Especificar uma estratégia básica de investigação do terreno para identificar depósitos de solo e determinar a profundidade, a espessura e a extensão de suas áreas no interior do terreno;

2 Entender as aplicações e as limitações de uma grande variedade de métodos disponíveis para esboçar o perfil do terreno e interpretar seus resultados (Seções 6.2, 6.5–6.7);

3 Verificar os efeitos da amostragem sobre a qualidade das amostras de solo obtidas em ensaios de laboratório e as consequências desses efeitos na interpretação dos dados de tais ensaios (Seção 6.3).

6.1 Introdução

Uma investigação adequada do terreno é uma atividade preliminar essencial à execução de um projeto da Engenharia Civil. Devem ser obtidas informações suficientes para permitir que se elabore um projeto seguro e econômico e evitar quaisquer dificuldades durante a construção. Os objetivos principais da investigação são: (1) determinar a sequência, as espessuras e a dimensão lateral dos estratos do solo e, quando apropriado, o nível do substrato rochoso; (2) obter amostras representativas dos solos (e rochas) para identificação e classificação e, se necessário, para o uso em ensaios de laboratório a fim de determinar os parâmetros adequados do solo; (3) identificar as condições da água subterrânea. A investigação também pode incluir a realização de ensaios in situ para avaliar as características apropriadas do solo. Os ensaios in situ serão analisados no Capítulo 7. Surgem considerações adicionais caso se suspeite que o terreno esteja contaminado. Os resultados de uma investigação deste devem fornecer as informações adequadas; por exemplo, permitir que seja selecionado o tipo mais apropriado de fundação para uma determinada estrutura e indicar se existe a probabilidade de surgirem problemas especiais durante a construção.

 

7 - Ensaios in situ

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Capítulo 7

Ensaios in situ

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Entender a lógica que fundamenta os ensaios de solos in situ para obter suas propriedades constitutivas, além de entender a importância da parte que eles desempenham junto aos ensaios de laboratório e o uso de correlações empíricas para estabelecer um modelo confiável do terreno (Seção 7.1);

2 Entender o princípio de funcionamento de quatro dispositivos comuns de ensaios in situ, sua aplicabilidade e as propriedades constitutivas que podem ser obtidas de modo confiável a partir deles (Seções 7.2–7.5);

3 Processar os dados dos ensaios a partir desses métodos com a ajuda do computador e usálos para obter as propriedades principais de resistência e rigidez (Seções 7.2–7.5).

7.1 Introdução

No Capítulo 5, foram descritos ensaios de laboratório para determinar o comportamento constitutivo do solo

(propriedades de resistência e rigidez). Embora sejam extremamente importantes para quantificar o comportamento mecânico de um elemento de solo, eles ainda apresentam várias desvantagens. Em primeiro lugar, para obter dados de alta qualidade por meio de ensaios triaxiais, devem ser obtidas amostras indeformadas, o que pode ser difícil e caro em alguns depósitos (por exemplo, areias e argilas sensitivas, ver Capítulo 6). Em segundo lugar, nos depósitos em que há características significativas no interior da macrotextura (por exemplo, fissuração em argilas rígidas), a resposta de um pequeno elemento de solo pode não representar o comportamento de sua massa como um todo, caso aconteça de a amostra não ter nenhuma dessas características. Em consequência de tais limitações, foram desenvolvidos métodos de ensaios in situ que podem superar essas limitações e fornecer uma avaliação rápida dos parâmetros principais que podem ser conduzidos durante a fase de investigação do terreno.

 

8 - Fundações rasas

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Capítulo 8

Fundações rasas

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Entender os princípios funcionais por trás das fundações rasas;

2 Resolver problemas simples sobre capacidade de fundações, usando a equação de capacidade de carga de Terzaghi e/ou técnicas de análise limite;

3 Calcular as tensões induzidas abaixo de fundações rasas e o recalque resultante usando soluções elásticas e a teoria do adensamento;

4 Entender a filosofia que serve de fundamento para as normas de projeto de estados limites e como isso é aplicado ao projeto de acordo com o Eurocode 7;

5 Projetar uma fundação rasa dentro do contexto do projeto de estados limites (Eurocode

7), de forma analítica (com base em propriedades fundamentais do terreno) ou direta, a partir de dados de ensaios in situ.

8.1 Introdução

A fundação é aquela parte de uma estrutura que transmite cargas diretamente ao solo subjacente, um processo conhecido como interação solo-estrutura. Isso é mostrado de forma esquemática na Figura 8.1a. Para se comportar de maneira satisfatória, a fundação deve ser projetada para atender a duas exigências principais de desempenho

 

9 - Fundações profundas

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Capítulo 9

Fundações profundas

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Entender os princípios de funcionamento das fundações profundas, como elas são construídas/instaladas e as vantagens que oferecem em relação às rasas ou superficiais

(Capítulo 8);

2 Projetar uma estaca segundo o conceito de projeto por estados limites (Eurocode 7), de forma analítica (com base em propriedades fundamentais do terreno), diretamente dos dados de ensaios in situ ou a partir de resultados da prova de carga em uma estaca.

9.1 Introdução

Ao projetar fundações, com frequência, há situações em que o uso de uma fundação rasa (ou superficial) não é econômico ou prático. Dentre elas:

Q

quando as ações aplicadas às fundações são grandes (por exemplo, grandes cargas concentradas); quando os solos próximos à superfície têm pouca resistência e/ou rigidez (isto é, pouca capacidade de carga); quando grandes estruturas estão situadas em depósitos muito heterogêneos ou onde as camadas de solo estão inclinadas;

 

10 - Tópicos avançados sobre fundações

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Capítulo 10

Tópicos avançados sobre fundações

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Entender como as estacas e as fundações rasas podem ser usadas como elementos de sistemas maiores de fundações, incluindo grupos de estacas, radiers, radiers estaqueados e pavimentos subterrâneos, e ser capaz de projetar tais sistemas.

2 Projetar elementos de fundações rasas e profundas que estejam sujeitos a carregamento combinado (vertical, horizontal, momento), usando técnicas de análise limite (ELU) e soluções elásticas (ELS), segundo o conceito de projeto por estados limites.

10.1 Introdução

Os elementos de fundação explorados no Capítulo 8 (fundações rasas ou superficiais) e no Capítulo 9 (estacas e grupos de estacas) não são usados sempre de forma isolada. Na verdade, a Figura 8.1 mostra uma estrutura simples na qual são usadas duas sapatas corridas adjacentes para suportar as colunas em cada lado de uma estrutura. O projeto dos elementos individuais das fundações ainda exigirá o uso das técnicas descritas nos Capítulos 8 e 9; entretanto, o compartilhamento da carga entre os diferentes elementos do sistema também deve ser levado em consideração, seja para obter as condições de carregamento para o projeto dos elementos individuais, seja para determinar quaisquer modificações na resposta do elemento em virtude de sua inclusão no sistema. A Seção 10.2 também levará em consideração o desempenho de uma variedade de sistemas de fundações diferentes sob cargas verticais.

 

11 - Estruturas de contenção

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Capítulo 11

Estruturas de contenção

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Usar a análise limite e as técnicas de equilíbrio para determinar as pressões laterais de terra máximas que agem em estruturas de contenção;

2 Determinar as tensões laterais in situ com base nas propriedades fundamentais do solo e entender como são mobilizadas as pressões de terra máximas a partir desses valores por movimento relativo solo–estrutura;

3 Determinar as tensões laterais induzidas em uma estrutura de contenção em virtude das cargas externas e dos procedimentos construtivos;

4 Projetar uma estrutura de contenção por gravidade, um muro de flexão (ou engastado), uma escavação escorada ou uma estrutura de contenção de solo reforçado, de acordo com o projeto de estados limites (EC7).

11.1 Introdução

Com frequência, é necessário na Engenharia Geotécnica conter massas de solo (Figura 11.1). Tais aplicações podem ser permanentes, por exemplo, para:

 

12 - Estabilidade de massas de solo autossuportadas

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Capítulo 12

Estabilidade de massas de solo autossuportadas

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Determinar a estabilidade de escavações não suportadas, incluindo aquelas suportadas por lama, e planejar esses trabalhos com uma base conceitual de projeto por estados limites.

2 Determinar a estabilidade de taludes, cortes verticais e barragens e conceber esses trabalhos com uma base conceitual de projeto por estados limites.

3 Determinar a estabilidade de túneis e recalques do terreno causados por trabalhos em túneis e usar essas informações para realizar um projeto preliminar desses trabalhos com uma base conceitual de projeto por estados limites.

12.1 Introdução

Este capítulo é dedicado ao projeto de massas de solo potencialmente instáveis que foram formadas pela atividade humana (escavação ou construção) ou por processos naturais (erosão e deposição). Essa classe de problemas inclui taludes, barragens e escavações não suportadas. No entanto, ao contrário do material do Capítulo 11, as massas de solo aqui não são suportadas por um elemento estrutural externo, como um muro de arrimo; em vez disso, elas desenvolvem sua estabilidade pela resistência do solo no interior da massa em cisalhamento.

 

13 - Casos ilustrativos

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Capítulo 13

Casos ilustrativos

Resultados de aprendizagem

Depois de trabalhar com o material deste capítulo, você deverá ser capaz de:

1 Selecionar valores característicos dos parâmetros de Engenharia a partir de dados de laboratório ou in situ que sejam adequados para o uso em um projeto de Engenharia;

2 Entender o princípio de operação de instrumentação de campo usada para medir a resposta das construções geotécnicas e ser capaz de selecionar a instrumentação apropriada para verificar as hipóteses de projeto;

3 Entender como o Método Observacional pode ser usado em construções geotécnicas;

4 Aplicar as técnicas de estado limite apresentadas nos Capítulos 8–12 à análise e ao projeto de construções geotécnicas reais na prática, a fim de começar a desenvolver o senso crítico de Engenharia.

13.1 Introdução

Pode haver muitas incertezas na aplicação prática da mecânica dos solos de Engenharia Geotécnica. O solo é um material natural (e não um fabricado), portanto pode-se esperar algum grau de heterogeneidade dentro de um depósito. Uma investigação do terreno pode não detectar todas as variações e detalhes geológicos dentro de um estrato de solo, de forma que sempre existe o risco de encontrar condições imprevistas durante a construção. Corpos de prova com tamanhos relativamente pequenos e sujeitos a algum grau de perturbação, mesmo com a técnica de amostragem mais cuidadosa, são ensaiados para modelar o comportamento de grandes massas in situ, que podem exibir aspectos não incluídos nos corpos de prova (por exemplo, fissuras em uma argila fortemente sobreadensada).

 

Glossário

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Glossário

Capítulo 1

Agregação Grupo de partículas que se comporta como uma única unidade maior.

Aluvião Depósito de solo formado de material transportado por processos fluviais (por exemplo, rios).

Aterro de engenharia Solo que foi selecionado, colocado e compactado de acordo com uma especificação apropriada, com a finalidade de alcançar um determinado desempenho de engenharia.

Atividade Relação entre o índice de plasticidade e a fração de argila de um solo. Solos de alta atividade apresentam maior variação de volume quando o teor de umidade é modificado.

Bem graduado Um solo grosso que não apresenta excesso de partículas de qualquer intervalo de tamanhos e no qual não faltam as de tamanhos intermediários.

Coeficiente de curvatura (Cz) Coeficiente que descreve o formato de uma curva granulométrica (ou curva de distribuição de partículas).

Coeficiente de uniformidade (Cu) Coeficiente que descreve a inclinação de uma curva granulométrica (ou curva de distribuição de partículas).

 

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