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					MECÂNICA DOS SOLOS UNL 2002
Exame de 29.06.99 1 Já foi descrito (ver ..... ).0 limite eficaz corresponde ao valor máximo conseguido pela compactação para uma dada energia. Isto é , por mais energia de compactação que se aplique não se consegue expulsar mais ar dos vazios. Isto num cilindro compactador no campo consegue-se para 4 a 10 passagens. Os factores que afectam a compactação de um solo são: a energia de compactação; o teor em água a natureza do solo

Para cada equipamento de compactação há uma energia de compactação óptima de adensamento do solo. O teor em água é variável conforme o tipo de solo e influência os parâmetros de compactação. O teor em água óptimo cresce com o aumento da quantidade de fracção argilosa. Quanto à natureza do solo, como se referiu, com o aumento da quantidade de material mais fino (inferior a 0,074 μm; silte e argila) e da plasticidade do solo (maior LL e LP), cresce o teor em água óptimo e diminui o peso volúmico máximo. Para estes solos é mais sensível a influência da energia de compactação. 2 O coeficiente de permeabilidade (k) é o caudal que atravessa a unidade de área de um solo, sob a acção de um gradiente hidráulico. Os factores que conduzem a um dado k são a dimensão das partículas, a porosidade do solo, forma e tamanho dos vazios e a densidade e viscosidade do fluido. Este coeficiente pode ser determinado através de ensaios de campo ou de laboratório. Nos ensaios de laboratório utilizam-se permeâmetros de carga constante, para o caso de solos mais permeáveis e permeâmetros de carga variável para solos mais finos (siltes e argilas), Para este tipo de solos não seria possível adoptar o ensaio do permeâmetro de carga constante, pois o solo é muito fino e a percolação é muito reduzida e não haveria precisão para realizar o ensaio. As causas de erros para a realização dos ensaios são: - o ar da amostra (a dimensão dos vazios e a redução da pressão de percolação ao longo da amostra, pode não ser o suficiente para arrastar o ar libertado pela água, podendo provocar uma redução artificial do k medido; - outro factor é tratar-se de amostras não representativas do solo (a permeabilidade pode variar ao longo de uma pequena área, pelo que os resultados obtidos a partir de amostras de pequena dimensão e em número reduzido pode conduzir a

-

-

resultados não representativos da situação real; outro factor pode ser a falta de representatividade da amostra de campo e estar-se a realizar um ensaio na direcção vertical da amostra, quando a maior permeabilidade normalmente se verifica na direcção horizontal. Também mesmo ensaiando o provete na direcção horizontal pode não ser possível em laboratório reconstituir a estratificação do material como ocorre no seu estado natural; outro factor pode dever-se em ensaiar em laboratório uma amostra que sofreu significativa perturbação, por exemplo na fase de preparação do provete.

o coeficiente de permeabilidade varia numa areia grossa ou limpa 1 a 10-2 cm/s, areia fina a silte 10-2 a 10-5 cm/s e numa argila é inferior a 10-6 em/s. 3 Os drenos verticais permitem acelerar o processo de consolidação, construindo colunas verticais de um material drenante (areia ou brita), francamente permeável, com afastamento suficiente entre si para reduzir o percurso de drenagem do solo argiloso onde são inseridos. Em estratos argilosos, o percurso de drenagem normalmente é apenas vertical e drena para a parte superior ou inferior da camada. Com os drenos verticais, o solo argiloso fica a drenar também na direcção horizontal, dado o efeito de absorção na direcção dos furos drenantes. Para aumentar o efeito dos furos drenantes, estes são utilizados em conjunto com um pré-carregamento, que numa fase posterior pode, se necessário, ser retirado. Para o dimensionamento dos drenos (raio, número ou espaçamento) consideram-se as equações do coeficiente de consolidação e factor tempo para escoamento radiais. Há necessidade de acelerar o processo de consolidação sempre que. no período construtivo ocorre apenas uma parcela reduzida dos assentamentos (na fase construtiva os assentamentos podem ser compensados, colocando mais solo), podendo ficar ainda uma componente bastante elevada para os assentamentos pós-construção, que pode não ser compatível com os níveis exigidos para a funcionalidade da estrutura. Com a consolidação há um aumento gradual da resistência não drenada do solo e como tal acelerar a consolidação também pode levar a ter-se para o terreno uma resistência do solo cada vez maior e que pode ser necessária para um desempenho estável da estrutura. 4 - Já foi descrito (ver ... ) Numa areia em estado denso com a aplicação da tensão distorcional verifica-se dilatância, isto é, aumento de volume até se dar o corte. A areia solta reage ao corte por compressão (diminui de volume) e tende para um material cada vez mais compacto. A areia densa apresenta um diminuição da resistência ao corte ao evanescer o processo de dilatância (aumento de volume), apresentando para grandes deformações, resistências ao corte da mesma ordem de grandeza de amostras ensaiadas em estado solto. Em argilas moles ou normalmente consolidadas é menor a diferença entre as resistências de corte máxima e residual (τmáx-τres). A diminuição da resistência (e a dilatância) deve-se a uma reorientação das partículas para permitir o deslocamento entre as mesmas.

5 o impulso passivo verifica-se quando o muro se desloca na direcção do terreno. O impulso passivo tem um valor superior ao do impulso activo e só se deve utilizar quando se prova que o deslocamento do muro irá mesmo mobilizar o referido impulso.

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Exame de 13.07.99 1- Já foi descrito (ver ... ). 2- Já foi descrito (ver ... ). 3 - Já foi descrito (ver ...... ). 4Porque com o aumento da tensão de confinamento e na situação de ensaio não drenado verifica-se aumento da tensão neutra mobilizada. Esta tensão deve ser medida e desse modo incorporada na caracterização do comportamento do solo. Isto é, a caracterização deve ser levada a cabo em termos de tensões efectivas. A apresentação dos resultados em termos de tensões totais não incorpora totalmente o comportamento do solo à resistência ao corte. A estabilidade deve ser conduzida em termos de tensões efectivas e não em termos de tensões totais. Em solos normalmente consolidados, obtém-se para o ângulo de atrito interno, em condições não drenadas, cerca de metade do valor de <1>, que se obtém em termos de tensões efectivas.

5 - Já foi descrito parcialmente(ver ...........). A mobilização do atrito na interface muro/solo leva a que o impulso deixe de ser horizontal, pois tem uma pequena componente vertical dada por esse atrito. O atrito actua do lado da segurança e a sua não quantificação é conservativa. Porque o movimento do solo devido à força gravítica é descendente. A componente do atrito (reacção do muro) é ascendente e é compensada pelo peso do muro. (ver melhor) e da componente tangencial do impulso que é descendente. Se se considera o atrito solo/muro há, pelo deslocamento relativo, a mobilização de tensões tangenciais que tornam oblíquo a direcção do impulso e as superfícies de rotura são curvas.

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Exame de 17.09.99 1 Já foi descrito (ver.... ). 2 A dispersão ou desfloculação ocorre quando as forças repulsivas entre as partículas de argila excedem as atractivas, de tal forma que, quando a massa da argila fica em contacto com a água as partículas de argila destacam-se e entram em suspensão. Argilas dispersivas são aquelas que pelas suas caracterizas físico-químicas devido ao excesso das forças repulsivas entre partículas quando em contacto com a água deslocamse e ficam em suspensão (dando origem a fissuras). Isto é, tendem a separar-se entre si em vez de se manterem aglutinadas. Quando um fluxo de água atravessa um meio poroso, a água pode ter um efeito de separação das partículas e verifica-se o arraste das mesmas através de um orifício, fissura ou canalículo. Se o fluxo é bastante baixo, o processo de empolamento (na sua expansão por embebição) das partículas pode levar ao estrangulamento do escoamento e terminar assim o fenómeno de dispersividade do solo, ou numa situação mais gravosa pode verificar-se o arrastamento do solo de um número cada vez maior de partículas desfloculadas, com o aumento das fissuras cada vez mais rapidamente, que pode conduzir a um escoamento não controlado. Os ensaios de caracterização da dispersividade são: o ensaio pin-hole, em que se faz um orifício num solo e submete-se o mesmo a um dado gradiente hidráulico e quantifica-se o arrastamento das partículas e o outro num provete moldado de solo, vai-se colocando água e verifica-se directamente a dispersão do solo ou perda de coesão (é o ensaio por imersão). Há uma baixa fiabilidade nestes ensaios porque são pouco rigorosos. Isto é, o sistema de medição é bastante rudimentar. Por exemplo, o que pode ser considerado um solo dispersivo, pode não ser o mesmo para outro, pelo menos no ensaio de imersão. É também extremamente difícil neste tipo de ensaio reproduzir a estrutura do solo in-situ..... 3 a) σA = 0 σB = 2 x 20 = 40 kN/m2 σC = 6 x 20 = 120 kN/m2 σA = 0 σB = 2 x 20 = 40 kN/m2 σC = 6 x 20 = 120 kN/m2 σA = 0 σB = 2 x 20 = 40 kN/m2 σC = 6 x 20 = 120 kN/m2 σ’A = 0 σ’B = 40 kN/m2 σ’C = 120 – 4 x 10= 80 kN/m2 σ’A = 0 σ’B = 40 kN/m2 σ’C = 120 – 2 x 10= 100 kN/m2 σ’A = 0 σ’B = 40 kN/m2 σ’C = 120 – 6 x 10= 80 kN/m2

b)

c)

4 o critério de rotura mais usual em Mecânica dos Solos é o de Mohr-Coulomb. Num traçado das tensões tangenciais máximas em ordenadas e da tensão média efectiva em abcissas, verifica-se para cada tipo de solo um valor máximo da resistência ao corte de um dado solo, e dado pela envolvente de Mohr-Coulomb. Assim, a resistência ao corte máxima é igual à coesão e a uma parcela em que se multiplica a tensão normal aplicada na superfície de corte pela tg do ângulo de atrito interno. Os parâmetros de resistência são pois a coesão que se traduz pela capacidade de aglutinação das partículas de um solo fino devido a forças de capilaridade e que evanescem com o aumento do teor em água e o ângulo de atrito intemo corresponde ao efeito de um atrito entre partículas quando se provoca uma pressão exterior e que conduz a deformações subsequentes. o fenómeno da dilatância ocorre em areias densas, quando ao deslocar-se uma massa de solo necessita de aumentar de volume para umas partículas poderem deslizar umas relativamente às outras. Numa situação destas a envolvente de rotura é curva, isto é, a resistência ao corte toma um valor máximo no inicio da fase de corte, tendendo para grandes deformações para a resistência residual igual à resistência de corte de um solo no estado solto. O processo da dilatância traduz-se por um aumento de volume de solo, provocando uma diminuição da resistência do solo. 5 (ver ). Numa contenção de 1erras monoancoradas pelo método de entivação de Munique, constrói-se uma estrutura.. reticulada de betão a partir da qual se faz a ancoragem do terreno. Num processo por paredes moldadas, faz-se um corte no solo com a geometria da parede e retira-se o solo e enche-se o buraco com uma calda de betão simples. Em seguida o solo existente contíguo à parede moldada está pronto para ser escavado.

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Exame de 04.07.00 1 - Já foi descrito o ensaio (ver.......... ). Existem vários equipamentos para compactação dos solos, mas os mais importantes são os cilindros. O peso do cilindro é o factor mais importante para a energia do mesmo. O peso específico cresce rapidamente com o número de passagens de um cilindro, tendendo para um patamar em que posteriores passagens do equipamento não têm um efeito significativo no aumento do peso volúmico. Assim, para um dado tipo de solo e uma dada energia de compactação corresponde um limite eficaz da compactação.

2
a) A argila normalmente consolidada exibe maior assentamento porque o acréscimo das deformações, estas para além da tensão de pré-consolidação (σp' ou σe'). Isto porque o acréscimo significativo das deformações ocorrem após aplicar tensões acima de σp' do solo sobreconsolidado, como se pode ver num diagrama e/log(σ). No caso do solo já estar sobreconsolidado parte das deformações verificam-se no ramo da descarga-recarga, que origina pequenas deformações relativamente ao ramo virgem. b) Assentamento imediato é o que verifica instantaneamente ao aplicar cargas verticais a uma amostra argilosa, por um ligeiro rearranjo das partículas de solo, devido a uma descompressão anterior, por exemplo. Consolidação primária é um processo de deformação devida à expulsão da água em pressão dos poros de um solo argiloso (corresponde á teoria de consolidação de Terzaghi). Após a dissipação total das pressões neutras, passa-se a um processo de consolidação secundária do tipo fluência e que corresponde a um gradual e lento rearrumo das partículas argilosas num solo.

3
(ver ..18.07.01)

4
o critério de rotura mais usual em Mecânica dos Solos é o de Coulolllb-Terzaghi (também designado por de Mohr-Coulomb). Num traçado das tensões tangenciais em ordenadas e da tensão média efectiva em ordenadas, verifica-se para cada tipo de solo um valor máximo da resistência ao corte, e que é dado pela envolvente de Coulomb-Terzaghi. Assim, a resistência ao corte máxima é igual à coesão ( valor de 't para cr igual a zero) e a uma parcela em que se multiplica a tensão normal aplicada na superfície de corte pela tg do ângulo de atrito interno. Os parâmetros de resistência

são pois a coesão que se traduz pela capacidade de aglutinação das partículas de um solo fino devido a forças de capilaridade e que evanescem com o aumento do teor em água e o ângulo de atrito interno e que corresponde ao efeito de atrito entre partículas um deslocamentos das mesmas devido à aplicação de uma pressão exterior. O critério de Mohr-Coulomb é pois dado por:

τ = c + σ × tg(φ ) τ σ
c =Tensão tangencial de corte (máxima) =Tensão normal no plano de corte =Coesão =ângulo de atrito intemo

φ

Terzaghi foi quem primeiro demonstrou que a resistência ao corte não depende da tensão total, mas sim da tensão efectiva que é dada por: σ’ = σ - u, isto é, a tensão efectiva (σ’) é igual à tensão total (σ) menos a tensão neutra (u). A resistência ao corte de um solo é a máxima resistência que este oferece às tensões tangenciais.

O coeficiente de atrito interno (φ) corresponde à resistência (por atrito) de umas partículas sobre outras num processo de deformação. A secção (c) é a resistência devido às forças que
tendem a manter unidas as partículas de uma massa de solo. Os solos grossos ou areias devem a sua resistência quase em exclusivo ao φ. Nos solos finos ou coerentes (argilas) a resistência ao corte é devida à coesão. Há ainda os solos com um comportamento intermédio em que ambos os parâmetros contam para a sua resistência. Os parâmetros de resistência, c e φ em termos de tensões totais ou em tensões efectivas, dependem: - do tipo de solo - do teor em água - das condições do ensaio ou da solicitação em campo. b) Quando se verifica uma elevada deformação de uma massa de solo, o processo de distância (ocorrem deformações volumétricas de expansão) que ocorre num solo em estado denso já se deu e ocorre, para grandes deformações, como num solo solto, apenas o rolamento e o deslizamento de uma_ partículas sobre outras, que se traduz por um coeficiente de atrito da mesma ordem de grandeza (tg de ϕ). Os parâmetros intrínsecos de resistência ao corte são o ângulo de atrito interno (dado em O) e a coesão (kN/m2). A areia densa expande até se dar a rotura, acontecendo o mesmo numa argila sobreconsolidada (OC). Após atingir a resistência máxima, a denominada resistência de pico, o valor da tensão de corte vai baixando com o aumento da deformação até atingir um valor mínimo, idêntico à do material nos estado solto, atingindo-se assim a denominada resistência residual. Nas areias soltas e argilas normalmente consolidadas há uma diminuição do volume do solo com o aumento da deformação, conduzindo a um adensamento do mesmo. O decréscimo da resistência entre o valor máximo e o residual, neste tipo de solos, é muito pequeno ou mesmo desprezável.

O efeito da sobreconsolidação é o de fazer subir a envolvente de Mohr-Coulomb. Deve-se também saber que alguns solos exibem rotura progressiva. Neste caso, numa superfície potencial de deslizamento a resistência máxima de corte não é mobilizada simultaneamente em todos os pontos dessa superfície, não sendo portanto constante a relação entre a tensão tangencial média na superfície de corte e a resistência mobilizada nessa superfície. A presença de fissuras e juntas nas argilas pode conduzir

a uma rotura progressiva e no limite este processo pode continuar até ser atingida a . resistência

residual. 5
a )Na teoria de Rankine: - a superfície do solo é horizontal - a superfície entre o muro e o terreno é vertical - não se considera o atrito mobilizado entre o muro e o terreno (esta situação é do lado da segurança), a coesão é nula. Na teoria de Coulomb considera-se um bloco de terreno rígido (em forma de cunha) que entra em plastificação. Para esta cunha estar em equilíbrio é necessário considerar o peso próprio, a reacção na superfície de deslizamento (no interior do terreno) e a reacção da estrutura de suporte (impulso de terras). Faz-se o cálculo por tentativas considerando diferentes, mas todas potencialmente admissíveis cunhas de deslizamento, e toma-se para o valor do impulso aquele que conduz ao valor máximo. b) Porque é difícil a mobilização total do impulso passivo, isto é, tal que o muro se desloque na direcção do terreno de um modo acentuado. Assim, considerar um valor de ½ ou 1/3 é o mesmo que dizer que houve deslocamento mas apenas parcial. c) Tem de haver deslocamento do terreno em relação ao muro, o mais usual, ou do muro em relação ao terreno. Assim, devem-se calcular os impulsos sobre o muro e \ determinar se a capacidade resistente do muro é suficiente para suster esses impulsos. Na análise de estabilidade devem-se estudar a resistência ao derrubamento e a resistência ao derrubamento. Uma sobrecarga uniformemente distribuída é dada por um diagrama rectangular, cuja pressão é dada pelo produto entre o coeficiente de impulso e a referida carga.

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Exame de 17.07.00 1Os limites de consistência de solos finos (siltes e argilas) dão-nos as condições físicas de um solo para um determinado teor em água e traduzem a forma como o solo se opõe à deformação. Indicam-nos a quantidade de água existente num solo nas condições de sólido, liquido ou gasoso. Os limites de Atterberg (ou de consistência) permitem classificar um solo e desse modo pode-se estimar uma primeira ordem de grandeza das suas propriedades mecânicas. Sabe-se, por exemplo, que quanto maior são os valores dos limites menores serão as suas propriedades mecânicas. O limite de liquidez (LL) é determinado normalmente pelo método da concha de Casagrande. Coloca-se o solo argiloso na concha após adicionar ou retirar água. Assim com o aumento do teor em água, o solo torna-se mais fluido. Com um utensílio de aço, normalizado, faz-se uma ranhura na parte central do solo na direcção longitudinal e dá-se pancadas na concha de modo a determinar o número dessas pancadas para fechar a ranhura em cerca de 1cm. O teor em água correspondente ao limite de liquidez será o correspondente a 25 pancadas (por convenção) para fechar o referido 1 cm. No limite de plasticidade (LP), para um dado teor em água, tenta-se conseguir fazer rolos cilíndricos com cerca de 3 mm de solo sem partir. Quando a quantidade de água assim o permitir, considera-se realizado o ensaio. Em seguida mede-se o teor em água, colocando o solo a secar numa estufa. O peso antes e depois de seco permite-nos determinar o teor em água. O LP corresponde ao ponto em que o material é mais dúctil (amoldável). Normalmente, com o aumento dos limites de liquidez e de plasticidade um solo é menos permeável, tem menor resistência ao corte e é mais deformável. Um parâmetro importante dos limites de consistência é o índice de plasticidade que é dado por LL-LP (%). 2 Um escoamento de água típico nos solos, é a percolação que se verifica através de uma barragem de aterro. Neste caso, como há represamento a montante e a jusante o nível de água é a do terreno natural, a carga de água instalada pode ser apreciável podendo atingir centenas de metros de altura. A estanqueidade é conseguida através de um núcleo argiloso. Neste caso é preciso controlar as linhas de corrente e as pressões intersticiais ou seja o valor das linhas equipotenciais. Um estudo deste tipo faz-se pelo traçado de rede de fluxo. Para controlar este fluxo e as respectivas pressões, nas barragens de aterro instalamse piezómetros. Outro fenómeno que não é bem uma questão de escoamento, mas devido a fenómenos de sucção, verifica-se a ascensão de água através de vazios muito finos existentes em solos argilosos e siltosos. Essa saturação parcial ou total do solo acima do nível freático ocorre por fenómenos designados de capilaridade. 3

Forças de percolação são as forças que se verificam num solo por atrito devido a um fluxo actuante através de um solo quando há um gradiente hidráulico (desnível de pressões hidráulicas entre dois pontos). Um fenómeno de erosão interna é o piping quando a força de percolação é superior à tensão mínima instalada no solo e verifica-se. o desprendimento de partículas com o seu arraste na direcção do fluxo. Outra é o levantamento hidráulico quando a jusante de um cortina, a pressão de percolação ascensional é superior ao peso das terras acima de um dado ponto, verificando-se o levantamento de um bloco de solo. 4 (o modelo de Terzaghi já foi anteriormente explicado). A transferência gradual da carga do fluido ocorre quando começa a haver expulsão de água dos vazios (drenagem) e há uma ligeira deformação do solo ou da parte superior do modelo. Desse modo a pressão da água dos poros, que inicialmente tinha uma pressão igual à pressão exterior, começa a transferir parte da carga para a mola que representa o esqueleto sólido. Desse modo, a tensão efectiva do solo (da mola), diferença entre a tensão total (exterior) e a tensão neutra vai gradualmente começando a crescer atingindo o valor máximo quando a tensão neutra é nula, no final do processo de consolidação. Num solo a sua resistência ao corte é dependente das tensões efectivas, e desse modo, há um gradual aumento dessa mesma resistência ao longo do tempo, com o processo do carregamento estático. 5 O ensaio triaxial (ver matéria antes) seria realizado na modalidade consolidado drenado. Assim prepararia 3 provetes de solo, um para cada um das 3 pressões de confinamento. Após montar um provete na câmara de ensaio aplicaria uma tensão de confinamento gradual e saturava o provete ou não conforme a situação no campo do solo estar abaixo ou acima do nível freático. Após consolidar o provete para a referida tensão de confinamento, aplicaria a tensão de corte, aplicando através de um embolo, uma carga vertical de um modo muito baixo para o solo dissipar a água dos poros e não mobilizar tensões neutras. Para controlar se as tensões neutras não cresceriam, para o ensaio ser mesmo drenado, poderia colocar uma célula de medição da pressão intersticial para medir essa pressão. 6 O problema da abertura de fendas quer dizer que a deformação de expansão do terreno foi tal que se deve ter mobilizado o impulso activo e a coesão se reduziu a zero. Esta situação (abertura de fendas) é típica do impulso activo. 7 As entivações tipo Berlim são provisórias e em madeira e as de Munique são em betão e definitivas. Estas estruturas pretendem suster o terreno quando se faz a abertura de uma escavação, por exemplo, para um edifício ou uma cave para estacionamento subterrâneo (Quinta da Luz).

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Exame de 12.09.00 1A consolidação é um processo de deformação de um solo natural de baixa de permeabilidade em que inicialmente, antes da expulsão de água dos vazios toda a pressão, exterior está suportada pela pressão intersticial e com gradual drenagem a pressão dos poros vai lentamente passando para o esqueleto sólido, isto é, para os contactos entre partículas. O processo de compactação corresponde à aplicação de uma energia ao solo por amassamento (piloamento) ou por vibração de modo a diminuir os vazios entre partículas, geralmente por expulsão de ar e aumentando, assim as propriedades mecânicas do material (o ensaio de compactação leve já foi descrito no exame de 18.07.01). No processo de expulsão de ar este pode ser substituído por água. Sabe-se que o teor em água (w) máximo que se consegue atingir no processo de compactação corresponde a um grau de saturação (Sr) de cerca de 95%. Não é possível atingir um grau de saturação de 100%, porque se todos os vazios estivessem preenchidos com água não seria possível adensar mais solo ou diminuir os vazios, pois a água reagiria como uma mola (reacção elástica). A grande diferença entre a consolidação e a compactação é que a primeira é um fenómeno natural de adensamento de um solo por aumento das cargas aplicadas e a compactação é uma acção provocada do exterior para diminuir os vazios de um dado solo. 2 O coeficiente de permeabilidade (k) é um parâmetro fundamental para dimensionar solos argilosos quando se pretende que os mesmos tenham funções de estanqueidade (núcleos argilosos em barragens ou diques). A lei de Darcy para fluxos laminares (escoamentos lentos) é regida por v = k.i, isto é, a velocidade aparente (v; é considerada aparente porque se divide o caudal passado pela área da amostra, quando se sabe que o escoamento se faz apenas pelos vazios (poros) do escoamento; na prática não se consegue medir a área real de passagem da água do escoamento) O valor de v é igual ao valor de k vezes o gradiente hidráulico (i) aplicado. O caudal do escoamento é dado por q=A.v, ou seja, igual ao produto da área vezes a velocidade. Os factores que influenciam o K são a dimensão das partículas (as de menor dimensão, a que corresponde menores índices de vazios, são mais impermeáveis), a forma e dimensão dos vazios, a densidade e viscosidade do fluido. Os ensaios que se utilizam para determinar este parâmetro são os designados permeâmetros: de carga variável ou de carga constante. O primeiro destina-se a solos argilosos mais finos e o segundo a solos mais permeáveis, como uma areia grossa. O coeficiente de permeabilidade de argilas é inferior a 10-6 cm/s e numa areia varia de 1 a 10-3 cm/s.

3 A tensão de pré-consolidação corresponde à tensão memorizada num dado solo e é igual à máxima tensão efectiva vertical a que esteve submetido. Nesse caso houve já uma certa deformação do solo quando foi submetido até à tensão de pré-consolidação e como tal as deformações aumentam substancialmente quando _ tensão num solo ultrapassa a referida tensão de pré-consolidação. A existência de argilas sobreconsolidadas pode ocorrer, por exemplo, quando o solo já esteve submetido a uma camada sobrejacente de terreno de apreciável altura e depois por um processo de erosão, ao longo de milhares de anos, se verifica que a camada de terreno sobre esse solo decresceu substancialmente. A tensão memorizada no terreno é pois superior à tensão actualmente aplicada. 4 (Já foi respondido em e-29.06.01, p4) 5 o impulso passivo corresponde a uma deformação do muro contra o terreno. Há um aumento da tensão horizontal que ultrapassa mesmo a vertical. O coeficiente de impulso passivo é superior á unidade. É dado por:

KP =

1 + senφ o valor de Kp também pode ser dado por 1 − senφ

φ' ⎞ ⎛ K P = tg 2 ⎜ 45 + ⎟ 2⎠ ⎝

No impulso activo é o terreno que se desloca na direcção do muro. O coeficiente de impulso activo é inferior à unidade. É igual a:

KA =

φ'⎞ 1 − senφ ⎛ o valor de KA também pode ser dado por K A = tg 2 ⎜ 45 + ⎟ 2⎠ 1 + senφ ⎝
1 KP

Vê-se assim que K A =

o coeficiente de impulso em repouso corresponde a não haver movimento do solo no plano horizontal e é aproximadamente igual a: K o = 1 − senφe Não tem significado no caso de impulsos passivos, porque quando há a abertura de fendas é porque o solo se deslocou livremente para o exterior e portanto gera-se o impulso activo. No impulso passivo o solo desloca-se na direcção contrária ao muro. Para analisar a estabilidade de um muro de suporte, tem-se de verificar o tipo de

deslocamento do terreno para uma situação limite, ou se conduz a um impulso activo ou passivo. Na análise da estabilidade do muro propriamente dita devem-se. analisar as condições ao derrubamento e ao deslizamento do muro devido ao impulso do terreno. A abertura de fendas. conduz a um ligeiro aumento do impulso activo, mas de valor muito reduzido.

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Exame de 29.06.01 1- Descreva o ensaio Proctor em molde pequeno e refira, justificando, os dois maiores problemas associados à realização de ensaios laboratoriais de compactação. (Ver exame 18.07.01) 2. Forças de percolação são forças de atrito devidas a um fluxo de água, actuante através de um solo .Quando as forças de percolação, da acção da água, são superiores às forças de coesão e d atrito nos solos pode verificar-se o arraste das partículas. O fenómeno de levantamento verifica-se quando atrás de uma cortina a pressão intersticial ou piezométrica é superior à pressão geostática, γh. Suponhamos que há uma variação de carga hidráulica entre h1 e h2 e que a perda de carga no ponto A é tal que a força ascensional de percolação é superior à pressão geostática. Nesse caso há um levantamento brusco do solo aciq1a do ponto A. O gradiente de saída pode não ser o critério mais significativo em relação à estabilidade porque junto à superfície de saída já a pressão piezométrica pode ser relativamente reduzida, não conduzindo a qualquer instabilidade hidraulica. 3. O processo de consolidação é um processo extremamente lento devido às características de permeabilidade dos solos argilosos que são geralmente muito reduzidas. Assim, no traçado de uma estrada, por exemplo, em que se construa um aterro sobre uma baixa aluvionar, com uma espessura significativa, pode tornar-se necessário acelerar o processo de consolidação para evitar assentamentos subsequentes significativos após a estrada ser posta em serviço. Como uma camada de solo num processo de consolidação apenasas drena na parte superioro ou inferior da camada, pode justificar-se a construção d furos com um material drenante _para aumentar o percurso de drenagem, Assim a água em pressão nos poros da argila tende a fluir para os referidos furos drenantes, aumentando a drenagem e diminuindo o tempo de consolidação. Neste método, a partir da superfície fazem-se furos com um espaçamento, em planta, uniforme, enchendo numa fase seguinte esses furos com material drenante (brita, por exemplo). O número de colunas de material drenante deve corresponder à necessidade de drenagem suplementar à conduzida nos limites de drenagem do próprio solo. Esta solução técnica denomina-se furos drenantes ou estacas de brita e para ser mais eficaz recorre-se conjuntamente a um pré-carregamento. 4 No ensaio de corte directo aplica-se uma força vertical (ou normal) numa amostra de solo e aplica-se uma força de corte horizontal (ou tangencial), obrigando a um deslizamento

de uma meia caixa (parte superior da amostra sobre outra situada na parte inferior). Depois aplica-se uma força vertical crescente, a que corresponde a tensão dita distorcional (ou deviatória) No ensaio triaxial, um provete cilíndrico de solo é submetido a uma tensão de confinamento hidrostática de modo a consolidar o provete para pressões próximas das que ele deve estar submetido no terreno natural. Depois aplica-se uma força vertical crescente, a que corresponde uma tensão dita distorcional (ou deviatórica) com simetria axial (σ1-σ3), que atingirá um valor máximo, a resistência ao corte máxima a que o solo consegue resistir. O ensaio triaxial realiza-se sobretudo para determinar as propriedades de resistência ao corte de um dado solo, mas também pode ser usado em modelos matemáticos incorporando as características de deformabilidade dos solos. O ensaio de corte directo no seu conjunto tem mais desvantagens do que o ensaio triaxial e portanto começa a ser cada vez menos usado. Das desvantagens do ensaio de corte directo, destaca-se uma distribuição não uniforme das tensões no plano de corte, a redução da secção transversal de corte, não permitir medir as tensões neutra, o plano de corte predefinido e portanto poder não ser mais gravoso, a heterogeneidade da amostra, etc. As de corte directo são a facilidade de preparação dos provetes e a execução do ensaio.

No ensaio triaxial, as desvantagens traduzem-se pelo remeximento da amostra quando colhida in-situ, pela eventual heterogeneidade da amostra, pelo atrito gerado nos topos da amostra, pelodirecção da tensão principal máxima ser imposta (vertical) e por se medir as tensões neutras nos topos dos provetes etc. Das vantagens do ensaio triaxial destacam-se poder-se controlar as condições de drenagem e medir as tensões neutras, conhecer relativamente bem o valor das tensões principais e possibilitar a sua variação, manter uma distribuição uniforme das tensões e das deformações e ter possibilidade de medi-las com relativa precisão. 5

As hipóteses da teoria de Rankine são - a face do muro com o terreno é vertical - a superfície do terreno é horizontal - não se considera a existência de atrito ou coesão entre parede e o solo.

Na existência de insuficiente deformação o entre o terreno e o muro, verifica-se que não se chega a gerar o impulso activo e desse modo o impulso das terras é superior ao da situação desse impulso activo. Se considerar, ao contrário da teoria de Rankine, que há atrito entre o solo e a parede do muro quando da existência de movimentos relativos, ocorrem tensões tangenciais nesse contacto e o impulso tem uma direcção oblíqua em relação ao muro e que provoca encurvamento das superfícies de rotura.

MECÂNICA DOS SOLOS UNL 2002
Exame de 18.07.01 1. Descreva o ensaio Proctor em molde pequeno e refira, justificando, os dois maiores problemas associados à realização de ensaios laboratoriais de compactação. o ensaio Proctor destina-se a determinar em laboratório os parâmetros de compactação: peso volúmico aparente secoJI1áximo (γdmáx) e o teor em água óptimo (w). O ensaio pode ser realizado para duas energias de compactação, uma designada leve e a outra pesada, e correspondentes a diferentes energias dos cilindros (equipamento de compactação). O ensaio consiste na colocação de um solo em camadas num molde ciHAdfis0..deaço. Para cada camada faz-se adensar o solo por meio de um pilão metálico que se encosta à superfície do solo e deixa-se cair um peso de uma altura normalizada num certo número de vezes também este normalizado e correspondendo à energia que se pretende aplicar no solo. Este ensaio é realizado em Portugal de acordo com a Especificação LNEC E 197-1966, que indica as dimensões e características dos equipamentos e o modo de operar. O ensaio pode ser realizado em molde pequeno ou molde grande. O primeiro é realizado para solos argilosos e siltosos com menor dimensão das partículas e o segundo quando as já têm maior dimensão, sendo conduzido para solos do tipo areia grossa ou seixo fino. O molde pequeno tem cerca de 100 mm de diâmetro ao passo que o molde grande tem 150 mm. Após a preparação do solo a ensaiar, separa-se o mesmo em 6 fracções (para cada uma coloca-se ou seca-se para ter um determinado teor em água). Depois para cada uma destas fracções divide-se o solo em 3 partes (correspondendo cada uma a uma camada a colocar no molde). Após a colocação de uma camada no molde aplicam-se 25 pancadas com o pilão leve. Este procedimento é adoptado ;-;as restantes 2 camadas. Após o ensaio (compactação das 3 camadas perfazendo uma altura de cerca 18 cm) pesa-se o solo e determina-se o teor em água. No ensaio de compactação pesada e molde grande, o procedimento é idêntico só que, como se referiu o molde é maior. Neste caso utiliza-se também um pilão mais pesado (normalizado), mas 5 camadas em vez das referidas 3 do ensaio de compactação leve. Os resultados são apresentados num diagrama em que a abcissa refere-se aos valores de w e a ordenada corresponde aos valores de (γd). Como tínhamos 6 fracções de solo(ver explicação inicial) deveremos ter 6 pares de pontos (γd e w) que no conjunto permitem o traçado de uma curva. O valor mais alto desta curva corresponde ao valor de (γdmáx) e a que corresponde o valor Wopt. Na compactação de solos em laboratório tem-se de ter em conta a limitação de se tentar reproduzir a mesma energia de compactação do sistema mecânico (cilindro) aplicada em campo. Outra limitação é definir qual o molde mais adequado tendo em conta a dimensão das partículas do solo. Isto é, tem-se de decidir realizar o ensaio em molde pequeno ou em molde grande.

0s factores que afectam a compactação são a energia aplicada ao solo (cada equipamento de compactação tem para cada tipo de solo uma energia de compactação óptima) e o teor em água (solos argilosos possuem teores em água óptimos mais elevados e o efeito da energia é mais sensível nestes solos) cujo valor óptimo também varia com a energia aplicada. 2. Explique os efeitos da acção da água capilar nos solos e indique uma ordem de grandeza da altura de ascensão capilar em areias grossas e em argilas. A acção da água capilar é o efeito que se produz nos solos de partículas mais finas de conduzir a uma ascensão da água pelos vazios de reduzidas dimensões devido à acção da pressão atmosférica. Verifica-se assim acima do nível freático uma zona em que o solo está totalmente saturado pelo efeito da capilaridade. Acima dessa zona, apenas 05 poros de menores dimensões conseguem o efeito ascensional da água através do solo, o que conduz a um solo parcialmente saturado. O limite acima do solo parcialmente saturado designa-se por hmáx da capilaridade e o seu limite inferior que coincide com o .limite máximo de zona saturada designa-se por hmin A altura de ascensão capilar numa areia grossa é da ordem de 2 a 5 cm e numa argila 2 a 4m. 3. Descreva o modelo hidrodinâmico de Terzaghi (teoria da consolidação unidimensional), mostrando esquematicamente através dum gráfico como se dá a transferência da carga do fluido (água) para a mola (esqueleto sólido do solo) ao longo do tempo. O processo de consolidação verificado nos solos argilosos corresponde a um processo natural em que quando estes solos são submetidos a uma dada pressão. se verifica a expulsão de água nos poros. O esquema de Terzaghi pretende explicar de um modo simplificado este fenómeno mecânico. É constituído por um recipiente que na zona central tem uma mola que pretende representar a rigidez do esqueleto sólido e está cheio de água que traduz o facto de todos os vazios estarem preenchidos com água (solo saturado). O topo do recipiente tem uma placa cilíndrica e um pequeno orifício que pretende simbolizar a capacidade de escoamento de água através dos poros. ou seja, o coeficiente de permeabilidade (k) do solo.

Fig 1
Quando se começa a carregar um solo toda a tensão exterior é suportada pela pressão intersticial. isto esquematicamente é expresso por:

σ’ = σ-u = 0 p=σ=u No início do ensaio. a tensão exterior (p) é igual à tensão total (o) e igual á tensão neutra (u). pelo que a tensão efectiva (σ’) é igual a zero.
Neste caso a tensão efectiva é nula. Ao fim de um certo tempo em que se verificou parte do escoamento (saída) da água dos poros, a pressão nestes vai gradualmente sendo transferida para a mola, ou seja o esqueleto sólido. A tensão efectiva vai assim subir.

σ = 10 kgf/cm2 ; u = 4 kgf/cm2 ; σ’ = 6 kgf/cm2 (na mola)
No final do processo de consolidação toda a pressão exterior é suportada pela mola e a pressão intersticial é nula. Nesta situação a tensão efectiva é igual à pressão exterior 4 No caso da estabilidade de um talude de uma barragem na situação de esvaziamento rápido, adoptaria o ensaio consolidado não drenado, com o solo previamente saturado. Este esvaziamento é uma situação em que o solo deve estar totalmente saturado e a aplicação da pressão de confinamento na câmara de ensaio deve corresponder a uma situação próxima das tensões verificadas em campo. A situação de esvaziamento brusco é uma situação rápida em que não há possibilidade de dissipação das tensões neutras e é por isso que o ensaio deve decorrer numa situação não-drenada. Na simulação da aplicação das pressões f3oderia admitir promover a rotura com uma diminuição da tensão, σ3, pois isto corresponderia a retirar a pressão hidrostática pelo efeito do nível de água da albufeira. No caso da capacidade de carga de sapatas isoladas em terreno argiloso saturado, corresponde a uma situação lenta de aplicação de pressões, o que conduz também a um processo lento do processo de "consolidação da argila. Assim o ensaio a realizar deverá ser consolidado-drenado com prévia saturação dos provetes. 5 As fendas poderão formar-se quando se gere o impulso activo do terreno sobre o muro de suporte. Isto é, há um deslocamento do terreno na direcção do muro, até que a tensão 0"3 atinge o seu valor mínimo, isto é, na condição de impulso activo. A abertura de fendas significa .que a eventual coesão existente no solo é anulada pelo excesso da deformação, pois há abertura de fendas nessa situação. Nos cálculos de estabilidade por uma questão de prudência deve-se adoptar uma coesão nula.


				
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Description: Resolu��es de exames te�ricos da disciplina Mec. Solos I - Lic. em Eng. Civil da Fac. Ci�ncias e Tecnologia da Univ. Nova de Lisboa
About A realizar tese de mestrado em: "Uso de técnicas de alto desempenho na optimização de estruturas"