OPÇÃO CONDICIONADA DE GEOTECNIA

 

 

1 - DESCRIÇÃO

            A Opção de Geotecnia permite obter uma formação aprofundada nos domínios do projecto e da construção de estruturas e obras cujo comportamento seja condicionado de forma relevante ou até determinante pelos maciços terrosos ou rochosos. Exemplos destas obras são as estruturas de suporte de terras, as fundações, os aterros para obras viárias, a estabilização de taludes naturais, as escavações a céu aberto, os túneis, grandes cavernas, os muros-cais e as barragens de aterro e de betão.       

            Sendo estas obras tão diversificadas, a Opção de Geotecnia, constituindo embora um início de especialização, permite um alargamento enriquecedor da formação dos estudantes em praticamente todos os outros grandes domínios da Engenharia Civil, das Estruturas às Obras Hidráulicas, das Vias de Comunicação à Engenharia Ambiental. Por outro lado, nas obras geotécnicas a concepção e o projecto estão intimamente ligados ao processo e à sequência de construção, pelo que na Opção é dedicada particular atenção aos aspectos ligados à execução, a par naturalmente dos métodos de análise e dimensionamento.   

            Das oito disciplinas da Opção de Geotecnia pode dizer-se, de modo sintético, que:

i)   duas delas, Modelos e Segurança em Geotecnia e Mecânica das Rochas, constituem complemento da formação teórica sobre o comportamento dos

maciços terrosos e rochosos, iniciada no 3º ano com a disciplina de Geologia de Engenharia e continuada no 4º ano com as disciplinas de Mecânica dos Solos 1 e 2;

ii)  o Seminário de Geotecnia familiariza o aluno com os principais métodos numéricos utilizados na análise de estruturas reticuladas e de meios contínuos, sendo feita uma introdução ao Método dos Elementos Finitos, actualmente uma ferramenta fundamental na Engenharia Estrutural e Geotécnica;

iii) as restantes disciplinas, Fundações, Obras de Terra, Estruturas de Suporte de Terras, Obras Subterrâneas e Projecto, estão directamente voltadas para o projecto e a construção de grande parte das estruturas e obras acima referidas.

            O ensino destas disciplinas é apoiado pelos Laboratórios de Geotecnia e de Cálculo Automático do Departamento de Engenharia Civil, ambos apetrechados com equipamento de grande qualidade.

            As visitas a obras e palestras e cursos de curta duração proferidos por Especialistas que, frequentemente, para o efeito são convidados pela equipa docente da Opção, complementam a formação dos alunos.

2 - SAÍDAS PROFISSIONAIS

            Os engenheiros civis com a Opção de Geotecnia possuem perfil profissional particularmente adequado para:

-    projectos de obras eminentemente geotécnicas, como as acima referidas, e projectos de grandes obras públicas, que em geral envolvem substancial interdisciplinaridade;

-    direcção de obras, trabalhando quer nos empreiteiros da especialidade, quer nas grandes ou médias empresas de Construção Civil e, especialmente, de Obras Públicas;

-    fiscalização de obras, nomeadamente as acima referidas.

            São ainda potenciais empregadores dos engenheiros com a Opção de Geotecnia as entidades que promovem a construção da grande maioria das obras públicas: Instituto de Estradas de Portugal, Brisa e outras empresas de construção da rede de auto-estradas, Metropolitanos de Lisboa e Porto, REFER - Rede Ferroviária Nacional, Electricidade de Portugal, empresas públicas ligadas ao fornecimento de água e de gás, administrações portuárias e aeroportuárias, etc. Nestas entidades os engenheiros civis desenvolvem estudos prévios, projectos, gestão de projectos e obras, fiscalização de obras e observação de obras.

            A Opção de Geotecnia, a mais recente das opções da Licenciatura em Engenharia Civil, foi criada no ano lectivo de 1987/88. Embora ela habilite os futuros licenciados a exercer actividade em qualquer campo da Engenharia Civil, o êxito profissional de muitos dos que a frequentaram, e que têm trabalhado preferencialmente no seu domínio de pré-especialização, mostra que esta Opção constituiu uma adequada resposta da FEUP às necessidades da nossa indústria de Construção Civil e Obras Públicas.

3 - EQUIPA DOCENTE

Professor Manuel de Matos Fernandes - Coordenador da Opção

Professor António Silva Cardoso

Professor José Couto Marques

Professora Maria de Lurdes Lopes

Professor António Campos e Matos

Professor António Viana da Fonseca

Professor José Eduardo Quintanilha de Menezes

Professor Luis Ribeiro e Sousa

Professor Rui Calçada

Professor Celso Lima

Engenheiro António Topa Gomes

Engenheira Alexandra Costa

Engenheiro Pedro Perdigão

4 - PROGRAMAS DAS DISCIPLINAS

 

Modelos e Segurança em Geotecnia - António Silva Cardoso e José Couto Marques

 

(1º Semestre) 

1.        Estados de tensão e de deformação. Equações de equilíbrio indefinido e na fronteira. Equações de compatibilidade das deformações.

2.        Elasticidade perfeita. Metodologia de resolução de problemas elásticos bidimensionais. Resolução de alguns problemas elásticos bidimensionais. Aplicação da Teoria da Elasticidade à resolução de problemas da Mecânica dos Solos.

3.        Plasticidade perfeita. Critérios de cedência. O processo de plastificação dos corpos plásticos. Teoremas da Análise Limite; resolução de problemas. Métodos de Equilíbrio Limite.

4.        Plasticidade com endurecimento. Superfícies de cedência e sua variação. Leis de endurecimento. Avaliação das deformações plásticas; princípio da normalidade. Plasticidade associada e não-associada. Matriz elasto-plástica.

5.        Introdução à problemática da segurança. Metodologias determinísticas, semi-probabilisticas e probabilisticas. Teoria da Fiabilidade; probabilidade de rotura. Factores de segurança parciais; Eurocódigos 1 e 7.

6.        Outros questões associadas: comportamento mecânico das argilas; modelos fenomenológicos (modelo hiperbólico).

 

 

Provete com instrumentação interna para ensaio triaxial (Lab. Geotecnia, FEUP)

Análise elasto-plástica de uma sapata sobre                um solo residual de granito

 

Fundações - António Viana da Fonseca (www.fe.up.pt/sgwww/FES1)

 

(1º Semestre) 

-        Reconhecimentgo e caracterização de maciços para fundações.

-        Fundações directas (superficiais): dimensionamento à luz do EC7: estados limites, condições dos terrenos nos assentamentos e esforçoas nas estruturas; cargas ciclicas e dinâmicas; Fundações por blocos;

-        Fundações indirectas: estacas (isoladas ou em grupo, sob solicitações verticais, horizontais e momentos)

-        Materiais, tecnologias construtivas e sua influência na capacidade da estaca.

-        Formulações clássicas e baseadas em ensaios de carga para avaliação de capacidade de carga: transmissão por fuste e por ponta em maciços terrosos (drenada e não drenados) e rochosos;

-        Capacidade e assentamentos de grupos de estacas. Transmissão de cargas horizontais e momentos.

-        Introdução a um projecto real.

-        Melhoramento de maciços e reforço de fundações.

-       Avaliação de risco de liquefação.

Ponte de S. João: Porto (1994). Ensecadeira para ajuste ao leito rochoso:fundações directa com selagem à rocha

 

Novas pontes em Entre-os-Rios: execução de estacas moldadas no Rio Douro (2002)

Aspecto da Nova Ponte Hintze-Ribeiro (2002)

Liquefação - sismo emTaywan (2001)Execução de Jet-Grouting

Seminário de Geotecnia - José Couto Marques e António Campos e Matos

 

(1º Semestre) 

1.   Análise de pórticos planos pelo método dos deslocamentos - revisão teórica e introdução à respectiva programação. Simetria e banda da matriz de rigidez. Apoios elásticos. Problemas de aplicação.

2.   Solução de problemas elásticos planos pelo método dos elementos finitos. Introdução teórica. Apresentação de um programa de análise e de programas de pré e pós-processamento. Aplicações.

3.   Solução de problemas de percolação pelo método dos elementos finitos. Introdução teórica. Apresentação de um programa. Aplicações.

 

Análise da percolação sob a Barragem de Crestuma utilizando elementos finitos e infinitos

Mecânica das Rochas - António Campos e Matos e José Eduardo Quintanilha de Menezes

 

(1º Semestre) 

Descrição, caracterização e classificação dos maciços rochosos. Modelos de interpretação e de comportamento de maciços contínuos, diaclasados e de maciços alterados heterogéneos. Tensões naturais dos maciços. Parâmetros geotécnicos. Factores de segurança e variabilidade dos parâmetros. Modelação numérica. Critério de cedência de Hoek-Brown. Metodologia de Hoek na abordagem aos problemas de segurança e estabilidade. Importância da observação do comportamento no contexto do projecto. Técnicas de monitorização e de recorrência. Estabilidade de encostas. Tipos de escorregamento e sua modelação. Técnicas de estabilização. Grau de eficiência esperado. Fundações superficiais e profundas em rocha. Métodos de dimensionamento. Circulação da água em maciços rochosos. Influência no estado de tensão e deformação. Caracterização experimental in situ e em laboratório das rochas e dos maciços rochosos

 

Escarpa das Fontaínhas - Estabilização Barreiras de intersecção

 

Estabilização por cabos Estabilização mista de rocha e solo

 

Obras de Terra – Maria de Lurdes Lopes e José Couto Marques

 

(2º Semestre) 

Aterros rodoviários. Classificação dos materiais utilizáveis para a construção de aterros e leitos de pavimentos. Condições de utilização. Construção: procedimentos, tipos de equipamentos e condições de aplicação; estaleiro.

Estabilização de solos: mistura de solos; tratamento com ligantes; aspectos construtivos do tratamento com ligantes. Factores que afectam o tratamento com cimento e cal e propriedades mecânicas dos solos tratados.

Barragens de terra e de enrocamento. Perfis tipo. Critérios de dimensionamento. Equilíbrios gravíticos (forças de massa). Equilíbrios hidrodinâmicos - percolação (fluxo bidimensional). Estabilidade. Controlo dos efeitos dos fluxos (drenagem, filtragem, protecção).

Controlo da execução de obras de terra e mistas: meios (laboratoriais e in situ), factores e critérios de qualidade. Observação de obras de terra.

 

 

Barragem de S. Domingos                            (compactação do núcleo argiloso)

Novo Aeroporto de Macau  

 

Barragem do Lagoacho – perfil longitudinal pela descarga de fundo 

 

Barragem do Lagoacho – betonagem da cortina de estanqueidade no paramento de montante

Estruturas de Suporte de Terras - Manuel Matos Fernandes e Rui Calçada

 

(2º Semestre) 

Critérios gerais de projecto, estados limites, coeficientes globais e parciais, Eurocódigo 7.

Estruturas de suporte flexíveis. Efeito de arco em solos. Cortinas autoportantes (cantilever). Cortinas dotadas de um apoio estrutural junto do topo. Muros–cais com ancoragem de placa. Cortinas associadas a vários níveis de escoras. Cortinas associadas a vários níveis de ancoragens pré-esforçadas. Concepção e aspectos construtivos. Cortinas de estacas–pranchas, de estacas, de paredes moldadas e “tipo Berlim”.

Instabilidade do fundo de origem hidráulica. Instabilidade do fundo em escavações em solos argilosos moles. Soluções construtivas. Estabilidade de cortinas ancoradas sob acções verticais. Estabilidade global.

Ancoragens pré-esforçadas.

Movimentos associado a escavações suportadas. Observação.

Estruturas de suporte flexíveis sob acções sísmicas.

 

Escavação ancorada - Palácio Sotto Mayor, Lisboa

 

 

 

Cortina de estacas ancoradas - Central nuclear Neckarwestheim, Alemanha

Obras Subterrâneas - Luís Ribeiro e Sousa, António Campos e Matos e José Eduardo Quintanuilha de Menezes

 

(2º Semestre) 

Utilização do espaço subterrâneo. Propriedades específicas do geospaço. Fenómenos associados à execução de uma obras subterrânea. O caso específico das obras superficiais. Curvas características do maciço e do suporte. Estudos geológico-geotécnicos. Metodologias construtivas. Interacção com as infra-estruturas existentes à superfície.

 

Cálculo das estruturas subterrâneas. Metodologias empíricas, numéricas e observacionais. Dimensionamento de suportes. Princípios de interacção maciço-suporte. Diversos tipos de suporte. Dimensionamento das cavidades. Aspectos específicos de diversos tipos de obras – rodoviárias, ferroviárias, hidráulicas, hidroeléctricas, e de armazenagem.

 

Túneis. Métodos de escavação pontual e de suporte. Metodologia NATM. Métodos de convergência – confinamento. Suporte temporário e final. Transferência de cargas para os suportes. Minimização dos efeitos nos níveis freáticos e na superfície. Modelos numéricos e software disponível. Métodos de escavação contínua. Equipamentos TBM, EPB e Hidroshield. Tunelação em meios heterogéneos. Comparações entre técnicas NATM e TBM.

 

 

 

Utilização do espaço subterrâneo em meio urbano Tuneladora do Metro do Porto

 

 

 

Túneis rodoviários de montanha – Ilha da Madeira Central subterrânea de Venda Nova II

 

Projecto - Manuel Matos Fernandes, Luís Ribeiro e Sousa, António Campos e Matos, António Viana da Fonseca, José Eduardo Quintanilha de Menezes, Rui Calçada e António Topa Gomes

 

(2º Semestre) 

Aplicação de programas de cálculo automático comerciais (SLOPE, SIGMA, SEEP, PHASE2) na realização de alguns estudos. Projecto de um muro de terra armada. Projecto de um aterro para uma obra viária sobre um maciço argiloso mole. Projecto de escavação e reforço de um talude em maciço rochoso. Anteprojecto de túneis em maciços rochosos e terrosos.

 

Aterro sobre solos moles reforçado na base com geossintéticos

 

 

Túnel em solo com uso de jet-grouting - Metropolitano de Lisboa, Linha Alameda - Expo98

  

Muro de terra armada

 

Cortina de estacas – Metro do Porto