Mestrado Integrado em Engenharia Civil 4 Ano 1 Semestre

MECNICA DOS SOLOS 1 Ano letivo 2013/2014

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FOLHA DE EXERCCIOS N2 Caractersticas Fsicas dos Solos

1. A prospeo geotcnica efetuada num dado macio terroso natural de origem sedimentar permitiu identificar duas camadas arenosas dispostas do modo indicado na Figura 1.

Camada arenosa A

Camada arenosa B

5 m

4 m

n.f.

Substrato rochoso

Figura 1

Com amostras recolhidas em ambas as camadas procedeu-se determinao das seguintes caractersticas: - granulometria, tendo-se obtido as curvas 1 e 2 representadas na Figura 2; - ndices de vazios natural, mximo e mnimo, sendo os seguintes os dois conjuntos de resultados:

i) e = 0,52, emax = 1,00, emin = 0,40; ii) e = 0,70, emax = 0,95, emin = 0,20. a) Que conjunto de valores do ndice de vazios corresponde a cada uma das duas camadas arenosas?

Justifique. b) Que conjunto de valores do ndice de vazios corresponde a cada uma das duas curvas granulomtricas?

Justifique. c) Compare os solos no que respeita compressibilidade. Justifique. d) Qual dos solos escolheria como material de aterro? Justifique. e) Em caso de ocorrncia de um sismo de grande intensidade, algum dos estratos teria comportamento

insatisfatrio? Em caso afirmativo, em que consistiria esse comportamento?

Figura 2

2. Na Figura 3 representa-se um corte geolgico-geotcnico num local onde vai ser construda parte de um complexo petroqumico. Nesta zona est prevista a instalao de diversos depsitos de armazenamento de lquidos, de forma cilndrica e grande dimetro, com paredes metlicas, sendo estruturas tolerantes a assentamentos de grandeza moderada. A obra situa-se numa zona ssmica.

Mecnica dos Solos 1 2013/2014 Folha de Exerccios n 2

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posiesextremasdo nvelfretico

A

B

C -25.0P

(granular)

(granular)

(plstico)~

0.0

-14.0

-20.0

Holocnico(menos de 12.000 anos)

( 60 milhes de anos)Cretcico

Figura 3 No Quadro 1 e na Figura 4 incluem-se parmetros fsicos e de identificao obtidos de amostras provenientes das trs camadas. A ordem de apresentao nas figuras e no quadro no so necessariamente concordantes. Considere todos os solos saturados.

Quadro 1 Solo s (kN/m3)

w

(%) dmin

(kN/m3) dmax

(kN/m3) wL

(%) wP

(%) 1 26,0 15 13,7 20,8 - - 2 26,1 30 13,4 17,6 - - 3 26,3 16 - - 36 18

a) Estabelea a correspondncia entre os estratos da Figura 3, os solos do Quadro 1 e as curvas da Figura 4. Apresente os clculos que entender necessrios para justificar a sua resposta.

b) Calcule entre que valores limite pode variar o peso volmico do solo A nas condies de jazida (isto , com a compacidade que o solo apresenta in situ).

c) Algum dos solos poder exibir mau comportamento durante a construo e durante o primeiro carregamento? Em caso afirmativo, identifique o(s) solo(s), especifique em que poder consistir esse comportamento e explique como poder ser acautelado.

d) Algum dos solos poder exibir mau comportamento em caso de ocorrncia de um sismo de grande intensidade? Em caso afirmativo, identifique o(s) solo(s), especifique em que poder consistir esse comportamento e como poder ser acautelado.

e) Qual dos solos escolheria para um aterro resistente? Justifique.

III

III

Figura 4

Folha de Exerccios n 2 Mecnica dos Solos 1 2013/2014

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3. A Figura 5 representa um macio terroso sedimentar constitudo por trs estratos sobrejacentes a um macio grantico. O nvel fretico encontra-se normalmente perto da superfcie do terreno (valores extremos: cota 0.00 e cota -4.00). Sobre o macio vai ser construdo um aterro para uma autoestrada.

0.00

30 m2

1

-15.00

-30.00

Estrato A

Estrato B

Estrato C

Figura 5

O Quadro 2 inclui caractersticas fsicas e de identificao determinadas a partir de amostras recolhidas nos trs estratos. A ordem pela qual os solos so apresentados no quadro no necessariamente a mesma dos trs estratos da figura.

Quadro 2 Solo %

argila %

silte %

areia %

cascalho s

(kN/m3)

(kN/m3) emin emax wL

(%) wP

(%) 1 60 35 5 - 25,8 14,2 - - 120 40 2 50 38 12 - 26,2 18,3 - - 50 25 3 - - 35 65 26,0 22,2 0,27 0,98 - -

a) Determine o ndice de vazios e o teor em gua dos trs solos. b) Faa a associao entre os estratos da figura e os solos do quadro que lhe parecer mais razovel.

Justifique. c) Sero do mesmo tipo as fraes argilosas presentes nos solos 1 e 2? Justifique. d) Acha plausvel que um sismo intenso possa induzir assentamentos significativos? Justifique. e) Sero de esperar grandes assentamentos diferidos no tempo em consequncia da construo do aterro?

Em caso afirmativo, qual dos solos mais contribuir para isso?

4. Sobre o macio terroso representado na Figura 6 pretende-se construir as instalaes de uma unidade industrial. A primeira fase da construo consiste em elevar a cota da superfcie do terreno de 2,0 m por meio de um aterro de grandes dimenses em planta. A figura mostra um dos limites da obra de aterro. Dos trs estratos sobrejacentes ao macio rochoso, dois deles so de origem sedimentar e um um solo residual. O Quadro 3 inclui parmetros fsicos dos trs solos. Note que a ordem dos solos no quadro no necessariamente a dos estratos na figura. Admita que todos os solos esto saturados.

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Rocha alterada (granito)

C

B

A

Aterro P

-12.00

-25.00

-20.00

0.00do n. fretico

-3.50

pos. extremas

Figura 6

Quadro 3 Solo %

argila %

silte %

areia %

cascalho wL

(%) wP (%)

emin emax e (kN/m3)

1 10 25 60 5 NP NP - - 0,65 19,6 2 - - 70 30 NP NP 0,27 0,97 0,47 20,8 3 45 45 10 - 80 30 - - 2,04 15,1

NP - Solo no plstico

a) Estabelea a correspondncia que lhe parea mais razovel entre os solos do quadro e da figura. b) Se pretendesse determinar in situ o peso volmico do solo A que ensaio usaria? c) Sero do mesmo tipo as fraes argilosas dos solos 1 e 3? d) Algum dos solos tem elevado potencial de expansibilidade? e) Ordene os solos por ordem crescente de compressibilidade: i) considerando apenas as deformaes

volumtricas concomitantes com o carregamento; ii) considerando apenas as deformaes volumtricas diferidas no tempo; iii) considerando a totalidade das deformaes volumtricas.

f) Em caso de ocorrncia de um sismo de grande intensidade algum (alguns) solo(s) poderia(m) comportar-se de modo deficiente? Em caso afirmativo, qual (quais) e em que consistiria esse comportamento? Como poderia evitar que esse comportamento se verificasse?

g) Falando agora do aterro propriamente dito, se pudesse escolher para material de aterro de entre os trs solos do quadro, qual escolheria?

5. A Figura 7 representa um corte geolgico-geotcnico no local onde se pretende construir uma barragem de terra com 30 m de altura. O substrato rochoso constitudo por granitos que na zona superior se encontram alterados. O contacto da rocha com a camada C da figura muito irregular, afigurando-se provvel que tal camada seja um solo residual. O Quadro 4 inclui algumas caractersticas fsicas dos solos constituintes das trs camadas. A Figura 8 ilustra trs curvas granulomtricas que correspondem aos trs solos do quadro. Note que as ordenaes dos solos no Quadro 4 e nas Figuras 7 e 8 no so necessariamente concordantes entre si. Admita que todos os solos se encontram saturados.

Quadro 4 Solo wL (%)

wP (%)

s (kN/m3) emin emax

w

(%) 1 --- --- 26,1 0,40 0,98 19 2 34 25 25,8 --- --- 23 3 --- --- 26,0 0,20 0,89 18

Folha de Exerccios n 2 Mecnica dos Solos 1 2013/2014

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n.f.Terra vegetal

0.0

-10.0

-13.0

Camada A

Camada B

(?) (?)(Varivel)

Substrato rochoso (granito)

Camada C

Figura 7

a) Estabelea a correspondncia entre os solos 1 a 3 do Quadro 4 e os estratos A a C da Figura 7. b) Estabelea a correspondncia entre os solos 1 a 3 do Quadro 4 e as curvas granulomtricas I a III da

Figura 8. c) Descreva cada um dos solos para fins de Engenharia Civil usando para cada um no mais do que 6

palavras. d) Alguma das camadas poder exibir mau comportamento em caso de ocorrncia de um sismo de grande

intensidade? Em caso afirmativo refira em que pode consistir esse comportamento e explique como pode ser acautelado?

e) Alguma das camadas poder exibir assentamentos elevados e diferidos no tempo sob a carga aplicada pela barragem?

f) J que os solos em causa, ou outros muito semelhantes, existem na zona da futura albufeira e, portanto, se poder utiliz-los como material para a barragem, qual dos solos preferiria para uso nos macios estabilizadores de montante e de jusante da barragem? E para o ncleo central da mesma?

% PASSADOS ( total )

0

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

100 50 0,1 0,05 10 5 1 0,5 0,01 0,005 0,001

SILTE AREIA CASCALHO FINO MEDIO GROSSO FINA MEDIA GROSSA FINO MEDIO GROSSO

ARGILA

III II I

Figura 8

Mecnica dos Solos 1 2013/2014 Folha de Exerccios n 2

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6. A Figura 9 ilustra em corte o macio terroso num local onde se pretende construir uma autoestrada. Na zona em causa ocorre a transio entre uma parte da plataforma assente em aterro e outra em obra de arte. Como mostra a figura, as fundaes da obra de arte sero por estacas cuja ponta ficar alojada no estrato inferior (D), constitudo por solo de elevada resistncia e baixa deformabilidade. O Quadro 5 inclui caractersticas fsicas e de identificao dos solos constituintes dos quatro estratos da figura (no necessariamente indicados pela mesma ordem). Admita que todos os solos se encontram saturados.

Quadro 5 Solo cascalho (%)

areia (%)

silte (%)

argila (%)

s (kN/m3) e

wL (%)

wP (%)

1 21 79 - - 26,1 0,60 - - 2 3 97 - - 26,0 0,91 - - 3 - 25 60 15 26,0 0,35 22 16 4 - 2 30 68 25,9 1,90 80 30

Aterro

Estrato A

Estrato B

Estrato C

Estrato D

+7.00

0.00

-10.00

-20.00

-25.00

-30.00

-8.00

Posies extremasdo nvel fretico

Estacas de beto armado

Obra de arte

Figura 9

a) Descreva cada um dos solos do Quadro 5 sob o ponto de vista da Engenharia Civil usando para cada um no mais do que 6 palavras.

b) Estabelea a correspondncia entre os solos 1 a 4 do Quadro 5 e os estratos A a D da Figura 9. Para responder a esta questo considere a seguinte informao complementar: os dois solos de caractersticas granulares (no plsticos) no esto em camadas adjacentes.

c) Algum dos solos apresenta elevada propenso para ser expansivo? d) Em caso de ocorrncia de um sismo que camada(s) pode(m) apresentar mau comportamento? Em caso

afirmativo refira em que pode consistir esse comportamento e explique como pode ser acautelado? e) Que camada(s) pode(m) ocasionar mais dificuldades na altura da construo e nos primeiros anos de

explorao da obra? Caracterize essas dificuldades. Como podem ser evitadas? f) Falando agora do aterro propriamente dito, e se para ele pudesse empregar solos como os do Quadro 5,

qual deles rejeitaria sem qualquer dvida?