GEOTECNIA AMBIENTAL- Exercícios_Respostas

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GEOTECNIA AMBIENTAL
Aula 3 – Exercícios de Fixação
1) O que é pressão neutra ou poropressão?
R: É a parcela da pressão total que se desenvolve na água ocorrente nos vazios ou poros do solo.
2) Em 1856 Henry Darcy determinou experimentalmente que a descarga (Q) que atravessa um meio poroso é diretamente proporcional à diferença de carga hidráulica (h2 - h1) e à área da seção (A) atravessada pelo fluxo, e é inversamente proporcional à distância percorrida (L). Com base nessa afirmação expresse a equação de Darcy em função do coeficiente de permeabilidade (k) e defina o que é permeabilidade. 
R: K = Q.L/Δh.A. A permeabilidade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento de água através dele, sendo representada pelo coeficiente de permeabilidade (K).
3) Observe o sistema abaixo e calcule, em cm/s, o valor do coeficiente de permeabilidade (k) da areia contida no corpo de prova, sabendo que o diâmetro da amostra D = 6,0 cm, o tempo decorrido foi de t = 135 s e o volume obtido foi de 364 cm³. Adote π = 3,14.
R: Q = V/t = 364/135 = 2,7 cm/s; i = h/L = 40/18 = 2,2; A = π.r2 = 3,14.(3)2 = 28,26 cm². 
Portanto, K = Q/i.A = 2,7/(2,2.28,26) = 2,7/62,17 = 0,043 cm/s ou 4,3E-02 cm/s
	
4) A quantidade de água que percola através da camada de areia no perfil abaixo é estimada em 12 m³/dia por metro linear. Com base nas pressões indicadas nos piezômetros instalados, calcule o coeficiente de permeabilidade (k) dessa areia, em cm/s. 
R: Q = 12.10²/86400 = 1,389E-02m³/s; i = 6-2/100 = 4/100 = 0,04
Seja K = Q/i.A = 1,389E-02/0,04.2 = 17,36E-02 m/s = K = 17,36 cm/s 
5) Observe a figura abaixo e identifique o número de canais ou tubos de fluxo (Nf) e o número de quedas de potencial (Nd).
R: Nf = 4 e Nd = 8.
6) De acordo com os dados da figura abaixo, calcular a vazão (Q) que passa pela fundação.
R: Q = k.dh.(Nf/Nd) = 1,0E-04.(3,7-1,0).4/8 = Q =1,35E-04 m³/s/m
7) Para a rede de fluxo abaixo, calcule a vazão que percola o sistema, sendo k = 2,5.10-8 m/s.
R: Q = k.dh.(Nf/Nd) = 2,5E-08.(60-40).4/14 = Q =1,43E-07 m³/s/m
8) Para a cortina, com 100 m de comprimento representada na figura abaixo, calcular a quantidade de água quepercola, por mês, através do maciço permeável e a pressão neutra no ponto A.
Seja Q = k.h.(Nf/Nd), vem: Q = 1,4x10-5 x 15 x 102 x 1 x (3/6) = 10,5x10-3cm3/s 
Qtotal = 10,5x10-3 x 10² x 10²= 105 cm3/s (considerado os 100 m de cortina)
Em um mês tem-se: t = 30 x 24 x 60 x 60 = 2592x103s
Q = 10,5 x 2592 x 103 = 272,16x106 cm³ /mês = 272m3/mês
∆h = (h/Nd) = (15/6) = 2,5m (perda de carga em cada equipotencial). O número de quedas ∆h até ao ponto A é de aproximadamente 3,5, logo a perda até este ponto é de 3,5 x (15/6) = 8,75m e o nível de água no tubo piezométrico instalado em A situa-se a8,8m abaixo do nível de água a montante, ou seja, a 6,25m do nível do terreno em que está instalado.
De acordo com a Equação de Bernoulli que representa a energia total ou carga total em um ponto do fluido, tem-se, expresso em termos de energia/peso: carga total = carga altimétrica + carga piezométrica, logo a pressão no ponto é a carga, expressa em altura de coluna d’água, multiplicada pelo seu peso específico: ua =ha.
Considerando a soma das cargas, a pressão na água, em um ponto A, pode também ser assim expressa: ua = pressão hidrostática + pressão hidrodinâmica (altimétrica) (piezométrica). Assim, a tensão correspondente no ponto A é ua = 6,25 + 25 = 31,2 t/m².
9) O leito de um rio é constituído por uma camada de areia de 8,25m de espessura sobreposta auma rocha impermeável. A lâmina d’água tem uma espessura de 2,50m. Uma ensecadeiraextensa de 5,50m de largura é formada pela cravação de duas linhas de estacas prancha a umaprofundidade de 6,00m abaixo do nível do leito do rio, conforme figura abaixo. O nível d’água no interior da ensecadeira émantido no nível da escavação por bombeamento. Se a vazão no interior da ensecadeira é de0,25m3/h por unidade de comprimento, qual é a permeabilidade (k) da areia? Qual ovalor do gradiente hidráulico imediatamente abaixo da superfície escavada?
Na rede de fluxo há 6,0 canais de fluxo e11 quedas de potencial. A perda de carga total é de 4,50m. O coeficiente de permeabilidade édado por:
R: K = Q/h.(Nf/Nd) = 0,25/4,5.(6.60²/11) = K = 2,80 x 10-5 m/s
A distância (ΔL) entre as duas últimas equipotenciais é medida, sendo igual a 0,90 m. O gradiente hidráulico é dado por: i = Δh/ΔL. Assim, i = 4,50/(11.0,9) = i = 0,45
10) A figura abaixo apresenta quatro soluções de projetos para barragens de terra, sendo (a) sem filtro (com a linha freática saindo no talude a jusante), (b) comfiltro de pé, (c) com filtro horizontal (tipo tapete), e (d) com filtro chaminé interceptando o tapete drenante. Qual é o tipo mais seguro e qual o tipo geralmente contraindicado? Explique sucintamente.
R: A barragem (d), enquanto a menos segura é a (a). A escolha da barragem “d” como a mais segura se baseia no fato de que o filtro vertical ou mesmo o subvertical intercepta a percolação através da barragem, sendo a água a ele afluente conduzida para jusante, através do tapete drenante. Contudo, ambos esses dispositivos precisam ser adequadamente dimensionados, respeitando condições de filtro entre materiais e com capacidade de escoamento suficiente.Desta forma, o espaldar a jusante do filtro vertical/subvertical permanecerá não saturado controlando a erosão interna do seu material (ANA, 2015).