Exercicios de mecânica dos solos

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DESAFIO 
Cada vez mais a alteração climática provocada pelo desmatamento desenfreado do ser humano vem levando a mudanças das épocas de chuvas. A falta de chuva vem afetando açudes, gerando desabastecimento de água a populações de cidades no interior do país. Diante de um cenário como esse, suponha que você tenha sido contratado para identificar quanto tempo vai durar a água represada em uma pequena cidade no interior do Estado do Piauí, no nordeste brasileiro. Para isso, se observou que parte da água “vaza” por debaixo da barragem e alimenta um pequeno córrego a poucos metros dela. Foi comentado por alguns especialistas que esse “dreno” de água do reservatório seguiria a Lei de Darcy. Sem entender do assundo, o poder público contratou você para fazer uma estimativa emergencial.
O prefeito da cidade lhe pediu consultoria e apresentou as seguintes questões:
A) Explique a Lei de Darcy.
B) Indique quanto tempo um açude que atende 10 mil pessoas/dia vai demorar para atingir o nível crítico (o qual as bombas de estação de tratamento não mais alcançarão a água para retirá-la), caso chegue ao nível da cota de 10m.
Considere que: não há evaporação e que no período em questão não choverá por longo período; que o reservatório tem 100.000m^3 (útil) e que tem base impermeável, assim como seus arredores, tendo apenas por debaixo da barragem uma faixa de areia de 30m ao qual há faixa com permeabilidade e que alimenta um córrego; e que a barragem tem altura de 35m, entretanto está com água na cota 30m, com extensão de 200m. Essa faixa segue o seguinte croqui:
B) Aplicação da fórmula da lei Darcy 
 
Q =?
k = 2,9 m/dia
 30 – 10 = 20m
L = 30m
A = 200m x 0,20m = 40 m^2
Logo Q = 2,9 x (20/30) x 40 = 77,33 m^3/dia 
Se o volume útil é de 100.000 m^3
* Consumo por cidadão = 160 litros/dia = 0,16 m^3/dia. Logo consumo da cidade por dia no açude é de 10.000 habitantes, sendo consumo total = 10.000*0,16m^3 = 1600 m^3. 
Nº de dias do reservatório = 100.000 m^3 / (77,33 m^3 + 1600 m^3)
Nº de dias do reservatório = 59,61 ou seja 59 dias. 
Resposta B) O reservatório dura 59 dias sem chuva. 
Desafio
Sobre uma camada de argila mole saturada de 4 metros, foi construído um aterro e um colchão drenante de areia. Além disso, as sondagens realizadas no terreno indicam que logo abaixo da camada de argila existe rocha impermeável. Os ensaios de laboratório indicam que a argila possui um coeficiente de adensamento igual a 2x10-3 cm²/s. Previu-se um recalque primário total de 1,2 metros.
Com base nisso, responda:
1 - Quanto tempo levará para que ocorra 1 metro de recalque?
2 - Qual a porcentagem de adensamento após 1 mês da construção do aterro?
1. Sabe-se que 1 metro de recalque corresponde a 1/1,2 = 83% do recalque.
Assim:
2. Para t = 1 mês = 2592000s
O tempo de adensamento depende do coeficiente de adensamento, que, por sua vez, depende de uma série de variáveis (fórmulas a seguir). O coeficiente de compressão, entretanto, é utilizado para calcular a magnitude do recalque.
Na parte acima da areia compacta, pois a areia, mesmo compactada, apresenta coeficiente de permeabilidade maior do que o da argila adensada. 
Importante destacar que a magnitude do recalque não depende das outras camadas. Somente as condições de drenagem é que são influenciadas por outras camadas
Uma empresa de terraplenagem recebeu quatro amostras de solos para análise e caracterização. O objetivo é utilizar esses materiais em aterros compactados. Você é o responsável pelo laboratório de solos e deve apresentar um relatório referente aos tipos de solos apresentados nas amostras coletadas.
Veja o gráfico a seguir:
Considerando os resultados de compactação de quatro tipos de solos apresentados no gráfico densidade seca x umidade, pede-se:
1. Por meio das curvas de compactação, identifique quais solos estão representados no gráfico.
2. Apresente um parecer de quais as principais diferenças entre os solos representados no gráfico.
1. O gráfico apresenta duas características dos solos, a densidade seca e a umidade. Com essas informações podemos dizer que tipo de solo cada amostra pertence.
Solo 1: Umidade ótima em torno de 10% e densidade seca máxima em torno de 1,98 g/cm3, e apresenta uma granulometria mais grossa, são valores representativos de pedregulhos.
Solo 2: Umidade ótima em torno de 15% e densidade seca máxima em torno de 1,77 g/cm3, com granulometria mais fina, são valores que representam um solo arenoso, podendo ser uma areia-argilosa.
Solo 3: Umidade ótima em torno de 15% e densidade seca máxima em torno de 1,82 g/cm3, com granulometria fina, com curva que apresenta característica típica de solo laterítico arenoso fino.
Solo 4: Umidade ótima alta acima de 20% e densidade seca baixa com 1,64 g/cm3, com curva de compactação bem abatida, podemos estimar que representa um solo siltoso.
2. A principal diferença entre os solos apresentados por meio das curvas de compactação é em relação a densidade seca e a umidade ótima de cada solo. Solos mais finos possuem densidade seca menor e umidade ótima maior, já os solos com granulometria maior apresentam densidade seca maior e umidade ótima menor.
Considerando que uma força de 100 kN, aplicada tangencialmente em um plano de área 2,5m2 foi capaz de provocar ruptura de uma porção de solo. Qual deve ser a resistência última ao cisalhamento desta porção de solo?
 
A compacidade relativa é determinante para identificação:
Da compactação das areias.
Ao aumentarmos a energia de compactação de normal para modificada, para um mesmo solo, teremos:
Você acertou!
A. 
a) Importante aumento de densidade da massa se a compactação for realizada com a umidade mais baixa.
. 
A compactação de dois solos, sendo um deles laterizado, apresentaram a mesma umidade ótima e a mesma densidade. Para elaborarmos uma especificação de controle tecnológico do aterro o que devemos prestar a atenção?
Você acertou!
A. 
a) Na variação da curva de compactação, pois os solos lateríticos devem ser compactados com maior rigor.
Os solos lateríticos apresentam uma queda mais acentuada no ramo seco da curva.
A empresa Brasil Construções, cujo foco é a construção de grandes obras, foi contratada para construir um trecho de rodovia que irá interligar duas cidades e aumentar o fluxo de escoamento da produção entre elas.
Para a execução da rodovia foi necessário conhecer o solo por onde seria feito o traçado da rota e analisar o seu comportamento, a fim de tomar as medidas executivas necessárias. O objetivo da análise também foi garantir a segurança da rodovia quanto a recalques por falta de compactação ou por adensamento do solo em alguma camada compressível que possa existir.
Veja o case:
O ensaio de compressão edométrica é realizado dentro de um molde que permite a deformação apenas na direção paralela ao carregamento aplicado. Sobre este ensaio pode-se afirmar que:
Você acertou!
D. 
Possibilita a determinação de propriedades de compressibilidade dos solos.
O ensaio edométrico possibilita a determinação de propriedades de compressão do solo como a tensão de pré adensamento e o índice de compressão.
 
Após a realização de ensaios de compressão confinada, foi determinado que a amostra 1 possui Cc = 1 e a amostra 2 possui Cc = 3. Isso significa dizer que:
Resposta correta.
B. 
Se as amostras forem submetidas ao mesmo carregamento, sob as mesmas condições, a amostra 2 apresentará maiores deformações.
O coeficiente de compressão influencia diretamente na magnitude do recalque, e portanto, a amostra 2 apresentará um maior recalque.
 
Um dos aspectos de maior interesse para a Engenharia Geotécnica é a determinação das deformações provocadas por carregamentos verticais na superfície do terreno. Essas deformações podem ser avaliadas por intermédio de ensaios de laboratório. Com relação aos ensaios para a determinação da deformabilidade dos solos, tem-se que o:
Resposta correta.
C. 
Quando compactadas os recalques em areias diminui.
Uma forma de diminuir os possíveis recalques em areias é a compactação, que deixará o material maisdenso, apresentando recalques desprezíveis para a maioria das obras de engenharia.
Uma amostra de solo de altura igual a 2cm foi submetida ao ensaio edométrico e apresentava índice de vazios inicial de 3,4. Ao final do carregamento, a amostra apresentou o índice de vazios de 3,1. Qual foi a variação de altura do corpo de prova?
Você acertou!
D. 
0,136 cm.
O corpo de prova que inicialmente media 2cm, após o carregamento, sofre uma variação de altura de 0,136 cm.
O conhecimento do valor da tensão de pré-adensamento é extremamente importante para o estudo do comportamento dos solos, pois é a fronteira entre deformações relativamente pequenas e muito grandes. Sobre a tensão de pré-adensamento, pode-se afirmar que:
Resposta correta.
E. 
Se a tensão de pré-adensamento é igual à tensão efetiva existente no solo, isso indica que este solo nunca esteve submetido anteriormente a maiores tensões.
Neste caso, o valor de OCR = 1 e o solo é normalmente adensado.
Os solos argilosos apresentam que tipo de comportamento mecânico?
Resposta correta.
B. 
Elástico e também plástico.
Elástico e também plástico, mas com importante desenvolvimento das deformações ao longo do tempo.
A carga de um aterro sobre um solo argiloso saturado instantaneamente aplicada é transferida para o solo como:
Resposta correta.
A. 
Deformação instantânea.
A deformação instantânea é apenas uma das parcelas do recalque total.
. 
Em um prédio de 6 andares, uma fundação superficial do tipo sapata foi construída sobre um solo muito argiloso saturado, outra fundação do mesmo tipo foi construída sobre uma camada espessa de areia. As duas fundações pertencem à mesma estrutura edificada. O que espera-se que venha a ocorrer a longo prazo?
Você acertou!
D. 
Recalques diferencias e patologias na edificação.
A sapata assente em solo argiloso deverá sofrer deformações muito consideráveis ao longo do tempo se comparada à fundação em solo arenoso. Nesta condição surgirão recalques diferenciais entre as duas fundações e, portanto, patologias na edificação serão inevitáveis.
Uma carga de 500 kN foi aplicada sobre uma camada de solo adensável. Passados 60% do tempo de adensamento máximo estimado da camada, mediu-se a sobressão hidrostática (excesso de pressão neutra). Qual o valor mais esperado pela leitura se considerado condições ideais com a analogia de Terzaghi?
Resposta correta.
D. 
200 kN.
Se ocorreu 60% do adensamento previsto, significa que a água ainda possui uma sobrecarga de 40% da carga inicial.
Assim: 0,4 x 500 = 200 kN.
Qual dos solos abaixo deve apresentar maior deformabilidade ao longo do tempo:
Resposta correta.
E. 
Solo argilosos de ambiente mal drenado com presença de argilas ilitas.
Ambiente mal drenado é típico para grandes deformações ao longo do tempo, e a ilita apresenta comportamento intermediário em relação às caulinitas (mais estáveis) e às montmorilonitas (menos estáveis). Portanto, este tipo de solo é o que estará sujeito a maiores deformações.
Quais dos estados de tensão ocorre relaxação das tensões horizontais efetivas?
Resposta correta.
B. 
Ativo.
Neste estado, a estrutura se movimenta de modo a permitir que haja um certo alívio de tensões para a massa de solo no seu tardoz.
 
Calcule o coeficiente de empuxo ativo, considerando que no ensaio de cisalhamento direto obteve-se ângulo de atrito de 30°.
Resposta correta.
A. 
1/3.
O coeficiente de empuxo ativo pode ser calculado da seguinte forma:
Calcule o coeficiente de empuxo passivo, considerando que no ensaio de cisalhamento direto obteve-se ângulo de atrito de 30°.
Resposta correta.
C. 3
O coeficiente de empuxo passivo pode ser calculado da seguinte forma:
 
Estime a deformação ativa e passiva para uma hipotética estrutura de contenção com altura de 10 m.
Resposta correta.
A. 
Ativa: 2 cm e passiva: 40 cm
Para a mobilização do empuxo ativo, requer-se deslocamentos da ordem de 0,2% da altura da estrutura. Assim 0,2x10/100 = 0,02m = 2cm.
Para a mobilização do empuxo passivo, requer-se deslocamentos da ordem de 4% da altura da estrutura. Assim 4x10/100 = 0,4m = 40cm.
Ao escavar uma parede de solo sem executar algum tipo de contenção, podemos provocar em uma determinada profundidade a ruptura desta escavação. Esta ruptura é uma demonstração física:
Resposta correta.
D. 
Demonstração física da ação de plastificação, criando uma cunha de solo por mobilização ativa na frente de escavação.
O maciço sofreu um distúrbio e uma redistribuição de tensões, não sendo mais capaz de manter-se em equilíbrio e rompeu. Isso se deu por conta da ação do empuxo ativo, por meio do alívio de tensões.
Uma série de ensaios triaxiais consolidados e drenados foi realizada em um solo residual proveniente de um local com histórico de instabilidade geotécnica. Os ensaios indicaram ɸ=30° e c=10kPa. Qual a inclinação esperada dos planos de ruptura dos corpos de prova?
Resposta correta.
A. 60°.
Com relação ao ensaio de cisalhamento direto, assinale a alternativa correta.
Resposta correta.
B. 
É muito interessante pois é de baixo custo, rapidez, simplicidade e fornece parâmetros confiáveis em termos de resistência drenada de pico.
Por estas razões ele é muito utilizado e solicitado nos laboratórios de mecânica dos solos.
Com relação ao ensaio triaxial, assinale a alternativa correta.
Você acertou!
B. 
É um ensaio extremamente versátil, permitindo inúmeras variações nas suas condições, sendo portanto capaz de simular diversas situações de campo.
Quando se requer  um pouco mais de sofisticação, recorre-se ao ensaio triaxial em detrimento ao ensaio de cisalhamento direto.
 
Imagine a seguinte situação: uma barragem de terra sendo submetida ao rebaixamento rápido do seu reservatório. Nesta situação, qual ensaio você considera o mais adequado para determinação dos parâmetros de projeto do solo? Por quê?
Resposta correta.
C. 
O ensaio triaxial consolidado e não-drenado (CIU), pois é ideal para condições de resistência não-drenada.
De fato a situação configura-se como um caso de resistência não-drenada, pois a argila de uma barragem apresenta permeabilidade baixíssima e alteração nas tensões do maciço se dá de modo muito rápido.
Imagine a seguinte situação: o rompimento de uma encosta natural de solo residual. Assinale a alternativa correta no que tange aos ensaios de laboratório para medir os parâmetros de resistência do material.
Resposta correta.
B. 
O ensaio triaxial consolidado e drenado (CID) é ideal, pois simula adequadamente a situação.
Os solos residuais possuem canalículos bem desenvolvidos pelos quais a água percola com certa facilidade. Assim, suas condições são de carregamento drenado.
Solos moles argilosos são aqueles que: 
Resposta correta.
B. 
b) Apresentam elevada compressibilidade e baixa permeabilidade.
Quando carregados sofrem grandes deformações e a percolação de água em seu interior ocorre de maneira muito lenta.
Considerando que uma força de 100 kN, aplicada tangencialmente em um plano de área 2,5m2 foi capaz de provocar ruptura de uma porção de solo. Qual deve ser a resistência última ao cisalhamento desta porção de solo?
Você acertou!
B. 
b) 40 kPa.
A compacidade relativa é determinante para identificação:
Você acertou!
C. 
c) Da compactação das areias.
A compacidade relativa é fundamental para compreendermos o estado de compactação de um solo arenoso
Ao aumentarmos a energia de compactação de normal para modificada, para um mesmo solo, teremos:
Você acertou!
A. 
a) Importante aumento de densidade da massa se a compactação for realizada com a umidade mais baixa.
O aumento de energia proporciona um aumento de densidade para teores de umidade mais baixos.
A compactação de dois solos, sendo um deles laterizado, apresentaram a mesma umidade ótima e a mesma densidade. Para elaborarmos uma especificação de controle tecnológico do aterro o que devemos prestar a atenção?
Você acertou!
A. 
a) Na variação da curva de compactação, pois os solos lateríticos devem ser compactados com maior rigor.
Os solos lateríticos apresentam uma queda mais acentuada no ramo secoda curva.