MECÂNICA DOS SOLOS E OBRAS DA TERRA Exercicio materia c

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Caracterização dos solos
1.Quais ensaios são realizados para caracterizar um solo
E. Granulometria e limites de Atterberg.
2. Determinou-se que o peso específico real dos grãos de um solo é de 30 kN/m3. Em condição de saturação deste solo, qual o seu peso específico (saturado), se a porosidade for de 50%?
A. 20 kN/m3.
3. Em uma curva granulométrica, 80% da massa passaram na peneira #200. Pode-se dizer que se tem:
D. Um solo com presença de argila e silte.
4. Sobre a classificação quanto ao estado de um solo: aqueles que têm comportamento de argilas apresentam _________, e aqueles com comportamento de areias apresentam _________, respectivamente.
D.Consistência e compacidade.
5. Sob o ponto de vista do estado dos solos, as argilas moles são aquelas que:
C.Apresentam índice de consistência inferior a 0,5.
Desafio
A composição granulométrica de um solo influencia sua condutividade hidráulica e até seu comportamento mecânico, de modo que é muito importante que você tenha esse conhecimento. Além disso, é elemento fundamental em qualquer sistema de classificação.
Você é engenheiro e faz parte da equipe responsável pelos estudos geológicos e geotécnicos da construção de uma barragem de terra. Você está prospectando o subsolo da região em busca de materiais que possam ser utilizados na execução da barragem e solicitou a um laboratório de geotecnia a determinação da composição granulométrica de dois solos, denominados “solo A” e “solo B”. Com base na figura, responda:
Padrão de resposta esperado
À luz das curvas granulométricas, o solo A é mais indicado para a execução do núcleo da barragem por tratar-se de um material predominantemente argiloso. Os materiais argilosos têm permeabilidade muito baixa, o que os torna mais adequados para a execução do núcleo de uma barragem de terra. Os colchões drenantes são dispositivos cuja característica principal é a alta permeabilidade. Assim, o solo B é mais apropriado para a construção do colchão por tratar-se de um material com granulometria grosseira e, portanto, de maior permeabilidade quando comparado ao solo 
Tipos de solos e sua gênese
1. Do ponto de vista clássico da mecânica dos solos, os solos são:
A. Materiais trifásicos contendo partículas sólidas, líquidas e gases.
2. Existem diferentes tipos de solo conforme sua gênese (origem). Podemos classificar os solos, inicialmente, em dois tipos:
B. Solos sedimentares (transportados) e residuais.
3. Qual alternativa apresenta o solo com a maior superfície específica?
E. Solo argiloso com índice de vazios elevado.
4. Os argilominerais apresentam estrutura atômica filossilicáticas. Quais os principais compostos químicos que formam os argilominerais?
C. Tetraedro de sílica e octaedro de alumina.
5. Observe os argilominerais citados e aponte qual apresenta a característica de expansibilidade elevada. Por qual motivo isso ocorre?
D. Esmectita. Apresenta estrutura com substituição isomorfa tanto no octaedro de alumina quanto no tetraedro de sílica, exigindo mais hidratação para atingir o equilíbrio químico.
Desafio
Nesta semana, você conseguiu um excelente emprego em uma construtora, e sua primeira tarefa já foi muito desafiadora. O gestor solicitou que você escolha dois tipos de materiais para duas distintas utilizações:
a) Uma jazida de materiais que tenha permeabilidade relativamente baixa, mas solo bom para a compactação e com baixa expansão. O material será utilizado para a construção de um aterro, e a construtora fará um dique de contenção de cheias.
b) A compra de uma argila selante utilizada em perfurações de estacas para a construção de fundações escavada
Padrão de resposta esperado
Primeira tarefa: espera-se que você busque o entendimento amplo sobre a estrutura do solo e entenda que argilas são pouco permeáveis e areias são muito mais permeáveis; além disso, que solos argilosos podem ser diferentes, dependendo do tipo de argila predominante. Por exemplo, se for esmectita, será expansivo; se for caulinita, será estável. Assim, você chegará à resposta de que o aterro para um dique com necessidade de material quase impermeável precisa de argila, e que esta argila deve ter predomínio de caulina, pois são argilas que podemos compactar e apresentam pouco ou nenhuma expansão volumétrica.
Segunda tarefa: você deve pesquisar o tipo de lama chamada bentonita. Na verdade, é um tipo de argila com comportamento muito plástico e fluida quando misturada com água. Essas argilas são armazenadas em tanques em obra de fundação e são inseridas durante a perfuração de uma estaca para que o furo não feche. Você pode verificar que a bentonita é muito utilizada em perfurações de terrenos onde o nível freático a as condições de baixa resistência do solo são os causadores do colapso do furo.
A mecânica dos solos e a engenharia
1. ________ é a ciência que busca entender, conhecer, aplicar e correlacionar características de um material natural geralmente contendo sólido em forma de partículas, líquido e gases.
Observe as alternativas e aponte qual preenche a frase corretamente.
B. Mecânica dos solos.
2. Trata-se de uma etapa da obra que envolve diretamente os conhecimentos e aplica a mecânica dos solos:
A. Escavações.
3. Observe as alternativas e aponte qual responde o motivo pelo qual a mecânica dos solos é importante para a formação de um engenheiro civil.
C. A mecânica dos solos dá embasamento ao engenheiro para raciocinar sobre problemas de fundações e contribui como ferramenta para o dimensionamento destas estruturas.
4. Qual alternativa não complementa ou tem pouquíssima relação com o ramo de estudo da geotecnia?
E. Alvenaria estrutural.
5. Os cursos de engenharia civil focam em determinados temas importantes dentro do ramo da geotecnia. Dos temas a seguir, qual não pertence ao escopo da engenharia?
F. Estruturas de concreto armado.
Desafio
Você iniciou estágio em uma empresa de engenharia. Seu primeiro trabalho foi a identificação da divisão de trabalhos na construção de um viaduto rodoviário. Para isso, o engenheiro gestor mostrou a você o relatório com quase mil páginas contendo uma série de informações. O relatório estava dividido na seguinte estruturação:
1) Introdução
2) Estudos topográficos
3) Estudos hidrológicos
4) Estudos de tráfego
5) Componente ambiental
6) Estudos geológicos
7) Estudos geotécnicos
8) Projeto de drenagem
9) Projeto geotécnico do aterro de aproximação
10) Projeto estrutural
11) Projeto das fundações
12) Termo de encerramento
O gestou solicitou que você comece a estudar a parte que envolve mecânica dos solos naquele projeto, pois você deverá entender como foi realizada esta parcela do projeto. No entanto, o engenheiro disponibilizou apenas uma semana e você não terá tempo para analisar o relatório por completo, mas apenas selecionar os capítulos que abordam a mecânica dos solos.
Padrão de resposta esperado
A ordem de leitura dos capítulos pode ser variada, e o objetivo é a capacidade de argumentação da ordem.
Uma possibilidade aceitável e esperada com justificativas e ordem de leitura seria:
1) Introdução – Para conhecimento geral do problema.
6) Estudos geológicos – Para reconhecimento da geologia local.
7) Estudos geotécnicos – Para reconhecimento dos estudos geotécnicos nos quais há os ensaios e seus resultados.
9) Projeto geotécnico do aterro de aproximação – O aterro de aproximação de um viaduto geralmente envolve um projeto de contenção, no qual aplica-se, quase na totalidade, conceitos de mecânica dos solos para o dimensionamento de tais estruturas.
11) Projeto das fundações – As fundações do viaduto e, eventualmente, de outras estruturas auxiliares também têm foco direto nos conceitos de mecânica dos solos.
2) Estudos topográficos – Pode ser observado para a avaliação de inclinações de terreno e definições de geometria das superfícies.
3) Estudos hidrológicos – Pode ser citado, pois conhecer o estudo hidrológico é conhecer a intensidade de precipitação do local.
4) Estudos de tráfego – Indiretamente, pode ser relacionado com as cargas acidentais que atuarão.5) Componente ambiental – Estará exposto o controle da origem de empréstimos de solos ou de bota-foras.
8)Projeto de drenagem – Apresenta o dimensionamento dos dispositivos de drenagem que vão remover a água presente no solo ou na superfície.
10) Projeto estrutural – Demostrará por completo a estrutura e, a partir desta, pode-se chegar a cargas nas fundações.
12) Termo de encerramento – Somente finaliza o texto.
Princípios da teoria do adensamento
1. A estimativa do tempo que se desenvolverá os recalques de uma camada de solo argiloso saturado:
C. É importante, pois os recalques se desenvolvem ao longo de muitos anos e após a aplicação da carga, que é a obra.
2.Qual destas variáveis não entra no cálculo do tempo de adensamento?
A. cc - coeficiente de compressão.
3.Sobre um solo mole normalmente adensado de 10m de espessura é colocado um aterro, ao longo de 100m. Abaixo do aterro existe um colchão de areia (dreno). Nos primeiros 50m existe uma lente de areia a 10m de profundidade e nos outros 50m encontra-se uma argila fortemente adensada nesta mesma profundidade. Em qual parte da argila mole ocorrerá o recalque com maior velocidade e por quê?
A. Na parte acima da areia compacta, pois a areia, mesmo compactada, apresenta coeficiente de permeabilidade maior do que o da argila adensada
4.Calcule o tempo de adensamento primário com base nos dados indicados na figura a seguir. Assuma OCR=1.
A. 1,5 anos.
5.Dados os parâmetros na figura a seguir, calcule o adensamento secundário considerando vida útil de 50 anos.
A. 0,03 m.
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?
Padrão de resposta esperado
1. Sabe-se que 1 metro de recalque corresponde a 1/1,2 = 83% do recalque.
Assim:
Conceito de tensão efetiva
1. A tensão efetiva em um solo:
A. Corresponde à tensão de contato das partículas num plano horizontal, descontando a pressão de água naquele ponto e somando-se os acréscimos de tensão devido a carregamentos externos.
2. O que ocorreria se um conjunto de partículas sofresse soterramento excessivo a ponto de as tensões nos contatos entre partículas do solo serem superiores à capacidade resistente dos grãos?
D. Fraturamento e rearranjo de alguns grãos.
3. Para um solo cujo peso específico natural é de 20 kN/m³ , qual é a tensão efetiva a uma profundidade de 15 m da superfície, se considerado carregamento externo nulo e presença de nível freático junto à superfície?
B. 150 kPa.
4. Para um perfil de solo com duas camadas, sendo a primeira com 5 m de profundidade e a segunda sotoposta à primeira, com 5 m também. O nível freático encontra-se no limite entre as duas camadas. O peso específico natural da primeira camada é de 20 kN/m³ e o peso específico saturado da segunda camada é de 18 kN/m³. Considerando o carregamento externo de área infinita com 10 kN/m², as tensões efetivas no contato das camadas e no fundo da segunda camada são:
C. No contato: σv'=110 kPa; no fundo: σv'=150 kPa.
5.De acordo com o perfil de solo abaixo, qual a tensão efetiva no ponto A?
 Sabendo que:
γn1=20kN/m³
γn2=17kN/m³
γsat2=20kN/m³
γsat3=15kN/m³
A. σ= 138 kPa.
Desafio
Você é um dos projetistas de um aterro no qual, posteriormente, será instalada uma planta industrial. Este aterro possui 2m de espessura e dimensões de 100m x 100m.
Como você está interessado em saber a capacidade de suporte do terreno, é interessante que compreenda a distribuição de tensões no mesmo antes e após a construção do aterro.
1) Calcule as tensões efetivas antes da construção do aterro, nas seguintes profundidades: 0m, 2m e 8m.
2) Calcule as tensões efetivas nestas mesmas profundidades, no centro do terreno, após a construção do aterro. Admita que qualquer excesso de poro-pressão por conta da construção do aterro já tenha se dissipado.
3) Para a mesma situação da questão 2, calcule as tensões efetivas em uma das bordas do aterro, nas profundidades de 0m, 2m e 8m.
▪    Você pode utilizar a solução de Newmark para o cálculo do acréscimo de tensões.
▪    Adote um peso específico compatível para o aterro.
Padrão de resposta esperado
1) Antes da construção do aterro, temos apenas as tensões geostáticas e a poro-pressão atuando.
0m: σ'v = (17,5x0)-0 = 0
2m: σ'v = (17,5x2)-0 = 35kPa
8m: σ'v = 35 + 18,5x6 - 6x10 = 86 kPa
2) Após a construção do aterro, passa a existir uma sobrecarga atuante. Podemos utilizar a solução de Newmark ou a solução de Osterberg. Em relação ao peso específico do aterro, considerando que é um material compactado argilo-arenoso, podemos adotar um valor de 19kN/m3. Utilizando a solução de Newmark, temos:
0m: σ'v = (17,5x0) - 0 + (19x2)= 38 kPa
2m: m = n = 50/2 = 25
Do ábaco, Ib = 0,25 Δσv=0,25 x 38 x 4 = 38 kPa σ'v = (17,5x2)-0 + 38 = 73 kPa
8m: m = n = 50/8 = 6,25
Do ábaco, Ib = 0,248 Δσv=0,248 x 38 x 4 = 37,7 kPa σ'v = (17,5x2 + 18,5x6)-10x6 + 37,7 = 123,7kPa
3) Novamente utilizando Newmark, temos:
0m: m = 50/0=infinito n = 100/0=infinito
Do ábaco, Ib = 0,25 Δσv=0,25 x 38 x 2 = 19 kPa σ'v = (17,5x0) - 0 + 19 = 19 kPa
2m: m = 50/2=25 n = 100/2=50
Do ábaco, Ib = 0,25 Δσv=0,25 x 38 x 2 = 19 kPa σ'v = (17,5x2) - 0 + 19 = 54 kPa
8m: m = 50/8=6,25 n = 100/8=12,5
Do ábaco, Ib = 0,25 Δσv=0,25 x 38 x 2 = 19 kPa σ'v = (17,5x2 + 18,5x6) - 10x6 + 19 = 105 kPa
Tensões devido ao peso próprio do solo
1. A tensão total em um solo:
D. Corresponde à tensão de contato das partículas num plano horizontal.
2. A poro-pressão ou pressão neutra é uma pressão de água que atua:
D. Nos vazios dos solos, aliviando o peso das partículas de solo.
3. Para um solo cujo peso específico natural é de 20 kN/m³ , qual é a tensão total a uma profundidade de 15 m da superfície, se considerado carregamento externo nulo e sem presença de nível freático?
A. 300 kPa.
4. Para um perfil de solo com duas camadas, sendo a primeira com 5m de profundidade e a segunda, sotoposta à primeira, com 5m também. O nível freático encontra-se no encontro entre as duas camadas. O peso específico natural da primeira camada é de 20 kN/m³ e o peso específico saturado da segunda camada é de 18 kN/m³. Considerando o carregamento externo nulo, quais as tensões totais e poro-pressões no contato das camadas e no fundo da segunda camada?
E. No contato: σ=100 kPa e U=0 kPa; no fundo: σ=190 kPa e U=50 kPa.
5.De acordo com o perfil de solo abaixo, qual a tensão total e a poro-pressão no ponto A, sabendo que:
γn1=20kN/m³
γn2=17kN/m³
γsat2=20kN/m³
γsat2=20kN/m³
γsat3=15kN/m³
B. σ=188 kPa e U=50 kPa.
Desafio
Imagine que você é um engenheiro projetista geotécnico e está analisando um terreno no qual deve ser construído um pequeno edifício de 4 pavimentos. Você deve determinar o tipo de fundação a ser utilizado e projetá-la. Mas, inicialmente, uma análise da distribuição de tensões na massa de solo é fundamental.
Padrão de resposta esperado
As tensões totais e a poro-pressão podem ser calculadas da seguinte forma:
Z = 0m
v = 0 kPa
u = 0 kPa
Z = 2m
v = 17 x 2 = 34 kPa
u = 10 x 2 = 20 kPa
Z= 7m
v = 34 + 18,5 x 5 = 34 + 92,5 = 126,5 kPa
u = 10 x 7 = 70 kPa
Para traçarmos o diagrama basta plotar os resultados obtidos anteriormente em um gráfico '"tensão vertical/poro-pressão versus profundidade".
Capilaridade dos solos
1.A capilaridade é um fenômeno que ocorre somente em qual situação?
C. Em qualquer tipo de solo, desde que tenha condicionantes para a ocorrência.
2. A altura de ascensão capilar em um determinado tipo de solo será maior quando?
B. Quanto menores forem os grãos desse solo, desde que estes tenham porosidade intergranular.
3. Um determinado tipo de solodemonstrou um nível freático a uma profundidade de 1,60 m. No entanto, ao escavar esse solo, logo se percebeu umidade a 10 cm da superfície. Qual deve ser aproximadamente o raio capilar intergranular desse solo?
A. 0,01 mm.
4. A capilaridade proporciona ao solo propriedades importantes. Sobre a existência de meniscos capilares nos poros de um solo, assinale a alternativa correta.
E. Este solo apresenta coesão aparente.
5. A sucção é um efeito da presença de meniscos capilares nos poros do solo, proporcionando coesão à massa como um todo. Em qual situação prática poderíamos contar com essa coesão?
A. Em escavações rápidas e temporárias em clima não chuvoso.
Desafio
Quando você está na praia com a sua família, com certa frequência podem ser avistados castelos esculpidos na areia. Alguns são tão complexos que nos causam um certo espanto e nos perguntamos como aquilo é possível. A partir disso, responda:
Padrão de resposta esperado
1) Estas esculturas de areia estão associadas a qual fenômeno? Explique.
As esculturas de areia avistadas em uma praia estão associadas ao fenômeno da coesão aparente, também chamado de sucção. Em termos práticos, a sucção significa um acréscimo de resistência à massa arenosa e ocorre por conta da coesão da água e da adesão da água com as partículas arenosas. Se a massa de areia exposta ao sol secar e atingir um grau de saturação muito baixo, ou se ficar saturada por conta da chuva, a escultura muito provavelmente irá colapsar.
2) Você conhece outros exemplos nos quais este fenômeno também exerce um papel importante? Cite-os.
Esse fenômeno ocorre também em outras situações. Podemos citar como exemplo alguns movimentos de massa. A sucção proporciona uma resistência adicional à massa de solo e, no momento em que é eliminada, especialmente nas épocas chuvosas de verão, é comum que incidentes catastróficos ocorram em regiões serranas. Outro exemplo de sucção pode ser observado na bebida tradicional gaúcha, o chimarrão. A erva-mate se autossustenta porque encontra-se com um grau de saturação intermediário, permitindo que haja coesão aparente.
Sondagem à percussão (spt) e rotativa (rqd)
1. Na sondagem SPT, o que significa o N30?
A. Corresponde ao número de golpes dos últimos 30cm na fase de amostragem.
2. O ensaio SPT pode ser recomendado de forma exclusiva nos seguintes casos:
B. Em solo residual de lamitos com ambiente bem drenado.
3. Um boletim de sondagem SPT está indicando uma camada de solo residual de granito de 4m com N variando de 3 a 8 golpes. Atingido os 4m, verificou-se que o solo é impenetrável à percussão. O engenheiro solicitou que fizesse outro ensaio ao lado daquele (2m) e o perfil obtido foi de uma camada de solo variando de 3 a 25 golpes até a profundidade de 8m. O que o engenheiro pretendeu comprovar, realizando outro ensaio logo ao lado do primeiro?
D. A tentativa foi de comprovar que no solo residual de granito podem ocorrer matacões.
4. Qual a densidade relativa calculada pela formulação empírica de Skempton, considerando que o valor de N corrigido foi de 20 a uma profundidade de 2m em um solo cujo peso específico é de 20 kN/m³?
D. 0,72.
5. Identifique a qualidade do maciço através do RQD de uma porção da rocha cuja manobra na sondagem rotativa foi de 1,5m e recuperou-se os seguintes fragmentos: 12cm + 16cm + 7cm + 35cm + 6cm + 14cm + 8cm + 2cm + 50cm.
D. Trata-se de um maciço bom, com RQD entre 75 e 90%.
Desafio
Você recebeu um boletim de sondagem de SPT proveniente de uma região de material granítico. Neste boletim consta que o impenetrável está a 5 metros de profundidade. Os NSPT, obtidos em ordem crescente de profundidade, foram os seguintes: 3, 5, 6 e 8. Sabe-se que a energia aplicada no ensaio foi de 66%.
Através de inspeção visual constatou-se que o material possui características de uma argila arenosa e, além disso, o ensaio detectou o lençol freático a 2 metros de profundidade. Sabe-se que o peso específico natural do solo é igual a 18kN/m³.
Com base nestas informações, responda:
1. Qual o ângulo de atrito do material?
2. Você prosseguiria o ensaio? Por quê? Em caso afirmativo, qual seria o outro modo de prosseguir a prospecção?
Padrão de resposta esperado
1. O ângulo de atrito deve ser estimado de metro a metro. Existem diversas correlações que permitem a obtenção deste parâmetro. Podemos utilizar, por exemplo:
Fazendo a média aritmética, o ângulo de atrito resulta: 34°.
2. A maneira de prosseguir o ensaio seria através da sondagem rotativa. Entretanto, por tratar-se de área com solo residual de granito, é possível que a essa profundidade seja apenas um matacão. Assim, seria interessante deslocar a posição do furo lateralmente num raio de aproximadamente 2 metros e realizar nova sondagem SPT.
1.Os solos residuais originaram-se através da ação do intemperismo das rochas de origem. Os solos transportados são aqueles que, em algum momento, foram erodidos, transportados e depositados em locais afastados da sua rocha de origem. Sobre os solos é correto afirmar: 
 I - O intemperismo físico é a fragmentação de uma parcela de rocha em fragmentos menores por meio de uma ação física como a variação térmica, por exemplo. O intemperismo químico transforma quimicamente os minerais da rocha e forma os argilominerais. 
 II - Toda e qualquer superfície rochosa sofre a ação do intemperismo. Essa ação de intempérie nada mais é do que o processo geral pelo qual as rochas são destruídas na superfície da terra para formar os solos. O intemperismo, portanto, é uma ação física e/ou química responsável por formar todas as partículas (fragmentação). 
 III - Para a mecânica dos solos, o solo é uma massa composta por sólidos (estrutura), líquidos e gases (vazios) dispersos em um volume. Essa divisão em três fases facilita a caracterização mecânica do solo como um material e a partir daí consegue-se caracterizar e constituir padrões interpretativos.
c.I, II e III estão corretas.
2.Avalie as afirmações a seguir em verdadeiras (V) ou falsas (F): 
 I – As esmectitas são argilas que exibem muita plasticidade. Os solos com esmectitas são difíceis de serem trabalhados nas obras de terraplenagem, pois complicam o trânsito dos equipamentos. 
 II – Caulinitas são argilas evoluídas. Solos formados por caulinitas são aqueles que melhor se comportam em aterros, sendo os mais aptos para a construção de aterros estruturais em obras viárias, grandes terraplenagens e barragens de terra. 
III – Os óxidos têm intemperismo químico muito discreto. Parte da sílica pode ser removida de forma solúvel, o que poderia ocorrer após a sua hidratação. Porém, o produto do intemperismo dos óxidos é o quartzo. 
 IV – Os quartzos são resultado do intemperismo em estágio avançado e decorrem da remoção total da sílica dos argilominerais. Os quartzos são os minerais mais resistentes ao intemperismo, portanto são o resíduo de solos que foram muito meteorizados em condições ambientais muito favoráveis à ação química.
a.I – V; II – V; III – F; IV – F.