Mecânica dos Solos: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 6 exercícios, com soluções completas no final.

Novos exercícios Voltar à disciplina

Na janela de impressão, escolha “Salvar como PDF” para guardar uma cópia no seu dispositivo.

1Fórmulas e métodos

Tensão efetiva no solo

Tensão total: σ = Σγ_i·h_i
Poropressão: u = γ_w·(z − z_w)
Tensão efetiva: σ′ = σ − u
Água: γ_w = 9,81 kN/m³

Recalque por adensamento

Normalmente adensado: S = C_c·H/(1 + e₀)·log₁₀(σ′_f/σ′₀)
Tensão final: σ′_f = σ′₀ + Δσ (at mid-depth of the layer)
Pré-adensado, σ′_f ≤ σ′_p: S = C_r·H/(1 + e₀)·log₁₀(σ′_f/σ′₀)
Pré-adensado, σ′_f > σ′_p: S = H/(1 + e₀)·[C_r·log₁₀(σ′_p/σ′₀) + C_c·log₁₀(σ′_f/σ′_p)]
Razão de pré-adensamento: OCR = σ′_p/σ′₀
Tempo de adensamento: t = T_v·H_dr²/c_v
Caminho de drenagem: H_dr = H/2 (drenagem dupla), H (drenagem simples)
Fatores tempo: U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

Força hidrostática

Pressão em uma profundidade: p = ρgh
Força em uma parede vertical: F = ρg·h_c·A
Centro de pressão: y_p = y_c + I_c/(y_cA)
Retângulo: I_c = bH³/12

2Exercícios

1.Tensão efetiva no soloMédia

Para o perfil de solo mostrado, encontre a poropressão u no ponto X.

z = 3 mz_w = 1 mγ_w = 9,81 kN/m³areia: γ_d = 16 kN/m³areia: γ_sat = 20,5 kN/m³

u = kPa

2.Tensão efetiva no soloDifícil

Para o perfil de solo mostrado, encontre a tensão vertical total σ no ponto X.

z = 10 mz_w = 4 mγ_w = 9,81 kN/m³areia: γ_d = 16,5 kN/m³areia: γ_sat = 19,5 kN/m³argila: γ_sat = 19 kN/m³

σ = kPa

3.Recalque por adensamentoMédia

Uma camada de argila pré-adensada com 5,5 m de espessura tem C_c = 0,2, C_r = 0,05 e e₀ = 1. Na metade da sua profundidade a tensão vertical efetiva é 40 kPa e a tensão de pré-adensamento é 90 kPa. Um novo edifício acrescenta 15 kPa de tensão vertical na metade da profundidade. Encontre o recalque por adensamento primário S em mm.

H = 5,5 mC_c = 0,2C_r = 0,05e₀ = 1σ′₀ = 40 kPaσ′_p = 90 kPaΔσ = 15 kPa

S = mm

4.Recalque por adensamentoDifícil

Em um ensaio de adensamento em laboratório (oedômetro), um corpo de prova de argila com 25 mm de espessura, drenado no topo e na base, atinge 50% de adensamento em 6 min. Em campo, a mesma argila forma uma camada de 3,5 m de espessura. Ela está sobre rocha impermeável, com areia acima, então a água drena apenas pelo topo. Quantos dias t a camada em campo leva para atingir 50% de adensamento?

h_lab = 25 mmt_lab = 6 minH = 3,5 mcampo: drenagem simples

t = dias

5.Força hidrostáticaMédia

Uma comporta retangular vertical de 1,5 m de largura fica na parede de um tanque de água, com a borda superior 3 m abaixo da superfície. Encontre a força hidrostática resultante F na comporta.

d = 3 mH = 3 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²

F = kN

6.Força hidrostáticaDifícil

Uma comporta retangular vertical de 1 m de largura fica na parede de um tanque de glicerina, com a borda superior 1,5 m abaixo da superfície. Encontre a força hidrostática resultante F na comporta.

d = 1,5 mH = 1 mb = 1 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²

F = kN

3Soluções

1.Tensão efetiva no solo

Resposta: u = 19,62 kPa

Tensão efetiva (Terzaghi): o esqueleto do solo suporta σ′ = σ − u. A tensão total σ é o peso de tudo acima do ponto, Σγ·h, usando o peso específico seco acima do lençol freático e o saturado abaixo dele. Abaixo do lençol freático a poropressão é hidrostática: u = γ_w·(profundidade abaixo do lençol freático).

Poropressão

A pressão da água cresce com a profundidade abaixo do lençol freático.

u = γ_w·(z − z_w) = 9,81·2 = 19,62 kPa

Resposta

u = 19,62 kPa

2.Tensão efetiva no solo

Resposta: σ = 181 kPa

Tensão total

Some o peso de cada faixa de solo acima de X. Acima do lençol freático use o peso específico seco, abaixo o saturado.

σ = γ_d·4 + γ_sat,sand·2 + γ_sat,clay·4

σ = 16,5·4 + 19,5·2 + 19·4 = 181 kPa

Resposta

σ = 181 kPa

3.Recalque por adensamento

Resposta: S = 19,02 mm

Adensamento primário de uma camada de argila de espessura H, usando a tensão efetiva no meio da camada: σ′_f = σ′₀ + Δσ. Argila normalmente adensada: S = C_c·H/(1 + e₀)·log₁₀(σ′_f/σ′₀). Uma argila pré-adensada se recomprime segundo C_r até a tensão de pré-adensamento σ′_p e só segue C_c além dela. Tempo: t = T_v·H_dr²/c_v, em que o caminho de drenagem H_dr é H/2 quando a água pode sair pelo topo e pela base, e H quando só um lado drena.

Comparar com a tensão de pré-adensamento

σ′_f = 40 + 15 = 55 kPa ≤ 90 kPa

Recalque

A argila permanece na sua reta de recompressão.

S = C_r·H/(1 + e₀)·log₁₀(σ′_f/σ′₀) = 0,05·5,5/(1 + 1)·log₁₀(55/40) = 19,02 mm

Resposta

S = 19,02 mm

4.Recalque por adensamento

Resposta: t = 326,7 dias

Caminhos de drenagem

H_dr,lab = 25/2 = 12,5 mm = 0,0125 m

H_dr,field = 3,5 m

Escalar o tempo

t = T_v·H_dr²/c_v com os mesmos T_v e c_v no laboratório e em campo.

t_field = 6·(3,5/0,0125)² = 470400 min

t_field = 470400/1440 = 326,7 dias

Resposta

t = 326,7 dias

5.Força hidrostática

Resposta: F = 198,7 kN

Força hidrostática em uma superfície plana: F = ρ·g·y_c·A. Ela atua no centro de pressão, y_cp = y_c + I_c/(y_cA), que sempre fica abaixo do centroide.

Profundidade do centroide e área

y_c = d + H/2 = 3 + 3/2 = 4,5 m

A = H·b = 3·1,5 = 4,5 m²

Força resultante

F = ρ·g·y_c·A = 1000·9,81·4,5·4,5 = 198,7 kN

Resposta

F = 198,7 kN

6.Força hidrostática

Resposta: F = 24,72 kN

Força hidrostática em uma superfície plana: F = ρ·g·y_c·A. Ela atua no centro de pressão, y_cp = y_c + I_c/(y_cA), que sempre fica abaixo do centroide.

Profundidade do centroide e área

y_c = d + H/2 = 1,5 + 1/2 = 2 m

A = H·b = 1·1 = 1 m²

Força resultante

F = ρ·g·y_c·A = 1260·9,81·2·1 = 24,72 kN

Resposta

F = 24,72 kN

ExamProblems · examproblems.com/courses/geotechnical-engineering