Estrutura e Caracterização de Solos | Exercícios Engenharia Civil

Questões de Mecânica dos Solos

I - Introdução à Mecânica dos Solos e Índices

Físicos. Estrutura dos solos.

1) Fale sobre as principais diferenças entre as

partículas de textura grossa e fina e como cada um

destes grupos influi nas características dos solos.

R: -Textura grossa: partículas maiores que 0,075mm;

visíveis a olho nu; normalmente equidimensionais (3

dimensões tem magnitude semelhante) esféricas (sub-

arredondado, arredondado e esférico) e angulares

(anguloso e sub-anguloso)

- Textura fina: partículas menores que 0,075mm;

geralmente tem forma lamear;

2) Fale sobre os processos de identificação tátil-

visual e como estes podem ser úteis para a

engenharia geotécnica.

R: Processos de identificação tátil-visual: serve para

estimar o tipo de solo e seu estado, manuseando o solo

e sentindo sua reação ao manuseio. É usado quando

ensaios de laboratório não são utilizados.

O primeiro aspecto a considerar é a quantidade de

grossos, para sentir nos dedos os grãos de areia,é

precisa que o solo seja umedecido para que os torrões

de argila se desmanchem, assim os grãos de areia

podem ser sentidos pelo tato. Se a amostra estiver seca,

pode-se esfregar uma porção em uma folha de papel

para que as partículas finas (siltes e argilas)

impregnam-se no papel. Depois de definido se o solo é

areia ou solo fino, resta definir se o solo fino é silte ou

argila. Para isso utiliza-se alguns procedimentos:

Resistência a seco, Shaking Test, Ductilidade,

Velocidade de secagem.

3) O que são índices físicos de um solo?

R: Relações entre as diversas fases do solo (sólidos,

água e ar) em termos de massas e volumes, os quais

procuram caracterizar as condições físicas em que um

solo se encontra.

4) Defina todos os índices físicos utilizados na

Mecânica dos Solos.

 Porosidade 𝑛 = 𝑉𝑣

𝑉= 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

 Índice de vazios 𝑒 = 𝑉𝑣

𝑉𝑠 =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠

 Grau de Saturação 𝑆𝑟 =𝑉𝑤

𝑉𝑣 =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎

 Teor de umidade 𝑤 = 𝑀𝑤

𝑀𝑠 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠

 Massa específica natural 𝜌𝑠 = 𝑀𝑠

𝑉𝑠 =

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠

 Massa específica da água 𝜌𝑤 = 𝑀𝑤

𝑉𝑤

 Massa específica do solo saturado

 Peso específico 𝛾 = 𝜌𝑔

 Peso específico do solo submerso

5) Quais os índices físicos podem ser determinados

por meio de ensaios de laboratório? Descreva

sucintamente os procedimentos utilizados em cada

um deles.

- Peso específico dos sólidos (ou dos grãos): coloca-se

um peso seco conhecido do solo num picnômetroe

completando com água determina-se o peso total. O

peso do picnômetro completado só com água, mais o

peso do solo, menos o peso do picnômetro com solo e

água, é o peso da água que foi substituída pelo solo.

Desse peso, calcula-se o volume de água que foi

substituído pelo solo e que é o volume do solo. Com o

peso e volume, tem-se o peso específico.

- Peso específico natural: molda-se um cilindro do solo

cujas dimensões conhecidas permitem calcular o

volume. O peso total divido pelo volume é o peso

específico natural.

- Teor de umidade:pesa-se o solo no seu estado natural,

seca-se em estufa a 105 °C, até constância de peso, e

pesa-se novamente. Com o peso das duas fases

calcula-se a umidade.

6) Fale, de maneira sucinta, das faixas de valores

que você esperaria encontrar em campo,

envolvendo a maioria dos solos, para os seguintes

índices físicos: w (teor de umidade); e (índice de

vazios); e s (peso específico dos sólidos).

R: Teor de umidade: Normalmente entre 10 a 40%,

dependendo do tipo de solo. Podendo ocorrer valores

muito baixos ou muito altos (150% ou mais).

Índice de vazios: Normalmente entre 0,5 e 1,5, mas

argilas orgânicas podem ocorrer com índices

superiores a 3.

Peso especifico dos sólidos (grãos): Valores em torno

de 27 kN/m³, usado quando não se dispõe do valor

especifico do solo em estudo. Grãos de quartzo (areia)

costumam apresentar peso especifico de 26,5 kN/m³ e

argilas lateríticas valores de até 30 kN/m³ (sais de

ferro).

7) É possível se encontrar no solo um valor de peso

específico maior do que o peso específico das

partículas sólidas? Por quê?

R: Não é possível, pois um considera os vazios e o

outro não.

8) Descreva, de maneira sucinta, os arranjos

estruturais típicos de solos grossos e finos,

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**Questões de Mecânica dos Solos I - Introdução à Mecânica dos Solos e Índices Físicos. Estrutura dos solos.

Fale sobre as principais diferenças entre as partículas de textura grossa e fina e como cada um destes grupos influi nas características dos solos.** R: - Textura grossa: partículas maiores que 0,075mm; visíveis a olho nu; normalmente equidimensionais ( dimensões tem magnitude semelhante) esféricas (sub- arredondado, arredondado e esférico) e angulares (anguloso e sub-anguloso)

Textura fina: partículas menores que 0,075mm; geralmente tem forma lamear; 2) Fale sobre os processos de identificação tátil- visual e como estes podem ser úteis para a engenharia geotécnica. R: Processos de identificação tátil-visual: serve para estimar o tipo de solo e seu estado, manuseando o solo e sentindo sua reação ao manuseio. É usado quando ensaios de laboratório não são utilizados. O primeiro aspecto a considerar é a quantidade de grossos, para sentir nos dedos os grãos de areia,é precisa que o solo seja umedecido para que os torrões de argila se desmanchem, assim os grãos de areia podem ser sentidos pelo tato. Se a amostra estiver seca, pode-se esfregar uma porção em uma folha de papel para que as partículas finas (siltes e argilas) impregnam-se no papel. Depois de definido se o solo é areia ou solo fino, resta definir se o solo fino é silte ou argila. Para isso utiliza-se alguns procedimentos: Resistência a seco, Shaking Test, Ductilidade, Velocidade de secagem. 3) O que são índices físicos de um solo? R: Relações entre as diversas fases do solo (sólidos, água e ar) em termos de massas e volumes, os quais procuram caracterizar as condições físicas em que um solo se encontra. 4) Defina todos os índices físicos utilizados na Mecânica dos Solos.  Porosidade 𝑛 = 𝑉𝑣 𝑉 =^ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙  Índice de vazios 𝑒 = 𝑉𝑣 𝑉𝑠

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠  Grau de Saturação 𝑆𝑟 = 𝑉𝑤 𝑉𝑣

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎  Teor de umidade 𝑤 = 𝑀𝑤 𝑀𝑠 =^ 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠  Massa específica natural 𝜌𝑠 = 𝑀𝑠 𝑉𝑠

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠  Massa específica da água 𝜌𝑤 = 𝑀𝑤 𝑉𝑤  Massa específica do solo saturado  Peso específico 𝛾 = 𝜌𝑔  Peso específico do solo submerso 5) Quais os índices físicos podem ser determinados por meio de ensaios de laboratório? Descreva sucintamente os procedimentos utilizados em cada um deles.

Peso específico dos sólidos (ou dos grãos): coloca-se um peso seco conhecido do solo num picnômetroe completando com água determina-se o peso total. O peso do picnômetro completado só com água, mais o peso do solo, menos o peso do picnômetro com solo e água, é o peso da água que foi substituída pelo solo. Desse peso, calcula-se o volume de água que foi substituído pelo solo e que é o volume do solo. Com o peso e volume, tem-se o peso específico.
Peso específico natural: molda-se um cilindro do solo cujas dimensões conhecidas permitem calcular o volume. O peso total divido pelo volume é o peso específico natural.
Teor de umidade:pesa-se o solo no seu estado natural, seca-se em estufa a 105 °C, até constância de peso, e pesa-se novamente. Com o peso das duas fases calcula-se a umidade. 6) Fale, de maneira sucinta, das faixas de valores que você esperaria encontrar em campo, envolvendo a maioria dos solos, para os seguintes índices físicos: w (teor de umidade); e (índice de vazios); e  s (peso específico dos sólidos). R: Teor de umidade: Normalmente entre 10 a 40%, dependendo do tipo de solo. Podendo ocorrer valores muito baixos ou muito altos (150% ou mais). Índice de vazios: Normalmente entre 0,5 e 1,5, mas argilas orgânicas podem ocorrer com índices superiores a 3. Peso especifico dos sólidos (grãos): Valores em torno de 27 kN/m³, usado quando não se dispõe do valor especifico do solo em estudo. Grãos de quartzo (areia) costumam apresentar peso especifico de 26,5 kN/m³ e argilas lateríticas valores de até 30 kN/m³ (sais de ferro). 7) É possível se encontrar no solo um valor de peso específico maior do que o peso específico das partículas sólidas? Por quê? R: Não é possível, pois um considera os vazios e o outro não. 8) Descreva, de maneira sucinta, os arranjos estruturais típicos de solos grossos e finos,

enfatizando o porquê da complexidade e variação estrutural dos solos finos. R: Estrutura dos solos granulares: Fofa – média compactação – comportamento mecânico – condição de compacidade Estrutura dos solos finos: silte – argila – solo orgânico No caso dos solos finos, devido a presença das forças de superfície, arranjos estruturais bem mais elaborados são possíveis. 9) Fale o que você sabe sobre os tipos estruturais dos argilominerais e como estes podem influenciar no comportamento dos solos. R: Estrutura do argilo mineral: A depender do modo como estas unidades estruturais estão unidas entre si, podemos dividir os argilo−minerais em três grandes grupos.

GRUPO DA CAULINITA: A caulinita é formada por uma lâmina silícica e outra de alumínio, que se superpõem indefinidamente. Assim, as argilas cauliníticas são as mais estáveis em presença d’água, apresentando baixa atividade e baixo potencial de expansão.
MONTMORILONITA: É formada por uma unidade de alumínio entre duas silícicas, superpondo−se indefinidamente. Neste caso a união entre as camadas permite a penetração de moléculas de água na estrutura com relativa facilidade. Os solos com grandes quantidades de montmorilonita tendem a ser instáveis em presença de água. Apresentam em geral grande resistência quando secos, perdendo quase que totalmente a sua capacidade de suporte por saturação.
ILITA: Possui um arranjo estrutural semelhante ao da montmorilonita, porém os íons não permutáveis fazem com que a união entre as camadas seja mais estável e não muito afetada pela água. É também menos expansiva que a montmorilonita. 10) Explique porque o quartzo forma a fração mineralógica predominante nos solos grossos. R: O quartzo, presente na maioria das rochas, é bastante estável, e em geral resiste bem ao processo de transformação rocha−solo. Sua composição química é simples, SiO2, as partículas são eqüidimensionais, como cubos ou esferas e ele apresenta baixa atividade superficial (devido ao tamanho de seus grãos). Por conta disto, o quartzo é o componente principal na maioria dos solos grossos (areias e pedregulhos). 11) O que você sabe sobre os seguintes termos? a) Superfície específica b) Estrutura indeformada e amolgada c) Plasticidade d) Sensitividade (ou Sensibilidade) e) Atividade (a) Superficie especifica Denomina−se de superfície específica de um solo a soma da área de todas as partículas contidas em uma unidade de volume ou peso. Quanto maior o tamanho do mineral menor a superfície específica do mesmo. (b)Estrutura indeformada e amolgada Estrutura indeformada é a estrutura original e a amolgada a que teve sua estrutura destruída, provocando a perda de sua resistência. (c) Plasticidade é caracterizada pela capacidade do solo se deformar sem apresentar ruptura ou trincas e sem variação de volume. Quanto menor o argilo−mineral (ou quanto maior sua superfície específica), maior a plasticidade do solo. (d)Sensibilidade é a perda de resistência do solo devido a destruição de sua estrutura original. (e)Atividade: A superfície das partículas dos argilo−minerais possui uma carga elétrica negativa, cuja intensidade depende principalmente das características do argilo−mineral considerado. 12) Defina compacidade relativa. Como os solos grossos são classificados de acordo com a compacidade? R: Compacidade relativa (Id) é um índice utilizado para determinar o grau de compactação de material granular não coesivo: Fofos – 0 < Id < (1/3) Med. Compactos (1/3) < Id < (2/3) Compactos (2/3) < Id < 1 13) Como as argilas (solos finos) são classificadas de acordo com a consistência? R: A consistência das argilas pode ser quantificada por meio de um ensaio de compressão simples ( resistência que ela apresenta).
- muito mole < 25
- mole 25 a 50
- média 50 a 100
- rija 100 a 200
- muito rija 200 a 400
- dura > 400. II - Ensaios de caracterização dos solos 1) Quais os processos utilizados na obtenção da curva granulométrica de solos em laboratório? Explique o procedimento e/ou a teoria envolvida em cada processo. R: O ensaio de granulometria conjunta para o levantamento da curva granulométrica do solo é realizado com base em dois procedimentos distintos: a) peneiramento (diâmetros > 0,075mm e b) Sedimentação (diâmetros < 0,2mm) O ensaio de peneiramento não é realizado para partículas com diâmetros inferiores a 0,074mm pela dificuldade em se confeccionar peneiras com aberturas de malha desta ordem de grandeza. Peneiramento: utilizado para a fração grossa do solo, realiza−se pela passagem do solo por peneiras padronizadas e pesagem das quantidades retidas em cada uma delas. Sedimentação: os solos muito finos, com granulometria inferior a 0,074mm, são tratados de forma diferenciada, através do ensaio de sedimentação. É realizado medindo−se a densidade de uma suspensão de solo em água, no decorrer do tempo, calcula−se a percentagem de partículas que ainda não sedimentaram e a velocidade de queda

que irão construir a obra resolveu que os ensaios de caracterização serão realizados no próprio local de construção. Faça uma lista dos principais equipamentos que deverão ser enviados a campo para a realização dos ensaios. R: Identificação tátil e visual: Proveta Granulometria: jogo de peneiras, balança, estufa, destorroador, quarteador, bandejas, proveta, termômetro, densímetro, cronômetro, dispersor, defloculante, etc. Limites de consistência: Liquidez: Aparelho de Casa Grande,cinzel padronizado. Plasticidade: placa de vidro esmerilhado; Consistência: cápsula metálica, cápsula de vidro. **10) Comente sobre aplicações práticas dos assuntos referentes às questões anteriores. III – Classificação dos solos

Quais informações são necessárias para a classificação dos solos pelo Sistema Rodoviário (TRB)?** R: O Sistema Rodoviário de Classificação é um sistema de classificação de solos, baseado na granulometria e nos limites de consistência do material. Neste Sistema, também se inicia a classificação pela constatação da porcentagem de material que passa na peneira nº 200, só que são considerados solos de graduação grosseira os que têm menos de 35% passando nesta peneira, e não 50% como na Classificação Unificada. Estes são os solos dos grupos A-1, A-2 e A-3. os solos com mais de 35% passando na peneira nº formam os grupos A-4, A-5, A-6 e A-7. 2) Quais informações são necessárias para a classificação dos solos granulares e dos solos finos pelo Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS)? R: Baseada tão somente na distribuição granulométrica dos solos. Os solos são classificados pela fração granulométrica dominante e subdominante: argila arenosa, areia siltosa, silte argiloso... Os solos são classificados em três grandes grupos: a)Solos grossos: mais que 50% em peso, dos seus grãos, são retidos na peneira # 200. b)Solos finos: menos que 50% em peso, dos seus grãos, são retidos na peneira # 200. c)Turfas: solos altamente orgânicos, geralmente fibrilares e extremamente compressíveis. 3) Para que servem as linhas A e B da carta de plasticidade de Casagrande? R: Solos argilosos se situam acima da linha A. Solos orgânicos e siltosos ficam abaixo da linha A, diferenciando pelo aspecto visual. Uma característica secundária dos solos finos é a sua compressibilidade. Quanto maior for o Limite de Liquidez (LL) mais compressível é o solo. A linha B divide esta classificação em função do LL ser superior ou inferior a 50 %. 4) Como deve ser classificado um solo quando o ponto na carta de plasticidade fica muito próximo às linhas A ou B? R: Pontos próximos às linhas A ou B ou sobre a faixa de IP de 4 a 7, utiliza-se as duas classificações. **IV – Tensões geostáticas e devido a carregamentos externos
Diferença entre tensão normal e tensão cisalhante (de cisalhamento).** R: A tensão de cisalhamento é gerada por forças aplicadas em sentidos opostos, porem em direções semelhantes no material analisado. 2) Quais são as tensões devidas ao peso próprio do solo (tensões geostáticas)? R: Tensão normal, Pressão Neutra, Tensão Efetiva. 3) Como é calculada a tensão total num plano qualquer de um solo? R: 𝜎 = ∑ 𝛾𝑖 ∗ 𝑧𝑖 Tensão Total Acima do N.A > 𝛾𝑖 = 𝛾 (aparente ou natural) Abaixo do N.A> 𝛾 = 𝛾𝑠𝑎𝑡 4) Como é calculada a pressão neutra (poro-pressão) num plano qualquer de um solo? R: Pressão Neutra ( poropressão) é a pressão que o fluido exerce no interior dos poros dos elementos porosos como os solos. μ = γw*hw
O quê você entende pelo Princípio das Tensões Efetivas, estabelecido por Terzaghi? R: A definição de tensão efetiva estabelecida por Terzaghi é tensão total menos a pressão neutra (poropressão). σ’ = σ - μ Válida para solo saturado σ’ = ∑ 𝛾𝑖′^ ∗ 𝑧𝑖 > γ’= peso específico submerso.
A água pode estar submetida a uma pressão neutra negativa? Comente. Sim, ela pode ser negativa devido à ação caplar da água no solo. (relacionado as forças intermoleculares da água.
Como ocorre a distribuição das tensões no solo, num plano horizontal e com a profundidade, provocadas por um carregamento externo? R:
Explicar o conceito de bulbo de pressão, ilustrando com desenho. Qual o seu uso na prática de engenharia de solo? R:

O solo apresenta comportamento de material elástico? Explique. R:
Por que a Teoria da Elasticidade é empregada para estimativa de acréscimos de tensões no maciço de solo quando carregamentos são aplicados em sua superfície ou interior?
Quais as hipóteses consideradas pela solução de Boussinesq para determinação dos acréscimos de tensões no maciço de solo devidos a carga pontual aplicada na sua superfície? Comentar também sobre a distribuição de tensões no solo para carga concentrada.
Como são determinados os acréscimos de tensões provocados por carregamentos uniformemente distribuídos numa área qualquer?
Comente sobre aplicações práticas dos assuntos referentes às questões anteriores. V – Compactação dos solos
Descreva o procedimento de compactação em laboratório. Comente algumas desvantagens da realização de ensaios de compactação com reuso de solo.
Porque a curva de compactação apresenta um máximo valor de d? Como a energia de compactação influi nas curvas de compactação de um solo?
Descreva como o teor de umidade influencia na estrutura dos solos compactados.
Descreva as principais diferenças na forma das curvas de compactação obtidas para solos argilosos, arenosos e siltosos.
Faça um esboço das curvas de compactação para um solo A com IP = 5 e um solo B com IP = 18. Estime valores de d máx e umidade ótima para os dois solos. Se você dispusesse dos dois solos em áreas próximas, qual dos dois você utilizaria para construção de um pavimento rodoviário, baseando-se somente nestes dados?
É possível se obter uma curva de compactação que cruze a curva de 100% de saturação? Porque os solos em campo, para uma dada energia de compactação, devem ser compactados o mais próximo possível da umidade ótima?
Quais os principais equipamentos utilizados na compactação em campo (descreva suas características e para quais tipos de solos são mais apropriados)?
No caso da compactação de campo, quais as principais variáveis influenciando na energia empregada?
Como pode ser realizado o controle de compactação em campo?
Descreva as vantagens da utilização do Método de Hilf para o controle da compactação de aterros.
Comente sobre aplicações práticas dos assuntos referentes às questões anteriores.

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