perguntas respostas de exame esf1
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perguntas e resposta de testes da cadeira de Estruturas de Suporte e Fundações - lecionada no 7 semestre de engenharia civilTRANSCRIPT
2015
Joana Cortesão
ISEL
26/02/2015
Estruturas de Suporte e Fundações | TESTES
1
íNDICE
Exame Tipo – 2007/2008............................................................................................................... 2
Exame 05.07.2008 ......................................................................................................................... 4
Exame 21.07.2008 ......................................................................................................................... 5
Exame 01.10.2008 ......................................................................................................................... 6
Exame 21.01.2011 ......................................................................................................................... 7
Exame 26.01.2011 ......................................................................................................................... 8
Exame 08.07.2011 ....................................................................................................................... 10
Exame 03.09.2011 ....................................................................................................................... 11
Exame 19.01.2012 ....................................................................................................................... 12
Exame 17.02.2012 ....................................................................................................................... 13
Exame 21.06.2012 ....................................................................................................................... 14
2
Exame Tipo – 2007/2008
1. Quais as teorias para o cálculo de impulsos (activos) de terras que conhece? Indique
quais as vantagens e limitações que lhe são inerentes.
Existem duas teorias que são: Teoria de Coulomb e teoria de Rankine. A teoria de
Rankine baseia-se directamente nos conceitos de pressão activa e passiva enquanto
que a teoria de Coulomb analisa o equilíbrio como um corpo rígido.________________
A Teoria de Rankine não é tão conservadora como a de Coulomb, sendo necessário
para a sua aplicabilidade algumas condições tais como: o terrapleno tem que ser
horizontal, a superfície de contacto entre o solo e a estrutura de suporte tem de ser
vertical, o solo deve ser homógeneo, isotrópico, elástico, perfeitamente plástico e seco
(ter a mesma coesão e o mesmo ângulo de atrito e por último a interface solo –
estrutura de suporte não tem atrito nem coesão. A Teoria de Rankine pode ser
aplicada a um terrapleno inclinado, embora não seja a melhor devido ao seu carácter
restritivo.__________________________________________________________
Relativamente à Teoria de Coulomb, esta já considera a existência de atrito e como tal
desenvolvem-se tensões de corte na interface estrutura de suporte/solo. A teoria de
Coulomb considera a superfície de ruptura como plana e a porção de solo que
plastifica tem o comportamento de corpo rígido. Contrariamente à teoria de Rankine,
a orientação da superfície de ruptura é desenvolvida assim como o diagrama de
pressões.__________________________________________________________
Resumidamente, na teoria de Rankine há a plastificação total do solosegundo as
superfícies que se conhece a inclinação enquanto que na teoria de Coulomb são
consideradas superfícies de plastificação que separam corpos rígidos procurando-se
desta forma identificar a superfície que conduz à situação de mais desfavorável para a
segurança. _________________________________________________________
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A teoria de Coulomb tem por vantagens: quando o terreno tem coesão aplica-se,
bastando para o efeito considerar as forças que estão associadas à coesão; as
estruturas de suporte possuem superfície rugosa, ou seja, considera a existência de
atrito na interface muro de suporte/solo o que na realidade se verifica. Tem por
desvantagens: a pesquisa do valor do impulso activo é feita através de tentativas;
utilização a resolução gráfica que é sempre mais morosa e por vezes imprecisa; a
simplificação da geometria da superfície de ruptura faz com que as direcções das
forças em jogo não se cruzem num mesmo ponto, o que leva a uma impossibilidade de
garantir o equilíbrio estático da cunha de solo relativamente a momentos.
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A Teoria de Rankine tem por vantagens: a orientação da superfície de rotura ser
conhecida bem como o diagrama de pressões; utilizar a via analítica; é mais utilizada
em solos com coesão. Tem por desvantagens: para ser aplicável exige um certo
número de condições; não considera atrito nem adesão entre o solo e a estrutura de
suporte.___________________________________________________________
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2. Quais os estados limite a considerar na verificação da segurança de uma fundação
superficial ou directa? Exemplifique cenários para 2 desses estados limites.
Os estados limites a considerar são:_________________________________________
E.L.U. por ruptura do terreno de fundação devido a cargas verticais;_______________
E.L.U. por deslizamento da fundação segundo a sua base devido à acção de forças
horizontais._____________________________________________________________
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3. Na verificação da capacidade resistente de uma fundação superficial (sapata) em
terreno argiloso, porque é que o cálculo em condições não drenadas é o
condicionante? Justifique a sua resposta.
O parâmetro de resistência é a coesão não - drenada (Cu) que corresponde à resposta
imediata do terreno à acção de carregamento não sendo dado tempo suficiente para
que ocorra a dissipação das pressões intersticiais geradas pela carga aplicada, o que
caracteriza os solos pouco permeáveis como as argilas. É obtida desta forma uma
resistência a curto prazo. A tensão efectiva, tratando-se de uma argila, é menor a curto
prazo do que tratando-se de uma areia. A curto prazo a argila não tem a capacidade de
drenagem, logo diminuem as tensões efectivas. _______________________________
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4. Em que consiste o ensaio de corte rotativo insitu (Vane Test)? Para que tipo de solos
é apropriado? Que parâmetros se podem estimar a partir desse ensaio?
Este ensaio é normalmente utilizado em solos brandos, geralmente argilas não-
drenadas. Mede a resistência ao corte que se mobiliza ao longo da superfície. _______
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Estima o Cu (coesão não drenada). O ensaio realiza-se cravando no solo duas lâminas
de aço ortogonais e solidárias que se prolongam até à superfície através de uma haste
metálica, sendo que nesta é aplicada um momento torsor que por imposição de um
movimento rotativo à velocidade de 1º a 6º por minuto, o qual tendo em conta a área
de corte, conduz então a valores de coesão não drenada.________________________
___________________________________________________________________ ___
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Exame 05.07.2008
1- Quais são as hipóteses adoptadas na teoria de Coulomb?
Hipóteses: Superfície de rotura é plana; solo plastificado comporta-se como corpo
rígido; forças de corte na interface solo/muro (Ca; δ). ________________________
Na teoria de Coulomb consideram-se superfícies de plastificação que separam corpos
rígidos procurando-se identificar a superfície que conduz à situação mais desfavorável.
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2- Mostre que: 𝒌𝒑 =𝟏+𝐬𝐢𝐧 ∅′
𝟏−𝐬𝐢𝐧 ∅′ e explicite em que condições esta expressão é válida?
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3- Explique o significado das parcelas da equação geral de capacidade resistente de
fundações superficiais.
𝑞𝑟 =1
2𝛾𝐵𝑁𝛾𝑠𝛾𝑖𝛾𝑏𝛾 + 𝑐′𝑁𝑐𝑠𝑐𝑖𝑐𝑏𝑐 + 𝑞′
0𝑁𝑞𝑠𝑞𝑖𝑞𝑏𝑞
1
2𝛾𝐵𝑁𝛾𝑠𝛾𝑖𝛾𝑏𝛾 - Parcela relativa à largura da sapata, contributo do peso próprio do
terreno de fundação, traduz a resistência devido ao peso volúmico do solo abaixo do
plano de fundação. Se γ=0 esta parcela seria nula pois depende de γ e Φ’;___________
𝑐′𝑁𝑐𝑠𝑐𝑖𝑐𝑏𝑐 - Parcela correspondente à coesão dos solos abaixo do plano de fundação;
Se c’=0 esta será nula. É dependente de c e Φ’______________________________
𝑞′0𝑁𝑞𝑠𝑞𝑖𝑞𝑏𝑞 - parcela relativa à profundidade da fundação e da sobrecarga acima do
plano de fundação; D=0 é nula. Depende de γ solo acima de D; D e Φ’.______________
__________________________________________________________________
𝑞𝑟 =1
2𝛾𝐵𝑁𝛾 + c𝑁𝑐 + 𝑞0𝑁𝑞
1
2𝛾𝐵𝑁𝛾 – traduz a resistência devida ao peso volúmico do solo abaixo do plano de
fundação. Se γ=0 esta parcela seria nula pois depende de γ e Φ’;_________________
𝑐𝑁𝑐 - traduz a resistência resultante da coesão do solo abaixo do plano de fundação.
Se c=0 esta será nula. É dependente de c e Φ’. ________________________________
𝑞0𝑁𝑞 - resistência resultante do peso do solo acima do plano de fundação. Se D=0 é
nula. Depende de γ solo acima de D; D e Φ’. ________________________________
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4- Qual a influência da presença de água no terreno na capacidade resistente de solos
arenosos? Exemplifique para duas possibilidades de localização do nível da água?
A capacidade resistente do solo é afectada porque altera γ*(Nj), q’ e eventualmente
V’d. _____________________________________________________________
γ* - peso especifico do solo; q’= γ*d, distância entre a base da fundação à superfície do
solo; V’d – acção vertical efectiva________________________________________
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Exame 21.07.2008
1- O que entende por estado de tensão em repouso? Em que condições práticas
consideraria esta situação no dimensionamento de estruturas de suporte? Que
parâmetro(s) geotécnico(s) caracteriza(m) esse estado?
Tensão de repouso, são as tensões originadas pelo peso próprio do solo, avaliadas nos
maciços terrosos.____________________________________________________
O coeficiente de impulso em repouso , é o parametro que carateriza esse estado, 𝑘0,
que é igual à razão da tensão efectiva horizontal de repouso pela tensão efectiva
vertical de repouso no mesmo ponto:_____________________________________
𝑘0 =𝜎′ℎ0
𝜎′𝑣0
2- Como se designam e se estimam os diversos tipos de assentamento uniforme que
pode ter uma fundação directa rígida que sub-superficialemente se apoie num
estrato possante de argila mole.
Os assentamentos em argilas podem ser:_____________________________________
- Assentamento elástico;____________________________________________
- Assentamento primário;___________________________________________
- Assentamento secundário. _________________________________________
Assentamento em Argilas: assentamento ou deslocamento vertical sob uma área
flexível carregada uniformemente à superfície de um meio semi-infinito, homogéneo e
isotrópico. Quando se trata de uma camada espessa e homogénea de argila saturada
admite-se que o valor de E é constante em profundidade, mesmo no caso das areias o
valor de E varia com a tensão de confinamento, aumentando por isso em
profundidade e da periferia para o centro de fundação. _________________________
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3- Tendo presente a seguinte expressão da capacidade resistente de uma fundação
superficial, indique justificando?
𝒒𝒓 =𝑩′
𝟐𝜸′𝑵𝜸𝒔𝜸𝒊𝜸𝒃𝜸 + 𝒄′𝒅𝑵𝒄𝒔𝒄𝒊𝒄𝒃𝒄 + 𝒒′𝑵𝒒𝒔𝒒𝒊𝒒𝒃𝒒
a. Qual a condição de carregamento em causa?
Capacidade resistente de uma fundação superficial.______________________
b. Quais os parâmetros de cálculo, geométricos e geotécnicos, em jogo?
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c. Qual o significado dos coeficientes “b” e “i”?
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d. O que são e como se obtêm os valores de B’ e ϒ’?
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4- Explique como se realizaria in situ o ensaio de penetração dinamica normalizado por
Terzaghi e descreva os principais parâmetros que através dele directamente se
O ensaio é utilizado principalmente para a determinação das propriedades mecânicas
dos solos arenosos. Trata-se de um ensaio expedito e pouco dispendioso e, por isso, é
talvez o ensaio mais utilizado na prática para o reconhecimento das condições do
terreno._____________________________________________________________
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Objectivos: determinar o ângulo de atrito interno e a coesão (Nspt : φ , E)__________
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Exame 01.10.2008
1- Explique justificando, as causas que geram assentamentos nos 2 tipos fundamentais
de solos: granulares e argilosos. Use exemplos com esquemas graficos de cada um,
designando os parâmetros que intervêm nos mesmos, bem como estabelecendo as
principais diferenças dos dois modelos físicos?
Assentamento em Solos Granulares: Este assentamento ocorre quase na totalidade
durante a construção. Para o cálculo dos assentamentos neste tipo de solos usam-se
ensaios de campo. Os assentamentos de fundação em solos granulares são causados
pela variação de volume, por distorções e por compressão no volume de terreno
pressionado. Neste tipo de solos é necessário ter em conta os fenómenos de
compressão secundária nos terrenos granulares. A estimativa destes assentamentos é
feita entre outros pelo Método de Schmertman ou recorre-se aos Ensaios de Carga em
Placa.__________________________________________________________________
Assentamento em Solos Argilosos: Este assentamento ocorre_____________________
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2- Considere a estrutura de suporte na figura. Como determinaria analiticamente o
valor, a direcção, o sentido e o ponto de aplicação do impulso activo, que se gera
naquelas condições sobre a mesma estrutura?
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3- Demonstre como se chega à formulação da capacidade de carga de um solo de
fundação incoerente, sob a acção de uma sapata continua (Bx∞), a partir da figura.
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4- Descreva resumidamente o ensaio SPT, diga em que tipo de solos é usual, quais os
seus objetivos e parâmetros basicos?
O ensaio é utilizado principalmente para a determinação das propriedades mecânicas
dos solos arenosos. Trata-se de um ensaio expedito e pouco dispendioso e, por isso, é
talvez o ensaio mais utilizado na prática para o reconhecimento das condições do
terreno.___________________________________________________________
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Objectivos: determinar o ângulo de atrito interno e a coesão (Nspt : φ , E)__________
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Metodologia:________________________________________________________
- É cravada com energia constante através de um pilão de 63.6 Kg com uma queda livre
de 76.2 cm, anota-se o número de pancadas (n) necessário para a penetração de 30
cm, após uma penetração de 15 cm na parte superior eventualmente perturbam, isto
medido abaixo do fundo da sondagem.____________________________________
- O ensaio é realizado em três fases com penetrações de 15cm, respectivamente.
Devido à perturbação do terreno provocada pelos trabalhos de furação, desprezam-se
os resultados obtidos na primeira fase. O número de pancadas necessárias para atingir
a penetração de 30cm (segunda e terceira fase) define o valor de N (SPT).___________
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Exame 21.01.2011
1- O que entende por bolbo de pressão de uma sapata? Explique a respectiva
importância para o comportamento da sapata?
Bolbo de pressão é uma forma de representar as tensões verticais da sapata. Cada
uma das curvas representa o lugar geométrico dos pontos em que a tensão vale uma
determinada fracção da pressão aplicada à superficie.___________________________
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2- Na verificação da segurança de estruturas de suporte, caso exista o impulso passivo
deve ser considerado na totalidade? Justifique a sua resposta.
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3- Explique em que consiste o ensaio CPTU. Quais as grandezas medidas?
O princípio do ensaio consiste na cravação no terreno de uma ponteira cónica (60º de
ângulo de abertura) a uma velocidade constante de 20mm/s. A secção transversal do
cone apresenta uma área de 10cm2. No ensaio CPT medem-se as resistência de ponta
e lateral: qc e fs. No ensaio CPTU mede-se ainda a pressão intersticial da água. Ensaios
de dissipação do excesso de pressão intersticial gerado durante a cravação do
piezocone no solo podem ser interpretados para a obtenção do coeficiente de
consolidação na direcção horizontal Ch.______________________________________
Objectivo: determinar o grau de compacidade relativo das areis determinar a coesão
com bastante precisão Cu._________________________________________________
Exame 26.01.2011
1- Explique as causas que geram assentamentos nos solos argilosos. Cite 2 exemplos de
aplicação de carga e consequentes assentamentos em dois maçicos argilosos,
estando um deles seco e outro submerso, esquematize ambos.
Estabeleça as diferenças dos fenómenos-físicos associados a cada um deles e designe
os parâmetros que intervêm nos mesmos.
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2- Considere a estrutura de suporte representada na figura. Descreva como
determinava analitica e graficamente,o valor do impulso activo que se instalava
sobre a dita estrutura para as condições indicadas.
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3- Defina Capacidade Resistente, e enumere os aspectos de que depende a capacidade
resistente de uma fundação superficial?
Capacidade Resistente: carga máxima que um terreno pode suportar de acordo com
critérios de segurança pré-estabelecidos. Não é uma característica intrínseca do
terreno, pois depende das características do elemento que transmite a carga. ______
A capacidade resistente de uma fundação é dependente das características mecânicas
do solo, incluindo a sua história de tensões e a presença de água, sendo também
afectada pelas características da fundação tal como o tamanho, profundidade, forma e
também do processo de construção e instalação. ______________________________
D ≤ B – Fundação Superficial_____________________________________________
D > B – Fundação Profunda________________________________________________
Os aspectos de que depende, são:___________________________________________
1 – Do ângulo de resistência ao corte do solo (Φ’);______________________________
2 – Do peso volúmico do terreno abaixo da sapata (γ);___________________________
3 – Da base da sapata (B)_________________________________________________
4 – Da coesão do terreno de fundação (c);____________________________________
5 – Da sobrecarga que envolve a sapata ou seja, da profundidade (D) a que se situa o
plano de contacto sapata/solo.___________________________________________
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4- Descreva o ensaio pressiométrico, indicando o seu resultado gráfico médio, bem
como os parâmetros físicos dos solos, que se conseguem obter a partir dele.
Consiste num cilindro que na sua zona central contém uma célula de pressão
protegida nas duas extremidades por células rígidas. O aparelho é instalado em furo
previamente aberto ou atinge a profundidade desejada de modo autónomo
(“pressiómetro autoperfurador”), sendo que esta versão do aparelho tem a vantagem
de diminuir a perturbação do estado de tensão no maciço. Após o aparelho estar
posicionado, insufla-se a célula de pressão registando-se a pressão e volumes á
presença de água._______________________________________________________
É o único ensaio que pode ser interpretado com base numa teoria mecânica: a da
expansão da cavidade cilíndrica.____________________________________________
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Permite avaliar características da deformabilidade através da equação:_____________
𝐸𝑚 = 2(1 + 𝜈) × 𝑉0, ×
∆𝑝
∆𝑉
𝜈 − 𝑐𝑜𝑒𝑓. 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛
𝑉0, − 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑎 𝑝 =
1
2(𝑝𝑎 + 𝑝𝑏)
Ou o modelo distorcional: 𝐺𝑚 =𝐸𝑚
2(1+𝜈)
Exame 08.07.2011
1- Descreva os passos essencias de verificação de segurança de fundações directas,
preconizado no EC7, para o estado limite de utilização.
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2- Diga qual é a influência de água na estabilidade de um muro de suporte. Desenhe os
dispositivos de drenagem que adoptaria para um solo arenoso e para um argiloso?
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3- Relativamente ao ensaio de corte rotativo ou ensaio de molinete:
a. Diga, em que tipo de solos é este ensaio particularmente recomendável?
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b. Descreva sumariamente, usando esquemas apropriados se achar
conveniente,o modo de execução do ensaio no campo.
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c. Refira os principais cuidados a ter durante essa execução?
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d. Quais são e como se registam os valores que neste ensaio se medem?
Exemplifique.
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e. Que caracteristicas geotecnicas do solo ensaiado se deduzem desses valores?
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Exame 03.09.2011
1- Em solos granulares ou argilosos, os tipos de assentamentos mais comuns em
ambos, têm tratamento teórico diferente por se basearem em formulações
físicas de fenómenos diferentes. Dê um exemplo de cada um deles, esquematize-
os graficamente, e designe os parâmetros geotécnicos que intervêm nos
mesmos.
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2- Na estrutura de suporte da figura, represente graficamente o sentido, a direcção
e os pontos de aplicação dos impulsos que actuam sobre a mesma. Descreva,
como determinaria analiticamente os mesmos impulsos.
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3- Num solo incoerente, onde se pretenda executar uma fundação directa
superficial contínua (Bx∞), a uma profundidade (D), explique como se determina
a capacidade de carga daquele solo àquela profundidade, a partir da formulação
de Rankine?
Para aplicar a teoria de Rankine, é necessário que possua as seguintes condições: o
terrapleno tem que ser horizontal, a superfície de contacto entre o solo e a
estrutura de suporte tem de ser vertical, o solo deve ser homógeneo, isotrópico,
elástico, perfeitamente plástico e seco (ter a mesma coesão e o mesmo ângulo de
atrito e por último a interface solo – estrutura de suporte não tem atrito nem
coesão. A Teoria de Rankine pode ser aplicada a um terrapleno inclinado, embora
não seja a melhor devido ao seu carácter restritivo._______________________
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4- Dos ensaios de campo que conhece, para a determinação dos parâmetros
geotécnicos que intervêm nos problemas anteriores,seleccione um que através
do qual consiga obter aqueles parâmetros e descreva-o sucintamente.
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Exame 19.01.2012
1- Considere as duas sapatas iguais contínuas e igualmente carregadas que se
acham fundadas num mesmo terreno a profundidades diferentes, tal como
representado na figura. Explique detalhadamente como estimaria para A, a
grandeza de assentamento que a sapata terá 30 anos após a sua construção.
Para qual das situações (A e B) será maior esse assentamento? Justifique.
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2- Que coeficientes de impulso conhece? Explique o significado de cada?
Impulso ativo e Impulso passivo.______________________________________
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3- Explique qual é a influência da posição do nível freático na capacidade resistente
de uma sapata colocada num solo arenoso?
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4- No ensaio SPT, explique qual o significado da grandeza N. Oque entende por
nega neste ensaio?
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Exame 17.02.2012
1- Um maciço terroso coesivo de superficie livre plana e horizontal, acha-se
lateralmente suportado por um anteparo plano, rígido, vertical eliso.
Considere um ponto P, situado, na interface maciço/anteparo, à profundidade
genérica z<z0=2Cu/ϒsat.
Supondo que o anteparo se afasta do maciço o suficiente para que neste se
estabeleça o estado de equilibrio limite inferior de Rankine.
a. Especifique e quantifique os possíveis movimentos do anteparo conducentes
ao estabelecimento do referido estado de equilibro no maciço.
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b. Desenho no plano de Mohr o círculo de tensões, correspondente ao estado
de tensão nessas circunstâncias, existentes em torno de P.
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2- Descreva todos os passos conducentes à estimativa, o mais rigorosa possível, da
grandeza do assentamento primário de uma sapata contínua fundada à
superficie de um estrato argiloso NC de espessura H.
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3- Apresente, a metodologia preconizada no EC7 para a avaliação da segurança das
fundações superficiais em condições não drenadas, sujeitas a cargas inclinadas e
excêntricas.
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4- Indique como estimaria a grandeza do assentamento diferido no tempo de uma
fundação directa quadrangular, assente num terreno arenoso totalmente
submerso, que recebe no seu topo uma carga vertical centrada.
a. A que fenomeno se deve esse tipo de assentamento.
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b. Como se designa e até que profundidade realizaria o ensaio “in situ”
necessário à obtenção do requerido?
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Exame 21.06.2012
1- O maciço estratificado, lateralmente suportado pelo anteparo plano vertical e
liso AB, encontra-se no estado de equilibrio limite inferior de Rankine.
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Defina, em função dos parâmetros ϒ1, z1, e ɸ’2, o máximo valor que, nas
condições esquematizadas, poderá ter a coesão efectiva c’2 do estrato argiloso,
para que neste possam existir fendas de tracção com uma profundidade de z0.
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2- Explique como efectuaria a verificação da segurança, segundo o EC7, ao estado
limite último de rotura ou deformação excessiva de fundação de uma estrutura
de suporte rígida.
1 – Ruptura por deslizamento ao longo da base;____________________________
2 – Ruptura por derrubamento;__________________________________________
3 – Ruptura por mobilização do terreno sob a base do muro (falta de capacidade
resistente do terreno de fundação), para sapatas;___________________________
4 – Ruptura estrutural do muro._________________________________________
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3- Explique qual é a influência da posição do nível freático na capacidade resistente
de uma sapata isolada colocada num solo argiloso.
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4- Pretende-se caracterizar mecanicamente um estrato argiloso localizado nas
imediações de um Rio, delimitado inferiormente por um substrato rochoso
(situado a cerca de 12,0m de profundidade) e superiormente pela atmosfera.
a. Diga, a que ensaio in situ recorreria para efectuar a caraterização
mecânica desse horizonte, do ponto de vista da sua resistencia.
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b. Descreva, com suficiente pormenorização, a execução desse ensaio, não
se esquecendo de referir concretamente como se obtêm e se apresentam
os resultados que ele nos fornece.
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