Mecânica dos Solos

Código:

MEMG0005

Sigla:

MS

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Tecnologias e Ciências Aplicadas

Ocorrência: 2015/2016 - 1S (de 14-09-2015 a 18-12-2015)

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Civil e Georrecursos
Curso/CE Responsável:	Mestrado em Engenharia de Minas e Geo-Ambiente

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MEMG	20	Plano de estudos oficial a partir de 2008/09	1	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

JUSTIFICAÇÃO:
Todas as obras de Engenharia Civil e de Engenharia de Minas (edifícios, pontes, estradas, vias férreas, túneis, grandes escavações, portos, barragens, etc.) têm o seu comportamento, logo, também, a conceção, o projeto, a construção e a própria exploração, dependentes do comportamento mecânico e hidráulico dos maciços geológicos em que estão implantadas. A grande maioria destas construções concentra-se nas áreas mais densamente povoadas, isto é, perto da costa, nas margens ou junto à foz de grandes rios, logo, em zonas geologicamente recentes, onde a superfície da Terra está tipicamente coberta por camadas de solos brandos, por vezes com grande espessura.

OBJETIVOS:
Ensino dos conceitos, princípios e teorias fundamentais que permitem traduzir e explicar o comportamento mecânico (resistência e rigidez) e hidráulico (permeabilidade) dos maciços terrosos.

Resultados de aprendizagem e competências

CONHECIMENTOS:
Descrever os principais arquétipos de solos (solos arenosos e solos argilosos de origem sedimentar e solos residuais) por meio das características físicas e relacionar estas com as principais tendências de comportamento mecânico e hidráulico. Dominar o conceito de tensão adaptado a um meio formado por partículas e saturado, com a água em regime estático ou em percolação. Tomar contacto com os conceitos, princípios e teorias fundamentais que explicam o comportamento mecânico e hidráulico dos solos. Relacionar este comportamento com as características físicas, com as condições geológicas de formação e a respetiva história de tensões. Conhecer os ensaios de laboratório ou de campo que permitem avaliar as características físicas, de permeabilidade, de deformabilidade e de resistência dos solos.

COMPREENSÃO:
Interpretar as características físicas para distinguir os diversos arquétipos de solos, a sua maior ou menor idade geológica e condições de formação. Identificar, com base nessas características, as tendências do comportamento mecânico para diversas condições de carregamento. Explicar o efeito tempo nos problemas de carregamento de maciços argilosos em associação com a evolução da pressão da água nos poros e da tensão efetiva. Explicar os fenómenos que controlam a resistência e a relação tensão-deformação em solos arenosos e em solos argilosos, distinguindo nestes o comportamento drenado do comportamento não drenado. Relacionar para as argilas a resistência ao corte com o fenómeno da consolidação.

APLICAÇÃO:
Calcular as características físicas a partir daquelas que são determinadas experimentalmente. Classificar os solos de acordo com a Classificação Unificada. Calcular o estado de tensão de repouso e o estado de tensão após o carregamento à superfície do terreno. Calcular as grandezas hidráulicas e o estado de tensão no solo para escoamentos 1D e 2D, estes usando as redes de escoamento. Para estratos argilosos, calcular o assentamento por consolidação, a sua evolução no tempo e dimensionar sistemas de aceleração da consolidação. Calcular os parâmetros de resistência em tensões efetivas e em tensões totais a partir de resultados de ensaios de corte em laboratório. Para maciços argilosos não confinados, traçar trajetórias de tensões totais e efetivas entre o estado de repouso, o carregamento não drenado e o fim da consolidação.

ANÁLISE:
Ordenar solos a respeito da idade geológica, da compressibilidade (a curto prazo e a longo prazo), da permeabilidade a partir das suas características físicas. Deduzir potenciais comportamentos (expansibilidade, sobreconsolidação, compressibilidade, liquefacção) a partir de características físicas e de resultados de ensaios (edométricos, triaxiais) em laboratório. Comparar para os solos arenosos soltos e compactos a relação tensão-deformação e discutir os fenómenos físicos subjacentes. Comparar para os solos argilosos normalmente consolidados e sobreconsolidados a relação tensão-deformação para carregamento drenado e não-drenado e discutir os fenómenos físicos subjacentes. Discutir o efeito da consolidação no valor da resistência ao corte.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

Grandezas básicas. Granulometria e limites de Atterberg. Maciços sedimentares de solos arenosos e de solos argilosos. Maciços de solos residuais. Classificação. Princípio da tensão efetiva. Estado de tensão de repouso. Soluções elásticas para tensões induzidas em maciços. Lei de Darcy. Coeficiente de permeabilidade. Redes de escoamento bidimensionais. Força de percolação. Instabilidade de origem hidráulica. Filtros. Capilaridade. Compressibilidade de estratos confinados de argila. Ensaio edométrico. Assentamento por consolidação. Teoria da consolidação de Terzaghi. Consolidação secundária. Aceleração da consolidação. Observação de aterros sobre maciços de solos argilosos moles. Critérios de rotura de Mohr-Coulomb e de Tresca. Ensaios de corte direto e triaxial. Resistência ao corte de areias. Liquefação. Resistência ao corte de argilas. Carregamentos drenados e não drenados. Parâmetros de resistência em tensões efetivas. Parâmetros de pressões neutras. Resistência não drenada. Anisotropia de resistência em argilas.

Conteúdo científico: 95%
Conteúdo tecnológico: 5%

DEMONSTRAÇÃO DA COERÊNCIA DOS CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS COM OS OBJETIVOS DA UNIDADE CURRICULAR:
Os estudantes são encorajados a calcular as características físicas dos solos a partir dos resultados dos ensaios. Classificar os solos de acordo com a Classificação Unificada. Calcular o estado de tensão inicial ou de repouso e o estado de tensão induzido por carregamento à superfície. Calcular as grandezas hidráulicas e as tensões no solo para escoamentos 1D e 2D usando neste caso redes de escoamento. Para estratos de argila carregados em condições de confinamento, calcular o assentamento por consolidação, a sua evolução no tempo e calcular sistemas de aceleração da consolidação. Calcular os parâmetros de resistência em tensões efetivas e em tensões totais a partir de resultados de ensaios de corte em laboratório. Para maciços argilosos carregados em condições não confinadas, esboçar as trajetórias de tensões totais e efetivas entre o estado de repouso, o carregamento não drenado e o fim da consolidação. Entender a relação entre a resistência ao corte dispnível num dado ponto do maciço e o estado de tensão efetiva controlado pela consolidação.

Bibliografia Obrigatória

Manuel de Matos Fernandes; Mecânica dos Solos, Conceitos e Princípios Fundamentais, Edições FEUP, 2006. ISBN: 972-752-086-3

Bibliografia Complementar

T. William Lambe, Robert V. Whitman ; with the assistance of H. G. Poulos; Soil mechanics, SI version. ISBN: 0-471-80792-3

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas com exposição de conceitos, princípios e teorias com referência a obras e fenómenos naturais condicionados pelo comportamento dos maciços terrosos. Aulas teórico-práticas com resolução de exercícios de aplicação que constam de fichas para o efeito. Aulas práticas com observação de ensaios no laboratório ou tratamento de resultados de ensaios

DEMONSTRAÇÃO DA COERÊNCIA DAS METODOLOGIAS DE ENSINO COM OS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM DA UNIDADE CURRICULAR:
Os estudantes são incentivados a calcular as características físicas a partir daquelas que são determinadas experimentalmente. Classificar os solos de acordo com a Classificação Unificada. Calcular o estado de tensão de repouso e o estado de tensão após o carregamento à superfície do terreno. Calcular as grandezas hidráulicas e o estado de tensão no solo para escoamentos 1D e 2D, estes usando redes de escoamento. Para estratos argilosos confinados, calcular o assentamento por consolidação, a sua evolução no tempo e dimensionar sistemas de aceleração da consolidação. Calcular os parâmetros de resistência em tensões efetivas e em tensões totais a partir de resultados de ensaios de corte em laboratório. Para maciços argilosos não confinados, traçar trajetórias de tensões totais e efetivas entre o estado de repouso, o carregamento não drenado e o fim da consolidação.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	75,00
Teste	25,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Frequência das aulas	70,00
Total:	70,00

Obtenção de frequência

A obtenção de classificação final exige o cumprimento de assiduidade à unidade curricular, conforme estabelecido nas regras de avaliação do curso de mestrado. Considera‐se que um estudante cumpre a assiduidade a uma unidade curricular se, tendo estado regularmente inscrito, não exceder o número limite de faltas correspondente a 25% de cada um dos tipos de aulas previstos.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final é definida com base numa avaliação distribuída, que consiste em duas provas e ainda em quatro trabalhos práticos a realizar durante o período de aulas práticas, e num exame final.

A avaliação distribuída tem carácter opcional.

Todas as componentes de avaliação são expressas na escala de 0 a 20 valores.

A classificação final, CF, resulta da seguinte fórmula de cálculo:
CF = max {CT ; EF}
onde:
CT = 0,10 x CAD1 + 0,10 x CAD2 + 0,02 x CAD3 + 0,01 x CAD4 + 0,02 x CAD5 + 0,75 x EF.

CAD1 – classificação da prova de avaliação 1;
CAD2 – classificação da prova de avaliação 2;
CAD3 – classificação do trabalho prático 1;
CAD4 – classificação do trabalho prático 2;
CAD5 – classificação do trabalho prático 3;
EF – classificação do exame final a realizar nas Épocas Normal e/ou de Recurso.

NOTA 1: As provas de avaliação e trabalhos práticos associadas às classificações CAD1 a CAD5 são opcionais. Caso o estudante não realize algum desses trabalhos e provas, os respetivos pesos serão adicionados ao peso do exame final.

NOTA 2: Todos os estudantes inscritos na unidade curricular são classificados de acordo com este método.

NOTA 3: Os estudantes que frequentaram a unidade curricular no ano letivo anterior poderão manter a classificação da componente distribuída de avaliação, mantendo-se, neste caso, os pesos previstos nesse ano letivo. Para os estudantes que não se submeteram à avaliação distribuída ou que nesta não obtiveram classificação positiva, a classificação final é a obtida no exame final devidamente arredondada à unidade.

NOTA 4: Os estudantes que pretendam obter classificação final superior a 17 valores devem atingir classificação no exame superior a 17,5 e realizar uma prova oral.

Observações

REGRAS ESPECIAIS PARA ESTUDANTES DA MOBILIDADE: Nos exames escritos, exercícios e trabalhos práticos os estudantes poderão usar uma das seguintes línguas: Português, Inglês, Espanhol, Francês ou Italiano.

TEMPO ESTIMADO DE TRABALHO FORA DAS AULAS: 3 horas semanais.