9 - Compressibilidade 2015-1 - Recalquesn v. 2

8/18/2019 9 - Compressibilidade 2015-1 - Recalquesn v. 2

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P r o f a. M . S c . M a r i a V a l é r i a M e l l o V i e i r a T o n i a z z o

9 - COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO DOS SOLOS -Recalques


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COMPRESSIBILIDADE

Compressibilidade é uma característica detodos os materiais de se deformarem quando

submetidos a forças externas (carregamentos). Define-se compressibilidade dos solos como

sendo a diminuição do seu volume sob a ação

de cargas aplicadas.


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COMPRESSIBILIDADE

O que difere o solo dos outros materiais é queele é um material natural, com uma estruturainterna que pode ser alterada pelocarregamento, com deslocamento e/ouruptura de partículas.

Portanto, a estrutura do solo confere-lhe umcomportamento próprio tensão-deformação, oqual depende do tempo.


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DEFORMAÇÃO

Quando o solo é comprimido pela aplicação de uma cargavertical ele se deforma sobre a ação desta carga.

A deformação do solo implica na redução de seus espaçosvazios e consequente aproximação das partículas sólidas.


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RECALQUE

A determinação dasdeformações ocorridasno solo (“recalque”) éfundamental para quese avaliem asconsequências nasedificações.


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COMPRESSIBILIDADE

O acréscimo de carga ocasionará uma

variação de volume, a qual pode ser devido àcompressão da fase sólida, à compressão dafase fluída ou a drenagem dos fluidos dosvazios do solo.


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COMPRESSIBILIDADE

• Nas areias (solos não-coesivos), devido à sua altapermeabilidade, ocorrerá rapidamente, pois a águadrenará facilmente.

• Nas argilas (solos coesivos) a saída de água é lentadevido à baixa permeabilidade. Portanto asvariações volumétricas (deformações/recalques)dependem do tempo, até que se conduza o solo aum novo estado de equilíbrio, sob as cargasaplicadas. Essas variações volumétricas queocorrem em solos finos saturados, ao longo dotempo, constituem o processo de adensamento .


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COMPRESSIBILIDADE

Processo de adensamento - solos finos saturados

A compressibilidade dos solos advém da grande porcentagemde vazios (e = Vv/Vs) em seu interior, pois os níveis de

tensão atuantes na engenharia não são capazes de causarvariação de volume significativa nas partículas sólidas.

Pode-se dizer que a variação de volume do solo éinteiramente resultante da variação de volume dos vazios.

Reduções de volume ocorrem com a alteração da estrutura àmedida que esta suporta maiores cargas: quebram-seligações interpartículas e há distorções. Disto resulta ummenor índice de vazios e uma estrutura mais densa.


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RECALQUES

Recalque elástico (ou imediato): devido à deformaçãoelástica de solos saturados e não saturados semqualquer alteração do teor de umidade. Equações da

teoria da elasticidade. Recalque por adensamento primário: alteração

volumétrica em solos argilosos saturados pelaexpulsão da água que ocupa os vazios do solo.

Recalque por compressão secundária: observadosem solos argilosos saturados como resultado doajuste de deformações plásticas ou residuais do solo.É uma forma adicional de compressão que ocorre sobtensão efetiva constante.


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RECALQUES

O recalque total pode, então, ser dado como: ΔHT = ΔHe + ΔHa + ΔHcs

Sendo, ΔH T : recalque total.

ΔH e: recalque elástico.

ΔH a: recalque por adensamento primário.

ΔH cs: recalque por compressão secundária.Por simplificação, neste curso, chamaremos ΔH a de ΔH .


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Teoria de adensamento de Terzaghi

As hipóteses básicas de Terzaghi são:a) o solo é homogêneo e totalmente saturado;b) as partículas sólidas e a água contida nos vazios do solo

são praticamente incompressíveis perante acompressibilidade do solo;

c) a compressão (deformação) e o fluxo d’água sãounidimensionais (vertical);

d) as propriedades do solo permanecem constantes no

processo de adensamento (k, mv, cv);e) o fluxo é governado pela lei de Darcy (v = k . i);f) o solo pode ser estudado como elementos infinitesimais,

apesar de ser constituído de partículas e vazios;

g) o índice de vazios varia linearmente com o aumento datensão efetiva durante o processo de adensamento.


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COMPRESSIBILIDADERecalques por Adensamento

O recalque total ( ΔH) de uma camada de solocompressível de espessura “H” está relacionado à uma

variação do índice de vazios ( Δe)


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COMPRESSIBILIDADE

ΔH = deformação ou recalqueH = espessura da camada compressível Δe = variação do índice de vaziose0 = índice de vazios inicial


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Ensaio de adensamento

Consiste na compressão do solo contido dentro de ummolde que impede qualquer deformação lateral.

–simula o comportamento do solo quando ele écomprimido pela ação do peso de novas camadas de solo,

construção de aterros ou outras cargas externas.

No ensaio deve-se utilizar amostra indeformada oucompactada, conservando os seguintes parâmetros:

–o índice de vazios; –a umidade;

–a estrutura do solo.


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A amostra é moldada dentro de um anel metálico ( 5a 12 cm de diâmetro) e confinada no topo e na basepor pedras porosas que permitem a saída de água.

Sobre a pedra superior coloca-se uma placa rígida deaço pela qual aplica-se as cargas.

– o anel metálico impede as deformações laterais do

corpo de prova, permitindo que ocorra apenas oadensamento vertical.


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O carregamento é feito por etapas.

Para cada carga aplicada, registra-se a deformaçãoem diversos intervalos de tempo, até a suaestabilização.


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O processo de adensamento consiste em:

–aplicação da carga com consequente expulsão daágua dos poros através das pedras porosas;

–medida das deformações geradas através de umextensômetro e da variação da altura ao longo dotempo;

–aplicação de um novo acréscimo de carga

(geralmente, o dobro da carga anterior), realizaçãode novas leituras ao longo do tempo e assim pordiante.


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Em qualquer leitura tem-se:

e = índice de vaziosh = altura do corpo de prova

hs = “altura” de sólidos

ho = altura inicial do corpo de provaeo = índice de vazios inicial

Como resultado do ensaio tem-se pares de valores de cargaaplicada versus índice de vazios correspondente à deformaçãofinal de cada estágio.


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COMPRESSIBILIDADEEnsaio de adensamento

elemento de solo mantido lateralmente confinadocarregado em incrementos, com pressão mantida

constante em cada incrementoexcesso de pressão na água dos poros tenha sidodissipado.medidas de variação da altura da amostra são feitasrelação entre a pressão efetiva e o índice de vaziosevolução das deformações em função do tempo.


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- prensa de adensamento - aplicação emanutenção das cargas verticaisespecificadas, ao longo do períodonecessário de tempo- célula de adensamento - conter o

corpo de prova que deve proporcionarmeio para aplicação de cargasverticais, medida da variação da alturado corpo de prova e sua eventual

submersão.- Consiste de uma base rígida, um anelpara conter o corpo de prova (anel fixoou flutuante), pedras porosas e umcabeçote rígido de carregamento.


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EXECUÇÃO

1. Colocação da célula de adensamento no sistema de carga2. A seguir, aplica-se uma sequência de cargas ao corpo deprova, sendo cada uma o dobro da anterior

Cada carga é mantida normalmente por um período de 24horas ou até que as deformações estabilizemPara cada carga, são realizadas leituras, no extensômetro,da altura ou variação de altura do corpo de prova,imediatamente antes do carregamento (tempo zero) e, a

seguir, nos intervalos de tempo 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8, 15,30 min; 1, 2, 4, 8, e 24h.

3. Na sequência é realizado o descarregamento do corpo deprova em estágios, fazendo leituras no extensômetro.


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RESULTADOS

Os resultados são apresentados na forma de gráfico daaltura do corpo de prova ou índice de vazios em funçãoda correspondente tensão efetiva

O índice de vazios no final de cada incremento de carga(estágio de carregamento) pode ser calculado a partirdas leituras feitas no relógio comparador

Da curva e-logs’ podem ser obtidos parâmetros quedescrevem o comportamento do solo: Cc (índice decompressão) Cr (índice de recompressão) Ce (índice de

expansão) s ’ ad (tensão de pré-adensamento).


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Resultados do ensaio de adensamento

Curva índice de vazios por logaritmo da tensão efetiva


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• primeiro trecho - recompressão do solo, até um valorcaracterístico de tensão, correspondente à máxima tensão

que o solo já sofreu na natureza;• segundo trecho - compressão do corpo de prova sobtensões superiores às tensões máximas por ele jásuportadas na natureza, com deformações bempronunciadas (reta virgem de adensamento) ;

• terceiro trecho - descarregamento, com ligeiras expansões.


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Tensão de Pré-Adensamento

A curva tensão x índice devazios típica dos solosapresenta dois trechosaproximadamente retos euma curva suave que os une.

A tensão na qual se dá amudança de comportamentoé uma indicação da máxima

tensão vertical efetiva queaquela amostra já sofreu nopassado, sendo denominadade tensão de pré- adensamento do solo ( σ’

vm

= σ’ ad ).


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-Defina o ponto a de maiorcurvatura ou menor raio (inflexãoda curva).

-Traçar por a uma linha

horizontal ab .-Traçar em a uma linha tangenteac .

-Traçar a bissetriz ad do ângulobâc .

-Projete a reta virgem gh parainterceptar a linha ad em f .-A abscissa do ponto f é atensão de pré-adensamento.

Processo de Casagrande


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COMPRESSIBILIDADE

Índ ice de pré-adensamen to ou “over consolidation ratio”

(OCR)

onde σ’vo é a tensão efetiva que age na atualidade sobre oponto do qual foi retirada a amostra


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COMPRESSIBILIDADE

Solos Normalmente Adensados (NA)σ’v0 = σ’vm OCR = 1,0

So los Pré-Adensados (PA ou SA)σ’v0 < σ’vm OCR > 1,0recalques insignificantes trecho quase horizontal da curvaíndice de vazios x logaritmo da tensão efetiva

Solos em Adensamento

σ’v0 > σ’vm a argila ainda não terminou de adensar sob efeito de seu

próprio peso


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Condições de adensamento das argilas


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Solos Normalmente Adensados (NA): σ’vm = σ’v 0

ΔH = recalque por adensamentoσ’vm = tensão de pré-adensamento

Δσ’v = acréscimo de tensão efetiva

no centro da camadaCc = índice de compressãoCr = índice de recompressãoeo = índice de vazios inicial


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ΔH = recalque por adensamentoσ’vm = tensão de pré-adensamento

Δσ’v = acréscimo de tensão efetivano centro da camadaCc = índice de compressãoCr = índice de recompressãoeo = índice de vazios inicial

So los Pré-Adensados (PA) com : σ’ vo + Δσ’ v > σ’ vm e

σ’ vo < σ’ vm


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Resultados do ensaio de adensamento

Curva índice de vazios por logaritmo da tensão efetiva


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Parâmetros de adensamento

av = coeficiente de compressibilidademv = coeficiente de variação volumétricaD = módulo de compressão edométricaDev = deformação volumétrica

'

ea

v

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v

v

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