Aula 09 - Compressibilidade e Adensamento

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Aula de mecânica dos solos sobre os temas: compressibilidade e adensamento dos solos, abordando tópicos como recalque imediato, recalque primário e recalque tardio

Text of Aula 09 - Compressibilidade e Adensamento

  • Prof. : Marcel sena Campos

    Universidade de

    Vrzea Grande

    1

    Compressibilidade &

    Adensamento dos Solos

    Disciplina: Mecnica dos Solos

  • Adensamento & Compressibilidade dos Solos

    1) Introduo:

    De um modo geral, todos os materiais sofrem uma

    variao de volume quando submetidos a um estado de

    tenso. No caso dos solos no existe diferena. Quando um

    solo submetido a um estado de tenso ou a um

    carregamento, o mesmo sofre uma reduo de volume devida

    compressibilidade dos gros, compresso da gua e ar contidos

    nos seus vazios ou devido expulso da gua e do ar existente

    nos vazios (CARVALHO, 2004).

    Como a compressibilidade dos gros, da gua e do ar

    so desprezveis, a reduo de volume que ocorre no mesmo

    pode ser atribuda quase que totalmente sada/expulso da

    gua e do ar dos vazios (CARVALHO, 2004).

    2

  • Os principais conceitos relacionados com a reduo de volume

    que ocorre em um solo, considerando que exista deformao somente

    na vertical e no em outra direo, so:

    a) Adensamento: a reduo de volume no solo ao longo do tempo;

    b) Compressibilidade : a reduo de volume no solo sem levar em

    considerao o tempo;

    c) Recalque: a deformao vertical devida ao de uma tenso.

    OBS-1: O recalque total (rTotal) definido como sendo o somatrio do

    recalque imediato (rImediato), do recalque primrio (rPrimrio) e do recalque

    secundrio (rSecundrio).

    (rTotal) = (rImediato) + (rPrimrio) + (rSecundrio)

    3

  • O recalque uma medida de deformao do solo enquanto que

    o adensamento um fenmeno em funo do tempo. Os termos

    compressibilidade e adensamento so sinnimos, embora a diferena

    fundamental seja feita pela considerao da varivel tempo.

    4

  • 2) Fundamentao Bsica da Teoria do Adensamento:

    Para um entendimento do processo de adensamento,

    considere uma camada de solo compressvel, totalmente

    saturada e limitada por duas camadas de solo de maior

    permeabilidade (Figura 1).

    5

    Camada de Areia

    Camada de Argila

    Camada de Areia

    Nvel de guaN.A

    Figura 1 Processo de adensamento em uma camada de argila

  • Aplicando um carregamento () na superfcie haver um aumento

    na poro-presso () na camada de argila. Portanto, o aumento da presso

    neutra ser igual ao aumento ocorrido na tenso total.

    Logo aps a aplicao do carregamento (tenso), ou seja, no

    tempo T = 0, Total = () e, portanto, a tenso efetiva nula (Efetiva = 0).

    Isto significa dizer que para um tempo T = 0, toda a tenso aplicada

    absorvida pela presso neutra sem a participao da parte slida (gros) do

    solo.

    6

    Figura 2 Processo de adensamento em uma camada de argila

    Camada de Areia

    Camada de Argila

    Camada de Areia

    Nvel de guaN.A

    T = 0 Total = ()T = 0 Efetiva = 0

  • Aps um tempo T > 0, a gua da camada de argila comea a escoar

    nas direes das duas camadas drenantes de areia reduzindo assim o valor

    da poro-presso e comeando a surgir uma tenso efetiva, de tal modo que:

    T > 0 Total = Efetiva + (), com Efetiva > 0 e Total > ()

    Continuando o processo de drenagem at um tempo T = , tem-se:

    T = Total = Efetiva, e, = 0

    7

    Figura 3 Processo de adensamento em uma camada de argila

    T = Total = EfetivaT = = 0

    Camada de Areia

    Camada de Argila

    Camada de Areia

    Nvel de guaN.A

  • A reduo da presso neutra () at o valor zero, devida a sada de

    gua, resultar em uma reduo de volume da camada de argila sendo que

    esta reduo de volume dependente do tempo e denominada de

    Adensamento ou processo de adensamento.

    8

    Figura 4 Processo de adensamento em uma camada de argila

    T = Total = EfetivaT = = 0

    Camada de Areia

    Camada de Argila

    Camada de Areia

    Nvel de guaN.A

    Recalque

  • 3) Ensaio de Adensamento:

    3.1 Objetivo: o objetivo do ensaio de adensamento

    determinar as propriedades de compresso de uma camada de

    argila, para serem utilizadas nas avaliao do recalque.

    3.2 Detalhes do Ensaio: Em sntese, um ensaio de

    compresso confinada no destrutiva, onde se utiliza uma

    amostra saturada indeformada ou deformada, retirada de uma

    camada de argila.

    Figura 5 Procedimentos para coleta de amostra do tipo indeformada

  • 10

    Figura 6 Procedimentos para coleta de amostras do tipo indeformada

  • 11

    Figura 7 Procedimentos para coleta de amostras do tipo deformada

  • 3) Ensaio de Adensamento:

    A metodologia utilizada para realizao do ensaio de

    adensamento dos solos seque a seguinte seqncia

    detalhada de forma resumida:

    1 - Coloca-se a amostra de solo no anel rgido;

    12

    Figura 8 Processo de Moldagem das amostras indeformadas nos anis

  • 3) Ensaio de Adensamento:

    2 - Determina-se os ndices fsicos necessrio a

    determinao dos ndices de adensamento, ou seja:

    - peso especfico aparente do solo ();

    - densidade real dos gros do solo (D);

    - umidade do solo (h);

    - ndice de vazios inicial (e0).

    13

  • 3) Ensaio de Adensamento:

    3 Em seguida inicia-se o processo de montagem da clula

    oedomtrica (papis filtro, pedras porosas, anel

    centralizador da amostra e anel centralizador da carga)

    14

    Figura 9 Processos de montagem do corpo-de-prova para ensaio de adensamento

  • 3) Ensaio de Adensamento:

    15

    Figura 10 Detalhes do Processos de montagem do corpo-de-prova para ensaio de

    adensamento

  • 3 - Coloca-se o anel com amostra, na maquina de adensamento;

    4 - Aplica-se o primeiro estgio de carga, medindo-se as deformaes

    verticais durante o perodo de execuo do ensaio at a sua

    estabilizao.

    Os intervalos de tempo para a leitura das deformaes devem

    ser os mesmos para todos o estgios de carga. Normalmente, procura-

    se adotar intervalos de tempo, sucessivamente o dobro do anterior,

    com ajustes no caso de arredondamentos.

    Assim, uma seqncia que atende esse esquema seria: 5 seg,

    15 seg, 30 seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 16 min, 30 min, 1 hora, 2

    horas, 4 horas, 8 horas e assim por diante, se necessrio;

    16

  • a) b)

    17

    c) d)Figura 11 a) Prensa Oedomtrica; b) Pesos; c) Detalhes da colocao dos

    pesos e d) extensmetro para medida da deformao vertical.

  • 5 - Aps a estabilizao do primeiro estgio, aplica-se o segundo

    estgio de carga, o dobro do primeiro, repetindo-se as leituras de

    deformao nos mesmos intervalos de tempo.

    Aps a estabilizao da deformao nos mesmos intervalos de

    tempo e a estabilizao da deformao no segundo estgio de carga,

    passa-se ao terceiro estgio, com carga dobrada, em relao ao

    segundo, e assim por diante.

    As presses correspondentes s cargas recentes em cada

    estgio, medidas em kgf/cm2, devem ser: 0,125; 0,250; 0,500; 1,000;

    2,000; 4,000; 8,000 e de 16,000 kgf/cm2. Geralmente, fixa-se o limite

    mximo de 16,0 kgf/cm2 para os estgios de carga.

    A cada estgio de carga, deve-se aguardar a estabilizao das

    deformaes;

    18

  • 6 - Aps a estabilizao das deformaes do ltimo estgio de carga,

    faz-se o descarregamento do corpo-de-prova, em quatro estgio de

    carga, com cargas decrescentes.

    A descarga, ento, feita nos estgios: 16,000; 4,000; 1,000 e

    0,125 kgf/cm2, sempre aguardando a estabilizao das deformaes, no

    fim de cada estgio. Assim, o corpo-de-prova descarregado at alvio

    total de presses.

    Dos dados obtidos com a realizao do ensaio de

    adensamento, podem-se traar trs grficos, que permitem obter todos

    os resultados relativos ao comportamento do solo.

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  • 4) Parmetros Obtidos Aps a Realizao do Ensaio de

    Adensamento:

    Aps a realizao do ensaio de adensamento obtemos

    os seguintes resultados do comportamento do solo estudado

    (Figura 12).

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    Figura 12 Grfico obtido aps a realizao do ensaio de adensamento

  • a) Determinao do ndice de Compresso (Cc):

    Com base no grfico obtido (Figura 10) podemos encontrar o

    ndice de compresso (Cc) do solo analisado, que segundo Terzaghi

    um ndice que serve para indicar a inclinao da reta virgem, calculado

    pela seguinte equao:

    Portanto, pegando dois (02) pontos consecutivos do trecho

    retilneo do grfico, ou seja da reta virgem, e colocando os respectivos

    valores encontrados na equao para clculo do ndice de compresso,

    obtemos o seguinte valor para Cc.

    OBS: Quanto maior for CC, mais compressvel o solo.

    21

    )log(log

    )(C

    12

    21c

    ee

    541,0301,0

    163,0

    )8000,0log6000,1(log

    )244,0407,0(

    )log(log

    )(C

    12

    21c

    ee

  • b) Determinao do Coeficiente de Compressibilidade (m):

    Com os mesmos dados utilizados para encontrar o Cc, tambm

    podemos obter o coeficiente de compressibilidade (m), que consiste e

    um coeficiente obtido pela relao entre a reduo de ndice de vazios e

    o acrscimo de presses;

    22

    204,08000,06000,1

    )244,0407,0(

    )(

    )(m

    12

    21

    ee

    Figura 13 Grfico obtido aps a realizao do ensaio de adensamento

  • c) Determinao do ndice de Recompresso (Cr):

    Com base no mesmo grfico tambm podemos obter o ndice

    de recompresso do