Compressilidade e Adensamento

  • View
    9

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Compressilidade e Adensamento

  • Compressilidade e Adensamento

  • ADENSAMENTO DO SOLO

    Entende-se por adensamento de solo a diminuio dos seus vazios com o tempo, devido a sada da gua do seu interior.

    Este processo pode ocorrer devido a um acrscimo de solicitao sobre o solo, seja pela edificao de uma estrutura, construo de um aterro, rebaixamento do nvel de gua do lenol fretico ou drenagem do solo, entre outros.

    Devido a sua heterogeneidade, grau de saturao, umidade, frao mineral predominante, o solo apresenta vrios tipos de deformao quando solicitado e, cada tipo, exige uma metodologia prpria para a sua avaliao.

  • Relao Carga - Deformao Todos os materiais sofrem deformao quando sujeitos a uma

    mudana de esforo. A deformao dos solos, principalmente os solos finos, no instantnea, isto , no ocorre imediatamente aps a aplicao da solicitao, mas sim com o tempo. As deformaes do solo, geralmente no uniformes, podem no ser prejudiciais ao solo, mas comprometer as estruturas que assentamsobre ele.

    Recalques diferenciais provocam nas estruturas esforos adicionais que comprometem sua prpria estabilidade.

    Quando projetamos uma construo deve-se prever os recalques a que esta estar sujeita, para da decidir sobre o tipo de fundao, e at mesmo, sobre o sistema estrutural a ser adotado.

    Para estimativa da ordem de grandeza dos recalques por adensamento, alm do reconhecimento do subsolo (espessura, posio, natureza das camadas, nvel da gua), devemos conhecer ainda a distribuio das presses produzidas em cada um dos pontos do terreno, pela carga da obra, e as propriedades dos solos.

  • Recalque

    superfcie

    Aterro(1o estgio)

  • Recalque uniforme

    superfcie

    Aterro(2o estgio)

    deformao no solo de fundao

    superfcie

    Aterro(2o estgio)

    deformao no solo de fundao

  • Recalque diferencial

    superfcie

    Aterro(2o estgio)

    deformao maior em uma poro

  • Recalque diferencial exemplos

    rochaargila mole

    rochaargila mole

  • Recalque diferencial exemplos

    argila mole

    rocha

    argila mole

    rocha

  • paleo vale

    areia e cascalhorocha s

    paleo vale

    areia e cascalhorocha s

  • rocha sargila mole

    rocha sargila mole

  • rocha s

    areia compactaargila

    rocha s

    areia compactaargila

  • Torre de Pisa

    5

    9

    m

    22 m1174 - 1350 22,0m

    5

    9

    ,

    0

    m

  • Torre de Pisa

    Areia argilosa (4,3 m)Areia pura (6,3 m)

    Argila marinha

  • Torre de Pisa

    Bulbo de presses

  • Processo de adensamento

    po = p + mmmmonde:

    po = presso transmitida pela fundao ao ponto M;p = presso efetiva ou presso gro a gro, parte da

    presso aplicada nas partculas slidas,m = sobrepresso hidrosttica/acrscimo de presso neutra,

    parte da presso aplicada nas partculas de gua.

  • Com o escoamento da gua diminui at anular-se, p vai aumentando, pois po constante, portanto, no momento da aplicao da carga m = po e p = 0.

    No final, quando cessa a transferncia de presses de para p, temos:m = 0 e p = po .

    Em uma fase intermediria po = p(t)+ m (t),pois p e so funes do tempo.

    Para uma anlise das presses que se instalam nas fases slida, lquida e gasosa de um solo saturado, consideremos duas partculas slidas em contato sobre uma superfcie de rea As.

  • Recalque Final por Adensamento

    O recalque total " H " que uma camada de solo compressvel saturado de espessura " H " ir sofrer, ser funo da variao do ndice de vazios.

    Supondo os minerais e o lquido incompressveis e compresso unidirecional tem-se:

    DV = Vi - Vf DV = Vvi - Vvf DV = Vv = ei Vs - ef Vs = De Vs

    A variao de volume ocorre somente na vertical, portanto a rea da seo do solo permanece constante

  • DV = De Vs A DH = De A Hs DH = De Hs onde : H = altura da amostra Hs = altura de slidos mas, ei = Vv/Vs = (V - Vs) / Vs = (H - Hs) / Hs ei = H / Hs - 1 (ei i + 1)/H = 1/Hs Hs = H / 1 + ei sendo, H = e Hs, temos D H / D e = H / (1 + ei ) = Hs

    DDDD H = (DDDD e / 1 + ei ) . H

  • Analogia Mecnica de Terzaghi

  • Teoria do Adensamento

    O estudo terico do adensamento permite obter uma avaliao da dissipao das sobre presses hidrostticas (conseqentemente da variao de volume), ao longo do tempo, aqui um elemento de solo estar sujeito, dentro de uma camada compressvel.

    A partir dos princpios da hidrulica, Terzaghi elaborou a sua teoria, sendo necessrias algumas simplificaes.

    As hiptese bsicas, so: a) solo homogneo e completamente saturado; b) partculas slidas e gua intersticial incompressveis; c) adensamento unidirecional; d) o escoamento da gua obedece a lei de Darcy: (a velocidade de percolao diretamente proporcional ao gradiente hidrulico v = k . i, sendo : v = velocidade ; k = coeficiente de permeabilidade; i = gradiente hidrulico = h / L; com coeficiente de permeabilidade constante e se processa unicamente na direo vertical) e) uma variao na presso efetiva no solo causa uma variao correspondente no ndice de

    vazios.

  • Teoria do Adensamento

    Equao Diferencial do Adensamento

  • Relao fundamental de adensamento unidirecional com fluxo de gua vertical

    = (z,t)

  • Podemos tambm obter uma relao entre a variao do ndice de vazios e a variao de volume de um elemento de solo:

    dv = dvi - dvf = Vvi - Vvf = ei . Vs - ef .Vs = de . Vs

    dv = de . Vsporm,e = Vv / Vs = ( V - Vs ) / Vs Vs = V / ( 1 + e )logo,dv = de ( V / 1 + e)Considerando a rea da seo transversal do elemento

    dv = (de / (1+e )) dz

  • Coeficiente de Compressibilidade ( av )

    av = de / dFe

    mede a razo da variao do ndice de vazios com o acrscimo de tenses:

    av alto = solo muito compressvel av baixo = solo no susceptvel a grande

    variao de volume quando carregado

  • Soluo da Equao do Adensamento

    Para resolver a equao diferencial do adensamento unidirecional com fluxo de gua vertical necessrio determinar os limites de integrao

  • As condies limites para integrao devem ser fixadas da seguinte forma:

    a)H drenagem completa no topo da camada z = 0 Dm Dm Dm Dm = 0 b)H drenagem completa na base da camada z = 2H Dm Dm Dm Dm = 0

  • Porcentagem de Adensamento Porcentagem de adensamento do solo, numa profundidade " z " , num tempo "t" ,

    a relao entre o adensamento ocorrido nesta profundidade e o adensamento total ocorrido nesta profundidade e o adensamento total que ocorrer sob o efeito de acrscimo de solicitao.

    Distribuio de Tenses numa camada compressvel

    Uz(%) = (AC/AB).100 = (DFt-Dm/DFt).100 = (DFe/DFt).100

  • Porcentagem mdia de adensamento " " para toda a camada, num tempo " t ", a relao entre o adensamento que ocorreu neste tempo e o adensamento que ocorrer na camada.

    = H . uz dz

  • Ensaio de Adensamento Este ensaio serve para se obter diretamente os parmetros do

    solo, necessrios para os clculos de deformaes da camada no campo.

    O ensaio feito sobre uma amostra de solo, geralmente com forma circular de pequena espessura, confirmada por um anel metlico e colocada entre dois discos porosos (pedras porosas) ou um disco, dependendo das condies de campo.

  • Para a realizao do ensaio aplica-se cargas verticais gradualmente, segundo uma progresso geomtrica de razo igual a 2.

    Cada estgio de carga dever permanecer o tempo suficiente para permitir a deformao total da mostra, registrando-se nos intervalos apropriados (15, 30s, 1, 2, 4, 8, 16 min, etc) as indicaes no extensmetro.

    Os resultados das leituras aferidas no extensmetro so colocados em grficos onde, em abscissa ficaro os valores dos tempos de leitura, em escala logartmica ou em raiz quadrada dos tempos e , em ordenada as correspondentes leituras no extensmetro, em escala natural. So denominadas Curvas de Adensamento.

    Destas curvas so obtidos os coeficientes de adensamento "Cv" do solo, atravs de construes grficas. Estes coeficientes admitidos constantes para cada acrscimo de solicitao, determinam as velocidades de adensamento

  • Variao do ndice de Vazios com a Presso Efetiva

  • Processo Grfico de Casagrande

    Pelo ponto " T " (raio mnimo) traa-se a horizontal " h " , a tangente " t " e a bissetriz do ngulo formado por " t " e " h " ( b ).

    Prolonga-se a parte reta daquela linha at encontrar a bissetriz, a abscissa correspondente determina a presso de pr-adensamento.

    Pa no necessariamente igual a " pe " , determinada atravs do perfil do terreno, levando em conta o peso prprio da terra existente quando a amostra foi retirada.

  • pa = pe, a camada argilosa dita normalmente adensada

    pa > pe, pr adensamento ( o solo j esteve sujeito a cargas maiores do que a atuais), ocorre em campo

    pa < pe, parcialmente adensado ( o solo ainda no atingiu as suas condies de equilbrio e, portanto, ainda no terminou de adensar sob o prprio peso da terra).

  • Curva Tempo-Recalque

  • O ajuste da curva tempo-recalque curva terica U= (t) ,consiste na

    eliminao dos trechos superior e inferior, por CASAGRANDE

  • Determinao do Coeficiente de Adensamento

    Despreza-se os extremos ( 0% e 100% ) e adota-se o t50 correspondente a 50%.

    Para este valor de U o fator tempo 0,197, portanto:

    Cv = 0,197 H502 / t50

    onde: 2H50 a espessura da amostra para 50% de adensamento.

    DETERMINAO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE K = 0,2 . av .ga . H50

    2 / (1 +v) t50

  • Comparao entre tempos d