Aula 21 mec solos I

Aula 21: Compressibilidade nos solos

Docente: Mariana Ramos Chrusciak, M.Sc.

Universidade Federal de Roraima

Departamento de Engenharia Civil

CIV-10 Mecnica dos Solos I

[email protected]@gmail.com

1. IntroduoCompressibilidade uma caracterstica de todos os materiaisde, quando submetidos a foras externas (carregamentos), sedeformarem.

O que difere o solo dos outros materiais que ele um materialnatural, com uma estrutura interna o qual pode ser alterada,pelo carregamento, com deslocamento e/ou ruptura departculas.

Devido estrutura prpria do solo (multifsica), possuindo umafase slida (gros), uma fase fluda (gua) e uma fase gasosa(ar), conferem-lhe um comportamento prprio, tenso-deformao, o qual pode depender do tempo.



CIV-10 Mecnica dos Solos IAula 21

1. IntroduoCompressibilidade




1. IntroduoUm elemento de solo saturado submetido a um acrscimo detenso, provocado por uma carga que ocasionar uma variaode volume, o qual pode ser devido:

i. compresso da fase slida,

ii. compresso da fase fluda ou

iii. a uma drenagem dos fludos dos vazios do solo.

A grandeza dos esforos aplicados na prtica, e admitindo-se osolo saturado tem-se que, tanto a compressibilidade da faseslida como a da fase fluida ser quase desprezvel. Portanto, anica razo, para que ocorra uma variao de volume, ser umareduo dos vazios do solo com a consequente expulso dagua intersticial.




1. IntroduoA sada dessa gua depender da permeabilidade do solo:

Para as areias, em que a permeabilidade alta, a gua poderdrenar com bastante facilidade e rapidamente;

Para as argilas, a expulso de gua dos vazios necessitar demuito mais tempo, at que o solo atinja um novo estado deequilbrio, sob as tenses aplicadas. Essas variaesvolumtricas que se processam nos solos finos, ao longo dotempo, constituem o fenmeno de adensamento, e so asresponsveis pelos recalques a que esto sujeitas estruturasapoiadas sobre esses solos.




2. DefiniesCOMPRESSIBILIDADE DOS SOLOS a diminuio do volume soba ao de cargas aplicadas.

COMPACTAO o processo manual ou mecnico de reduodo ndice de vazios, por expulso do ar, logo, no se deveconfundir compressibilidade dos solos com compactao desolo.

ADENSAMENTO o processo lento e gradual de reduo dondice de vazios de um solo por expulso do fluido intersticial etransferncia da presso do fludo para a estrutura slida,devido a cargas aplicadas ou ao peso prprio das camadassobrejacentes.




2. DefiniesRECALQUE ou ASSENTAMENTO o termo utilizado emEngenharia Civil para designar o fenmeno que ocorre quandouma obra sofre um rebaixamento devido ao adensamento dosolo sob sua fundao.

O recalque a principal causa de trincas e rachaduras emedificaes, principalmente quando ocorre o recalquediferencial, ou seja, uma parte da obra rebaixa mais que outragerando esforos estruturais no previstos e podendo at levara obra runa.




2. DefiniesCausas de deformao de uma estrutura (Simons e Menzies,1977).

1. Aplicao de cargas estruturais;

2. Rebaixamento do nvel dgua;

3. Colapso da estrutura do solo devido ao encharcamento;

4. Inchamento de solos expansivos;

5. rvores de crescimento rpido em solos argilosos;




2. DefiniesCausas de deformao de uma estrutura (Simons e Menzies,1977).

6. Deteriorao da fundao (desagregao do concreto porataque de sulfatos, corroso de estacas metlicas,envelhecimento de estacas de madeira);

7. Subsidncia devido explorao de minas;

8. Buracos de escoamento;

9. Vibraes em solos arenosos;

10. Inchamento de solos argilosos aps desmatamento;

11. Variaes sazonais de umidade;

12. Efeitos de congelamento.




3. Casos de recalque diferencialA Torre de Pisa um exemplo tpico de recalque diferencial, aqual permanece de p devido s constantes intervenes deespecialistas em Geotecnia, visando o reforo do solo em suabase.




3. Casos de recalque diferencial




3. Casos de recalque diferencialApesar do trabalho de engenheiros e arquitetos, com o objetivode estacionar ou pelo menos reduzir o problema, a inclinaoprosseguiu com uma mdia de 1,2 milmetros por ano.

A situao ficou mais delicada em meados do sculo XIX,quando foram feitas escavaes ao redor da torre em busca dabase da coluna. Em poucos dias o ngulo aumentou quase umgrau.

No incio dos anos 30, o ditador fascista Benito Mussoliniprometeu que a torre voltaria a ser reta, fazendo de suarecuperao um de seus trunfos nacionalistas.

Foram injetadas quase cem toneladas de argamassa no solo e oque se viu foi uma inclinao ainda maior.




3. Casos de recalque diferencialEm 1989 foi feito um estudo e verificado que emaproximadamente 20 anos a torre tombaria, com isso o governoitaliano contratou uma equipe internacional de especialistas edecidiu, em carter de emergncia, interditar a torre e instalarcontrapesos de concreto amarrados a cabos de ao na facenorte uma vez que ela pendia para o sudoeste.

Em 1990 os especialistas descobriram que poderiam corrigir oproblema escavando a terra das fundaes instveis ecolocando pesos (peas de chumbo) na face oposta da torrepara evitar desabamentos.

Depois veio a fase de extrao de solo: 41 brocas perfuraram ocho e retiraram 60 toneladas de terra. A remoo de terracriou um espao vazio no solo, no lado oposto ao inclinado.




3. Casos de recalque diferencialCom isso, o prprio peso da torre fez com que ela sereacomodasse no buraco e retornasse em meio grau. Antes dotrabalho de restaurao, realizado entre 1990 e 2001 a torreestava inclinada com um ngulo de 5,5 graus, estando agora atorre inclinada em cerca de 3,99 graus.

Isto significa que o topo da torre est a uma distncia de 3,9 mde onde ele estaria se a torre estivesse perfeitamente navertical.




3. Casos de recalque diferencialOutro exemplo bastante citado no Brasil so os prdios na orlada cidade de Santos.




3. Casos de recalque diferencial1. etapa: execuo de oito estacas de cada lado do edifcio,com dimetro variando de 1,0 a 1,4 m, e profundidade mdiade 57 m, atingindo um solo residual resistente e seguro situadoabaixo da camada de argila mole.

2. etapa: foram executadas 8 vigas de transio com cerca de4,5 m de altura para receber os esforos dos pilares e transmiti-los s novas fundaes.

3. etapa: 14 macacos hidrulicos acionados por seis bombas,instalados entre as vigas de transio e os novos blocos defundao, foram utilizados para reaprumar o edifcio. Os vosem que estavam os macacos foram preenchidos com calosmetlicos e, aps, concretados.




3. Casos de recalque diferencialConstruda em diversas etapas entre 1573 e 1813, a CatedralMetropolitana da Cidade do Mxico e o Sagrrio, igreja anexa,sofriam com recalques diferenciados, chegando a 2,42m entre atorre Oeste e a regio do altar mor.




3. Casos de recalque diferencialO motivo no era o sistema de fundao em si, mas ascondies do solo, composto por camadas espessas de argilamole que se acomodam de forma desuniforme.

Essa diferena de comportamento foi acentuada pelo fato deuma parte da catedral ter sido erguida sobre uma antigapirmide asteca que comprimiu o terreno em mais de 10m.

Aps a anlise do solo, os tcnicos concluram que serianecessrio afundar a regio do altar mor de 80 a 95 cm em ummovimento que no comprometesse a integridade daedificao, alm de induzir uma rotao complementar nasparedes laterais e afundar o lado norte do Sagrrio em 30cmcom extrao de solo.




3. Casos de recalque diferencialMinimizado o problema de irregularidade, foi feito injeo dejet grouting para reduzir a compressibilidade do solo. Aporcentagem varia de acordo com a condio em cada trechodo terreno. No total, foram injetados 5,2 mil m de cimento nacamada superior de argila.

A soluo diminuiu os recalques da edificao, apesar de noeliminar os efeitos de recalques regionais, comuns na capitalmexicana.




3. Casos de recalque diferencialO Palcio de Belas Artes, naCidade do Mxico (foto aolado), tambm, um casoclssico de recalque defundao. Aps suaconstruo, ocorreu umrecalque diferencial de 2 m,entre a rua e a reaconstruda; o recalque geraldesta regio da cidade foi de7 m. Um visitante, ao invsde subir alguns degraus paraentrar no prdio, comoestabelecido no projetooriginal, hoje tem de descer.




3. Casos de recalque diferencial




3. Casos de recalque diferencialGrande parte das obras de engenharia civil (prdio, pontes,viadutos, barragens, estradas, etc.) assentada diretamentesobre o solo. A transferncia dos esforos da estrutura para osolo feita atravs de fundaes rasas (sapatas, radiers) ouprofundas (estacas, tubules).

No projeto geotcnico de fundaes faz-se necessrio avaliar sea resistncia do solo suficiente para suportar os esforosinduzidos pela estrutura e, principalmente, se as deformaes(recalques) estaro dentro dos limites admissveis.

Recalques diferenciais ou de magnitude elevada podem causartrincas na estrutura ou inviabilizar sua utilizao.

Da a necessidade do engenheiro conhecer os temasCOMPRESSIBILIDADE e ADENSAMENTO DE SOLOS.




3. Casos de recalque diferencialPor vezes, normal que o solo de um determinado local nocumpra, total ou parcialmente, os requisitos necessrios. Terento de ser tomada uma deciso relativa soluo maisindicada para cada caso:

1. Aceitar o material original e ajustar o projeto s restriespor ele impostas;

2. Remover o material do seu local original e substitu-lo pormaterial de qualidade superior;

3. Alterar as propriedades do solo existente de forma a criar ummaterial capaz de responder s necessidades da tarefa prevista(ESTABILIZAO DE SOLOS). As alteraes s propriedades deum solo podem ser de ordem qumica, fsica e biolgica.




4. RecalqueUm aumento na tenso causada pela construo de fundaesou outras cargas comprime as camadas do solo. A compresso causada por (a) deformao das partculas do solo; (b)deslocamento de partculas do solo; e (c) expulso da gua oudo ar dos espaos vazios. Em geral, o recalque do solo causadopor cargas pode ser dividido em trs categorias amplas:

1. Recalque elstico (ou recalque imediato) causado peladeformao elstica do solo seco e dos solos midos esaturados sem qualquer alterao no teor de umidade. Osclculos do recalque elstico geralmente tm base nasequaes derivadas da teoria da elasticidade.




4. RecalqueUm aumento na tenso causada pela construo de fundaesou outras cargas comprime as camadas do solo. A compresso causada por (a) deformao das partculas do solo; (b)deslocamento de partculas do solo; e (c) expulso da gua oudo ar dos espaos vazios. Em geral, o recalque do solo causadopor cargas pode ser dividido em trs categorias amplas:

2. Recalque por adensamento primrio, resultado de umaalterao de volume em solos coesivos saturados devido expulso da gua que ocupa os vazios do solo.

3. Recalque por compresso secundria, presente em soloscoesivos saturados, resultado do ajuste plstico daestrutura do solo. Esta outra forma de compresso queocorre sob tenso efetiva constante.




4. RecalqueO recalque total de uma fundao pode, ento, serdeterminado por

ST = Sc + Ss + Se

ST: recalque total

Sc: consolidao do recalque primrio

Ss: consolidao do recalque secundrio

Se: recalque elstico




4. RecalqueTipos de deformaes

Deformaes rpidas observadas em solos arenosos esolos argilosos no saturados

Deformaes lentas observadas em solos argilosossaturados aplicao da Teoria do Adensamento

Formas de anlise

Clculo de recalques pela Teoria da Elasticidade

Clculo de recalques pela compressibilidade oedomtrica




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