01/09/2015

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Prof: FÁBIO JOSÉ M.Sc: Geotecnia/Fundações-UFV

Introdução

� As cargas de uma determinada estrutura sãotransmitidas ao solo gerando umaredistribuição dos estados de tensão em cadaponto do maciço (acréscimos de tensão), a qualirá provocar deformações em maior ou menorintensidade, em toda área nas proximidades docarregamento, que por sua vez, resultarão emrecalques superficiais.

� Compressibilidade: Relação independentedo tempo entre variação de volume e tensãoefetiva. É a propriedade que os solos têm deserem suscetíveis à compressão.

� Adensamento: Processo dependente dotempo de variação de volume do solo devido àdrenagem da água dos poros.

Compressibilidade dos solos

O solo é um sistema composto de partículas sólidas e espaços vazios,os quais podem estar parcialmente ou totalmente preenchidos comágua. Os decréscimos de volume (as deformações) dos solos podemser atribuídos, de maneira genérica, a três causas principais:

• Compressão das partículas sólidas;

• Compressão dos espaços vazios do solo, com a consequenteexpulsão da água (no caso de solo saturado);

• Compressão da água (ou do fluido) existente nos vazios do solo.

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Para os níveis de tensões usuais aplicados naengenharia de solos, as deformações que ocorremna água e grãos sólidos são desprezadas (pois, sãoincompressíveis). Calculam-se, portanto, asdeformações volumétricas do solo a partir davariação do índice de vazios (função da variaçãodas tensões efetivas).

� Variação de volume → devido à variação das tensões efetivas .

(princípio das tensões efetivas)

� No caso do carregamento confinado a deformação volumétrica corresponde a deformação específica vertical .

Dentre os parâmetros de compressibilidade que oengenheiro geotécnico necessita para a execuçãode projetos e o estudo do comportamento dossolos, destacam-se a pressão de pré-adensamento,σ’vm, o índice de compressão, Cc, e o coeficientede adensamento, cv. A obtenção dessesparâmetros se dá a partir de resultados de ensaiosde compressibilidade do solo.

O estudo de compressibilidade dos solos énormalmente efetuado utilizando-se o oedômetro,que foi desenvolvido por Terzaghi para o estudodas características de compressibilidade e da taxade compressão do solo com o tempo.

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As fotos mostram a imagem de 5 tubos de shelby(com amostra de argila mole) na câmara úmida edo equipamento de adensamento.

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O ensaio de compressão oedométrica (tambémconhecido como ensaio de compressão confinada ouensaio de adensamento) é o mais antigo e maisconhecido para a determinação de parâmetros decompressibilidade do solo. O ensaio consiste nacompressão de uma amostra de solo, compactada ouindeformada, pela aplicação valores crescentes detensão vertical, sob a condição de deformação radialnula.

Sequências usuais de cargas

(em kPa) : 3, 6, 12, 25, 50, 100, 200, 400, 800, 1600

Em geral são aplicados de 8 a 10 carregamentos → podendo chegar a 2 semanas de ensaio

Existem diversos modos de se representar os resultadosdo ensaio de adensamento. A taxa de deformação dosolo no início do ensaio é bem veloz, mas, como odecorrer do ensaio ela decresce. Depois de transcorridoo tempo necessário para que as leituras se tornemconstantes, os resultados de cada estágio são colocadosem um gráfico em função do logaritmo do tempo.

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A curva de compressão do solo é normalmenterepresentada em função do índice de vazios versus ologaritmo da tensão vertical. O valor do índice de vaziosao final de cada estágio de carregamento pode serobtido considerando-se a hipótese de carregamentoconfinado, a partir da relação da deformaçãovolumétrica com o índice de vazios:

Onde: ef – índice de vazios ao final do estágio de carregamento atual ∆h – variação da altura do corpo de prova (acumulada) ao final do estágio h0 – altura inicial do corpo de prova (antes do início do ensaio) e0 – índice de vazios inicial do corpo de prova (antes do início do ensaio)

O valor da tensão a qual separa os trechos derecompressão e compressão virgem do solo na curva decompressão do é normalmente denominado de tensãode pré-adensamento, e representa, conceitualmente, omaior valor de tensão já sofrido pelo solo em campo(no resultado mostrado na curva anterior, se aproximade 100 kPa). Corresponde ao início do trecho virgem decompressão (em que se tem o comportamento linear doíndice de vazios com o log da tensão vertical aplicada).

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*Se a Tensão de pré-adensamento for igual que a tensãoefetiva do local, então dizemos que é um solo“Normalmente adensado”.

*Se a Tensão de pré-adensamento for maior que atensão efetiva do local, então dizemos que é um solo“Sobre adensado”.

* Raro, mas ainda que possível, se esta for maior, entãoo solo está em processo de adensamento ainda.

A determinação da tensão de pré-adensamento é feitapor processos gráficos, dentro os quais podemos citar,Método de Casagrande e o Método de Pacheco e Silva.

Primeiramente, determina-se o ponto de maior curvaturada curva de compressão confinada do solo. Por esteponto, traça-se uma tangente à curva e uma retahorizontal. A tensão de pré-adensamento do solo serádeterminada pela interseção do prolongamento dabissetriz ao ângulo formado por estas duas retas com oprolongamento da reta de compressão virgem do solo,como mostra a figura seguinte.

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0,6

0,62

0,64

0,66

0,68

0,7

0,72

0,74

0,76

0,78

0,8

1 10 100 1000 10000

índi

ces

de v

azio

s

Tensão

Pré- adensamento Casagrande

Prolonga-se o trecho da inclinação da reta virgem atéque este toque uma reta horizontal, fixada em umvalor correspondente ao índice de vazios inicial dosolo, ou seja, antes do ensaio de adensamento. Por esteponto de interseção, passa-se uma reta vertical até seatingir a curva de compressão do solo. Por este ponto,traça-se novamente uma horizontal até atingir oprolongamento do trecho de compressão virgem,realizado anteriormente; sendo este o ponto cujo valoré a tensão de pré-adensamento do solo, como mostra afigura seguinte.

0,6

0,62

0,64

0,66

0,68

0,7

0,72

0,74

0,76

0,78

0,8

1 10 100 1000 10000

Indi

ce d

e va

zios

Tensão

Tensão de pre-adensamento Pacheco Silva

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Em Engenharia Geotécnica faz-se necessáriodeterminar as condições de adensamento em que seencontra o solo, ou seja a história de tensões do solo.A razão de pré-adensamento é a relação entre amáxima tensão vertical já experimentada pelo solo e atensão vertical efetiva atual de campo, ou seja, é arazão entre a tensão de pré-adensamento do solo(obtida em laboratório) e a sua tensão vertical queatua hoje no solo.

O valor da razão de pré-adensamento podeinfluenciar na determinação de diversos parâmetrosque expressam o comportamento dos solos, como,por exemplo (entre tantos outros), no cálculo docoeficiente de empuxo no repouso K0 (relação entre astensões horizontal e vertical), representado pelaequação:

A expressão é função do parâmetro φ’ - ângulo de atritodo solo – parâmetro relacionado à resistência aocisalhamento do solo.

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O cálculo dos recalques total no solo pode ser expressa emfunção da variação do índice de vazios, como pode-sedemonstrar, e considera as características iniciais do solo.

ρ – valor do recalque do solo em superfície∆e – variação do índice de vazios correspondente à nova tensão aplicadaH0– altura inicial da camada de solo compressível (ou da camada de solopara a qual se quer calcular o recalque)

σσσσ

σσσσ∆∆∆∆++++σσσσ++++

σσσσσσσσ

++++====∆∆∆∆ ,

vm

,v

c,v

,vm

r logclogce

HH 0

00

01

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� � �.��.�

�.(1-�

� é������ã����������������������í����������í ��

E e v são parametros dos solo, módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson.

B é a largura ou o diametro da área carregada.

I é um coeficiente de forma dado pela tabela seguinte.

v varia normalmente de 0,3 a 0,5; adota-se na prática 0,5

Tipo de Placa Rígida Flexível

Centro Borda ou Canto

Circular 0,79 1,00 0,64

Quadrada 0,86 1,11 0,56

Retangular L/B = 2 1,17 1,52 0,75

L/B = 5 1,66 2,10 1,05

L/B = 10 2,00 2,54 1,27

COEFICIENTE DE FORMA

MÓDULO DE ELASTICIDADE DA ARGILA

CONSISTENCIA E (MPa)

MUITO MOLE < 2,5

MOLE 2,5 a 5

MÉDIA 5 a 10

RIJA 10 a 20

MUITO RIJA 20 a 40

DURA >40

MÓDULO DE ELASTICIDADE DA AREIA

COMPACIDADE E (MPa)

FOFA COMPACTA

Areia de grãos frágeis

15 35

Areia de grãos duros,

arredondados55 100

Areia bem graduada, pouca

argila10 27

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� Existem solos que experimentam repentina redução de volume quando têm seu grau de saturação elevado ( infiltração de águas de chuva, rompimentos de condutos de água ou esgoto, etc.)

� São os chamados de "Solos colapsíveis" � manifestada por uma redução do índice de vazios.

Exemplo de recalque de adensamento!� Um caso extremo de recalque de adensamento na cidade do México

� A estaca de aço mostrada foi originalmente cravada no solo e estava toda no subsolo

� o solo ao redor da estaca recalcou cerca de 6 m

Palacio De Bellas Artes (Cidade do México) Experimentou afundamento de mais de 4,60 m desde sua construção no início dos anos 20 do século xx.

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Condição inicial:

Válvula fechada

Sem carga no

pistão

Pressão "zero"

Tempo t=0:

Válvula fechada

Carga no pistão

Pressão máxima

Tempo t=t1:

Válvula aberta

Carga no pistão

Fluxo de água

Pressão decresce

Mola absorve parte da carga

Tempo t=tfinal:

Válvula aberta

Carga no pistão

Sem fluxo de água

Pressão "zero"

Mola absorve toda a carga

• A mola é análoga ao esqueleto do solo. Quanto mais rígida menor será acompressão.

• Portanto, um solo rígido experimentará menor compressão que um solomole.

• A rigidez de um solo influencia a magnitude do seu recalque deadensamento.

• A abertura da válvula é análoga à permeabilidade do solo. Quantomenor a abertura da válvula maior será o tempo para que a água flua parafora do pistão e dissipar a pressão.

• Assim, o adensamento de um solo fino demora mais tempo paracompletar do que um solo granular.

• A permeabilidade do solo influencia a razão de adensamento.

Durante o adensamento, a água que é forçada a drenar para fora da camada de solo para a superfície ou para uma outra camada drenante localizada acima ou abaixo (em que u=0) .A velocidade do adensamento depende da maior distância que as partículas de água devem percorrer até a camada drenanteO comprimento do caminho a ser percorrido é chamado altura de drenagem Hd���� Casos típicos:a) 1 face drenante, camada drenante no topo ou base (Hd = H)b) 2 faces drenantes, camada drenante no topo e base (Hd = H/2)c) drenos verticais de areia, drenagem horizontal (Hd = L/2)

(a) (b) (a) e (b)

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