PROF: Luciana Barbosa

UFPI/DRHGA

Captulo 10 ADENSAMENTO E COMPRESSIBILIDADE

10.1 Introduo

10.2 Compressibilidade dos Solos

10.3 Ensaio de Adensamento

10.4 - Adensamento

As cargas de uma determinada estrutura ou, por exemplo, da construo de um aterro, so transmitidas ao solo gerando uma redistribuio dos estados de tenso em cada ponto do macio (acrscimos de tenso);

Isso provocar deformaes em maior ou menor intensidade, em toda rea nas proximidades do carregamento, que por sua vez, resultaro em recalques superficiais;

Alguns conceitos importantes:

Compresso (ou expanso): o processo pelo qual uma massa de solo, sob a ao de cargas, varia de volume (deforma) mantendo sua forma.

Os processos de compresso podem ocorrer por compactao (reduo de volume devido ao ar contido nos vazios do solo) e pelo adensamento (reduo do volume de gua contido nos vazios do solo).

Alguns conceitos importantes:

Compresso (ou expanso): o processo pelo qual uma massa de solo, sob a ao de cargas, varia de volume (deforma) mantendo sua forma.

Os processos de compresso podem ocorrer por compactao (reduo de volume devido ao ar contido nos vazios do solo) e pelo adensamento (reduo do volume de gua contido nos vazios do solo).

Compressibilidade: relao independente do tempo entre variao de volume (deformao) e tenso efetiva. a propriedade que os solos tm de serem suscetveis compresso;

Adensamento: processo dependente do tempo de variao de volume (deformao) do solo devido drenagem da gua dos poros.

As deformaes dos solos podem ser atribudas a trs causas principais:

- Compresso das partculas slidas;

- Compresso dos espaos vazios do solo, com a consequente expulso da gua (no caso de solo saturado);

- Compresso da gua (ou do fluido) existente nos vazios do solo.

Para os nveis de tenses usuais aplicados na engenharia de solos, as deformaes que ocorrem na gua e gros slidos so desprezadas (pois, so incompressveis);

Calculam-se, portanto, as deformaes volumtricas do solo a partir da variao do ndice de vazios (funo da variao das tenses efetivas);

Em solos saturados (finos elevado ndice de vazios), a variao de volume devida drenagem da gua;

Esta situao verificada para o caso de ocorrncia de argilas sedimentares em que se tem S 100%;

Estes solos se formam pelo transporte da gua se formam em regies baixas topografia plana, em que o NA elevado.

No caso de solos de formao no sedimentar (formados no local da rocha de origem), situaes de cotas mais elevadas, no se tem o NA elevado, consequentemente se encontram no saturados;

No se espera o adensamento destes solos, assim como em solos granulares, que apresentam permeabilidade elevada, no sendo submetidos ao processo de drenagem lenta como no caso dos solos argilosos sujeitos ao efeito do adensamento.

A compressibilidade de um solo ir depender do arranjo estrutural das partculas que o compe e do grau em que estas so mantidas uma em contato com a outra;

V Variao das tenses efetivas

No caso do carregamento confinado

Dentre os parmetros de compressibilidade que o engenheiro geotcnico necessita para a execuo de projetos e o estudo do comportamento dos solos, destacam-se:

- Tenso de pr-adensamento, vm

- ndice de compresso, Cc

- Coeficiente de adensamento, Cv

A obteno desses parmetros se d a partir de resultados de ensaios de compressibilidade do solo.

O estudo de compressibilidade dos solos efetuado utilizando-se o oedmetro, que foi desenvolvido por Terzaghi;

O ensaio de compresso oedomtrica (tambm referido como ensaio de compresso confinada ou ensaio de adensamento) o mais antigo e mais conhecido para a determinao de parmetros de compressibilidade do solo;

O ensaio consiste na compresso de uma amostra de solo, compactada ou indeformada, pela aplicao valores crescentes de tenso vertical, sob a condio de deformao radial nula;

O ensaio realizado mantendo a amostra saturada e utilizando duas pedras porosas (uma no topo e uma na base) de modo a acelerar a velocidade dos recalques na amostra e, consequentemente, diminuir o tempo de ensaio;

Durante cada carregamento, so efetuadas leituras dos deslocamentos verticais do topo da amostra e do tempo decorrido;

Procedimentos:

- Saturao da amostra;

- Aplicao do carregamento

- Leituras (15s, 30s, 1min, 2min, 4min, 8min, ... 24hs), dos deslocamentos verticais do topo da amostra atravs de um extensmetro;

- Plotar grficos com as leituras efetuadas da variao da altura ou recalque versus tenses aplicadas;

- A partir da interpretao dos grficos, decidir se um novo carregamento deve ser aplicado;

- Repetem-se os processos anteriores;

- ltima fase: descarregamento da amostra.

Depois de transcorrido o tempo necessrio para que as leituras se tornem constantes, os resultados de cada estgio so colocados em um grfico em funo do logaritmo do tempo;

A curva de compresso do solo normalmente representada em funo do ndice de vazios versus o logaritmo da tenso vertical;

ndice de vazios inicial:

Grau de saturao:

carregamento virgem A amostra nunca

experimentou valores de tenso vertical daquela magnitude (Condio

de normalmente adensada)

Recarregamento/descarga A tenso a qual lhe imposta inferior

tenso mxima por ela experimentada (solo pr-

adensado)

apresenta um estado de tenso superior ao maior

estado de tenso j experimentado

(normalmente adensado)

Tenso de pr-adensamento:

O valor da tenso a qual separa os trechos de recompresso e compresso virgem do solo na curva de compresso do solo;

A determinao da tenso de pr-adensamento feita por processos grficos: mtodo de Casagrande e mtodo de Pacheco e Silva.

Mtodo de Casagrande

1) Determina-se o ponto de maior curvatura da curva de compresso confinada do solo;

2) Por este ponto, traa-se uma tangente curva (reta virgem)

3) Traar uma reta horizontal passando pelo ponto mdio entre o ndice de vazios inicial e o ponto de separao da reta virgem e a curva;

Mtodo de Casagrande

4) Traar a bissetriz do ngulo formado entre essas retas;

A tenso de pr-adensamento do solo ser determinada pela interseo do prolongamento da bissetriz ao ngulo formado por estas duas retas com o prolongamento da reta de compresso virgem do solo.

Mtodo de Casagrande

Mtodo de Pacheco e Silva

1) Traar uma reta horizontal passando pelo ponto correspondente ao ndice de vazios inicial;

2) Prolonga-se o trecho da inclinao da reta virgem at que este toque uma reta horizontal;

3) Por este ponto de interseo, passa-se uma reta vertical at se atingir a curva de compresso do solo;

Mtodo de Pacheco e Silva

4) Por este ponto, traa-se novamente uma horizontal at atingir o prolongamento do trecho de compresso virgem, realizado anteriormente, sendo este o ponto cujo valor a tenso de pr-adensamento do solo.

Efeito de Amolgamento

O amolgamento (perturbao) durante a coleta da amostra, transporte ao laboratrio ou ainda na sua preparao antes de ser submetida prensa do oedmetro, influencia diretamente na qualidade dos resultados a serem obtidos;

Determinao da condio de adensamento

Em algumas situaes de anlise do comportamento dos solos em Engenharia Geotcnica faz-se necessrio conhecer a histria de tenses do solo;

A razo de pr-adensamento de um solo a relao entre a mxima tenso vertical j experimentada pelo solo e a tenso vertical efetiva atual de campo (OCR - overconsolidation ratio);

Determinao da condio de adensamento

- Se OCR > 1: solo pr-adensado; - Se OCR = 1: solo normalmente adensado; - Se OCR < 1: solo sub-adensado (solo em processo de adensamento).

Determinao da condio de adensamento

O valor da razo de pr-adensamento pode influenciar na determinao no clculo do coeficiente de empuxo no repouso K0

OCR = 1,0 OCR >1

Parmetros (compresso primria)

A partir da curva e versus tenso vertical obtm-se:

- Coeficiente de compressibilidade (av)

(escala normal)

- Coeficiente de Compressibilidade Volumtrica mv

(escala logartmica)

- ndice de Compresso (Cc) e ndice de Expanso ou Recompresso (Cr)

Cs

- Recalque total por compresso primria:

- Solo Normalmente Adensado (NA):

- Solo pr-adensado (PA):

Processo gradual dependente do tempo de variao de volume do solo devido drenagem da gua dos poros, compresso e aumento de tenses efetivas com a conseqente diminuio de presso neutra;

Quando u = 0: o adensamento primrio cessa e toda a tenso suportada pelo esqueleto slido;

Onde: u = excesso de presso neutra.

Analogia de Terzaghi

Considera as seguintes hipteses:

- O solo totalmente saturado (Sr = 100%);

- A compresso unidimensional;

- O fluxo de gua unidimensional e governado pela Lei de Darcy;

- O solo homogneo;

- As partculas slidas e a gua so praticamente incompressveis perante a incompressibilidade do solo;

- O solo pode ser estudado como elementos infinitesimais;

- As propriedades do solo no variam no processo de adensamento e no h diferena de comportamento entre massas de solos de pequenas e grandes dimenses;

- O ndice de vazios varia linearmente com o aumento da tenso efetiva durante o processo de adensamento.

Para que o solo se deforme necessrio que haja um processo de fluxo de gua em seu interior;

Assumindo-se que a relao entre e e v linear;

Objetivo: determinar para qualquer instante (tempo t) e em qualquer posio (profundidade - z) o grau de adensamento de uma camada, ou seja, as deformaes, os ndices de vazios, as tenses efetivas e as presses neutras correspondentes;

Equao de adensamento 1-D

O coeficiente do primeiro membro da equao de adensamento reflete as caractersticas do solo (permeabilidade, porosidade e compressibilidade) e denominado Coeficiente de Adensamento Cv

Na integrao da equao de adensamento, a varivel tempo T aparece sempre associada ao coeficiente de adensamento e maior distncia de percolao, e dada pela expresso:

Define-se como grau ou porcentagem de adensamento a relao entre a deformao ocorrida num elemento numa certa posio, caracterizada pela sua profundidade z, num determinado tempo e a deformao deste elemento quando todo o processo de adensamento tiver ocorrido

Os valores da porcentagem de adensamento (de presso neutra dissipada) Uz podem ser obtidos atribuindo-se valores a z/H e T.

Observando-se que o adensamento ocorre mais rapidamente nas proximidades das faces drenantes (Uz maior) e mais lentamente (Uz menor) no centro da camada ou na extremidade no drenante, para um tempo t, a percentagem mdia U (sem ndice) de adensamento ao longo de toda a camada de espessura z ser a mdia dos valores de Uz.

O recalque em qualquer ponto t poder ser calculado multiplicando o grau de adensamento mdio (o quanto j adensou toda a camada) pelo recalque total previsto.

Uma sequncia prtica para o clculo do recalque por adensamento:

- Calcular hp;

- Com o tempo t, calcular o fator tempo;

- Com o valor de T, calcula-se U;

- Calcular

- Repetir para vrios tempos t e traar a curva recalque versus tempo.

Duas torres, iguais e distantes 80 metros, foram construdas. Os recalques de cada torre foram registrados e constam da tabela abaixo, em cm;

A disparidade dos recalques observados levou os engenheiros a uma anlise mais detalhada das condies do subsolo nas regies das torres A e B. Constatou-se que:

1. O ndice de vazios mdio da camada de argila na regio da torre B era 1,90 e na regio da torre A era 2,03;

1. A camada de argila nas duas regies a mesma formao e tem os mesmos ndices de compresso e coeficiente de adensamento;

2. Foram encontrados na regio da torre B antigos blocos de pedra que teriam sido as fundaes de um antigo monumento indgena.

Pede-se:

a) Explicar as diferenas dos recalques entre A e B;

b) Calcular o recalque total provvel da torre A;

c) Estimar a altura provvel do monumento indgena, supondo que o acrscimo de presso no centro da camada argilosa igual a 0,4p (sendo p a presso aplicada ao solo pelo monumento) e que o monumento foi construdo com a mesma pedra da fundao cuja densidade natural era 16,2 kN/m;

d) Calcular o recalque total provvel da torre B.