Compressibilidade Do Solo

Discentes: Aline Alvarenga de Souza

Eloisa Angélica Silva Garcia

Juliano Martins Machado

Ludmilla Lima Fernandes

Luiza Alves da Silva

Compressibilidade do Solo

Universidade Federal de Goiás – Campus Catalão

Departamento de Engenharia de Minas

Disciplina: Fundamentos de Mecânica dos Solos

Docente: Renato de Paula Araújo

Introdução

As cargas de uma determinada estrutura , são

transmitidas ao solo gerando uma redistribuição dos

estados de tensão em cada ponto do maciço

(acréscimos de tensão), a qual irá provocar

deformações em maior ou menor intensidade, em toda

área nas proximidades do carregamento, que por sua

vez, resultarão em recalques superficiais.

Figura 1: Área de influência do carregamento aplicado pelo elemento

de fundação na camada de solo (Gusmão, 2006).

Definem-se então alguns conceitos importantes:

COMPRESSÃO OU EXPANSÃO: é o processo pelo

qual uma massa de solo, sob a ação de cargas, varia de

volume (“deforma”) mantendo sua forma.

Os processos de compressão podem ocorrer por

compactação (redução de volume devido ao ar contido

nos vazios do solo) e pelo adensamento (redução do

volume de água contido nos vazios do solo).

Conceitos

COMPRESSIBILIDADE: propriedade de um solo relativo à suasusceptibilidade de diminuir de volume sob o efeito da aplicaçãode uma carga, que pode ser externa ou interna.

ADENSAMENTO: é o processo lento e gradual de redução doíndice de vazios de um solo, por expulsão do fluido intersticial etransferência da pressão do fluído para a estrutura sólida, devidoa cargas aplicadas ou ao peso próprio das camadassobrejacentes.

RECALQUE: movimento vertical de uma estrutura, provocadopelo próprio peso ou devido à deformação do subsolo por outroagente, tal como remoção do confinamento lateral, efeito debombeamento de água e efeito do rebaixamento generalizado dolençol freático.

Conceitos

O solo é um sistema particulado composto de partículas

sólidas e espaços vazios, os quais podem estar parcialmente

ou totalmente preenchidos com água. Os decréscimos de

volume (as deformações) dos solos podem ser atribuídos, de

maneira genérica, à três causas principais:

Compressão das partículas sólidas;

Compressão dos espaços vazios do solo, com a

consequente expulsão da água (no caso de solo saturado);

Compressão da água (ou do fluido) existente nos vazios do

solo.

Compressibilidade dos solos


A compressibilidade de um solo irá depender do arranjo

estrutural das partículas que o compõe e do grau em

que estas são mantidas uma em contato com a outra.

O recalque que se observa na superfície do terreno é

resultante da somatória das deformações dos diversos

elementos ao longo da profundidade.

Figura 2: Torre de Pisa (Itália)


Torre de Pisa – Fases de construção

1ª Quatro andares - 1173 a 1178

2ª Três andares - 1272 e 1278

3ª A torre foi completada- 1360 e 1370

Dimensões: 60m H x 20 m de D e 145 MN.

Torre de Pisa

A inclinação prosseguiu com uma média de 1,2 mm

por ano.

Em XIX, foram feitas escavações ao redor da torre em

busca da base da coluna.

Mas em poucos dias o ângulo aumentou quase 1°.

1930- Foram injetadas 100 T de argamassa no solo , e

a inclinação aumentou.

Em 1990- Escavando a terra das fundações instáveis e

colocando pesos (peças de chumbo) na face oposta da

torre para evitar desabamentos.

A remoção de terra criou um espaço vazio no solo, no

lado oposto ao inclinado. Com isso, o próprio peso da

torre fez com que ela se reacomodasse no buraco e

retornasse em meio grau.

O topo da torre está a uma distância de 3,9 m de onde

ele estaria se a torre estivesse perfeitamente na

vertical.

Torre de Pisa

Figura 3: Esquema construtivo da Torre de Pisa

Métodos

Os métodos conhecidos de cálculo para recalque são:

Recalque por adensamento: Método Unidimensional;

Adensamento pelo Método de Skempton-Bjerrum;

O Método de Trajetória de Tensões.

Ensaio de adensamento ou

oedométrico

O ensaio tem por objetivo a determinação

experimental das características do solo que interessam

à determinação dos recalques provocados pelo

adensamento.

Princípio de Terzaghi

O ensaio oedométrico se baseia no princípio de

Terzaghi.

Nesse princípio o solo é representado por uma mola

cuja a deformação é proporcional à carga a ela

aplicada.

Figura 4: Desenho esquemático do princípio de Terzaghi

Descrição do ensaio

O ensaio é baseado no princípio de Terzaghi onde vão

ser obtidas características de adensamento de um solo

através da compressão de uma amostra, geralmente

não deformada, de altura pequena em relação ao

diâmetro, confinada lateralmente por um anel rígido e

colocada entre dois discos porosos .

Realização do ensaio

Realiza-se o ensaio aplicando cargas verticais que vão

sendo gradualmente aumentadas em intervalos de

tempo determinados.

Cada estágio de carga deverá permanecer tempo

suficiente para permitir a deformação total da amostra.

A cada intervalo, as deformações são medidas com a

utilização do micrômetro.

Figura 5: Desenho esquemático do ensaio oedométrico

Parâmetros de Compressibilidade

Nos solos, as deformações podem ser estabelecidas

através de variações volumétricas ou em termos de

variações no índice de vazios, de maneira essencial.

A compressibilidade fica definida principalmente pelos

parâmetros conhecidos como:

a) módulo oedométrico ou confinado (D);

b) coeficiente de variação volumétrica (mv);

c) coeficiente de compressibilidade (av);

d) índice de compressibilidade (cc).

Fatores que influenciam a

compressibilidade dos solos

Tipo de Solo

O contato entre as partículas de solos argilosos

(argilo-minerais) é feito através da camada de água

absorvida (camada dupla), já os solos granulares

transmitem os esforços diretamente entre as partículas.

Assim, a compressibilidade dos solos argilosos é

superior a dos solos arenosos, pois a camada dupla

lubrifica o contato e facilita o deslocamento relativo

entre partículas.



Figura 6: Camada de água absorvida numa

partícula de argilaFigura 7: Contato entre grãos em solos

arenosos



Estrutura dos Solos

Solos granulares podem ser arranjados em estruturas

fofas, densas e favo de abelha. Quanto maior o índice de

vazios, maior será a compressibilidade do solo.

Figura 8: Tipos de estrutura dos solos granulares



Já os solos argilosos se apresentam segundo estruturas

dispersas ou floculadas. Assim, o posicionamento das

partículas tende a uma orientação paralela (estrutura

dispersa).

Figura 9: Tipos de estrutura dos solos argilosos



Nível de tensões Interfere na compressibilidade quanto à movimentação

relativa entre partículas e à possibilidade de acarretarprocessos de quebra de grãos.

Quando um solo arenoso fofo é comprimido, as partículas

vão se posicionando em arranjos cada vez mais densos,

diminuindo a compressibilidade do solo. À medida que o

nível de tensões é aumentado, elevam-se as tensões

intergranulares acarretando em fraturamento e/ou

esmagamento das partículas. Com a quebra de grãos, a

compressibilidade aumenta sensivelmente.



Grau de Saturação

No caso de solos saturados, a variação de volume

ocorre por uma variação de volume de água contida nos

vazios. No caso de solos não saturados, o problema é

mais complexo uma vez que, ao contrário da água, a

compressibilidade do ar é grande e pode interferir na

magnitude total das deformações.

Tensão de Pré-Adensamento

Gráfico 1: e versus log’ x

No gráfico da curva e x log’v, observa-se uma mudançabrusca da inclinação da tangente à curva decompressibilidade. Este fato se dá porque este tipo degráfico permite observar claramente quando o solo muda decomportamento.

No trecho inicial, de menor compressibilidade, o solo estásubmetido a um processo de recompressão.

No trecho seguinte o solo está carregado com valoresmáximos de tensão efetiva que foi submetido durante todosua história. Esta tensão efetiva tem o nome de tensãoefetiva de pré-adensamento.



Na prática, a relação entre a tensão efetiva

de pré-densamento e a tensão efetiva

vertical do campo pode ser de duas

maneiras:

Solo normalmente adensado

Neste caso, o solo nunca foi submetido a uma tensão

efetiva vertical maior a atual, por isso diz-se que o solo

é normalmente adensado e a sua razão de pré-

adensamento é um.

Durante a formação de um solo sedimentar as tensões

vão crescendo continuamente com a deposição de

novas camadas. Portanto, nenhum elemento foi

submetido a tensões maiores do que as atuais.

Solo normalmente pré-adensado

Se a tensão efetiva de pré-adensamento é maior

que a tensão efetiva vertical de campo , conclui-se

que, o depósito já foi superior ao atual. A razão de pré-

adensamento será sempre maior que um, sendo assim,

este material é chamado de solo pré-adensado.

Vários fatores podem causar pré-adensamento, sendo

alguns: variação da tensão total, poropressão e

estrutura do solo.

Compressibilidade de Solos Arenosos

Gráfico 2: e versus pressão vertical

No gráfico indica, para uma areia ensaiada,que há um patamar praticamente horizontal até o nívelde tensões de 10 Mpa. Não há variação expressiva doíndice de vazios até os valores de tensões próximos a10 Mpa.

Somente a partir deste valor, as deformaçõesvolumétricas são sensivelmente maiores. Pode-seobservar também que o comportamento é similar paraos ensaios relativos a materiais “fabricados” porquartzo e feldspatos moídos.

Compressibilidade de Solos Arenosos

Compressão Secundária

A compressão não cessa quando o excesso de pressãoneutra tiver se dissipado até zero, mas continua com umavelocidade gradualmente crescente sob uma tensão efetivaconstante.

Isso se deve ao reajuste gradual das partículas de argilaem busca de uma configuração mais estável após odistúrbio estrutural causado pela diminuição do índice devazios, especialmente se a argila estiver confinadalateralmente.

Fator adicional: deslocamentos laterais graduais queocorrem em camadas grossas de argila sujeitas a tensões decisalhamento.


A velocidade da compressão secundária é

controlada pelo filme de água adsorvida altamente

viscoso que envolve as partículas de argilominerais no

solo. A viscosidade do filme aumenta à medida que as

partículas se movem mais próximas entre si, o que

causa um decréscimo da taxa de compressão do solo.

Em aplicações práticas admite-se que a compressão

secundária manifesta-se apenas após a dissipação total

de poropressões (t100).


A compressão secundária tem menor importância

porque a sua magnitude é inferior à dos outros tipos de

recalque, sendo por esta razão desconsiderada na

maioria das análises.

Entretanto, em argilas muito plásticas e solos

orgânicos o recalque secundário é significativo e deve

ser incorporado no projeto.

Técnicas construtivas para melhoria do

comportamento da camada de solo compressível

A construção de aterros sobre solos moles requeruma campanha de investigações geológico-geotécnicasextensas, para caracterização do depósito, além daavaliação do método construtivo mais adequado para aobra em questão e qual o tipo de utilização da área.

Alguns métodos contemplam o controle derecalques, outros o controle de estabilidade, mas amaioria dos métodos contempla as duas questões. Ageometria dos aterros e as características geotécnicassão fatores muito variáveis e a metodologia construtivaa ser adotada deve ser analisada para cada caso.



Figura 10: Métodos construtivos de aterros sobre solos moles (Almeida e Marques,

2010, adaptado de Leroueil, 1997).



Tabela 1: Resumo das metodologias executivas e suas características (Almeida, 1996; Almeida e Marques 2010).



Alguns aspectos a serem observados na escolha do melhor

método:

A substituição de solos moles só é econômica para

espessuras pequenas, em geral inferiores a 3 m;

Para espessuras de solo mole até 20 m a solução em geral

mais econômica é o emprego de geodrenos e sobrecarga;

A solução de aterro estaqueado apresenta a vantagem de

não haver tempo de espera para a adensamento, mas o

tempo de cravação das estacas pode ser grande.

Referências Bibliográficas

CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações, 5.ed

rev. e ampliada. Rio de Janeiro. Livros Tecnicos e científicos,

1977.

CRAIG, R.F. Mecânica dos solos; tradução Amir Kurban. –

[Reimpr.]. – Rio de Janeiro: LTC, 2011.

Disponível em:

<http://www.eng.uerj.br/~denise/pdf/compressibilidadea

densamento.pdf>. Acesso em: 04/09/2013.

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