ADENSAMENTO - RELATORIO FINAL CERTO

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA
CENTRO DE CIÊNCIAS, TECNOLOGIA E SAÚDE – CCTS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ALEXANDRE LIBERATO
ANTONIO EWERTON
FELIPE DE AZEVEDO
LUCAS MICAEL
NATHAN SILVA
VICTOR BRITO
ANÁLISE DO ENSAIO DE ANDESAMENTO DO SOLO
ARARUNA – PB
2023
Sumário
1	INTRODUÇÃO	29
2	OBJETIVOS	30
3	REVISÃO BIBLIOGRÁFICA	31
4	METODOLOGIA	38
5	RESULTADOS E DISCUSSÕES	41
6	CONCLUSÃO	45
REFERÊNCIAS	46
ANEXOS	- CÁUCULOS 47
	
	
	
	
	
	
1. INTRODUÇÃO
O ensaio de adensamento dos solos é uma das principais ferramentas utilizadas para avaliar o comportamento das camadas de solo sob carregamentos. Ele consiste na aplicação de uma carga em uma amostra de solo, geralmente em um cilindro, e na medição da sua deformação ao longo do tempo. Esse ensaio é fundamental para a compreensão do processo de consolidação dos solos, que é a redução do volume das camadas de solo devido à expulsão da água contida entre suas partículas. A partir dos resultados do ensaio de adensamento, é possível determinar importantes parâmetros geotécnicos, como a taxa de adensamento e a compressibilidade do solo, que são utilizados no projeto de fundações e estruturas em geral. Neste ensaio, é possível avaliar a resposta dos solos a carregamentos e estimar o comportamento futuro das camadas de solo em uma determinada obra, o que é fundamental para garantir a estabilidade e a segurança das construções.
	O ensaio de adensamento dos solos é fundamental para o projeto e a construção de estruturas em geral, como edifícios, pontes, barragens, entre outros. Isso ocorre porque a capacidade de carga dessas estruturas depende, em grande medida, das características geotécnicas do solo sobre o qual estão assentadas. Ao realizar o ensaio de adensamento, é possível determinar a compressibilidade do solo, ou seja, a capacidade do solo de se deformar sob carga. Isso permite aos engenheiros e projetistas avaliar a magnitude e a duração das deformações que as estruturas podem sofrer ao longo do tempo. Além disso, o ensaio de adensamento também permite a determinação da taxa de adensamento do solo, ou seja, a velocidade com que o solo se adensa sob carga. Essa informação é importante para estimar o tempo necessário para que o solo alcance sua deformação final após a aplicação da carga. Isso é particularmente importante em obras de grande porte, onde a taxa de adensamento pode levar anos ou até décadas para se completar. Por fim, o ensaio de adensamento também é importante para avaliar a estabilidade de encostas e taludes, bem como para determinar a capacidade de suporte de solos em projetos de pavimentação. Em resumo, o ensaio de adensamento é uma ferramenta essencial para garantir a segurança e a eficiência de obras de engenharia civil e geotécnica.
1. Objetivos
O ensaio de adensamento dos solos tem como objetivo principal determinar a capacidade de um solo em se deformar sob a aplicação de cargas, bem como a taxa de adensamento do solo ao longo do tempo. Uma vez que ao realizar o ensaio de adensamento, é possível determinar a compressibilidade do solo, que é a capacidade do solo de se deformar sob carga. Isso permite aos engenheiros e projetistas avaliar a magnitude e a duração das deformações que as estruturas podem sofrer ao longo do tempo, garantindo assim a segurança e a eficiência dessas obras. Além disso, o ensaio de adensamento também permite a determinação da taxa de adensamento do solo, que é a velocidade com que o solo se adensa sob carga. Essa informação é importante para estimar o tempo necessário para que o solo alcance sua deformação final após a aplicação da carga.
1. Objetivo geral
Realizar a avaliação do solo que está cercado por limitações laterais e estabelecer as alterações verticais que ocorrem nele durante um determinado período. Essas modificações surgem em decorrência da imposição de uma carga específica, que será minuciosamente analisada.
1. ObjetivoS especÍficoS
· Realizar o ensaio de adensamento em corpo de prova indeformado de solo;
· Construir curvas que relacionam deformações com o tempo e índices de vazios com pressões;
· Encontrar o coeficiente de adensamento;
· Determinar o coeficiente de deformação volumétrica;
· Determinar o coeficiente de compressibilidade
· Determinar o coeficiente de permeabilidade;
· Encontrar a tensão de pré‐adensamento.
1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2. embasamento teórico
No Brasil, a norma que regulamenta o ensaio de adensamento dos solos é a NBR 12996:2013 - Solo - Determinação da compressibilidade e da permeabilidade - Ensaio de adensamento. A norma NBR 12996:2013 estabelece as condições e procedimentos técnicos para a determinação da compressibilidade e permeabilidade de solos através do ensaio de adensamento. Este ensaio é amplamente utilizado na área de geotecnia para avaliar a deformação que um solo sofre ao ser submetido a uma carga constante, durante um determinado tempo.
O ensaio de adensamento é de grande importância na engenharia civil, pois fornece informações valiosas para o projeto e execução de obras de infraestrutura. Por exemplo, o conhecimento da taxa de adensamento do solo é fundamental para a determinação do tempo de consolidação, que é o tempo necessário para que um solo atinja sua deformação final. Além disso, a determinação da compressibilidade do solo permite avaliar a magnitude e duração das deformações que as estruturas podem sofrer ao longo do tempo. A NBR 12996:2013 estabelece as condições de ensaio, como a umidade, a temperatura e a pressão de confinamento das amostras de solo. Além disso, a norma define as etapas do ensaio, como a preparação da amostra, a aplicação das cargas, a medição das deformações e a interpretação dos resultados. É importante ressaltar que a NBR 12996:2013 deve ser utilizada em conjunto com outras normas técnicas relacionadas à geotecnia, como a norma NBR 12007:1991 - Investigação geotécnica - Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio, que define o procedimento para realização do ensaio de SPT (Standard Penetration Test), que é amplamente utilizado para a investigação geotécnica de solos.
Quando uma carga é aplicada no solo, ele sofre deformações que seguem padrões mecânicos próprios, determinados pelas características do material. O solo é formado por partículas sólidas e vazios preenchidos por ar, líquido ou ambos. Quando submetido a pressão, o solo tende a se comprimir, o que pode ser causado por três fatores: compressão das partículas, compressão do ar e do líquido nos vazios, e saída de ar e líquido dos vazios.
Para analisar o comportamento de uma camada de solo compressível em condições de deformação unidimensional e fluxo vertical, Terzaghi (1925) e Terzaghi e Frolich (1936) apresentaram os procedimentos iniciais, entre os anos de 1925 e 1935. Esses procedimentos tornaram-se uma das teorias mais utilizadas na prática da engenharia geotécnica.
.
2. HIPÓTESES SIMPLIFICADORAS
A teoria do adensamento unidimensional descreve o processo gradual que envolve, simultaneamente, um lento processo de drenagem da água dos vazios de um solo, tendo como consequência, um aumento gradual da tensão efetiva no esqueleto sólido e a ocorrência de uma gradual compressão do solo. Terzaghi, apresentou algumas hipóteses simplificadoras a serem consideradas para a dedução da teoria, que são:
a) Solo homogêneo; 
b) Solo saturado; 
c) Compressibilidade dos grãos sólidos e da água são desprezíveis em relação à compressibilidade do solo; 
d) As deformações do solo são consideradas infinitesimais em relação a espessura da camada compressível, de forma que esta é considerada constante. 
e) A compressão é unidimensional; 
f) O fluxo de água é unidirecional;
 g) Fluxo governado pela lei de Darcy;
 h) Alguns parâmetros físicos, que na realidade variam durante o processo, são admitidos constantes, como o coeficiente de permeabilidade (kv) e o coeficiente de compressibilidade (av); 
i) Há uma única relação linear, independentemente do tempo, entre o índice de vazios e a tensãovertical efetiva, durante o processo de adensamento;
 j) Domínio dos pequenos deslocamentos e pequenas deformações.
 As hipóteses mais questionáveis dizem respeito às hipóteses (d), (h), (i) e (j). Em solos reais, à medida que o solo adensa, o coeficiente de permeabilidade e o coeficiente de compressibilidade variam. O comportamento dos solos (reais) não é elástico linear, a variação do índice de vazios com as tensões efetivas é não linear, e varia com o logaritmo das tensões efetivas, na condição normalmente adensada. Para o uso de uma correlação mais adequada, a não-linearidade da curva tensão versus deformação pode ser tratada em análises numéricas, fato que torna, a solução matemática muito mais complexa.
2. EQUAÇÕES DO ADENSAMENTO
	Para o cálculo dos coeficientes e elementos do ensaio, foram usadas as seguintes equações:
3. EQUAÇÕES BASE
Área do Corpo de Prova
Onde: 
 = Raio do corpo de prova, em cm. 
Volume do Corpo de Prova
Onde: 
A = Área do corpo de prova, em ;
= Altura do corpo de prova, em cm.
Correção de Cargas
Onde:
 = Tensão provocada pela placa superior em kgf/cm²;
 = Peso da placa superior em kgf;
 = Área da seção, em cm².
Umidade Média da Amostra
Onde:
 = Peso bruto úmido, em Kg; 
	 = Peso bruto seco, em Kg;
	 = Peso do cadinho, em Kg; 
	 = Média das umidades, em %
Índice de Vazios Inicial
0. Peso Específico Natural do Solo
Onde: 	
 = Peso Específico Natural do Solo, em g/cm³;
 = Peso total, em g;
 = Volume total, em cm³
0. Peso Específico do Solo Seco 
Onde: 
 = Peso Específico do Solo Seco, em g/cm³;
 = Peso Específico Natural do Solo, em g/cm³;
 = Umidade, em %
0. Índice de Vazios Inicial
Onde: 
 = Índice de Vazios Inicial;
 = Peso específico aparente do solo seco, em g/cm³;
 = Peso Específico do Solo Seco, em g/cm³
Altura Média
Onde: 
 = Altura Média, em cm;
 = Altura do corpo de prova, em cm;
 = Índice de Vazios Inicial.
3. EQUAÇÕES PARA TENSÃO
Correção de Tensão
Onde: 
 = Correção de Tensão, kgf/cm²;
 = Tensão para o ensaio; em kPa;
 = Gravidade, em ;
 = Tensão provocada pela placa superior; kgf/cm².
Carga Corrigida 
Onde: 
 = Carga Corrigida; 	em kg;
 = Carregamento aplicado corrigido, em Kgf/cm²; 
A = Área da seção, em ;
g = Gravidade, em .
Recalque Total
Onde: 
	 = Recalque Total, em cm; 
	 = Somatório do recalque, em cm.
Altura Final
Onde: 
 = Altura Fina, em cm;
 = Altura do corpo de prova, em cm;
= Recalque Total, em cm.
Índice de Vazios Final
Onde: 
= Índice de Vazios Final;
 = Altura do corpo de prova ao final do estágio, em cm;
 = Altura dos sólidos, em cm. 
Altura para 50% de Adensamento
Onde: 
	 = Altura para 50% de Adensamento, em cm;
	 = Altura do corpo de prova, em cm; 
	 = Altura Final, em cm.
Coeficiente de Adensamento
Onde:
= Coeficiente de Adensamento, em ;
= Altura para 50% de Adensamento, em cm;
= Tempo para 50% de Adensamento, em s.
Coeficiente de Deformação Volumétrica
Onde: 
 = Coeficiente de Deformação Volumétrica, em cm²/g;
	 = Recalque, em cm;
	 = Altura Final, em cm;
	 = Carregamento aplicado corrigido, em kgf/cm². 
Coeficiente de Compressibilidade
Onde: 
 = Coeficiente de Compressibilidade, em cm²/g;
	= Coeficiente de Deformação Volumétrica, em cm²/g;
	 = Índice de Vazios Final. 
Coeficiente de Permeabilidade 
Onde: 
	 = Coeficiente de Permeabilidade, em cm/s
	 = Coeficiente de Adensamento, em ;
	= Coeficiente de Deformação Volumétrica, em cm²/g;
	 = Peso específico da água. g/cm³.
1. METODOLOGIA
Para executar o teste, empregou-se uma amostra de solo disponível no laboratório do Campus VIII da UEPB. O procedimento foi realizado nesse local, seguindo as diretrizes da ABNT-MB-3336, que se refere ao teste de adensamento. Com base nisso, demos início ao processo de preparação do experimento.
3. Materiais Utilizados
· Paquímetro;
· Régua;
· Espátula;
· Prensa e célula de adensamento;
· Anel de adensamento de 79,4mm de diâmetro, com altura de 20mm;
· Pedra porosas;
· Balança;
· Extensômetro;
· Cronômetro;
· Relógio;
· Estufa.
 Procedimento Experimental
 Determinação das dimensões do molde
De início, foi necessário determinar as dimensões e o peso do molde de adensamento. Utilizando um paquímetro, mediu-se a altura (20 mm), o diâmetro interno (79,4mm), já para determinação do peso, utilizou uma balança de precisão (190,25 g). 
 Pedras Porosas
A norma estabelece que a amostra precisa ser posicionada entre duas pedras porosas, as quais devem ser uniformes, sem fissuras e não possuir resquícios de materiais relacionados ao solo ou à água. O tamanho das partículas das pedras deve permitir apenas a passagem de água, e não de partículas do solo. Com o objetivo de restringir ainda mais a passagem de solo e facilitar a limpeza da pedra após o teste, foi decidido incluir um papel filtro entre a pedra porosa e a amostra durante o processo de preparação.
 Confecção do corpo de prova no molde
Para realizar a confecção, utilizou-se a amostra de solo mencionada anteriormente. O processo consiste em adicionar água destilada ao solo até que ele atinja a umidade ótima. Em seguida, o interior do molde é untado com vaselina para facilitar a remoção da amostra após a compactação. O solo é então compactado e cravado no molde, e o processo de talhagem é executado com um raspador, visando minimizar quaisquer perturbações ou falhas. De acordo com a norma, é necessário cortar a amostra 2 cm acima da altura do molde para reduzir a possibilidade de erro. Após remover o molde, o excesso de solo é cortado e retirado para garantir que a amostra esteja totalmente contida dentro dos limites do molde.
 Montagem do Corpo de Prova
O primeiro passo consiste em colocar a pedra porosa e o papel filtro na base da célula de adensamento. No caso de solo saturado, a pedra porosa deve ser mergulhada em água até entrar em contato com a amostra. Em seguida, a amostra contida no anel é transferida com muito cuidado para o local desejado, evitando quaisquer rachaduras ou perda de material. Em seguida, adiciona-se outro papel filtro e, em seguida, uma segunda pedra porosa. Por fim, o cabeçote de metal é instalado e o dispositivo final é ajustado ao sistema de aplicação de carga.
 Determinação do Teor de Umidade
Inicialmente, procedeu-se à pesagem de dois cadinhos vazios, e, em seguida, colocou-se cerca de 30 gramas da amostra em cada um deles. Depois de determinar os pesos, os cadinhos foram levados à estufa, onde permaneceram por cerca de 24 horas a uma temperatura média de 105°C, o que permitiu a completa eliminação da umidade. Após esse período, realizou-se uma nova pesagem, obtendo-se o peso bruto seco (Pbs), necessário para o cálculo e determinação da umidade do solo.
 Realização do Ensaio
Após a etapa de preparação da amostra, o molde foi fixado na célula de adensamento e transportado para o sistema de aplicação de cargas. O extensômetro foi então calibrado antes de iniciar as cinco etapas de aplicação de tensão no corpo de prova, a saber: 20kPa, 40kPa, 80kPa, 160kPa. Durante cada carga, a leitura no extensômetro foi realizada em intervalos de tempo predeterminados, a saber: 0s, 15s, 30s, 1min, 2min, 4min, 8min, 15min, 30min, 1h, 2h, 4h, 8h, 16h e 24h. A duração desses intervalos se estendeu até a deformação do corpo de prova estabilizar, isto é, a deformação final foi registrada no extensômetro após o término de cada intervalo de tempo.
1. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Abaixo serão expostos os resultados obtidos e posteriormente serão discutidos os principais aspectos relacionados ao ensaio de adensamento endométrico, seguindo a metodologia descrita anteriormente. Utilizando as seis cargas crescentes mencionadas na metodologia, foram obtidos os seguintes dados referentes aos pesos aplicados em cada estágio do ensaio.
Tabela 1 – Cargas corrigidas usadas no ensaio
	Estágio
	Peso da Carga (Kg)
	Primeiro
	1,02
	Segundo
	2,05
	Terceiro
	4,10
	Quarto
	8,22
Após a execução de análises laboratoriais na amostra de solo utilizada, foi possível obter parâmetros iniciais que servirão como referência paraas próximas fases do ensaio, a saber:
Tabela 2 – Parâmetros iniciais da amostra
	Parâmetros
	Amostra 01
	Área do corpo de prova (cm²)
	49,489
	Volume do corpo de prova (cm³)
	98,978
	Fator de Correção (kgf/cm²)
	5,66 10-3
	Umidade Média (%)
	21,20
	Peso específico natural do solo (g/cm³)
	1,995
	Peso específico do solo seco (g/cm³)
	1,990
	Índice de vazios inicial
	0,306
	Altura média (cm)
	1,531
Com base nos parâmetros iniciais definidos na etapa anterior, a realização do ensaio de adensamento permitiu relacionar, de forma gráfica, a altura do corpo de prova em relação ao tempo de aplicação da carga nos diferentes estágios estabelecidos.
Para 20kPa:
Gráfico 1 – Perfil de adensamento para 20kPa
Para 40 kPa:
Gráfico 2 – Perfil de adensamento para 40kPa
Para 80 kPa:
Gráfico 3 – Perfil de adensamento para 80kPa
Para 160kPa:
Gráfico 4 – Perfil de adensamento para 160kPa
Observando os gráficos, é perceptível que a altura do corpo de prova diminui com o tempo e o aumento da carga aplicada, seguindo a teoria do adensamento. Essa redução ocorre principalmente nos primeiros 10 minutos de cada estágio, correspondendo ao adensamento primário do solo. No entanto, os resultados não são confiáveis devido à falta de compactação adequada da amostra, excesso de umidade durante a preparação e interrupção do ensaio por dois dias. Apesar disso, é possível obter informações relevantes a partir dos dados, como o tempo de 50% do adensamento, que permite estabelecer coeficientes para avaliar o comportamento do solo sob diferentes carregamentos.
Tabela 2 – Parâmetros finais de cada estágio
	Parâmetros
	1º Estágio (20kPa)
	2º Estágio (40kPa)
	3º Estágio 80kPa)
	4º Estágio (160kPa)
	Recalque Total (cm)
	
	
	
	
	Altura Final (cm)
	
	
	
	
	Índice de Vazios Final
	
	
	
	
	Coeficiente de adensamento (cm²/min) 
	
	
	
	
	Coeficiente de deformação volumétrica (cm²/g)
	
	
	
	
	Coeficiente de compressibilidade (cm²/g)
	
	
	
	
	Coeficiente de permeabilidade (cm/s)
	
	
	
	
Como pode ser visto na tabela, conforme a carga aumenta, o recalque aumenta, enquanto a altura final do corpo de prova diminui, e ao mesmo tempo o índice de vazio diminui, pois durante o ensaio, a água é drenada do vazio. Observe que o coeficiente não há variação não linear, o que pode ser causado por erros na implementação, conforme mencionado anteriormente.
Continuando com a análise dos dados obtidos, pode-se determinar as tensões de pré-adensamoento suportadas pelo solo pelo método de Pacheco silva, onde:
Gráfico 5 – Tensão de pré-adensamento
Com base na tensão de pré-adensamento, é possível verificar que o adensamento da amostra ocorreu de maneira mais lenta quando a carga aplicada foi inferior a essa tensão. Já para cargas superiores à tensão de pré-adensamento, o adensamento ocorreu de forma mais rápida. Essa relação é explicada pelo fato de que a amostra já sofreu uma certa deformação durante o processo de pré-adensamento, o que influencia na sua resposta ao carregamento.
1. CONCLUSÃO
Como já discutido anteriormente, o ensaio de adensamento é fundamental para identificar características importantes do solo que influenciam na sua estabilidade sob a aplicação de cargas. Esse ensaio permite determinar a magnitude do recalque ao longo do tempo para uma carga aplicada em um determinado tipo de solo.
Por essa razão, é de extrema importância que o ensaio de adensamento seja executado corretamente e de forma contínua, de modo a fornecer dados precisos e confiáveis sobre as características de adensamento do solo.
Embora os resultados do experimento realizado possam parecer convincentes, é importante destacar que o ensaio apresentou erros significativos. Como se tratava apenas de uma demonstração educacional, a metodologia utilizada não seguiu rigorosamente os procedimentos recomendados pela literatura. Além disso, ocorreram falhas durante a preparação da amostra e interrupções durante a execução do ensaio, o que compromete a validade dos resultados obtidos.
REFERÊNCIAS
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. 6. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 1988.
PINTO, Carlos Souza. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006. p. 13-355
ANEXOS
Memorial de Cálculo
1. Parâmetros Iniciais do Experimento
a. Área do Corpo de Prova
b. Volume do Corpo de Prova
c. Correção de Cargas
d. Umidade Média da Amostra
e. Índice de Vazios Inicial
i. Peso Específico Natural do Solo
ii. Peso Específico do Solo Seco 
iii. Índice de Vazios Inicial
f. Altura Média
2. 1º Tensão – 20kPa
a. Correção de Tensão
b. Carga Corrigida 
c. Recalque Total
d. Altura Final
e. Índice de Vazios Final
f. Altura para 50% de Adensamento
g. Tempo para 50% de Adensamento 
h. Coeficiente de Adensamento
i. Coeficiente de Deformação Volumétrica
j. Coeficiente de Compressibilidade
k. Coeficiente de Permeabilidade 
3. 2º Tensão – 40kPa
a. Correção de Tensão
b. Carga Corrigida 
c. Recalque Total
d. Altura Final
e. Índice de Vazios Final
f. Altura para 50% de Adensamento
g. Tempo para 50% de Adensamento 
h. Coeficiente de Adensamento
i. Coeficiente de Deformação Volumétrica
j. Coeficiente de Compressibilidade
k. Coeficiente de Permeabilidade 
4. 3º Tensão – 80kPa
a. Correção de Tensão
b. Carga Corrigida 
c. Recalque Total
d. Altura Final
e. Índice de Vazios Final
f. Altura para 50% de Adensamento
g. Tempo para 50% de Adensamento 
h. Coeficiente de Adensamento
i. Coeficiente de Deformação Volumétrica
j. Coeficiente de Compressibilidade
k. Coeficiente de Permeabilidade 
5. 4º Tensão – 160kPa
a. Correção de Tensão
b. Carga Corrigida 
c. Recalque Total
d. Altura Final
e. Índice de Vazios Final
f. Altura para 50% de Adensamento
g. Tempo para 50% de Adensamento 
h. Coeficiente de Adensamento
i. Coeficiente de Deformação Volumétrica
j. Coeficiente de Compressibilidade
k. Coeficiente de Permeabilidade