MECÂNICA DOS SOLOS TEORIA DE RECALQUES POR ADENSAMENTO(2)

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ENGENHARIA CIVIL
MECÂNICA DOS SOLOS
Prof. Esp. Giovanni Maciel
30/05/2016
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“Aula 08 – Compressibilidade, Adensamento e Recalques no solo”
30/05/2016
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Compressibilidade é uma característica de todos os materiais de quando submetidos a forças externas (carregamentos) se deformarem. O que difere o solo dos outros materiais é que ele é um material natural, com uma estrutura interna o qual pode ser alterada, pelo carregamento, com deslocamento e/ou ruptura de partículas. Portanto, devido a estrutura própria do solo (multi-fásica), possuindo uma fase sólida (grãos), uma fase fluída (água) e uma fase gasosa (ar) confere-lhe um comportamento próprio, tensão-deformação, o qual pode depender do tempo.
As cargas de uma determinada estrutura ou, por exemplo, da construção de um aterro, 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.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Define-se compressibilidade dos solos como sendo a diminuição do seu volume sob a ação de cargas aplicadas.
A compressibilidade depende do tipo de solo, por exemplo: a compressibilidade em areias (solos não-coesivos) devido a sua alta permeabilidade ocorrerá rapidamente, pois a água poderá drenar facilmente. Em contrapartida, nas argilas (solos coesivos) a saída de água é lenta devido à baixa permeabilidade, portanto, as variações volumétricas (deformações/recalques) dependem do tempo, até que se conduza o solo a um novo estado de equilíbrio, sob as cargas aplicadas. Essas variações volumétricas que ocorrem em solos finos saturados, ao longo do tempo, constituem o processo de adensamento.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
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).
Compressibilidade: Relação independente do tempo entre variação de volume (deformação) e tensão efetiva. É a propriedade que os solos têm de serem suscetíveis à compressão.
Adensamento: Processo dependente do tempo de variação de volume (deformação) do solo devido à drenagem da água dos poros.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
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, a 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.
Define-se compressibilidade dos solos como sendo a diminuição do seu volume sob a ação de cargas aplicadas.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
A compressibilidade depende do tipo de solo, por exemplo: 
A compressibilidade em areias(solos não-coesivos) devido a sua alta permeabilidade ocorrerá rapidamente, pois a água poderá drenar facilmente. 
Em contrapartida, nas argilas (solos coesivos) a saída de água é lenta devido à baixa permeabilidade, portanto, as variações volumétricas (deformações/recalques) dependem do tempo, até que se conduza o solo a um novo estado de equilíbrio, sob as cargas aplicadas. 
Essas variações volumétricas que ocorrem em solos finos saturados, ao longo do tempo, constituem o processo de adensamento.
Admite-se que os esforços aplicados na prática da engenharia (solo saturado) são insuficientes para comprimir a fase sólida (grãos) e a fase fluída (compressibilidade desprezível).
Portanto, o único motivo para que ocorra variação de volume, será devido à redução dos vazios coma consequente expulsão da água dos poros.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
A figura anterior apresenta um perfil geotécnico constituído de um solo argiloso saturado, homogêneo e com uma superfície do terreno horizontal, portanto não há tensões tangenciais nas faces do prisma. 
Existindo três planos ortogonais onde as tensões que atuam são as tensões principais (σ1, σ2 e σ3). Em (b), o elemento de solo saturado está inicialmente sob as tensões (σ1, σ2 e σ3 (com uma pressão neutra - u0) sem variação de volume (V = V0). 
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Em (c) o elemento sofre um acréscimo triaxial de tensões (Δσ1, Δσ2 e Δσ3) ocorrendo simultaneamente um aumento da poro-pressão (u0) devido a baixa permeabilidade do solo. 
Em (d) a medida que a pressão neutra (excesso - Δu) se dissipa, pela saída de água, as deformações vão aparecendo (recalques), portanto o volume do elemento será menor que o volume inicial (V < V0).
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Processo de Adensamento
Teoria de adensamento de Terzaghi
O estudo teórico do adensamento permite obter uma avaliação da dissipação das sobre pressões hidrostáticas (excesso de pressão neutra gerada pelo carregamento) e, consequentemente, da variação de volume ao longo do tempo, a que um elemento, de solo estará sujeito, dentro de uma camada compressível. Tal estudo foi inicialmente realizado por Terzaghi, para o caso de compressão unidirecional, e constitui a base pioneira, para afirmação da Mecânica dos Solos como ciência.
A partir dos princípios da Hidráulica, Terzaghi elaborou a sua teoria, tendo, entretanto, que fazer algumas simplificações, para o modelo de solo utilizado. As hipóteses básicas de Terzaghi são:
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Processo de Adensamento
Teoria de adensamento de Terzaghi
Ao admitir escoamento unidirecional de água, algumas imprecisões aparecem, quando se tem o caso real de compressão tridimensional, entretanto, a hipótese condicionante de toda a teoria é a que prescreve a relação linear entre o índice de vazios e a variação de pressões. Admitir tal hipótese significa admitir que toda variação volumétrica se deva, à expulsão de água dos vazios, e que se afasta em muitos casos da realidade, pois ocorrem juntamente com o adensamento, deformações elásticas e outras, sob tensões constantes, porém crescentes com o tempo (Creep). As demais hipóteses podem facilmente ser reproduzidas em laboratório ou se aproximam da realidade.
A Figura 8.4 a seguir mostra um perfil de solo muito comum: uma camada de solo saturado
compressível intercalada entre outras camadas pouco compressíveis. O carregamento que foi
imposto é do tipo unidimensional, isto é, não há distorção lateral do solo. Esta forma de solicitação ocorre quando a largura do carregamento é muito maior do que a espessura da camada, por exemplo, em aterros de aeroportos, alguns aterros rodoviários, tanques de combustível, aterros industriais, etc. Na mesma figura (item b) mostra um elemento de solo da camada na qual o incremento de carga aplicada foi ΔP.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Processo de Adensamento
Teoria de adensamento de Terzaghi
Analisando a pressão neutra (u) dentro da camada, observa-se que ela será zero (ou igual a um valor hidrostático inicial constante, dependente do lençol freático na areia) no contato superior. A areia possui uma permeabilidade muito alta em relação à argila
e fornece uma condição de drenagem livre, portanto.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Processo de Adensamento
Teoria de adensamento de Terzaghi
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Lei de Darcy Permeabilidade: 
É a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento da água através dele, sendo o grau de permeabilidade expresso numericamente pelo “coeficiente de permeabilidade”. 
Importância: O estudo da percolação de água no solo, ou seja, a permeabilidade, é importante porque intervêm num grande número de problemas práticos, tais como drenagem, rebaixamento do nível d’água, cálculo de vazões, análise de recalques, estudo de estabilidade, etc. 
Chama-se de velocidade de percolação (vp), a velocidade com que a água escoa nos vazios do solo. Considera-se a área efetiva de escoamento ou área de vazios (Av). 
VP = k . i 
Onde:
V = Velocidade de descarga em cm/s ou m/s
K = Constante de permeabilidade cm/s ou m/s
i = Gradiente Hidráulico. (i = h/l Onde: l = Altura da amostra h = Carga Hidráulica)
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Lei de Darcy Permeabilidade: 
Coeficiente de permeabilidade
É um índice empregado para estabelecer parâmetros de permeabilidade dos solos (K). Resumidamente, é um valor que representa a velocidade com que a água atravessa uma amostra. Como este índice é bastante pequeno numericamente, foi convencionado expressar seu resultado em forma de potenciação, exemplo:
K = 2,20 x 10−5 cm/s ou K = 1,27 x 10−7 cm/sComo a temperatura influencia no valor final de K, foi convencionado que ele deve ser convertido para uma temperatura final de 20°C, corrigindo-se a viscosidade da água à temperatura do ensaio:
K20º = Kt x (Mt / M20º) Onde:
M20º = Viscosidade da água a 20°C.
Kt = Coeficiente da temperatura do ensaio.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Lei de Darcy Permeabilidade: 
Fatores que influenciam a permeabilidade do solo
O coeficiente de permeabilidade pode sofrer modificações consideráveis (mesmo solo) em função do índice de vazios do material e da temperatura da água do ensaio. Um mesmo solo poderá apresentar, conforme sua situação, coeficiente diferente de permeabilidade;
O indice de vazios (e) da amostra é diretamente proporcional ao coeficiente de permeabilidade,  K (Coeficiente de Permeabilidade);
A temperatura da água é outro fator que alterará o resultado final do valor K;
Caso haja aumento de temperatura da água, haverá a redução da sua viscosidade e, com isso, a água fluirá mais facilmente pelos vazios da amostra, diminuindo o tempo gasto para atravessá-la. Assim, o coeficiente aumentará, ou seja, solos ensaiados a temperaturas mais elevadas apresentam coeficientes maiores de permeabilidade;
Outro fator que influenciará, relaciona-se com o tipo de material analisado.
Solos granulares, como pedregulhos e areais, apresentam maior K. Solos finos siltes e argilas apresentam menor K.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Lei de Darcy Permeabilidade: 
Determinação do Coeficiente de Permeabilidade (K)
O coeficiente de permeabilidade dos solos,poderá ser determinado em laboratório,campo além de ser estimado através da equação empírica.
A Permeabilidade de Carga Constante é calculada a través:
K = (Q x L) / (A x t x h) 
Onde;
K = Coeficiente de permeabilidade da amostra (cm³).
L = Altura da amostra (cm)
A = Área da amostra onde flui a água. (cm²)
h = Carga Hidráulica (cm)t = Tempo de escoamento da água (segundo)
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Processo de Adensamento
Teoria de adensamento de Terzaghi
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Processo de Adensamento
Teoria de adensamento de Terzaghi
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Processo de Adensamento
Teoria de adensamento de Terzaghi
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Processo de Adensamento
Sabe-se que que o adensamento é o fenômeno pelo qual os recalques ocorrem com a expulsão de água do interior dos vazios do solo.
Analogia mecânica de Terzaghi – proposta por Taylor
O solo saturado é representado por uma mola dentro de um pistão cheio de água, no êmbolo do qual existe um orifício de reduzida dimensão pela qual a água só passa lentamente;
Ao se aplicar uma carga sobre o pistão, no instante imediatamente seguinte, a mola não se deforma, pois ainda não terá ocorrido qualquer saída de água, que á muito mais compressível que a água. Com a água em carga, ela começa a sair do pistão provocando deformação.
COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Compreende-se facilmente esse mecanismo de transferência de pressões, utilizando-se a analogia da mecânica de Terzaghi, onde as molas representam as partículas sólidas do solo, e os furos capilares nos êmbolos, os seus vazios. É claro que a pressão nas molas (ou seja, nas partículas sólidas) aumenta à medida que a água escapa pelos furos (através dos vazios do solo). 
Processo de Adensamento
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Com a expulsão da água intersticial da camada compressível considerada, o volume dos seus vazios vai diminuindo e, consequentemente, o seu volume total. Como a camada está confinada lateralmente, a redução do volume se dará pela redução de altura. Esta redução de altura é o que se denomina recalque por adensamento. 
Processo de Adensamento
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Nos solos, o fenômeno comporta-se de modo similar:
a) o recalque total depende da rigidez da estrutura do solo, da espessura da camada e do incremento de carga vertical;
b) o tempo de dissipação da pressão neutra depende da permeabilidade do solo e das condições de drenagem que há nos contornos da camada;
É a intervenção do homem nestes fatores, com seu conhecimento prévio, que conduz às diversas soluções construtivas.
A Figura 8.3 abaixo representa, qualitativamente, as variações de tensões e de volume que se processam ao longo do fenômeno de adensamento. Portanto, o processo de adensamento corresponde a uma transferência gradual do acréscimo de pressão neutra (provocado por um carregamento efetivo) para tensão efetiva. Tal transferência se dá ao longo do tempo, e envolve um fluxo de água com correspondente redução de volume do solo.
Processo de Adensamento
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Processo de Adensamento
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
O objeto de estudo é aquele em que uma camada de argila se encontra limitada, em uma ou duas faces (a) e (b), respectivamente), por uma camada drenante. Nesse caso, que é o comum, e por isso de interesse prático, podemos considerar o processo como essencialmente unidirecional. 
Processo de Adensamento
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Compressibilidade dos Terrenos Pouco Permeáveis (Argila) 
No caso de camada de argila, e de acordo com o mecanismo anteriormente descrito, a sua variação de altura, que se denominada compressão primária ou adensamento propriamente dito, representa apenas uma fase particular de compressão. Além desta, considera-se ainda a compressão inicial ou imediata – a qual se atribui a uma deformação da estruturada argila ante a aplicação brusca da carga e à compressão instantânea da fase gasosa quando esta existir – e a compressão ou adensamento secundário, o qual se explica como uma compressão das partículas sólidas do solo. 
Desses três tipos de compressão, apenas o primeiro tem importância especial, dados os seus efeitos sobre as construções. Tanto os efeitos à compressão inicial como os ocasionados pelo adensamento secundário, são em geral negligenciados na prática; os primeiros, em virtude de
seu pequeno valor; os outros, por serem muito atenuados pela extrema lentidão com que as deformações ocorrem , muito embora o adensamento secundário seja, às vezes, responsável por uma apreciável fração do recalque total. 
Processo de Adensamento
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Compressibilidade dos Terrenos Permeáveis (Areia e Pedregulho) 
Em se tratando de terrenos muito permeáveis, com as areias e os pedregulhos, o processo de adensamento não se apresenta como acabamos de expor, pois a pressão efetiva é praticamente igual a pressão aplicada e, conseqüentemente, as deformações se produzem de maneira muito rápida. 
Tais deformações explicam-se simplesmente como devidas a um reajuste de posição das partículas do solo; daí serem, em muito maior grau que nas argilas, irreversíveis as deformações nos terrenos permeáveis. 
Processo de Adensamento
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Recalques por Adensamento:
Uma das principais causas de recalques é a compressibilidade do solo, ou seja, a redução do seu volume sob a ação das cargas aplicadas; em particular, um caso de grande importância prática é aquele que se refere à compressibilidade de uma camada de solo, saturada e confinada lateralmente. Tal situação condiciona os chamados recalques por adensamento.
O cálculo de recalques é de muita importância em obras como aterros rodoviários, fundações diretas, pistas de aeroportos, barragens, etc. Embora o problema maior esteja nos recalques diferenciais, pois são estes que provocam o aparecimento de fissuras e falhas, não há meios de avaliá-los previamente. 
Entretanto, a experiência geotécnica tem demonstrado que os danos às estruturas, devido a tais recalques, estão associados à magnitude do recalque total. Na realidade, o recalque final que uma estrutura sofrerá será composto de outras parcelas, como, por exemplo, o recalque imediato ou elástico, estudado na Teoria da Elasticidade. Nesta seção, se estudará o cálculo do recalque total que um solo sofrerá no campo, que se processam no decorrer do tempo, e que se deve a uma expulsão de água dos vazios do solo a partir de dados obtidos do ensaio
de adensamento.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Exercício: 
- Para o perfil de solo abaixo, calcular e desenhar os gráficos para:
Tensão total;
Tensão efetiva;
Pressão neutra.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Exercício: 
- Traçar os diagramas das pressões totais, neutras e efetivas para o terreno indicado no perfil abaixo:
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
O ensaio de adensamento unidimensional (ABNT-NBR 12007/90) prescreve o método de determinação das propriedades de adensamento do solo, caracterizadas pela velocidade e magnitude
das deformações, quando o mesmo é lateralmente confinado e axialmente carregado e drenado.
O método requer que um elemento de solo, mantido lateralmente confinado, seja axialmente carregado em incrementos, com pressão mantida constante em cada incremento, até que todo o excesso de pressão na água dos poros tenha sido dissipado. Durante o processo de compressão, medidas de variação da altura da amostra são feitas e estes dados são usados no cálculo dos parâmetros que descrevem a relação entre a pressão efetiva e o índice de vazios, e a evolução das deformações em função do tempo. Os dados do ensaio de adensamento podem ser utilizados na estimativa tanto da magnitude dos recalques totais e diferenciais de uma estrutura ou de um aterro, com da velocidade desses recalques.
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O ensaio de adensamento unidimensional (ABNT-NBR 12007/90) 
A aparelhagem é constituída de um sistema de aplicação de carga (prensa de adensamento ou oedômetro) e da célula de densamento. A prensa permite a aplicação e manutenção das cargas verticais especificadas, ao longo do período necessário de tempo. A célula de adensamento é um dispositivo apropriado para conter o corpo de prova que deve proporcionar meio para aplicação de cargas verticais, medida da variação da altura do corpo de prova e sua eventual submersão. Consiste de uma base rígida, um anel para conter o corpo de prova (anel fixo ou flutuante), pedras porosas e um cabeçote rígido de carregamento. 
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
O procedimento para execução do ensaio é iniciado com a colocação da célula de adensamento no sistema de carga. Transmite-se cargas a célula de adensamento, em estágios, para obter pressões totais sobre o solo de aproximadamente 10, 20, 40, 80, 160, ... Kpa, mantendo-sencada pressão pelo período de tempo de 24 horas (dependendo do solo).
Para cada um dos estágios de pressão, faz-se leituras no extensômetro da altura ou variação denaltura do corpo de prova, imediatamente antes do carregamento (tempo zero) e, a seguir, nos intervalos de tempo 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8, 15, 30 min; 1, 2, 4, 8, e 24h. Completadas as leituras correspondentes ao máximo carregamento empregado, efetua-se o descarregamento do corpo de prova em estágio, fazendo leituras no extensômetro.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
O ensaio de adensamento unidimensional (ABNT-NBR 12007/90) 
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Os resultados do ensaio, normalmente, são apresentados num gráfico semi-logarítmico em que nas ordenadas se têm as variações de volume (representados pelos índices de vazios finais em cada estágio de carregamento) e nas abscissas, em escala logarítmica, as tensões
aplicadas.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
O primeiro trecho representa uma recompressão do solo, até um valor característico de tensão,correspondente à máxima tensão que o solo já sofreu na natureza; de fato, ao retirar a amostra indeformada do solo, para ensaiar em laboratório, estão sendo eliminadas as tensões graças ao solo sobrejacente, o que permite à amostra um alívio de tensões e, conseqüentemente, uma ligeira expansão. Tal reta presenta um coeficiente angular denominado índice de recompressão (Cr). Ultrapassando o valor característico de tensão, o corpo de prova principia a comprimir-se, sob tensões superiores às tensões máximas por ele já suportadas na natureza. Assim, as deformações são bem pronunciadas e o trecho reto do gráfico que as representa é chamado de reta virgem de adensamento. Tal reta apresenta um coeficiente angular denominado índice de compressão (Cc)
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
O índice de compressão ou compressibilidade é utilizado para o cálculo de recalque, em solos que se estejam comprimindo, ao longo da reta virgem de adensamento.
Por último, o terceiro trecho corresponde à parte final do ensaio, quando o corpo de prova é descarregado gradativamente, e pode experimentar ligeiras expansões.
índice de compressão (Cc)
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Solos Normalmente Adensados
A primeira das situações ocorre, quando a tensão ocasionada pelo solo sobrejacente (σ’v0) ao local onde foi retirada a amostra é igual à tensão de pré-adensamento (σ’vm). Neste caso, diz-se que o solo é normalmente adensado (NA), isto é, a máxima tensão que o solo já suportou no passado corresponde ao peso atual do solo sobrejacente. Portanto o valor do índice de pré-adensamento (OCR) é aproximadamente igual a 1,0.
Solos Pré-Adensados
A segunda situação corresponde ao caso em que a tensão efetiva atual é menor que a tensão
de pré-adensamento, isto é, o peso atual de solo sobrejacente é menor que o máximo já suportado . Neste caso, diz-se que a argila é pré-adensada (PA) e o OCR > 1,0. Qualquer
acréscimo de carga, sobre este solo, de modo que σ’v0 + Δσ’v < σ’vm implica recalques
insignificantes, pois estamos no trecho quase horizontal da curva índice de vazios
x logaritmo da tensão efetiva.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Solos Pré-Adensados
Muitos fatores podem tornar um solo pré-adensado, destacando-se a erosão, que com a
retirada de solo, diminui a tensão que age atualmente, bem como escavações artificiais ou o degelo. A variação do nível d’água é uma das causas freqüentes do pré-adensamento, pois, se o nível d’água sofrer uma elevação no interior do terreno, as tensões efetivas serão aliviadas, ocasionando o pré-adensamento.
Outra causa importante é o ressecamento devido a variações de nível d’água próximo
a superfície de um depósito de argila normalmente adensada, que provoca o aparecimento de uma crosta pré-adensada. A lixiviação que é o fenômeno de precipitação de elementos químicos solúveis, como compostos de sílica, alumina e carbonatos pode ocorrer nos solos, nas camadas superiores devido a chuva. Tais elementos, se precipitados nas camadas inferiores, podem provocar a cimentação entre os grãos, fenômeno este utilizado por Vargas (1977) para interpretar a formação e as tensões de pré-adensamento em argilas porosas de São Paulo e da região centro-sul do Brasil.
Segundo o mesmo autor, o fenômeno do pré-adensamento não se restringe aos solos sedimentares. Os solos residuais também podem apresentar um pré-adensamento virtual, relacionado com ligações intergranulares provenientes do intemperismo da rocha.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Solos em Adensamento
Por último, temos o caso em que σ’v0 > σ’vm, isto é, a argila ainda não terminou de adensar,
sob efeito de seu próprio peso (Figura 8.13 (c)).
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Tensão de Pré-Adensamento
Como os solos possuem um comportamento não-elástico, eles apresentam uma espécie de memória de carga. Quando um solo sofre um processo de carga-descarga, seu comportamento posterior fica marcado até este nível.
A utilização da escala logarítmica para a tensão vertical efetiva prende-se ao fato de que, desta forma, a curva tensão x índice de vazios típica dos solos apresenta dois trechos os aproximadamente retos e uma curva suave que os une. A tensão na qual se dá a mudança de comportamento é uma indicação da máxima tensão vertical efetiva que aquela amostra já sofreu no passado. Esta tensão tem um papel muito importante em Mecânica dos Solos, pois divide dois comportamentos tensão-deformação bem distintos, sendo denominada de tensão ou pressão de pré-adensamento do solo (σ’vm = σ’a). Sua determinação é muito importante para o cálculo de recalques. O recalque de uma estrutura é geralmente tolerável, se o acréscimo de tensão devido à estrutura, mais a tensão efetiva inicial, não a ultrapassar.
A determinação da tensão de pré-adensamento pode ser feita por um dos processos descritos: Processo de Casagrande e Processo de Pacheco Silva
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Tensão de Pré-Adensamento
Processo de Casagrande 
Para a determinação de σ’vm, segue-se os seguintes passos:
a) Obter na curva índice de vazios x logaritmo da tensão efetiva o ponto de maior curvatura ou menor raio (R);
b) Traçar uma tangente (t) e uma horizontal (h) por R;
c) Determine e trace a bissetriz do ângulo formado entre (h) e (t);
d) A abscissa do ponto de intersecção, da bissetriz com o prolongamento da reta virgem corresponde à pressão de pré-adensamento.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Tensão de Pré-Adensamento
Processo de Pacheco Silva 
Para a determinação de σ’vm, segue-se os seguintes passos:
a) Traçar uma horizontal passando pela ordenada correspondente ao índice de vazios inicial;
b) Prolongar a reta virgem e determinar seu ponto de intersecção (p) com a reta definida no item anterior;
c) Traçar uma reta vertical por (P) até interceptar a curva índice de vazios x logaritmo da tensão efetiva (ponto Q);
d) Traçar uma horizontal por (Q) até interceptar o prolongamento da reta virgem (R). A abscissa correspondente ao ponto (R) define a pressão de pré-adensamento.
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
Determinação do Coeficiente de Consolidação ou Adensamento
O valor do coeficiente de adensamento está relacionado à permeabilidade do solo e, portanto, ao tempo de recalque. Quando, em cada estágio de carregamento, registram-se as deformações do corpo de prova, ao longo do tempo, busca-se determinar, por meio de analogia com as curvas teóricas U = f (T), apresentadas na Figura 8.8, o coeficiente de adensamento. Há dois processos de determinação de Cv através do ensaio de adensamento: o processo da raiz quadrada dos tempos (Taylor) e o que utiliza o logaritmo dos tempos (Casagrande).
30/05/2016
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Determinação do Coeficiente de Consolidação ou Adensamento
Processo de Casagrande (Figura 8.14)
a) Para cada incremento de carga escolhido, desenhar a curva de adensamento, marcando-se no eixo das ordenadas a altura do corpo de prova e no eixo das abscissas o logaritmo do tempo;
b) Determinar o ponto correspondente a 100% do adensamento primário pela intersecção das retas tangentes aos ramos da curva que definem as compressões primária e secundária. Transportar o ponto encontrado para o eixo das abscissas, obtendo-se a altura H100;
c) Para determinar o ponto correspondente a 0% do adensamento primário, selecionar duas alturas do corpo de prova (H1 e H2) correspondentes respectivamente aos tempos (t1 e t2), cuja relação t2 /t1 seja igual a 4. A altura do corpo de prova correspondente a 0% de adensamento primário, é calculada por: H0 = H1 + (H1 - H2);
d) A altura do corpo de prova, correspondente a 50% do adensamento primário, é obtida pela expressão: H50 = (H0 - H100)/2;
e) Calcular o coeficiente de adensamento pela expressão:
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Determinação do Coeficiente de Consolidação ou Adensamento
Processo de Casagrande
Onde:
Cv = coeficiente de adensamento, em cm2 /s.
H50 = altura do corpo de prova correspondente a 50% do adensamento primário, em cm.
t50 = tempo correspondente à ocorrência de 50% do adensamento primário, em s.
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Determinação do Coeficiente de Consolidação ou Adensamento
Processo de Taylor (Figura 8.15)
a) Para cada incremento de carga escolhido, desenhar a curva de adensamento, marcando-se no eixo das ordenadas a altura do corpo de prova e no eixo das abscissas a raiz quadrada do tempo;
b) Determinar o ponto correspondente a 0% do adensamento primário, prolongando-se a reta definida pelos pontos iniciais da curva de adensamento até o eixo das ordenadas;
c) Traçar por esse ponto uma linha reta com coeficiente angular igual a 1,15 vezes o
coeficiente angular da reta obtida no item anterior. A intersecção desta reta com a curva de adensamento primário, cujas coordenadas são respectivamente t90 e H90;
d) A altura do corpo de prova, correspondente a 50% do adensamento primário, é obtida pela expressão: H50 = H0 - 5/9 (H0 - H90);
e) Calcular o coeficiente de adensamento pela expressão:
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Determinação do Coeficiente de Consolidação ou Adensamento
Processo de Taylor (Figura 8.15)
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COMPRESSIBILIDADE, ADENSAMENTO E RECALQUES NO SOLO
O cálculo de recalques é de muita importância em obras como aterros rodoviários, fundações diretas, pistas de aeroportos, barragens, etc. Embora o problema maior esteja nos recalques diferenciais, pois são estes que provocam o aparecimento de fissuras e falhas, não há meios de avaliá-los previamente. Entretanto, a experiência geotécnica tem demonstrado que os danos às estruturas, devido a tais recalques, estão associados à magnitude do recalque total. Na realidade, o recalque final que uma estrutura sofrerá será composto de
outras parcelas, como, por exemplo, o recalque imediato ou elástico, estudado na Teoria da Elasticidade. Como não existe uma relação tensão-deformação capaz de englobar todas as particularidades e complexidades do comportamento real do solo, as parcelas de recalque de um solo são estudadas separadamente. Nesta seção, se estudará o cálculo do recalque total que um solo sofrerá no campo, que se processam no decorrer do tempo, e que se deve a uma expulsão de água dos vazios do solo a partir de dados obtidos do ensaio de adensamento.
Recalques por adensamento
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RECALQUES – CASOS HISTÒRICOS.
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RECALQUES – CASOS HISTÒRICOS.
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Recalques por adensamento
Para o cálculo do recalque total (ΔH) que uma camada de solo compressível de espessura “H” passou por uma variação do índice de vazios (Δe):
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Recalques por adensamento
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Recalques por adensamento
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Recalques por adensamento
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Recalques por adensamento
Fator Tempo (T): o fator tempo de adensamento é em função do percentual de adensamento (U) que um solo encontra-se:
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Recalques por adensamento
Altura de drenagem (Hd)
Na camada compressível está entre duas camadas de elevada permeabilidade, isto é, ela será drenada por ambas as faces.
Definindo-se a altura de drenagem (ou distância) - Hd, como a máxima distância que uma partícula de água terá que percorrer, até sair da camada compressível, teríamos neste caso, Hd = H/2.
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Obrigado!
PROF.º ESP. – GIOVANNI MACIEL
EMAIL: giovanni.silva@unp.br
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