Aulas Geotecnia II_ Deformacoes devido a Carregamentos

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DEFORMAÇÕES DEVIDO A CARREGAMENTOS VERTICAIS
Geotecnia II
Prof. : João Guilherme Rassi Almeida
Disciplina: Geotecnia 2
Pontifícia Universidade Católica de Goiás
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RECALQUES DEVIDOS A CARREGAMENTOS
NA SUPERFÍCIE 
DEFORMAÇÕES  GRANDE INTERESSE DA GEOTECNIA
A DEFORMAÇÃO DA MAIORIA DOS SOLOS, É MUITO MAIOR QUE A DOS MATERIAIS ESTRUTURAIS E MUITAS VEZES, ESTA DEFORMAÇÃO SE PRODUZ AO LONGO DO TEMPO.
DEFORMAÇÕES
RÁPIDAS  solos arenosos ou argilosos não saturados
LENTAS  solos argilosos saturados
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Geotecnia II
- SOLOS ARGILOSOS SATURADOS  é necessário a saída de água dos vazios do solo
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RECALQUES
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Geotecnia II
• Fases ar/água são expulsos dos vazios do solo 
• Na prática → A compressibilidade das areias ocorrerá no período de construção onde todo o recalque se completará 
 
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RECALQUES
As argilas ( k↓ ) quando submetidas a um carregamento sua compressão é controlada 
pela velocidade com que a água é expulsa dos poros do solo → processo este chamado: CONSOLIDAÇÃO → sendo portanto um fenômeno dependente da σ x ε x t . As deformações podem ocorrer por meses, anos e décadas. 
Nas areias ( k↑ ) todo o processo de consolidação se dá muito rapidamente. 
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Geotecnia II
E - deformação
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ENSAIOS DE DEFORMABILIDADE
ENSAIO DE COMPRESSÃO AXIAL
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRI-AXIAL
ENSAIO DE COMPRESSÃO EDOMÉTRICA
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Geotecnia II
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ENSAIOS DE DEFORMABILIDADE
Compressão Edométrica
SOLO CONFINADO  SEM DEFORMAÇÃO LATERAL
ENSAIO:
Amostra é moldada em um anel rígido
Pedras porosas  saída de água
Ø = 3 x h  reduzir atrito lateral
5 < Ø < 12 cm
Aplica-se cargas axiais por etapas
Cada etapa  registra-se a deformação em f(t)
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Geotecnia II
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ENSAIOS DE DEFORMABILIDADE
Compressão Edométrica
ENSAIO (cont.):
Cessadas as deformações de cada carregamento  aplica-se cargas com o dobro da intensidade anterior
Índices de vazios de cada etapa (e1; e2; ... ;en)  f(e0) e da redução de altura do CP
Apresentação dos Resultados graficamente (Tensão vertical x índice de vazios)
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Geotecnia II
Areias  intervalos de minutos
Siltes  intervalos de dezenas de minutos
Argilas  intervalos de dezenas de horas
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ENSAIOS DE DEFORMABILIDADE
Compressão Edométrica
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Geotecnia II
Carregamento
Carregamento
Descarregamento
Descarregamento
Carregamento
Solo não é um material elástico
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Geotecnia II
MODELO MECÂNICO DE TERZAGHI
Solo saturado  representado por uma mola dentro de um pistão cheio d’água, com uma válvula que permite abrir e fechar;
Analogias:
Carga no pistão  Carregamento vertical
Cilindro  confinamento do solo
Água no cilindro  água nos vazios do solo
Mola  esqueleto mineral; Rigidez da mola  compressibilidade do solo
Válvula  permeabilidade
(a) e (b)  Estado de repouso
(c) Carga com válvula fechada  mola não se deforma; toda carga é transmitida para a água; gerando pressão na água igual a tensão total (tensão efetiva = 0)
(d) Carga com válvula aberta  com a saída da água a tensão total é lentamente transferida para a mola (acréscimo de tensão efetiva)
(e) Tempo Infinito  total dissipação da pressão de água (tensão total = tensão efetiva)
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MODELO MECÂNICO DE TERZAGHI
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Geotecnia II
Transferência gradual de carga
Hipóteses:
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RECALQUES
É Termo utilizado em engenharia civil para designar o fenômeno que ocorre quando uma edificação sofre um rebaixamento devido ao adensamento do solo sob sua fundação. 
Recalque  causa de trincas e rachaduras em edificações (recalque diferencial  uma parte da obra rebaixa mais que outra gerando esforços estruturais não previstos e podendo até levar a obra à ruína)
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Geotecnia II
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RECALQUES
Existem três parcelas de recalques a serem consideradas: 
Recalque imediato (Si)
Recalque por adensamento primário (Sc) 
Recalque por compressão secundária (Ss) 
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Geotecnia II
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RECALQUES
Recalque imediato (Si) 
O recalque imediato ocorre principalmente devido à compressão dos gases (em solos não saturados). 
É calculado a partir de fórmulas empíricas ou pela a Teoria da Elasticidade Linear. 
Como estes recalques ocorrem concomitante com o carregamento, não costumam criar problemas para as obras em fundações rasas (sapatas, blocos e radier) 
 
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Geotecnia II
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RECALQUES
Recalque imediato (Si)
Onde: 
qo – é a tensão distribuída uniformemente na superfície; 
E, ν - são o módulo de Elasticidade e o Coeficiente de Poisson respectivamente; 
B – é a largura (ou diâmetro) da área carregada; 
I – Coeficiente de forma que leva em conta a geometria e a rigidez da fundação 
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Geotecnia II
Módulo de Elasticidade = Parâmetro de Resistencia do Solo
Coeficiente de Poisson = % da tensão aplicada num sentido
Se área retangular  adota-se o menor b; pois o carregamento será maior para uma “área” menor 
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RECALQUES
Coeficiente de forma (I) para cálculo dos recalques
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Geotecnia II
Rígida ou Flexível é em função da espessura da placa;
Flexível  com deformação  Carregamentos são constantes
Rígida  sem deformação  Recalques são constantes 
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RECALQUES
Exemplo: E = 55 MPa; v = 0,35 
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Geotecnia II
Rocha
Se area retangular  adota-se o menor b; pois o carregamento será maior para uma “área” menor 
Resposta: 0,814 cm
1 Mpa = 1000 kPa
qo = 890 / (1,5²)  395,55 kPa
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RECALQUES
Recalque por adensamento primário (Sc) 
Requer atenção especial em casos de solos argilosos devido a ocorrerem ao longo de um tempo que pode ser bastante grande, podendo provocar o aparecimento de solicitações estruturais que não tinham sido previstas. 
É calculado quase sempre utilizando-se a teoria unidimensional de Terzaghi.
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Geotecnia II
- SOLICITAÇÕES ESTRUTURAIS  redistribuição das cargas
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RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc)
Parâmetros av e Cc
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Geotecnia II
av = f (tipo de solo, densidade e nível de tensões)
av  coeficiente indicador da compressibilidade do solo, ou seja, redução dos vazios (sinal negativo somente para indicar a redução do índice de vazios)
Cc  índice de compressão (serve para indicar a inclinação da reta virgem)
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RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc)
Exercício
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Geotecnia II
av? e Cc?
- E – deformação
av
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RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc)
TENSÕES DE PRÉ-ADENSAMENTO
Memória de Carga
Máxima Tensão efetiva de carregamento durante a formação geológica
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Geotecnia II
Normalmente adensado (NA) – Tensão efetiva em campo
Pré adensado (PA) ou Sobreadensado – Tensão de Pré Adensamento > Tensão efetiva de Campo
 
Em adensamento – Tensão de Pré Adensamento < Tensão efetiva de Campo 
Normalmente adensado (NA) – ponto de inflexão
Pré adensado (PA) – parte superior
Em adensamento – trecho virgem
Trecho DC – nova tensão de pré-adensamento
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RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc)
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Geotecnia II
Causas do pré-adensamento
• Pré- carregamento (geológico ou antrópico)
• Variação de u por rebaixamento do NA
• Geração de sucção (Ressecamento e capilaridade)
• Cimentação
Variação de u  aumento da tensão efetiva 
Sucção - aumento da tensão efetiva
Cimentações – são acréscimos de resistência
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RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc)
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Geotecnia II
Determinação da Tensão de Pré-adensamento
Método de Pacheco Silva
PA
Em adensamento
NA
Passos:
a) Prolonga-se a reta virgem até o encontro com uma horizontal traçada do índice
de vazios inicial;
b) Do ponto de interseção baixa-se uma vertical até a curva;
c) Deste último ponto traça-se uma horizontal
até o prolongamento da reta virgem.
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RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc)
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Geotecnia II
Sc
H – altura da camada
Sigma Vm = tensao de PA (45 kpa)
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Exercício
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Geotecnia II
Aterro  40kPa / Sobreadensado  camada de 1 m da areia superficial (erodida) / Tensão de pré- adensamento  18 kPa / Recalque por adensamento ocorre na argila Cc = 1,8 e Cr = 0,3.
200
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RECALQUES
COEFICIENTE DE ADENSAMENTO (CV)
 
 Coeficiente em função:
Permeabilidade*
(k)
Porosidade* (e) 
Compressibilidade* (av)
*As propriedades do Solo não variam com o adensamento.
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Geotecnia II
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RECALQUES
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Geotecnia II
DISTÂNCIA DE DRENAGEM (Hd ou Hd/2)
Maior distância de percolação da água
Areia
Areia
Areia
Argila
Argila
ROCHA
Hd
Hd/2
FATOR TEMPO (T)
 
 Correlaciona os tempos de recalque às características do solo (cv) e às condições de drenagem (Hd)
Adimensional
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RECALQUES
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Geotecnia II
GRAU DE ADENSAMENTO (UZ)
 
Relação entre deformação (ε) ocorrida num elemento em f(z;t); e deformação final desse elemento;
Variação entre índice de vazios (e) no instante (t) e variação total do índice de vazios 
Equivalente ao grau de acréscimo de Tensões Efetivas (Dσ’)
Relação entre pressão neutra (u) dissipada no instante (t) e a pressão neutra total dissipada
Epsilon; e; sigma; u  para o instante (t)
1  inicial
2  final 
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RECALQUES
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Geotecnia II
GRAU DE ADENSAMENTO (UZ)
 
Objetivo  Determinar o grau de adensamento para qualquer instante (t), à qualquer profundidade (z)
Obs: Quanto mais próximo da face de drenagem; mais rápidas são as dissipações das pressões neutras  TODOS OS SOLOS
O tempo de dissipação  variável para cada tipo de solo
u  saída de água nas margens ocorre semelhante ao resfriamento de um bolo; onde o miolo será a ultima parte a resfriar 
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Geotecnia II
Uz  F(z;T)
T = 0,3  Uz = 40% (centro); Uz = 57% (z/4); Uz = 77% (z/8) 
Quanto mais próximo um elemento se encontra das faces de drenagem, mais rápido as pressões neutras se dissipam
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RECALQUES
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Geotecnia II
GRAU DE ADENSAMENTO MÉDIO ou PORCENTAGEM DE RECALQUE (U)
 
Relação entre recalque sofrido no instante (t) e recalque total devido ao carregamento
Todos os recalques por adensamento seguem a mesma evolução (Gráfico e Tabela a seguir)
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Curva de Adensamento
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RECALQUES
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Geotecnia II
EXERCÍCIO:
Aterro c/ 2,5m de altura
ρ = 50 cm
Coeficiente de Compressibilidade – av = 0,06 kPa-1
k = 3x10-6 cm/s  3x10-8 m/s
e = 3
Coeficiente de Adensamento Cv = ?
U = 50%  t? 
t = 90 dias  U?
Areia 
Y = 18 kn/m³ 
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RECALQUES
Recalque por compressão secundária (Ss) 
Quase sempre não é considerado
Costumam ocorrer em períodos muito longos de tempo de forma que a estrutura na maioria das vezes consegue se adaptar às novas solicitações que porventura surjam
Principal causa deslizamento dos contatos entre partículas de argila.
 
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