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DEFORMAÇÕES DEVIDO A CARREGAMENTOS VERTICAIS Geotecnia II Prof. : João Guilherme Rassi Almeida Disciplina: Geotecnia 2 Pontifícia Universidade Católica de Goiás 1 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 2 Geotecnia II - SOLOS ARGILOSOS SATURADOS é necessário a saída de água dos vazios do solo 2 RECALQUES 3 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 3 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. 4 Geotecnia II E - deformação 4 ENSAIOS DE DEFORMABILIDADE ENSAIO DE COMPRESSÃO AXIAL ENSAIO DE COMPRESSÃO TRI-AXIAL ENSAIO DE COMPRESSÃO EDOMÉTRICA 5 Geotecnia II 5 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) 6 Geotecnia II 6 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) 7 Geotecnia II Areias intervalos de minutos Siltes intervalos de dezenas de minutos Argilas intervalos de dezenas de horas 7 ENSAIOS DE DEFORMABILIDADE Compressão Edométrica 8 Geotecnia II Carregamento Carregamento Descarregamento Descarregamento Carregamento Solo não é um material elástico 8 9 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) 9 MODELO MECÂNICO DE TERZAGHI 10 Geotecnia II Transferência gradual de carga Hipóteses: 10 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) 11 Geotecnia II 11 RECALQUES Existem três parcelas de recalques a serem consideradas: Recalque imediato (Si) Recalque por adensamento primário (Sc) Recalque por compressão secundária (Ss) 12 Geotecnia II 12 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) 13 Geotecnia II 13 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 14 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 14 RECALQUES Coeficiente de forma (I) para cálculo dos recalques 15 Geotecnia II Rígida ou Flexível é em função da espessura da placa; Flexível com deformação Carregamentos são constantes Rígida sem deformação Recalques são constantes 15 RECALQUES Exemplo: E = 55 MPa; v = 0,35 16 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 Resposta: 0,814 cm 16 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. 17 Geotecnia II - SOLICITAÇÕES ESTRUTURAIS redistribuição das cargas 17 RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) Parâmetros av e Cc 18 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) 18 RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) Exercício 19 Geotecnia II av? e Cc? - E – deformação av 19 RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) TENSÕES DE PRÉ-ADENSAMENTO Memória de Carga Máxima Tensão efetiva de carregamento durante a formação geológica 20 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 20 RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) 21 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 21 RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) 22 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. 22 RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) 23 Geotecnia II Sc H – altura da camada Sigma Vm = tensao de PA (45 kpa) 23 Exercício 24 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 24 RECALQUES COEFICIENTE DE ADENSAMENTO (CV) Coeficiente em função: Permeabilidade* (k) Porosidade* (e) Compressibilidade* (av)kPa-1 *As propriedades do Solo não variam com o adensamento. 25 Geotecnia II 25 RECALQUES 26 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 26 RECALQUES 27 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 27 RECALQUES 28 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 28 29 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 29 RECALQUES 30 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) 30 Curva de Adensamento 31 Geotecnia II 31 32 Geotecnia II 32 RECALQUES 33 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 33 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. 34 Geotecnia II 34
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