Aula IV Ensaio de adensamento

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Curso: Engenharia Civil
Disciplina: Mecânica dos Solos Professor: Marcelo Madureira de Alencar
Ensaio de Compressão Confinada
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
O ensaio de adensamento unidimensional (ABNT-NBR 12007/90) prescreve o método de determinação das propriedades de adensamento do solo(argila), 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.
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
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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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Aparelhagem do ensaio:
- Prensa de adensamento ou edômetro : permite a aplicação e manutenção das cargas verticais especificadas, ao longo do período necessário de tempo.
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Aparelhagem do ensaio:
- Célula de adensamento : Consiste de uma base rígida, um anel para conter o corpo de prova, pedras porosas e um cabeçote rígido de carregamento. Utilizado para conter o corpo de prova e medir a sua variação da altura.
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Aparelhagem do ensaio:
- Prensa de adensamento + Célula
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Considerações:
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Procedimento do ensaio:
1- colocação da célula de adensamento no sistema de carga;
2- 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-se cada pressão pelo período de tempo de 24 horas (dependendo do solo);
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Procedimento do ensaio:
3 - Para cada um dos estágios de pressão, faz-se leituras no extensômetro da altura ou variação de altura 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;
4- 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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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Procedimento do ensaio:
5 – Plotagem do gráfico semi-logarítmico índice de vazios (e) x Pressão efetiva (Kpa).
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
O que acontece durante a aplicação das cargas?
Compressão inicial:
- Deformação inicial devido à saída de bolhas de ar
- Não segue a Teoria do Adensamento
Adensamento primário:
-Saída de água dos vazios
-Variação no estado de tensões efetivas(crescentes)
Adensamento secundário:
-Deformação residual lenta sob tensão efetiva ~ constante
-Saída de água dos vazios com gradientes muito baixos 
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados:
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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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados:
Podem-se distinguir nesse gráfico, três partes distintas: a primeira, quase horizontal; a segunda, reta e inclinada e a terceira parte ligeiramente curva.
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados:
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; 
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados:
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, consequentemente, uma ligeira expansão. 
Tal reta apresenta um coeficiente angular denominado índice de recompressão (Cr).
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados:
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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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
índice de compressão (Cc)
O índice de compressão ou compressibilidade é utilizado para o cálculo de recalque, em solos que estejam comprimindo, ao longo da reta virgem de adensamento.
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados:
Por último, o terceiro trecho corresponde à parte final do ensaio, quando o corpo de prova é descarregado gradativamente, e pode experimentar ligeiras expansões.
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados - 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 de carga.
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 aproximadamente retos e uma curva suave que os une.
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados - Tensão de Pré-Adensamento
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 ( ). 
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados - Tensão de Pré-Adensamento
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 ultrapassar o limite de resistência do solo.
A determinação da tensão de pré-adensamento pode ser feita por um dos processos a seguir descritos: Processo de Casagrande e Processo de Pacheco Silva.
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados - Tensão de Pré-Adensamento
Processo de Casagrande
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados - Tensão de Pré-Adensamento
Processo de Casagrande
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R
t
h
Bissetriz
Reta virgem
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados - Tensão de Pré-Adensamento
Processo de Pacheco silva
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
Análise dos resultados - Tensão
de Pré-Adensamento
Processo de Pacheco silva
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Horizontal
P
Q
R
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
índice de pré-adensamento ou “over consolidation ratio” (OCR):
Indica como o solo irá se comportar considerando o carregamento atual no campo e a sobre carga devido ao peso da estrutura que será construída. 
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:Tensão de pré-adensamento
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Ensaio de adensamento ou compressão confinada
índice de pré-adensamento ou “over consolidation ratio” (OCR):
 Ao compararmos a tenção efetiva de campo .....com a tensão de pré-adensamento temos os seguinte tipos de solo:
1 - Solos Normalmente Adensados
2 - Solos Pré-Adensados
3- Solos em Adensamento 
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índice de pré-adensamento ou “over consolidation ratio” (OCR):
 Solos Normalmente Adensados
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). σ’v0= 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. Qualquer valor acima da tensão de pré-adensamento gera variações significativas no índice de vazios(recalque).
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índice de pré-adensamento ou “over consolidation ratio” (OCR):
 Solos Normalmente Adensados 
Tensão efetiva de campo igual a tensão de pré-adensamento.
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σ’v0 =
σ’vm
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índice de pré-adensamento ou “over consolidation ratio” (OCR):
 Solos Pré-Adensados
Corresponde ao caso em que a tensão efetiva atual é menor que a tensão de pré-adensamento σ’v0 < σ’vm , 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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índice de pré-adensamento ou “over consolidation ratio” (OCR):
 Solos pré-Adensados 
 Causas:
Erosão;
Escavação;
Degelo;
Alteração de nível de água no terreno(Quando o nível é elevado reduz a tensão efetiva);
Lixiviação(Carreamento de subst. Químicas nas camadas superiores do solo pela chuva), etc... 
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índice de pré-adensamento ou “over consolidation ratio” (OCR):
 Solos em Adensamento
Corresponde ao caso em que σ’v0 > σ’vm, isto é, a argila ainda não terminou de adensar, sob efeito de seu próprio peso.
Neste caso, a argila apresenta o OCR < 1,0. 
Sendo assim, para este caso, em função da tensão efetiva, podemos afirmar que o incremento de tensão decorrente de uma construção poderá ocasionar uma variação significativa no índice de vazios (recalque).
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índice de pré-adensamento ou “over consolidation ratio” (OCR):
 Solos em Adensamento
Tensão efetiva de campo maior que a tensão de pré-adensamento.
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σ’v0 >
σ’vm
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Coeficiente de adensamento - CV
Assim como mv (coeficiente de variação volumétrica) e k (permeabilidade), o Cv é uma propriedade dos solos e indica a velocidade do adensamento. Quanto maior o valor do Cv, tanto mais rápido se processa o adensamento do solo.
O valor do coeficiente de adensamento está relacionado à permeabilidade do solo e, portanto, ao tempo de recalque.
Lembrete: Quanto maior o valor de mv, maior será a variação do volume do solo em função do incremento da tensão efetiva.
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Coeficiente de adensamento - CV
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 abaixo, o coeficiente de adensamento.
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Coeficiente de adensamento - CV
Há dois processos de determinação de Cv através do ensaio de adensamento: 
1-Processo que utiliza o logaritmo dos tempos (Casagrande).
2- Processo da raiz quadrada dos tempos (Taylor)
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Coeficiente de adensamento - CV
Processo de Casagrande
Perfil do recalque em função do tempo
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Coeficiente de adensamento - CV
Processo de Casagrande
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Coeficiente de adensamento - CV
Processo de Casagrande
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Para adensamento de 50%
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Coeficiente de adensamento - CV
Processo de Casagrande
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Coeficiente de adensamento - CV
Processo de Taylor
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Coeficiente de adensamento - CV
Processo de Taylor
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Coeficiente de adensamento - CV
Processo de Taylor
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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.
O recalque final(total) que uma estrutura sofrerá será composto de parcelas, como, por exemplo, o recalque imediato ou elástico, estudado na Teoria da Elasticidade.
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Recalques por Adensamento
O cálculo do recalque total que um solo sofrerá no campo, devido a uma expulsão de água dos seus vazios ao longo do tempo, será realizado a partir de dados obtidos do ensaio de adensamento.
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Recalques por Adensamento
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Recalques por Adensamento
Utilizando os dados obtidos no ensaio de adensamento o recalque total devido a uma variação do índice de vazios, numa camada compressível é dado por:
Solos Normalmente Adensados (NA): σ’vm = σ’v0
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Recalques por Adensamento
Solos Pré-Adensados (PA): σ’vo + Δσ’v > σ’vm
Para argilas PA o cálculo do Δe, índice de vazios, depende da magnitude do incremento de tensão. 
Se o acréscimo de tensão efetiva(Δσ’v) gerado por um carregamento externo mais a tensão efetiva atual (σ’vo) for superior à tensão de pré-adensamento (σ’vm) o solo sofrerá recompressão e compressão virgem, então teremos:
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Recalques por Adensamento
Lembrete:
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Trecho compressão virgem
Trecho de recompressão
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Recalques por Adensamento
Solos Pré-Adensados (PA): σ’vo + Δσ’v > σ’vm
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Variação no índice de vazios no trecho recompressão
Variação no índice de vazios no trecho de compressão virgem
→
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Recalques por Adensamento
Solos Pré-Adensados (PA): σ’vo + Δσ’v < σ’vm
Para argilas Pré-adensadas quando o acréscimo de carga somado com a tensão efetiva atual não ultrapassar a tensão de pré-adensamento o solo somente sofrerá recompressão, portanto teremos: 
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Dado o perfil geotécnico abaixo, calcule:
 
O recalque total da camada de argila provocado pela sobrecarga (depósito circular- 20m de diâmetro); 
O tempo para atingir 50% deste recalque; 
O tempo para atingir 47cm de recalque; 
O tempo para atingir 47cm de recalque, se houvesse uma camada inferior impermeável.
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Recalques devido ao Rebaixamento do Lençol Freático
Um caso interessante de recalques ocorre em algumas áreas urbanas onde há bombeamento da água subterrânea (cidade do México, Veneza e outras). Grandes áreas são afetadas e recalques consideráveis ocorrem. 
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Recalques devido ao Rebaixamento do Lençol Freático
Estes recalques são provocados pelo rebaixamento do nível d’água, no solo, em consequência do aumento do seu peso específico aparente por não mais estar sujeito ao empuxo hidrostático.
Este aumento do peso específico gera um acréscimo de pressão, e em consequência, o aparecimento de recalques. 
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Recalques devido ao Rebaixamento do Lençol Freático
Se o solo for constituído por camadas de areia e pedregulho (materiais permeáveis), o recalque se produz simultaneamente com o rebaixamento do nível d’água e é, em geral,
de pouca importância. 
O mesmo já não acontece quando no terreno encontram-se camadas de argila compressível. A sobrecarga decorrente do rebaixamento provocará o adensamento desta camada, podendo assim dar lugar a recalques, e surgindo em estacas e tubulões atrito negativo.
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Recalques devido ao Rebaixamento do Lençol Freático
Verifique o efeito de um rebaixamento do lençol freático para a profundidade de 1,0m no exemplo anterior.
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Correções do Recalque por Adensamento
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