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2014.1 CURSO DE ENGENHARIA CIVIL NOTA DE AULA DE MECÂNICA DOS SOLOS – COMPRESSIBILIDADE ISABELLY CÍCERA DIAS VASCONCELOS isabelly.vasconcelos@unipe.br 1 SUMÁRIO 2 INTRODUÇÃO ... 03 ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DA DEFORMABILIDADE DOS SOLOS ... 08 O ENSAIO OEDOMÉTRICO ... 09 VERIFICAÇÃO DA CONDIÇÃO DO SOLO IN SITU ... 15 DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE PRÉ- ADENSAMENTO ... 21 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 23 3 INTRODUÇÃO Um dos aspectos de maior interesse para a engenharia geotécnica é a determinação das deformações devidas a carregamentos verticais na superfície do terreno ou em cotas próximas à superfícies. Essas deformações podem ser de dois tipos: • As que ocorrem rapidamente após a construção e; • As que se desenvolvem lentamente após a aplicação das cargas. Deformações rápidas são observadas em solos arenosos ou solos argilosos não saturados, enquanto que nos solos argilosos saturados os recalques são muito lentos, pois é necessária a saída de água dos vazios do solo. 4 INTRODUÇÃO O comportamento dos solos perante os carregamentos depende da sua constituição e do estado em que o solo se encontra, e pode ser expresso por parâmetros que são obtidos em ensaios através de correlações estabelecidas entre estes parâmetros e as diversas classificações. 5 INTRODUÇÃO O que é COMPRESSÃO? ✓ 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). O que é COMPRESSIBILIDADE? ✓ Relação independente do tempo entre variação de volume (deformação) e tensão efetiva. 6 INTRODUÇÃO O que é ADENSAMENTO? ✓ Processo dependente do tempo de variação de volume (deformação) do solo devido à drenagem da água dos poros. O que é RECALQUE POR ADENSAMENTO? ✓ Deslocamento vertical da superfície correspondente à variação de volume em qualquer estágio do processo de adensamento. 7 INTRODUÇÃO Este capítulo é dedicado à previsão do valor e velocidade de recalque por adensamento em condições unidimensionais (isto é, em que o solo se deforma apenas na direção vertical). O progresso do adensamento in situ pode ser monitorado por meio da instalação de piezômetros a fim de gravar a variação da pressão da água nos poros ao longo do tempo. A amplitude do recalque pode ser medida através de gravação dos níveis dos pontos de referência adequados sobre uma estrutura ou no terreno. 8 ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DA DEFORMABILIDADE DOS SOLOS Dentre os parâmetros de compressibilidade que o engenheiro geotécnico necessita para a execução de projetos e o estudo do comportamento dos solos, destacam-se: • a tensão de pré-adensamento (s’ad); • o índice de compressão (Cc); • o coeficiente de adensamento (cv). A obtenção desses parâmetros se dá a partir de resultados de ensaios de compressibilidade do solo: • Ensaio de compressão axial • Ensaio de compressão triaxial • Ensaio oedométrico 9 O ENSAIO OEDOMÉTRICO O corpo de prova tem a forma de um disco de solo, mantido no interior de um anel de metal e conservado entre duas pedras porosas. Pedras porosas Anel confinante Água 10 O ENSAIO OEDOMÉTRICO Normalmente, cada pressão é mantida por um período de 24h, fazendo-se leituras do valor da compressão em intervalos adequados. No final do período do incremento, quando a pressão excedente da água nos poros estiver completamente dissipada, a tensão total se igualará à tensão efetiva vertical do corpo de prova. ’ = - u 0 ’ = 11 O ENSAIO OEDOMÉTRICO Os resultados são apresentados em um gráfico que mostra a relação: índice de vazios x log tensão efetiva Curva e x log σ’ 12 O ENSAIO OEDOMÉTRICO No trecho inicial, de menor compressibilidade, o solo está, na realidade, sendo submetido a um processo de recompressão. Curva e x log σ’ 13 O ENSAIO OEDOMÉTRICO No trecho seguinte, o solo está sendo carregado, pela primeira vez, para valores de tensão efetiva maiores do que os máximos que o depósito já foi submetido. Assim sendo, o limite entre os dois trechos é definido por um valor de tensão efetiva correspondente à máxima tensão efetiva que o solo foi submetido em toda sua história. A esta tensão efetiva dá-se o nome de tensão efetiva de pré-adensamento (s’vm) 14 O ENSAIO OEDOMÉTRICO e log σ’ Curva e x log σ’ Tensão de pré-adensamento (σ’vm) Compressão virgem Compressão virgem: Corresponde ao início do trecho virgem de compressão (em que se tem o comportamento linear do índice de vazios com o log da tensão vertical aplicada). 15 VERIFICAÇÃO DA CONDIÇÃO DO SOLO IN SITU Verificação da Condição do Solo In Situ Para que esta verificação seja realizada é necessário: - Determinar a tensão de pré-adensamento em laboratório. - Comparar com tensão vertical efetiva in situ. 3 casos específicos!!! 16 VERIFICAÇÃO DA CONDIÇÃO DO SOLO IN SITU 1) Quando σ’vm = σ’v e log σ’ σ’v σ’ad Solo é Normalmente Adensado Neste caso, o solo nunca foi submetido à uma tensão efetiva vertical maior a atual. 17 VERIFICAÇÃO DA CONDIÇÃO DO SOLO IN SITU 2) Quando σ’vm > σ’v e log σ’ σ’v σ’vm Solo é Pré-adensado Neste caso, conclui-se que, no passado, o depósito já foi submetido a um estado de tensões superior ao atual. 18 VERIFICAÇÃO DA CONDIÇÃO DO SOLO IN SITU 3) Quando σ’vm < σ’v e log σ’ σ’vm σ’v Solo em adensamento ou sub-adensado 19 VERIFICAÇÃO DA CONDIÇÃO DO SOLO IN SITU 𝑶𝑪𝑹 = 𝝈′𝒗𝒎 𝝈′𝒗 Em algumas situações de análise do comportamento dos solos em Engenharia Geotécnica faz-se necessário determinar as condições de adensamento em que se encontra o solo, ou seja a história de tensões do solo. A Razão de Pré-Adensamento (RPA) ou OCR (Over Consolidation Ratio) de um solo, é definida como sendo a relação entre a máxima tensão vertical já experimentada pelo solo e a tensão vertical efetiva atual de campo. Ou seja, é a razão entre a tensão de pré- adensamento do solo (obtida em laboratório) e a sua tensão vertical que atua hoje no solo: 20 VERIFICAÇÃO DA CONDIÇÃO DO SOLO IN SITU OCR = 1 𝑶𝑪𝑹 = 𝝈′𝒗𝒎 𝝈′𝒗 1) Quando σ’vm = σ’v 2) Quando σ’vm > σ’v 3) Quando σ’vm < σ’v Solo é Normalmente Adensado OCR > 1 Solo é Pré-adensado OCR < 1 Solo está em Adensado ou Sub-adensado 21 DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE PRÉ- ADENSAMENTO • Método de Casagrande Toma-se o ponto de maior curvatura da curva, e por ele se traçam uma horizontal, uma tangente à curva e a bissetriz do ângulo formado pelas duas. A intersecção da bissetriz com o prolongamento da reta virgem é considerado o ponto de pré-adensamento. 22 DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE PRÉ- ADENSAMENTO • Método de Pacheco e Silva Prolonga-se a reta virgem até a horizontal correspondente ao índice de vazios inicial da amostra. Do ponto de intersecção, abaixa-se uma vertical até a curva de adensamento e deste ponto traça-se uma horizontal. A intersecção desta horizontal com o prolongamento da reta virgem é considerado o ponto de pré-adensamento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Caputo, H. P. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações, Vol. 1, 2 e 3. Livros Técnicos Científicos. Editora S. A. Craig, R.F. (1974) – Mecânica dos Solos, Editora LTC. Das, B.M. (2011) – Fundamentos de Engenharia Geotécnica. Editora Thompson. Lambe, T.W. & Whitman, R.V. (1969) Soil Mechanics. John Wiley & Sons, Inc. Pinto, C.S. (2006) – Curso Básico de Mecânica dos Solos. EditoraOficina. Vargas, M.(1977) – Introdução à Mecânica dos Solos. MacGraw Hill. 23
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