Compressibilidade e Recalques dos Solos

Prévia do material em texto

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
MECÂNICA SOLOS
 ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA
Amadeu França de Araújo Neto
 Joanderson Frandsen de Oliveira Barbosa
 João Paulo Ferreira da Costa
 Mateus dos Anjos Oliveira
NATAL/RN -2018
 COMPRESSIBILIDADE E RECALQUES DOS SOLOS
Compressibilidade dos solos 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 conseqüente expulsão da água (no caso de solo saturado);
 • Compressão da água (ou do fluido) existente nos vazios do solo. Para os níveis de tensões usuais aplicados na engenharia de solos, as deformações que ocorrem na água e grãos sólidos são desprezadas (pois, são incompressíveis). 
Calculam-se, portanto, as deformações volumétricas do solo a partir da variação do índice de vazios (função da variação das tensões efetivas). 
Em solos saturados (finos – elevado índice de vazios), a variação de volume é devida à drenagem da água. Esta situação é verificada para o caso de ocorrência de argilas sedimentares em que se tem S ≅ 100%. Estes solos se formam pelo transporte da água – se formam em regiões baixas – topografia “plana”, em que o NA é elevado. No caso de solos de formação não sedimentar (formados no local da rocha de origem) correspondente a situações de cotas mais elevadas, não se tem o NA elevado, conseqüentemente se encontram freqüentemente não saturados. Desta forma não se esperam adensamento destes solos assim como em solos granulares que apresentam permeabilidade elevada, não sendo submetidos ao processo de drenagem lenta como no caso dos solos argilosos – “sujeitos ao efeito do adensamento”. O fluxo (drenagem) da água no solo é governado pela lei de Darcy → v = k.i ∴ a variação de volume não é imediata, sendo função da velocidade com que ocorre o fluxo. A compressibilidade de um solo irá depender do arranjo estrutural das partículas que o compõe e do grau em que estas são mantidas uma em contato com a outra. Variação de volume → devido à variação das tensões efetivas (princípio das tensões efetivas). 
A correlação entre os movimentos dos terrenos e a estabilidade das estruturas a eles vinculadas é complexa. Há vários mecanismos que podem produzir movimentos do terreno e por outro lado, há muitos tipos de estruturas, cada uma com um potencial diferente para resistir ou ser danificada pelo movimento. Algumas edificações, como as construídas em alvenaria, são excessivamente quebradiças e podem apresentar trincas e danos estruturais após deslocamentos muito pequenos das fundações. Outras são projetadas para suportar movimentos de considerável magnitude, sem sofrer qualquer prejuízo real. A configuração dos recalques e seu significado para uma estrutura depende, não somente da composição e propriedades do solo, mas também do tipo da estrutura, sua resposta aos recalques, sua interação com o solo e a função pretendida para a construção. As condições dos solos podem variar, consideravelmente, antes, durante e após a construção. As previsões dessas alterações representam o maior desafio para o projetista. A maioria dos prejuízos causados às construções, por movimentos das fundações, ocorrem quando surgem condições não previstas no terreno. Existem métodos pelos quais se pode avaliar valores, razoavelmente confiáveis, dos recalques e de sua velocidade, desde que a representação admitida para as condições dos solos: x corresponda à situação real x persista durante a vida da construção, portanto, é muito útil iniciar-se um estudo sobre recalques, pela consideração dos mecanismos que provocam movimentos nos terrenos e que se constituem nas causas potenciais de recalques.
 PRESSÕES VERTICAIS DEVIDAS AO PESO PRÓPRIO DOS SOLOS
Na análise do comportamento dos solos, as tensões devidas ao peso próprio têm valores consideráveis, e não podem ser desconsideradas. Este estudo visa determinar as pressões atuantes na massa de solo, nas diversas profundidades de um maciço, quando consideramos somente o peso próprio, isto é, apenas sujeito à ação da gravidade, sem cargas exteriores atuantes. Estas pressões são denominadas pressões virgens ou geostáticas. Quando a superfície do terreno é horizontal aceita-se intuitivamente que a tensão atuante em num plano horizontal a uma certa profundidade seja normal a este plano. De fato, as componentes das forças tangenciais ocorrentes em cada contato tendem a se contrapor, anulando a resultante. Quando o solo é constituído de camadas aproximadamente horizontais, a tensão vertical resulta da somatória do efeito das diversas camadas.
 ÍNDICE DE VAZIOS
Não só os solos são muito diferentes entre si, como solos construídos por partículas semelhantes podem apresentar comportamentos muito distintos, dependendo da quantidade de água e ar que preenchem o espaço entre as partículas, espaço este curiosamente chamado pelos engenheiros de “vazios”. Quando todos os vazios estão preenchidos com água, diz-se que estão “saturados”; se o solo se formou por sedimentação no fundo de um lago, por exemplo, a quantidade de água nos vazios é muito elevada e este solo é muito mole. Se outro solo se deposita sobre ele, o peso desta expulsa parte da água e o solo passa a ficar mais firme; tento mais firme e duro quanto menos água tiver, ou, no linguajar dos engenheiros, quanto menor o “índice de vazios”. Quando parte dos vazios são ocupados por ar, a tensão superficial resultante passa a ter um papel importante na resistência dos solos. Vem daí que taludes naturais ou resultantes de terraplanagem apresentam-se estáveis quando parcialmente secos e escorregam havendo penetração de água na época das chuvas intensas.
Índices de vazios máximos e mínimos só se referem às areias. Cada tipo de areia tem um índice de vazios máximo a um índice de vazios mínimo. Para se dizer que uma areia está fofa ou compacta não basta se basear no índice de vazios natural; é preciso comparar com os valores máximo e mínimo peculiar de cada uma. Areias distintas com índices de vazios iguais podem estar uma fofa e outra fofa muito compacta.
 ADENSAMENTO
O processo de adensamento consiste na redução gradual do volume de um solo saturado, de baixa permeabilidade, devido à drenagem da água dos vazios, até que haja a dissipação de todo o excesso de pressão hidrostática induzida por um acréscimo de pressão total.
Questão 01
Um terreno nas várzeas de um rio apresenta camada superficial de 4m de espessura e é constituído de argila mole com as seguintes características:
Peso específico natural: 14KN/m²; Umidade: 115%; índice de vazios: 3; índice de compressão: 0,15; índice de compressão: 1,4.
Admitiu-se, por comparação com dados da região que a razão de sobre adensamento é da ordem 3. O nível da agua apresenta-se praticamente na superfície. Deseja-se construir um aterro que deixe o terreno com uma cota 2m acima da cota atual. O aterro será arenoso, com peso específico natural de 18kN/m². Que espessura de aterro deve ser colocado?
R- A altura do aterro a ser construído será maior do que 2m, pois o terreno irá recalcar. Ele deverá ser igual aos 2m mais o recalque que o carregamento irá provocar. O acréscimo de tensão provocado será:
∆𝜎 = 𝛾𝑛 + 𝜌𝛾𝑠𝑢𝑏 = 2 𝑥 18 + 8𝜌 = 36 + 8𝜌
Dos dados da questão, e considerando que o elemento a 2m de profundidade seja representativo da camada, tem-se : Tensão Vertical Efetiva inicial: 2 x 4 = 8kPa; Tensão de Pré-adensamento: 3 x 8= 24kPa; Tensão vertical efetiva final: 8+36+8 𝜌.
Calculando o recalque pela equação:
𝜌 =
4
1 + 3
24
(0,15 log
8
+ 1,4 log
44 + 8��
)
24
Questão 02-
Calcular o recalque total do aterro, para os dados indicados no perfil abaixo. Perfil;
Cálculo Tensão de recalquena cota – 15:
σv = ( γ areia x H areia umidade) + ( γsub areia x H areia saturada)+ ( γsub argila x argila/2)=
σv = (1,60 x 4,00) + ( 1,0 x 8,0 ) + (0,78 x 3,0 )
σv = 16,74 tf/m^2
Cálculo de ΔH na cota - 15,0:
Δh = (γ aterro x H) = (1,70 x 3,00) = 5,00 tf/m^2 Cálculo do aterro total:
Δh = 0,126 m =12,6 cm
Questão 03- 
Calcular o recalque sob o ponto de aplicação da sobrecarga considerada como concentrada, devido ao adensamento da camada de argila, para um tempo de adensamento de 6x10^6 segundos.
Dados da camada de argila:
CC = 0,50; CV = 3x10-4 cm²/s ; eo = 1,2.
Perfil
· Cálculo Tensão de Recalque cota - 7,0:
σ = (γareia média x Hareia média) + (γsub argila x Hargila/2) σ = (1,80 x 5,00) + (0,90 x 2,00) =10,80 tf/m²
· Cálculo de Δσv na cota - 7,0:
· Cálculo do recalque total:
· Cálculo do fator tempo:
-Cálculo do grau de adensamento:
-Cálculo do recalque
Se 100% de recalque correspondente a 10,83 cm, a 24% deste recalque total corresponde:
X=24/100 x 10,83= 2,60cm