Relatório Adensamento

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO OESTE DA BAHIA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DAS TECNOLOGIAS
CET0201 – MECÂNICA DOS SOLOS II
SAHUL GUSMÃO/ SERGIA MATOS/ VINÍCIUS RAMOS
ENSAIO DE ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAL 
Barreiras
2021
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
	
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Material
2.1.1 Sistema de Aplicação de Carga (Prensa de Adensamento)
2.1.2 Célula de Adensamento
2.1.3 Talhador	
2.1.4 Balança
2.1.5 Extensômetro
2.1.6 Cronômetro
2.1.7 Termômetro
2.1.8 Equipamentos Diversos
2.2 Métodos
	
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
	3.1 Massa Específica Aparente Úmida
	3.2 Massa Específica Aparente Inicial
	3.3 Índice de Vazios Inicial
	3.4 Grau de Saturação Inicial do Corpo de Prova
	3.5 Índice de Vazios ao Final de Cada Estágio de Pressão
3.5.1 Altura do Corpo de Prova dos Sólidos
3.5.2 Índice de Vazios
	3.6 Grau de Saturação Final do Corpo de Prova
	3.7 Coeficiente de Adensamento Para Cada Estágio de Carga
		3.7.1 Método de Taylor
3.7.2 Resultados e Curva de Adensamento Pelo Método de Taylor
3.8 Índice de Compressão, Recompressão e Tensão de Pré-Adensamento
3.9 Cálculo de Permeabilidade Para Cada Estágio de Aplicação de Carga
4. CONCLUSÃO
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. INTRODUÇÃO
O adensamento de um solo ocorre quando há a saída de ar e água presentes no seu interior, causando a redução da quantidade de vazios existentes nele. Essa saída pode ser provocada por um aumento de carga no solo, seja por alterações e/ou construções de estruturas, edificações, aterros, e ainda outros.
Dessa forma, o solo acaba apresentando algumas deformações devido à sua diversidade, grau de umidade, nível de saturação, proporção mineral, e outras características contidas em sua composição. Para avaliar estas deformações, é necessário que sejam realizados testes com metodologias especificas para uma medição correta das alterações.
Sendo assim, é possível realizar ensaios em laboratório, utilizando equipamentos específicos como forma de estimar as deformações sofridas pelo solo em determinadas situações.
No presente relatório, é apresentado o ensaio de adensamento unidimensional. Este ensaio analisa uma amostra de solo confinado lateralmente, e tem a finalidade de avaliar deformações sofridas verticalmente após a aplicação de um carregamento, ao longo de determinado tempo. Com os dados encontrados, é possível avaliar a magnitude dos recalques ou deformações, bem como o tempo de ocorrência, e com isso evitar o recalque diferencial, ou seja, o rebaixamento do solo, fenômeno que causa diversos transtornos operacionais.
Portanto, os objetivos deste trabalho são, através do ensaio de adensamento unidimensional em amostra de solo, determinar o coeficiente de adensamento para cada acréscimo de carga, estimar a permeabilidade, índice de compressão, índice de recompressão e tensão de pré‐adensamento, traçando as curvas de compressibilidade e adensamento, para cada estágio de carga.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Material
Os materiais utilizados para o ensaio de adensamento de acordo com a ABNT NBR 12007 - 1990, são:
2.1.1 Sistema de aplicação de carga (prensa de adensamento)
Deve permitir a aplicação e manutenção das cargas verticais especificadas, ao longo do período necessário de tempo, e com uma precisão de 0,5% da carga aplicada.
 2.1.2 Célula de adensamento
Consiste em uma base rígida, um anel para conter o corpo de prova, pedras porosas e um cabeçote rígido de carregamento. O anel pode ser do tipo fixo, ou flutuante. Os componentes devem seguir as especificações da norma.
2.1.3 Talhador
Deve permitir a talhagem do corpo de prova no diâmetro interno do anel de adensamento, com mínima perturbação.
2.1.4 Balança
Com capacidade nominal de 3kg, com resolução de 0,1g e sensibilidade compatível.
2.1.5 Extensômetro
Capaz de medir deslocamentos de até 1,5cm, com resolução de 0,01mm.
2.1.6 Cronômetro
Com resolução de 1s.
2.1.7 Termômetro
Graduado em 0,1°C, de 0°C a 50°C.
2.1.8 Equipamentos diversos
Incluindo paquímetro, bureta graduada, espátulas, facas, serras de fio metálico e régua metálica biselada.
2.2 Métodos
Os corpos de prova devem ser obtidos a partir de amostras indeformadas (coletadas na forma de blocos ou por meio de tubos amostradores de parede fina) ou de amostras deformadas compactadas em laboratório. Com as amostras indeformadas devem ser empregadas técnicas adequadas na coleta, e cuidados relativos à selagem e ao transporte.
Os corpos de prova devem ser preparados em ambiente onde a mudança da umidade do solo, durante a preparação não exceda a 0,2%.
Os ensaios devem ser executados em ambiente com temperatura aproximadamente constante.
Devem ser obtidos previamente os dados de massa, diâmetro interno e altura do anel de adensamento. Como também a massa específica a dos grãos do solo, determinada de acordo com a MB-28, utilizando-se uma porção da amostra original representativa do corpo de prova. E a calibração da deformação do conjunto célula de adensamento para ensaios sobre solos pouco compressíveis.
Se utilizar amostra indeformada coletada em bloco, cortar desse bloco um prisma de solo com dimensões excedentes, em aproximadamente 2 cm, as respectivas dimensões do anel a ser utilizado. Se a amostra for indeformada extraída de tubo amostrador, cortar com ferramentas apropriadas, um cilindro de altura cerca de 2 cm maior que a altura do anel.
Os corpos de prova devem ser talhados rente ao topo do anel, através do talhador. À medida que um determinado segmento do corpo de prova apresenta um diâmetro aproximadamente igual ao interno do anel, o segmento deve ser introduzido no anel, por leve pressionamento uniforme.
O corpo de prova deve ser introduzido com sobrealtura em relação ao anel utilizado.
Deve ser obtido o teor de umidade inicial, com a utilização das aparas resultantes do processo de talhagem, de acordo com a MB-28.
Obter e calcular a massa do corpo de prova com os dados do conjunto corpo de prova e anel de adensamento. Determinar a altura e calcular o volume do corpo de prova. E calcular a massa específica aparente úmida inicial.
Montagem da célula de adensamento, com a seguinte sequência: base rígida, pedra porosa inferior, papel-filtro, corpo de prova contido no anel, papel filtro e pedra porosa superior.
Após a montagem da célula, colocar o cabeçote metálico, ajustando-se, então, o conjunto ao sistema de aplicação de carga.
Após a colocação da célula de adensamento no sistema de aplicação de carga com os devidos ajustes, instalar um extensômetro e aplicar uma pressão de assentamento de 5 kPa para solos resistentes ou 2 kPa para solos moles. Zerar o extensômetro cinco minutos após a aplicação dessa pressão.
Transmitir cargas adicionais à célula de adensamento, em estágios, para obter pressões totais sobre o solo de aproximadamente 10 kPa; 20 kPa; 40 kPa; 80 kPa e 160 kPa mantendo-se cada pressão pelo período de tempo discriminado, continuando o carregamento do corpo-de-prova até que se tenha a definição da região de compressão virgem.
Para cada um dos estágios de pressão, fazer leituras no extensômetro da altura ou variação de altura do corpo de prova, com resolução de 0,01 mm imediatamente antes do carregamento (tempo zero) e, a seguir, nos intervalos de tempo de ⅛ min; ¼ min; ½ min; 1min; 2min; 4min; 8min; 15min; 30min; 1h; 2h; 4h; 8h e 24h contados a partir do instante de aplicação do incremento de carga.
Logo ao ser completado as leituras correspondentes ao carregamento empregado, efetuar o descarregamento do corpo de prova em estágios, fazendo as leituras no extensômetro e corrigindo-as, se necessário, de forma semelhante ao carregamento. O descarregamento deve ocorrer em, no mínimo, três estágios.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
As tabelas 1 e 2 a seguir, são referentes ao anel de adensamento e ao CP (corpo de prova), fornecidos pelo professor.
	Dimensionamento do Anel
	Altura inicial(mm)
	19,87
	Diâmetro inicial (mm)
	49,87
	Área inicial (cm²)
	19,53
	Volume inicial (cm³)
	38,81
Tabela 1 - Dados fornecidos pelo professor.
	Parâmetros do CP (Corpo de Prova)
	Massa do Anel (g)
	84,6384,63
	Massa do Anel (g) + CP
	146,39
	152,39
	Massa do CP Úmido (g)
	61,76
	67,76
	Teor de Umidade (%)
	25,73
	37,95
	Massa do CP Seco (g)
	49,12
	49,12
	
	Inicial
	Final
Tabela 2 - Dados fornecidos pelo professor
3.1. Massa específica aparente úmida inicial :
 
			(1)
3.2. Massa específica aparente inicial;
A massa específica aparente seca do Corpo de prova seguiu a norma que consta na NBR 12.007/2015, e que apresenta a seguinte equação:
		(2)
Assim, 
 = Massa específica aparente seca inicial em (g/cm³)
 = Massa específica aparente úmida inicial em (g/cm³).
 = Teor de umidade inicial em (%).
Utilizando a equação acima, temos que:
		(2.1)
3.3 Índice de vazios inicial:
O índice de vazios inicial é calculado segundo a expressão:
		 (3)
Onde,
= Índice de vazios inicial;
δ = Massa específica dos grãos em (g/cm³);
 = Massa específica aparente seca inicial em(g/cm³).
Como não foi obtido todas as informações necessárias para se obter massa específica dos grãos (δ), foi utilizado um valor médio de massa específica dos grãos para areias tomando como base o PINTO, 2006, assim, utilizamos 2,7 g/cm³, pois é o valor médio dos grãos de solo.
 		(3.1)
3.4 Grau de Saturação inicial do Corpo de prova:
O grau de saturação inicial pode ser calculado pela seguinte expressão:
			(4)
 Assim,
 = Grau de saturação inicial em (%);
 = Teor de umidade inicial em (%);
δ = Massa específica dos grãos em (g/cm³);
 = Índice de vazios inicial;
 = Massa específica da água, em g/cm³ (1,00 g/cm³). 
Portanto, tem-se:
		(4.1)
			
3.5 Índice de vazios ao final de cada estágio de pressão:
3.5.1 Altura do corpo de prova dos sólidos:
É obtido através da seguinte equação:
			(5)
Assim,
 = Altura dos sólidos, em cm;
= Altura inicial do corpo-de-prova;
= Índice de vazios inicial.
Obtendo-se o seguinte resultado: 
			(5.1)
3.5.2 Índice de vazios
O índice de vazios ao final de cada estágio de pressão é dado pela expressão:
			(6)
Os resultados dos índices de vazios para cada estágio de pressão aplicada podem ser visualizados na tabela 3 a seguir:
	Estágio
	Pressão (KPa)
	Altura do corpo de prova (mm)
	Índice de vazios
	0 (sem carga)
	0
	19,87
	1,135
	1
	10
	19,75
	1,121
	2
	10
	19,95
	1,143
	3
	20
	19,95
	1,143
	4
	40
	19,93
	1,141
	5
	80
	19,87
	1,134
	6
	160
	19,79
	1,126
	7
	320
	19,66
	1,112
	8
	640
	19,4
	1,084
	9
	1280
	18,85
	1,025
	10
	320
	18,91
	1,031
	11
	80
	19,07
	1,048
	12
	20
	19,26
	1,069
	13
	10
	19,32
	1,075
Tabela 3 - Índice de vazios ao final de cada estágio de carga.
Fonte: Dados fornecidos pelo professor.
3.6 Grau de Saturação final do Corpo de prova: 
O grau de saturação final é dado pela expressão:
	 		(7)
 	
Assim,
 = Grau de saturação final em (%);
 = Teor de umidade final em (%);
δ = Massa específica dos grãos em (g/cm³);
 = Índice de vazios ao final do último estágio de carregamento;
 = massa específica da água em (g/cm³).
Calculando-se o grau de saturação final, temos que:
		(7.1)
3.7 Coeficiente de adensamento para cada estágio de carga:
3.7.1 Método de Taylor
Desenvolvido por Taylor (1942), também conhecido como “método da raiz quadrada do tempo” (t), este método baseia-se no formato da curva da porcentagem de adensamento versus a raiz quadrada do fator tempo (t). Esta representação realça o trecho inicial da curva, que se torna aproximadamente linear
· Para cada estágio de carga fazer um gráfico (curva de adensamento) faz uma marcação no eixo das ordenadas a altura do CP (corpo de prova) e no eixo das abcissas a raiz quadrada do tempo.
· Determinação do 0% de adensamento primário.
· Traçar por esse ponto uma linha reta com coeficiente angular igual a 1,15 vez o coeficiente angular da reta obtida no item anterior. A interseção dessa reta com a curva de adensamento define o ponto correspondente a 90% do adensamento primário, obtendo-se, dessa forma os valores de e .
· A altura do CP correspondente a 50% do adensamento primário é obtida pela expressão:
		(8)
· O coeficiente de adensamento é expressado por: 
 		(8.1)
Assim,
 = Coeficiente de adensamento em (cm2/s);
 = Altura do CP correspondente a 50% do adensamento primário em (cm);
 = tempo (s) correspondente à ocorrência de 90% do adensamento primário.
3.7.2 Resultados e curva de adensamento pelo método de Taylor
De acordo com a NBR 12.007/2015 utilizamos o coeficiente de adensamento através do processo de Taylor, ou seja, um método que se traça a curva de adensamento para cada estágio de carregamento, logo, será mostrado alguns estágios que ocorreram adensamento.
A reta destaca em azul no gráfico corresponde ao prolongamento da reta definida pelos pontos iniciais da curva até o eixo das ordenadas, com isso, definimos o ponto 0% do adensamento primário. Assim, passando-se pelo mesmo ponto, a reta destacada em vermelho, corresponde a reta de coeficiente angular 1,15 vezes superior à reta citada anteriormente e as setas indicam os valores e .
Figura 1 - Curva de adensamento para tensão de 10 KPa e determinação do e .
 (
Figura 
2
 - Curva de adensamento para tensão de 20 KPa e 
determinação do 
e 
.
)
 (
Figura 
3
 - Curva de adensamento para tensão de 40 KPa e determinação do 
do 
e 
.
)
 (
Figura 
4
 - Curva de adensamento para tensão de 
8
0 KPa e determinação do 
do 
e 
.
)
 (
Figura 
6
 – Curva de adensamento para tensão de 
320
 KPa e determinação do 
do 
e 
.
) (
Figura 
5
 – Curva de adensamento para tensão de 
160
 KPa e determinação do 
do 
e 
.
)
 (
Figura 
7
 - Curva de adensamento para tensão de 
128
0 KPa e determinação do 
do 
e 
.
)
Conforme foi dito antes, essas representações gráficas (curva de adensamento) correspondem as amostras que não houve expansão, ou seja, estágios que ocorreram o adensamento, e com isso, conseguimos calcular o coeficiente de adensamento. Os resultados obtidos através dessas duas formulas pudemos chegar a tabela 4 abaixo:
;		e		 
	Dados Obtidos
	Estágio 1
	Estágio 3
	Estágio
4
	Estágio
5
	Estágio 6
	Estágio 7
	Estágio 9
	 (mm)
	19,870
	19,952
	19,947
	19,927
	19,875
	19,789
	19,355
	 (cm)
	1,987
	1,995
	1,995
	1,993
	1,987
	1,979
	1,936
	 (mm)
	19,772
	19,950
	19,940
	19,912
	19,844
	19,729
	19,081
	 (cm)
	1,977
	1,995
	1,994
	1,991
	1,984
	1,973
	1,908
	 (min)
	1,538
	1,524
	0,571
	0,638
	0,625
	0,799
	0,552
	 (min)
	2,365
	2,323
	0,326
	0,407
	0,391
	0,638
	0,305
	 (s)
	141,927
	139,355
	19,562
	24,423
	23,438
	38,304
	18,282
	 (cm)
	1,982
	1,995
	1,994
	1,992
	1,986
	1,976
	1,920
	 (cm²/s)
	0,0059
	0,0061
	0,0431
	0,0344
	0,0357
	0,0216
	0,0428
Tabela 4 - Resultados do Método de Taylor (1984) para determinar o coeficiente de adensamento Cv em cada estágio.
Fonte: Dados fornecidos pelo professor
3.8 (
Figura 
8
 - Determinação da Tensão de Pré-Adensamento pelo Método de Pacheco Silva (1970).
)Índice de compressão, recompressão e tensão de pré-adensamento.
Com os dados da tabela 3, conseguimos construir a curva de compressibilidade e por meio desta, determinar os índices de compressão, recompressão e a tensão de pré-adensamento.
As retas na cor laranja representam o passo a passo do método de Pacheco Silva, e com isso, podemos obter a tensão de pré-adensamento através da curva de compressibilidade. Com isso, chegamos a um valor da tensão de pré-adensamento de 450 KPa.
O índice de compressão é o coeficiente de inclinação da reta virgem e é expresso da seguinte forma:
 		(9)
	
Assim,
	 índice de compressão;
 = índices de vazios correspondentes a dois pontos quaisquer na reta virgem;
	 = pressões associadas aos índices de vazios .
	Obtendo assim o seguinte resultado:
				(9.1)
O índice de recompressão é o coeficiente de inclinação de uma reta média representativa no trecho de recompressão da curva de compressibilidade, como se pode ver na figura abaixo:
 (
Figura 
9
 
- Trechos da Curva de Compressibilidade
)
Dessa forma, o índice de recompressão é calculado de maneira análoga ao índice de compressão:
 		(10)
	Onde,índice de recompressão;
	 = índices de vazios correspondentes a dois pontos quaisquer no trecho de recompressão;
	 = pressões associadas aos índices de vazios . 
	Obtendo assim o seguinte resultado:
 		(10.1)
Segundo PINTO (2006), o valor do coeficiente de recompressão costuma ser da ordem de 10 a 20% do valor do índice de compressão, conforme o tipo de solo. 
 
3.9 Cálculo da permeabilidade para cada estágio de aplicação de carga
Em 2018, Marangon, determinou que podíamos construir um gráfico tensão x deformação volumétrica para obter o coeficiente de compressão volumétrica (Mv). Assim, calculando a deformação volumétrica apresentada na tabela 5 abaixo: 
	Pressão (KPa)
	Deformação(mm)
	10
	-0,0061
	160
	-0,004
	320
	-0,0103
	640
	-0,0238
	1280
	-0,0515
Tabela 5 - Deformações volumétricas.
 (
Figura 
10
 - Gráfico Tensão X Deformação.
Fonte: Dados fornecidos pelo professor.
) Fonte: Dados fornecidos pelo professor.
Seguindo o gráfico, temos; 
Assim, podemos calcular pela equação:
		 (11)
Assim,
 = Coeficiente de Compressibilidade Volumétrica;
 = Deformação volumétrica;
 = Tensão.
Temos então o seguinte resultado:
		(11.1)
Sabendo o valor do Coeficiente de Compressibilidade Volumétrica Mv e também do Coeficiente de adensamento Cv, podemos calcular o Coeficiente de permeabilidade k para cada estágio, através da seguinte equação:
 		(12)
 
E assim, obtemos os Coeficientes de Permeabilidade na tabela 6 abaixo:
	Dados obtidos
	Estágio 1
	Estágio 3
	Estágio 4
	Estágio 5
	Estágio 6
	Estágio 7
	Estágio 9
	K(cm/s)
	2,57E-06
	1,26E-05
	1,89E-05
	1,51E-05
	1,56E-05
	9,46E-06
	1,87E-05
Tabela 6 - Coeficientes de Permeabilidade.
 Fonte: Dados fornecidos pelo professor.
Esses valores de coeficientes de permeabilidade se enquadram para areias argilosas com baixa permeabilidade, segundo PINTO (2006).
4. CONCLUSÃO
Ter conhecimento do solo é uma condição fundamental para múltiplos projetos – aterros de estradas, fundações, escavação de valas e túneis, etc. E os ensaios laboratoriais e também de campo, são essenciais para isso. Assim, o ensaio de adensamento unidimensional tratado no presente trabalho, de fato é um método muito importante, pois mostrou-se pertinente em avaliar as deformações sofridas pela amostra de solo, após ser submetida a um carregamento em diferentes estágios.
Com o ensaio, foi possível determinar os principais coeficientes e índices, relevantes ao estudo: foi traçada a curva de compressibilidade, que indica a magnitude do recalque, e a partir dela, calculados os índices de compressão com o valor de 0,196 e recompressão no valor de 0,032. Estes valores são os coeficientes de inclinação das retas, e representam a razão entre os índices de vazios e suas pressões associadas. Segundo PINTO (2006), o valor do coeficiente de recompressão costuma ser da ordem de 10 a 20% do valor do índice de compressão, conforme o tipo de solo. Portanto, adequa-se!
Através da curva de compressibilidade, também obteve-se o valor para a tensão de pré‐adensamento, 450Kpa. A tensão de pré-adensamento é a maior tensão que o solo já foi submetido. Historicamente, devido à formação geológica por processos naturais, a estrutura do solo foi sendo modificada, mas guarda em si, características dessas tensões. Portanto, qualquer tensão aplicada maior que este valor, pode-se dizer que o solo está sendo normalmente adensado, caso contrário, se a tensão aplicada for menor, então pode-se dizer que o solo está sofrendo uma recompressão.
Os valores encontrados para a permeabilidade em cada estágio de carregamento, variaram de 1,26E-05 a 9,46E-06. Segundo PINTO (2006), estes valores se enquadram para areias argilosas com baixa permeabilidade.
Também foi possível determinar a curva de adensamento, e consequentemente, o coeficiente de adensamento, o qual indica a velocidade do recalque, para cada estágio de carga analisado, variando de 0,0059 cm²/s a 0,0431 cm²/s
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3ª ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12.007: Solo - Ensaio de Adensamento Unidimensional. Rio de Janeiro, 2015.
MARANGON, M. Compressibilidade e Adensamento dos Solos. Faculdade de Engenharia - NuGeo. Mecânica dos Solos II. ed. 2018.
http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17430/material/GEO_II_08_Adensamento_2-2.pdf