Compressibilidade e Adensamento: Deformações em Solos

Gissele Rocha 1 AULAS 03 e 04 COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO MECÂNICA DOS SOLOS II 1 1 ESCOLA DE ENGENHARIA DE MINAS GERAIS MECÂNICA DOS SOLOS II Objetivo determinar as deformações devidas a carregamentos verticais que podem ser deformações rápidas ou lentas Rápidas após as construções solos arenosos ou argilosos não saturados Lentas após a aplicação das cargas solos argilosos saturados Exemplos Recalque de edificações Recalque de aterros COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 2 COMPR ESSIBILIDADE E ADENSAMENTO Fig 111 Provável seção geológica pela orla praiana de Santos fonte adaptado de Teixeira 1994 DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES SIMÉTRICAS EM CADA PLANO HORIZONTAL TENSAO MÁXIMA OCORRE NA MESMA VERTICAL DE APLICAÇÃO DA CARGA A MEDIDA QUE SE DISTANCIA HORIZONTALMENTE DO PONTO DE APLICAÇÃO DA CARGA AUMENTO DE r DIMINUI A INTENSIDADE DAS TENSÕES COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 5 Tensões devidas às sobrecargas COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 6 UNINDOSE OS PONTOS DA MASSA DE SOLO SOLICITADAS POR IGUAL TENSÃO ISÓBARAS CORPO SÓLIDO CONSTITUIDO DE CONJUNTO DE ISÓBARAS BULBO DE TENSÕES SUPERFÍCIE DO TERRENO TRANSFERÊNCIA DE CARGAS FONTE UNICAMP COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 7 Solo resistente Solo pouco resistente BULBO DE PRESSÕES FONTE UNICAMP COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 8 Solo resistente Solo pouco resistente PROBLEMAS FONTE UNICAMP BULBO DE PRESSÕES COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 9 RECALQUES DE PRÉDIOS EM SANTOS SP COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 10 Recalques Admissíveis Valor máximo que uma estrutura pode suportar associado diversos efeitos ou danos a ela causados DANOS ESTRUTURAIS própria estrutura DANOS ARQUITETÔNICOS estética sem riscos ou danos à sua integridade DANOS FUNCIONAIS funcionamento inversão de declividade esgotosesquadrias 11 COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO Causas de Recalques Rebaixamento do lençol freático Caso haja presença de solo compressível no subsolo ocorre aumento das pressões geostáticas nessa camada independente da aplicação de carregamentos externos Solos colapsíveis Solos de elevadas porosidades quando em contato com a água ocorre a quebra da cimentação intergranular resultando em colapso súbito Escavações em áreas adjacentes à fundação Mesmo com paredes ancoradas podem ocorrer movimentos que ocasionam recalques nas construções vizinhas 12 COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO Causas de Recalques continuação Vibrações Provenientes da operação de equipamentos como bate estacas rolos compactadores vibratórios tráfego etc Escavação de túneis Qualquer que seja o método de execução ocorrerão recalques na superfície do terreno 13 COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO Fatores que dificultam a estimativa de recalques Heterogeneidade do subsolo Normalmente a análise é feita para um perfil inferido de pontos investigados e o subsolo pode apresentar características não detectadas na investigação realizada Variações nas cargas previstas Provenientes de imprecisão nos cálculos cargas acidentais não previstas redistribuição de esforços etc Métodos de cálculo Aplicação dos parâmetros disponíveis x método utilizado empírico 14 COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO SOLO SUBMETIDO A UM CARREGAMENTO PROVOCARÁ REDUÇÃO DE VOLUME RECALQUE DEFORMAÇÕES RÁPIDAS DEFORMAÇÕES LENTAS FORMAS DE ANÁLISES Cálculo de recalques pela TEORIA DA ELASTICIDADE Cálculo de recalques pela COMPRESSIBILIDADE OEDOMÉTRICA 15 COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO Os recalques provenientes de um carregamento feito na superfície de um terreno podem ser estimados pelas teoria da elasticidade ou pela analogia edométrica adensamento podendo ser dividido em TRÊS CATEGORIAS Recalque elástico ou recalque imediato causado pela deformação elástica do solo seco e dos solos úmidos e saturados sem qualquer alteração no teor de umidade Os cálculos do recalque elástico geralmente têm base nas equações derivadas da teoria da elasticidade CÁLCULO DOS RECALQUES 16 Recalque por adensamento primário resultado de uma alteração de volume em solos coesivos saturados devido à expulsão da água que ocupa os espaços vazios Recalque por adensamento secundário presente em solos coesivos saturados é resultado do ajuste plástico da estrutura do solo Ocorre sob tensão efetiva constante CÁLCULO DOS RECALQUES 17 O recalque absoluto ρ que dá origem ao recalque diferencial e aos movimentos do edifício pode ser decomposto em duas parcelas ρ ρc ρi Em que ρc é o recalque de adensamento e ρi é o recalque imediato Teoria do adensamento Teoria da elasticidade Mecânica dos solos Fundações CÁLCULO DOS RECALQUES 18 Recalque elástico ou imediato ocorre diretamente depois da aplicação de uma determinada carga e pode ser calculado pela TEORIA DA ELASTICIDADE As hipóteses adotadas para o solo são as mesmas para o cálculo das tensões que considera o solo Homogêneo Elástico Isotrópico CÁLCULO DOS RECALQUES Teoria da Elasticidade 19 Sendo S recalque elástico q tensão aplicada B largura da fundação menor dimensão E módulo de elasticidade do solo módulo de Poison do solo Iw coeficiente de forma e tipo de aplicação de pressão CÁLCULO DOS RECALQUES Teoria da Elasticidade 20 υ Centro Borda ou Canto Circular 079 1 064 Quadrada 086 111 056 Retangular LB 2 117 152 075 LB 5 166 21 105 LB 10 2 254 127 Flexível Tipo de Placa Rígida CÁLCULO DOS RECALQUES Teoria da Elasticidade 21 Rígido sapata de concreto Flexível aterro Como obter o módulo de elasticidade 1 ENSAIO DE LABORATÓRIO COMPRESSÃO AXIAL O corpo de prova pode ser submetido a um confinamento quando então é chamado de ensaio de compressão triaxial O módulo de elasticidade do solo depende da pressão a que o solo está confinado CÁLCULO DOS RECALQUES Teoria da Elasticidade 22 Como obter o módulo de elasticidade 2 ENSAIOS IN SITU Ensaios de placa 3 CORRELAÇÕES COM O Nspt CÁLCULO DOS RECALQUES Teoria da Elasticidade 23 Dificuldades no uso da Teoria da Elasticidade Grande variação no módulo de elasticidade não linearidade da curva tensãodeformação e depende do nível de confinamento Os solos são usualmente constituídos de camadas de diferentes compressibilidades logo não é um meio uniforme Não se aplica à análise de uma camada compressível em meio a duas camadas menos deformáveis SOLUÇÃO cálculo do recalque pela compressibilidade edométrica CÁLCULO DOS RECALQUES Teoria da Elasticidade 24 Cálculo de Recalques Solos argilosos Em situações de terreno onde se tem uma camada compressível cuja espessura é bem menor que a largura do carregamento entre duas outras camadas menos deformáveis Na previsão do recalque se aplica uma simples relação proporcional entre recalque e espessura da camada Uma situação típica na qual a análise de recalque é feita pela compressibilidade oedométrica uma camada de argila mole saturada entre duas camadas de areia permeável COMPRESSIBILIDADE OEDOMÉTRICA 25 Utilização do ensaio de compressão edométrico ou ensaio de adensamento para estimativa de recalque O recalque de uma dada camada é considerado equivalente aos de corpos de prova submetidos à compressão edométrica Com este método o recalque é expresso em função da variação do índice de vazios CÁLCULO DOS RECALQUES Adensamento 26 ENSAIO DE COMPRESSÃO EDOMÉTRICO Também conhecido como ensaio de compressão confinada ou ensaio de adensamento CÁLCULO DOS RECALQUES Adensamento 27 O ensaio de compressão edométrico é usualmente realizado para o estudo dos recalques das argilas saturadas uma vez que em solos arenosos a rápida drenagem da água dos poros faz com que o recalque elástico e por adensamento ocorram simultaneamente CÁLCULO DOS RECALQUES Adensamento 28 Adensamento deformação do solo causada pela saída de água dos vazios do solo O tempo para que ocorra o adensamento em solos finos saturados é elevado continuando a ocorrer após o recalque elástico O recalque por adensamento pode ser muitas vezes maior que o recalque elástico CÁLCULO DOS RECALQUES Adensamento 29 ÍNDICE DE COMPRESSÃO Cc TENSÃO DE PRÉ ADENSAMENTO σA e COEFICIENTE DE ADENSAMENTO Cv OBTENÇÃO DE PARÂMETROS PARA O CÁLCULO DE RECALQUES ENSAIO DE ADENSAMENTO 30 Diminuição no índice de vazios devido a acréscimo de tensão CÁLCULO DOS RECALQUES Solos Argilosos 31 1 2 2 1 log log log σ σ σ e e e Cc INDICA A INCLINAÇÃO DA RETA VIRGEM ÍNDICE DE COMPRESSÃO Cc 32 VALOR CARACTERÍSTICO DE TENSÃO A PARTIR DO QUAL O SOLO COMEÇA A SE COMPRIMIR AO LONGO DA RETA VIRGEM REPRESENTA A MÁXIMA TENSÃO A QUE O SOLO JÁ ESTEVE SUBMETIDO SOLO NORMALMENTE ADENSADO NA SOLO PRÉ ADENSADO PA SOLO EM ADENSAMENTO A v σ σ A v σ σ A σ A v σ σ TENSÃO DE PRÉ ADENSAMENTO 33 existência de pré carregamento geológico ou antrópico variação na poropressão por rebaixamento do NA secamento superficial do solo com geração de sucção trocas químicas cimentação e tensões residuais da rocha de origem variação estrutural do solo e etc Causas do pré adensamento σ A TENSÃO DE PRÉ ADENSAMENTO 34 RAZÃO ENTRE A TENSÃO DE PRÉADENSAMENTO E A TENSÃO EFETIVA NO CAMPO SOLO NORMALMENTE ADENSADO NA nunca esteve submetido anteriormente a maiores tensões SOLO PRÉ ADENSADO PA esteve no passado sujeito a tensões maiores do que as atuais SOLO EM ADENSAMENTO devido a carregamentos recente 1 1 1 OCR OCR OCR V A OCR σ σ RAZÃO DE SOBRE ADENSAMENTO OCR 35 Cálculo de recalque por adensamento primário H H e 1 e H e 1 H e o o o o Relação de Volumes Área da seção transversal A Área da seção transversal A Recalque ρc Recalque ρc solo vazios sólidos Ho Ho COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 36 H H e 1 e H e 1 H e o o o o e log σ Reta Virgem Para o trecho de compressão virgem do solo temos o índice de compressão i f o o c e H C H log 1 σ σ i e e C f f i c log σ σ Solos Normalmente Adensados OCR1 Cc RECALQUE POR ADENSAMENTO PRIMÁRIO σi σad σf COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 37 i f o o r e H C H log 1 σ σ Solos PréAdensados OCR 1 com σf σad e log σ σad σf σi Cr Cc RECALQUE POR ADENSAMENTO PRIMÁRIO Para os trechos de recompressão ou de expansão do solo temos o índice de recompressão ou de expansão Cr i e e C f f i r log σ σ H H e 1 e H e 1 H e o o o o COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 38 ad f o o c i ad o o r e H C e H C H log 1 log 1 σ σ σ σ e log σ σad σf σi Cr Cc RECALQUE POR ADENSAMENTO PRIMÁRIO Para os trechos de recompressão ou de expansão do solo temos o índice de recompressão ou de expansão Cr i e e C f f i r log σ σ H H e 1 e H e 1 H e o o o o COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO 39 Solos PréAdensados OCR 1 com σf σad TENSÃO DE PRÉADENSAMENTO Método de Casagrande 1 Identificar o ponto de mínimo raio de curvatura do trecho de recompressão 2 Traçar uma reta horizontal pelo ponto 3 Traçar uma tangente ao trecho de recompressão por esse ponto 4 Traçar a bissetriz do ângulo formado pela horizontal e pela tangente 5 Prolongar a reta virgem até interceptar a bissetriz 6 A vertical do ponto de intersecção fornece a tensão de pré adensamento 370 σ A TENSÃO DE PRÉ ADENSAMENTO 40 TENSÃO DE PRÉADENSAMENTO Método de Pacheco Silva 1 Traçar uma reta horizontal por eo 2 Prolongar a reta virgem até interceptar a reta horizontal 3 Traçar uma reta vertical pela intersecção 4 Identificar o ponto de intersecção dessa vertical com o trecho de recompressão 5 Traçar uma reta horizontal por esse ponto 6 A vertical que passa pela intersecção entre essa horizontal e a reta virgem fornece a tensão de préadensamento 350 σ A TENSÃO DE PRÉ ADENSAMENTO 41