Slide 3 - Compressibilidade e Adensamento

1 Compressibilidade e Adensamento (Parte 3) Mecânica dos Solos II – UERJ Fernando Eduardo Rodrigues Marques  No final do ensaio, retira-se a amostra, a qual se encontra saturada (S = 100%) e determina-se o seu teor de umidade, wf. Conhecendo a densidade das partículas sólidas, G, obtém-se o índice de vazios final, ef, através de: S w G e   S = 100% G w e f f   Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 1 2 2  Conhecendo o índice de vazios final, ef, pode-se determinar o índice de vazios inicial, e0, através de: 0 0 1 H e e H      0 0 0 1 H e e e H f      pois H é conhecido (deformação final da amostra) e H0 é a altura inicial da amostra (igual à altura do anel).  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico Mecânica dos Solos II – UERJ 1 0 0 0 0 0 0          s s s s v s v s v h h h h h h h h S h S V V e 0 0 1 e h hs    s v s v s v h h h S h S V V e      s s v h h h h e       e h hs     e e h h      0 0 1 Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 3 4 3  Conhecendo o índice de vazios final, ef, pode-se determinar o índice de vazios inicial, e0, através de: 0 0 1 h e e h      pois h é conhecido (deformação final da amostra) e h0 é a altura inicial da amostra (igual à altura do anel). Nota: h = hf - h0 é negativo (redução da altura da amostra durante o ensaio). 0 0 0 0 1 h e e e h h f f       0  ...  e Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico  Num ensaio edométrico são obtidas as leituras da altura da amostra ao longo do tempo (em geral 24 h) para cada escalão de carga. 13 14 15 16 17 18 19 0 2000 4000 6000 8000 tempo (min) H (mm) Curva (H – t) para um ensaio com 6 escalões de carga Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 5 6 4 11 13 15 17 19 0 5000 10000 15000 20000 25000 tempo (min) H (mm) Curva (H – t) para um ensaio com escalões de carga e descarga Carga Descarga Recarga Descarga final Carga Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico A partir dos resultados do ensaio edométrico é possível obter: - uma curva (H - log t) por cada escalão de carga ou descarga, as quais permitem estimar o parâmetro do solo que determina o tempo de adensamento – coeficiente de adensamento, cv (método de Casagrande); - uma curva (H - t) por cada escalão de carga ou descarga, as quais permitem igualmente determinar cv (método de Taylor); Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 7 8 5 Escalão 16-32kg 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.1 1 10 100 1000 10000 logt (min) H (mm) Curva (H – log t) para um escalão de carga Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico Curva (H – t) para um escalão de carga 0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 0,140 0 5 10 15 20 25 30 35 raiz t (min) H (mm) Escalão 4-8 kg Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 9 10 6  Conhecendo o índice de vazios inicial, e0, pode-se determinar o índice de vazios no final de qualquer escalão de carga, ei, através de: 0 0 1 h e e h        0 0 1 e h h e         0 0 0 0 1 e h h h e e i i         0 0 0 0 1 e h h h e e i i       Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0 200 400 600 800 tensão efectiva (kPa) Índice de vazios (e) A B C D E F  Diagramas obtidos dos resultados de um ensaio oedométrico: s’v - e - Não linearidade: para a mesma variação de tensão efectiva (s’v) a variação do índice de vazios é diferente; - Plasticidade: na descarga o solo não recupera a totalidade das deformações. Comportamento elastoplástico do solo Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 11 12 7 logs’v - e 1 10 100 1000 tensão efectiva- esc. logarítmica (kPa) A B C D E F e s’P Ramo virgem ou normalmente adensado Ramo sobreadensado Tensão de pré-consolidação ou pré-adensamento Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico  Grau de sobreadensamento, ROC (ou OCR): ' 0 ' v P OC OCR R s  s   Classificação dos solos argilosos quanto ao grau de sobreadensamento: ROC Classificação 1 Normalmente adensado 1 a 2 Ligeiramente sobreadensado 2 a 5 Medianamente sobreadensado > 5 Fortemente sobreadensado Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 13 14 8 Métodos para determinação da tensão de pré-adensamento: - método de Casagrande (mais divulgado); - método de Schmertmann; - método de Josseaume et al.; - método de Pacheco Silva (Brasil). Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico  Tensão de pré-adensamento, s´P. determinação pelo método de Casagrande: 1. localizar o ponto da curva (log s’v – e) de menor raio de curvatura (ponto O); O Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 15 16 9 2. por este ponto (ponto O) traçar uma linha horizontal (linha OC) e uma outra tangente à curva (linha OB); O  Tensão de pré-adensamento, s´P. determinação pelo método de Casagrande: Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 3. traçar a bissectriz do ângulo formado pelas duas linhas anteriores (linha OD); O  Tensão de pré-adensamentoo, s´P. determinação pelo método de Casagrande: D Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 17 18 10 4. prolongar a parte recta da curva de compressibilidade (ramo virgem) até intersectar a bissectriz (ponto E); O  Tensão de pré-adensamento, s´P. determinação pelo método de Casagrande: D E Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 5. a abcissa deste ponto de intersecção (ponto E) corresponde à tensão de pré-adensamento do solo (s´P). O  Tensão de pré-adensamento, s´P. determinação pelo método de Casagrande: D E s’P Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 19 20 11  Tratamento da curva de compressibilidade  A estimativa do recalque por adensamento é efectuada a partir de parâmetros retirados das curvas que relacionam o índice de vazios com a tensão efectiva vertical (curva de compressibilidade).  Para que esta estimativa possa ser fiável, é necessário um ajuste prévio (ou tratamento) das curvas de ensaio, que é usualmente feito com recurso a uma construção empírica proposta por Schmertmann. Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico  Tratamento da curva de compressibilidade Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 21 22 12  Tratamento da curva de compressibilidade – Construção empírica de Schmertmann  Esta construção tem de ser precedida pela determinação de s’P. Caso s’P = s’vo (solo normalmente adensado) 1. Marcar o ponto B de coordenadas (log s’v0 – e0); B s’v0 = s’P Curva de compressão laboratorial e0 Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 2. Marcar o ponto C, pertencente à curva de ensaio e cuja ordenada vale 0,42e0; B s’v0 = s’P C 0,42e0 Curva de compressão laboratorial e0 Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico  Tratamento da curva de compressibilidade – Construção empírica de Schmertmann Caso s’P = s’vo (solo normalmente adensado) 23 24 13  Tratamento da curva de compressibilidade – Construção empírica de Schmertmann Caso s’P = s’vo (solo normalmente adensado) 3. A curva de compressibilidade corrigida (ramo virgem) coincide com a semi-recta BC. B s’v0 = s’P C 0,42e0 Curva de compressão laboratorial e0 Curva de compressão virgem in situ Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico  Tratamento da curva de compressibilidade – Construção empírica de Schmertmann Caso s’P > s’vo (solo sobreadensado) 1. Marcar o ponto D de coordenadas (log s’v0 – e0); D s’v0 Curva de compressão laboratorial e0 Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 25 26 14 2. Marcar o ponto E de abcissa logs’P e que está sobre a semi-recta que parte de D e é paralela ao ramo de recompressão (caracterizado pelo ciclo de descarga-recarga); D s’v0 Curva de compressão laboratorial e0 s’P E Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico  Tratamento da curva de compressibilidade – Construção empírica de Schmertmann Caso s’P > s’vo (solo sobreadensado) 3. Marcar o ponto C, pertencente à curva de ensaio e cuja ordenada vale 0,42e0; D s’v0 Curva de compressão laboratorial e0 s’P E C 0,42e0 Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico  Tratamento da curva de compressibilidade – Construção empírica de Schmertmann Caso s’P > s’vo (solo sobreadensado) 27 28 15 Mecânica dos Solos II – UERJ 4. A curva de compressibilidade corrigida coincide com o segmento de recta DE (ramo de recompressão) e com a semi-recta EC (ramo virgem. D s’v0 Curva de compressão laboratorial e0 s’P E C 0,42e0 Curva de compressão virgem in situ Curva de compressão in situ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico  Tratamento da curva de compressibilidade – Construção empírica de Schmertmann Caso s’P > s’vo (solo sobreadensado)  A grandeza que em cada ponto da curva s’v - e mede (em módulo) a variação do índice de vazios por unidade de acréscimo da tensão efectiva designa-se por coeficiente de compressibilidade, av:  Parâmetros definidores das relações tensões-deformações: Nota: apesar de av variar de ponto para ponto, o usual é definir um av “médio” para cada escalão de carga. v v e a s '   Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 29 30 16  Também se pode medir característica análoga em termos de deformação volumétrica. Define-se então o coeficiente de compressibilidade volumétrica, mv:  Parâmetros definidores das relações tensões-deformações: Nota: apesar de mv variar de ponto para ponto, o usual é definir um mv “médio” para cada escalão de carga. v v vol v a e m      0 1 1 s '  Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico Este e0, corresponde ao e inicial de cada escalão de carregamento.  A partir da curva logs’v - e determina-se o declive (em módulo) do ramo virgem que é definido por índice de compressibilidade, Cc:  Parâmetros definidores das relações tensões-deformações: i v f v i f v c e e e C ' ' log ' log s s s        Terzaghi e Peck:  10 ,0 009    L c w C Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 31 32 17  Analogamente o índice de recompressibilidade, Cr representa o declive (em módulo) do ramo de recompressão da curva logs’v - e:  Parâmetros definidores das relações tensões-deformações: i v f v i f v r e e e C ' ' log ' log s s s        índice de expansibilidade, Cs Cs  Cr Cr  1/5 a 1/10 de Cc  Cc e Cr devem ser determinados após o tratamento da curva de compressibilidade. Mecânica dos Solos II – UERJ  2.7. Tratamento dos resultados do ensaio oedométrico 33