Adensamento e Recalque em Mecanica dos Solos - Resumo Completo

Deformações Devidas a Carregamentos Verticais Capítulo 9 Mecânica de Solos II Definições Gerais ADENSAMENTO é o processo de redução do índice de vazios de um solo por expulsão do fluido e transferência da pressão do fluído para a estrutura sólida devido a cargas aplicadas RECALQUE fenômeno que ocorre quando uma obraestrutura sofre um rebaixamento devido ao adensamento do solo sob sua fundação Recalque é a principal causa de trincas e rachaduras em edificações principalmente quando ocorre de forma diferencial recalque diferencial Recalque primário e Secundário E A COMPACTAÇÃO Recalques Principais Causas de recalques de uma estrutura 1 Aplicação de cargas estruturais 2 Rebaixamento do nível dágua 3 Colapso da estrutura do solo devido ao encharcamento 4 Inchamento de solos expansivos 5 Árvores de crescimento rápido raízes em solos argilosos 6 Deterioração da fundação desagregação do concreto corrosão de estacas metálicas envelhecimento de estacas de madeira 7 Buracos de escoamento 8 Vibrações em solos arenosos 9 Variações sazonais de umidade 10 Efeitos de congelamento Etc Recalques podem se dar de 2 tipos Rapidamente durante e logo após a construção solos arenosos alguns solos argilosos não saturados Lentamente solos argilosos saturados FOCO DESTE CAPÍTULO Comportamento Depender da constituição e do estado do solo n fatores Avaliação com base nos dados dos parâmetros de ensaios Quando o solo de um determinado local não cumpre os requisitos necessários em função dos recalques Decisão 1 Aceitar o material original e ajustar o projeto às restrições por ele impostas 2 Remover o material do seu local original e substituílo por material de qualidade superior elevar os custos 3 Alterar as propriedades do solo existente de forma a criar um material capaz de responder às necessidades da tarefa prevista ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS As alterações às propriedades de um solo podem ser de ordem química e físicagranulométrica Contudo devido à grande variabilidade dos solos nenhum método será bem sucedido em mais do que alguns tipos de solos 4 Fundações Recalques Tipos de Ensaios avaliação de adensamento Compressão Axial base na teoria da elasticidade Compressão Edométrica trabalha com índice de vazios dos solos e correlações com demais parâmetros de compressão Compressão Axial representa dificuldade solo não atente certos princípios de elasticidade Avalia a deformação de um corpo de prova pela ação de uma carga axial aplicada tensões Considera parâmetros baseados na teoria da elasticidade Ensaio de Compressão Axial Deformações TransversalLongitudinal Módulo de Elasticidade Coeficiente de Poisson Parâmetros de Avaliação Ensaio de Compressão Edométrica Compressão em um molde que impede a deformação horizontal simula confinamento do solo Pedra porosa permite saída da água Pode ser Inundado Simula o solo quando comprimido pela ação das cargas de camadas que se depositam em superfície Corpo de Prova Prensa de Alavanca Oedômetro Oedômetro Prensa de Alavanca Coleta de dados Manual ou Automática Compressão Edométrica Para cada carga aplicada registrase a deformação e os diferentes intervalos de tempo até cessarem as deformações que depender de cada tipo de solo Solos arenosos Minutos SiltososMistos Dezenas de minutos Argilosos Horas ou Diaspor Carga aplicada Em relação a altura inicial do corpo de prova podese representar a variação da altura adensamento em função das tensões aplicadas O índice de vazios de cada estágio é calculado a partir do índice de vazios inicial do corpo de prova e da redução da altura Resultados gráfico de tensão versus índice de vazios Planilha de Laboratório carregamento descarregamento No Recalque por Adensamento Ensaio Edométrico A variação se dá pela diferença do Índice de Vazios eo Amostra Argila Saturada Antes e depois de um carregamento As alturas antes e depois do carregamento podem ser assim expressas Antes Depois H0 peso específico real dos sólidos grão H1 peso específico aparente seco vazios Nessa relação Obs Ensaio de adensamento não apresenta a redução dos vazios imediatamente Perfil Genérico argila A fórmula inicial para cálculo de Recalque rhô será O Recalque Específico que é constante mm fica sendo Onde H1 e e1 são características iniciais do solo conhecidas O recalque fica apenas em função do índice de vazios correspondente a cada tensão aplicada pelo ensaio Edométrico As fórmulas Iniciais ρ Recalque m cm dependendo da unidade de entrada no cálculo e2 Índice de vazio final ou índice de vazios no momento desejado ε Recalque específico obtido ao final do ensaio constante para mesmo solo Corpo de Prova CP 38mm de altura Índice de Vazios Inicial de 3387 Primeiro passo é determinara a altura total reduzida Hr Hr altura q seria ocupada pelos sólidos se eles se concentrassem na parte inferior Ex Considere os Resultados de um Ensaio Edométrico Fórmula Hr HCPi1ei Onde Hr altura de reduzidasólidos valor constante p cada solo HCPi altura de CP inicial Hr HCPi1ei 3813387 8662mm Agora é preciso transformar a altura do CP vs tensão eo vs tensão O segundo passo é determinar o índice de vazios en para cada momento de redução do CP HCPn ou seja ao final de cada tensão aplicada Fórmula en HCPnHr1 Onde HCPn altura do CP no momento n en índice de vazios para cada momento n Hr Altura de redução do CP vazios 8662 en HCPnHr1 3778686621 3361 en HCPnHr1 3774686621 3356 Corpo de Prova CP 38mm de altura Índice de Vazios Inicial de 3387 Para os Resultados de um Ensaio Edométrico Após transformar a altura do CP vs tensão eo vs tensão GRÁFICO DE DISPERSÃO variação nos eixos X e Y Formas de Apresentação dos Resultados eo vs σ Forma Gráfica Excel Escala Normal A variação da deformação com as tensões não é linear Escala Logarítmica Possibilita destacar comportamentos diferentes da curva de adensamento Tensão de PréAdensamento σa Resultado de Ensaios Elementos Importantes antes de aplicar a fórmula para cálculo do recalque O resultado é plotado em um gráfico em que no eixo y têmse as variações de volume índices de vazios finais em cada estágio de carregamento e no eixo x em escala logarítmica as tensões aplicadas Distinguese três partes a primeira quase horizontal segunda reta e inclinada e terceira parte ligeiramente curva 1 Curva de Recompressão 2 Reta de Compressão Virgem 3 Curva de Descompressão O primeiro trecho representa uma recompressão do solo até um valor característico de tensão correspondente à máxima tensão que o solo já sofreu na natureza tensão de préadensamento Resultado de Ensaios Elementos Importantes Trecho de Recompressão Ultrapassado o valor característico de tensão σa o corpo de prova começa a comprimirse sujeita a tensões superiores às tensões máximas por ele já suportadas em a natureza As deformações são bem pronunciadas e o trecho reto do gráfico que as representa é chamado de reta virgem de adensamento Resultado de Ensaios Elementos Importantes Trecho de Reta Virgem O terceiro trecho corresponde à parte final do ensaio quando o corpo de prova é descarregado gradativamente e pode experimentar ligeiras expansões Trecho de Descompressão Resultado de Ensaios Elementos Importantes σa Tensão de PréAdensamento Determinada por Diferentes métodos Utilizaremos dos métodos gráficos Tensão de PréAdensamento e sua importância para os cálculos de recalque Corpo de Prova CP 38mm de altura Índice de Vazios Inicial de 3387 condição inicial No Excel Plotar os dados Tensão vs Índice de Vazios Construir gráfico de dispersão eixo x y Eixo X tensões deve estar em escala logarítmica Trazer amanhã na aula para atividade Gráfico construído manter proporção do gráfico Trazer Régua Atividade Plotagem de Dados de Ensaio Edométrico Para Determinação da Tensão de Pré Adensamento RSA e outros índices Gráfico Excel eixo x y em escala normal Gráfico Excel eixo x em escala logarítmica Continua Determinação da Tensão de PréAdensamento A Tensão de PréAdensamento σa fornece importantes informações sobre o solo estudado importante para os cálculos CAUSAS DO PRÉADENSAMENTO Existência de précarregamento geológico ou antrópico Variação na pressão neutra por rebaixamento do nível dágua Secamento superficial do solo com geração de sucção etc Exemplo de um solo sob carregamentos e descarregamentos registro Difícil ser determinado com precisão métodos gráficos Dois métodos mais empregados no Brasil Determinação da Tensão de PréAdensamento σa Arthur Casagrande Engenheiro Civil ÁustriaEUA Considerado um dos fundadores da engenharia geotécnica Casagrande criou o Sistema Unificado de Classificação de Solos SUCS 1936 Determinação da Tensão de PréAdensamento σa Trecho de Recompressão Trecho de Reta Virgem Essencial para cálculo de recalques 1970 Engenheiro Civil IPT Atividade Determinação σa método de Pacheco Silva IPT Tensão de Pré Adensamento Método de Pacheco Silva Aproximadamente 62 kPa Prolongamento da Reta Virgem Horizontal correspondente ao índice de vazios inicial Ponto de intercepto Vertical e horizontal Ensaio de Adensamento Determine Tensão de SobreAdensamento Método de Pacheco Silva Tensão de Pré Adensamento Método de Pacheco Silva Aproximadamente 62 kPa I Vazios e Tensão kPa Com a informação de σa podese definir a Razão de SobreAdensamento RSA ou OCR Over Consolidation Ratio que é a razão entre a tensão de pré adensamento e a tensão efetiva de campo confinamentoprofundidade estudada RSA 1 Solo Normalmente Adensado Quando a tensão de préadensamento corresponde a tensão efetiva do solo coletado no campo RSA 1 Solo SobreAdensado Tensão de préadensamento é maior que a tensão efetiva do solo no campo já foi sobreadensado em algum momento RSA 1 Solo em Adensamento Tensão de préadensamento é menor que a tensão efetiva do solo no campo difícil ocorrer em campo Para acréscimos de tensões que não superem a tensão de preadensamento as deformações a se esperar são quase desprezíveis Razão de SobreAdensamento Tensão de PréAdensamento Tensão em Campo confinamento RSA Situações Parâmetros de Aplicação índices σa AB σa AB σa AB Cr Cc Cr Cc 1 Curva de Recompressão Cr 2 Reta de Compressão Virgem Cc 3 Curva de Descompressão Ce AB AB Determinando Índice de Compressão Solução gráfica Para obtenção de Cc e Cr de modo simples utilizase na escala logarítmica das tensões um intervalo correspondente a um ciclo na escala log ou seja entre 4 e 40 10 e 100 100 e 1000 de forma que a diferença dos respectivos logaritmos seja 1 Ex log 40 log 4 1 log 100 log 10 1 log 1000 log 100 1 Cc e1 e2 Determinando Índice de Compressão Cc Prolongamento da reta virgem Intervalo de tensão na base log Cc e1 e2 Cc 119 088 Cc 031 Ensaio de Adensamento Determine Índice de Compressão Cc Cc 121 Aproximadamente I Vazios e Tensão kPa Parâmetros Utilizados considerando diferentes seções O Índice de Compressão CC é útil para o cálculo de recalque em solos que se estejam comprimindo ao longo da reta virgem Quando RSA 1 ou 1 Qualquer pressão ultrapassará σa Logo o recalque é dado por σa AB Cc Relação entre diferença de índice de vazios pelas tensões no percurso da Reta Virgem Gráfico σa 65 kPa AB Cc 121 45 kPa Exemplo σ1 65 kPa RSA 1 Argila Areia Areia σ2 110 kPa H 8m Cr 014 𝜌 121𝑥8 1 32 𝑙𝑜𝑔 110 65 ei 32 052 m Formas de considerar a tensão efetiva de confinamento σi na camada adensável Podese adotar tensão efetiva σi no ponto médio da camada adensável considerar que esse comportamento representa toda a camada no caso 9m Ou Subdividir a camada adensável Assim adotar a tensão efetiva σi no ponto médio de cada camada subdividida representando apenas o referido trecho ou seja 3m O recalque total será a somatória de todos os trechos Na prática a diferença existe mas é muito pequena 9m 3m 3m 3m Determinando Índice de Recompressão Solução gráfica é a mesma para Cr Utilizar ciclos logarítmicos Ex log 40 log 4 1 log 100 log 10 1 log 1000 log 100 1 Cr e1 e2 Cr 326 313 Cr 013 Intervalo na base log Prolongamento da Recompressão Passa preferencialmente pelo ponto de interceptação entre tensão de Pré Adensamento e o prolongamento da Reta Virgem Ensaio de Adensamento Determine Índice de Recompressão Cr I Vazios e Cr 013 Aproximadamente Tensão kPa Parâmetros Utilizados considerando diferentes seções Índice de Recompressão Cr usado para cálculo de recalque quando um solo apresenta tensão efetiva abaixo da tensão de préadensamento e a carga aplicada não elevará σ além de σa Cr Relação entre diferença de índice de vazios pelas tensões no percurso da Curva de Recompressão gráfico Cr Quando RSA 1 E a pressão aplicada não ultrapassa σa O recalque é dado por σa AB Cr σa 65 kPa AB Cc 121 30 kPa Exemplo σ1 35 kPa RSA 1 Argila Areia Areia σ2 65 kPa H 8m Cr 014 𝜌 014𝑥8 1 32 𝑙𝑜𝑔 65 35 ei 32 007 m Cr Parâmetros Utilizados considerando toda as seções Fórmula completa considerando Cc e Cr ou seja considerando a passagem de um solo em estado de recompressão RSA 1 para tensões acima de σa σa A σi σ1B σf σ2 Quando RSA 1 Condições que leve aumentar a pressão acima de σa o recalque será dado pela seguinte fórmula σa 65 kPa AB Cc 121 60 kPa Exemplo σ1 35 kPa RSA 1 Argila Areia Areia σ2 95 kPa H 8m Cr 014 𝜌 8 1 32 𝐶𝑟𝑙𝑜𝑔 65 35 𝐶𝑐𝑙𝑜𝑔 95 65 ei 32 045 m Cálculo dos Recalques Compressibilidade Edométrica A determinação corresponde a aplicação de proporcionalidade Se uma carga provoca certo recalque em um CP de altura X elá provocará na camada deformável um recalque n vezes maior quanto for a espessura da camada Como o recalque específico ε é constante logo se para certa carga em um corpo de prova de 2cm que temse um recalque de 01cm ε 005 cmcm se essa amostra representa uma camada de 2m 200cm teremos um recalque de 10 cm para a mesma carga Perfil de Solo Argila Ex Amostra corpo de prova de 2cm Importante fazer várias avaliações para dados mais precisos Podese estratificar em camadas Atividade Considere o terreno na figura sobre o qual será construído um aterro que transmitirá uma pressão uniforme de 40kPa O terreno foi sobreadensado préadensado RSA1 pelo efeito de uma camada de 1m de areia superficial que foi erodida Assim sabese que a tensão de préadensamento é 18kPa superior à tensão efetiva existente em qualquer ponto do solo O recalque por adensamento ocorre na argila mole cujo índice de compressão Cc é de 18 e cujo índice de recompressão Cr é 03 Calcule o recalque considerando que o solo apresenta uma deformação igual ao ponto médio B Cota 85m e apresente o valor do Recalque específico Determine também o recalque estratificando o perfil utilizando os dados médios de cada subcamada A B C Perfil do Terreno Fórmula Onde H Altura da camada de solo que sofrerá o recalque e1 Índice de vazios inicial σa tensão de préadensamento σi tensão efetiva inicial σf tensão efetiva final tensão efetiva carga aplicada cr Índice de recompressão cc Índice de compressão Recalque utilizando dados médios camada B Resultado Recalques utilizando dados médios de cada subcamada A B C Bibliografia PINTO C S Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 Aulas Oficina de textos São Paulo 2002 247p