Análise de Estabilidade de Aterro sobre Solos Moles

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS Mecânica dos Solos II Amanda Arantes Ribeiro 2021016093 Carolina Berger Oliveira 2022421293 Evellyn de Souza Pereira 2020023673 RESISTÊNCIA NÃO DRENADA DAS ARGILAS 2 1 Introdução A resistência não drenada das argilas é um parâmetro essencial em geotecnia refletindo a capacidade do solo de suportar esforços de cisalhamento sem drenagem da água intersticial durante o ensaio Este parâmetro é especialmente relevante em condições saturadas e rápidas como escorregamentos ou fundações 2 Problemática Baseandose no perfil de solo apresentado e nos resultados dos ensaios de adensamento Vane Test e Compressão Triaxial foi avaliado se a construção de um aterro rodoviário poderia provocar uma ruptura não drenada no solo de argila mole 21 Resistência Não Drenada por Ensaios Triaxiais UU A Resistência não drenada medida por Ensaios Triaxiais UU é uma técnica para determinar a resistência ao cisalhamento de solos argilosos moles quando submetidos a condições de carregamento rápido sem drenagem Nos ensaios UU a amostra de solo é submetida a uma pressão confinante constante e posteriormente carregada axialmente até a ruptura sem permitir drenagem A velocidade do ensaio permite a geração de poropressão durante a fase de cisalhamento e são medidas a tensão desviadora e a poropressão em função da deformação Esse ensaio é essencial para avaliar a resistência de solos em aterros e fundações sob condições em que a drenagem é lenta ou inexistente Tendo que σ1 é a tensão principal maior tensão axial no momento da ruptura σ3 é a tensão principal menor pressão confinante aplicada durante o ensaio e analisando os dados informados podemos seguir com os seguintes valores Imagem 1 Equações de diferença e média das tensões principais respectivamente 3 Ensaio σc kgfcm² σd kgfcm² σ1 kgfcm² σ3 kgfcm² q kgfcm² p kgfcm² 1 05 06 11 05 03 08 2 1 07 17 1 035 135 3 2 08 28 2 04 24 4 3 09 39 3 045 345 Tabela 1 Valores de tensões obtidos através do ensaio de compressão triaxial não adensado e não drenado 22 Resultados de resistência não drenada Ensaio Su kgfcm² Su kPa 1 03 294 2 035 319 3 04 368 4 045 417 23 Resistência Não Drenada por Vane Test nos Pontos A B e C O Vane Test ou ensaio de palheta é um método utilizado para determinar a resistência ao cisalhamento não drenada de solos argilosos moles em campo O ensaio consiste na cravação de uma palheta de aço em formato de cruz no solo que é então girada para aplicar torque até que o solo cisalhe Esse método é rápido e prático permitindo a obtenção de valores de resistência ao cisalhamento em condições naturais e amolgadas do solo É muito utilizado em projetos de aterros e outras obras de engenharia onde a resistência ao cisalhamento de solos moles é crucial A resistência nos pontos A B e C foi determinada pelo Vane Test onde a resistência não drenada σu ou Su é calculada com a fórmula Sendo T o torque aplicado e o K um fator de forma que podemos obter com a seguinte formula 4 Para H 01 m e D 0075 m obtevese K 00011 m³ Os valores de torque e resistência são Ponto A Torque 33534 Nm σu 30485 kPa Ponto B Torque 32838 Nm σu 29852 kPa Ponto C Torque 29450 Nm σu 26772 kPa 24 Parâmetro de Resistência Não Drenada Su Escolhido A escolha do parâmetro de resistência não drenada Su a ser adotado em um projeto depende de vários fatores incluindo a representatividade dos ensaios e as condições específicas do solo e do projeto Ensaios de campo podem ser utilizados para uma visão geral e confirmação das condições in situ enquanto ensaios de laboratório podem fornecer detalhes adicionais sobre o comportamento do solo Para a superfície de ruptura no ponto B é mais adequado utilizar o Su obtido no Vane Test devido à representação mais fiel das condições naturais do solo enquanto os resultados de laboratório podem ser usados como referência integrando ambos teremos melhores resultados 24 Resistência Não Drenada do Solo e Círculo de Mohr na Construção do Aterro Imagem 2 Ilustração de Círculo de Mohr Imagem 3 Equações de tensão normal e tensão cisalhante respectivamente 5 Imagem 5 Círculos de Mohr antes e depois da construção do aterro Com h 4 m e γh 184 kNm³ o acréscimo de tensão é Δσ γh h 736 kPa Para uma tensão inicial vertical σv 92 kPa a tensão cisalhante máxima τmax é 368 kPa Como τmax Su há risco de ruptura 3 Conclusão A análise indicou que a tensão cisalhante máxima excede a resistência não drenada do solo sugerindo risco de ruptura Recomendase revisar o projeto do aterro com medidas mitigadoras como reduzir a altura do aterro ou implementar técnicas de reforço ou drenagem 6 4 Referencias 1 Resistencia ao cisalhamento Roteiro de estudos Disponível em httpsvirtualufmgbr20242pluginfilephp387463modresourcecontent1FGII20 Aula20012020IntroduC3A7C3A3o20a20resistC3AAncia20ao 20cisalhamento20dos20solospdf 2 Círculo de mohr no Excel Disponível em httpswwwyoutubecomwatchvun DNQAPMc 3 Métodos de investigação do subsolo Ensaio da Palheta ou Vane Test Disponível em httpwwwarchuscomdynamiccadsite20180710metodosdeinvestigacaodo subsoloensaiodapalhetaouvanetest UFMG UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS AMANDA ARANTES RIBEIRO 2021016093 CAROLINE BERGER FONSECA OLIVEIRA 2022421293 EVELLYN DE SOUZA PEREIRA 2020023673 Mecânica dos Solos II Revisão de Mecânica dos Solos I TRABALHO DE ADENSAMENTO Belo Horizonte 2024 1 Introdução O estudo do adensamento dos solos é um tema de grande relevância dentro da disciplina de Mecânica dos Solos II O adensamento é um processo pelo qual o solo sofre uma redução de volume devido à expulsão de água dos seus poros quando submetido a uma carga Este fenômeno é crucial para a compreensão do comportamento dos solos em obras de engenharia tais como fundações barragens aterros e estradas Neste trabalho serão abordados os fundamentos teóricos do adensamento dos solos os métodos de ensaio para a determinação das propriedades de adensamento e a aplicação prática desses conceitos em projetos de engenharia 2 Objetivo O objetivo do trabalho é resolver a problemática apresentada no tópico a seguir para que ocorra um desenvolvimento de habilidades relacionadas aos estudos geotécnicos em tensões de solo com direcionamento para a temática de adensamento 3 Problemática Este trabalho tem como avaliar a resposta de um perfil de solo argiloso submetido à construção de uma rodovia A partir de ensaios de caracterização e adensamento serão determinados parâmetros fundamentais como os índices físicos da camada de solo tensões geostáticas e acréscimos de tensões induzidos pelo aterro Além disso será feita uma análise do comportamento de adensamento da camada argilosa para avaliar recalques e prever o tempo necessário para que o grau de adensamento atinja 90 Esses cálculos são essenciais para o planejamento e segurança de obras de infraestrutura que envolvem a construção sobre solos compressíveis Considerando o perfil de solo a seguir com os ensaios de caracterização e adensamento Anexo 1 e sabendo que em cima do mesmo será construído um aterro para a construção de uma rodovia de material granular compactado com peso específico de 184kNm³ em uma altura de 4m e uma largura da base de 12 metros taludes 1V15H Determine a Os índices físicos da camada argilosa b As tensões geostáticas e o acréscimo de tensões no ponto B c A curva de adensamento do ensaio d A tensão de préadensamento e Recalque total f Coeficiente de adensamento pelos métodos de Taylor e Casagrande para os carregamentos referentes ao segundo e o penúltimo estágios de carregamento adote o valor médio g Determine o tempo necessário para o grau de adensamento ser de 90 h Pesquise e descreva quais soluções poderiam ser adotadas para a aceleração do adensamento visto que o tempo hábil de execução da obra é de 6 meses Figura 1 Imagem do solo disponível no estudo Figura 2 Ilustração do problema 4 Metodologia Para o desenvolvimento dos estudos foram utilizados os seguintes métodos Método de Taylor Proposto em 1942 Taylor definiu uma abordagem que consiste em traçar uma linha auxiliar paralela ao início do adensamento primário Essa linha possui abscissas equivalentes a 115 vezes as abscissas do trecho inicial retilíneo da curva do ensaio O ponto onde essa linha auxiliar intercepta a parte não linear da curva do ensaio representa o momento em que ocorre 90 do adensamento Método de Casagrande Desenvolvido em 1936 o método de Casagrande baseiase na análise da curva que relaciona a porcentagem de adensamento U ao fator de tempo T utilizando uma escala semilogarítmica Ao plotar os dados do ensaio em função do tempo esse formato de representação facilita a identificação do intervalo correspondente ao adensamento primário 5 Desenvolvimento 51 Índices físicos da camada argilosa A seguir está expresso o memorial dos cálculos realizados Área A 2πr x r h Volume V πr 2h Peso Específico Úmido γ mt g Vt Peso Específico Seco γd γ 1w Índice de Vazios e ys yd 1 Grau de Saturação S ys w e yw CARACTERISTICAS DO CORPO DE PROVA UMIDADE NATURAL Antes do adensamento Diâmetro cm 2050 Altura cm 5035 Área cm² 39008 Volume cm³ 1661 Massa úmida g 2927 Indice de vazios 106 Peso específico úmida KNm³ 17287 Peso específica seca KNm³ 12488 Grau de saturação 095 LL 4623 LP 2800 IP 1823 ys 2569kNm³ Quadro 1 Índices Físicos UMIDADE NATURAL Teor de umidade Antes do carregamento Depois Cápsula F20 F107 F174 F70 F35 F28 Tara g 3220 3426 3098 2759 2724 3420 Solo úmido tara g 6340 5980 6002 5280 4834 5346 Solo seco tara g 5483 5266 5193 4530 4216 4764 Massa de água g 857 714 809 75 618 582 Massa seca g 2263 184 2095 1771 1492 1344 Teor de umidade 3787 388 3862 4235 4142 433 Teor de umidade médio 3843 4236 Quadro 2 Umidade Natural 52 As tensões geostáticas e o acréscimo de tensões no ponto B Tensões geostáticas Tensão vertical σv Σ zi x γ Poropressão u zw x yw Tensão vertical efetiva σv σv u Quadro 3 Tensões Geostáticas Acréscimo de Tensões O ponto B está sujeito tanto às tensões geradas pelo peso próprio do solo quanto às tensões verticais resultantes do carregamento aplicado pelo aterro Considerando que o aterro representa um carregamento uniformemente distribuído sobre uma faixa de largura constante e comprimento infinito é empregada a solução de Carothers para determinar as tensões induzidas por esse carregamento Essa abordagem permite calcular as tensões no subsolo de forma precisa considerando a distribuição uniforme da carga Supondo que o Ponto B esteja situado a 85 metros abaixo do centro da fundação têmse tg α 6 85 α 3522 σv 184 314 sen 2α 2α σv 127 kPa σv total 798 127 925 kPa 53 A curva de adensamento do ensaio Foram disponibilizados 10 quadros distintos com valores de tensão aplicada σ e variação de altura ΔH registrados durante o ensaio de adensamento Após organizar os dados e realizar os cálculos necessários foi possível construir a curva característica de adensamento que descreve o comportamento do material analisado TENSÃO APLICADA KPA X ÍNDICE DE VAZIOS E 11000 10500 10000 09500 09000 08500 08000 07500 07000 1 10 100 1000 10000 Índice de Vazios e Tensão Aplicada kPa Gráfico 1 Curva de Adensamento 54 A tensão de préadensamento A tensão de préadensamento é determinada utilizando o método de Pacheco Silva TENSÃO APLICADA KPA X ÍNDICE DE VAZIOS E 11000 10500 10000 09500 09000 08500 08000 07500 07000 1 10 100 1000 10000 Índice de Vazios e Tensão Aplicada kPa Índice de vazios inicial Prolongamento da reta virgem Gráfico 2 Tensão de PréAdensamento 55 Recalque total O termo recalque referese à redução do volume de um solo devido à aplicação de um carregamento No caso analisado o carregamento excede a tensão de préadensamento o que exige que o cálculo do recalque total seja dividido em duas etapas 1 O recalque correspondente ao aumento de tensão desde a tensão inicial existente até a tensão de préadensamento 2 O recalque referente ao incremento de tensão da tensão de préadensamento até a tensão final aplicada Para esse cálculo é utilizada a seguinte equação Sendo ΔHrecalque Hprofundidade ponto médio eᵢíndice de vazios inicial Cᵣíndice de recompressão Cc índice de compressão σₐtensão de préadensamento σ₁tensão geostática inicial σ₂tensão geostática final G TENSÃO APLICADA KPA X ÍNDICE DE VAZIOS E 11000 10500 10000 09500 09000 08500 08000 07500 07000 1 10 100 1000 10000 Índice de Vazios e Tensão Aplicada kPa Índice de vazios inicial Prolongamento da reta virgem 1280 kPa e 08058 Gráfico 3 Recalque 56 Coeficiente de adensamento pelos métodos de Taylor e Casagrande O coeficiente de adensamento do solo Cv desempenha um papel crucial na engenharia geotécnica pois permite determinar 1 A porcentagem de adensamento em uma camada compressível em uma profundidade z após um tempo t de carregamento 2 A porcentagem média de adensamento de toda a camada de solo compressível após o mesmo tempo t de carregamento Esse coeficiente é obtido a partir da curva de recalque em função do tempo Existem dois métodos principais para calcular o Cv o método de Taylor e o método de Casagrande Método de Taylor 1 Constróise o gráfico da raiz quadrada de t versus a altura do corpo de prova 2 Prolongase o trecho retilíneo da curva até interceptar o eixo das ordenadas 3 Escolhese um valor qualquer de abscissa no gráfico e a partir dele traçase uma linha horizontal correspondente 4 Calculase 15 do valor da abscissa escolhida definindo um novo ponto na curva 5 Traçase uma reta até a curva para determinar o ponto de interseção As coordenadas desse ponto fornecem os valores de t₉₀ e h₉₀ Método de Casagrande 1 Constróise o gráfico do tempo em escala logarítmica versus a altura do corpo de prova 2 Traçamse duas tangentes uma na parte central da curva e outra na parte final reta da curva de ensaio 3 O ponto de interseção das tangentes fornece as coordenadas do ponto T₁₀₀ 4 Identificase o ponto da curva que corresponde a 1 minuto e a partir desse ponto traçase uma linha horizontal até o valor de 025 minutos 5 Projetase esse ponto na curva de ensaio determinando outro ponto na mesma abscissa que esteja a uma distância equivalente ao primeiro ponto traçado horizontalmente 6 A partir do ponto obtido traçase uma tangente até a tangente central da curva correspondente a T₀ 7 Por fim calculase o ponto médio entre T₀ e T₁₀₀ cujas coordenadas correspondem ao ponto T₅₀ Ambos os métodos fornecem o valor de Cv essencial para analisar o comportamento de camadas compressíveis sob carregamento Cv T₉₀ Hd² t₉₀ T₉₀ 0848 fator tempo para U 90 Hd altura de drenagem t₉₀ tempo correspondente a 90 de adensamento Cv T₅₀ Hd² t₅₀ T₅₀ 0196 fator tempo para U 50 Hd altura de drenagem t₅₀ tempo correspondente a 50 de adensamento 2 CARREGAMENTO Gráfico 4 Determinação T Método de Taylor 2 CARREGAMENTO Gráfico 5 Determinação T Método de Casagrande 9 CARREGAMENTO Gráfico 6 Determinação T Método de Taylor 57 Determine o tempo necessário para o grau de adensamento ser de 90 Calculase t por meio da seguinte equação Tv Cv t H² t 0945² 0848 t 2149 Meses 58 Pesquise e descreva quais soluções poderiam ser adotadas para a aceleração do adensamento visto que o tempo hábil de execução da obra é de 6 meses Em muitas obras o tempo de execução é um fator crucial e garantir o adensamento necessário do solo em prazos reduzidos pode ser um grande desafio Nesse cenário é essencial explorar soluções que acelerem o processo de adensamento do solo Podemos citar como exemplo as seguintes técnicas Préadensamento O préadensamento é uma técnica geotécnica que consiste na aplicação de cargas temporárias ao solo antes do início da construção Essas cargas geralmente aplicadas por meio de aterros elevados têm o objetivo de acelerar a expulsão da água intersticial do solo promovendo um adensamento mais rápido Essa técnica reduz significativamente o tempo necessário para a consolidação do solo e minimiza recalques durante a obra É particularmente eficaz em solos altamente compressíveis onde o adensamento natural seria muito lento Drenagem Vertical A drenagem vertical é utilizada para remover a água intersticial do solo de forma controlada acelerando o processo de adensamento Para isso são instalados elementos drenantes como drenos verticais ou colunas de areia que funcionam como canais para a rápida saída da água em direção às camadas superiores Essa técnica é especialmente eficiente em solos coesivos como argilas que possuem baixa permeabilidade e apresentam um adensamento natural mais lento Compactação do Solo A compactação é um processo fundamental que visa aumentar a densidade e a resistência do solo pela redução dos espaços vazios entre as partículas Realizada por meio de equipamentos como rolos compactadores ou placas vibratórias pode ser feita por impacto pressão estática ou vibração A compactação melhora a estabilidade do solo reduz os recalques excessivos e contribui para a durabilidade das estruturas construídas Controle da Umidade Manter o nível adequado de umidade no solo é essencial para garantir um adensamento eficiente dentro do prazo estipulado Isso pode ser alcançado por técnicas de irrigação controlada que mantém a umidade em níveis ideais e pela aplicação de coberturas impermeáveis como lonas plásticas para evitar a perda de umidade Esse controle garante que o solo permaneça nas condições adequadas para o adensamento A adoção de uma abordagem integrada que combine as técnicas mencionadas é essencial para atender às demandas específicas de cada projeto Além disso práticas rigorosas de controle de qualidade e monitoramento contínuo permitem avaliar a eficácia das soluções implementadas e ajustar estratégias quando necessário Essa metodologia criteriosa e adaptável assegura resultados satisfatórios otimiza o adensamento do solo e contribui para o cumprimento dos prazos de forma eficiente e segura promovendo o sucesso geral do projeto 6 Conclusão Concluise que é essencial entender o comportamento dos solos quando submetidos a carregamentos e como eles se ajustam gradualmente ao longo do tempo Além disso destacase a importância de selecionar corretamente os métodos de compactação e as técnicas de drenagem pois essas estratégias podem acelerar significativamente o processo de adensamento 13 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS Mecânica dos Solos II Amanda Arantes Ribeiro 2021016093 Carolina Berger Oliveira 2022421293 Evellyn de Souza Pereira 2020023673 ANÁLISE DA ESTABILIDADE DE TALUDES SOBRE SOLO MOLE Belo Horizonte 2024 1 Introdução Neste trabalho será abordada a análise de estabilidade de aterros construídos sobre solos moles com ênfase na resistência ao cisalhamento não drenada adensamento e equilíbrio limite A importância da resistência ao cisalhamento dos solos será discutida especialmente em condições onde a drenagem é limitada como em solos moles sendo essencial para garantir a segurança e estabilidade de obras de engenharia civil O trabalho incluirá uma análise detalhada dos resultados obtidos a partir dos ensaios de adensamento Vane Test e Compressão Triaxial bem como o cálculo do fator de segurança e recomendações para melhorias na estrutura do aterro 2 Problemática Com base no perfil de solo e nos resultados dos ensaios de adensamento Vane Test e Compressão Triaxial analisase a possibilidade de ruptura não drenada em um aterro rodoviário construído sobre solo argiloso mole 3 Metodologia 31 Ensaios Triaxiais Os Ensaios Triaxiais são empregados para determinar a resistência ao cisalhamento em condições não drenadas As técnicas incluem a aplicação de pressão confinante constante e carregamento axial até a ruptura com medidas de tensão desviadora e poropressão 32 Análise do Círculo de Mohr O Círculo de Mohr é utilizado para ilustrar as condições de tensão antes e depois da construção do aterro avaliando o risco de ruptura com base no acréscimo de tensão e resistência não drenada do solo 4 Cálculos e discussões 41 Acréscimo de Tensões Primeiro determinamos o acréscimo de tensão vertical devido ao peso do aterro Δσγh Onde γ peso específico do aterro 184 kNm³ h altura do aterro 4 m Logo Δσ184 4 m736 kPa Desta forma concluise que 42 Fator de Segurança Segundo calculamos o Fator de Segurança utilizando o método de equílibrio limite para uma superfície circular de ruptura FS cLWcosθ Wsinθ Onde c coesão efetiva do solo 5 kPa L largura do aterro 12 m W peso das fatias de solo Δσ L 8832 kPa θ ângulo de atrito 30º sendo cos30 0866 e sen30 05 Logo FS 187 Desta forma concluise que a estabilidade do aterro está garantida UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS ESCOLA DE ENGENHARIA Av Antônio Carlos 6627 BLOCO 01 30 andar 31270901 Campus Pampulha Belo Horizonte MG Setor Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia Fone 031 34091790 Fax 031 34091793 Mecânica dos Solos II Análise de Estabilidade de Aterro sobre solos Moles VALOR 5 PONTOS Este documento apresenta as orientações para a escrita e desenvolvimento do primeiro trabalho da disciplina em grupo de no máximo 4 integrantes no formato de relatório técnico no dia 08 de janeiro de 2025 Este trabalho tem com finalidade aplicar em um problema prático os conceitos aprendidos de adensamento resistência ao cisalhamento dos solos de forma não drenada e estabilidade de taludes ORIENTAÇÕES FORMATAÇÃO a Um texto contendo todos os quesitos pedidos deve ser elaborado respeitando a sequência em que foram pedidos ATENÇÃO o item não identificado na sequência será considerado faltante e cada item faltante representará 1 ponto a menos no valor final do trabalho b As páginas deverão ser numeradas na sua parte inferior com números alinhados à direita exceto a capa que não conterá numeração c Esta capa deve ter o nome e matrícula dos alunos que elaboram o trabalho Nomes de integrantes que não estiverem na capa do trabalho não receberão nota e não serão aceitos pedidos de inclusão de nome após o envio do arquivo d A avaliação será baseada na qualidade do texto e na capacidade de atender às regras especificadas e Toda memória de cálculo deve ser apresentada de forma organizada e coerente com a resolução do problema ORIENTAÇÕES TÉCNICAS Problemática Considerando o perfil de solo a seguir com os ensaios de caracterização e adensamento analisados no Trabalho 1 e o valor de resistência não drenada para o solo argiloso obtido no Trabalho 2 e sabendo que em cima do mesmo será construído um aterro para a construção de uma rodovia de material granular compactado com peso específico de 184kNm³ em uma altura de 4m e uma largura da base de 12 metros taludes 1V15H com coesão de 5kPa e ângulo de atrito de 30 Determine a O Fator de Segurança através da análise de estabilidade por equilíbrio limite no momento final da construção deste aterro Considere uma superfície circular de ruptura b Faça um breve relato dos três trabalhos realizados sobre esta problemática e responda i O aterro irá adensar dentro do prazo previsto para a execução da obra não deixando havendo a possibilidade de recalques após a construção do aterro ii O acréscimo de tensões sobre o ponto B do perfil estudado irá atingir a envoltória de ruptura não drenada sabendo que este é o ponto mais crítico na espessura da camada argilosa iii A estabilidade o aterro é garantida com um Fator de Segurança acima de 15 Em caso negativo indique quais seriam as possíveis soluções que você como engenheiro poderia propor para solucionar este problema