Fundações - Compressibilidade

Fundações - Compressibilidade

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Introdução

Um dos aspectos de maior interesse da engenharia geotécnica → determinação das deformações devido a carregamentos verticais na superfície do terreno ⇒ cálculo de recalques

–Tipos de deformações

Deformações rápidas → observadas em solos arenosos e solos argilosos não saturados

Deformações lentas → observadas em solos argilosos saturados ⇒ aplicação da Teoria do Adensamento

–Formas de análise

•Cálculo de recalques pela Teoria da Elasticidade •Cálculo de recalques pela compressibilidade oedométrica

Recalques pela Teoria da Elasticidade

–Ensaios de compressão axial e triaxial

Aplicação de carga vertical em corpo de prova cilíndrico •com confinamento (ensaio de compressão triaxial) ou

•sem confinamento (ensaio de compressão axial ou compressão simples)

Medições:

•deformações axiais (εa) •deformações radiais (εr)

–Parâmetros de deformabilidade

Embora o solo apresente deformações não recuperáveis após certo nível de tensões (material não-elástico) e apresente relação tensão-deformação não constante (material não-linear) é freqüente a hipótese de comportamento elástico linear para os solos.

Definição de módulo de elasticidade (E) e coeficiente de Poisson (νννν)

É incorreta a definição de parâmetros únicos de deformabilidade para os solos → p.ex. E varia com o nível de tensões de confinamento e de tensão axial.

Nos casos correntes admitem-se valores constantes para intervalos de tensões específicos.

Ordem de grandeza de valores para o módulo de elasticidade:

•Argilas saturadas em solicitação não drenada

CONSISTÊNCIAE (MPa) muito mole< 2,5 mole2,5 a 5 média5 a 10 rija10 a 20 muito rija20 a 40 dura> 40

TIPO DE AREIACOMPACIDADE
grãos frágeis, angulares 1535
grãos duros, arredondados 5100

•Areias em solicitação drenada (tensão confinante de 100 kPa) FOFA COMPACTA

Para outros valores de tensão confinante (σc) pode-se aplicar a equação empírica de Janbu na estimativa de E(σc)

onde:Pa : Pressão atm (100kpa)

Ea : Módulo a Pa n : geralmente 0,5 arε na c aac )P

–Cálculo dos recalques pela Teoria da Elasticidade

A Teoria da Elasticidade, empregada no cálculo de tensões no interior do solo devido a carregamentos externos na superfície do terreno, também pode ser utilizadas no cálculo dos recalques.

Os recalques na superfície de uma área carregada:

onde: σ0 = tensão uniformemente distribuída na superfície

E e ν = parâmetros de deformabilidade B = largura (ou diâmetro) do carregamento

I = coeficiente f(forma da superfície carregada e da aplicação das pressões - elemento rígido ou flexível)

TIPO DE PLACARÍGIDAFLEXÍVEL
circular 0,791,0 0,64
quadrada 0,861,1 0,56
retangularL/B=2 1,171,52 0,75
L/B=5 1,62,10 1,05
L/B=10 2,02,54 1,27

Valores para o coeficiente de forma (I): CENTRO BORDA

Problemas no uso da Teoria da Elasticidade:

- Variação do E com o nível de tensão aplicado e com a tensão de confinamento (profundidade);

- A aplicação da Teoria da Elasticidade na sua forma mais simples é limitada a um meio uniforme. Não se adequa a análise de uma camada compressível (depósito de argila mole ou areia fofa) em meio a duas camadas menos deformáveis → análise dos recalques pela compressibilidade oedométrica

Recalques pela compressibilidade oedométrica

Em situações de terreno onde temos uma camada compressível, cuja espessura é bem menor que a largura do carregamento, entre duas outras camadas menos deformáveis → aproximação a compressão oedométrica.

Na previsão do recalque aplica-se uma simples relação proporcional entre recalque e espessura da camada.

Uma situação típica onde a análise de recalques é feita pela compressibilidade oedométrica → uma camada de argila mole saturada entre duas camadas de areia permeável

Nesta situação existe duas condições importantes: a) Existe uma importante componente de deformação volumétrica.

É empregado o termo compressibilidade ⇒ propriedade de certos corpos de mudarem de forma e/ou volume quando lhe são aplicadas cargas externas.

Os solos diferentemente de outros materiais em engenharia, se deformam muito, as deformações se dão tanto em forma como em volume, as relações carga-deformação são relativamente menos precisas.

Os recalques costumam ser expressos em função da variação do índice de vazios do solo:

b) No caso de estratos compressíveis pouco permeáveis → deformações diferidas no tempo ⇒ Teoria do Adensamento.

()()fsf0s0e1HHe e1HH+⋅=+⋅=

–Teoria do Adensamento

• Introdução

O Princípio das Tensões Efetivas estabelece que as variações de volume são devido tão somente a variações nas tensões efetivas.

Supondo um elemento de solo saturado tem-se duas fases distintas: fase sólida → esqueleto mineral e fase líquida → água nos poros.

Aplicando uma pressão de compressão sobre este elemento, a variação de volume decorrente se dá por redução nos vazios, visto que os grãos são relativamente incompressíveis.

A redução dos vazios implica no estabelecimento de um gradiente hidráulico determinante de um fluxo de dentro para fora do elemento → drenagem.

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