compressibilidade e adensamento

compressibilidade e adensamento

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Uma das principais causas de recalques é a compressibilidade dos solos, ou seja, a diminuição do seu volume sob ação das cargas aplicadas; em particular um caso de grande importância é aquele que se refere á compressibilidade de uma camada de solo, saturada e confinada lateralmente. Tal situação condiciona os chamados recalques por adensamento, que alguns autores preferem denominar recalques por consolidação. A Torre de Pisa é um exemplo clássico de obra que promoveu um grande adensamento do solo sob suas fundações gerando um elevado nível de recalque diferencial. Outro exemplo bastante citado no Brasil são os prédios na orla da cidade de Santos.

A compressibilidade de um solo é indicada pelo índice de adensamento, o qual pode ser obtido por vários métodos. O mais utilizado é o método clássico desenvolvido por Terzaghi e conhecido no Brasil como ensaio de adensamento lateralmente confinado ou ensaio edométrico. O processo consiste na aplicação de carregamentos verticais em uma amostra lateralmente confinada. Nesse processo ocorre a redução do volume do solo. Esta redução é devida a tensão sobre a amostra, que faz com que as partículas de solo posicionem-se de forma mais compacta, reduzindo o volume de vazios e consequentemente o volume total. Quando a amostra está saturada, o adensamento se dá pela expulsão da água.

Processo de adensamento

A fim de se explicar em que consiste a mecanismo do processo de adensamento, consideraremos o caso de uma fundação que distribui sua carga a uma camada de argila saturada, limitada por camada de areia e por um leito rochoso, impermeável.

Em um ponto M qualquer da camada compressível de argila saturada, admitamos que a pressão transmitida pela fundação seja P0.

Ora, parte dessa pressão, U, vai ser transmitida à água que enche os vazios do solo; e a outra parte, P, às suas partículas sólidas, de modo que:

P0 = P + U

A pressão p em o nome de pressão efetiva grão a grão, e ao acréscimo de pressão neutra, u, chama-se sobrepressão hidrostática.

A água (admita incompressível) que está presa nos vazios do solo, sofrendo esta sobrepressão, começa a se escoar em direção vertical, no sentido da camada de drenagem de areia; no caso da argila, como a sua permeabilidade é muito baixa, o escoamento se faz muito lentamente.

Dessa forma, a pressão u vai diminuindo até anular-se, e P vai aumentando, uma vez que P0 é constante.

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Assim, no momento de aplicação da carga: U = P0 e P = 0 e, no final , quando cessa a transferência de pressões de U para P, praticamente U = 0 e P = P0. Em uma fase intermediária qualquer, teremos:

P0 = P(t) + U(t)

Uma vez que P e U são funções do tempo.

Esta é a lei fundamental que rege o fenômeno do adensamento das camadas de solo.

O processo de consolidação é explicado, freqüentemente, com um sistema idealizado por Terzaghi, onde o solo é representado por uma mola cuja deformação é proporcional à carga sobre ela aplicada. O solo saturado pode então ser imaginado como uma mola dentro de um cilindro cheio de água. O cilindro tem um pequeno furo no seu êmbolo, por onde a água pode sair lentamente representando assim a sua baixa permeabilidade.

Teoria do adensamento de solos de Terzaghi em analogia com um sistema mecânico.

O modelo mecânico de Terzaghi, representado na figura acima, tem seu funcionamento conforme descrito a seguir.

1. O cilindro cheio d'água, e com a mola dentro, estão em equilíbrio e representam o solo saturado; 2. É aplicado um carregamento sobre o pistão. Nesse momento a água é que sustenta toda a carga pois ela pode ser considerada incompressível;

3. À medida que a água é drenada pelo orifício, parte do carregamento passa a ser suportado pela mola que vai encolhendo e aumentando sua resistência. O solo está adensando; 4. O sistema volta ao equilíbrio pois a pressão da água foi toda dissipada e a mola, que representa a estrutura sólida do solo, suporta a carga sozinha. É o fim do adensamento.

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TEORIA DO ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAL DE TERZAGHI (1925)

1 - A camada de argila é homogênea, completamente saturada, lateralmente confinada e de espessura constante.

2 - A compressão da camada é devido à variação no volume, apenas causada pela saída da água dos poros (a água e as partículas do solo são incompressíveis).

5 - O coeficiente de adensamento C é constante durante o adensamento

3 - A Lei de Darcy é válida. 4 - A deformação do solo ocorre apenas na direção da aplicação da carga.

Entender o fenômeno, calcular e prever os recalques, as pressões neutras que aparecem e a progressão dos recalques com o tempo.

OBJETIVO: simular a compressão em um solo sujeito a um carregamento externo.

AMOSTRA: Saturada, Espessura = 25,4 m, Diâmetro = 63,5 m

APARELHO: Edômetro DESCRIÇÃO DO ENSAIO:

Todos os tipos de aparelhos- denominados edômetros- utilizados no laboratório para determinação das características de adensamento de um solo aplicam o principio introduzido por Terzaghi, da compressão de uma amostra, geralmente indeformada, de altura pequena em relação ao diâmetro, confinada lateralmente por um anel rígido e colocado entre dois discos porosos, conforme a figura abaixo.

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Se as condições reais corresponderem à situação da chamada semi-aberta, empregar-se-á então um disco poroso. Observemos que, apesar da pequena altura das amostras, o atrito que se desenvolve entre o solo e a parede do anel, constitui uma causa de erro, embora não muito importante. Segundo tem sido observado, a força de atrito lateral atinge valores da ordem de 10 a 20% da pressão vertical aplicada. Daí a razão de alguns laboratórios utilizarem amostras de altura ainda menor.

O anel rígido procura reproduzir no laboratório o que ocorre na natureza, onde a deformação lateral da massa de solo é impedida pelo restante do maciço terroso que a envolve. A carga é aplicada sobre a pedra porosa superior por meio de um disco metálico rígido, e a compressão é medida com o auxilio de um micrômetro (com sensibilidade de 0,01 m). Para fins de investigação, existe um tipo de edômetro mais aperfeiçoado, projetado por Rowe e Barden.

Aplicando-se cargas verticais que vão sendo gradualmente aumentadas, geralmente segundo uma progressão geométrica de razão igual a dois. Cada estágio de carga deverá permanecer o tempo suficiente para permitir a deformação total da amostra, registrando-se, durante o mesmo, e a intervalos apropriados (15, 30s; 1;2;4;8;16;32 min. e daí em diante em intervalos arbitrários) as indicações e ( deformações) do micrômetro.No final de cada estágio, quase sempre após 24 horas, as pressões s são efetivas.

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PROCEDIMENTO: ASTM - D - 2435

Para cada incremento de carga, a deformação da amostra e o tempo correspondente são plotados em um papel semilogarítmico.

No fim do ensaio, cada incremento de carga corresponde a tensão efetiva σ’ e os índices de vazios respectivos podem ser calculados em função da densidade e da deformação da amostra.

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É a pressão limite da curva de recompressão, o que corresponde ao estado de solicitação máximo a que esteve submetido anteriormente a camada de solo. Processo gráfico de Casagrande (1936) para determinação da pressão de préadensamento:

1- Determina-se o ponto O na curva exlog σ, onde tem o maior raio de curvatura.

2- Passa-se por ele a horizontal OA 3- Desenha-se uma tangente OB ao ponto O na curva. 4- Passa-se a linha bissetriz OC ao ângulo AOB

5- Prolonga-se a parte reta da curva até a bissetriz. A interseção é o ponto P que corresponde a pressão de pré-adensamento, σa.

O solo pode ser:

1) Normalmente adensado - quando a pressão de pré-adensamento é igual a tensão efetiva que ele está carregado: σ’ = σa

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2) Pré-adensado - quando a pressão de pré-adensamento é maior do que a tensão efetiva que ele está carregado: σ 〈 σa

3) Parcialmente adensado - quando o solo não atingiu suas condições de equilíbrio, ou seja, não terminou de adensar sob o peso próprio da terra: σ’> σa

A declividade da curva exlog σ’ para um solo normalmente adensado, é chamada de índice de compressão.

Para argilas normalmente adensadas - Terzaghi e Peck (1967): Para argilas remoldadas:

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