Aula 09 - Compressibilidade e Adensamento

  • Published on
    03-Nov-2015

  • View
    52

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Aula de mecnica dos solos sobre os temas: compressibilidade e adensamento dos solos, abordando tpicos como recalque imediato, recalque primrio e recalque tardio

Transcript

<ul><li><p>Prof. : Marcel sena Campos</p><p>Universidade de </p><p>Vrzea Grande</p><p>1</p><p>Compressibilidade &amp; </p><p>Adensamento dos Solos</p><p>Disciplina: Mecnica dos Solos</p></li><li><p>Adensamento &amp; Compressibilidade dos Solos</p><p>1) Introduo:</p><p>De um modo geral, todos os materiais sofrem uma</p><p>variao de volume quando submetidos a um estado de</p><p>tenso. No caso dos solos no existe diferena. Quando um</p><p>solo submetido a um estado de tenso ou a um</p><p>carregamento, o mesmo sofre uma reduo de volume devida </p><p>compressibilidade dos gros, compresso da gua e ar contidos</p><p>nos seus vazios ou devido expulso da gua e do ar existente</p><p>nos vazios (CARVALHO, 2004).</p><p>Como a compressibilidade dos gros, da gua e do ar</p><p>so desprezveis, a reduo de volume que ocorre no mesmo</p><p>pode ser atribuda quase que totalmente sada/expulso da</p><p>gua e do ar dos vazios (CARVALHO, 2004).</p><p>2</p></li><li><p>Os principais conceitos relacionados com a reduo de volume</p><p>que ocorre em um solo, considerando que exista deformao somente</p><p>na vertical e no em outra direo, so:</p><p>a) Adensamento: a reduo de volume no solo ao longo do tempo;</p><p>b) Compressibilidade : a reduo de volume no solo sem levar em</p><p>considerao o tempo;</p><p>c) Recalque: a deformao vertical devida ao de uma tenso.</p><p>OBS-1: O recalque total (rTotal) definido como sendo o somatrio do</p><p>recalque imediato (rImediato), do recalque primrio (rPrimrio) e do recalque</p><p>secundrio (rSecundrio).</p><p>(rTotal) = (rImediato) + (rPrimrio) + (rSecundrio)</p><p>3</p></li><li><p>O recalque uma medida de deformao do solo enquanto que</p><p>o adensamento um fenmeno em funo do tempo. Os termos</p><p>compressibilidade e adensamento so sinnimos, embora a diferena</p><p>fundamental seja feita pela considerao da varivel tempo.</p><p>4</p></li><li><p>2) Fundamentao Bsica da Teoria do Adensamento:</p><p>Para um entendimento do processo de adensamento,</p><p>considere uma camada de solo compressvel, totalmente</p><p>saturada e limitada por duas camadas de solo de maior</p><p>permeabilidade (Figura 1).</p><p>5</p><p>Camada de Areia</p><p>Camada de Argila</p><p>Camada de Areia</p><p>Nvel de guaN.A</p><p>Figura 1 Processo de adensamento em uma camada de argila </p></li><li><p>Aplicando um carregamento () na superfcie haver um aumento</p><p>na poro-presso () na camada de argila. Portanto, o aumento da presso</p><p>neutra ser igual ao aumento ocorrido na tenso total.</p><p>Logo aps a aplicao do carregamento (tenso), ou seja, no</p><p>tempo T = 0, Total = () e, portanto, a tenso efetiva nula (Efetiva = 0).</p><p>Isto significa dizer que para um tempo T = 0, toda a tenso aplicada </p><p>absorvida pela presso neutra sem a participao da parte slida (gros) do</p><p>solo.</p><p>6</p><p>Figura 2 Processo de adensamento em uma camada de argila </p><p>Camada de Areia</p><p>Camada de Argila</p><p>Camada de Areia</p><p>Nvel de guaN.A</p><p>T = 0 Total = ()T = 0 Efetiva = 0</p></li><li><p>Aps um tempo T &gt; 0, a gua da camada de argila comea a escoar</p><p>nas direes das duas camadas drenantes de areia reduzindo assim o valor</p><p>da poro-presso e comeando a surgir uma tenso efetiva, de tal modo que:</p><p>T &gt; 0 Total = Efetiva + (), com Efetiva &gt; 0 e Total &gt; ()</p><p>Continuando o processo de drenagem at um tempo T = , tem-se:</p><p>T = Total = Efetiva, e, = 0</p><p>7</p><p>Figura 3 Processo de adensamento em uma camada de argila </p><p>T = Total = EfetivaT = = 0</p><p>Camada de Areia</p><p>Camada de Argila</p><p>Camada de Areia</p><p>Nvel de guaN.A</p></li><li><p>A reduo da presso neutra () at o valor zero, devida a sada de</p><p>gua, resultar em uma reduo de volume da camada de argila sendo que</p><p>esta reduo de volume dependente do tempo e denominada de</p><p>Adensamento ou processo de adensamento.</p><p>8</p><p>Figura 4 Processo de adensamento em uma camada de argila </p><p>T = Total = EfetivaT = = 0</p><p>Camada de Areia</p><p>Camada de Argila</p><p>Camada de Areia</p><p>Nvel de guaN.A</p><p>Recalque</p></li><li><p>3) Ensaio de Adensamento:</p><p>3.1 Objetivo: o objetivo do ensaio de adensamento </p><p>determinar as propriedades de compresso de uma camada de</p><p>argila, para serem utilizadas nas avaliao do recalque.</p><p>3.2 Detalhes do Ensaio: Em sntese, um ensaio de</p><p>compresso confinada no destrutiva, onde se utiliza uma</p><p>amostra saturada indeformada ou deformada, retirada de uma</p><p>camada de argila.</p><p>Figura 5 Procedimentos para coleta de amostra do tipo indeformada </p></li><li><p>10</p><p>Figura 6 Procedimentos para coleta de amostras do tipo indeformada </p></li><li><p>11</p><p>Figura 7 Procedimentos para coleta de amostras do tipo deformada </p></li><li><p>3) Ensaio de Adensamento:</p><p>A metodologia utilizada para realizao do ensaio de</p><p>adensamento dos solos seque a seguinte seqncia</p><p>detalhada de forma resumida:</p><p>1 - Coloca-se a amostra de solo no anel rgido;</p><p>12</p><p>Figura 8 Processo de Moldagem das amostras indeformadas nos anis </p></li><li><p>3) Ensaio de Adensamento:</p><p>2 - Determina-se os ndices fsicos necessrio a</p><p>determinao dos ndices de adensamento, ou seja:</p><p>- peso especfico aparente do solo ();</p><p>- densidade real dos gros do solo (D);</p><p>- umidade do solo (h);</p><p>- ndice de vazios inicial (e0).</p><p>13</p></li><li><p>3) Ensaio de Adensamento:</p><p>3 Em seguida inicia-se o processo de montagem da clula</p><p>oedomtrica (papis filtro, pedras porosas, anel</p><p>centralizador da amostra e anel centralizador da carga)</p><p>14</p><p>Figura 9 Processos de montagem do corpo-de-prova para ensaio de adensamento </p></li><li><p>3) Ensaio de Adensamento:</p><p>15</p><p>Figura 10 Detalhes do Processos de montagem do corpo-de-prova para ensaio de </p><p>adensamento </p></li><li><p>3 - Coloca-se o anel com amostra, na maquina de adensamento;</p><p>4 - Aplica-se o primeiro estgio de carga, medindo-se as deformaes</p><p>verticais durante o perodo de execuo do ensaio at a sua</p><p>estabilizao.</p><p>Os intervalos de tempo para a leitura das deformaes devem</p><p>ser os mesmos para todos o estgios de carga. Normalmente, procura-</p><p>se adotar intervalos de tempo, sucessivamente o dobro do anterior,</p><p>com ajustes no caso de arredondamentos.</p><p>Assim, uma seqncia que atende esse esquema seria: 5 seg,</p><p>15 seg, 30 seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 16 min, 30 min, 1 hora, 2</p><p>horas, 4 horas, 8 horas e assim por diante, se necessrio;</p><p>16</p></li><li><p>a) b)</p><p>17</p><p>c) d)Figura 11 a) Prensa Oedomtrica; b) Pesos; c) Detalhes da colocao dos </p><p>pesos e d) extensmetro para medida da deformao vertical.</p></li><li><p>5 - Aps a estabilizao do primeiro estgio, aplica-se o segundo</p><p>estgio de carga, o dobro do primeiro, repetindo-se as leituras de</p><p>deformao nos mesmos intervalos de tempo.</p><p>Aps a estabilizao da deformao nos mesmos intervalos de</p><p>tempo e a estabilizao da deformao no segundo estgio de carga,</p><p>passa-se ao terceiro estgio, com carga dobrada, em relao ao</p><p>segundo, e assim por diante.</p><p>As presses correspondentes s cargas recentes em cada</p><p>estgio, medidas em kgf/cm2, devem ser: 0,125; 0,250; 0,500; 1,000;</p><p>2,000; 4,000; 8,000 e de 16,000 kgf/cm2. Geralmente, fixa-se o limite</p><p>mximo de 16,0 kgf/cm2 para os estgios de carga.</p><p>A cada estgio de carga, deve-se aguardar a estabilizao das</p><p>deformaes;</p><p>18</p></li><li><p>6 - Aps a estabilizao das deformaes do ltimo estgio de carga,</p><p>faz-se o descarregamento do corpo-de-prova, em quatro estgio de</p><p>carga, com cargas decrescentes.</p><p>A descarga, ento, feita nos estgios: 16,000; 4,000; 1,000 e</p><p>0,125 kgf/cm2, sempre aguardando a estabilizao das deformaes, no</p><p>fim de cada estgio. Assim, o corpo-de-prova descarregado at alvio</p><p>total de presses.</p><p>Dos dados obtidos com a realizao do ensaio de</p><p>adensamento, podem-se traar trs grficos, que permitem obter todos</p><p>os resultados relativos ao comportamento do solo.</p><p>19</p></li><li><p>4) Parmetros Obtidos Aps a Realizao do Ensaio de</p><p>Adensamento:</p><p>Aps a realizao do ensaio de adensamento obtemos</p><p>os seguintes resultados do comportamento do solo estudado</p><p>(Figura 12).</p><p>20</p><p>Figura 12 Grfico obtido aps a realizao do ensaio de adensamento </p></li><li><p>a) Determinao do ndice de Compresso (Cc):</p><p>Com base no grfico obtido (Figura 10) podemos encontrar o</p><p>ndice de compresso (Cc) do solo analisado, que segundo Terzaghi </p><p>um ndice que serve para indicar a inclinao da reta virgem, calculado</p><p>pela seguinte equao:</p><p>Portanto, pegando dois (02) pontos consecutivos do trecho</p><p>retilneo do grfico, ou seja da reta virgem, e colocando os respectivos</p><p>valores encontrados na equao para clculo do ndice de compresso,</p><p>obtemos o seguinte valor para Cc.</p><p>OBS: Quanto maior for CC, mais compressvel o solo.</p><p>21</p><p>)log(log</p><p>)(C</p><p>12</p><p>21c</p><p>ee</p><p>541,0301,0</p><p>163,0</p><p>)8000,0log6000,1(log</p><p>)244,0407,0(</p><p>)log(log</p><p>)(C</p><p>12</p><p>21c </p><p>ee</p></li><li><p>b) Determinao do Coeficiente de Compressibilidade (m):</p><p>Com os mesmos dados utilizados para encontrar o Cc, tambm</p><p>podemos obter o coeficiente de compressibilidade (m), que consiste e</p><p>um coeficiente obtido pela relao entre a reduo de ndice de vazios e</p><p>o acrscimo de presses;</p><p>22</p><p>204,08000,06000,1</p><p>)244,0407,0(</p><p>)(</p><p>)(m</p><p>12</p><p>21 </p><p>ee</p><p>Figura 13 Grfico obtido aps a realizao do ensaio de adensamento </p></li><li><p>c) Determinao do ndice de Recompresso (Cr):</p><p>Com base no mesmo grfico tambm podemos obter o ndice</p><p>de recompresso do solo analisado, Cr, que calculado da mesma</p><p>forma que o Cc, sendo que para esse clculo deve-se utilizar o ltimo</p><p>ponto do trecho de compresso no grfico e o primeiro ponto do trecho</p><p>de descompresso ou alvio no grfico. Seguindo esse procedimento</p><p>obtemos o seguinte valor para Cr.</p><p>23</p><p>Figura 14 Grfico obtido aps a realizao do ensaio de adensamento </p><p>3</p><p>12</p><p>21r 10.966,9</p><p>301,0</p><p>003,0</p><p>)2000,3log4000,6(log</p><p>)023,0026,0(</p><p>)log(log</p><p>)(C </p><p>ee</p></li><li><p>c) Determinao do Coeficiente de Adensamento (CV):</p><p>Para encontrarmos o valor do coeficiente de adensamento, Cv,</p><p>a partir do ensaio de adensamento precisamos fazer uso dos seguintes</p><p>parmetros:</p><p>a) Tabela que relaciona Grau de Adensamento (U - %), com o Fator</p><p>Tempo (Tv). A relao U X Tv, tambm pode ser obtida em funo de</p><p>equaes:</p><p>b) Mtodos que determinam Cv em funo de grficos obtidos nos</p><p>ensaios de adensamento, de acordo com a carga aplicada;</p><p>c) Equao que relaciona:</p><p>- o tempo (t) para que ocorra o respectivo adensamento,</p><p>- a espessura da camada de argila e seu modelo de drenagem,</p><p>-Fator Tempo (Tv).</p><p>T = (Cv.t)/(H2</p><p>d)</p><p>24</p></li><li><p>a) Relao: Grau de Adensamento (U - %) em funo do Fator Tempo</p><p>(Tv).</p><p>Existem algumas frmulas aproximadas que podem ser</p><p>utilizadas para a determinao do Fator Tempo com resultados</p><p>aceitveis, so elas:</p><p>- TV = 0,785.[U (%)/100]2 Para U 60 %;</p><p>- TV = 1,781 0,933.log10.(100 U) Para U &gt; 60 %;</p><p>- U = 6{(Tv)3 / [(Tv)</p><p>3 + 5]} Para Qualquer Valor de Tv.</p><p>Tambm pode-se utilizar diretamente a Tabela de</p><p>Cernica (1982) a qual contm valores de U (%) = f(TV)</p><p>25</p><p>U (%) T</p><p>0 0,000</p><p>10 0,008</p><p>15 0,018</p><p>20 0,031</p><p>25 0,049</p><p>30 0,071</p><p>35 0,096</p><p>40 0,126</p><p>45 0,159</p><p>50 0,197</p><p>55 0,238</p><p>60 0,287</p><p>65 0,342</p><p>70 0,405</p><p>75 0,477</p><p>80 0,565</p><p>85 0,684</p><p>90 0,848</p><p>95 1,129</p><p>98 1,500</p><p>99 1,781</p></li><li><p>b) Mtodos que determinam Cv em funo de grficos obtidos nos</p><p>ensaios de adensamento, de acordo com a carga aplicada;</p><p>O coeficiente de adensamento pode ser obtido pelos seguintes</p><p>mtodos:</p><p>a) Mtodo de Casagrande &amp; Fadum (1940);</p><p>b) Mtodo de Taylor (1942);</p><p>c) Mtodo de Sirvaram &amp; Swamee (1977);</p><p>d) Mtodo de Su (1985).</p><p>1) ATIVIDADE EXTERNA: </p><p>PESQUISAR E FAZER RELATORIO SOBRE OS 4 MTODOS</p><p>26</p></li><li><p>27</p><p>5) Tenso de Pr-Adensamento:</p><p>5.1 Importncia:</p><p>No estudo do adensamento de uma camada de argila,</p><p> importante o conhecimento do estado de tenses. Neste</p><p>contexto, a tenso de pr-adensamento ou tenso de sobre</p><p>adensamento vital pois a partir desta tenso que a</p><p>camada de argila submetida s grandes deformaes</p><p>(CARVALHO, 2004).</p><p>5.2 Definio:</p><p>Chama-se tenso de pr-adensamento a presso</p><p>limite da curva de recompresso, o que corresponde ao</p><p>estado de solicitao a que esteve submetida anteriormente</p><p>a camada de solo (CAPUTO, 1988).</p></li><li><p>28</p><p>O valor da presso de pr-adensamento no necessariamente</p><p>igual a presso efetiva atual determinada atravs do perfil do terreno,</p><p>levando em considerao o peso prprio da terra existente quando a</p><p>amostra foi retirada.</p><p>Temos, portanto, trs casos possiveis, cujo reconhecimento </p><p>de grande interesse prtico:</p><p>a) Se Pr. Aden = Efetiva Atual, a camada dita normalmente adensada;</p><p>b) Se Pr. Aden &gt; Efetiva Atual, a camada dita pr-adensada, ou seja, a</p><p>respectiva camada de solo j esteve submetida a cargas maiores do</p><p>que as atuais (CAPUTO, 1988);</p><p>c) Se Pr. Aden &lt; Efetiva Atual, a camada dita parcialmente adensada; ou</p><p>seja, trata-se de um solo que ainda no atingiu as suas condies de</p><p>equilbrio e, portanto, ainda no terminou de adensar sob o peso</p><p>prprio da terra (CAPUTO, 1988).</p></li><li><p>29</p><p>7) Clculo do Recalque por Adensamento Primrio &amp; Secundrio.</p><p>As parcelas do recalque por adensamento so trs (03):</p><p>1) Recalque Imediato: a deformao vertical (h1) que ocorre antes do</p><p>recalque por adensamento primrio, nesse caso, ocorre uma variao</p><p>de forma e no de volume;</p><p>2) Recalque Primrio: o tipo de deformao vertical (h2) sofrida pela</p><p>camada de argila devido a expulso da gua existente no interior do</p><p>solo, essa expulso da gua diminui o valor da presso neutra () com</p><p>consequente aumento da presso efetiva (Efetiva); esse aumento da</p><p>presso efetiva ocorre devido ao rearranjo das partculas slidas, esse</p><p>respectivo rearranjo acompanhado de uma diminuio de volume da</p><p>camada que sofre adensamento.</p></li><li><p>30</p><p>3) Recalque Secundrio: a deformao vertical (h1) que ocorre de</p><p>maneira muito lenta devido ao rearranjo das partculas de argila. Neste</p><p>tipo de adensamento ocorre uma diminuio de volume sem ocorrncia</p><p>de aumento da tenso efetiva.</p><p>O recalque secundrio para alguns autores considerado</p><p>desprezvel devido ao fato de ser pequeno quando comparado ao</p><p>recalque por adensamento primrio e tambm quando comparado ao</p><p>tempo em que ele ocorre que bastante elevado.</p><p>OBS-1: O recalque total (rTotal) definido como sendo o somatrio do</p><p>recalque imediato (rImediato), do recalque primrio (rPrimrio) e do recalque</p><p>secundrio (rSecundrio).</p><p>(rTotal) = (rImediato) + (rPrimrio) + (rSecundrio)</p></li><li><p>31</p><p>8) Expresso Matemtica para Clculo do Recalque Primrio:</p><p>A expresso matemtica utilizada para clculo da recalque por</p><p>adensamento primrio dada por:</p><p>Onde:</p><p>- Primrio = Recalque desenvolvido pelo adensamento primrio;</p><p>- H0 = Espessura da camada de argila em anlise;</p><p>- e0 = ndice de Vazios Inicial presente na camada e argila;</p><p>- Cr = Coeficiente de recompresso;</p><p>- Cc = Coeficiente de compresso;</p><p>- Efetiva Inicial = Tenso Efetiva inicial presente na camada de argila;</p><p>- Efetiva Final = Tenso Efetiva final que atuar na camada de argila;</p><p>- Pr-Adensamento = Tenso de Pr-Adensamento da camada de argila.</p><p>oAdensamentPr</p><p>FinalEfetivaC</p><p>InicialEfetiva</p><p>oAdensamentPrr</p><p>0</p><p>0Primrio</p><p>.LogC</p><p>.LogC.</p><p>e1</p><p>H</p></li><li><p>32</p><p>9) Expresso Matemtica para Clculo do Recalque Secundrio:</p><p>A expresso matemtica utilizada para clculo da recalque por</p><p>adensamento Secundrio dada por:</p><p>Onde:</p><p>- Secundrio = Recalque desenvolvido pelo adensamento Secundrio;</p><p>- H02 = Diferena entre a Espessura da camada de argila em anlise</p><p>menos e o recalque sofrido devido ao adensamento primrio:</p><p>H02 = H0 - pPrimrio</p><p>- C = (H/H0)/(log10t) Coeficiente de adensamento secundrio;</p><p>- TFinal Adensamento Secundrio = Estimativa do tempo necessrio para ocorrer</p><p>o recalque por adensamento secundrio;</p><p>- TFinal Adensamento Primrio = Estimativa do tempo necessrio para ocorrer</p><p>todo o recalque por adensamento primrio.</p><p>Primrio oAdensament - Final</p><p>Secundrio oAdensament - Final02Secundrio</p><p>T</p><p>T.log.cH</p></li></ul>