Compressibilidade e Adensamento Unidimensionais

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    06-Aug-2015

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Apostila do professor Reno Castello da Universidade Federal do Esprito Santo

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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPRITO SANTO</p> <p>CENTRO TECNOLGICO</p> <p>COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAIS</p> <p>Reno Reine Castello 2011</p> <p>PGINA EM BRANCO</p> <p>Compressibilidade e Adensamento Unidimensionais NDICE COMPRESSIBILIDADE UNIDIMENSIONAL I INTRODUO ..................................................................................................... II RECALQUE UNIDIMENSIONAL ..................................................................... III ENSAIO DE COMPRESSO UNIDIMENSIONAL OU EDOMTRICA ............................................................................................. IV ESCOLHA ENTRE OS GRFICOS DO ENSAIO EDOMTRICO ............. V PARMETROS DA CURVA EM ESCALA SEMILOGARTMICA ........... .1 Grfico e = f() ..................................................................................................... .2 Presso de Pr-Adensamento, a ........................................................................ .3 Determinaes da Presso de Pr-Adensamento, a ......................................... VI CORRELAES EMPRICAS DA COMPRESSO EDOMTRICA ......... VII EFEITOS DO AMOLGAMENTO NA COMPRESSO EDOMTRICA ..... VIII OUTROS USOS DO ENSAIO DE COMPRESSO EDOMTRICA ............ ADENSAMENTO IX INTRODUO ANALOGIA DE TERZAGHI ........................................... X TEORIA DO ADENSAMENTO DE TERZAGHI ......................................... XI SOLUO DA EQUAO DIFERENCIAL DO ADENSAMENTO XII PERCENTAGEM DE ADENSAMENTO MDIA TOTAL, U ....................... XIII DETERMINAO DO COEFICIENTE DE ADENSAMENTO ................... .1 Mtodo de Casagrande ........................................................................................ .2 Mtodo de Taylor .................................................................................................. .3 Comparaes entre Mtodos de Laboratrio e com Resultados de Campo .. XIV DETERMINAO DA COMPRESSO SECUNDRIA ............................... XV AJUSTAMENTO DA CURVA DE RECALQUES DURANTE CONSTRUO ...................................................................................................................... XVI MTODOS DE ACELERAO DE RECALQUES ...................................... XVII UM CASO DE OBRA ......................................................................................... XVIII OBSERVAO DOS RECALQUES ............................................................... XIX XX .1 .2 XXI EXERCCIOS RESOLVIDOS .......................................................................... EXERCCIOS PROPOSTOS ............................................................................ Recalques ............................................................................................................. Recalques com o Tempo Adensamento .......................................................... BIBLIOGRAFIA .................................................................................................</p> <p>3</p> <p>5 6 9 11 12 12 13 16 19 25 27</p> <p>29 32 36 38 41 42 44 45 47 50 51 57 57 62 66 66 67 68</p> <p>NDICE DAS FIGURAS Figura xx. 1 Viga com trs apoios. Deslocamentos de apoios ................................................ Figura xx. 2 Recalque Distorcional ......................................................................................... Figura xx. 3 Carregamento Infinito Recalque Unidimensional ............................................ Figura xx. 4 Compresso Unidimensional de um Elemento de Solo ...................................... Figura xx. 5 Derivao do Recalque, H, por Compresso Unidimensional do Solo ........... Figura xx. 6 Clulas de Adensamento ..................................................................................... Figura xx. 7 Equipamento de Ensaio de Adensamento ........................................................... Figura xx. 8 Diferentes Apresentaes Grficas de Representao do Ensaio Edomtrico Figura xx. 9 Coeficiente de Compressibilidade, av ........................................................... Figura xx.10 Grfico e x log ................................................................................................. Figura xx.11 Coleo de Curvas e = f () para Vrios Solos .................................................. Figura xx.12 Curvas Tpicas de Argilas Marinhas Sensveis ................................................... Figura xx.13 Procedimentos Grficos para Determinao da Presso de Pr-adensamento, a Figura xx.14 Alguns Solos do Litoral Brasileiro no baco de Casagrande ...............................</p> <p>5 6 6 6 7 8 9 10 11 12 16 17 18 20</p> <p>4Figura xx.15 Figura xx.16 Figura xx.17 Figura xx.18 Figura xx.19 Figura xx.20 Figura xx.21 Figura xx.22 Figura xx.23 Figura xx.24 Figura xx.25 Figura xx.26 Figura xx.27 Figura xx.28 Figura xx.29 Figura xx.30 Figura xx.31 Figura xx.32 Figura xx.33 Figura xx.34 Figura xx.35 Figura xx.36 Figura xx.37 Figura xx.38 Figura xx.39 Figura xx.40 Figura xx.41 Figura xx.42 Figura xx.43 Figura xx.44 Figura xx.45 Figura xx.46</p> <p>Compressibilidade e Adensamento Unidimensionais Perfil de Solo para Estimativa de Recalque .......................................................... Efeito de Amostradores na Qualidade de Amostras ............................................. Outros Usos do Ensaio Edomtrico ...................................................................... Analogia do Adensamento de Terzaghi ................................................................ Processo de Adensamento numa Camada de Argila ............................................ Coeficiente de Compressibilidade, av ................................................................... Fluxo dgua no Adensamento Unidimensional .................................................. Recalque e Variao de Volume num Elemento de Solo ..................................... Chave da Equao do Adensamento ..................................................................... Diferentes Situes de Faces Drenantes ............................................................... Soluo da Equao de Adensamento Localizado, Uz ......................................... Definio de U em termos de Presses Neutras ................................................... Soluo da Equao de Adensamento Mdio, U x T .................................. Grfico para Determinao de cv pelo Mtodo de Casagrande ..................... Trs Fases do Adensamento ................................................................................. Grfico para Determinao de cv pelo Mtodo de Taylor ................................... Apresentaes Tpicas de Ensaios de Adensamento ............................................ Correlaes entre Limite de Liquidez, LL, e cv .................................................... Grfico de Definio de C ................................................................................... Explicao do Envelhecimento das Argilas segundo Bjerrun .............................. Ajustamento para Perodo Construtivo da Curva Tempo x Recalque .................. O Fenmeno do Atrito Negativo em Estacas devido ao Adensamento de Camadas de Solos ..................................................................................................... Acelerao dos Recalques por Drenos Verticais de Areia ................................... Drenos Fibroqumicos ou Geodrenos ................................................................... Situao de Adensamento 40 Anos aps Carga ................................................... Mangueiras de Nvel e Pinos de Observao ....................................................... Colocao de Pinos de Observao ...................................................................... Bench-Marks ..................................................................................................... Uma Escavao (por exemplo para Subsolo) Instrumentada ............................... Movimentao Natural de um Terreno ................................................................. Movimentao de um Edifcio com Recalques Estabilizados .............................. Movimentao de um Edifcio com Recalques Continuados ............................. 24 26 28 30 31 32 33 34 36 37 37 39 40 42 43 44 46 47 48 49 51 52 53 54 54 59 59 60 60 61 61 62</p> <p>NDICE DE TABELAS Tabela xx. 1 Classificao dos Valores Tpicos de Sobreadensamento .................................... Tabela xx. 2 Algumas Equaes Empricas para o ndice de Compressibilidade, Cc .............. Tabela xx. 3 Correlaes Empricas para Cc, em Vitria, ES ................................................... Tabela xx. 4 Qualidade de Amostras em Termos de Deformao Volumtrica, .................. Tabela xx. 5 VALORES DE U E T ........... Tabela xx. 6 VALORES DE C / Cc PARA MATERIAIS GEOTCNICOS ..........................</p> <p>15 21 22 26 39 48</p> <p>Compressibilidade e Adensamento Unidimensionais</p> <p>5</p> <p>COMPRESSIBILIDADE UNIDIMENSIONAL</p> <p>I. INTRODUO O clculo estrutural de uma edificao pressupe que os pilares estejam apoiados no terreno e que e que este terreno seja rgido, isto , apresente deformao nula. Para esta hiptese, no caso de uma viga de 3 apoios, as reaes em cada apoio esto mostradas na situao c da Figura xx.1 abaixo. No entanto, dependendo das deformaes verticais (recalques) dos apoios, as reaes podem ser bem diferentes das hipotticas. Por exemplo, a reao do apoio central pode variar de zero a 100%. Com tais deformaes a distribuio de esforos fica alterada e as novas solicitaes podem provocar distores na obra, fissuras, adernamentos e toda sorte de dano. At perda total. Para se preservar a integridade das obras precisa-se determinar de antemo quais sero as deformaes (recalques) a ocorrerem na obra e se so admissveis ou no (determinados por experincia). Se no forem admissveis ou se usam estacas, ou se melhora o terreno ou outra medida. Quando se aplica um carregamento no solo, existem dois modelos bsicos para anlise dos recalques. O primeiro modelo, mostrado na figura xx.2, considera um carregamento finito por uma placa (como uma sapata de um edifcio). Conforme as tenses crescem a placa vai sendo enterrada (recalcando) enquanto o solo, diretamente sob a placa, vai sendo empurrado para baixo e para os lados. O solo vai sendo distorcido tridimensionalmente, at uma eventual ruptura. Nas situaes tpicas de proje- Figura xx.1 Viga com trs apoios. to estas tenses so bem limitadas e as deformaes ficam Deslocamentos de apoios (Taylor, 1948) restritas ao estado elstico. Para se analisar tais recalques se usa ento a Teoria da Elasticidade, como ser visto em outro captulo, especfico. Tais recalques so chamados elsticos, ou superficiais, ou imediatos ou distorcionais. A princpio existe apenas distoro do sol, sem variao de volume. O recalque H ocorre por deslocamento do solo. O outro modelo assume a hiptese de que o carregamento de extenso infinita. Assim se tomarmos um elemento no meio da massa, com dimenses B e L, ele, ao ser comprimido por uma presso q no pode ser deslocado para os lados. No seu entorno existem elementos idnticos que tendem a se deslocar em sentido oposto e esta tendncia fica anulada. Conforme q vai sendo aumentada, tambm as restries laterais sero aumentadas. No h deformao lateral, mas apenas numa nica direo. A direo vertical. Da este recalque ser chamado de unidirecional, ou unidimensional ou profundo. O termo profundo apenas quer dizer que ele TAMBM pode ocorrer em profundidade e no apenas diretamente sob a carga como no caso anterior. A seguir vai-se estudar esta compresso unidimensional.</p> <p>6</p> <p>Compressibilidade e Adensamento Unidimensionais</p> <p>Figura xx.2 Recalque Distorcional</p> <p>Figura xx.3 Carregamento Infinito Recalque Unidimensional</p> <p>II. RECALQUE UNIDIMENSIONAL No caso do recalque unidimensional cada um dos elementos B x L de cada camada vai ser comprimido verticalmente (e contido lateralmente de modo a impedir deformaes horizontais). A figura xx.4 ilustra a situao. O solo constitudo por slidos e vazios (ar e / ou gua). Os slidos em si so relativamente incompressveis, mas podem se rearranjar num estado mais denso custa de uma reduo dos vazios. O ar contido nos vazios, muito compressvel, ser instantaneamente comprimido, e a gua, incompressvel, ser expulsa. Ento, o solo, nestas condies de carregamento de extenso infinita sofrer uma compresso unidimensional atravs da reduo de seu volume de vazios. A reduo ocorrer principalmente por rearranjo das partculas slidas (deformao irreversvel) mas tambm ocorrero quebras das partculas (irreversvel) e tambm deformaes reversveis como deformaes elsticas das partculas (principalmente dobramento das placas de argilas) e distores da dupla camada difusa e campos eltricos das argilas.Observe-se que as nicas hipteses feitas foram: 1) compresso unidimensional; e 2) incompressibilidade dos slidos. Ento so vlidas para todos os solos, saturados ou no. A determinao do recalque unidimensional, H, feita a partir do conhecimento da altura inicial do elemento de solo, H, de seu ndice de vazios inicial, eo, e seu ndice de vazios final, ef. E est mostrada na figura xx.5. Os outros valores mostrados na deduo so o Volume de Vazios do solo na situao inicial Vv, o Volume Total do solo na situao inicial Vt, e o Volume de Slidos, Vs, que permanece inalterado. Um exemplo mostra a aplicao do processo.</p> <p>Figura xx.4 Compresso Unidimensional de um Elemento de Solo</p> <p>Compressibilidade e Adensamento Unidimensionais</p> <p>7</p> <p>Figura xx.5 Derivao do Recalque, H, por Compresso Unidimensional do Solo</p> <p>8</p> <p>Compressibilidade e Adensamento Unidimensionais</p> <p>Exemplo 1: Seja um extenso e uniforme depsito de areia fofa, com 3 metros de espessura e ndice de vazios inicial de 0,73. Vai-se compactar esta areia para que fique com uma compacidade relativa de 60%. Se os ndices de vazios mximo e mnimo dessa areia so, respectivamente, 0,85 e 0,45, qual deve ser a reduo H de espessura desse depsito? Soluo: O conceito de extenso infinita vlido nas regies centrais do depsito. Apenas nas bordas isto no ocorre. Para fugir-se desta restrio compacta-se o depsito alm da rea necessria e transferem-se as bordas da regio compactada para fora da regio de interesse. Ou seja, compacta-se 3 a 5 metros alm. Ento se tem um aterro com ndice de vazios inicial, eo, de 0,73. O ndice de vazios final, ef, obtido da expresso de compacidade relativa, CR:CR e max ef 100% e max e min60 0,85 ef 100 0,85 0,45</p> <p>ef</p> <p>0,61</p> <p>E ento a reduo de espessura necessria, H, ser:H H 1 eo e H 300 cm (0,73 0,61) 1 0,73 H 20 ,81cm</p> <p>III. ENSAIO DE COMPRESSO UNIDIMENSIONAL OU EDOMTRICA Atravs da equao xx.1 pode-se determinar o recalque das camadas de solo, sob carregamento de extenso infinita, em funo de sua variao de ndice de vazios. No entanto nos problemas de engenharia comum saber-se quais as cargas e tenses a serem acrescidas, e no a variao de ndice de vazios desejada. Ento se precisa ter alguma relao entre as cargas conhecidas e os ndices de vazios dos solos. Uma funo do tipo e = f(). As tenses devero ser efetivas, pois foi visto que a variao de vazios do solo funo do rearranjo do...</p>

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