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Discentes: Aline Alvarenga de Souza
Eloisa Angélica Silva Garcia
Juliano Martins Machado
Ludmilla Lima Fernandes
Luiza Alves da Silva
Compressibilidade do Solo
Universidade Federal de Goiás – Campus Catalão
Departamento de Engenharia de Minas
Disciplina: Fundamentos de Mecânica dos Solos
Docente: Renato de Paula Araújo
Introdução
As cargas de uma determinada estrutura , são
transmitidas ao solo gerando uma redistribuição dos
estados de tensão em cada ponto do maciço
(acréscimos de tensão), a qual irá provocar
deformações em maior ou menor intensidade, em toda
área nas proximidades do carregamento, que por sua
vez, resultarão em recalques superficiais.
Figura 1: Área de influência do carregamento aplicado pelo elemento
de fundação na camada de solo (Gusmão, 2006).
Definem-se então alguns conceitos importantes:
COMPRESSÃO OU EXPANSÃO: é o processo pelo
qual uma massa de solo, sob a ação de cargas, varia de
volume (“deforma”) mantendo sua forma.
Os processos de compressão podem ocorrer por
compactação (redução de volume devido ao ar contido
nos vazios do solo) e pelo adensamento (redução do
volume de água contido nos vazios do solo).
Conceitos
COMPRESSIBILIDADE: propriedade de um solo relativo à suasusceptibilidade de diminuir de volume sob o efeito da aplicaçãode uma carga, que pode ser externa ou interna.
ADENSAMENTO: é o processo lento e gradual de redução doíndice de vazios de um solo, por expulsão do fluido intersticial etransferência da pressão do fluído para a estrutura sólida, devidoa cargas aplicadas ou ao peso próprio das camadassobrejacentes.
RECALQUE: movimento vertical de uma estrutura, provocadopelo próprio peso ou devido à deformação do subsolo por outroagente, tal como remoção do confinamento lateral, efeito debombeamento de água e efeito do rebaixamento generalizado dolençol freático.
Conceitos
O solo é um sistema particulado composto de partículas
sólidas e espaços vazios, os quais podem estar parcialmente
ou totalmente preenchidos com água. Os decréscimos de
volume (as deformações) dos solos podem ser atribuídos, de
maneira genérica, à três causas principais:
Compressão das partículas sólidas;
Compressão dos espaços vazios do solo, com a
consequente expulsão da água (no caso de solo saturado);
Compressão da água (ou do fluido) existente nos vazios do
solo.
Compressibilidade dos solos
Compressibilidade dos solos
A compressibilidade de um solo irá depender do arranjo
estrutural das partículas que o compõe e do grau em
que estas são mantidas uma em contato com a outra.
O recalque que se observa na superfície do terreno é
resultante da somatória das deformações dos diversos
elementos ao longo da profundidade.
Figura 2: Torre de Pisa (Itália)
Compressibilidade dos solos
Torre de Pisa – Fases de construção
1ª Quatro andares - 1173 a 1178
2ª Três andares - 1272 e 1278
3ª A torre foi completada- 1360 e 1370
Dimensões: 60m H x 20 m de D e 145 MN.
Torre de Pisa
A inclinação prosseguiu com uma média de 1,2 mm
por ano.
Em XIX, foram feitas escavações ao redor da torre em
busca da base da coluna.
Mas em poucos dias o ângulo aumentou quase 1°.
1930- Foram injetadas 100 T de argamassa no solo , e
a inclinação aumentou.
Em 1990- Escavando a terra das fundações instáveis e
colocando pesos (peças de chumbo) na face oposta da
torre para evitar desabamentos.
A remoção de terra criou um espaço vazio no solo, no
lado oposto ao inclinado. Com isso, o próprio peso da
torre fez com que ela se reacomodasse no buraco e
retornasse em meio grau.
O topo da torre está a uma distância de 3,9 m de onde
ele estaria se a torre estivesse perfeitamente na
vertical.
Torre de Pisa
Figura 3: Esquema construtivo da Torre de Pisa
Métodos
Os métodos conhecidos de cálculo para recalque são:
Recalque por adensamento: Método Unidimensional;
Adensamento pelo Método de Skempton-Bjerrum;
O Método de Trajetória de Tensões.
Ensaio de adensamento ou
oedométrico
O ensaio tem por objetivo a determinação
experimental das características do solo que interessam
à determinação dos recalques provocados pelo
adensamento.
Princípio de Terzaghi
O ensaio oedométrico se baseia no princípio de
Terzaghi.
Nesse princípio o solo é representado por uma mola
cuja a deformação é proporcional à carga a ela
aplicada.
Figura 4: Desenho esquemático do princípio de Terzaghi
Descrição do ensaio
O ensaio é baseado no princípio de Terzaghi onde vão
ser obtidas características de adensamento de um solo
através da compressão de uma amostra, geralmente
não deformada, de altura pequena em relação ao
diâmetro, confinada lateralmente por um anel rígido e
colocada entre dois discos porosos .
Realização do ensaio
Realiza-se o ensaio aplicando cargas verticais que vão
sendo gradualmente aumentadas em intervalos de
tempo determinados.
Cada estágio de carga deverá permanecer tempo
suficiente para permitir a deformação total da amostra.
A cada intervalo, as deformações são medidas com a
utilização do micrômetro.
Figura 5: Desenho esquemático do ensaio oedométrico
Parâmetros de Compressibilidade
Nos solos, as deformações podem ser estabelecidas
através de variações volumétricas ou em termos de
variações no índice de vazios, de maneira essencial.
A compressibilidade fica definida principalmente pelos
parâmetros conhecidos como:
a) módulo oedométrico ou confinado (D);
b) coeficiente de variação volumétrica (mv);
c) coeficiente de compressibilidade (av);
d) índice de compressibilidade (cc).
Fatores que influenciam a
compressibilidade dos solos
Tipo de Solo
O contato entre as partículas de solos argilosos
(argilo-minerais) é feito através da camada de água
absorvida (camada dupla), já os solos granulares
transmitem os esforços diretamente entre as partículas.
Assim, a compressibilidade dos solos argilosos é
superior a dos solos arenosos, pois a camada dupla
lubrifica o contato e facilita o deslocamento relativo
entre partículas.
Fatores que influenciam a
compressibilidade dos solos
Figura 6: Camada de água absorvida numa
partícula de argilaFigura 7: Contato entre grãos em solos
arenosos
Fatores que influenciam a
compressibilidade dos solos
Estrutura dos Solos
Solos granulares podem ser arranjados em estruturas
fofas, densas e favo de abelha. Quanto maior o índice de
vazios, maior será a compressibilidade do solo.
Figura 8: Tipos de estrutura dos solos granulares
Fatores que influenciam a
compressibilidade dos solos
Já os solos argilosos se apresentam segundo estruturas
dispersas ou floculadas. Assim, o posicionamento das
partículas tende a uma orientação paralela (estrutura
dispersa).
Figura 9: Tipos de estrutura dos solos argilosos
Fatores que influenciam a
compressibilidade dos solos
Nível de tensões Interfere na compressibilidade quanto à movimentação
relativa entre partículas e à possibilidade de acarretarprocessos de quebra de grãos.
Quando um solo arenoso fofo é comprimido, as partículas
vão se posicionando em arranjos cada vez mais densos,
diminuindo a compressibilidade do solo. À medida que o
nível de tensões é aumentado, elevam-se as tensões
intergranulares acarretando em fraturamento e/ou
esmagamento das partículas. Com a quebra de grãos, a
compressibilidade aumenta sensivelmente.
Fatores que influenciam a
compressibilidade dos solos
Grau de Saturação
No caso de solos saturados, a variação de volume
ocorre por uma variação de volume de água contida nos
vazios. No caso de solos não saturados, o problema é
mais complexo uma vez que, ao contrário da água, a
compressibilidade do ar é grande e pode interferir na
magnitude total das deformações.
Tensão de Pré-Adensamento
Gráfico 1: e versus log’ x
No gráfico da curva e x log’v, observa-se uma mudançabrusca da inclinação da tangente à curva decompressibilidade. Este fato se dá porque este tipo degráfico permite observar claramente quando o solo muda decomportamento.
No trecho inicial, de menor compressibilidade, o solo estásubmetido a um processo de recompressão.
No trecho seguinte o solo está carregado com valoresmáximos de tensão efetiva que foi submetido durante todosua história. Esta tensão efetiva tem o nome de tensãoefetiva de pré-adensamento.
Tensão de Pré-Adensamento
Tensão de Pré-Adensamento
Na prática, a relação entre a tensão efetiva
de pré-densamento e a tensão efetiva
vertical do campo pode ser de duas
maneiras:
Solo normalmente adensado
Neste caso, o solo nunca foi submetido a uma tensão
efetiva vertical maior a atual, por isso diz-se que o solo
é normalmente adensado e a sua razão de pré-
adensamento é um.
Durante a formação de um solo sedimentar as tensões
vão crescendo continuamente com a deposição de
novas camadas. Portanto, nenhum elemento foi
submetido a tensões maiores do que as atuais.
Solo normalmente pré-adensado
Se a tensão efetiva de pré-adensamento é maior
que a tensão efetiva vertical de campo , conclui-se
que, o depósito já foi superior ao atual. A razão de pré-
adensamento será sempre maior que um, sendo assim,
este material é chamado de solo pré-adensado.
Vários fatores podem causar pré-adensamento, sendo
alguns: variação da tensão total, poropressão e
estrutura do solo.
Compressibilidade de Solos Arenosos
Gráfico 2: e versus pressão vertical
No gráfico indica, para uma areia ensaiada,que há um patamar praticamente horizontal até o nívelde tensões de 10 Mpa. Não há variação expressiva doíndice de vazios até os valores de tensões próximos a10 Mpa.
Somente a partir deste valor, as deformaçõesvolumétricas são sensivelmente maiores. Pode-seobservar também que o comportamento é similar paraos ensaios relativos a materiais “fabricados” porquartzo e feldspatos moídos.
Compressibilidade de Solos Arenosos
Compressão Secundária
A compressão não cessa quando o excesso de pressãoneutra tiver se dissipado até zero, mas continua com umavelocidade gradualmente crescente sob uma tensão efetivaconstante.
Isso se deve ao reajuste gradual das partículas de argilaem busca de uma configuração mais estável após odistúrbio estrutural causado pela diminuição do índice devazios, especialmente se a argila estiver confinadalateralmente.
Fator adicional: deslocamentos laterais graduais queocorrem em camadas grossas de argila sujeitas a tensões decisalhamento.
Compressão Secundária
A velocidade da compressão secundária é
controlada pelo filme de água adsorvida altamente
viscoso que envolve as partículas de argilominerais no
solo. A viscosidade do filme aumenta à medida que as
partículas se movem mais próximas entre si, o que
causa um decréscimo da taxa de compressão do solo.
Em aplicações práticas admite-se que a compressão
secundária manifesta-se apenas após a dissipação total
de poropressões (t100).
Compressão Secundária
A compressão secundária tem menor importância
porque a sua magnitude é inferior à dos outros tipos de
recalque, sendo por esta razão desconsiderada na
maioria das análises.
Entretanto, em argilas muito plásticas e solos
orgânicos o recalque secundário é significativo e deve
ser incorporado no projeto.
Técnicas construtivas para melhoria do
comportamento da camada de solo compressível
A construção de aterros sobre solos moles requeruma campanha de investigações geológico-geotécnicasextensas, para caracterização do depósito, além daavaliação do método construtivo mais adequado para aobra em questão e qual o tipo de utilização da área.
Alguns métodos contemplam o controle derecalques, outros o controle de estabilidade, mas amaioria dos métodos contempla as duas questões. Ageometria dos aterros e as características geotécnicassão fatores muito variáveis e a metodologia construtivaa ser adotada deve ser analisada para cada caso.
Técnicas construtivas para melhoria do
comportamento da camada de solo compressível
Figura 10: Métodos construtivos de aterros sobre solos moles (Almeida e Marques,
2010, adaptado de Leroueil, 1997).
Técnicas construtivas para melhoria do
comportamento da camada de solo compressível
Tabela 1: Resumo das metodologias executivas e suas características (Almeida, 1996; Almeida e Marques 2010).
Técnicas construtivas para melhoria do
comportamento da camada de solo compressível
Alguns aspectos a serem observados na escolha do melhor
método:
A substituição de solos moles só é econômica para
espessuras pequenas, em geral inferiores a 3 m;
Para espessuras de solo mole até 20 m a solução em geral
mais econômica é o emprego de geodrenos e sobrecarga;
A solução de aterro estaqueado apresenta a vantagem de
não haver tempo de espera para a adensamento, mas o
tempo de cravação das estacas pode ser grande.
Referências Bibliográficas
CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações, 5.ed
rev. e ampliada. Rio de Janeiro. Livros Tecnicos e científicos,
1977.
CRAIG, R.F. Mecânica dos solos; tradução Amir Kurban. –
[Reimpr.]. – Rio de Janeiro: LTC, 2011.
Disponível em:
<http://www.eng.uerj.br/~denise/pdf/compressibilidadea
densamento.pdf>. Acesso em: 04/09/2013.