Adensamento dos solos

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Mecanica dos solos 2: Compressibilidade e Adensamento dos solos

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<p> Faculdade de Engenharia Departamento de Estruturas e Fundaes FEUERJ ProfDenise M GerscovichCompressibilidade e Adensamento25/10/11 1 PGECIV PGECIV COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO CONTEDO 1.INTRODUO ............................................................................................................................. 3 2.COMPRESSIBILIDADE .............................................................................................................. 4 2.1.1.Tipo de Solo .................................................................................................................... 6 2.1.2.Estrutura.......................................................................................................................... 6 2.1.3.Nvel de Tenses ............................................................................................................ 7 2.1.4.Grau de Saturao .......................................................................................................... 8 2.2.HISTRIA DE TENSES .......................................................................................................... 8 3.ADENSAMENTO - ANALOGIA HIDROMECNICA ................................................................ 10 3.1.TEMPO DE CONSOLIDAO .................................................................................................. 12 3.2.MAGNITUDE DAS PORO-PRESSES ...................................................................................... 14 3.2.1.Solicitao No Drenada Solicitao Drenada .......................................................... 15 3.2.2.Magnitude dos Acrscimos de Poro-Presso .............................................................. 19 4.RECALQUES............................................................................................................................. 22 4.1.RECALQUE INICIAL ............................................................................................................... 25 4.2.RECALQUE PRIMRIO OU DE ADENSAMENTO ......................................................................... 27 4.2.1.Recalque Primrio para Carregamentos Finitos........................................................... 33 4.3.RECALQUE SECUNDRIO ..................................................................................................... 35 5.TEORIA DE ADENSAMENTO OU CONSOLIDAO UNIDIMENSIONAL ............................ 42 5.1.SOLUO DA EQUAO DE ADENSAMENTO ........................................................................... 44 5.1.1.Porcentagem de Adensamento .................................................................................... 45 5.1.1.1.Excesso Inicial de PoroPresso Varivel com a Profundidade ............................................ 52 5.1.2.Porcentagem Mdia de Adensamento: ........................................................................ 56 5.2.CURVA RECALQUE X TEMPO ................................................................................................ 61 6.ENSAIO DE ADENSAMENTO .................................................................................................. 64 6.1.ENSAIO CONVENCIONAL OU ENSAIO OEDOMTRICO .............................................................. 64 6.1.1.Procedimento de Ensaio ............................................................................................... 65 6.1.2.Parmetros Obtidos ...................................................................................................... 65 6.1.2.1.Parmetros Iniciais ............................................................................................................... 66 Faculdade de Engenharia Departamento de Estruturas e Fundaes FEUERJ ProfDenise M GerscovichCompressibilidade e Adensamento25/10/11 2 PGECIV PGECIV6.1.2.2.ndice de Vazios Final (ef) .................................................................................................... 66 6.1.2.3.Coeficientes de Compressibilidade ...................................................................................... 67 6.1.2.4.Tenso Efetiva de Pr-Adensamento (ovm ) ........................................................................ 69 6.1.2.5.Coeficiente de Adensamento (cv) ......................................................................................... 70 6.1.2.6.Exemplos de Resultados Experimentais .............................................................................. 76 6.1.2.7.Coeficiente de Compresso Secundria (Co) ....................................................................... 79 6.1.2.8.Coeficiente de Permeabilidade (k) ........................................................................................ 81 6.2.ENSAIO DE ADENSAMENTO COM VELOCIDADE DE DEFORMAO CONSTANTE (CRS) ................ 83 6.2.1.Procedimento de Ensaio ............................................................................................... 88 6.2.2.Resultados Experimentais ............................................................................................ 89 6.2.2.1.Influncia da velocidade dos Ensaios CRS .......................................................................... 90 7.CASOS PARTICULARES ....................................................................................................... 108 7.1.CARREGAMENTO NO INSTANTNEO ................................................................................... 108 7.2.CAMADAS DE ESPESSURA ELEVADA .................................................................................... 110 7.3.ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAL COM GRANDES DEFORMAES ........................................ 113 7.4.O EFEITO DA SUBMERSO DE ATERROS............................................................................ 115 8.ACELERAO DE RECALQUES .......................................................................................... 116 8.1.DRENOS VERTICAIS ........................................................................................................... 116 8.2.SOBRECARGA .................................................................................................................... 122 9.INTERPRETAO DE MEDIDAS DE RECALQUE ............................................................... 123 9.1.MTODO DE ASAOKA, (1978) MODIFICADO POR MAGNAN E DEROY (1980) ........................... 123 9.1.1.1.Resultado Experimental...................................................................................................... 126 9.2.MTODO DE ORLEACH ....................................................................................................... 132 10.INFLUENCIA DA AMOSTRAGEM ..................................................................................... 134 10.1.PROCESSO DE AMOSTRAGEM ............................................................................................. 134 10.2.PARMETROS DE COMPRESSIBILIDADE ............................................................................... 137 11.REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS RECOMENDADAS .................................................. 144 12.APENDICE I - SOLUO ANALTICA DA EQUAO DE TERZAGHI ........................... 145 13.APNDICE III INTERPRETAO DO ENSAIO CRS ...................................................... 146 Faculdade de Engenharia Departamento de Estruturas e Fundaes FEUERJ ProfDenise M GerscovichCompressibilidade e Adensamento25/10/11 3 PGECIV PGECIV1.INTRODUOGrande parte das obras de engenharia civil (prdio, pontes, viadutos, barragens, estradas, etc.) assentada diretamente sobre o solo. A transferncia dos esforos da estrutura para o solo feita atravs de fundaes rasas (sapatas, radiers) ou profundas (estacas, tubules). No projeto geotcnicodefundaesfaz-senecessrioavaliarsearesistnciadosolosuficientepara suportarosesforosinduzidospelaestruturae,principalmente,seasdeformaes(recalques) estarodentrodoslimitesadmissveis.Recalquesdiferenciaisoudemagnitudeelevadapodem causar trincas na estrutura ou inviabilizar sua utilizao. OPalciodeBelasArtes,naCidadedoMxico,umcasoclssicoderecalquede fundao.Apssuaconstruo,ocorreuumrecalquediferencialde2m,entrearuaearea construda;orecalquegeraldestaregiodacidadefoide7m..Umvisitante,aoinvsdesubir algunsdegrausparaentrarnoprdio,comoestabelecidonoprojetooriginal,elehojetemde descer. A Figura 1.1 apresenta em esquema do que ocorreu com esta construo. Figura 1 Palcio de las Bellas Artes, na cidade do Mxico. Recalque diferencial de 2m entre a estrutura e a rua1. 1 Lambe e Whitman, 1969 Faculdade de Engenharia Departamento de Estruturas e Fundaes FEUERJ ProfDenise M GerscovichCompressibilidade e Adensamento25/10/11 4 PGECIV PGECIV2.COMPRESSIBILIDADE Osoloumsistemacompostodegrosslidosevazios,osquaispodemestar preenchidosporguae/ouar.Quandoseexecutaumaobradeengenharia,impe-senosolo uma variao no estado de tenso que acarreta em deformaes.A natureza das deformaes pode ser subdividida em 3 categorias: deformaes elsticas, plsticasouviscosas.Asdeformaeselsticasestoassociadasavariaesvolumtricas totalmente recuperadas aps a remoo do carregamento. Estas deformaes causam em geral pequenasvariaesnondicedevazios.Asdeformaesplsticassoaquelasqueinduzema variaesvolumtricaspermanentes;isto,apsodescarregamentoosolonorecuperaseundicedevaziosinicial.Jasdeformaesviscosas,tambmdenominada fluncia,soquelas associadas a variaes volumtricas sob estado de tenses constante.Essas deformaes se devem a: -deformao dos gros individuais; -compresso da gua presente nos vazios (solo saturado); -variao do volume de vazios, devido ao deslocamento relativo entre partculas. Considerandoasfaixasdetensesaplicadaspelasobrascivisrazoveldesprezaras parcelasrelativasacompressodo groindividualedagua.Assimsendo,asdeformaesno soloocorrembasicamentepelavariaodevolumedosvazios.Somenteparacasosem queos nveis de tenso so muito elevados, a deformao total do solo pode ser acrescida da variao de volume dos gros. Define-secomoCompressibilidadearelaoentreamagnitudedasdeformaesea variaonoestadodetensesimposta.Nocasodesolos,estasdeformaespodemser estabelecidas atravs de variaes volumtricas ou em termos de variaes no ndice de vazios. Dependendodaformaadotada,acompressibilidadedosoloficaentodefinidaapartirde diferentesparmetrosconhecidoscomo:mduloconfinado(D),coeficientedevariao volumtrica(mv),coeficientedecompressibilidade(av)endicesdecompressibilidade(Cc,Cr, Cs). A Figura 2.1 mostra as diferentes formas de obteno destes parmetros. Faculdade de Engenharia Departamento de Estruturas e Fundaes FEUERJ ProfDenise M GerscovichCompressibilidade e Adensamento25/10/11 5 PGECIV PGECIV (a)(b)(c) Figura 2 Parmetros de Compressibilidade Observa-se,aindanaFigura2.1,queascurvasdecompressibilidadenosolineares. Desta forma a magnitude dos parmetros de compressibilidade depender da faixa de tenses de trabalho.Faz-senecessrio,portantonaprticadaengenharia,indicaroslimitesemtermosde tenso efetiva inicial etenso efetiva final e, neste trecho, calcular a tangente curva. Umavezdeterminadoacompressibilidadedosoloemfunodequalquerumdo parmetros, possvel obter qualquer outro a partir das correlaes apresentadas na Tabela 1. Tabela 1- Parmetros de Compressibilidade Mdulo Confinado Coeficiente de Variao Volumtrica Coeficiente de Compressibilidade ndice de Compresso MduloConfinado Coeficiente de Variao c=AH/HoovAovAcD=Aov /Acmv=1/DeovAovAeav=-Ae/AovCselogovAlogovAeCi=-Ae/AlogovCrCcDvv= AAocDmv=1Deav=+ 10DeCvcmedio=+ ( ),10 4350 omDv =1mvvv= AAcomaevv=+ 10mCevcvmedio=+0 43510,( )o Faculdade de Engenharia Departamento de Estruturas e Fundaes FEUERJ ProfDenise M GerscovichCompressibilidade e Adensamento25/10/11 6 PGECIV PGECIVVolumtrica Coeficiente de Compressibilidade ndice de Compresso Os fatores que determinam a compressibilidade dos solos so: -tipo de solo -estrutura-nvel de tenses -grau de saturao 2.1.1. TIPO DE SOLO Ainteraoentreaspartculasdesolosargilosos(argilo-minerais)feitaatravsde ligaes eltricase o contato feito atravs da camada de gua absorvida (camada dupla). J os solosgranularestransmitemosesforosdiretamenteentrepartculas.Porestarazo,a compressibilidadedossolosargilosossuperioradossolosarenosos,poisacamadadupla lubrifica o contato e portanto facilita o deslocamento relativo entre partculas. comum referir-se aos solos argilosos como solos compressveis. 2.1.2. ESTRUTURAA estrutura dos solos um fator importante na definio da sua compressibilidade. Solos granularespodemserarranjadosemestruturasfofas,densasefavodeabelha(solosfinos), conforme mostrado na Figura 3. Considerando que os gros so admitidos como incompressveis, quanto maior o ndice de vazios, maior ser a compressibilidade do solo. aeDv =+ 10a e mv v= + ( ) 10aevv= AAoaCvcvmedio=0 435 ,oCeDcvmedio=+ ( ),10 4350 oCe mcv vmedio=+ ( ),10 4350oCacv vmedio=o0 435 ,Cecv= AAlogo Faculdade de Engenharia Departamento de Estruturas e Fundaes FEUERJ ProfDenise M GerscovichCompressibilidade e Adensamento25/10/11 7 PGECIV PGECIV Figura 3. Estrutura dos Solos Granulares Jossolosargilososseapresentamsegundoestruturasdispersasoufloculadas(Figura 4).Soloscomestruturafloculadasomaiscompressveis;comacompressodessessoloso posicionamento das partculas tende a uma orientao paralela (estrutura dispersa). Figura 4. Estrutura dos Solos Argilosos Devido a importncia da estrutura na definio da compressibilidade dos solos, ensaios de laboratrioparadeterminaodascaractersticasdecompressibilidadedevemsersempre executados em amostras indeformadas. No caso dos solos granulares, de difcil amostragem, os ensaios devem ser realizados em amostras moldadas segundo o ndice de vazios de campo.2.1.3. NVEL DE TENSES O nvel de tenses a que o solo est sendo submetido interfere na sua compressibilidade tantonoquedizrespeitomovimentaorelativaentrepartculas,quantonapossibilidadede acarretar em processos de quebra de gros. AFigura5ilustraainflunciadonveldetenses.Nestafigura,quantomaisverticala tangentecurva,maioracompressibilidadedomaterial.Quando,porexemplo,umsolo arenoso fofo comprimido, as partculas vo se posicionando em arranjos cadavez mais densos,diminuindoacompressibilidadedosolo.Amedidaqueonveldetenses aumentado,elevam-seastensesintergranularesacarretandoemfraturamentoe/ou esmagamentodaspartculas.Comaquebradegros,acompressibilidadeaumenta sensivelmente. (a) fofa(b) densa(c) favo de mel (a) dispersa(b) floculada Argilo-mineral Camada dupla Faculdade de Engenharia Departamento de Estruturas e Fundaes FEUERJ ProfDenise M GerscovichCompressibilidade e Adensamento25/10/11 8 PGECIV PGECIV Figura 5. Curva Tenso-Deformao solo arenoso Namaioriadasobrasdeengenhariaosnveisdetensonoatingemos patamares necessrios para causar deformaes ou quebra nos gros. 2.1.4. GRAU DE SATURAO No caso de solos saturados, a variao de volume ocorre por uma variao de volume de gua contida nos vazios (escape ou entrada). No caso de solos no saturados, o problema mais complexoumavezque,aocontrriodagua,acompressibilidadedoargrandeepode interferir na magnitude total das deformaes.2.2.HISTRIA DE TENSES Nocasodautilizaoda...</p>