compressibilidade unidimensional da argila cinza do rio de … · 2017-12-08 · 3.2 - teoria de...
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COMPRESSIBILIDADE UNIDIMENSIONAL DA ARGILA CINZA DO
RIO DE JANEIRO EM BOTAFOGO
MARIA HENRIQUETA CUNHA CORREIA
Tese submetida ao Corpo Docente da Coordenação dos Programas de
Pós-Graduação de Engenharia da Universidade Federal do Rio de
Janeiro como parte dos requisitos necessários para a obtenção do
grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)
Aprovada por
Rio de Janeiro,RJ - Brasil
Novembro de 1981
enga
(Orientad r)
/
Mauro Lúcio Guedes Werneck
Leandro Costa Filho
ii
CORREIA, MARIA HENRIQUETA CUNHA
Compressibilidade unidimensional da argila cinza do Rio de
Janeiro em Botafogo [Rio de Janeiro] 1981.
xvii, . '
160 p.
Tese: Mestre em Ciências (Engenharia Civil)
1. Compressibilidade 2. Oedômetros 3. Pressão-neutra
4. Teses.
I . COPPE/UFRJ II. Título (série)
iv
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Willy Alvarenga Lacerda pela orientação.e amizade,
Ao Prof. Mareio Miranda Soares pelo incentivo,
A Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, atr~
ves do departamento de Engenharia Civil, pela possibilidade de
utilização de seu laboratório de solos e, ·em especial, ao Prof.
Leandro da Costa Filho pelas.críticas e sugestões·e ao Prof.
Sérgio Fontoura.
A Janine de Carvalho, Fernando Danzinger, Bernadete Ragoni
Danzinger, Fernando Fusaro, Camilo Borges Neto e João Dirnas Pin
to Salgado pela grande amizade.
 Companhia do Metropolitano do Rio de Janeiro
Ao CNPq pela ajuda financeira
 Eni s .. Gonçalves pela datilografia
Ao Sebastião Gilmar Fernandes pelos desenhos.
V
RESUMO
Este tiabalho foi desenvolvido com o intuito de
-,erificar as características de compressibilidade de um solo
submetido a um processo de adensamento provocado por alívio de
pressões (rebaixamento de lençol confinado). Utilizou-se para
isto o oedômetro hidráulico WF 24500 que permite a aplicação
de contra-pressão e medição de pressão neutra na face não dre
nada da amostra. Comparam-se os parâmetros de compressibilid~
de obtidos em laboratôrio com os obtidos no campo.
t apresentado um método de cálculo que através
dos dados de deformação específica versus logaritmo da pressao
efetiva, define a curva coeficiente de compressibilidade volu
métrica contra logaritmo da pressao efetiva. Este método fa
cilita uma previsão teôrica da curva mv x log ãv, mostrando o
maior ou menor grau de amolgamento da amostra, e permitindo u
ma estimativa da pressão de pré-adensamento.
vi
ABSTRACT
This work àims at determining the compressibility
characteristics of a soil subjected to consolidation caused by
reduction of hydraulic pressure of a confined watertable. The
equipment utilized, a hydraulic oedometer manufactured by W.
Farrance Co. permitted the use of back pressure· .. ,and >the
measurement of porewater pressure on the non-drained surface.
Comparisons are màde between parameters from laboratory
and those obtained from in si tu observations.
tests
A method is. presented for computation of the
volumetric compressibility versus effective stress logarithm
from the data of the strain-effective stress logarithm curve.
Such a method renders it simpler a theoretical prediction of
the m · versus logã curve revealing the degree of sample V V
disturbance and permitting the estimate of the
pressure.
overconsolidation
vii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1.1 - Situações típicas de carregamento devido ao ali
vio de pressões neutras e rebaixamento do lençol
freático.
FIGURA 1.2 - Alívio de pressoes registrado durante a execuçao
da galeria do Metrô-Rio nas imediações da
ção de Botafogo.
esta
FIGURA 2 .1 - Perfil geotécnico do bloco 45 , , lote 9, do Metrô
Rio.
FIGURA 3.1 - Teoria de adensamento modificada
FIGURA 4.1 - Desenho esquemático da prensa tipo Bishop utili
zada em ensaios convencionais.
FTGURA 4.2 - Célula de adensamento pressurizada hidraulicamen
te WF 24500.
FIGURA 4.3 - Calibração das células convencionais 86 e 87
FIGURA 4.4 - Calibração do oedômetro hidráulico WF 24500
FIGURA 4.5 - Dados de deformação x tempo de segunda calibração
viii
FIGURA 4.6 - Sequência de aplicação de incrementes de pressao
nos ensaios de adensamento convencionais.
FIGURA 4.7 - Sequência de aplicação de incremento de pressao
nos ensaios realizados no oedômetro hidráulico.
FIGURA 4.8 - Dados de E x logo, mv x logÕ, c :x·iogÕ e V V V V V
log K x E correspondentes ao ensaio 3 convencia V
nal
FIGURA 4.9 - Dados de.Ev x logÕV, mv x logÕV, CV x logov e
log K x E correspondentes ao ensaio 8 convencia V
nal.
FIGURA 4.10 - Curvas de ex logÕ em x logo V V V
FIGURA 4 .11 - Dados de E x log t correspondentes ao ensaio 3 V
FIGURA 4 .12 - Dados de E x log t correspondentes ao ensaio 8 V
FIGURA 4.13 - Dados de Ev x logÕv, mv x logÕv' Cv x logov cor
respondentes ao ensaio 6.
FIGURA 4.14 - Dados de Ev x logÕv, mv x logov, Cv x logov,
Ev x log K e Ea x logÕv correspondentes ao ensaio
1.
ix
FIGURA 4.15 - Idem ensaio 4
FIGURA 4.16 - Idem ensaio 2
FIGURA 4.17 - Idem ensaio 5
FIGURA 4.18 - Idem ensaio 7
FIGURA 4 .19 - Dados de Ev x log t e uT/L'lov x log t corresponde~
tes ao ensaio 1
FIGURA 4.20 - Idem ensaio 2
FIGURA 4.21 - Idem ensaio 4
FIGURA 4.22 - Idem ensaio 5
FIGURA 4.23 - Idem ensaio 6
FIGURA 4.24 - Idem ensaio 7
FIGURA 4.25 - Dados de compressao secunaaria
rico de Tensões.
versus histó
FIGURA 4.26 - Influência do medidor de volume na leitura de P2.
ro-pressoes
FIGURA 4.27 --
FIGURA 4.28
FIGURA 4.29
FIGURA 4.30
FIGURA 5.1
FIGURA 5.2
FIGURA 5.3
FIGURA 5 .4
F·IGURA 5 .5
FIGURA 5.6
FIGURA 5.7
X
/:,E V Dados de E =---- X OV a
/:,log t
Verificação da tensão absorvida pela membrana no
WF 24500
Dados de pressao x deslocamento obtidos na ter -
ceira calibração.
Dados de dissipação de pressoes neutras na face
não drenada obtidos no ensaio 6.
Cálculo do coeficiente de compressibilidade volu
métrica.
Valores de mv f (logÕv} para a= constante
A influência do modo de cálculo na curva mv x ªv
Exemplo de uma a-rgila sensível
Influência do amolgamento na curva mv x ªv
Influência da expansao da amostra na curva
Influência da perturbação devido a amostragem em
uma argila sensível
FIGURA 6.1
FIGURA 6.2
FIGURA 6.3
FIGURA 6.4
FIGURA 6.5
FIGURA 6.6
FIGURA 6.7
xi
Razão entre excesso de poro pressao inicial e in
cremento de pressao aplicado.
Coeficientes de adensamento obtidos através dos
dados de deformação o x log t das amostras env
saiadas no oedômetro hidráulico.
Dados experimentais de dissipação de pressoes neu
tras versus curvas teôricas segundo Terzaghi.
Uma tentativa de previsão teórica das curvas de
deformação versus tempo através dos dados de dis
sipação de pressões neutras.
Idem para a argila do rio Sarapui.
Estimativa da deformação devido a compressao se
cundária.
Influência da espessura da amostra segundo Ladd
et ale dados experimentais e teóricos para amos
tras de diversas alturas segundo Berre e Iversen.
xii
LISTA DE SÍMBOLOS
A
A
a V
B
c
CR
c Cl
c
D
Ârea
Parâmetro de pressao neutra de Skempton
Coeficiente de compressibilidade
Parâmetro de pressao neutra de Skempton
Parâmetro de pressão neutra quando há confinamento la
teral
índice de compressão
Índice de recompressao
Índice de expansao
Compressibilidade da agua
Compressibilidade da estrutura do solo
Razão de compressao
Coeficiente de adensamento
Coeficiente de compressão secundária be/i'llog t
Intercepto de coesao baseado em tensões efetivas
Módulo confinado
Leitura inicial do extensómetro
Leitura inicial do extensómetro corrigida para 0% de
adensamento
d 901 d 100 - Leitura do extensómetro a 90% e 100% de adensamento
E Módulo de Young
e índice de vazios
e o
F
h
h p
i
K
K
K o
xiii
Índice de vazios inicial
Força
Umidade natural
Altura de drenagem
Umidade correspondente ao limite de pasticidade
Umidade correspondente ao limite de liquidez
Gradiente hidráulico
Coeficiente de permeabilidade
Coeficiente de empuxo
Coeficiente de empuxo no repouso
Coeficiente de compressibilidade volumétrica
NA. ,NAf - Niveis d'água iniciais e finais respectivamente "1
Pressão efetiva vertical devido ao peso de solo sobre
jacente
RPA Razão de pré-adensamento
RR Razão de recompressao
r Recalque
rt Recalque por adensamento a um tempo t.
r<P Recalque por adensamento correspondente a um tempo in
finito
Su Resistência ao cisalhamento nao drenado
SPT Índice de resistência a penetração
T Fator tempo
T'
t
tso e t 90
tp
u
uz -u
UH
u
u
llT
z
y
xiv
Fator tempo modificado
tempo
Tempo correspondente a 50 e 90% de adensamento
Tempo correspondente ao final da compressao primária
Percentagem de adensamento
Percentagem de adensamento em função·da profundidade
Percentagem média de adensamento
Percentagem de adensamento segundo as leituras de pre~
são. neutra
Percentagem média de adensamento segundo as leituras
de pressão neutra
Percentagem média de adensamento segundo as leituras
de deformação
Percentagem de adensamento hb topo ,·da amostra
Pressão neutra a uma profundidade z
Excesso de pressao neutra a uma profundidade z
Pressão neutra inicial
Excesso de pressao neutra inicial
Pressão neutra com fluxo estacionário estabelecido
Excesso de pressao neutra no topo
Profundidade
Peso específico
Peso específico na umidade natural
XV
ysat - Peso especifico saturado
Ysub - Peso especifico submerso
Yw Peso especifico da agua
6 Peso especifico dos -g graos
!:, Incremento (por exemplo t:,o v'
!:,e)
EV % Deformação vertical especifica
E % - Deformação volumétrica vol
E Coeficiente a de compressao secundária
o Pressão total
o Pressão V
vertical total
o Pressão efetiva
Pressão efetiva vertical inicial e final
ªv' 0 n Pressão efetiva vertical e horizontal
ºvm Pressão de pré-adensamento
0 1•º3 - Tensões normais aos planos principais
T Tensão cisalhante
Ângulo de atrito baseado em tensões efetivas
Taxa de variação de carregamento com o tempo
xvi
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO
1.1 - Situação da tese no programa de pesquisa
da Coppe junto ao Metrô do Rio de Janeiro
1.2 - Objetivos do Estudo
2. ASPECTOS GEOLÕGICO-GEOTÉCNICOS
3. REVISÃO BIBLIOGRÂFICA
3.1 - Introdução
3.2 - Teoria de Adensamento de Terzaghi
3.3 - Compressão Secundária
3.4 - Parámetros mais usuais na definição da
compressibilidade unidimensional
3.5 - Modificação da estrutura do solo com os
deslocamentos
3.6 - Pesquisas mais recentes com a utiliza
ção de outros oedômetros que não os con
vencionais
3.7 - Teoria de Adensamento Modificada
3.8 - Influência da Amostragem
3.9 - Conclusões
4 - INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL
4.1 - Equipamento e Instrumentação
4.2 - Resumo dos Resultados de Ensaios
xvii
4.3 - Influência da Elasticidade da Membrana
nos Resultados de Ensaios
4.4 ~ Outras Possíveis Fontes de Erro nas Me
dições
4.5 - Conclusões
5 - ESTUDO DO COEFICIENTE DE COMPRESSIBILIDADE VO
LUMt:TRICA
5.1 - Introdução
5. 2 - Cálculo do m a partir da curva E x logo V V V
5.3 Argilas sensíveis
5.4 - Influência do Amolgamento
5.5 - Conclusões
6 - ANÁLISE DE RESULTADOS
6.1 - Introdução
6.2 - Parâmetro B de Pressão Neutra
6.3 - Uma Tentativa.de Previsão Teórica das
Curvas de Deformação Versus Tempo Atra· ·
vés de Dados de Dissipação de Pressões
6.4 - Análise da Dissipação de Pressões Neutras
6.5 - Influência da Espessura da Amostra
6.6 - Análise do Coeficiente de Adensamemnto
6.7 - Comparação dos dados de laboratório com
os dados de campo
7 - CONCLUSÕES
8 - REFE~NCIAS E BIBLIOGRAFIA
1. INTRODUÇÃO
1.1 - Situação da Tese no Programa de Pesquisa da Coppe
Junto ao Metrô do Rio de Janeiro
1.2 - Objetivos do Estudo
. 2.
1. INTRODUÇÃO
1.1 - Situação da tese no programa de pesquisa da COPPE junto
ao Metrô do Rio de Janeiro.
O presente trabalho compoe um programa de pesqut
sa iniciado pela prestação de serviços da .COPPE ao METRÔ-RIO
de onde se retiraram dados e material para o desenvolvimento
de várias teses, incluindo uma de doutorado SOARES(1981) e
nove de mestrado.
1.2 - Objetivos do Estudo.
Na fig~ra 1.1 tem-se duas situações tlpicas de
carregamento provocado por rebaixamento. Verifica-se que, nes
ses casos, são gerados excessos de pressões neutras (l) sem
que haja variação inicial apreciável de pressoes totais. An
·tes do rebaixamento as pressões na água são hidrostáticas. A
pós a completa dissipação do excesso de pressões neutras, que
na figura estão representadas por áreas triangulares hachura
das permanece um fluxo estacionário que no caso.{a)ê da camada perme~
vel inferior para a superior e no caso (b) o inverso. Supõe
se que o peso especifico ú:mido do solo da camada superior nao
varia durante o processo (caso (a)).
(1) Neste caso, em particular, os excessos de pressoes neutras
são referidos ao diagrama de pressões neutras após se es
tabelecer o fluxo estacionário.
• 3 •
A idéia principal ao, aqui, se utilizar um oedô
metro hidráulico era obter resultados de ensaios que simulassem
o.caminho- de tensões de um elemento de solo no campo, sujeito
a um processo de carregamento provocado por rebaixamento. No
ensaio convencional não se poderia provocar um acréscimo de
pressões efetivas pela diminuição da pressao da agua no inte
rior da amostra e·nem se obter dados sobre o coeficiente de a
densamento ou melhor, 'dados sobre a velocidade de deformação p~
ra pequenos incrementas de carga na região prôxima à pressão de
pré-adensamento. Para pequenos incrementas de pressão, como se
sabe, a curva deformação versus logaritmo do tempo não tem a
forma típica como a desenvolvida segundo a teoria de adensamen
to de Terzaghi, pois a compressão secundária mascara a compres
são primária e não se pode caracterizar o fim do processo de
dissipação do excesso de pressões neutras e, assim, definir um
coeficiente de adensamento.
Na figura 1. 2 apresentam-se estimativas .··(Colunas ·
1 e 2) da razão de carregamento provocado. pelo alívio de ·pre~
sões durante a execução da galeria do METRÔ próximo a estação
de Botafogo no período de Maio a Dezembro de 1978. A razao
de pré-adensamento foi estimada uniforme (l) igual a 1.8 para
toda a camada. É importante ressaltar os baixíssimos --,~.valores
de razão de carregamento e, também, a não uniformidade dos mes
mos ao longo da camada.
(1) Tipicamente, o OCR apresenta-se mais. elevado no topo da ca
mada decrescendo e tomando,. à seguir, um valor aproximadamen
te constante.
• 4 •
Pressões Totais e Efetivos f'rHsões Neutros
areia
argila
areia Cí= Ü"i + Uo
([: ( <f; +li.Ô'") + ( Uo + ÕU )
o) . Rebaixamento da lençol freática .
areia
areia
N.T.
~ N.A/ V:---
N.Af .X-
Pressões Totais e Efetivos
l flifo-flu 1
Pressões Neutros
b) Alívio de pressões hidrostática no tençol inferior.
FIG. 1.1 - SITUACÕES TÍPICAS DE CARREGAMENTO DEVIDO DE PRESSÕES NEUTRAS E REBAIXAMENTO DO
' LENCOL · FREATICO.
' AO ALIVIO
• 5 •
N.T.
ºf'.'":"''::;=~=--"i".···"'-· 2 ·'.< .. :·~·.- .. · ::·<;~/~ia_::_; '6, 2.0 tf/m'
pressões hidrostáticas
'/í, 1.8 tf/m'
28 · ·.- areia
"
G) - MAIO A DEZEMBRO 1978 - ALÍVIO MÉDIO 5P tf/m2
© - DEZEMBRO A MAIO 1979 - 10,0 tt/m2
( MAIO A DEZEMBRO) COLUNA 1 COLUNA 2 PROFUNDIDADE cr,
ALIVIO - "p ~ R PA estimado= 1,8 (m) ( tt/m2
) { tf /mZ) efvo •• ~-
-e o,, s,e 0,03 0,02
10 º·ª 10,4 o,oa 0,04
12 1,4 -~
12~0' 0,12 0,07
14 1,9 1 ·"';
1-3,~ 0,14 0,08
16 2,5 15,~ 0,16 0,09 ...
10 ,,o 16,~ 0,18 0,10
20 ,,s 18,4 0,20 0,11
22 4,2 20,0 0,21 0,12
24 4,7 21,6 0,22 0,12
FIG. 1.2 - ALÍVIO DE PRESSÕES REGISTRADO OURANTE A EXECUÇÃO DA GALERIA DO METRÔ- RIO NAS IMEDIAÇÕES DA ESTAÇÃO OE
BOTAFOGO.
. 7.
CAPITULO II
ASPECTOS GEOLÕGICOS - GEOTJ:':CNICOS
Segundo ANTUNES (1978) duas. feições morfológicas
sao bem distintas na costa do estado do Rio de Janeiro: a Ser
ra do Mar e a Planície Costeira.
A _Serra do Mar prolonga-se através de todo o
estado, sendo que, a região mais elevada localiza-se ao norte
da cidade do Rio de Janeiro e em toda a sua extensão existem
declives abruptos voltados para o oceano. A.Serra dos õrgãos
pertencente.- à Serra· do Mar é um bloco falhado, modelado pela
erosão que apresenta elevada precipitação(!).
A planície costeira, estendendo-se entre a cadei
ra de montanhas da Serra do Mar e o Litoral, apresenta uma to
pografia plana e contém lagoas, lagunas e mangues.
A região.constitui-se, então, de formações geol§
gicas de quatro épocas( 2). A formação QUATERNÂRIA é represe!:_
tada por sedimentos .. flmrio-marinhos,/ restingas. e a-luviões flu
(1) O estado do Rio de Janeiro apresenta, de modo geral, gr~
dientes pluviométricos acentuados. Este fato decorre, tam
bém.da orientação imposta pelo sistema orográfico, no ca
soa Serra do Mar.
(2) Pré-cambriano, Cretácio Terciário, terciário, Quaternário.
. 8.
viais. Quando o ambiente e marinho os sedimentos.dão ,·origem
às argilas moles de cor acinzentada a preta devido à matéria
. - . ( 3) organica .
Esses sedimentos apresentam concentrações variá
·veis de sais. solúveis, principalmente sob a forma de cloretos
e sul·fatos. ANTUNES (1978) indica para as argilas moles da bai
xada fluminense uma·concentração salina de.1.1 a 8.5 gf/1 e
4.1 a 6.4 para.a percentagem de matéria orgânica. Ressalta-
-se, ainda, que a flocu·lação depende da concentração salina e
do tipo de sal.
LAMBE (1969) menciona que uma concentração sa
lina de 35 gf/1 é o correspondente a um ambiente marinho tip:i:_
po. ANTUNES (1978).diz que uma redução na concentração sali
na até o valor de 15 gf/1 não causa alterações sensíveis nas
propriedades geotécnicas, sendo que, abaixo deste, pequenas v~
riações causam.alterações apreciáveis. A redução·da concentra
ção salina devido à lixiviação pode ser um dos fenômenos ger~
dores da sensitividade das argilas.
·A figura 2.1 mostra o perfil geotécnico do bloco
45 lote 9, METRÕ-RIO, localizado em Botafogo (LINS e LACERDA,
(3) Classificam-se como matéria orgânica dois tipos de mate
riais: (1) partículas de madeiras e restos de folhas, (2)
moléculas. e macromoléculas orgânicas adsorvidas na superfl
cie dos argilo-minerais.
• 9 •
1980). Distinguem-se duas camadas de areia e.quatro
argilosas, compostas por sedimentos fluvio-mar.inhos
rios com valvas.
camadas
quatern~
Os ensaios deste trabalho foram executados em
.corpos· de prova obtidos de amostras "indeformadas" tipo bloco
retiradas do bloco 45, lote 9 do METRÕ-RIO a uma .. profundidade
de 10 m.
COTAS ( m) SPT médio UMIDADE·,·(%)
10 20 30 10 30 50 70 + 2,3
o-
5
-5 1 l -· l · l · 1 -l-- - r -a. ·r -_ :· f. · 1 , ...
'º ARGILA : .
'f ARENOSAJ
1ll 1J' 11 ·10 - r ·1-· . ,:y,[.:
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11 1,5
•
o
1 o
00
1,7 1,9 O 40 80 100
o
o
O-
o
o 1
:
~--
[Z!J A~EHI. '9 t:::ltSll:.TE·~
!:2?22,h.:_i"R GIL A
FIG. 2.1 - PERFIL GEOTÉCNICO DO BLOCO 45, LOTE 09, METRÔ-RIO ( Apud Lins e Lacerda, 1980).
,_. o
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 - Introdução
3.2 - Teoria de Adensamento de Terzaghi
3.3 - Compressão Secundária
3.4 - Parámetros mais Usuais na Definição da Compressibil.:!:_
dade Unidimensional
3.5 - Modificação da Estrutura do Solo com os Deslocamentos
3.6 - Pesquisas mais Recentes com a Utilização de
Oedômetros que nao os Convencionais
3.7 - Teoria de Adensamento Modificada
3.8 - Influência da Amostragem
3.9 - Conclusões
Outros
.12.
CAPITULO III
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 - Intródução
A presente revisão bibliográfica atem-se à com
pressao unidimensional de solos finos saturados. Maior ênfa
se é dada à teoria unidimensional de Terzaghi e ao fenômeno de
compressão secundária.
A pressao de quase pré-adensamento ou pressao de
prê-adensamento aparente ou pressão crítica é também menciona
da, sendo um dos primeiros. trabalhos e talvez o mais signif.:!:_
cativo sobre o assunto o de Bjerrum (1967).
Abordam-se alguns equipamentos de ensaio desen
volvidos mais recentemente com o intuito de estudar o probl~
ma da compressibilidade unidimensional de solos finos e melho
raras previsões baseadas em ensaios de laboratório, até ho
je consideradas como pouco satisfatórias.
Comenta-se a idéia compartilhada por diversos a~
tores, dentre os quais Crawford, Leonards, Altschaeffl, Ladd,
Mesri e Godlewski, de que a compressão do solo e um processo
contínuo e a divisão entre compressao primária e secundária e
completamente arbitrária.
Alerta-se para o fato citado porCrawfo;rd e Lowe
III, dentre outros, de que a velocidade de compressao em labo
.13.
ratório é alguns milhões de vezes maior que a velocidade de
campo e que isso causa muitas dificuldades na previsão de re
calques baseada em ensaios de laboratório.
Finalizando notifica-se que Berre e Iversen (1972)
citam a teoria de Barden e a de Gibson e Lo como teorias típ~
cas dentre as que incluem a compressao primária e secundária,
e ressaltam que as mesmas tém algumas imperfeições.
3.2 - Teoria Unidimensional de Terzaghi
3.2.1 - Introdução
Na natureza, a consolidação de sedimentos é um
processo de compressão unidimensional(!), pois, durante a dep~
sição e dissipação de pressões neutras, presume-se que sejam
nulas as deformações laterais. Isto já não acontece em muitos r
problemas· de engenharia de estados [Jlanos, de deformação ·. envolvendo
fenômenos de compressibilidade e velocidade de deformação( 2 )
No entanto, muitas previsões são aproximadas ou usam como base
a teoria de Terzaghi publicada em 1925( 3 ).
(1) A deformação de uma·camada de baixa permeabilidade devido
ao alívio de pressões na camada permeável inferior como
executado em alguns trechos do Metrô do RIO) se ··apro~ima
muito do fenômeno de compressão unidimensional.
(2) A princípio faz-se referência apenas a solos sedimentares
( 3) "Erdbaumechanik", K. Terzaghi, Franz ··oeuticke, Leipzig and
Vienna, 1925.
.14.
Desde então, ao longo de mais de meio século,mu!
tos trabalhos têm sido publicados com base em.estudos do com
portamento do solo "in si tu" e em ensaios de . labora tório·. Mas,
até hoje, é ponto comum em todos que as previsões através de
ensaios de laboratório raramente concordam com os
obtidos "in situ".
3.2.·2 - O Prü1cípio- 1.da Pressão Efetiva
resultados
Um solo saturado pode ser analisado como uma es
trutura granular compressível, na qual os "vazios" encontram
se preenchidos por um fluido, em geral água, sendo o mesmo e
as partículas de solo considerados relativamente
veis.
incompress!_
Se uma amostra do solo saturado é submetida, por
exemplo, a uma pressão isotrópica, uma variação de volume de
ve ocorrer se se permite a agua fluir dos poros, ficando, de
pois de determinado tempo, todo o acréscimo de pressão supo~
tado pela estrutura do solo. Se a drenagem é impedida selan
do-se a amostra em uma membrana impermeável, por exemplo, ju~
tamente à aplicação da pressao desenvolvem-se pressões na a
gua dos poros.
As tensões totais, efetivas e neutras relacionam
-se segunlio a equaçao simplificada estabelecida por
para solos saturados:
cr cr + u
Terzaghi
.15.
3.2.3 - Hipóteses e Limitações da Teoria
Terzaghi, ao elaborar a sua teoria de adensamen
to fez várias hipóteses: solo homogêneo; completa saturação;
compressibilidade dos grãos e do fluido dos poros desprezível;
deformações e fluxo unidimensional; validade .. da lei de Darcy
para fluxo em solos; H,K- em considerados constantes duran V
te a dissipação de pressões neutras; em todos os instantes
em qualquer plano horizontal, a soma das pressoes efetivas ver
ticais e o excesso de poro-pressões hidrostáticas u e igual ã
pressao vertical aplicada e, finalmente, o "time-lag" do aden
sarnento inteiramente devido ã baixa permeabilidade e alta com
pressibilidade do solo.
Algumas dessas hipóteses sao absolutamente corre
tas para efeitos práticos. No caso de um ensaio de laborató
rio, por exemplo, garante-se que as deformações e a direção do
fluxo são verticais. Por outro lado, H e K são constantes ap~
nas como aproximação grosseira. Tratando-se da hipótese de
quem e constante comete-se um erro ainda mais significativo, V
pois o mesmo é aproximadamente constante somente para pequenos
intervalos ~e dissipação de pressões em cada estágio. Não se
leva em conta, ainda, o fenômeno da fluência (ou "creep").
onde
Terzaghi chegou a seguinte equaçao diferencial:
= dU
at
e = V
.16.
k ( 1 + R,)
e o chamado coeficiente de adensamento.
Segundo o modelo de Terzaghi, imediatamente apos
a aplicação do incremento de carga bp a uma amostra ou dep~
sito de solo saturado, este é transferida para o fluido dos p~
ros, registrando-se como excesso de pressão hidrostática.
Como nao há acréséimo de pressoes efetivas sem
deformação do solo, a água deve ser expulsa(!) sendo este fenô
meno regulado pela permeabilidade. Nos instantes iniciais,com
o surgimento do excesso de pressões hidrostáticas, há um gr~
diente muito elevado na região próxima a face drenante. Uma
carga finita tem lugar em um comprimento pequeníssimo, e pode
se dizer que matematicamente os gradientes nesta região tendem
ao ,,infinito. Em um ensaio convencional, onde não há um con
trole perfeito do início da drenagem, concomitantemente à apl!
caçao da carga,dá-se a dissipação das pressões neutras no solo
da região muito próxima à pedra porosa. Lowe III (1974) afir
ma que "a percentagens de adensamento menores que 20% o exces
so de poro-pressões hidrostáticas próximo à face drenante é me
(1) A compressibilidade do fluido dos poros e dos graos de so
lo é considerada desprezível nesta afirmação. No caso de
solo parcialmente saturado uma considerável e rápida va
riação de volume resulta da alta compressibilidade e solu
bilidade do ar no fluido dos poros.
.17.
nor que o excesso de poro-pressao inicial virtual devido as
altas velocidades de deformação".
3.2.4 - Métodos Baseados na Teoria de Adensamento de Terzaghi
para Definição do Coeficiente de Adensamento.
são dois os métodos empíricos mais utilizados p~
ra definição do coeficiente C de adensamento a partir de én V
saias de laboratório segundo a teoria de Terzaghi.
Método da Raiz Quadrada - O conhecido método de
ajustamento apresentado por Taylor (1942) utiliza o gráfico de
formação versus raiz quadrada do tempo: ver referência
utilização do mesmo.
para
Método do Logaritmo do Tempo - Apresentado por
Casagrande (1936) compara os resultados experimentais de labo
ratório com a formulação teórica.de Terzaghi utilizando uma es
cala logarítmica para os tempos.
3.2.5 - Alguns Métodos Empíricos Disponíveis para Definição da
Pressão de Pré-Adensamento e Reconstrução da Curva de
Compressibilidade no Campo.
Dentre os métodos disponíveis para a definição
da pressao.de pré-adensamento citam-se os propostos por Casa
.18.
grande (1936) e Pacheco Silva (1970). Vários autores (Iadd,,, 1973,
Schrnertrnann, 1955) indicam que a perturbação causada pela amo~
tragern pode alterar significativarne~te a curva de cornpressibi~
!idade de forma que, muitas vezes, além de tornar-se difícil a
aplicação dos métodos sugeridos, estes fornecerão valores a
quérn dos valores de campo.
Schrnertrnann (1955) propoe metodologia para re
construção da curva de .compressibilidade de campo através de
dados de laboratório com o intuito de eliminar a influência da
amostragem em solos oriundos de depósitos de argila mole org~
nica e inorgânica sedimentares saturados e depósitos moles re
sultantes da glaciação. Urna observação feita ao trabalho e
que o autor não leva em.conta o "envelhecimento" dos depôs~
tos estudados (pg. 1208). Veem-se corno incertezas na utiliza
çao deste método a definição do índice de vazios inicial "in
situ" e a definição da pressão de pré-adensamento.
3.3 - Compressão Secundária
3.3.1 - Introdução
Uma das hipóteses na qual se baseia a teoria de
Terzaghi ê que a. relação entre o índice de vazios. e a tensão
efetiva independe do tempo e variações no índice de vazios sao
causadas somente pela dissipação dos excessos de pressoes neu
tras (efeitos hidrodinârnicos) .
.19.
Note-se que, em certas condições o solo pode ter
um comportamento que nem de maneira aproximada corresponde a
esta hipótese, pois o mesmo pode deformar-se sem desenvolvimen
to de pressões neutras significativas. Crawford (1964) encon
trou curvas ex Õ bastante semelhantes para um solo deforma V
do apenas por compressão primária e apenas por compressão se
cundária.
Taylor (1942) considerou a compressao secundá
ria como produto do amolgamento (destruição da estrutura) in
traduzido pela deformação referente a compressão primária.
Barden (1969), Leonards e Altschaeffl (1964)
Crawford (1964), Ladd et al (1977), Mesri e Godlewski ( 19 7 7)
defendem a idéia de que a compressão do solo é um processo co~
tínuo e que a divisão entre a compressãó primária e secundária
é arbitrária e depende principalmente do método de carregame~
to do ensaio.
Lad~ et al (1977) e Mesri e Godlewski (1977) a
firmam que os mecanismos responsáveis pela deformação são ba
sicamente os mesmos durante a compressão primária e :secundá
ria. Assim, todos os mecanismos de variação de volume: de
formação, deslizamento e reorientação de partículas, mudança
na espessura da dupla camada e distorção dos filmes de agua
adsorvida, que podem ocorrer durante as variações de tensão
efetiva. (compressão primária), podem, também, dar-se ao lon
godo tempo sob tensão efetiva constante. Ladd et al (19 77)
são de opinião de que as deformações devidas à fluência nao
.20.
sao controladas pelo fluxo viscoso da água como universalmen
te difundido por vários pesquisadores., que postulam que este
fenômeno em solos coesivos pode ser explicado pela viscosidade
estrutural de lentes de água adsorvida.
Mesri e Godlewski (1977) relacionando os valores
de e /C onde Cc =·fie/filog Õ a c e e =-fie/filog t a
segundo dados
obtidos por diversos autores notaram que Ca/Cc apresentavam-se
entre O. O 25 - O .10 sendo que os valores mais altos ···de Ca/Cc
correspondiam a solos ae· .. teor de matéria orgânica mais elevado.
Hâ assim, um permanente interesse no desenvol
vimento de uma relação mais realista entre tensão-deformação -
tempo, principalmente para argilas e turfas. Mas, uma formu
lação neste sentido é muito complexa pois envolve dois fenôme
nos diferentes: um.--. função das propriedades de drenagem e ou
tro função da fluência. Assim, quando carregado, o solo tem
as suas deformações retardadas por esses dois fenômenos; se
o incremento de carga é pequeno não se desenvolvem pressoes
neutras significativas e só ocorre compressão secundária. Se,
por outro lado, o incremento é razoável, desenvolvem-se pre~
sões neutras e além do retardamento devido à compressao secun
dária(l} ocorre também o retardamento devido ao baixo coefi
ciente de adensamento do solo.
(1) Ver item 3.3.3 sobre mecanismos de compressao secundária.
.21.
s egúndo Taylor ( 19 4 2) , rresrro quando .a ."resistência vi~
msa" é grande a parte inicial da curva experimental aproxima
se bastante da formulação teórica de Terzaghi. Há, então, a
tentação de se aplicar a teoria de adensamento diretamente so
bre a região da curva experimental classificada de · ,cornpressao
primária (Casagrande) e desta maneira se estimar a. véloéidàde
de recalque na massa de solo, classificando a compressão secun
dária corno urna aberração que afeta o final do estágio, sornen
te. Esta hipótese implica em se supor que as forças viscosas
nao atuam durante a compressão primária. Na realidade elas
estão presentes a partir do instante inicial do carregamento e
influenciam· ·no formato de toda a curva.
Taylor (1942) diz ainda que o ensaio de laborató
rio é.muito acelerado devido à pequena espessura da amostra e
que as "forças viscosas" são, assim, muito maiores que seriam
durante o adensamento lento de urna grande massa de solo(!). Ex
trapolações diretas podem levar a erros consideráveis subesti
mando a velocidade inicial de recalque e superestimando a velo
cidade após a dissipação do excesso de pressões neutras.
Crawford (1964) sugere que seja dada mais aten
çao a medição das caracteristicas de compressão do solo inde
pendentemente do retardamento hidrodinâmico, sendo as mesmas
(1) Alguns solos, corno as argilas sensiveis. Escandinavas tem
urna"viscosidade estrutural" grande, tanto que, mesmo.,. in
si tu" a dissipação de pressões neutras é mui to rápida e ~
se todo o recalque é devido â compressão secundária.
.22.
investigadas a velocidades mais compatíveis com as de campo.
3.3.2 - Definições de Compressão Secundária
Mitchell (1976) define fluência ("creep") como
cisalhamento dependente do tempo ( "time-dependent shear") e
como deformações volumétricas desenvolvidas a uma velocidade
controlada pela resistência viscosa da estrutura do solo e que
ocorrem tanto sob condições drenadas como não drenadas. Fluên
eia drenada pode ter componentes desviatórias e volumétricas e
é assumida dar-se sob condições de pressão efetiva constante
A compressão secundária refere-se ao caso espeéífico de fluên
eia drenada quando as deformações são unidimensionais (estado
Ko) •
3.3.3 - Mecanismos Responsáveis pela Compressão Secundária
Barden (1969) classifica em três grandes grupos
os mecanismos responsáveis pela compressao secundária apreseg
tados por diversos autores: a) um baseado na viscosidade es
trutural das camadas de água adsorvida que retardam a aprox~
mações entre partículas; b) um conceito envolvendo uma estru
tura em "castelo de cartas" e ruptura de ligações; e) outro
que considera a existência de dois níveis de estrutura, sendo
a compressão primária devido à drenagem dos macroporos e a
subsequente compressão devido à drenagem dos microporos.
. 2 3.
Mesri (1973) afirma que a cornpressao secundária
envolve principalmente deformações das partículas individuais
(compressão dos "dornains"ou pacotes na argila ou das fibras
orgânicas na turfa fibrosa), mais movimentos relativos das pa~
ticulas individuais em relação urnas âs outras. Esse conceito
implica que solos com elevada compressão primária (alto valor
de Cc) exibam também, compressões secundárias.elevadas.
3.3.4 - Diversidade de Parâmetros que Descrevem a Magnitude da
Compressão Secundária.
Mesri (1973) alerta para o fato de que diferen
tes parâmetros são usados por diferentes pesquisadores ':para
descrever o fenômeno de compressão secundária, sendo o coefi
ciente de cornpressao secundária o mais usado por ser menos a
fetado pelas condições de ensaio. Mesmo assim, ele pode ser
definido de diferentes modos:
onde
s = a
t,S
t,log t
e ,a E . =
ctl
S = recalque
- 6e
i'ilog t
E = ap
e a
1 + e
= Índice de vazios no início do en
saio, no inicio do estágio, no . . lnl
cio da relação linear ,::~:.tempo, res
s, e I Ea' a a
.24.
pectivamente.
s0,s.,E a ai ap coeficientes de com
pressão secundária.
Torna-se importante definir corretamente o par~
metro usado porque permite comparações posteriores de resulta
dos.
No presente trabalho usou-se o parâmetro E .• C(l
3.3.5 - Pressão de Quase Pré-Adensamento ou Pressão Crítica ou
Pressão de Pré-Adensamento Aparente.
Diversos autores registraram, em solos previame~
te classificados como normalmente adensados, valores de pre~
são de pré-adensamento maiores que os decorrentes somente devi
do ao peso das camadas sobrejacentes. Bjerrum (1967) foi um
dos que primeiramente documentou tal fenômeno denominando-o de
pressao crítica.
Ressalta-se a importância deste fato no caso de
se aplicar pequenos incrementas de. pressão pois, assim, pouca
ou quase nenhuma variação ocorrerá no índice de vazios até que
a pressão de quase pré-adensamento seja excedida.
Vários fatores podem levar a esse acréscimo de
pressao de pré-adensamento no campo, sendo que a causa mais
frequente e significativa e a compressão secundária. Citam-se
. 2 5.
também, os efeitos tixotrópicos e químicos que contrariamente,
ao fenômeno de compressão secundária, não necessitam de
nuição de volume para ocorrer.
dimi
3.4 - Parâmetros Mais Usados na Definição da Compressibilidade
Unidimensional do Solo.
A representação gráfica do índice de vazios con
tra o logarítmo da pressão efetiva de um ensaio oedométrico
introduzida por Terzaghi é muitas vezes preferida por indicar
geralmente, uma relação linear na região virgem de pressões
Ladd (1973) pg 14 mostra a definição dos Índices de compress~
bilidade, citando vantagens e desvantagens, tanto para a re
presentação ex log õ (C, C, e) como para Ex log ã (CR,RR, c r s
SR) .
A representação logarítmica perde alguma final~
dade numa faixa de pressões onde não se tenha uma relação li
near e ou Ex log Õ. Em escala aritmética ter-se-á o coefi
ciente de compressibilidade volumétrica (m = dEv/do) ou coefi V
ciente de compressibilidade (av = - de/do). Lambe (1969) pg.
157 mostra tabela relacionando entre si os parâmetros (av' mv'
D e Cc) de tensão x deformação para solos confinados lateral -
mente.
O capítulo 5 indica como se pode obter o coefi
ciente de compressibilidade volumétrica m pontualmente atra V
vés da inclinação da tangente â curva Ev x log Õv.
.26.
3.5 - Modificação da Estrutura do Solo com os Deslocamentos
A estrutura de um solo pode ser significativarne~
te alterada pelos deslocamentos entre partículas. Estes ten
dern, geralmente, a quebrar as ligações entre as mesmas deixan
do~as aproximadamente paralelas (estrutura dispersa).
A cornpressao do solo faz com que partículas pr2
xirnas formem um arranjo disperso, resultando várias zonas dis
persas com orientações diferentes entre si Lambe (1969). As
sim, um elemento de solo, antes de tornar-se completamente a
rnolgado, tende a alinhar e destruir todas as ligações entre par
ticulas.
Analisando as relações logaritmo da pressao efe
tiva versus deformação em um ensaio oedornétrico identifica - se
urna brusca mudança de inclinação na curva quando se inicia a
região virgem de .pressoes; isto e um indicio de alteração de
estrutura, tanto assim que, em urna amostra mais perturbada, a
curva fica mal definida, não se identificando bem o ponto de
menor curvatura. A compressibilidade na região ··supostamente
pré-adensada aumenta e diminui a compressibilidade na região
virgem, isto porque a estrutura já está parcialmente destruída
no inicio do carregamento.
.27.
3.6 - Pesquisas mais Recentes com a Utilização de Outros Oedô
metros que não os Convencionais.
3.6.1 - Introdução
O equipamento chamado de convencional e projet~
do inicialmente por Terzaghi, encontra;..se descrito detalhada -
mente no item 4.1.1. Alguns pesquisadores aperfeiçoaram ou d~
senvolveram outros oedômetros de modo a obter dados de dissip~
ção de pressões neutras e sobre a influência da altura de dre
nagem, velocidade de deformação e completa saturação por con
tra-pressão nas características de compressibilidade do solo.
3.6.2 - Outros Oedômetros
Northey e Thomas. (1965) adaptaram a célula con
vencional para permitir a medição de pressões neutras em uma
das faces, modificando alguns elementos para melhorar a veda
çao e acrescentando a base da célula uma peça de aço poroso i
noxidável conectado a um transdutor de pressão. Observa-se que
no trabalho não se comenta sobre problemas na medição de poro
pressao devido ao ar possivelmente dissolvido no fluido dos
poros. Realizaram-se ensaios em dois solos de compressibilid~
de bastante distinta e com 3 sistemas de medição de pressão ne~
tra para verificar a influência da rigidez do sistema de medi
da.
.28.
Indica-se,como resultado do trabalho ·experimeg
: tal,que o excesso de poro-pressão desenvolvido logo apos oca!:
regamento é função da duração do incremento de carga anterior,
isto é, da compressão secundária desenvolvida. Note-se que
nesta célula não se tem p,erfeito controle do início da drena
gem. O excesso de pressã~ neutra inicial registrado mostrou -
se, também, dependente da rigidez relativa do equipamento de
medição. Ver correntários deste tipo de equipamento no item 6.2.
Lowe III (1964) utilizando contra-pressão
promover a completa saturação da amostra em um ensaio
para
oedomé
trico, alerta para que quanto maiores as pressoes hidrostáti
cas "in situ" maior a necessidade de duplicação das mesmas,
pois, o gás dissolvido no fluido dos poros, com a amostragem
passa a formar bolhas e se não é redissolvido o comportamento
do solo em laboratório poderá ser completamente diferente 1 .. do
de campo principalmente em relação à velocidade de dissipação
de pressões neutras.
Segundo o autor, obteve-se uma melhor definição
da curva E: x /t. e as curvas de Cv ( log t) e Cv ( /t)
ximaram mais nos ensaios realizados com contra-pressão.
se apr9.
Thomann (1973) desenvolve equipamento onde o
principio de ensaio é semelhante ao convencional com a dife
rença de possibilitar a medição de pressão neutra em três al
turas diferentes da amostra. Permite-se o uso da contra- pre~
são que segundo o autor garante a medição de poro-pressões em
.29.
melhores condições.
-Com os dados de pressao neutra foram traçados os
diagramas de dissipação de poro-pressões versus altura através
dos quais com a ajuda de um planímetro computaram-se as
correspondentes ao percentual de pressões já dissipadas,
culando-se com isso a percentagem de adensamento Up(%)
areas
cal
Estes
dados foram comparados com os obtidos das leituras de deforma
As curvas UR e UP(l) apresentaram-se bastante
distintas, sendo que em quase todos os estágios os valores de
percentagem de adensamento U iniciais foram razoavelmente al p
tos. O autor ensaiando outros tipos de solo ·incluindo ·turfas
e argilas observou que em todos os incrementas de carga sem
pre Up> UR. Assim, os coeficientes de adensamento definidosse
gundo a deformação e segundo as pressões neutras. mostraram - se
muito distintos principalmente nos incrementas de pressão p~
quenos.
Lowe III et al (1969) desenvolveram um equipame~
to para ensaio de gradiente controlado com, segundo os autores
os principais objetivos: Impor condições de tensão ao longo
da amostra tão uniformes quanto possível; estabelecer uma ve
locidade de deformação aproximadamente constante durante o en
saio, possibilitar a execução de ensaios a diferentes veloci
( 1) Resultados correspondentes a vasa argilosa cinzenta ( "Vase
argilo-marneuse g:rise"), muito compressível.
.30.
dades de compressao suficientemente baixas de modo a que po~
sam ser feitas extrapolaçoes mais seguras para o fenômeno de
campo.
O ensaio é realizado de maneira que a velocidade
de deformação imposta à amostra provoque um excesso pré-fixado
de pressão neutra na face não drenada. Assim, o diagrama de
excessos de pressão neutra é parabólico e constante durante to
do o ensaio excluindo os intervalos de tempo inicial e
onde permite-se que as poro-pressoes se dissipem. O
pode ser conduzido, também, de forma a que se obtenham
final
ensaio
dados
sobre deformação à tensão efetiva constante. Dizem os autores
que uma das vantagens do equipamento é o cálculo do coeficien
te de adensamento sem se recorrer a métodos de ajustamento a
través da equação:
e V
ÔCJ V
at 2llu
Os autores indicam que o coeficiente de adensa
mento obtido nos ensaios realizados no equipamento de gradie~
te controlado foram mais ou menos a média. entre os obtidos p~
lo método de ajustamento de /i e log t no ensaio
nal, isto na região virgem de pressoes.
convenci o
No ensaio realizado com interrupçoes os valores
de C mostraram-se inicialmente altos devido à reduzida com V
pressibilidade provocada pela compressão secundária desenvol
vida no incremento de pressão anterior, voltando depois ava
. 31.
lores próx.i.mos' aos obtidos no ensaio sem interrupções. Os da
dos de e no ensaio convencional Bão, como se vê, a média en V
tre valores anormalmente altos do inicio do estágio com valo
res mais ou menos corretos do final sendo que os valores de
permeabilidade permanecem inalterados.
Berre e Iversen (1972) realizaram ensaios com
diversas alturas de drenagem (1.8 a 45 cm) construindo para
esse fim urna célula que permite ser associada em sêrie aurnen
tando indefinidamente a altura de drenagem. A célula tem o
mesmo principio de ensaio que o equipamento convencional, re
gistrando tambêm dado sobre forças de atrito e sobre dissip~
ção de pressões neutras, a diversas alturas de drenagem, peE
mitindo, ainda, o uso de contra-pressão.
As forças de atrito medidas apresentaram-se re
lativarnente pequenas, menores que 10% da carga aplicada. As
principais conclusões do trabalho encontram-se no item 6.5.
3.7 - Teoria de Adensamento Unidimensional de Terzaghi Modifi
cada Segundo Lowe III.
A percentagem média de dissipação de pressoes
neutras versus fator tempo U% x T, segundo a teoria de Terzaghi
para urna dada condição de drenagem e carregamento, está repr~
sentada, por exemplo, em Taylor (1948) pg. 237. Essa expre.ê_
são não é função de K, mv e H considerados, por hipótese, cons
.32.
tantes. Não importa quais os seus valores, num certo
tempo T sempre a mesma percentagem de dissipação de
ocorrerá se mantidas as mesmas. condições de drenagem.
varia com K, rn e H e o tempo para se alcançar urna V
fator
pressoes
o que
determina
da isócrona. Veri·fica-se ainda que, tendo-se atingido urna
isócrona com um grupo de valores de K, rn e H pode-se usar ou V
tro grupo diferente para alcançar outra isócrona.
A figura 3.l(a) compara o caminho de tensões as
sumindo na teoria de Terzaghi, o assumido, na teoria modifica
da por J. Lowe III e o caminho de tensões dado corno real. Es
ses caminhos de tensão estão desenhados sobre a família de cur
vas de mesma taxa adirnensional de deformação.
t interessante notar que durante o acréscimo de
pressao de p 1 para p 2 há um aumento de 2.800 vezes no
tro taxa adirnensional de deformação.
param~
A figura 3.l(b) compara previsões teóricas de de
formação especifica versus fator tempo e fator tempo modifica
do segundo a teoria de Terzaghi e a teoria modificada. (Lowe -
19 7 4) •
O autor ressalta que quando a teoria de Terzaghi
é modificada de modo a levar em conta as reais variações de
rnv, K e H durante a deformação do solo os valores teóricos de
E x T' se ajustam bem aos dados experimentais tanto V
grandes corno para pequenos incrementas.
para
• 33.
Até aproximadamente 80% da dissipação de pre~
soes neutras iniciais o termo m' H2/K(l) permanece aproximad~ V
mente constante e eis porque a teoria de adensamento de Terzaghi
se ajusta bem aos resultados experimentais nesta faixa.
Observa-se que a dificuldade nas previsões teóri
cas segundo a teoria modificada é se definir a razão, Ec/s2
p ,
entre a deformação devido à compressão secundária em um ciclo
logaritmico, sa, e a deformação devido a duplicação da tensão
efetiva a uma velocidade de deformação constante, s2p. Da mes
ma forma, é dificil definir a relação K0
/K 2p que é a razao en
tre a permeabilidade no início do estágio e ao final da dupl~
caçao da tensão efetiva.
3.8 - Influência da Amostragem
3.8.l - Introdução
A utilização de ensaios .de laboratórios para a
definição de parâmetros está muito difundida no campo da Mecâ
nica dos solos. Em laboratório conta-se com a vantagem de se
poder impor condições de contorno razoavelmente bem definidas
como: estado de tensões, drenagem e deformações. Isto já não
ocorre nos ensaios de campo. Deve-se ter em mente, no entan
(1) Os termos com apóstrofe referem-se a valores segundo ateo
ria modificada.
.34.
to, que existem algumas restrições. A validade das investig~
ções feitas em laboratório recaem, somente, na qualidade das
amostras e no quanto elas são representativas da camada da
qual foram retiradas. A uniformidade do solo tem uma grande
influência no programa de investigações. Se as condições va
riam consideravelmente uma investigação elaborada e localiza
da de amostras Únicas não se justifica Broms (1980). Somente
quando as condições do solo são bastante uniformes e que uma
investigação de laboratório extensa justifica-se.
importante que as amostras sejam representativas das
:E; também
camadas
investigadas, e grandes o suficiente para conter característi
cas estruturais que possam influenciar o comportamento. Vê-se,
assim, que uma elaborada técnica de ensaio jamais pode compe~
- ' sar os efeitos referentes tanto a perturbaçoes causadas pela~
mostragem quanto à influência do tamanho da amostra e da sua
representatividade.
As mudanças a que um elemento de solo é submeti
do ao ser transportado do campo para o equipamento de ensaio
no laboratório incluem: alívio de tensões anisotrópicas atuan
tes "in situ", amolgamento mecânico, possíveis mudanças na
umidade, formação de bolhas de gás anteriormente dissolvido
no fluido dos poros e desenvolvido devido à ·tensão negativa ca1:1_
sada pela amostragem, variação de temperatura. e modificações de
natureza química.
.35.
Modificação do Estado de Tensões
Imagine-se um elemento de solo cujas tensões efe
tivas verticais e horizontais sejam:
onde p0
e a pressao efetiva vertical devido ao peso de terras,
u0
é a pressão neutra e K0
é o coeficiente de empuxo no repa~
so. Se, por hipótese·, ocorresse uma amostragem "perfeita", as
- ') - . - -tensoes totais ªv e ah e a tensao desviadora ·inicial (av·-··ªh)
tornar-se-iam iguais a zero e surgiria uma pressao neutra neg~
tiva capaz de manter as tensões efetivas (agora isotrópicas) .. 'A
pressão neutra inicial reduzir-se-ia de nu.
Utilizando-se a formulação sobre os
de pressao neutra,,de Skempton.· (1954)
parâmetros
uamostra = u + n o u
Das equaçoes acima e definindo-se na 1
e na 3
se
gundo a formulação de Duncan:
K > 1 o
u = -p (1-A (1-K )) amostra o amostra o
u = -p (K + A (1-K )) amostra o o amostra o
( 3. 3)
( 3. 4)
.36.
onde A~mostra e o parâmetro de pressao neutra para redução de
tensão desviadora (Õv - Õh) simulando amostragem perfeita.
Observa-se que se A = 2/3 ter-se-ia a ten amostra
sao efetiva média inicial [ãm = 1/3 (po + 2Kopol] igual a ten
sao efetiva média apos a amostragem perfeita [ã t ·. = Po - amos ra
(1-A (1-K))] amostra o Não ocorrendo portanto, redução da
tensão efetiva média (solo elástico).
O Problema da Cavitação do Fluido dos Poros:
A pressao negativa desenvolvida no fluiJdo dos PQ
ros devido a amostragem perfeita equações 3.3 e 3.4 é função
da pressão efetiva vertical p, do coeficiente de empuxo no r~ o
pouso K0
e do parâmetro de pressao neutra para redução da ten
são desviadora, A t . amos ra
Se, como exemplo, imaginar-se um elemento de so
lo com K = 0.5, A t = 0.7 sob uma pressão efetiva vert_i o amos ra
cal de p0
= 1.54 Kg/cm2 , aproximadamente 8 metros de profundi
dade, ter-se-ia u = ~1.0 Kgf/cm2 . Se o solo não for suficien
temente fino para desenvolver tensões capilares significativas
poderá ocorrer a cavitação, já que o fluido dos poros,
mente, contém gás dissolvido.
gera1:_
Ar ougas dissolvido na água dos poros pode ter
uma grande influência nas propriedades do solo mesmo se a prQ
. 3 7.
fundidade. da amostra for relativamente pequena (menor que 20
metros). O volume de gás pode ser tão grande que a tensão efe
tiva na amostra é reduzida a zero. Broms (1980t Ensaios de
penetração estática no campo e ensaios de Vane de laboratório
indicam que a liberação de gás pode ter um importante efeito
na resistência ao cisalhamento.
Noorany e Poormand (1970) realizaram uma série
de ensaios com o intuito de investigar o problema da cavita
çao. As amostras foram montadas em uma câmara triaxial pr2
movendo-se um carregamento e descarregamento até pressoes neu
tras negativas próximas de -1.00 Kgf/cm 2 . Os autores expus~
ram, então, algumas amostras a pressão atmosférica procedendo
depois disso a um recarregamento, encontrando nessas amostras
um fenômeno irreversível de pressões.
Os autores nao concluem, mas, hã evidências que
no grupo de amostras apenas descarregada e recarregada, sem ex
posição à pressão atmosférica, a cavitação ocorre somente no
sistema de leitura indicando apenas nesta faixa leituras de
pressões neutra incoerentes.
Amolgamento Mecânico
O solo, ao ser amostrado, tem, em maior ou menor
grau, a sua estrutura perturbada principalmente durante as fa
ses de: perfuração, cravação do amostrador, transporte, mol
dagem e manuseio.
.38.
A menor perturbação é obtida para amostras em
bloco. No entanto, falhas e fissuras podem ser: abrir ,-;. devido
ao alívio de tensões causado pela escavação do poço. Argilas
rijas são, por isso, difíceis de amostrar. Os recalques pr~
vistos através de ensaios oedométricos de laboratório nesses
materiais são geralmente de 4 a 8 vezes maiores que os recal
ques medidos(Broms ,'1980). Muitas vezes prefere-se realizar
esses cálculos tendo por base um valor estimado do módulo de
deformação do solo.
No caso de se usar amostradores de parede fina ( t~
po Shelby) durante a cravação, formar-se-á um anel amolgado da
mesma espessura da parede do amostrador onde as pressões neu
tras serão mais elevadas devido às deformações cisalhantes(San
droni - 1977).
Estudos da distorção pelo atrito da parede inteE
na do amostrador através de radiografias mostram que a veloci
dade de penetração durante a amostragem deve ser pelo · menos
O. lm/min (Broms .1980). Se a velocidade de penetração e,·. ·muito
baixa o·atritci interno pôde ser excessivo e contribuir sign~
ficativamente para a perturbação da amostra. Também o atri
to ao longo da face externa da parede do amostrador contribui
para a perturbação, se o solo adere a mesma durante a crava
çao. Este efeito e similar ao causado pelo aumento da espess~
ra das paredes do amostrador.
• 39.
Perturbação Causada pela Perda de Umidade
A amostra deve estar convenientemente "selada"
para minimizar as perdas de umidade. Um decréscimo gradual da
resistência ao cisalhamento pode ser explicado como devido a
urna redução da poro-pressao residual durante o armazenamento
Esta redução é maior para argilas de baixa plasticidade devido
à maior compressibilidade das argilas mais. plásticas (B:rroms:êl980).
A perturbação durante o armazenamento das amos
tras pode ser reduzida·mantendo-se a temperatura ambiente i
gual à temperatura do· terreno e a umidade do mesmo aproximad~
mente igual a 100%.
Perturbação Causada pela Preparação da Amostra
Argilas mui to moles requerem um manuseio cuida,·
doso para minimizar perturbações durante a preparação das a
mostras.
Durante a montagem do corpo de prova no equip~,
mente de ensaio haverá urna inevitável perda da umidade que d~
vido ao fenômeno de capilaridade tenderá a aumentar a tensão
efetiva média da amostra. A variação é diretamente influencia
da pelo tempo de evaporação e pela razão de evaporação e inveE
sarnente proporcional ao raio do corpo de prova e a compressl
bilidade, (Sandroni 1977). Observa-se, assim, que as argilas
moles, devido a sua alta compressibilidade, sofrem pouca varia
.40.
çao de tensão efetiva devido à perda de umidade. Noorany e
Poormand (1970) concluiram experimentalmente que operaçoes nor
mais de moldagem e manuseio de amostras de alta qualidade de
solos argilosos podem produzir 30 a 55% de perturbação, basean
do-se no indice de perturbação que é a relação entre a tensão
efetiva da amostra perfeita menos a tensão efetiva da amostra
perturbada dividida pela tensão efetiva da amostra perfeita.
Variações· na Temperatura
Variações de temperatura sob condições nao drena
das influenciam a tensão efetiva média porque os coeficientes
de dilatação térmica da água e do esqueleto dos grãos são di
ferentes (Sandroni, 1977). Experimentalmente verifica-se que
a tensão efetiva cai quando a temperatura sobe (Mitchell,1976).
A profundidade de 3 a 4 metros a temperatura do solo é aproxi
madamente constante e igual a temperatura média anual; na su
perficie ela é extremamente variáve 1. Sandroni (19 77) aprese!!
ta valores de variação de tensão efetiva com o acréscimo , 1. de
temperatura encontrados por diversos pesquisadores e cita que
para argilas moles em depósitos de espessura tipica esta varia
ção pode ser da ordem de -1.0 tf/m2/9C.
Influéncia da Amostragem nas Caracteristicas de Compressibili
dade dos Solos
Noorany e Poormand ('1970) indicam, como fator
.41.
mais significativo influenciando na compressibilidade da arg!
la, o amolgamento. Concluiram dos seus ensaios que, apesar
dos graus de perturbação relativamente altos causados pelo
manuseio e operações de moldagem, a fo.rma da curva de compre~
- -sao nao se alterou muito principalmente na fase virgem, mas, o
excessivo amolgamento obscureceu a pressao de pré-adensamento,
e alterou a "reta virgem".
Leonards e Altschaeffl (1964) ensaiando uma arg!
la sedimentada, pré-adensada e amostrada artificialmente em la
boratório indicam que o coeficiente de adensamento C na re V
gião pré-adensada no solo "amostrado" foi mais baixo, aproxim~
damente 2 vezes menor, que para o solo não amostrado. Na re
gião normalmente adensada os resultados se aproximaram bastan
te. Os autores ressaltam ainda que, segundo a bibliografia cog
sultada, há uma variação apreciável no C como resultado da a V
mostragem principalmente em amostras de grande profundidade.
Taylor (1942) indica que o coeficiente de adens~
mento C para a "Boston Blue Clay" amolgada é 40 vezes ' menor V
que a indeformada.
Coutinho (1976) ensaiando a argila de Sarapuí eg
controu as seguintes relações entre valores médios de Cv(logt)
na região de compressão virgem obtidos em corpos de provas in
deformados de boa qualidade, indeformados de má qualidade e
completamente amolgados.
.42.
prof 5.5 a 6.0 m - 1.44/1.24/1
prof 6.5 a 7.0 m - 2.0/1.5/1
O amolgamento provocou, também, um aumento nos
valores de coeficiente de compressão secundária na região de
compressao e um decréscimo na região de compressao virgem.
3.9 - Conclusões
- Segundo a bibliografia, há indicações de que a
compressibilidade (Ev ou ex ã) é pouco influenciada, V
ou
melhor, não é diretamente influenciada pelas pressões neutras
desenvolvidas e nem pelo ar existente na amostra, contrariame~
te ao que ocorre com o coeficiente de adensamento. Diversos
autores ao realizarem ensaios com contra-pressão, com a finali
dade de melhorar a saturação, encontraram coeficientes de a
densamento maiores que os definidos através de ensaios conven
cionais. Enfatiza-se, assim, o uso da contra pressão (L<Me III,
Thomann, Berre, Iversen, Mesri e Choi).
- Executar ensaios, com velocidades de deformação
em laboratório mais compatíveis com as de campo é uma
pação comum a diversos pesquisadores.
preoc~
- A metodologia de Schmertmann (1955), para recon~
trução da curva de campo, tem como incertezas a definição do
Índice de vazios inicial e a definição da pressão de pré-ade~
.43.
sarnento.
- A divisão entre compressao primária e secundária
é vista como arbitrária e dependente do método de carregament~
sendo que considera-se que as duas são basicamente o mesmo fe
nomeno: deformações provocadas pelo desequilibrio na estrutu
ra quando do acréscimo de tensão efetiva. Isto poderá ser com
provado determinando-se as relações Ca/Cc. De fato, todos os
mecanismos de variação de volume: deformação, deslizamento e
reorientação de partículas; mudanças na espessura da dupla ca
mada e distorção dos filmes de água adsorvida que. podem ocor
rer durante as variações de tensão efetiva podem, também, ter
lugar ao longo do tempo, sendo que a velocidade de variação de
tensão efetiva influirá, de certa maneira, na maior ou menor
ocorrência desses mecanismos. Assim, adota-se a idéia de que
a fluência não é controlada pelo fluxo viscoso das camadas de
água adsorvida·, e que as deformações devidas ao fenômeno de
fluência iniciam-se no instante do carregamento.
- Em geral, os resultados de deformação compar~
dos com os dados de dissipação de pressões neutras através da
teoria de Terzaghi, não coincidem. Os coeficientes de adensa
mento segundo a dissipação de pressões neutras frequentemente
mostram-se maiores que os segundo as deformações.
- A medição de poro-pressoes ê influenciada
rigidez relativa do sistema. de leitura, isto é, a razao
pela
en
tre a compressibilidade deste e do solo, e pelo grau de satura
.44.
çao do corpo de prova.
- A validade das investigações de laboratório re
caem, somente, na boa qualidade das amostras e no quanto elas
são representativas da camada a qual foram retiradas. SÓ qua~
do as condições do solo forem bastante uniformes é que se ju~
tifica urna minuciosa investigação de laboratório.
- Devido à redução de compressibilidade pelo fenó
meno de fluência, o coeficiente de adensamento, definido atra
vês de ensaios convencionais, é a média entre valores iniciais
anormalmente altos e valores aproximadamente corretos do final
do estágio.
- As argilas rijas sao materiais difíceis de amos
trar e os recalques previstos através de ensaios oedométricos
de laboratório nesses materiais são geralmente maiores que os
recalques medidos "in situ".
. 45.
o
" ·; o
" o
' " o ASSV111100 "' o . "
TEORIA DE TEl'IZAtHI
" o " .
CAMINIIO " 1 .. 1
TENSÕE $ DADO
COMO REAL . " ,i " j " . o "'
(a) Caminho de tensões real para o fenômeno de adensamento.
( b ) Curvas teoria
o.o, o o
-~ a 20 t o õ : 'º " o 60 o
,O o
~ 80 . 'ª 100 E o
o 120
OJ
~-~ e,, 100
Fotor tempo T • folar. tempo rnoditicodo T'
10 100 1000
• ADE~AIIIEIHO DE TERZA.HI VIRTUAL
o TEOIUA NOOl~ICAOA
b
(,)
de deformação versus fator modificada para €,./€ 2• =
tempo : a) Segundo Terzaghi ºl,oo e €,.J€ 2 • = 15/ 100.
FIG. 3.1- TEORIA DE TERZAGHI MODIFICADA.
e a
4 - INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL
4.1 - Equipamento e Instrumentação
4.2 - Resumo dos Resultados de Ensaios
4.3 - Influência da Elasticidade da Membrana nos Resulta -
dos de Ensaios
4.4 - Outras Possíveis Fontes de Erro nas Medições
4.5 - Conclusões
.47.
CAPÍTULO IV
INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL
4.1 - Equipamento e Instrumentação
4.1.1 - Descrição
a) Prensa para ensaios de adensamento "convencia
nais" - De fabricação da Ronald Top segue, com algumas modifi
caçoes, o equipamento desenvolvido pelo prof. A.W. Bishop, este
baseado no trabalho de K. Tliir:iaghi. Bishop incorporou ao equ.:!:_
pamento pontos de apóio angulares (ver fig. 4.1) na viga e no
conjunto de hastes que sustentam a célula e os pesos. Isto eli
mina o possível erro quando a viga não está perfeitamente hori
zontal.
A viga deve ser nivelada no início de cada ensaio
por intermédio do peso de ajustamento fino (peça (2) fig. 4.1)
de maneira que a carga inicial no corpo de prova seja zero quag
do não existirem pesos na alavanca. Esta regulagem varia, prig
ci.palmente com o diâmetro da amostra, pois variará o peso da
célula correspondente.
O dispositivo (6). (figura 4.1) permite nivelar o
braço de. alavanca durante o ensaio sempre que se fizer necessa
rio, sem que haja alteração da leitura do extensômetro.
b) Célula para en.saios de adensamento "Convencia
nais" - :t: fabricada pela Ronald Top segundo o projeto de Rama
.48.
lho Ortigão (Foto 4.1) e permite com a mesma.base e 2 corpos de
célula a utilização de 4 diâmetros de amostra que sao aproxim~
damente 5 cm, 7cm, 8, 5cm e 10 cm e alturas. iguais â 2cm
os 3 primeiros e 3cm para o último.
para
O. anel confinante é em aço inoxidável e biselado
na base, de modo a funcionar como anel moldador.
c) WF-24500 Célula de adensamento
hidriulicamente.
pressurizada
Este equipamento é baseado no projeto original do
professor Bishop e Mr. Skinner do Imperial College, London e
fabricado pela WYKEHAM FARRANCE ENGINEERING LTD (Ver catálogo -
oitava edição pg. 54).
O equipamento consta de uma camara triaxial, no
nosso caso de 4 polegadas, adaptada (Foto 4.2). Consistem das
adaptações: a vedação do que s.eria a passagem para o pistão ou
célula de carga interna e a rrontagem da oélula de adensamento (=rte es~
niático na figura 4.2) na base da câmara. O equiparrento permite utilização da
=tra pressão e lei ti.ira da pressão . neutra no topo da arrostra · através de um
transdutor de pressão (BELL & HOWELL Limited - Range 0-150 psi).
A carga é aplicada por meio de um fluido, no ca
so glicerina e transmitida à superfície superior da amostra a
través de um diafragma flexível. Na foto 4.2. pode-se observar
a base da.célula; ·esta possui quatro válvulas Klinger. A nu
mero 1 estâ ligada acamara, a numero 2 e 4 (a n9 4 localiza-se
.49.
diametralmente oposta a- 2) . ligam-se. à base da célula e a nume
ro 3 liga-se ao tubo ,"saran" que irá até o topo da amostra on
de serão feitas as leituras de pressão neutra. Esclarecendo me
lhor, a pressão efetiva vertical ºv é aplicada na válvula 1
·e a contra pressão através da vá·lvula 2, ambas ligadas a um sis
tema auto compensador de mercúrio (Bishop e Henkel - 1953) O
transdutor de pressao foi montado na saída da válvula 3, para
estar, assim, o mais próximo possível da amostra.
Optou-se .em nao utilizar o medidor de volume p~
ra registrar as mudanças de umidade no interior do corpo de pr~
va prevendo que a variação de alturas de agua e querosene in
fluenciaria nas pressões no interior da amostra, isto é, nova
lor da contra pressão (Ver item 4.4.1).
As deformações foram lidas através de .um extensó
metro.mecânico (O.Ol mm de precisão) apoiado .na peça 9 :(figura
4.2) que por sua vez· estava em contacto com a parte central do
topo da amostra. Não foi usado o extensómetro à prova d'água
fornecido pelo fabricante, porque o mesmo nos pareceu muito ri
gido quando comprimido e haveria o perigo deste.pressionar a
amostra. Decidiu-se, então, usar um extensómetro mecânico co
mum, do qual foi retirado o vidro protetor. Antes de cada en
saio o mesmo era preenchido internamente com o fluido
do na câmara no caso glicerina.
utiliza
.50.
4.1.2 - Montagem do Ensaio
a) Montagem do ensaio na célula convencional
Inicialmente verificou-se se as pedras
(6) (Foto 4.1) estavam em bom estado, sem fissuras e
porosas
perfeit~
mente planas, e ferveu-se-as para assegurar sua sàturação.
O anel·confinante, que é o anel moldador foi unta
do internamente com graxa de silicone (Basilon 100). para dimi
nuir o atrito 1·ateral durante a moldagem e durante o ensaio.
O·anel, com a ajuda da ponta biselada, foi crava
do cuidadosamente e a cada penetração.de aproximadamente 3 mm
o solo excedente foi removido. As bases da amostra deveriam
estar perfeitamente planas e regulares .. e isto foi- ,, conseguido
passando-se uma régua ·rígida biselada pe·las mesmas.
Iniciou-se a montagem da célula ajustando a p~
dra porosa maior (6) (Foto 4.1) sobre a área ranhurada da ba
se da célula e sobre esta o papel filtro saturado. Em seguida,
ajustou-se o corpo da célula (2) e depois a redução (3) necessá
ria no.caso. Posicionou-se o anel confinante (4) mais o corpo
de prova empurrando-o com uma peça em formato de disco com uma
reentrância na área central exatamente na região da amostrá,
isto é, o disco só se apoiava no anel confinante. Assegurou-se
que o conjunto anel+ amostra estivesse em contacto com a pedra
porosa. Apertou-se os parafusos que ligam a base ao corpo da
célula. Colocou-se o anel guia, a placa de distribuição de
. 51.
carga com a pedra porosa superior e o papel filtro saturado.
Após montado o ensaio e a prensa nivelada foi a
justado o extensômetro, fez-se uma leitura e adicionou-se agua
à bacia de inundação da célula aplicando-se imediatamente uma
carga de ajustamento correspondente a 0.05 Kgf/cm2 . Fez-se en
tão a leitura inicial no extensômetro.
Schmertmann Cl950) recomenda que se esteja atento
as leituras do extensômetro aplicando um incremento de carga se
a amostra tentar expandir. Na nossa opinião, a expansão da a
mostra pode ser camuflada pela deformação de ajustamento das
interfaces do equipamento e solo equipamento. NOORANY and
IRELAND (1970) figura 5.6 mostram a influência do ·carregamento
inicial no comportamento tensão x deformação · · uni-dimensional de
um solo. Vê-se que não é boa prática iniciar o ensaio com car
regamentos, mui to pequenos ,permitindo_ assim, a expansao da amos
tra.
b) Montagem do ensaio rio oedômetro hidráulico WF 24500
A amostra de solo foi preparada da mesma forma
que para o ensaio convencional com a ajuda de um anel biselado
montado no anel confinante, tendo-se do mesmo modo o cuidado de
deixar as superfícies superior e inferior perfeitamente planas
e regulares, isto, além de minimizar as deformações indésej~
veis decorrentes do.ajustamento entre faces do solo e célula,
permite estimar melhor o Índice de vazios inicial do solo (dado
importante p·ara a análise de resultados) e evita. pontos de con
.52.
centração de tensões entre pedras porosas e amostra. A regul~
rização das faces é facilmente conseguida correndo-se uma ré
gua biselada pela amostra contida no anel.
Após preparada a amostra no anel (4) (figura 4.2)',
inundou~se a pedra porosa inferior (3) com água deaerada peE
mitindo-se fluxo entre as válvulas 2 e 4 ~sta aberta para at
mosfera. A face externa do anel confinante ·.: foi cuidadosamente
limpa e o mesmo foi colocado em cima da pedra p0rosa inferior
com papel filtro saturado. O "o:':ring" inferior foi cuidadosa
mente posicionado certificando-se que o mesmo estivesse compl~
tamente apoiado na pedra porosa. O anel espaçador (5) foi es
carregado por fora do anel confinante tendo-se a certeza de que
se apoiasse completamente sobre o "o-ring" inferior, abrindo-se
por instantes a válvula (4) para a atmosfera, evitando-se assim
que a amostra se deslocasse dentro do anel. Pressionou-se o "o
-ring", superior por fora do anel confinante·. Colocou-se o ci
lindro guia ( 2) empurrando-o cuidadosamente para baixo garanti!!
do o fundionamento dos "o-rings" .Cólocar~-se os quatro · parafusos
(35) ajustando-os uniformemente. Ligou-se (34) a saída (20)cor
respondente a válvula 3, saturou-se com água deaerada e conec
tou-se a peça (9) montada já com a (11) e (10) e (7) que e a
membrana. I d d t ( 1) .
nun ou-se o topo a amos ra com uma pequena
(1) Este roteiro é o recomendado pelo fabricante, causa-nos e~
tranheza que se mande inundar a amostra que está com pressao
total igual a zero. Porém, não foi encontrada outra alter
nativa para a montagem.
.53.
quantidade d'água, cerca de 3mm.
Passou-se graxa de silicone na face externa , 1• do.·
diafrag)lla, abriu-se a válvula 3 e posicionou-se o anel interno
( 18) dentro do diagrama .e pres·sionou-se .os mesmos para baixo dentro
do cilindro guia até que .o conjunto se assentasse sobre a face
da amostra (l); Com cuidado, levantou-se ligeiramente o "cog~
melo" (9) de modo a formar um espaço cônico acima da amostra
e aplicou-se ligeira sucção na "peça de boca" da garrafa . deae
radora, ligada a válvula 3 desde a saturação da linha.
aprisionado acima da amostra foi bombeado na garrafa
pela água aprisionada acima da amostra(l).
O ar
seguido
Recolocou-se a b~rra de topo (15) do extensôme -
tro certificando-se que estavà, .bem ajustado e colocou-se as 2
porcas (-17) . Verificou-se se o extensômetro tinha disponib~
lidade de curso para medir os deslocamentos corretamente. Re
colocou-se a peça (19) apertando-a firmemente garantindo que a
ponta estava apoiada na porca abobadada.
Abriu-se a válvula de saída de ar situada no to
poda camara de confinamento.
Encheu-se acamara com glicerina através de uma
outra camara de 1.5" adaptada onde.se aplicou ar comprimido P."!c
ra expulsar a glicerina e encheu a câmara de ensaio. Quando
do completo enchimento da camara fechou-se a válvula A. Se
guindo-se o fechamento da válvula de saída de ar.
(1) Este procedimento e o recomendado pelo.fabricante.
.54.
Reconectou-se o sistema de potes de mercúrio na
válvula 1.
REMOÇÃO DA AMOSTRA - Ao término do ensaio fecharam-se as válvu
las na árvore que Tig·am os potes e aliviou-se a pressao
nescente na camara e no corpo de prova.
rema
4.1.3 - O problema da compressibilidade dos elementos e das
.s.uas interfaces na célula de. adensamento.
Este item tem a preocupaçao de definir qual a or
dem de grandeza da deformabilidade dos elementos metálicos, p~
dras porosas, papel filtro e respectivas interfaces na célula
de adensamento. Achou-se conveniente fazer esta. verificação~
vido a baixa compressibilidade do solo ensaiado.
Em um ensaio oedométrico, devem ser obtidas as
deformações verticais, em intervalos definidos de tempo, apr~
sentadas pela amostra de solo, confinada lateralmente, quando
a mesma é submetida a uma pressão vertical. Mas, durante o
ensaio, não é somente o solo que é carregado e sim todos os e
lementos que compõem a célula, logo, as leituras incluem, além
das deformações do solo, as do equipamento, que podem ou nao
ser desprezíveis. As deformações dos elementos metálicos, ou
melhor, do aço em si, não são significativas, porém, existemas
interfaces e o fato de que as superfícies nunca são perfeit~
mente lisas e planas, de modo que quando se carrega há um natu
ral ajustamento.
.55.
O elemento mais significativo nas deformações .e
o papel filtro. Este em ensaios de longa. duração (vários me
ses) poderá até se deteriorar mascarando as lei-turas de defor
mação do solo que nessa fase são bastante pequenas.
CALlBRAÇÃO DAS C!::LULAS. CONVENCIONAIS (usadas na· prensa Bishop)
As células foram montadas como para um ensaio
Saturaram-se as pedras porosas e o papel filtro. Não se usou
a amostra de solo ficando, então., o espaço respectivo vazio e
a pedra porosa superior e o topo de distribuição de carga en
costadas. na pedra porosa inferior tendo entre si as 2 folhas
de papel filtro.
Aplicou,-se uma carga de ajustamento de _,!QQ -gf
(O. O 33 kg_f/cm 2) fazendo-se a leitura inicial no extensômetro .
Seguiram-se os vários estágios de carregamento e descarregamen . -
to medindo-se em cada.um a deformação. Estes .valores foram di
vididos pela altura do anel confinante tendo-se assim v~lores
análogos.a. deformação especifica. Na figura 4.3 tem-se as
curvas pressão vertical versus sv(%) (6H/altura do anel) para
a célula 86 (prensa 61) e célula 87 (prensa 60). Note-se que
a escala de sv(%) está muito ampliada. As deformações nao sao
instantaneas,por isso, em todas as leituras esperou-se alguns
minutos até que a leitura do extensômetro aparentemente .estabili
zasse.
.56.
CALIBRAÇÃO DO OEDÕMETRO HIDRÁULICO
Substituiu-se o solo por um corpo.de prova de a
ço e prosseguiu-se a montagem como para um ensaio normal, uti
lizando as pedras porosas e papel filtro saturados. Desta for
ma, tentou-se medir a compressibilidade do sistema e verifi
car se havia ou não necessidade da correção dos resultados ten
sao x deformação dos ensaios.
Apesar das deformações nao se apresentarem mui
to elevadas foram corrigidos todos os resultados de ensaios.~
ma.comparação entre curvas· (Ev x av) corrigidas e nao corrig:Í:_
das pode ser vista nas figuras 4.14 e 4.18.
Realizaram-se duas calibrações: uma com uma
pressao inicial de 0.050 kgf/cm2 a partir da qual tomou-se a
leitura inicial a ser usada no cálculo das deformações verti
cais, e outra sem a carga de ajustamento. Na figura 4.4 tem
-se os gráficos Ev% (.!IH/altura do anel.confinante) versus Pres
sao (kgf/cm2 ) das duas calibrações e na figura 4.5 tem-se os
gráficos deformação (x 0.01 mm) contra.tempo para a segunda ca
libração, sendo esta a usada na correção dos ensaios.
.57.
4.2 - Resumo dos Resultados de Ensaios
4.2.l - Introdução
Os ensaios de compressao unidimensional cornurnen
te chamados de ~nsaios de adensamento são apresentados de
neira a fornecer dados sobre a compressibilidade de solo:
ma
c , r
Cc, Cs ou RR, CR, SR e rnv' ªv' Ea (Ver item 3. 4 onde os di ver
sos Índices e coeficientes sao discutidos) e·sobre a velocida
de de dissipação de pressões neutras que é função da cornpress~
bilidade e da permeabilidade do solo.
As curvas de compressibilidade mais frequenterne~
te apresentadas são as de Índices de vazios e ou deforrnaçãoe~
pecífica vertical E% versus logaritmo da pressão efetiva ve_!: V
tical. Dá-se preferência a esta representação numa tentativa
de se encontrar urna relação linear (Ev ou ex log crv) na re
gião.virgern de pressões. No entanto, tratando-se da
pré-adensada, pode ser mais conveniente representar as
sões efetivas em urna escala ÓE
tão as relações rn :.(--v) x Gv V ÓGV
ã ) V
região
pre~
ou en
Os dados correspondentes a velocidade de deforrn~
çao do solo sao representados pelo coeficiente de adensamento
c onde 2 V THd
CV CV K = e =
t rnv Yw segundo a formula
.58.
çao Terzaghi-Taylor(l) e utilizando métodos empíricos para a
justar as leituras à teoria de adensamento de Terzaghi apr~
sentados por Taylor em 1942 (definição do t90
) e Casagrande em
1936 (definição do t50
) .
O logaritmo da permeabilidade versus o Índice de
vazios e, também, frequentemente apresentado. numa
de se encontrar uma relação linear (log K x e).
tentativa
·Querendo-se
definir a permeabilidade a uma determinado pressao efetiva uti
liza-se a curva (ex log Õv) e com o valor do .Índice de vazios
correspondente a dita .pressão encontr.a-se a permeabilidade no
gráfico (log K x e). Analogamente pode-se utilizar a deforma
ção específica vertical em vez do Índice de vazios( 2).
Os dados de compressao secundária podem ser apr~
sentados em inúmeras formas (ver item 3.3). Portanto e impo!:
tante que se defina corretamente o índice que se está usando,
para posterior comparação de resultados (MESRI, (1973)).
Pode-se também traçar curvas isócronas no gráf~
co ( Ev ou e x log Õv) isto é, curvas para t=l dia. , t=lO dias,
etc. BJERRUM (19 6 7) • Estes dados são obtidos, somente, apos
se concluir a compressão primária ou melhor, quando nao existi
i:em excessos significativos de poro-pressões.
(1) A compressão do solo é dividida, nesta formulação, em duas
partes completamente distintas, a compressão primária e a
compressão.secundária.
(2) [Ev = e/1--+ e0
]
.59.
As curvas de deformação específica, ·, , 'L'.vertical
sv(6H/H0 )% podem ser representadas versus,o logaritmo do tem
po possibilitando a definição de t 50 ou versus a raiz
da do tempo para t 90 .
quadr~
, Os dados de dissipação de pressao neutra na fa
ce nao drenada (correspondentes aos do meio da camada em uma
amostra drenada em ambas ,. as faces) são apresentados pelo gr~
fico Percentagem de·adensamento Uz,quando z=Hd' versus logari!
mo do tempo (LAMBE (1969), pg. 408).
Pode-se representar, também, , os. dados de compre~
sibilidade volumétrica [mv = 0.434 a /Õv] versus o logaritmo da
pressão efetiva.
4. 2. 2 - Ensaios de Compressão , Uni"dimensional Realizados em
Células Convencionais.
As figuras 4.6 e 4.7 apresentam desenhos esquem~
ticos com as ·sequências de aplicação de carga,utilizadas nos
ensaios convencionais e nos reali.zados no oedômetro hidráuli
co. A região hachurada indica a pressão efetiva desenvolvida
na amostra sendo que as figuras ficam limitadas pela pressao
aplicada no fluido da câmara: ( ov) e a contra pressão aplicada
ao fluido dos poros na amostra (u).
As figuras 4.8 e 4.9 apresentam os valores de
compressibilidade e de velocidade de dissipação de poro pre~
.60.
soes (C ) e ainda dados de permeabilidade K dos ensaios conven V
cionais 3 e 8. Todas essas curvas foram corrigidas contra a
deformação do equipamento. As figuras 4 .11 e 4. 12 :1.apreseiluam
os dados de deformação específica vertical. versus o logaritmo
do tempo (Ev % x log t) correspondentes aos mesmos ensaios.
4.2.3 - Ensaios de Compressão Unidimensionais com Medição de
Pressão Neutra
As figuras 4.13.a 4.18 apresentam um resumo dos
dados de compressibi·lidade e velocidade de. dissipação de pre~
s0es neutras dos ensaios realizados no oedômetro .,. hidráulico
WF 24500.
Resultados de deformação específica contra log~
ritmos do tempo encontram-se nas demais figuras de 4.19 a
4.24. Todas. as curva·s de E , m , s e C x o foram V V a V V
corrig.:!:_
das contra a compressibilidade do equipamento.. A figura 4. 25
apresenta. dados de compressão secundária E = E ( %) /Lilog t ver a V -
sus histórico de tensões. Verifica-se que nestes solos ocorre
um máximo de Ea entre 1.5 a 2 vezes a pressão de pré-adensame~
to, decrescendo mais ou menos conforme a sua· maior· ·ou:.· ,menor
sensitividade respectivamente.
Na figura 4 .10 estão plotadas em conjunto .todas
as curvas índice de vazios contra logaritmo da.pressão efetiva
vertical e as curvas de coeficiente de compressibilidade volu
métrica versus. logaritmo da P.ressão efetiva vertical. As pre~
• 61.
soes de pré-adensamento definidas pelo método de CASAGRANDE es
tão indicadas na figura.por uma seta. A tabela.4.1 resume os
. valores de CR, RR e RPA·. Na figura 4. 27 encontram-se as cur
vas de coeficiente de compressão secundária versus pressão efe
tiva vertical.
Na figura 4 . .2.8 estão plotados os dados de dissi
paçao de poro pressoes contra logaritmo do tempo. tomando-se co
mo u0
a pressão neutra desenvolvida na face onde nao ocorre
drenagem (topo da amostra). Os valores de u0
mostraram-se di
ferentes dos acréscimos de pressão impostos no fluido da cama
ra. (Ver figura 6 .1) .
ENSAIO ]}<gf/cm
2]
t,r:; .t,r:; RAZAO DE PRt:-AIBN CR= V RR = V
/1logÕV /1logÕV SAMENI'O
I,', ~
a OVIU =~
a vo
1 1. 70 O .14 0.042 1.6
2 1.65 0.16 0.072 1.6
3 2.2 O .202 0.097 2.1
4 1.55 0.225 0.099 1.5
5 1.30 0.162 0.042 1.3
6 1.50 0.142 0.076 1.4
7 1.80 0.134 0.085 1. 7
8 2.4 0.208 0.102 2.3
CR = RR =
Tabela 4.1 - Valores de CR, RR e RPA
.62.
4.3 - Influência da Elasticidade da Membrana nos Resultados de
Ensaios
Como já foi descrito em outros itens deste traba
,lho, o oedômetro hidráulico é um equipamento muito mais versá
til que o equipamento convencional. Permite o uso de contra
pressao e a obtenção de dados sobre a dissipação de pressoes
neutras. Pode impor à amostra um diagrama (l) pré-estabeleci
do ,de excesso de poro pressões (LOWE, 1973) ou, ainda, veloci
dades de deformação ou tensões constantes. Tem-se, tàmbém,ne~
te equipamento, o controle perfeito do início do ensaio. No
entanto, surgem alguns problemas na sua utilização Um de
les é que o acréscimo de pressão imposto ao fluido da camara
(lip) pode não se .. transmitir integralmente a amostra de solo.
SHIELDS (1976) alertou para o fato, de que em um
oedômetro hidráulico,, a força exercida na, amostra pode ser con
sideravelmente diferente da que é obtida teoricamente pela
pressão do, fluido vezes a área da seção, transversal. Ein·,Ottawa
diz ele, fazem-se rotineiramente ensaios de gradiente contro
(1) No ensaio de gradiente controlado, à excessao dos instan
tes finais e iniciais a amostra é carregada de modo a man
ter uma mesma configuração de excessos de pressão neutra
versus a1 tura ao longo ,do tempo; assim, as pressões efet.!:_
vas vao aumentando, não havendo variação,,,, do diagrama de
excesso de pressao neutra.
.63.
lado onde a pressao neutra é lida na pedra porosa inferior e a
drenagem é feita pelo topo. Constatou;-se nesses ensaios erros
na definição. de pressões. Foi, por isso, montada .. uma calibra
ção onde a célula, colocada com a parte inferior removida e vi
rada.de cabeça para baixo numa prensa triaxial, era carregada
medindo-se a carga através da pressão do fluido e através de
um anel dinamométrico.
As calibrações indicaram uma queda até 60% da
carga àplicada e também, em alguns casos, um acréscimo ·,' .. - até
120%.
O autor recomenda que todos os outros tipos de
oedômetros hidráulicos sejam calibrados, trocando-se se neces
sário a membrana por outra mais flexível.
Na figura 4.2 tem-se a célula de adensamento hi
dráulica WF 24500. Nota-se que a membrana (7) deve ficar pe~
feitamente ajustada a amostra quando.da.montagem. do ensàio p~
ra que nao restem ali nem.ar nem água que poderiam camuflar as
medições de poro-pressão e. deformações. A membrana, no entan
to, precisa acompanhar as deformações do solo e, assim, se dis
tender. Achou-se por todos esses motivos necessário fazer uma
verificação da elasticidade da membrana.
Foram feitas três calibrações. Na primeira pr~
encheu.-,.se o espaço destinado .a amostra com água e montou-se a
célula normalmente. ·Aplicou-se uma pressao de 5.00 kgf/cm2 no
fluido.da câmara, tendo a drenagem, isto é, as torneiras lig~
.64.
das ao topo e à base da amostra, fechada. Para mobilizar a
membrana abria-se e fechava-se cuidados.amente a torneira lig~
da à base de modo a haver· no espaço reservado, .para. a amostra
uma variação volumétrica lida através da bureta. Isto foi fei
to. em diversos estágios lendo-se em cada um a pressão da agua
.que ocupava o lugar da.amostra. Com o aumento. da variação vo
lumétrica a membrana ia ficando mais solicitada e a pressao li
da ia diminuindo. Tendo-se, assim a pressão absorvida ·pela
membrana que é a diferença entre a pressão no fluido da camara
e a pressão lida. Na figura 4.28 curva. 1 tem-se os dados da
tensão absorvida pela membrana x variação volumétrica. Es
tes·dados sofrem, no entanto, a seguinte restrição: nao se
.impôs à membrana uma deformação igual à que ocorre durante o
ensaio, isto é, aproximadamente horizontal. Intuitivamente
parece-nos, que ela tomaria· uma forma mais. natural, como uma
superficie cônica, por exemplo.
Na segunda calibração, para. definir melhor a de
formação. da membrana. uti·lizou-se uma placa· de· acrilico de 4mm
apoiada numa mola bastante flexivel ocupando.o espaço da amos
tra de solo. O método para calibração foi o mesmo descrito
anteriormente, sendo que desprezou-se a carga absorvida pela
mola. ·Na figura 4. 28 curva 2 estão os dados da tensão absor
vida pela membrana x variação volumétrica.
Suspeitando-se que a membrana poderia "descolar"
da placa resolveu-se fazer uma terceira.e frltima calibração u
tilizando-se molas mais rigidas.
.65.
Para a terceira calibração encomendaram-se 16 m2
las. de 8mm de.diâmetro, 14mm de.altura, 1.4mm de diâmetro de~
rame .. e. com 4 espiras (PAIRES, 1965). Ensaiaram-se duas dessas
molas no laboratório de vibrações da Engenharia Mecânica do
CTC da PUC. Os respectivos. gráficos tensão x.deformação encon
tram-se na figura 4. 28 ( a) . A rigidez encontrada . .e:~ ~.foi de
K = 23.3 Kgf/cm sendo K médio do solo ensaiado de 620 kgf/cm.
Montou-se a _célula de maneira.usual apenas subs
tituindo-se a amostra de solo por 16. molas .(para se ter a mes
ma rigidez do solo deveriam ser usadas 26 molas) dispostas si
metricamente em paralelo encimados pela placa de acrílico usa
da na calibração .anterior.. Tem-se, assim, um modelo análogo ao
modelo mecânico de adensamento de T.erzaghi onde o solo e re
presentado pelas molas e a placa tem a· finalidade de distri
buir as tensões de uniformizar as deformações. A torneira de
drenagem ligada à base da célula funciona como válvula para si
mular a ·baixa permeabilidade do solo.
A terceira calibração foi basicamente diferente
das . outras duas. Aplicou-se uma pressão na câmara de 3. 00 kgf/
2 -/cm e uma contra.-pressao de igual valor. Os carregamentos fQ
ram ditados pela diminuição da contra pressao. Como a drena -
gem permaneceu sempre aberta. qualquer carregamento.transmitia
-se quase que imediatamente ao sistema de molas tendo-se, as
sim, uma deformação que era lida pelo extensômetro.. Os dados
de pressão x deslocamento sao apresentados na. figura 4. 29. A
reta em linha cheia foi definida teoricamente calculando-se a
• 6 6.
rigidez do sistema de molas (K = 373.33). Esta reta foi cor
rigida (linha tracejada) obtendo-se uma nova origem justifica~
do-se a forma inicial da curva das leituras como sendo devido
a um ajustamento. Ressalta-se que o valor desta correção é mui
to pequeno (8 x 10-2 mm).
A distância entre a reta tracejada e a linha
"quebrada" definida.pelas leituras representa a pressão absor
vida pela membrana. Os dados de pressão absorvida versus de
form~ção volumétrica específica encontram-se plotados na fig~
ra 4.28 curva 3).
Para melhor esclarecimento, resta dizer que par~
ce bastante razoável supor que a carga absorvida seja função,
apenas, da variação volumétrica e independente das pressões da
câmara e contra pressão, desde que, a membrana se deforme se
guindo sempre um mesmo padrão.
-Na figura 4. 29 apresentam-se .. os dados ºv · x Ev %
do ensaio 6 corrigidos com os dados obtidos na terceira cali
bração. A influência da membrana será novamente analisada no
item 6. 2.
.67.
4.4 - Possíveis Fontes de Erro nas Medições
4.4.1 - Influência do Medidor de Volume na Leitura de Poro·
Pressões.
Duarte (1977) apresenta dados de percentagem de
dissipação de pressões neutras no topo versus tempo, con:espo~
dentes a ensaios de adensamento, onde se supôs ter havido in
fluência do medidor de volume nas leituras de poro - pressões .
Encontrou-se um residual de 0.35 Kgf/cm2 .
Fez-se por isso um cálculo simplificado a fim de
estimar qual a faixa de pressões correspondente à influência
do medidor. Note-se que este fenômeno é esperado devido a <li
ferença do peso especifico entre a água e o querosene.
Na figura 4 .26 tem-se um esquema de um
de volume ligado a um pote de mercúrio e uma célula.
medidor
Demons
tra-se na figura que influência do medidor de·volume e igual a
Para y ·=O 8 gf/cm3 e y = 1.0 gf/cm3 q . w
O erro máximo quando se tem uma bureta de 50 cm
de altura será de 0.02 kgf/cm2 .
.68.
4.4.2 - Influência da·Rigidez do Sistema de Leituras de
são Neutra.
Pres
Northey e Thomas (1965), em relação a medição de
pressoes neutras, dizem que seguindo-se a aplicação de um novo
incremento de carga, em um ensaio de adensamento(l), a pressao
neutra aumenta .extremamente rápido e então dissipa-se a uma v~
locidade que ê função d.a espessura da amostra, da permeabilid~
de e da compressibilidade. Em amostras finas de baixa compre~
sibilidade, o volume total de água a ser expelido durante um
incremento é muito pequeno. Então, se qualquer porção signif.:!:
cativa deste volume é requerida para ativar o sistema de medi
da, o verdadeiro "pico" de pressão neutra não é registrado e,
ainda, se uma drenagem, mesmo que temporária, ocorre em ambas
as faces da amostra, o adensamento é acelerado concomitantemen
te ao carregamento. Segundo os autores, no caso de solos de
baixa compressibilidade .e para amostras de 'dimensões usuais um.
sistema.; de· medi da de pressões neutras, bastante rígido "é heoessãrio,
Wissa (1969) estudando a influência da
sibilidade do sistema de medição de .poro-pressão,
que: o volume total das linhas de medição de pressao
compre~
recomenda
neutra
seja de 3%, no máximo,· 1.do volume dos poros da amostra, tendo
o transdutor uma compressibilidade não maior que 1.6 x 10-5 cm3
por Kgf/cm2 .
( 1) Refere-se a um oedômetro onde nao haja perfeito controle do
instante inicial da drenagem.
.69.
O volume das linhas de medição foi estimado em
torno de O .15 cm 3 que é bem menor que 1. 35 cm3 correspondentes
a 3% do volume de vazios da amostra.
4.4.3 - Influência do Ar nas Linhas de Medição de Pressão Neu
tra.
Bishop e Henkel (1962) indicam que bolhas de ar
presas sao, na verdade, o principal risco ao se fazer medições
dê pressão neutra. Alerta-se que em um equipamento novo, ou
em um sem uso por algum tempo, pequenas bolhas de ar ou outro
gás tendem a aderir às.paredes dos vários tubos e apetrechos,
necessitando maior cuidado na saturação.
4.5 - Conclusões
A montagem do ensaio no oedômetro hidráulico
WF 24500 é trabalhosa e demorada podendo comprometer a boa qu~
lidade do corpo de prova;
Mais conveniente seria se a face nao drenada
fosse a inferior garantindo-se, assim, maior rigidez e melhor
saturação da linha de leitura das poro-pressoes. Isto pode
ser feito modificando-se, apenas, o estado de tensões na outra
face que, ao invés de, um estado de tensões constantes
solicitado por um estado de deformações constantes.
·séria
• 7 O.
A compressibi.lidade dos elementos da célula
em relação ao material ensaiado mostrou-se significativa ju~
tificando uma correção nos resultados de ensaios.
o medidor de volume p·ode alterar as leituras
de contra pressão devido a diferença entre o peso especificado
querosene e da .água, até um valor de O .02 Kgf/cm2 para uma bu
reta de 50 cm.
0
@
®
®
o 10
. 71.
0 @
®
~=© ©
20 30cm
1 - Pontos de apoio angulares.
2- Peso poro ajustamento fino
3- Peso poro botonço.
4- Hastes de sustentação do apoio do c:e\lulo.
5- Extensômetro fixo no apoio do celulo.
6- Parafuso para nivelar o braço de alavanco.
7- Ce1u1o de -adensamento.
a- Hostes de sustentocõo.
9- Apoio para o broco quando da montagem do ensaio.
10 e 11 - Pesos
12- Nível
FIG. 4.1- DESENHO ESQUEMÁTICO DA PRENSA TIPO BISHOP ZA DA EM ENSAIOS CONVENCIONAIS.
UTILI-
' FOTO 4.1- PEÇAS DA CELULA DE ADENSAMENTO.
1- Base da célula.
2- Corpo do c61ulo.
3- Redução.
4- Anel confinante.
5- Anel guio do placa de distribuição. de carga.
6- Pedras porosas
7- Placa de distribuição de cargo.
,. - .! ' ~ '
' i
'
~.l
.72.
FOTO 4.2-WF 24500-CÂMARA TRIAXIAL 4 ADAPTADA PARA A
EXECUÇÃO OE ENSAIOS OE ADENSAMENTO.
0
© ® @1~~-ffl
© © ©
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n'-1,..---@
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"CORTE" ESQUEMÁTICO DA CELULA DE ADENSAMENTO.
FIG. 4.2 - WF 24500-CÉLULA OE ADENSAMENTO PRESSURIZADA HIDRAULICAMENTE.
• 7 3 •
O...----r---r--r--r,-.,...,..r---,---,--...,......,.....,-ri""""---.--,---,---,,....,......,...,,....---,
E:v (º/o)
----
19 Carregamento
29 Carregamento
31------+----------+---------+-----I Prenso 60 - Célula 87
Obs: Carga de Ajustamento 200 gf ( 33 gf/cm2 l ' • h. t
01-------+----------+----------+----I E:v
(º/o) -- ........... 0... -----'o, ...... ......
19 Carregamento
29 Carregamento
'1:>, 11-------+---------'-"'(l...---------+----I
',,' '-,,_ ,, '',
'Q.
', 2 1---------+--------t------=..,~"""-"~--+----I
3 deformação do equipamento
blturo do anel confinante
0,1
Prenso 6 l - Célu lo 86
Obs: Carga de Ajustamento 200 g( ( 33gf/cm2)
l 10 Pressão ( kgf/cm2 )
' FIG. 4.3- CALIBRAÇÃO DAS CELULAS CONVENCIONAIS 86 e 87.
.74.
0------------------------.,....,. ........ --..... E:v (º/o}
1,_ ______ _,_ _________ ----1 __________ _,_ __ _,
-- 1º Carregamento ---- 2Q Carregamento
( a l Primeira Calibracão
41--------!----------+- 0bs: Sem Carga de Ajustamento
01--------!-----------1-----------!-----1
E:v (º/o)
( b l Segunda Calibração
21--------!-----------1-----------'-----I Obs: Pressão de Ajustamento 0,050 Kgf /cm2
E:v= deformação do equipomajito
altura do onel confinante
0,1 1 10 Pressão ( kgf /cm2 )
, FIG. 4.4- CALIBRAÇÃO DO OEDÔMETRO HIDRAULICO WF 24500.
90 1
e· s2 e o ci
o
'"' '-' "' ::E a: o u. "' o
94 '
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---------
'
. 75.
1 1 1 1 111 1..;, 1 1 1 1 .. 1 1 'j:. • 1 1 1
CARREGAMENTO 1
_ _:
0.12!5 kgf/cm2
'- ~
0.2!50 Kaficm2 .
.
0.500 Kgf/cm2
. .
,-,.
1.000 Kgf/ci;:
1 ,;-1.2!50 Kgf/cm2.'i
" . 1 . -'
1.70 Kgf/cm2 . . ..
-· ..
4.00 Kgf/cm2
• ; - .
2.00 K9f/c1112 ~ DESCARREGAMENTO
,] . i/
1.00 Kgf/cm2
. ,,
0.500 Kt;if/cm2 1 ,,,
1 !)
0.2!50 t<gf/cm2'
•
0.12!5 KQf/cm~
' 1 ' 1 1' 1 l 1.1 --r ' 1 1 1 1 II ' ' ' 10 100
TEMPO (MINUTOS]
FIG. 4.5 - DADDS DE DEFORMAÇÃO x TEMPO DA SEGUNDA CALIBRAÇÃO
10
9
8
7
6
5
4
3
2
Kgf /cm2
7
6
Kgf/cm2
10
9
a 7
6
5
4
3
2
o
'
© 7
'
Estágios
" © 21 "
" 24
oL...~:=. ________ ...:::=:!E~a~:.._--------,--'--=::!::!:õ,..;.~á!::::...._ _ _J:..__ Es,tógios
FIG. 4.6 - SEQUÊNCIA DOS INCREMENTOS OE PRESSÃO NOS ENSAIOS OE ADENSAMENTO CONVENCIONAIS.
( Kgf /cm2 ) ( Kgf/cm2 ) ( Kgf/cm2)
G) 5 0 5 ® 4. 4 4
3 3
' 9
<fv
2 7 2 © 7 11
u u
10
Estágios o
Estágios o
Estágios
( Kgf /cm2 ) ( Kgf/cm2 ) ( Kgf/cm2 ) _, 5 5 5
_, '
e;:·, © 0 © 4 4 7 4
O'"v
3 3 6
3
2 2 2 4
u
8 ' 7 " 11
o Estcigios
o Estágios
o Estágios
FIG. 4.7- SEQUÊNCIA DE APLICAÇÃO DOS INCREMENTO$ DE PRESSÃO NOS ENSAIOS REALIZADOS NO OEDÔMETRO HIDRÁULICO.
Ev {%)
[~·1001 2Ho ~
o u
.:'.: 10 u
" e. "' " o ,o U• o 15 E " ,2
" o
mv
.g [,m21 .. ,] -õ;
.78.
0.1
PERMEABILIDADE
r 1 (;li')
PERMEABILIDADE-( log t)
mv
(D (12 CARR)
; 0.041-----~---t---~~'<------+-----------,--;--------i g
" -o o 0.03 -o
~ ·a; "' ~ 0.02 e. E 8
" o.o, -o
.; o u o
1 >----- mv: 0.4340 ffv
0_ ô.êv - /1 log ffv
-vf' -fogt
10- 6
Permeob;lidode K ( cm/s,~j'l)
'
FIG. 4.8- DADOS DE E:v x log Q". , mv x log O" , Cv x log ffv e log K x E:v DO ENSAIO N!! 3 CONVENCIONAL .
. 79.
0,1
- 2 O"v Kgf /cm
10
[ IIH .100] 2Ho
~ ~
o 10 u -u
" o. w
" o ,o u,
15 o E
~ " o
e~ (%) 8 mv
·e[ , J m .. =0,434a -J:.----1------+-----+----.-;; cm /Kgf 1---------+------''-<c- • cr, E ~
o >
" "O o
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" e. E o u
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0.04 e 5 ~
u
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4 'º w w
" 3 e. 0.02 E
o u
2
" 001
"O
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" - .õ.€v
o- Alogffv·f------------+------------+-----, o u
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--, ,,,, "l>,.
l----------l-----------,.-"-'--+----..C..--------+-----10.0010 \ !?. ,,,,~/ \ ;;
1------------1------+----+----',--------+----;o.ooe E
\, ~ 1-----------1-----------+-------'lc,- ( Vf) ---1-----I0.006 'g
' ,, ,8 l-------+--------___:"'-d:------~-~-=---+---10.004
...:
" o '-----+-----jo.002 u
( logt)
.__._,__._.....1...U...'-::--'--....1..-L....J....J.....J..u..1__,,.-....J-....J..-I-I....J.....L...1...U-,---'-' o ,o-e ,o-7 10-e
Permeabilidade K {cm/s;~}
FIG. 4.9 - DADOS DE €v x ir , mv x cf , Cv x cf e K x log ir CORRESPONDE~ TES AO ENSAIO 8 CONVENCIONAL.
U)
o N <t >
w o
w o o -~
~
~
"' " > ..... E
"' E " '-'
1.000
0.900
0.05 1---------+--'-----'-----'----'----.J------~ INDICA PRESSÃÓ. DE PRE
0.04
0.03
AOENSAMENTO SEGUNDO CASAGRANOE
0.02 1 -------::--i-------\---\---\----,'-t--//r-~M-----'-~+-----l mv = 0.434 a/qv
Ll&v a= __ ..;..._ LI log fv
0.1
FIG. 4.10 - CURVAS ex log fv e mv x log ~'v
10
fv (Kgf/cm2)
. 80.
{'
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FIG. 4.11 - DADOS DE 6v x log t CORRESPONDENTES AO ENSAIO 3
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TEMPO (minutos)
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Permeabilidade K (cm/s~·)
FIG. 4.16 - DADOS DE E:v x log ã'v , mv x log <fv I Cv x log <fv , E:v x log K e e: ... x log Üv CORRESPONDENTES AO, ENSAIO 2.
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Permeabilidade K (cm/st;~}
FIG. 4.17 - DADOS DE E:v x log <Tv , mv x log êtv , Cv x log O:, , E:v X log K e E:"'x log õ;, CORRESPONDENTES AO ENSAIO 5.
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FIG, 4.25 - DADOS DE COMPRESSÃO SECUNDÁRIA VERSUS HISTÓRICO DE TENSÕES
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( BOSTONÍ
SILTE ORGÂNICO e COM FIBRAS 0.3 -0.4
(BOSTON)
e SANGKOIC CLAY o.e-o.se .
o ARGILA MUITO O.l •0.25
SENSÍVEL
ARGILA CINZA MO-E LE OE 0.1 -0.2 . ' SARAPUI- RJ
ARGILA CINZA
• 0.1- 0.2 BOTAFOGO-RJ
ABCD- apud LADf/ ( 1973) _
E - apud COUTINHO ( 1976)
1 1 1 1 1 1
~v / Q'vm
. 9 8.
pote superior
MERCURIO QUEROSENE
bureta --- e-;
l© .O.ll1-1,;i .õ.hql
-+ .O.hw, CÚULA B
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Õ.hHgl
J_ pote inferior
A pós o reversão
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FIG. 4.26- INFLUÊNCIA DO MEDIDOR DE VOLUME NAS PRESSÕES LIDAS.
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1.41-------+-----------......Jl-------------+------l
l.31-------+------------1------------+------l
l.21-------+------------1-------------+------l
1.1 '--------+------------+--------~T~-~-->-------'
1.0 l-------+------------+--------1'---'----+-----<
' I .--, .9 '--------+------------+-------'1--,---/+'---1------<
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/7', 'J" ,. ' 5 ,,,,,, .....
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.61------1------------1-~1-t----i:.;....l,t/l-l-/-----+------!
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FIG. 4. 27 - DADOS DE &o<. = ll€v / ll log t x ç'v
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MOL~ MUITO FLEXÍVEL
MOLÃS RÍGIDAS
24 26 28
30
30 VARIAÇÃO VOLUMÉTRICA (cm3)
% DEF. VOLUMÉTRICA ESPECÍFICA= ev (%) o
FIG. 4.28--VERIFICAÇÃO DA TENSÃO ABSORVIDA PELA MEMBRANA NO WF 24500
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.101.
1 500f-
f-500 - ,._ Deslocamento teórico se o cargo -
- fosse totalmente transmitida às -
450f--
' ,-, 'r--~ -.... ',s~
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=f-- ,, _/ -400 - ' ~ 1-----t--r-.,'----r-----;
INFLUÊNCIA DA ELASTICIDADE
1
~A MEMBRANA \ ~nmental 350 f--
NA CURVA e,• "º â', ~/~"e,tensêrnetra) ·
300 -300
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200 --200
150 -
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Deslocamento /~
teórico co,~Aw
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0,30
0,40
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= 6,75
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= 11,25
= 13,50
= 10,75
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Kgf/cm 2
0,03
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0,19
0,21
0,23
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-
-
-
Pressão ( Kgf/cm2)
FIG. 4.29- DADOS DE PRESSÃO x DESLOCAMENTO OBTIDOS N.A TERCEIRA CALIBRAÇÃO.
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N o o z .--1 60
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FACE NÃO DRENADA ( VALORES OE Uo 'F 6 Vy -
j '1',;'.º ~' 1 's, 1 ', j VER ITEM 6.2)
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1 1 1 1 >~ 1 POSSÍVEL INTERFERÊNCIA DE 1\. õ VAZAMENTOS NA MONTAGEM
o 0.1 0.2 0.5 2 5 10 20
• TEMPO (minutos)
FIG. 4. 30- DADOS DE DISSIPAÇÃO DE PRESSÕES NEUTRAS NA FACE NAO DRENADA OBTIDOS NO ENSAIO 6
5 - ESTUDO DO COEFICIENTE DE COMPRESSIBILIDADE VOLUMf;TRICA
5.1 - Introdução
-5.2 - Cálculo do mv a partir da curva Ev x log ºv
5.3 - Argilas Sensiveis
5.4 - Influência do Amolgamento
5.5 - Conclusões
.104.
CAPITULO V
E_S'.['!JP9. !JO COEFICIENTE DE COMPRESSIBILIDADE VOLUM1':TRICA ( 'mv )
5.1 - Introdução
Uma outra maneira de descrever o , , comportamento
tensão deformação no ensaio de compressão confinada ou <:>edomé
trico é o coeficiente de compressibilidade volumétrica mv, que
é, simplesmente, o inverso do módulo confinado D (Lambe, 1969,
pg 157).
m = V ao D
V
onde Ev = deformação volumétrl
ca especifica (igual a~
formação especifica vert:i:_
cal, no caso) .
Na teoria de adensamento unidimensional de Ter
zaghi considera-se mv constante durante um determinado está
gio. No entanto, sabe-se que, assim como a altura do corpo de
prova e a permeabilidade, m varia durante a deformação do so V
lo, isto é, o valor de m no final do estágio é significativav
mente diferente daquele inicial.
Lowe III (1974) admite mv constante so para p~
quenos incrementos de pressão efetiva,isto é, desde que as isó
cronas para percentagem particulares de adensamento (percent~
gens de dissipação do excesso de pressão hidrostática) são in
dependentes de mv, H e K, o caminho de tensões, num determina
.105.
do estágio, é dividido numa série de incrementas e valores
mais corretos de mv, H e K são usados. Assim, mv' H e K admi
tem-se constantes s.omente para pequenos incrementas onde esta
hipótese pode ser considerada.correta para fins práticos (teo
ria de .Lowe III referida com mais detalhes no item 3.7). A
seguir mostraremos como se calculou o mv nos ensaios oedométri
cos.
5.2 - Cálculo do mv a partir da curva E:vx log CTv
Supondo uma relação linear entre E: e o logari~ V
mo decimal da pressao efetiva vertical,
com.a figura 5.1
d E: V
ac V
= = 0.434 a 1
(5 V
CT, temos, de acordo V
onde~ é o coeficiente angular da reta E: x log CTv como definin lJ
do na citada figura.
Comó se ve, mv só depende da inclinação a da
tangente a curva tensão deformação e da pressao CTv· A figura
5. 2 descreve a variação de· mv. ,·.em função de log CTv para di ver
sos valores de~' o que constitue uma familia de curvas assin
tóticas ao eixo log CTv Tórna-se·agora fácil determinar .mv
para qualquer valor da pressao CTv' numa curva de ensaio qua!
quer. Basta determinar para cada ponto da curva, o valor da
inclinação da tangente naquele ponto, e procurar na
de curvas o valor de mv para a pressao CTv
familia
.106.
Este método é teoricamente exato e independente
da escolha de incrementas de ºv·
Para ensaios carregados em·pequenos estágios de
pressao, o valor de m determinado do modo convencional corres V
ponde ao de um valor intermediário de pressao efetiva do está
gio, pois, estaremos substituindo a curva por uma secante, que
como se sabe, é paralela a tangente no dito valor intermediá -
rio de pressão.
A figura 5.3 mostra a curva tensão deformação de
um ensaio oedométrico com as curvas de mv, coeficiente de va
riação volumétrica, calculadas de 4 maneiras.
a) matematicamente pela familia de curvas
b) - . bn com incrementas de pressao dados por __J::._=0.5
. p plotados na pressão média e na pressão final
c) idem, ~ - 1 plotados na pressão média. p
Nota-se que quanto menor o incremento mais próx~
mo se fica da curva "verdadeira" .
5.3 - Argilas Sensiveis
A figura 5.4 exemplifica o comportamento de uma
argila sensivel (Argila cinza mole do rio SarapuÍ - RJ - apud
Coutinho-1976).
O caso 1 e uma curva hipotética em que foram a
.10 7.
justados trechos retos à curva experimental 2. vê-se na fig~
ra 5.4(b) que a .curva teórica m x logo apresenta 2 V V
descon
tinuidades (casos 1 e 2).
A curva 3 da figura 5.4(b) apresenta os ·valores
de mv .calculadós de modo convencional . com lip/p = 1 e plotados
na pressão média.
5.4 - Influência do Amolgamento
Na figura 5.5 mostra-se, também, a influência
do amolgamento nas curvas de mv x log ºv· O caso 1 refere-se
a um ensaio oedométrico hipotético em que a relação E: x log Õ· V V
e representada por 2 segmentos de reta. Os casos 2 e 3 mos
tram -amostras progressi vamerite mais amolgados ( a curva 3 é es
quemática). As duas retas do caso 1 são assintóticas a curva
2 que foi obtida experimentalmente.
Vê-se que quanto maior o amolgamento menor o
"salto" desenvolvido na curvam x logo Verifica-se ainda V v·
que, a pressão de pré-adensamento corresponde a um ponto situa
do um pouco a direita do ponto de inflexão da região de "tran
sição" da curva de mv.
A figura 5.6(a) mostra dados de ensaios· obtidos
por NOORANY e POORMAND (1970), onde o propósito dos autores
foi verificar o inchamento permitido quando se usam cargas in~
ciais pequenas, ou melhor, a influência do valor do carregame~
to inicial na curva tensão deformação. A parte (b) da figura
.108.
apresenta a influência do inchamento, ou melhor, da _perturb~
ção da amostra no gráfico de mv x ªv·
A figura 5. 7 ; apud Coutinho .( 19 76), exemplifica
a influência da perturbação devido à amostragem em urna argila
sensível (SarapuÍ-RJ). A curva 1 da parte (a) corresponde a!:!_
ma amostra de boa qualidade, a 2 urna amostra de má qualidade
e a 3 completamente amolgada em laboratório. Observa-se que
as amostras 2 e 3 indicam a mesma variação de mv o que nos le
va a dizer que a amostra 2 está completamente amolgada.
5.5 - Conclusões
O Índice de compressao Cc e constante somente em
urna faixa da região virgem de pressões da curva (é ou E:v x log ÕJ . Na.região pré=-adensada, muitas vezes, é mais conveniente se e~
pressar a compressibilidade do solo em termos do
de compressibilidade volumétrica (m). V
coeficiente
As curvas de variação de mv com a inclinação a
da tangente a curva tensão x deformação (figura 5.2) poderão
auxiliar a secfazer urna idealização, isto é, urna forma a ser
esperada da curva coeficiente de compressibilidade volumétrica
(mv) versus logaritmo da pressão efetiva para urna amostra de
boa qualidade. Quanto menor a perturbação da amostra mais pr~
nunciado o máximo da curva.
vê-se na figura 4.10 que o ponto máximo da curva
mv x log ªv estabelece-se logo após a pressão de pré-adensame~
.109.
to (indicada na figura por urna seta). Este ponto máximo da
curva do m está ligado à região de pressões onde o solo é mais V
compressivel.
O coeficiente de adensamento (C) é regido por V
duas variávei!s: a compressibilidade e a permeabilidade. Logo,
com a variação de mv com a pressão efetiva tem-se o aspecto de
urna das variáveis que definem o valor de C. V
Caso se ache· conveniente, .com os. dados de labora
tório pode-se tentar chegar a urna curva de compressibilidade
"in situ" usando por exemplo a correção de SCHMERTMANN aprese!!
tada por LEONARDS (1964). (Ver item 3.2). Com as curvas ( E
dada neste ou ex log âv) e a formulação de mv = 0.434 a ~ ··v
trabálho pode-se então chegar nao so a .. curvas· de compressib.!:_
!idade de laboratório como também de compressibilidade de caro
po.
€
"
a ' '
Para determinar "a" facilmente, faz-se:
õ' ' 10 vi
onde
O valor de € para uma pressão qualquer sera :
€ ' € 0 + a ( log õ'v - log cr v0 l
Diferenciando em relação a crv
ae -- - a acfv
ae --=- = a a O-v
a log õ"v acrv
1 log e --=-
10 CYv
( análogo ao CR ou RR )
.. _ ae Por defon1çao, --=- e
acrv o coeficiente de compressibilidade volumétrica mv
ae aõ'~
' mv ' 0,434 a (Y V
FIG. 5.1- Cálculo do coeficiente de compressibilidade volumétrica o
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COEFICIENTE DE COMPRESSIBILIDADE
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VOLUMÉTRICA ( cm 21kgf)
p o p o N .... ,,o9.'.
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~ o ~ g b>g N
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;..--:;:.._-1,,-.,.;::_.--t--:::--~::_--t---lP ..-"':..+---,,,..---:c_--+----t---~·(]I
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•lú ::;; ::i --' o > lú o ..: o --' m
"' "' "' . o:: a..
-. CTv ( kgf/cm2]
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'°-\-l--l--+--1 llP = 0,5; ~~t11v---t~~ct--t11· P · ·· · , "l' 111 ·· -,:
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· ·. IL _ pressão'fi~ã1·~: = 0,5
.:. k
FIG. 5.3 - A INFLUÊNCIA DO MODO DE CÁLCULO NA<CURVA DE
mv x rrv
O.OI 0.02 0,03 004 O.OS O, I 0-v { kgf/cm2)
02 0,3 0.4 0,5 '2•-,3-45 10 1 '~ · .• -
1
,, .,
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~ o'= 0,60
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SARAPU 1 - RJ ,
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apud COUTINHO (1976) ---.:·.. f
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FIG 5A- EXEMPLO DE UMA ARGILA SENSIVEL
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FIG. 5. 7- 1 NFLUÊNCIA DA PERTURBACÃO DEVIDO À AMOSTRAGEM EM
UMA · ARGILA SENSÍVEL
6 ANÁLISE DE RESULTADOS
6.1 - Introdução
6.2 - Parâmetro B de Pressão Neutra
6.3 - Uma Tentativa de Previsão Teórica das Curvas de De
formação Versus Tempo Através de Dados. de Dissipa
çãô de Pressões
6.4 - Análise da Dissipação de Pressões Neutras
6.5 - Influência da Espessura da Amostra
6.6 - Análise do Coeficiente de Adensamento
6.7 - Comparação dos Dados de Laboratório com os Dados
de Campo.
.118.
6.1 - Introdução
Dentre os itens abordados neste capítulo enfati
zou-se a variação do parâmetro B de pressão neutra com o enri
jecimento de um solo saturado, bem como a influência da satura
çao e da utilização da contra-pessão nas medições de poro-pre~
sao.
Fez-se, também, uma tentativa de previsão teóri
ca das curvas de deformação versus tempo através de dados de
dissipação de pressões neutras. Correlacionaram-se os valores
de Cv da previsão teór.ica com os determinados segundo os méto
dos empíricos de Casagrande e Taylor.
Discutiu-se, ainda, a influência da espessura da
amostra nas características de compressibilidade e· a influên
eia do modo de carregamento nos dados de dissipação de pre~
soes neutras.
6.2 - Parâmetro B de Pressão Neutra
A pressao neutra desenvolvida em uma amostra de
solo,devido a um acréscimo de pressão confinante é comumente u
sada em um ensaio triaxial para checar a saturação. Skempton
ao introduzir em 1954 os parâmetros de pressão neutra, definiu
B como a razão entre a variação de poro pressoes e o
tivo acréscimo de pressão confinante.
respe.<c.
.119.
liu = 1 ( 6 .1) l+n e /e
W s3
n porosidade
Cw compressibilidade do fluido dos poros
e compressibilidade da estrutura do solo p~ S3
ra carregamento hidrostático.
O parâmetro B é uma função das . · compressibilid~
des da estrutura do solo e do fluido dos poros. Ver demonstra
çao em Bishop e Henkel (1962), por exemplo.
Lambe (1969) pg 395. define o parâmetro C como a
relação entre o acréscimo de pressão neutra desenvolvido por
um carregamento não drenado unidimensional estando a
confinada lateralmente
e = 1
amostra
( 6. 2)
C - compressibilidade da estrutura do solo p~ sl
ra carregamento unidimensional
(1) Na demonstração nao se leva em conta a compressibilidade
dos grãos por ser a mesma desprezivel em relação às de-
mais.
.120.
Tipicamente, tem-se que a compressibilidade do
solo é aproximadamente cem vezes maior que a compressibilidade
do fluido dos poros, sendo a da - água;:,:. em, torno. de 4.75 x
-5 2 x 10 cm /Kgf. Logo, para a maioria das situações, se o so
lo é saturado(l), o valor de B (ou C) aproxima-se da unidade.
Diversos pesquisadores comprovaram, no entanto,
que existem casos onde solos completamente saturados fornecem
valores de B significativamente menores que a unidade, sendo
a rígida estrutura do solo apontada como o principal fator
contribuinte para o baixo valor de B. Segundo Lee, Morrisson
e Haley (1969), alguns solos rígidos, como areia· densa
(D = 75 a 100%) e solo cimento tem compressibilidade ' r
muito
.b.aixa para toda a gama de. pressões confinantes. Os solos
argilosos são no entanto, afirmam os autores, um caso especial
que às vezes pode tornar-se enganador. A sua compressibilida-'
de medida.em grandes incrementos de pressão é relativamente al
ta. Mas, quando carregados com pequenos incrementos podem ser
revelar muito resistentes e exibir valores de compressibilid~
de muito baixos, tão baixos que a pressoes confinantes modera
damente altas apresentam-se menos compressíveis que a água.
(1) O,ar é extremamente compressível comparado com a água. A
presença de uma pequena quantidade de ar no fluido dos
poros tornã-lo~á muito compressível resultando em valores
de B bem abaixo da unidade.
.121.
O Fato é explicado corno decorrente do fenômeno
de desenvolvimento da pressão de quase pré-adensamento ou pre~
são critica, fenômeno este discutido.e formalizado por Rayrnond
(1966) e Bjerrurn (1967).
Por sua vez, as variações de tensão efetiva que
ocorrem durante a leitura de B devem ser muito pequenas. mesmo
a grandes incrernentos de pressão confinante. Então, a compre~
sibilidade
B (equação
carga.
mais adequada à previsão teôrica do valor de
é a que é obtida para pequenos incrernentos de
A regra prática de que B é aproximadamente igual
a um para todos os solos saturados pode ser errônea e enganad~
ra muitas vezes.
A figura 6.1 mostra o coeficiente C, que é a re
lação entre os excessos de pressão neutra inicial desenvolvi
dos e os respectivos incrernentos de pressão vertical t,a:, ten V
do-se a drenagem fechada. Na mesma figura apresentam-se, tarn
bérn, os dados de sv% (Coluna 1) correspondentes à deformação
durante à aplicação do incremento de ã no período em que a V
drenagem permaneceu fechada. Nota~se que as deformações foram
muito pequenas e de valor comparável às obtidas para·a
rnaçao do equipamento (Ver figura 4.4), excetuando-se a
(1) Cs e a inclinação da tangente a curva de adensamento
: t, V (~-· x a 3c) em um dado ponto.
V
defor
de for
.122.
maçao correspondente a ªv = 3,0 kg/cm2 , de 0,67%,maior que a
de calibração (da ordem de 0,30%).
Fez-se uma estimativa do valor de C correspo_!! sl
dente ao parâmetro C = 60%, tomando-se para compressibilidade
da água o valor de 4.75
trado foi de 1.6 x 10-5
x 10-5 cm2/kgf.
cm2/kgf. Valor
O valor de e sl
3 10 vezes menor
menor coeficiente encontrado nos ensaios. Portanto, a
encon
que o
rig~
dez do solo não explica os baixos vàlores de C encontrados.
Inúmeros autores encontraram em solos saturados,
valores para o parâmetro C inferiores à·unidade explicando es
se resultado como fruto·da compressao secundária desenvolvida
no incremento de carga anterior. Dentre estes mencionam-se
Northey e Thomas (1965), Crawford (1964),Murakami (1977),
Huergo (1969). Nota-se que o ponto comum nessas medições e
que foram realizadas em um-equipamento sem utilização de con
tra pressão e sem perfeito controle do início da drenagem
Crawford (1964) comenta que medições de pressão neutra extra
poladas para deformação zero sugerem uma pressão neutra máxi
ma desenvolvida na amostra de 80 a 85% da aplicada.
Huergo (1969), utiliza equipamento semelhante a
célula convencional adaptado para medição de pressão neutra
na base e medição do atrito lateral. O equipamento não utili
za contra-pessão e a saturação é melhorada pela percolação de
agua na amostra por um período de 36 horas. O autor encon
trou valores de 6u/6crv tão baixos quanto 55%. Nota-se que
.123.
os valores de C cresceram com o aumento de ªv' mostrando que
o solo não se encontrava saturado.
Murakami (1979) e Murakami (1980), em um traba
lho severamente criticado por Mesri e Choi (1980) desenvolve
uma teoria de adensamento que inclui o comportamento das arg!
las "envelhecidas" ressaltando que o fenôme_no de envelhecimen
to tem influência tanto na compressibilidade. quanto na
pressão inicial desenvolvida.
Mesri e Choi (1980) apresentam resultados
poro
exp~
rimentais obtidos em amostras da argila marrom da cidade do
Mêxico e da "Leda Clay" -ensaiadas no oedômetro · Anteus
zando uma contra pressão de 2.8 kgf/cm2 . Afirmam os
utili
autores
que "considerando os problemas inerentes associados à acurácia
das observações dos excessos de pressão neutra, controle da
contra pressão e da pressão aplicada, os dados obtidos _nesses
dois solos sustentam o conceito de que nu/6 = 1 em t = O .av p~
ra argilas moles saturadas,·independentemente da-história do
carregamento e do incremento- de pressão.
Os autores mostram curvas obtidas na região de
recompressao e·na região virgem,em estágios_ aplicados apos o
têrmino da compressão primária e após incrementas com duração
de 365, 160 e 20 dias. Os autores ressaltam a influência
da compressão secundária, permitida no estágio anterior, na
forma das curvas de dissipação de pressões neutras e de defor
.124.
maçao versus logaritmo do tempo (l).
Os mesmos autores questionaram Murakami (1979) e
Murakami (1977) quanto às suas leituras de pressão neutra nos
seguintes itens: "1) O sistema utilizou contra-pressão? 2)
t possivel medir pressões totais usando um transdutor de pre~
sao neutra de pequena área? 3) A distribuição de pressoes na
base da amostra é uniforme? 4) Qual e a relação entre pre~
soes aplicadas e pressões transmitidas? 5) Em urna amostra
de altura de drenagem máxima igual a 1 cm é possivel medir a
pressão neutra em t =O?" Em resposta a estas críticas,
Murakami (1980-a) realizou ensaios com contrapressão,encontra~
do valores de C próximos de unidade.
O material ensaiado neste trabalho é urna argila
arenosa com SPT -d. de 6 golpes, umidade natural me 10 em torno
de 40%. Corno comentado anteriormente a compressibilidade des
te solo não explica os baixos valores de C encontrados.
No item 4.3 verificou-se a influéncia da elasti
cidade da membrana na pressao transmitida à amostra concluindo
se que a sua influência não é significativa. Tem-se dúvida
( 1) Leonards e Girault ( 1961) generalizam dizendo que: "Carre
gamentos anteriores mais demorados parecem levar a tipos
de curva tempo x deformação siinilares àquelas·· .·,.·produzidas
por incrementas de carga menores que 1.
.125.
no entanto, se as calibrações· feitas reproduziram fielmente a
condição de ensaio porque nao se garantiu, na calibração, que
a membrana ficasse completamente aderida ao corpo de prova, i~
to é que ela não "descolasse" ficando assim extremamente soli
citada nos bordos, fato.que poderia absorver parcela razoável
de carga.. Sugere~se que uma outra calibração que retrate mais
fielmente o comportamento da membrana no ensaio seja executa
da.
6.3 - Uma Tentativa.de Previsão Teórica das Curvas de Deforma
çao Versus Tempo Através dos Dados de Dissipação de Pres
sões Neutras
Correlacionar~ ·. os dados de dissipação de pre~
soes neutras com os de deformação utilizando-se para·isso uma
teoria matemática é de interesse geral.
Barden (1969) diz que para um perfeito entendi
menta do processo. de adensamento é necessário estudar o fenôme
no de dissipação de pressões neutras em relação à deformação.
Na figura 6.4 tem-se as curvas de deformação e
de dissipação .de poro-pressao no topo l1i:r, /u0
obtidos no ensaio
6 nos estágios de 1.00 kgf/cm2 e 1.25 kgf/crn2 . Os valores de
L'lp/p são iguais a 1 e 1.25 respectivamen;te. Ajustou-se as lei
turas de pressão neutra a curva uT x t dada pe·la teoria de
Terzaghi, escolhendo-,,se através de tentativas d Cv mais adequ~
.126.
-do. Definida a curva U x t pode-se calcular a deformação a
tempo infinito segundo:
= ( 6. 3)
rt - deformação no tempo t
re;;;; - deformação a tempo infinito
U - percentagem de adensamento média.
para diversos tempos t.
Se o solo fosse bem representado pelo modelo teó
rico as deformações a tempo infinito seriam iguais para qua.!_
quer tempo t; is.to porem, nao ocorre, devido, principalmente,
a influência da compressão secundária. Assim, as deformações
a tempo infinito crescem com o aumento de t. (Ver figura 6. 4)
Tomou-se para recalque a tempo infinito um valor aproximad~
mente igual aos valores dos tempos iniciais por·se julgar que
estes sejam menos distorc~dos pela compressão secundária. Com
o recalque a t , definido desta maneira, e utilizando-se nova 00
mente a equação 6.3, estimaram-se as deformações nos diversos
tempos t (Ver figura 6.4).
Mediu-se, graf.icamente, a diferença .entre a cur
va teórica de deformações e a experimental e traçaram-se com
esses dados as curvas da figura 6.6 comparando-se, assim, es
.127.
sas diferenças nos dois estágios, que representam a parcela
de deformação secundária. Vê-se que as duas curvas mostraram
valores bastante próximos. Como só se dispõe desses dois da
dos não se pode chegar a nenhuma conclusão significativa, sug~
rindo-se, assim, que maior número de dados seja analisado. En
tretanto, comparando-se a figura 6. 5 que mostra a previsão. teó
rica da curva de deformações versus tempo para a argila mole
de Sarapul (Duarte, 1977) utilizando-se o mesmo procedimento,
verifica-se que tambêm neste caso as curvas se comportam de
maneira idêntica. Estes resultados reforçam a teoria de que
a compressão secundária atuá desde o inicio do carregamento.
6.4 - Dissipação de Pressões Neutras
Deve-se estar ciente de que a deformabilidade não
e função, apenas, da dissipação de pressoes neutras. Crawford
(1964) sugere que maior atenção seja dada à deformação dos so
los em ve·locidades mais compatíveis com as de campo deixando
se de lado o retardamento hidrodinâmico.
Barden (1969) diz que após ocorrer uma rápida
dissipação de poro-pressoes tende a permanecer um pequeno va
lor residual resultante do mecanismo de creep. Se a drena
geme impedida, o fenômeno de fluência ("creep") induz um ex
cesso de pressões neutras que causam reduções na resistênciaao
cisalhamento não drenado (Leonards e Altschae.ffl. , 1964), es
.128.
pecialmente se a velocidade de fluência começa a aumentar com
o tempo (Lacerda, 1975).
Analisando detalhadamente alguns dados de dissi
paçao de pressoes neutras apresentados na bibliografia, nota
se que os valores experimentais de pressão neutra são, em g~
ral, sensivelmente maiores que os indicados pela previsão teó
rica nas proximidades de 100% de adensamento. Ver, por exem
plo, Leonards e Girault (1961) pg.·217. Como se disse ante-
riormente, um dos fatores que pode contribuir para este fenô
meno é a compressão secundária.
Leonards e Girault (1961) afirmam que a
paçao de pressões neutras é corretamente predita pela
dissi
teoria
de Terzaghi quando o incremento de carga é suficientemente grél!:!
de para desenvolver curvas deformação x tempo por eles classi
ficadas como.tipo I (bp/p = 1). Para curvas tipo II e III
(bp/p = 0.25 e 0.22) a teoria de Terzaghi, dizem os autores,
não pode predizer, nem aproximadamente, a velocidade de dissi
pação de pressões neutras.
Thomann (1973) indica uma dissipação de pre~
soes neutras, em uma vasa argilosa, mais rápida que a previ~
ta pela teoria de Terzaghi.
Berre e Iversen (1973), ensaiando corpos de pr~
va de diversas alturas·de uma argila marinha normalmente aden
sada da·Noruega, verificam que elementos a uma pequena distãn
.129.
eia da superfície drenante apresentaram uma pressao de quase
pré-adensamento maior que elementos a uma distância maior, se
guindo·,. ainda, caminhos de tensão diferentes.
Na figura 6.3 dados experimentais do ensaio n9 6
realizado no oedômetro hidráulico (estágio de 1.25 kgf/cm2} e
da argila mole de Sarapuí segundo Duarte (1977) ensaiado no
mesmo equipamento são plotados juntamente com as curvas uT/ú0
x
x tempo fornecidas pela teoria de Terzaghi para vários coefici
entes de adensamento.
Nota-se que os dados experimentais nao se aju~
taro perfeitamente às curvas teóricas para até 50% de dissip~
çao. Diversos outros autores dentre eles Berre e Iversen, en
contraram resultados semelhantes.
6.5 - Influência da Espessura da Amostra
Berre e Iversen (1972) ensaiando corpos de prova
de diversas alturas (1.83 a 45 cm - ver item 3.5) encontraram
curvas de dissipação de pressões neutras que nao se ajustaram
bem as previsões teóricas quanto ao valor de 100% de compre~
sao primária segundo Casagrande e Taylor, especialmente para
corpos de prova de pequena espessura. Dizem os autores que a
magnitude de C em depende do incremento de pressão,da altu V V
ra da camada e do histórico.de tensões. O mv aumenta e o Cv
.130.
decresce com o aumento da espessura da camada. Isto porque,
segundo os autores, quanto mais espessa a amostra maior com
pressao retardada '( "delayed compression") tem tempo de ocor
rer durante a dissipação de pressões neutras, sendo que os va
lores de K mantém-se na mesma ordem de grandeza dos medidos.
Na figura 6.1 tem-se dados de d~formação e de dissipação de
pressões neutras d:>tidos i:elos ,autores .. para amostras de diversas:,alturas.
Lambe (1969) diz que para camadas muito espessas
de argi.la, parte da compressao que ocorre durante a dissip~
çao de poro-pressões pode ser, realmente, compressao retarda
da, e que a importância relativa entre a compressão primâria
e secundária depende do tempo requerido para dissipar as poro
pressões e assim da espessura da camada. A importância relat!
va entre compressão primária e secundária depende, ainda, do
tipo de solo e da razão do incremento de carga, estando os va
lores de CV, como dito anteriormente, obtidos através de en
saios oedométricos afetados pela compressão secundária.
Lowe (1974) afirma que "Para idênticas condi
çoes de carregamento no campo e no laboratório ocorre uma pre~
são de quase pré-adensamento muito maior no laboratório que
no campo. A magnitude da pressão de pré-adensamento·depende,
ass·im, tanto da parcela de compressão secundária que ·, ocorreu
sob o incremento de.carga anterior como da espessura da cama
da" ..
.131.
Taylor (1942), Leonards e Altschaeffl (1964) di
zero que um ensaio de laboratório é·muito acelerado devido a
pequena espessura da amostra e as forças viscosas sao, assim,
muito maiores que seriam durante o adensamento lento de uma
grande massa·de solo, e que extrapolações· diretas podem levar
a erros consideráveis, subestimando a velocidade inicial de
deformação e superestimando a velocidade após
de pressões neutras.
a dissipação
Barden (1964) comenta que: "O efeito da espeSS.!:!;
ra da amostra está associado à velocidade de variação de ten
são efetiva".
Se a fluência age como um fenômeno em separado
enquanto ocorre a dissipação de pressões neutras como propo~
to pelos defensores do mecanismo denominado "viscosidade estru
tural", então a deformação correspondente ao final·da compre~
são primária, para um dado incremento de tensão efetiva, de
pende do tempo de duração da compressão primária e assim da
espessura da amostra (Ladd et al, 1977). Dois extremos, cur
vas A e B da figura 6.7.tentam retratar a influência da espe~
sura da amostra. A curva A baseia-se na hipótese de que Ex
log t é apenas deslocada de um valor proporcional a tt 2 . Cur
vas similares a B são preditas por alguns modelos reológicoso~
de os efeitos de fluência aumentam significativamente a defor
maçao ao final da dissipação do excesso de pressões neutras.
.132.
Concluiu-se dizendo que existem poucos trabalhos
experimentais sobre a influência da espessura da camada nas
características de· compressibilidade das argilas e sugere··- se
que maior atenção seja dada ao assunto.
.133.
6.6 - Análise do Coeficiente de Adensamento
Quando se realizam ensaios de adensamento conven
cionais nos quais o carregamento é aplicado em incrementos, em
geral de 24 horas, permite-se, de acordo com. o solo, uma razoª
vel compressão secundária. Isto reduzirá a compressibilidade
inicial do novo estágio, afetando o coeficiente de adensamento.
Conclui-se que o Cv calculado no ensaio convencional é aprox.:!:_
madamente uma média entre os valores iniciais muito altos e os
valores mais ou menos corretos do restante do estágio.
III (1969) e Leonards e Altschaeffl (1964).
Lowe
Segundo modelos reológicos, Leonards - e. Alts
chaeffl ( 19 6 4) indicam que o decréscimo de ,;' .. compressibilidade
com a diminuição de volume provoca uma aceleração do proce~
so de adensamento e devido a isto a dissipação de pressões ne~
tras deve ser mais rápida para incrementos de pressão menores.
O método de ajustamento da curva deformação ver
sus ,lt de Taylor indica, para ensaios convencionais, valores
de Cv na faixa de pressões em que o solo é normalmente aden
sado, em torno de 2 ± 0.5 vezes maiores que os obtidos pelo me
todo do logaritmo do tempo de Casagrande (Ladd, 1973).
Duarte (1977), para a argila de Sarapui, obteve
as seguintes relações:
c ( logt) V
.134.
- 1.5 = 1.5 a 2.5
CV( logt)
C (U = 50 %) V H = 1.0 a 1.7
c ( lt) V
onde UH= 50% corresponde a 50% de dissipação de pressao neu
tra na face não drenada da amostra.
Na figura 6.2 tem-se valores de coeficiente· de
adensamento C obtidos. através de dados de deformações versus V
tempo. Observa-se que o ensaio ·7 indica valores que fogem à
tendência geral. Os coeficientes obtidos pelo método /t mos
tram-se maiores que os obtidos pelo método de Casagrande. Se
gundo a bibliografia, o método empírico apresentado por Taylor
para a definição. do coeficiente de adensamento, pode superest!.,,
mar o seu valor médio se este decresce durante o incremento de
pressao.
Na região.pré-adensada a faixa de C vai de V
1.4 x 10- 2 a 7 x 10- 2 cm2/s .. , .atribuindo-se <=Sta variação
em parte à heterogeneidade das amostras que se .,,.:,,.apresentavam
ma.is ou menos arenosas notando-se em algumas fissuras
das pela amostragem. Na região normalmente adensada os
-2 -2 res de Cv vão.de 3.5 x 10 a 0.2 x 10 .
forma
valo
.135.
No item 6.3 fez~se uma tentativa de relacionar
os dados,de deformação com os dados de pressão neutra através
da teoria de Terzaghi, estimando-se também, a deformação devi
do à compressão secundária.·
Como se pode ver na figura 6.4 o
dissipação de pressões neutras é de 4.9 x 10-2
Cv segundo a
2 ' cm /s, .. , enqua~
to segundo as deformações pelo método de Casagrande e 2.,7•.I X
-2 2 10 cm/s, .: . Nota-se
assim, que os valores obtidos pela deformação segundo Casagra~
de são influenciados pela compressão secundária.
( logt)
Ressalta-se que os valores de C obtidos por um V
e outro (UH= 50%) método são fundamentalmente dife
rentes devido, principalmente, à compressão secundária.
Na figura 6. 5 verifica-se .para. a argLla de Sara
pui uma razao.de Cv (UH= 50%)/Cv(logt) igual a 1. 7.
Espera-se, baseado na bibliografia, que esta ra
zao.nao varie significativamente com a faixa de pressões (pré
-adensada ou normalmente adensada).
6.7 - Comparação dos Dados de Laboratório com os Dados de Cam
po.
Jucá (1981) analisou dados de recalque, devido
.136.
ao fenômeno de alivio de pressoes, obtidos de minuciosa ins
trumentação (Soares, 1981, Soares e Ribas, 1979, Soares, Carim
Ribas e Brautigam, 1979) executada durante a escavaçao da vala
do Bloco 45, lote 9 do Metrfrdo Rio em Botafogo (Ver perfil
geotécnico na figura 2.1), através de um estudo paramétrico O!J:
de se supôs um perfil homogêneo e utilizando a teoria unidimen
sional de Terzaghi. Verificou-se que o corajunto de parâmetros
que mais se ajustou aos .dados de deformação do solo foi de
rt,p = 5 tf/m2 , -2 2 RR = Cr/1 + e
0 = O.OS e Cv = 10 cm /seg.
Como explicado no capítulo 1, tinha-se a inten
çao de definir valores de coeficiente de adensamento através
de ensaios oedométricos que simulassem o fenômeno de alivio
de pressões com ,.,carregamentos pequenos na região próxima a
pressão de pré-adensamento (região pré-adensada). Verifica-se
na figura 6.2 que os dados de C obtidos nos ensaios V
dos no oedômetro hidráulico, nesta gama de pressões,
realiza
mostra
ram-se dispersos numa faixa de valores de 1.5 a 4.5 x 10- 2 cm2/
seg. Esta faixa se aproximou do valor de 10- 2 cm2/seg obti
do,·,,no estudo paramétrico de Jucã. Os dados de compressibil!
dade deste estudo estão .também dentro da faixa de valores en
contrados nos ensaios. Note-se que o perfil estudado não é
homogêneo, como suposto ·por Jucã. Não se notou nenhuma in
fluência da magnitude do incremento de carga embora a biblio
grafia indique dissipação.de pressões mais rápida para meno
res incrementos. Os ensaios convencionais definiram coeficien
tes de adensamento mais baixos que os dos realizados no oedô
metro hidráulico. Atribui-se esse resultado â influência da
100
o S! • õ'> u b
<J e
li
()
90
80
70
60
50
40
.138.
1 li 11 1 1 ' ' • l ' ' ' ' 1 1 1 1
----'~
"\ '\. .
\ --J j-- pressão de pré- adensamento
~-o .......... ' o .......
1 1 1 1 1 ' ' ' 1 I I I " ' ' ' 1 I I I
0,1 0,5 5 10
cfv ( Kgf/cm2 )
LEITURA DO EXTENSÔMETRO ( 0,01 mm) COLUNA , cf, ':; DIFERENÇA (OH)
ANTES DA APLICAçÂO ( mm ) €v(%) e _Af!_
Kgf/cm 2 ) DEPOIS (COM.A ·"• ( DA CARGA OR-ENAGEM FECHADA)
0,500 428, 95 429, 1 o,,s • ,0- 2 0,01
, ,ooo 441, 9 442,0 O, 1 X 10- I! 0,01
,. 2 50 464,2 465,5 1,3 • ,0-2 0,07
,, 560 476,9 4 78,9 2,0 11. ,0- 2 o, 10
3,00 513,B 526,2 12,4 .. ,0- 2 0,67
Verificocõo do deformQçõo com o drenoi;iem fechado correspondente ooe dodon de Aui/àÜ,, acima.
FIG. 6.1 - RAZÃO ENTRE EXCESSO DE PORO-PRESSÃO INICIAL E
INCREMENTO DE PRESSAO APLICADO.
14
13
12
11
10
o 9 ... z UI :!:
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2
.139.
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Vv ( Kgf/cm2)
FIG. 6. 2 - COEFICIENTES DE ADENSAMENTO OBTIDOS ATRAVÉS DOS DADOS
DE DEFORMAÇÃO
,.
·: o '<i' ,-l
---- CURVAS TEÓRICAS
ºl ·"' <zt . ~ "'i 7/ -Z::. 1 <[ a: ~ 2 IOr----'...-------~"l.---lr----'..---------'-"....---t--"_----~-----'\--+------------1--~------J ~ <[
<[ o 20 lo.: \ '. \ -3 21, \ "s.. ' õ1tlO cm SEG. cm2 /SE8. ------t-----------,
1 \ e \ \ o 1 \ \ Q. \ \ o . ' ~ 301 " \ o z CJ)
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CJ)
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o •<t u. <[ Q.
CJ) CJ)
e
\ \ 1 ' '" ARGILA ARENOSA \ \ \. \ ', DE BOTAFOGO
401--~~~~~-\-ARGILA OE SARAPUi ( DUARTE - 1977)
6p __ ,, p
Q'ef = 1.25 50>--~~~~~~~
60t-------__J\\----t-~--\----\---+-----\----\--.\-l---~.------+---------l
70t---~~~~~~~--\"'\'"""-t~~~~~\-~~-\-------,-t-~~~~-\~~--'\---l""""~~~~-\-~~~~-+--~~~~~~-1
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90!--------~-j-ll~--~-'---~~-t-~-~-~--"-'-~.---+-~--~....,...-~.----+--~------l
1001 1 1 1 1 1 1 1 1 1 :>-- 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ,:::;--, 1 1 1 i 1
0.1 10 100 1000 TEMPO ( Seg.)
t1 i rn/"'lo.s
FIG. 6.3 - DADOS EXPERIMENTAIS DE DISSIPAÇÃO DE PRESSÕES NEUTRAS VERSUS CURVAS TEÓRICAS SEGUNDO TERZAGHI
,...j ,.., ,...j
·0.1
..- 460 E E õ o .~ i 4!55
" ~
RAZÃO:
IO TEMPO ( mlnuto11)
Cvl uH) Cy(loQ t) f 1.8
DEFORMAÇÃO ESTIMADA ro0=0.102mm
Cv = 0.045crn2/Sta. CD(
,, 10 IOO TEMPO (minuto,)
466
0 OEFORMACÁO ESTIMADA too:.. 0.02 mm
/ Cv = o.o4ecm2/s,o. 467
468
469 E • ~ 470 Õ
460 o -471 o ·®
•<(
Ê E i:i e
!t 472 z o: o ...
~p=0.251
o 12E t: • 473 ~ •. z ., .. ;;: 10 -------o--L..!---
47,4 / DEFORMAÇÃO LIDA IJt 1õ2mm ~ o .. " "' ... <(
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. o, "º "' 10 ., :.3 40 o: .. "' e 30 .~ "" : "' "' õ
20
10
©-0 2
ESTIMATIVA DA DEFORMAÇÃO DEVIDO À COM
PRESSÃO SECUNOi&RIA ~3
4
470
476
471
i-----------------------~s----t-----------------------------------1 o
',, ' \
\
\(1Urx.t}teórico Cv=0.0415 ~l(ÜxT>teórico cm2/s,o.
\
~(Uy, !)Medido
\ \ \ .
\,,.<G it tlt,órlco Cv =0.04!5cni 2 /seo.
·\.
', \
' ' ' . \/)Urxt>teorlco Cv=0.04!5cm2/sto.
\ \ y I UT x t >Medido
., \ 1 \ \
~- év =0.04!5cm2 /seo.
FIG. 6.4 - UMA TENTATIVA DE PREVISÃO TEÓRICA. DAS.' CURVAS DE DEFORMAÇ.40 VERSUS TEMPO ATRÁVES DOS DADOS OE DISSIPAÇÃO DE
PRESSÕES NEUTRAS
( 20
30
40
00
60
70
80
90
O "'- 100 O 001 O OI O 1 1 10 100
. . . FATOR TEMPO T TEMPO (MINUTOS)
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38 o
38 8
396
40 4 -
41 2
42 o
428
43 6
1 444
452
460
o
-20
40
60
80
100
.142.
-
- .
~ ...._ / TEÓRICA
--
~loo•31 •
EXPERIMENTAL ~
RAZÃO = Cv (UH}
=1.7-looa52 's Cv(log.f)
"' 1
'\ ' 1 ' --~ i
'\.
' '· -""~·-, -
EXPJRIMENTAL A TEÓRICAS
, K -.........___
~ ", y( UNO TOPO
1
TEÓRICA x tJ - e.,=· 1.55 x 10--.cmis,
, "' ~ ""'- ~ ( UNO T~PO MEDIDA X t )
{ Ü TEÓRICO X t)""" '\. \ .
""
10
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\ "" \ 1,\
~" '
100
~ 1000
TEMPO (MINUTOS)
.,
FIG. 6.5 -UMA TENTATIVA DE PREVISÃO TEÓRICA DAS CURVAS DE DEFORMAÇÃO VERSUS TEMPO ATRAVÉS DOS DADOS DE DISSIPAÇÃO DE PRESSÕES NEUTRAS PARA A ARGILA OE SARAPU Í
~
o o
~ " ~
"' J:J-<I J: '----'
.143.
-- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 t· 1 1 1 1 1
. _,,_
º-"'" ..... o º',
o
Ó', ~FIM DA COMPRESSÃO
'l PRIMÁRIA
~
'\ '\.
- \ .•
~ •• /-.- •0.25
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
~ .. /-.-•I
0.40
'~~ '~
0.45
0.50 0.1
' ' ' ' " " '
SEQUÊNCIA DE CÁLCULO
' ' ' " " 10
(i) AJUSTAMENTO ( UNo TOPO TEÓRÍco • ') a ( Uuoo.' )
@ COM O MELHOR AJUSTAMENTO DEFINIU- SE Cv
@ COM Cv OBTEVE - SE ( ÜTEÓRICO X 1 )
'
\\\_
'
\ '\ \~
1\ 1 1 1 1 1
100 TEMPO (minutos)
© ºTEÓRICO XI e DEFORMAÇÃO LIDA XI OEFINIU-SE r, '00 A VÁRIOS" TEMPOS
@ ESCOLHEU-SE '1,a,DENTRE·os VALORES INICIAIS
© COM r,,oo E ºTEÓRICO OBTIVERAM-SE ,, DEVIDO À COMPRESSÃO PRIMÁRIA
(z) DEFORMAÇÃO LIDA - DEFORMAÇÃO ESTIMADA , DEFORMAÇÃO DEVIDO · A COMPRESSÃO SECUNDÁRIA
FIG. 6.6 -ESTIMATIVA DA DEFORMAÇÃO DEVIDO A COMPRESSÃO SECUNDÁRIA
.144.
Amostro fina
Amostro espessa
Noto: Mesmo õÕ-lif.,o paro ambos os arno&tra&
H!poteses Referencio
CURVA A
CURVA B
Lodd {1973) Heeri e Rokh!IOr ( 1974)
Barden ( 1969) Brinch ~nsen( 1961) Taylor ( 1942)
Curvo A
""~ LOG TEMPO -
(b) Influência da espessura da amostra - apud LADO et ai ( 1977).
Tempo {minutos}
" H)O 1000 ,iooo 100000 1000000
,g ~ •j-------+----+------'j"""-fo<::s~'õl---'""'~,--t-----j E o ~ a'----_,_ ____ i._ ___ -.1 ____ ....1... ____ c__~-~-=-=-=-=-.J
---- Borden -- Ellperimental
( b) Curvas experimentais e teóricas poro amostras de diversas alturas apud BERRE e IVERSEN ( 1972 ).
FIG. 6.7 - INFLUÊNCIA DA ESPESSURA DA AMOSTRA SEGUNDO LADO' ét a1 E DADOS EXPERIMENTÂIS E TEÓRICOS PARA AMOSTRA DE DIVE8 SAS ALTURAS SEGUNDO BERRE e IVERSEN .
.146.
7. CONCLUSÕES E SUGESTÕES
No que se refere ao ensaio em si, destacam-se as
seguintes:
1. o medidor de volume, utilizado para regi~
trar as variações volumétricas da amostra em um ensaio oedomé
trico, pode alterar as leituras de contra-pressão aplicada de
vido à diferença entre o peso específico do querosene e da a
gua de um valor até 0.02 Kgf/cm2 quando se utiliza uma bureta
de 50 cm.
2. A compressibilidade dos elementos da célula
em relação ao material ensaiado mostrou-se significativa ju~
tificando uma correçao-dos resultados de ensaios.
3. Se a face nao drenada fosse a inferior, co
mo o e na maioria dos oedômetros especiais descritos na bibliQ
grafia, garantiria-se maior· rigidez e melhor saturação na li
nha de leitura de poro-pressões. Isto no WF 24500 poderia ser
feito modificando-se, apenas, o estado de tensões no topo da
amostra que passaria a ser solicitada segundo deformações cons
tantes. No entanto, os valores de pressão neutra lidos na ba
se da amostra podem estar afetados pelo atrito desenvolvido en
tre solo e anel confinante.
.14 7.
4. A montagem do ensaio no oedômetro hidráuli
co WF24500 e trabalhosa e demorada podendo comprometer a boa
qualidade do corpo de prova.
Quanto à interpretação dos ensaios, tiram-se as
seguintes conclusões:
1. A divisão entre compressao primária e secun
dária é vista· como arbitrária.e dependente do método de carre
gamento. Considera~se que as duas são fundamentalmente o roes
mo fenômeno: deformações provocadas por desequilíbrio na es
trutura quando do acréscimo de tensão efetiva. Todos os meca
nismos de variação de .volume: deformação., desliz_amento e re
orientação de partículas, mudanças na espessura da dupla cama
da e distorção dos filmes de água adsorvida.que podem ·ocorrer
durante as variações de tensão efetiva podem, também, ter lu
gar sob tensão efetiva constante. Assim, adota-se a idéia de
que a fluência não é controlada pelo fluxo viscoso das camadas
de água adsorvida e que as deformações devidas ao fenômeno de
fluência iniciam-se no instante .do carregamento.
2. Em geral, as deformações estimadas pela teQ
ria de Terzaghi através dos dados de dissipação de pressoes
nao coincidem com as deformações lidas. Ressalta-se, assim
que os.valores de coeficiente de adensamento obtidos através
dos dados de deformação, pelo método de Casagrande, por exem
plo, são diferentes dos·obtidos pela·pressão neutra, devido
.148.
principalmente, à compressao secundária. Os valores ,,,-de e V
(log t)/Cv(UH) devem, por isso, estar numa relação mais ou me
nos definida e maior que 1.
3. Devido à redução de compressibilidade pelo
fenômeno de fluência, o coeficiente de adensamento, definido
através de ensaios convencionais, é a média entre valores ini
ciail3 anormalmente altos e valores aproximadamente corretos do
final do estágio, Os valores de m e C são afetados pela com V V -
pressão secundária desenvolvida no incremento de carga ante
rior e por isso são afetados, indiretamente, pela espessura da
camada.
4. Os dados experimentais de pressoes neutras
nao se ajustam perfeitamente às curvas teóricas, ocorrendo,
em geral, nos instantes iniciais, uma,: dissipação mais
que a prevista na teoria.
rápida
5. A regra·prática de que o·parámetro de pre.§_
sao neutra B ou C é aproximadamente igual à 'unidade para todos
os solos saturados pode ser errônea e enganadora muitas vezes.
Afora os solos rígidos como areia densa e solo-cimento que
têm a compressibilidade muito baixa, tem-se o caso especial dos
solos argilosos que quando carregados com pequenos incrementas
de pressão podem se revelar muito resistentes e exibir valo
res de compressibilidade muito baixos, e assim, valores de B
ou C menores que 1.
.149.
Trabalhos experimentais sustentam, no entanto, o
conceito de que B ou C = 1 em t = O para argilas moles satura
das independentemente do·histórico de tensões e do incremento de
carga.
A rigidez do solo ensaiado nao explicou os
valores de e encontrados.
baixos
6. A medição de poro-pressoes é influenciada pela
rigidez relativa do sistema de leitura, isto é, pela razão entre
a compressibilidade deste e do solo e pelo grau de saturação do
corpo de prova. As medidas de poro-pressões realizadas em oedó
metros que não permitem o uso de contra-pressão são questi·oná
veis. ·Ensaios realizados com contra-pressão, para melhorar a
saturação, indicam coeficientes de adensamento maiores. que os de
finidos através de ensaios convencionais. Enfatiza-se, assim,
o uso da contra-pressão em ensaios de adensamento.
7. Trabalhos experimentais indicam ainda que a co~
pressao secundária permitida no estágio anterior, em um ensaio
de adensamento, influi na forma das curvas de dissipação de
pressões·neutras e de deformação versus logaritmo de tempo, mas
não influi na pressao neutra inicial desenvolvida em se tratando
de argilas moles saturadas.
8. Tem-se dúvida se as calibrações feitas para
verificar a elasticidade da .. mernbrana .,reproduziriam ·fielmente o
.150.
comportamento da mesma no ensaio,onde ela é extremamente soli
citada nos bordos, havendo uma influência mais significativada
mesma nos resultados dos ensaios. Sugere-se que seja feita u
ma outra calibração que retrate mais fielmente o comportamento
da membrana.
9 • O ponto máximo da curvam x logã V V
lece -:·se logo apos a pressão de pré-adensamento· e este
estabe
ponto
está ligado à região de pressões onde o so·lo é mais compressí
vel. Sugere-se para uma .estimativa da press·ão de pré~adensa -
menta a pressao correspondente ao ponto· médio entre o
de inflexão e o máximo da curva mv x logov.
ponto
Quanto a aplicação dos ensaios realizados no oe
dômetro hidráulico na previsão de recalques no campo:
1. Os valores de coeficiente de adensamento na
faixa de pressoes próxima à pressão de pré-adensamento mostra
ram-se algo dispersos. Estes dados aproximaram-se, no
to, dos resultados obtidos por Jucá (1981) através de
entan
instru
mentação de campo e com a utilização de um estudo paramétrico.
2. Não se estabeleceu nenhuma influência do
valor do incremento de pressão nos valores de Coeficiente de
adensamento embora a bibliografia preveja dissipação de pre~
sões neutras mais rápida para menores incrementas.
.151.
3. Os ensaios convencionais indicaram
cientes de adensamento mais baixos. Supõe-se que isto
coefi
seja
devido a problemas de saturação da amostra. Ressalta-se, as
sim, a importância da utilização de contra-pressão em ensaios
oedométricos principalmente quanto â definição de coeficientes
de adensamento.
.153.
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