trabalho solos
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CENTRO UNIVERSITÁRIO JORGE AMADO
BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
AUGUSTO LEITÃO PEREIRA DA SILVA
FELIPE JAMBEIRO RIOS OLIVEIRA
FERNANDA ALVES DE CARVALHO RIBEIRO
MARCUS VINICIUS CORREIA MOTA
NELSON HENRIQUE SANTOS DE ALMEIDA
PRISCILA DE OLIVEIRA LAVIGNE MORAES
WELDER MACHADO DOS SANTOS
COMPRESSIBILIDADE DOS SOLOS E TEORIA DO ADENSAMENTO
SALVADOR
2012
CENTRO UNIVERSITÁRIO JORGE AMADO
BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL
AUGUSTO LEITÃO PEREIRA DA SILVA
FELIPE JAMBEIRO RIOS OLIVEIRA
FERNANDA ALVES DE CARVALHO RIBEIRO
MARCUS VINICIUS CORREIA MOTA
NELSON HENRIQUE SANTOS DE ALMEIDA
PRISCILA DE OLIVEIRA LAVIGNE MORAES
WELDER MACHADO DOS SANTOS
COMPRESSIBILIDADE DOS SOLOS E TEORIA DO ADENSAMENTO
Projeto apresentado como parte da
avaliação da Disciplina Mecânica dos
Solos I, do 5º semestre do curso de
Engenharia Civil da UNIJORGE.
SALVADOR
2012
RESUMO
Trata-se de um estudo das características da Compressibilidade e Teoria do
Adensamento dos Solos. Foi realizada uma pesquisa sobre o tema e a partir daí
elaborado o trabalho final.
São discutidos os tipos de solo, estrutura, nível de tensões e grau de saturação e
recalques. Além disse são expostos casos relacionados ao tema discutido.
Conclui-se com uma visão do grupo sobre o tema expondo os pontos mais
relevantes a respeito da compressibilidade e adensamento do solo.
Palavras-chave: Compressibilidade e Teoria do Adensamento dos Solos, tipos de solo,
estrutura, nível de tensões e grau de saturação e recalques.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO..........................................................................................................................5
2. OBJETIVOS...............................................................................................................................6
3. DESENVOLVIMENTO.............................................................................................................6
3.1 Compressibilidade dos solos...................................................................................................6
3.1.1 Tipo de solo.........................................................................................................................8
3.1.2 Estrutura do solo.................................................................................................................8
3.1.3 Nível de Tensões.................................................................................................................9
3.1.4 Grau de Saturação.............................................................................................................10
3.2 Processo de adensamento......................................................................................................10
3.2.1 Teoria do adensamento.....................................................................................................11
3.2.2 Recalques..........................................................................................................................12
5. REFERÊNCIAS........................................................................................................................15
6. ANEXOS..................................................................................................................................16
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1. INTRODUÇÃO
Na construção civil, é comum as obras serem assentadas diretamente no solo. A
transferência dos esforços das estruturas para o solo é feita através de fundações que varia em
seu tipo a depender do local da obra e do projeto. Para a escolha do tipo de fundação é
necessário um estudo geotécnico para avaliar a resistência do solo e se esta é suficiente para
suportar as cargas transmitidas pela estrutura. Nestes estudos é de imensa importância garantir
que os recalques (deformações) estarão dentro dos limites admissíveis. Recalques em grandes
proporções podem levar à ocorrência de trincas na estrutura ou inviabilizar sua utilização.
Dentre as causas dos recalques, a compressibilidade do solo é a principal. Trata-se da
diminuição do volume sob ação de cargas aplicadas. Uma situação que merece destaque é
aquela que se refere à compressibilidade de uma camada de solo, saturada e lateralmente
confinada, o que condiciona os denominados recalques por adensamento ou recalques por
consolidação.
Ante a grandeza dos esforços aplicados na prática, e admitindo-se o solo saturado tem-
se que, tanto a compressibilidade da fase sólida como a da fase fluida será quase desprezível.
A única razão, para que ocorra uma variação de volume, será uma redução dos vazios do solo
com a consequente expulsão da água intersticial.
A saída da água dependerá da permeabilidade do solo. Para as areias, onde a
permeabilidade é alta, a água drena com facilidade e rapidamente. Para as argilas, a expulsão
de água dos vazios precisará de muito mais tempo, até que o solo atinja um novo estado de
equilíbrio, sob as tensões aplicadas. Essas variações volumétricas que se processam nos solos
finos, ao longo do tempo, constituem o fenômeno de adensamento, e são as responsáveis
pelos recalques a que estão sujeitas a estruturas apoiadas sobre esses solos.
Adensamento é o processo lento e gradual de redução do índice de vazios de um solo
por expulsão do fluido intersticial e transferência da pressão do fluído para a estrutura sólida,
devido a cargas aplicadas ou ao peso próprio das camadas sobrejacentes.
A Torre de Pisa é um dos casos mais conhecidos de recalque por adensamento. A obra
promoveu um grande adensamento sob sua fundação gerando um nível considerável recalque
diferencial, a qual ainda permanece de pé devido a constantes intervenções de especialistas
em geotécnica, visando o reforço do solo em sua base. No Brasil, essa situação é encontrada
muito nos prédios construídos na orla da cidade de Santos.
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2. OBJETIVOS
O objetivo deste trabalho é o estudo do comportamento dos solos buscando focar
sobre a compressibilidade e teoria do adensamento fazendo um breve estudo sobre recalques.
3. DESENVOLVIMENTO
As cargas de uma determinada estrutura são transmitidas ao solo gerando uma
redistribuição dos estados de tensão em cada ponto do maciço (acréscimos de tensão), a qual
irá provocar deformações em maior ou menor intensidade, em toda área nas proximidades do
carregamento, que por sua vez, resultarão em recalques superficiais.
Definem-se então alguns conceitos importantes:
Compressão: É o processo pelo qual uma massa de solo, sob ação de cargas, varia de
volume mantendo sua forma.
Os processos de compressão podem ocorrer por compactação (redução de volume devido
ao ar contido nos vazios do solo) e pelo adensamento (redução do volume de água contida nos
vazios do solo);
Compressibilidade: relação independente do tempo entre variação de volume e tensão
efetiva. É a propriedade que os solos têm de serem suscetíveis à compressão.
Adensamento: processo dependente do tempo de variação de volume do solo devido à
drenagem de água dos poros.
3.1 Compressibilidade dos solos
O solo é um sistema composto de grãos sólidos e vazios, os quais podem estar
preenchidos por água e/ou ar. Quando se constrói, impõe-se no solo uma variação no estado
de tensão que acarreta em deformações.
Estas deformações podem ser: elásticas, viscosas ou plásticas. As deformações
elásticas estão associadas a variações de volume totalmente recuperadas após a remoção do
carregamento. As deformações viscosas também denominadas fluência, são aquelas
associadas a variações volumétricas sob estado de tensões constante. Já as deformações
plásticas, induzem as variações volumétricas permanentes, ou seja, após o descarregamento o
solo não recupera seu índice de vazios inicial.
Considerando as faixas de tensões aplicadas pelas obras civis é razoável desprezar as
parcelas relativas à compressão do grão individual e da água. Assim sendo, as deformações no
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solo ocorrem basicamente pela variação de volume dos vazios. Somente para casos em que os
níveis de tensão são muito elevados, a deformação total do solo pode ser acrescida da
variação de volume dos grãos.
Estas deformações podem ser estabelecidas através de variações volumétricas ou em
termos de variações no índice de vazios. Dependendo da forma adotada, a compressibilidade
do solo fica então definida a partir de diferentes parâmetros conhecidos como: módulo
confinado (D), coeficiente de variação volumétrica (mv), coeficiente de compressibilidade
(av) e índices de compressibilidade (Cc, Cr, Cs). Segue abaixo diferentes maneiras de se
obter estes parâmetros.
Figura 1: Parâmetros de compressibilidade.
As curvas de compressibilidade não são lineares. Desta forma a magnitude dos
parâmetros de compressibilidade dependerá da faixa de tensões de trabalho. Faz-se
necessário, portanto na prática da engenharia, indicar os limites em termos de tensão efetiva
inicial e tensão efetiva final e, neste trecho, calcular a tangente à curva.
Uma vez determinado a compressibilidade do solo em função de qualquer um dos
parâmetros, é possível obter qualquer outro a partir das correlações apresentadas na Tabela 1.
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Os fatores que determinam a compressibilidade dos solos são:
Tipo de solo;
Estrutura;
Nível de tensões;
Grau de saturação.
3.1.1 Tipo de solo
A interação entre as partículas de solos argilosos (argilo-minerais) é feita através de
ligações elétricas e o contato feito através da camada de água absorvida (camada dupla). Já os
solos granulares transmitem os esforços diretamente entre partículas. Por esta razão, a
compressibilidade dos solos argilosos é superior a dos solos arenosos, pois a camada dupla
lubrifica o contato e, portanto facilita o deslocamento relativo entre partículas. É comum
referir-se aos solos argilosos como solos compressíveis.
3.1.2 Estrutura do solo
A estrutura dos solos é um fator importante na definição da sua compressibilidade.
Solos granulares podem ser arranjados em estruturas fofas, densas e favo de abelha (solos
finos), conforme mostrado na Figura 2. Considerando que os grãos são admitidos como
incompressíveis, quanto maior o índice de vazios, maior será a compressibilidade do solo.
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Figura 2: Estrutura dos solos granulares.
Já os solos argilosos se apresentam segundo estruturas dispersas ou floculadas (Figura
3). Solos com estrutura floculada são mais compressíveis; com a compressão desses solos o
posicionamento das partículas tende a uma orientação paralela (estrutura dispersa).
Figura 3: Estrutura dos solos argilosos.
Devido à importância da estrutura na definição da compressibilidade dos solos,
ensaios de laboratório para determinação das características de compressibilidade devem ser
sempre executados em amostras indeformadas. No caso dos solos granulares, de difícil
amostragem, os ensaios devem ser realizados em amostras moldadas segundo o índice de
vazios de campo.
3.1.3 Nível de Tensões
O nível de tensões a que o solo está sendo submetido interfere na sua
compressibilidade tanto no que diz respeito à movimentação relativa entre partículas, quanto
na possibilidade de acarretar em processos de quebra de grãos.
A Figura 4 ilustra a influência do nível de tensões. Nesta figura, quanto mais vertical é
a tangente à curva, maior é a compressibilidade do material. Quando, por exemplo, um solo
arenoso fofo é comprimido, as partículas vão se posicionando em arranjos cada vez mais
densos, diminuindo a compressibilidade do solo. À medida que o nível de tensões é
aumentado, eleva-se as tensões intergranulares acarretando em fraturamento e/ou
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esmagamento das partículas. Com a quebra de grãos, a compressibilidade aumenta
sensivelmente.
Figura 5: Curva Tensão-Deformação – solo arenoso.
Nas construções, os níveis de tensão não atingem os patamares necessários para causar
deformações ou quebra nos grãos.
3.1.4 Grau de Saturação
No caso de solos saturados, a variação de volume ocorre por uma variação de volume
de água contida nos vazios (escape ou entrada). No caso de solos não saturados, o problema é
mais complexo uma vez que, ao contrário da água, a compressibilidade do ar é grande e pode
interferir na magnitude total das deformações.
3.2 Processo de adensamento
A fim de se explicar em que consiste a mecanismo do processo de adensamento,
consideraremos o caso de uma fundação que distribui sua carga a uma camada de argila
saturada, limitada por camada de areia e por um leito rochoso, impermeável.
Em um ponto M qualquer da camada compressível de argila saturada, admitamos que
a pressão transmitida pela fundação seja P0.
Ora, parte dessa pressão, U, vai ser transmitida à água que enche os vazios do solo; e a
outra parte, P, às suas partículas sólidas, de modo que: P0 = P + U.
A pressão P tem o nome de pressão efetiva grão a grão, e ao acréscimo de pressão
neutra, u, chama-se sobre pressão hidrostática.
A água (admita incompressível) que está presa nos vazios do solo, sofrendo esta sobre
pressão, começa a se escoar em direção vertical, no sentido da camada de drenagem de areia;
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no caso da argila, como a sua permeabilidade é muito baixa, o escoamento se faz muito
lentamente. Dessa forma, a pressão u vai diminuindo até anular-se, e P vai aumentando, uma
vez que P0 é constante.
3.2.1 Teoria do adensamento
O processo de consolidação é explicado, frequentemente, com um sistema idealizado
por Terzaghi, onde o solo é representado por uma mola cuja deformação é proporcional à
carga sobre ela aplicada. O solo saturado pode então ser imaginado como uma mola dentro de
um cilindro cheio de água. O cilindro tem um pequeno furo no seu êmbolo, por onde a água
pode sair lentamente representando assim a sua baixa permeabilidade.
Teoria do adensamento de solos de Terzaghi em analogia com um sistema mecânico.
O modelo mecânico de Terzaghi, representado na figura acima, tem seu
funcionamento conforme descrito a seguir.
1. O cilindro cheio d'água, e com a mola dentro, está em equilíbrio e representam o solo
saturado;
2. É aplicado um carregamento sobre o pistão. Nesse momento a água é que sustenta toda a
carga, pois ela pode ser considerada incompressível;
3. À medida que a água é drenada pelo orifício, parte do carregamento passa a ser suportado
pela mola que vai encolhendo e aumentando sua resistência. O solo está adensando;
4. O sistema volta ao equilíbrio pois a pressão da água foi toda dissipada e a mola, que
representa a estrutura sólida do solo, suporta a carga sozinha. É o fim do adensamento.
O solo pode ser:
1. Normalmente adensado - quando a pressão de pré - adensamento é igual a tensão efetiva
que ele está carregado: σ’ = σa
2. Pré-adensado - quando a pressão de pré-adensamento é maior do que a tensão efetiva que
ele está carregado: σ ⟨ σa
3. Parcialmente adensado - quando o solo não atingiu suas condições de equilíbrio, ou seja,
não terminou de adensar sob o peso próprio da terra: σ’> σa.
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3.2.2 Recalques
A ação da deformação do solo sob a ação de forças externas é um problema da maior
importância para projetos de fundações de estruturas. Os fatores que determinam a
durabilidade e bom serviço da estrutura não são propriamente ditos as tensões no solo –
evitando que se atinjam tensões de ruptura, mas as deformações das bases ou recalques
(deslocamentos verticais das fundações).
Recalque ou Assentamento é o termo utilizado em Engenharia Civil para designar o
fenômeno que ocorre quando uma obra sofre um rebaixamento devido ao adensamento do
solo sob sua fundação.
O recalque é a principal causa de trincas e rachaduras em edificações, principalmente
quando ocorre o recalque diferencial, ou seja, uma parte da obra rebaixa mais que outra
gerando esforços estruturais não previstos e podendo até levar a obra à ruína.
São causas de recalques de uma estrutura (Simons e Menzies, 1977):
1. Aplicação de cargas estruturais;
2. Rebaixamento do nível d’água;
3. Colapso da estrutura do solo devido ao saturamento;
4. Inchamento de solos expansivos;
5. Árvores de crescimento rápido em solos argilosos;
6. Deterioração da fundação (desagregação do concreto por ataque de sulfatos, corrosão de
estacas metálicas, envelhecimento de estacas de madeira);
7. Subsidência devido à exploração de minas;
8. Buracos de escoamento;
9. Vibrações em solos arenosos;
10. Inchamento de solos argilosos apos desmatamento;
11. Variações sazonais de umidade;
12. Efeitos de congelamento.
A Torre de Pisa é um exemplo típico de recalque, a qual permanece de pé devido às
constantes intervenções de especialistas em geotecnia, visando o reforço do solo em sua base.
O local é instável e possui um grau de compactação extremamente baixo.
No princípio, as pessoas pensavam que a Torre de Pisa tinha sido concluída com a
finalidade de ser realmente torta, mas a inclinação foi acontecendo gradativamente.
Atualmente, a inclinação da torre chega a cerca de 3,97 graus e aumenta em uma média de 20
13
mm por ano. Um trabalho iniciado na base da estrutura em 1990 conseguiu diminuir a
inclinação em 1,3 cm.
Outro exemplo bastante citado no Brasil são os prédios na orla da cidade de Santos.
Aumento do número de construções e de pessoas nesse local aumentou a pressão no lençol
freático da área, descarregando um peso maior no lugar mais fraco. Essa carga gera uma força
gigantesca, capaz de afetar qualquer estrutura.
4. CONCLUSÃO
14
A principal contribuição deste trabalho foi a possibilidade de desenvolver um estudo
solo, direcionando para compressibilidade, teoria do adensamento e recalques.
Fatores a serem observados para determinação da compressibilidade do solo é o tipo
de solo, a estrutura dos solos, os níveis de tensão em que o solo pode ser submetido. Deve-se
também estudar a quantidade de água intersticial e a permeabilidade do solo, fatores
determinantes para o adensamento.
O estudo dos solos é essencial para construção civil, pois é para ele que é distribuída
toda a carga da estrutura de uma construção. Um ponto de imensa importância é o estudo da
compressibilidade e do adensamento. Estes, se não forem estudados e previstos podem ser a
causa da formação de recalques nas edificações.
5. REFERÊNCIAS
15
SANTOS < www.novomilenio.inf.br/santos/h0236i.htm >, acesso em 09 de junho de 2012.
COMPRESSIBILIDADE ANDENSAMENTO<www.eng.uerj.br/~denise/pdf/compressibili-
dade adensamento.pdf>, acesso em 10 de junho de 2012.
MECANICA DOS SOLOS < www.ufsm.br/engcivil/Material_Didatico_mecanicadosolos>,
acesso em 11 de junho de 2012.
COMPRESSIBILIDADE – ANDENSAMENTO <www.ebah.com.br/content/ABAAAABGY
AJ/compressibilidade-adensamento>, acesso em 11 de junho de 2012.
RECALQUE DE FUNDAÇÃO<http://www.consultoriaeanalise.com/2009/07/recalque-de-
fundacao.html>, acesso em 11 de junho de 2012.
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6. ANEXOS