Universidade Federal de Alagoas Campus do Sertão – Delmiro Gouveia Curso de Engenharia Civil
Rafaela Faciola
Aula 1 – Consolidação
- Apresentação do tema - Introdução à compressibilidade
- Analogia mecânica do adensamento - Recalque
Aula 1 – Consolidação
- Apresentação do tema - Introdução à compressibilidade
- Analogia mecânica do adensamento - Recalque
Aula 1 – Consolidação
Obras Obras de Engenharia Pontes
Túneis
Edifícios
Fundações Solo Deformações (RECALQUE RECALQUE))
Barragens
Aula 1 – Consolidação
QUANDO ACONTECE RECALQUE?
QUANDO ACONTECE RECALQUE?
Deformações ●
Todos os materiais existentes na natureza se deformam
●
Solo: Comportamento Tensão Deformação depende do tempo
Deformações √ A implantação de uma obra de engenharia impõe ao SOLO uma variação no estado de tensão, o que pode acarretar em possíveis deformações.
Plásticas
Elásticas
Viscosas
√ As deformações se devem a: 1) Deformação dos grãos 2) Compressão da água presente nos vazios (Solo Saturado) 3) Variação do Volume de Vazios, devidos ao deslocamento relativo entre as partículas.
O que é COMPRESSIBILIDADE? √ É a relação entre a magnitude das deformações e variação no estado de tensão imposta.
Mecânica dos Solos
Variações Volumétricas
Variações no Índice de Vazios
Variação de Volume
SOLOS Devido a redução dos vazios do solo com a consequente expulsão da água intersticial!
SAÍDA DE ÁGUA É função da permeabilidade do solo
AREIA ARGILA
A Compressibilidade com o TIPO DE SOLO Solos Argilosos: a interação entre as partículas (agilominerais) é feita através de ligações elétricas, e o contato é feito através de uma camada de água absorvida. Solos Granulares: os esforços são transmitidos diretamente entre as partículas. Por este fato, a compressibilidade no solos ARGILOSOS é bem mais acentuada do que em solos arenosos ou granulares, pois a camada dupla lubrifica o contato facilitando o deslocamento entre as partículas. SOLOS ARGILOSOS = SOLOS COMPRESSÍVEIS
A Compressibilidade e a ESTRUTURA DOS SOLOS Solos Argilosos: Estrutura Floculada = Maior compressibilidade
Solos Granulares: Os grãos são incompressíveis. Portanto, quanto maior o índice de vazios, maior será a compressibilidade.
A Compressibilidade e o NÍVEL DE TENSÕES Diferentes Níveis de Tensões: - Movimentação relativa entre as partículas - Possibilidade de quebra dos grãos
Ex: Solo Fofo Arenoso
A Compressibilidade e o GRAU DE SATURAÇÃO
Solos Saturados: A variação de volume ocorre por variação de volume de água contida nos vazios (escape ou entrada).
Solos Não Saturados: (mais complexo) Ao contrário da água, o ar é altamente compressível o que pode inferir na magnitude das deformações.
A Compressibilidade e a HISTÓRIA DE TENSÕES
Curva e x log σ’ e
Tensão de pré-adensamento ( σ’ad)
Compressão virgem (inclinação Cc)
Cc
e
=
Recompressão
Expansão
Cc
∆ ′ ′
e0
e1
log('1 / ' 0 )
Verificação da Condição do Solo In Situ
Para que esta verificação seja realizada é necessário: - Determinar a tensão de pré-adensamento em laboratório. - Comparar com tensão vertical efetiva in situ.
3 casos específicos!!!
Verificação da Condição do Solo In Situ 1) Quando σ’v = σ’ad σ’v
e
σ’ad
e
Neste caso, o solo nunca foi submetido à uma tensão efetiva vertical maior a atual.
Solo é Normalmente Adensado
Verificação da Condição do Solo In Situ 2) Quando σ’ad > σ’v e
Neste caso, conclui-se que, no passado, o depósito já foi submetido a um estado de tensões superior ao atual.
σ’v σ’ad
e
Solo é Pré-adensado
Verificação da Condição do Solo In Situ Observações Importantes: Vários fatores podem causar o pré-adensamento. Por exemplo: A variação no estado de tensões ocasionado pela remoção de sobrecarga superficial, por exemplo, pode ser citada como uma das causas de pré-adensamento de um depósito. A Razão de Pré- Adensamento (RPA) ou OCR (“Over Consolidation Ratio”) de um determinado solo, é definida como sendo: =
′ ′
Verificação da Condição do Solo In Situ 3) Quando σ’ad < σ’v e
σ’ad σ’v
Solo está em adensamento e
Analogia Mecânica ao Adensamento
O Adensamento ou Consolidação o processo gradual de transferência de tensões entre a água (poropressão) e o arcabouço sólido (tensão efetiva). De acordo a analogia, a compressibilidade de um solo depende exclusivamente das Tensões Efetivas (e da deformabilidade do esqueleto) e não das Tensões Totais.
Analogia Mecânica ao Adensamento Magnitude do acréscimo de poropressão: Casos de carregamento vertical em solo saturado, em que as deformações horizontais são nulas o acréscimo de poropressão no instante t=0 é dado por: =0
∆ = ∆
Após um tempo infinito (término do processo de adensamento), =∞
∆ = 0
ou seja, todo acréscimo de tensão total foi transferido para a tensão efetiva.
Analogia Mecânica ao Adensamento
Seja considerado um elemento de solo, de baixa permeabilidade e totalmente saturado. Este elemento é então submetido a um incremento de tensão total. No caso mais simples de adensamento, que é o caso de adensamento unidimensional, está implícita a condição de deformações laterais nulas. Inchamento, que é o inverso do adensamento, é o processo de aumento gradual do volume de solo.
Analogia Mecânica ao Adensamento
Analogia Mecânica ao Adensamento
1
u 1
to
t
to
t
to
t
to
t
u
’ 1
P1 Pistão
e Vw Torneira
Cilindro Água
Mola
Vw
Analogia Mecânica ao Adensamento Carregamento drenado e não drenado: Analisando o efeito do carregamento em duas fases... – Não drenada: aquela que ocorre imediatamente após o carregamento, quando nenhum excesso de poro-pressão foi dissipado, ou melhor, quando nenhuma variação de volume ocorreu na massa de solo. – Drenada: aquela que ocorre durante a dissipação dos excessos de poro-pressão ou, melhor, durante o processo de transferência de carga entre a água e o arcabouço sólido. Nesta fase ocorrem as variações de volume e ,consequentemente, os recalques no solo.
TEORIA DO ADENSAMENTO DE TERZAGHI HIPÓTESES 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9)
O solo é totalmente saturado A compressão é unidimensional O fluxo d’água é unidimensional O solo é homogêneo As partículas sólidas e a água são praticamente incompressíveis perante a compressibilidade do solo O solo pode ser estudado como elementos infinitesimais, apesar de ser constituído de partículas e vazios O fluxo é governado pela lei de Darcy As propriedades do solo não variam no processo de adensamento O índice de vazios varia linearmente com o aumento da tensão efetiva durante o processo de adensamento
Recalque por Adensamento Variação volumétrica que ocorre nos solos finos ao longo do tempo!
RECALQUES
RECALQUE A Ho = Hvo + Hs
Hvo Ho Hs
H Hvo Ho Hs
Então:
A E,
RECALQUE H Ho = Hs(1+ eo)
Hvo Ho
Hf = Hs(1+ ef )
Hs
Hf = Ho (1+ ef )/(1+ eo) Recalque (ρ) é a diferença entre Hf e Ho: ρ = Ho (1 + eo -1 - ef )/(1+eo)
A Hf
Curva e x log σ’v Cálculo do Recalque pela Curva: Formulações!!! Relação entre o “e” e à “ Tensão Efetiva”
Curva e x log σ’v Solos Normalmente Adensados
Curva e x log σ’v Solos pré-adensados na zona de recompressão
Curva e x log σ’v
Solos pré-adensados na zona da reta virgem
Exercício
Solução:
