Teoria Do Adensamento

AUTARQUIA DO ENSINO SUPERIOR DE GARANHUNS – AESGA FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS DE GARANHUNS – FACEG CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL

Antonio Bezerr !e O"i#eir $%nior E!i"&on $o'%i( ! Si"#

MECANICA DOS SOLOS

GARANHUNS )*+,

Antonio Bezerr !e O"i#eir $%nior E!i"&on $o'%i( ! Si"#

TEORIA DO ADENSAMENTO – EVOLU-.O DOS RELCALQUE COM O TEMPO

Pesquisa bibliográfica entregue a Autarquia do Ensino Superior de Garanhuns (AESGA), como prérequisito para composi!o de nota da disciplina de "ec#nica dos Solos, do curso de $acharelado em Engenharia %i&il, da 'aculdade de %incias Eatas de Garanhuns ('A%EG)* Solicitado por+ Prof* r.stal/otaro

GARANHUNS )*+, SUM/RIO Re0zer

+1 )1 41 51 ,1 61 71

CONSIDERA-2ES INICIAIS 33333333333333333333333333333333333333333333333333333334 PROCESSO DE ADENSAMENTO333333333333333333333333333333333333333333333333335 GRAU DE ADENSAMENTO333333333333333333333333333333333333333333333333333333333, ADENSAMENTO DAS ARGILAS SATURADAS33333333333333333333333333333336 COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO333333333333333333333333333333333337 TEORIA DO ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAL DE TER8AGHI339 CONSIDERA-2ES FINAIS3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333: REFERENCIAS333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333+*

CONSIDERA-2ES INICIAIS Entende-se por adensamento do solo a diminui!o dos seus &a0ios com o tempo, de&ido a sa1da da água do seu interior, este processo pode ocorrer atra&és da aplica!o de tens2es , se3a por uma edifica!o , aterro, rebaiamento do n1&el de águas do lenol freático ou drenagem do solo* Assim, o quando reali0amos testes de adensamento tem como ob3eti&o estudar o qu!o suscet1&el 4 compress!o é o solo, para que se3a poss1&el pre&er um poss1&el recalque do solo, podendo assim e&itar danos arquitet5nicos, estruturais, ou até mesmo acidentes * Atualmente a constru!o ci&il busca melhor forma para impedir que o efeito de adensamento danifique estruturas constru1das* $uscando com isso, diminuir os riscos de  pre3u10os de&ido ao recalque do solo*

O PROCESSO DO ADENSAMENTO 6 adensamento é o fen5meno pelo qual acontecem os recalques decorrentes da epuls!o da água do interior dos &a0ios eistentes no solo* 7sso acontece no decorrer do tempo, &ariando assim as tens2es no solo durante todo o processo* 8a.lor apresenta a teoria mec#nica de acordo com 8er0aghi, onde considera que a estrutura solida do solo se3a semelhante a uma mola, cu3a deforma!o é proporcional a sua carga sobre ela aplicada* Segundo "artins (9:;<), adensamento é o processo de compress!o ao longo do tempo de um solo saturado ocasionado pela epuls!o de uma quantidade de água igual 4 redu!o do &olume de &a0ios como resultado da transferncia gradual do ecesso de  poro-press!o, gerado pelo carregamento, para a tens!o efeti&a* Entende-se por  compress!o a rela!o entre a &aria!o de &olume do solo e o estado de tens2es efeti&as sobre condi2es de equil1brio* 6 estudo do adensamento nos solos é reali0ado para dep=sitos de baia  permeabilidade e de moderada a ele&ada compressibilidade* A teoria do adensamento de 8er0aghi estuda uma a&alia!o da dissipa!o das sobre press2es hidrostáticas , onde a &aria!o de &olume se dá de acordo com o tempo, onde o solo estará su3eito a uma camada compress1&el* 8er0aghi foi quem iniciou o estudo sobre o adensamento para o caso de compress!o unidirecional, onde constitui uma base pioneira para afirma!o da mec#nica dos solos como uma cincia* Segundo %asagrande (;>
@endulic*Estateoria tem como base o conhecimento da lei de distribui!o das tens2es totais, em qualquer ponto e instante, originada pela aplica!o de uma solicita!o eterior* Essa lei é necessária para a resolu!o da equa!o diferencial obtida por esta teoria, que fornece resultados com suficiente aproima!o para efeitos de utili0a!o em  problemas de engenharia*

TEORIA DO ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAL DE TER8AGHI Esse método Prescre&e a determina!o das propriedades deadensamento do solo, caracteri0adas pela &elocidade emagnitude das deforma2es, quando o solo é lateralmente confinado e aial mente carregado e drenado* A 8eoria do Adensamento de 8er0aghi é baseada nos princ1pios da hidráulica, com algumas simplifica2es para o modelo de solo utili0ado* As seguintes hip=teses básicas s!o consideradas+ Solo homogneo e completamente saturado* Part1culas s=lidas e água intersticial incompress1&el* Adensamento unidirecional* Escoamento de água unidirecional e &alide0 da lei de Carc.* Ceterminadas caracter1sticas, que, na realidade, &ariam com a press!o, s!o assumidas como constantes* Etens!o a toda massa de solo das teorias que se aplicam aos elementos infinitesimais*@ela!o linear entre a &aria!o do 1ndice de &a0ios e a &aria!o das tens2es aplicadas* Segundo (7"A7,;>D>) 6 ensaio de adensamento consiste em se submeter uma amostra de solo ao fluo indu0ido por uma diferena de carga constante* /esta situa!o, cada elemento da amostra fica su3eito a foras de percola!o que indu0em um processo de adensamento na amostra* Ap=s o término deste processo de adensamento fica estabelecida uma condi!o de fluo permanente na qual a tens!o efeti&a e o teor de humidade (1ndice do &a0ios) &ariam em cada ponto da amostra* Curante o ensaio, medindo-se as distribui2es de poro-press!o, o teor de humidade a amostra e a &a0!o de  poro-l1quido que passa pela amostra consegue-se determinar as cur&as de compressibilidade e permeabilidade do corpo-de- pro&a . "iasa (;>?<) e Gibson et al*(;>?D) desen&ol&eram uma teoria unidimensional, denominada teoria do adensamento com deforma2es finitas, portanto mais adequada  para estudar o adensamento de re3eitos* Entretanto, como se trata de uma teoria em que

a geometria é &ariá&el, e necessário introdu0ir conceitos de diferentes tipos de sistemas de coordenadas, antes de apresentá-la* 6 processo de adensamento consiste na, aplica!o da carga com consequente epuls!o da água dos poros atra&és das pedras porosas, medida das deforma2es geradas atra&és de um etens5metro e da &aria!o da altura ao longo do tempo com aplica!o de um no&o acréscimo de carga (geralmente, odobro da carga anterior), reali0a!o de no&as leituras aolongo do tempo e assim por diante* Segundo (C7AS F/76@, 9:::)6 termo adensamento n!o é utili0ado apenas quando há redu!o de &olume resultante de um processo pedogenético, mas também quando há epuls!o de água do espao poroso pro&ocado por uma compress!o do solo*Huando tratamos de adensamento em "ec#nica dos Solos, nos referimos  principalmente ao processo de recalque, causado pela elimina!o da água, dentro dos espaos &a0ios de um determinado solo*

COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO ma das principais causas de recalques é a compressibilidade dos solos, ou se3a, a diminui!o do seu &olume sobre a!o das cargas aplicadasI em particular um caso de grande import#ncia é aquele que se refere á compressibilidade de uma camada de solo, saturada e confinada lateralmente* 8al situa!o condiciona os chamados recalques por  adensamento, que alguns autores preferem denominar recalques por consolida!o* Ce acordo com $6JKES (;>D>) o recalque é o mo&imento &ertical resultante da diminui!o de &olume do solo produ0ida por acréscimos de press!o indu0idos pela funda!o, é normalmente classificado em fun!o do tempo de ocorrncia tendo, sua forma e intensidade, grande import#ncia no desempenho das edifica2es* A compressibilidade é uma caracter1stica de todos os materiais de, quando submetidos a foras eternas (carregamentos), se deformarem*Grande parte das obras de engenharia ci&il (prédio, pontes, &iadutos, barragens, estradas, etc*) é assentada diretamente sobre o solo* A transferncia dos esforos da estrutura para o solo é feita atra&és de funda2es rasas (sapatas, radiers) ou profundas (estacas, tubul2es)* AK"E7CA (;>LL) tra0 uma re&is!o sobre di&ersos ensaios especiais de adensamento, dentre os quais se incluem os seguintes ensaios de carregamento cont1nuo+ a) Ensaio com &elocidade de deforma!o constante (Ensaio %@S - %onstant @ate Strain), no qual é imposta uma &elocidade constante de deslocamento &ertical ao corpo-de-pro&a (%P)* b) Ensaio com &elocidade de carregamento constante (Ensaio

%@K - %onstant @ate ofKoading), no qual a tens!o aplicada é aumentada a uma taa constante* c) Ensaio com gradiente constante de poropress!o (Ensaio %G - %onstant Gradient), no qual é mantida constante a diferena entre as poropress2es no topo e na  base do %P* d) Ensaio com rela!o entre poropress!o e tens!o total constante (Ensaio %P@ - %onstant Pressure@atio), no qual o carregamento é aplicado de forma que a  poropress!o na face n!o drenada se3a sempre uma propor!o fia da tens!o total aplicada (uMN O constante)* A compressibilidade de um solo é indicada pelo 1ndice de adensamento, o qual  pode ser obtido por &ários métodos* 6 mais utili0ado é o método clássico desen&ol&ido  por 8er0aghi e conhecido no $rasil como ensaio de adensamento lateralmente confinado ou ensaio edométrico* 6 processo consiste na aplica!o de carregamentos &erticais em uma amostra lateralmente confinada* /esse processo ocorre a redu!o do &olume do solo* Esta redu!o é de&ida a tens!o sobre a amostra, que fa0 com que as part1culas de solo posicionem-se de forma mais compacta, redu0indo o &olume de &a0ios e consequentemente o &olume total* Huando a amostra está saturada, o adensamento se dá  pela epuls!o da água* Segundo Sil&a (9::<) a carga de poropress!o, para a base da camada, é tomada como a média das leituras registradas pelos pie05metros, durante a fase doadensamentoesses pie0=metro s!o responsá&eis para a&aliar a compressibilidade ou a tens!o dos l1quidos, s!o desen&ol&idos para monitoramento de águas subterr#nea, constitu1do de um tubo &ertical, aberto nos dois lados, conectado 4 massa de água*

GRAU DE ADENSAMENTO 6 grau de adensamento é a rela!o entre a &aria!o do 1ndice de &a0ios ate o instante (tempo) e a &aria!o total do 1ndice de &a0ios de&ido ao seu carregamento* Ce acordo com (P7/86, 9::?, p, 9:D), o grau de adensamento é definido como a rela!o entre a deforma!o que ocorre em um elemento, numa certa posi!o, caracteri0ado pela profundidade, que será determinado pelo tempo, ou se3a, o processo de adensamento será desen&ol&ido a partir do momento em que o adensamento ti&er  ocorrido*8odos os materiais eistentes na nature0a se deformam, quando submetidos a esforos* /o solo, a sua caracter1stica multifásica lhe confere um comportamento tens!o-deforma!o pr=prio, o qual normalmente depende do tempo* Segundo "artins e Abreu (9::9), ao se abordar um problema prático de adensamento, normalmente surge uma série de dificuldades que, se consideradas,

tornam-o de dif1cil solu!o* Ainda segundo os referidos autores, essas dificuldades s!o de nature0as diferentes* A considera!o da n!o linearidadeB da rela!o 1ndice de &a0ios etens!o &ertical efeti&a (e  N&), das grandes deforma2es, do carregamento &ariá&el com o tempo e do efeito de submers!o do aterro com a e&olu!o do adensamento, por  eemplo, implica em dificuldades matemáticas de formula!o e consequente solu!o da equa!o diferencial que modela o fen5meno* Segundo (%@7,;>><)*6 adensamento do solo consiste na redu!o natural do espao poroso pelo rearran3o de suas part1culas, que, consequentemente, le&a ao aumento da densidade de camadas ou hori0ontes do solo* Podemos associar o aumento da tens!o efeti&a 4 dissipa!o da press!o neutra, surgindo os recalques de maneira simples, pelo o grau de adensamento*

ADENSAMENTO DAS ARGILAS SATURADAS 6 processo de deforma!o nas argilas saturadas se dá pela epuls!o da água eistente em seus &a0ios* 6 tempo de dura!o deste processo depende da  permeabilidade da argila, que é muito baia, e da compressibilidade* Segundo 8E@QAGR7 (;><), na pre&is!o do desen&ol&imento de recalque de estruturas e aterros assentados sobre solos argilosos aplica-se frequentemente a teoria unidimensional do adensamento* /o entanto, de&ido ás hip=teses adotadas, a teoria de 8er0aghi n!o é &álida na maior parte das situa2es encontradas na prática da Engenharia* Entre as di&ersas hip=teses adotadas por 8er0aghi, eistem trs que merecem especial aten!o, por n!o descre&er de forma completa o comportamento de solos reais* A primeira hip=tese admite que a rela!o entre tens2es efeti&as e deforma2es do solo se3a elástica e linear* A segunda admite que as deforma2es do solo e o fluo de água em seu interior se desen&ol&am apenas na dire!o &ertical* A terceira admite que as tens2es totais permaneam constantes no interior da massa de solo durante o adensamento* F6R/S6/ (;>D:) reali0ou ensaios de adensamento com carregamento seguido de descarregamento com diferentes n1&eis de tens!o e, obser&ou em alguns ensaios, o reaparecimento de recalques decorrentes do adensamento secundário* Huando as tens2es &erticais efeti&as s!o plotadas em escala logar1tmica, distinguem-se trs trechos de comportamento distintos do solo+ o trecho de recompress!o, o trecho de compress!o &irgem e o trecho de epans!o, 6 trecho de recompress!o é caracteri0ado pelo comportamento menos compress1&el do solo,

indicado pela pequena inclina!o da cur&a de compress!o* Huando a tens!o &ertical efeti&a atinge o &alor da tens!o de pré-adensamento (N&m), há um aumento abrupto da compressibilidade do solo, dando-se in1cio ao trecho de compress!o &irgem* 6 trecho de epans!o é aquele correspondente 4 fase de descarregamento do ensaio edométrico* Segundo Sallfors (;>DT) %onstatou que a tens!o de pré-adensamento depende da &elocidade de deforma!o adotado no ensaio*8orna-se menor o &alor da tens!o da préadensamento toda &e0 que a &elocidade de deforma!o do ensaio é diminu1da, para &alores de tens!o &erticais menores que a tens!o de pré-adensamento*/o caso das argilas saturadas, de&ida a baia permeabilidade e o baio &alor do coeficiente de adensamento, esse processo de deforma!o se desen&ol&e lentamente*

COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO ma das principais causas de recalques é a compressibilidade dos solos, ou se3a, a diminui!o do seu &olume sobre a!o das cargas aplicadasI em particular um caso de grande import#ncia é aquele que se refere á compressibilidade de uma camada de solo, saturada e confinada lateralmente* 8al situa!o condiciona os chamados recalques por  adensamento, que alguns autores preferem denominar recalques por consolida!o* Ce acordo com $6JKES (;>D>) o recalque é o mo&imento &ertical resultante da diminui!o de &olume do solo produ0ida por acréscimos de press!o indu0idos pela funda!o, é normalmente classificado em fun!o do tempo de ocorrncia tendo, sua forma e intensidade, grande import#ncia no desempenho das edifica2es* A compressibilidade é uma caracter1stica de todos os materiais de, quando submetidos a foras eternas (carregamentos), se deformarem*Grande parte das obras de engenharia ci&il (prédio, pontes, &iadutos, barragens, estradas, etc*) é assentada diretamente sobre o solo* A transferncia dos esforos da estrutura para o solo é feita atra&és de funda2es rasas (sapatas, radiers) ou profundas (estacas, tubul2es)* AK"E7CA (;>LL) tra0 uma re&is!o sobre di&ersos ensaios especiais de adensamento, dentre os quais se incluem os seguintes ensaios de carregamento cont1nuo+ a) Ensaio com &elocidade de deforma!o constante (Ensaio %@S - %onstant @ate Strain), no qual é imposta uma &elocidade constante de deslocamento &ertical ao corpo-de-pro&a (%P)* b) Ensaio com &elocidade de carregamento constante (Ensaio %@K - %onstant @ate of Koading), no qual a tens!o aplicada é aumentada a uma taa constante* c) Ensaio com gradiente constante de poropress!o (Ensaio %G - %onstant Gradient), no qual é mantida constante a diferena entre as poropress2es no topo e na

 base do %P* d) Ensaio com rela!o entre poropress!o e tens!o total constante (Ensaio %P@ - %onstant Pressure@atio), no qual o carregamento é aplicado de forma que a  poropress!o na face n!o drenada se3a sempre uma propor!o fia da tens!o total aplicada (uMN O constante)* A compressibilidade de um solo é indicada pelo 1ndice de adensamento, o qual  pode ser obtido por &ários métodos* 6 mais utili0ado é o método clássico desen&ol&ido  por 8er0aghi e conhecido no $rasil como ensaio de adensamento lateralmente confinado ou ensaio edométrico* 6 processo consiste na aplica!o de carregamentos &erticais em uma amostra lateralmente confinada* /esse processo ocorre a redu!o do &olume do solo* Esta redu!o é de&ida a tens!o sobre a amostra, que fa0 com que as part1culas de solo posicionem-se de forma mais compacta, redu0indo o &olume de &a0ios e consequentemente o &olume total* Huando a amostra está saturada, o adensamento se dá  pela epuls!o da água* Segundo Sil&a (9::<) a carga de poropress!o, para a base da camada, é tomada como a média das leituras registradas pelos pie05metros, durante a fase do adensamento esses pie0=metro s!o responsá&eis para a&aliar a compressibilidade ou a tens!o dos l1quidos, s!o desen&ol&idos para monitoramento de águas subterr#nea, constitu1do de um tubo &ertical, aberto nos dois lados, conectado 4 massa de água*

En&io !o A!en&(ento Uni!i(en&ion" 3 ;NBR3+)**7< Ce acordo com a /$@-;9::DM;>>: o 6b3eti&o da norma é descre&er o método de determina!o das propriedades do adensamento do solo, caracteri0ado pela &elocidade e magnitude das deforma2es quando um solo é lateralmente confinado e carregado aialmente e drenado* A /$@ descre&e os cálculos e os procedimentos necessários para o ensaio além do material utili0ado %om ob3eti&o de se encontrar o %oeficiente de Adensamento do Solo UU%&UU geralmente epresso em mVMdia ou mVMano*

CONSIDERA-2ES FINAIS W notá&el que é muito importante o estudo do Adensamento dos solos pois nos  permite &erificar a tendncia que o solo su3eito a tens2es tem para um futuro recalque* 7dentificando assim a transferncias de esforos das estruturas para com o solo, &ariando de acordo com o tipo de solo de cada local trabalhado* Sendo necessário assim fa0er um estudo sobre a resistncia do solo para que se possa a&aliar se ele poderá suportar carga que s!o transmitidas por estruturas* 6 comportamento dos solo pode a&aliado por &ários eperimentos um dos mais importantes é o Ensaio de adensamento unidimensional que apesar de Pois, o estudo do  processo de adensamento e de fundamental import#ncia para que os locais onde ser!o constru1dos prédios, casas, aterros n!o sofram recalques diferenciais com o tempo e que também n!o comprometam suas estruturas*

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