UNIVERSIDADE UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS ENGA55 – MECÂNICA DOS SOLOS II
PROFESSOR: SANDRO LEMOS EQUIPE: VITOR ARAÚJO ARAÚJO CASTELO BRANCO BRANCO AMAURÍ VIEIRA LEANDRO SOUSA THOMAS MIGLIO ADRIANO JACOBINA
ENSAIO PARA DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE ADENSAMENTO (ENSAIO DE COMPRESSÃO CONFINADA)
SALVADOR, JULHO 2013
1.Introdução O solo é um sistema particulado composto por partículas sólidas e espaços vazios entre essas partículas. Estes espaços vazios podem ser preenchidos parcialmente ou totalmente por água ou ar. Quando uma carga é aplicada tende a acontecer um decréscimo de volume decorrente da compressão das partículas sólidas , compressão dos espaços vazios do solo e consequente explusão da água ou do ar existente. As deformações que ocorrem na água e nas partículas sólidas são desprezíveis a engenharia, tendo foco somente a variação dos índice de vazios do solo, sendo esse índice calculado a partir da variação volumétrica. O comportamento do solo é de origem elastoplástica, pois quando aplicado um carregamento é evidenciado uma deformação volumétrica com uma diminuição do índice de vazios. Após a retirada do carregamento ocorre uma expansão, ou seja, uma recuperação elástica, mas não por completo. O solo quando submetido à algum carregamento deforma-se, ou seja, sofre o processo de recalque. Essas deformações acontecem rapidamente nos solos grossos (pedregulhos e areias), já nos solos argilosos esse processo pode demorar muito tempo para finalizar, apresentando recalques mais elevados. Por isso conhecer a aplitude desse recalque e o tempo necessário para que ocorra em sua totalidade é de extrema importância no estudo e dimensionamento de fundações, garantindo a elaboração de bons projetos de engenharia.
2.Objetivo O ensaio de compressão confinada tem como objetivo a determinação experimental dos parâmetros do solo que interessam à determinação dos recalques provocados por adensamento. No ensaio são obtidos os parâmetros índice de compresão confinada (Cc), tensão de pré-adensamento do solo (σzp), índice de recompressão do solo (Ce) e o coeficiente de adensamento (Cv).
3. Descrição da aula prática Inicialmente foram apresentados os materiais e equipamentos utilizados no ensaio de compressão confinada, detalhando-se a função do anel de adensamento e das pedras porosas utilizadas na estrutura do endômetro. Em seguida foram explicados os valores de tensão a serem utilizados no processo de adensamento especificados pela Norma Brasileira, variando de 5Kpa em progressão geométrica de razão 2. Após, foi demonstrado o gráfico que demonstra a relação entre a tensão aplicada no solo e a variação do índice de vazios. A formulação deste gráfico pode ser obtida através do
processo de carregamento e descarregamento da amostra. É observado que o índice de vazios final do solo para um dado carregamento será o índice de vazios inicial para o carregamento seguinte. Através do gráfico tensão x índice de vazios foi demonstrado a obtenção dos três parametros do solo: tensão de pré-adensamento do solo (σzp), que corresponde a máxima tensão que o solo já sofreu em sua história de carregamento; o índice de compressão do solo (Cc), que corresponde a inclinação da curva de carregamento da amostra; e o índice de recompressão (Ce), que corresponde a inclinação da curva de descarregamento da amostra. Em seguida foi demonstrado o gráfico de recalque do solo. Este relaciona a altura do corpo de prova e o tempo de carregamento da amostra. Assim, para cada carga aplicada é feito um gráfico de recalque. A partir desse gráfico calcula-se o coeficiente de adensamento do solo através do método de Casagrande e do método de Taylor. O método de Casagrande relaciona a altura do corpo de prova com o tempo em escala logarítmica, enquanto o método de Taylor relaciona a altura do corpo de prova com a raíz quadrada do tempo. Posteriormente foi apresentado o conceito de distância de drenagem no ensaio de adensamento que varia a depender da existência das pedras porosas no topo e na base da amostra. Ocorrendo a existência das pedras porosas em acima e abaixo da amostra, a distância de drenagem será metade da altura do corpo de prova. Se houve somente acima ou abaixo da amostra, a distância de drenagem será a altura do corpo de prova.
4. Ensaio de Compressão Confinada Inicialmente a amostra já havia sido recolhida e acondicionada em amostradores de parede fina (amostradores Shelby). Após, instalou-se o corpo de prova entre duas pedras porosas no endômetro, emergindo o conjunto para que toda amostra de solo chegasse ao estado de saturação. Tal condição deve ser mantida durante todo o processo. Antes do início do ensaio de adensamento, foi medida a umidade da amostra pelo excedente de solo quando se talhou o corpo de prova. Após esse conunto foi levada ao endômetro para ser efetuado o ensaio. Então inicia-se o processo de carregamento, sendo gravadas as leituras de deslocamentos e intervalos de tempo entra um carregamento e outro. Através de um sistema computadorizado interligado à prensa são traçados os gráficos de recalques automaticamente. Após análise e interpretação dos gráfico, continuase a aplicação das cargas definidas em Norma. Ao fim desse processo são traçados os gráficos de compressão e a amostra é retirada do endômetro para calculo de sua umidade final.
5. Resultados A partir das leituras de deslocamentos fornecidas e indicadas abaixo, foram construídos dois gráficos pelo método de Casagrande e do Taylor, utilizados na determinação do Cv(coeficiente de adensamento do solo) Tempo (min) 0,00 0,10 0,25 0,5 1 2 4 8 15 30 60 120 240 480 1440
Raiz tem (min) 0,000 0,316 0,500 0,707 1,000 1,414 2,000 2,828 3,873 5,477 7,746 10,954 15,492 21,909 37,947
Altura do CP (mm) 15,139 15,037 14,987 14,937 14,865 14,767 14,623 14,432 14,215 13,947 13,702 13,485 13,267 13,049 12,817
Os dados referentes aos índices de vazios em função da tensão vertical aplicada no corpo de prova estão apresentados a seguir. Pelo método do Pacheco Silva e o de Casagrande determinaremos o índice de compressão Cc e da tensão de pré-adensamento. Em anexo os cálculos de índice de vazios. Calcularemos a seguir o Coeficiente de adensamento do solo(Cv)
Pelo método de Casagrande
Para o método de Casagrande tem-se U=0,5
Γ=
Γ= 0,1963
Γ=
Temos ainda a relação. Cv =
Como temos uma camada de dupla drenagem o Hd=H/2 e t o tempo para U=50%. Neste caso, t 50 = 900s Cv =
1,25 x cm²/s =
Pelo método de Taylor(Figura 2) tem-se que U=0,9
=-0,09332.log(1-U)-0,0851
Γ
=-0,09332.log(1-0,9)-0,0851
Γ
=0,8481
Γ
Cv =
Cv =
Cc= -
Cc= -
= 3,24 x cm²/s
= 1,77
Calculo do índice de recompressão do solo (Ce) ( Figura 4) Cc= -
= = 0,35
Tensão(kpa) 0,0 5,0 10,0 20,0 40,0 100,0 200,0 400,0 100,0
H (cm) 2,000 1,965 1,956 1,939 1,856 1,514 1,282 1,086 1,132
∆H
0 0,035 0,009 0,018 0,083 0,342 0,232 0,196 -0,0460
6. Referências Biblográficas MACHADO, Sandro Lemos; MACHADO, Miriam de Fátima C. Mecânica dos Solos II: Conceitos Introdutórios. MACHADO, Sandro Lemos; MACHADO, Miriam de Fátima C. Mecânica dos Solos: Roteiro de Ensaios de Laboratório.
ANEXOS DE TABELAS
Ho (cm) Hf (cm) 2,000 1,132
Tensão (Kpa) 0 5 10 20 40 100 200 400 100
Tara do anel (g) Massa C.P. + anel inicial (g) Massa C.P. + anel final (g) Massa específica sólidos (g/cm³)
Φ (cm)
7,130
H(cm) 2,000 1,965 1,956 1,939 1,856 1,514 1,282 1,086 1,132
e 3,597 3,517 3,496 3,457 3,266 2,480 1,947 1,496 1,602
45,57 154,31 125,5 2,664
