Ensaio de Adensamento

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1 Ensaio de Adensamento TC033 Laboratório de Mecânica dos Solos Professor: Vitor Pereira Faro INTRODUÇÃO Compressão (ou expansão): É o processo pelo qual uma massa de solo, sob a ação de cargas, varia de volume ( deforma ) 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 contido nos vazios do solo). Compressibilidade: Relação independente do tempo entre variação de volume (deformação) e tensão efetiva. É a propriedade que os solos têm de serem suscetíveis à compressão. Adensamento: Processo dependente do tempo de variação de volume (deformação) do solo devido à drenagem da água dos poros. 1

2 INTRODUÇÃO Qual a importância? Estimativa da magnitude dos recalques; Estimativa do tempo de ocorrência dos recalques; Evitar recalque diferencial. COMPRESSIBILIDADE O solo é um sistema particulado composto de partículas sólidas e espaços vazios, os quais podem estar parcialmente ou totalmente preenchidos com água. Os decréscimos de volume (as deformações) dos solos podem ser atribuídos, de maneira genérica, a três causas principais: Compressão das partículas sólidas; Compressão dos espaços vazios do solo, com a consequente expulsão da água (no caso de solo saturado); Compressão da água (ou do fluido) existente nos vazios do solo. Para os níveis de tensões usuais aplicados na engenharia de solos, as deformações que ocorrem na água e grãos sólidos são desprezadas (pois, são incompressíveis). Calculam se, portanto, as deformações volumétricas do solo a partir da variação do índice de vazios (função da variação das tensões efetivas). 2

3 COMPRESSIBILIDADE Modelo de Terzaghi: Água (Poropressão) + Mola (Tensões Efetivas) COMPRESSIBILIDADE Uma vez que as dimensões em planta da área carregada são muito superiores à espessura do conjunto dos estratos compressíveis, estes dizem se confinados ou carregados em condições de confinamento lateral. Quando se carrega um estrato confinado ocorrem apenas extensões verticais (as deformações na direção horizontal são nulas). 3

4 ADENSAMENTO Segundo Terzaghi, o desenvolvimento da Teoria do Adensamento se baseia nas seguintes hipóteses: O solo é homogêneo e completamente saturado; A água e os grãos são incompressíveis; O escoamento obedece à Lei de Darcy e se processa na direção vertical; O coeficiente de permeabilidade se mantém constante durante o proceesso; O índice de vazios varia linearmente com o aumento da tensão efetiva durante o processo do adensamento. A compressão é unidirecional e vertical e deve se à saída de água dos espaços vazios; As propriedades do solo não variam durante o adensamento. ADENSAMENTO Grau de Adensamento (U) É a relação entre a deformação (ε) ocorrida num elemento numa certa posição ou profundidade z, num determinado instante de tempo t e a deformação deste elemento quando todo o processo de adensamento tiver ocorrido (εf), ou seja: 4

5 ADENSAMENTO Cv: coeficiente de adensamento (cm²/s) t: tempo (s) Hd:alturadacamadadrenante(m) T: fator tempo ( ) ADENSAMENTO Relações aproximadas para determinação do fator T: Para U < 60%: Para U > 60%: 5

6 RECALQUE Estimativa de recalque: Cr: Índice de recompressão; Cc: Índice de compressão; e0: Índice de vazios inicial. INTERFERÊNCIAS DO SOLO Solo Granular Solo Argiloso Permeabilidade Alta Baixa Tempo de consolidação Fenômeno é instantêneo Fenômeno é diferido no tempo Grandeza das deformações Deformações geralmente maiores, Relativamente pequenas, uma vez em especial quando os solos que estes solos sob solicitações argilosos são recentes (elevados estáticas são pouco compressíveis. índices de vazios e teores de água, logo muito compressíveis) Evolução das tensões ao longo do tempo Transferência de tensões é instantânea Transferência de tensões é diferida no tempo 6

7 Ensaio Oedométrico Norma NBR MB 3336 (ABNT) Solo Determinação de Adensamento Unidirecional O ensaio tem a finalidade de determinar, para um solo confinado lateralmente, as deformações verticais ao longo do tempo resultantes da aplicação de um dado carregamento. Com isso, determina se: : Coeficiente de adensamento : Índice de compressão : Índice de recompressão : Tensão de pré adensamento Ensaio de adensamento: Em campo: 7

8 Amostras: Indeformadas (blocos ou por meio de amostradores de parede fina) Compactadas Dados necessários: Massa, diâmetro interno e altura do anel de adensamento; Massa específica real dos grãos de solo; Calibração da deformação do conjunto célula de adensamento. Preparação da amostra: Deve setomarcuidadonasuacoletaetransporteafimdemanteras condições naturais do campo; Corpo de prova deve ser preparado em ambiente propício mudança de umidade não exceda a 0,2%; Flutuação a temperatura de no máximo 4 o C ; Sem incidência direta de raios solares; Bloco: corta se prisma de solo com largura e altura 2 cm maiores que as encontradas no anel; Tubo amostrador: retira se do tubo (através do extrator) uma amostra com altura 2 cm maior do que a do anel de adensamento; Corpo de prova deve ser talhado ou torneado rente ao topo do anel e, em seguida, encaixado no anel; 8

9 Preparação da amostra: Pesa se o conjunto anel + corpo de prova e anota se o valor; Mede se a altura do corpo de prova (caso seja menor que a do anel); Calcula se o peso, volume e peso específico aparente inicial da amostra; Utiliza se o solo talhado para determinação do teor de umidade e peso específico real dos grãos do solo. Procedimento: Preparação, saturação e posicionamento da amostra; Equilíbrio da prensa (nivelamento); Aplicação do carregamento; Se o corpo de prova evidenciar tendência de inchamento, aumentar rapidamente a pressão aplicada até eliminar essa tendência (compressão da amostra); Leituras, geralmente efetuadas em uma progressão geométrica do tempo (15s, 30s, 1min, 2min, 4min, 8min,... 24hs), dos deslocamentos verticais do topo da amostra através de um extensômetro até que se alcance 90% de adensamento; 9

10 Procedimento: Plotar gráficos com as leituras efetuadas da variação da altura ou recalque versus tensões aplicadas; A partir da interpretação dos gráficos, decidir se um novo carregamento deve ser aplicado. Repetem se os processos anteriores; Descarregamento da amostra; Geralmente em três ou quatro fases e finalizando com a pressão do primeiro carregamento. Após leitura final, desmonta se rapidamente a célula, seca se a água da amostra, pesa se e coloca se em estufa. Assim é possível obter o teor de umidade final de todo o corpo de prova. Sequências usuais de cargas: (em kgf/cm2 ) : 0,10, 0,20; 0,40; 0,80; 1,60, 3,20, 6,40, etc (em kpa) : 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, etc em geral são aplicados de 5 a 8 carregamentos podendo chegar a quase 2 semanas de ensaio obs.: 1kN=0,1t 1t/m2=10kPa 1kgf=9,81N 1kgf/cm2=10t/m2 1 kgf/cm2 = 100 kpa 10

11 PARÂMETROS Peso específico aparente inicial Índice de vazios inicial Peso específico aparente seco inicial Grau de saturação inicial PARÂMETROS Altura dos sólidos Índice de vazios Grau de saturação final 11

12 RESULTADOS Representação dos resultados: índice de vazios x tensão vertical RESULTADOS Determinação dos índices de compressibilidade 12

13 RESULTADOS Determinação dos coeficiente de adensamento Cada carregamento possui um diferente! MÉTODO DE CASAGRANDE RESULTADOS Determinação dos coeficiente de adensamento MÉTODO DE TAYLOR Baseia se em uma curva da altura do corpo de prova em função da raiz quadrada do tempo. Do início do adensamento primário, traça se uma reta com abscissas iguais a 1,15 vezesasabscissascorrespondentes da reta inicial. A intersecção dessa reta com a curva do ensaio indica o ponto em que teriam ocorrido 90% do adensamento. 13

14 RESULTADOS Determinação da tensão de pré adensamento MÉTODO DE CASAGRANDE Prolongar a reta virgem; Pelo ponto de curvatura máxima, traçar horizontal, tangente e bissetriz; Interseção da reta virgem com a bissetriz é considerado o ponto de de pré adensamento. RESULTADOS Determinação da tensão de pré adensamento MÉTODO DE PACHECO SILVA Prolongar a reta virgem até a horizontal correspondente ao índice de vazios inicial da amostra; Do ponto de interseção, abaixa se uma vertical até a curva de adensamento e deste traça uma horizontal; Interseção da horizontal com o prolongamento da reta virgem é considerado o ponto de préadensamento. 14

15 REFERÊNCIAS Cálculo de Ensaios Laboratoriais de Mecânica dos Solos UFPR Cláudio Valejos, Hyllttonn Bazan; Jocely Loyola; Tiago Ceccon Mecânica dos Solos II Unidade 3 Compressibilidade e adensamento dos solos UFJF Prof. M. Maragon Mecânica dos solos II Notas de Aula UFS Profª. DSc. Michéle Dal Toé Casagrande ABNT NBR MB 3336 Solo Ensaio de adensamento unidimensional Compressibilidade e Consolidação Mecânica dos Solos I DEC FCTUC (apresentação) 15