Controle de Obras Mecânica dos solos

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1 Control d Obra Mcânica do olo Comprão Unidimnional Compribilidad Adnamnto Compribilidad O olo é um itma compoto d grão ólido vazio, o quai podm tar prnchido por água /ou ar. Quando xcuta uma obra d ngnharia, impõ- no olo uma variação no tado d tnão qu acarrta m dformaçõ. 2

2 Compribilidad A naturza da dformaçõ pod r ubdividida m 3 catgoria: dformaçõ lática, plática ou vicoa. A dformaçõ lática tão aociada a variaçõ volumétrica totalmnt rcuprada apó a rmoção do carrgamnto. Eta dformaçõ cauam m gral pquna variaçõ no índic d vazio. A dformaçõ plática ão aqula qu induzm a variaçõ volumétrica prmannt; ito é, apó o dcarrgamnto o olo não rcupra u índic d vazio inicial. A dformaçõ vicoa, também dnominada fluência, ão àqula aociada a variaçõ volumétrica ob tado d tnõ contant. 3 Compribilidad Ea dformaçõ dvm a: dformação do grão individuai Elática; comprão da água prnt no vazio (olo aturado) Adnamnto Primário; variação do volum d vazio, dvido ao dlocamnto rlativo ntr partícula Adnamnto Scundário. Dfin- como Compribilidad a rlação ntr a magnitud da dformaçõ a variação no tado d tnõ impota. 4 2

3 Toria do Adnamnto Karl Von Trzaghi (Pai da Mcânica do Solo) 5 Camada Comprívl 6 3

4 Toria do Adnamnto Analogia Mcânica Ao aplicar um carrgamnto m um olo aturado o rcalqu dnvolvm- ao longo do tmpo. A toria do adnamnto trata d como o rcalqu volum com o tmpo. Para ntndr o fnômno do adnamnto rá utilizada a analogia mcânica d Trzaghi. 7 Suponha um cilindro com pitão, dntro dl uma mola na part uprior uma válvula. S o cilindro tivr chio d água a válvula fchada, ao aplicar uma carga obr o pitão toda carga rá tranfrida para a água. Io ocorr porqu a tornira ta fchada, portanto, não há variação d volum conqüntmnt a mola não dforma. 8 4

5 Em um intant t = 0 a tornira rá abrta toda carga rá uportada pla água. A mdida m qu o tmpo paa a água vai ndo drnada a carga uportada pla água vai ndo tranfrida para a mola. Ao final do proco toda carga é uportada pla mola a drnagm para. 9 kn kn kn A = 0,00 m² kn kn Tmpo =00kPa u= 00kPa = 0kPa =00kPa u= 75kPa = 25kPa =00kPa u= 50kPa = 50kPa =00kPa u= 25kPa = 75kPa =00kPa u= 0kPa = 00kPa 0 5

6 Pod- fazr uma abtração conidrar qu o olo é mlhant a mola qu a abrtura da tornira ja proporcional a prmabilidad do olo. Variação d Tnõ d volum durant o adnamnto 2 6

7 A figura a guir motra 2 cilindro idêntico ndo o primiro com dua mola por io mno comprívl do qu o gundo (com apna mola). Impondo a mma abrtura da válvula a prmabilidad qu o itma rprnta é a mma. O primiro cilindro atingirá o quilíbrio mai rápido, poi o volum drnado é mnor. 3 Conclui- qu quanto mai comprívl for o olo, maior rá o tmpo para tranfrir a prão da água para a trutura do olo. Fazndo outra comparação com um cilindro pouindo 2 válvula outro com apna uma utilizando mola com mma propridad. 4 7

8 Podmo notar qu o rcalqu no 2 itma rão iguai ao final do proco, porm a água rá xpula mai rapidamnt no primiro cilindro. Dta analogia pod- dizr qu o tmpo d diipação do xco d prão nutra dpnd da prmabilidad. 5 ipót da Toria do Adnamnto Solo aturado; Comprão unidimnional; Fluxo d água unidimnional; Solo homogêno; Água ólido incomprívi; É valida a li d Darcy; A propridad do olo prmancm contant durant todo o proco; Não conidra a fluência do matriai (adnamnto cundário); O índic d vazio varia linarmnt com a tnão ftiva. 6 8

9 Comprão Uni-Dimional - Enaio d Adnamnto Condição K o - Dformação latral nula. Fluxo d água - vrtical (uni-dimnional) a, a Argila Aria Aria r = 0 u t = 0 u b = 0 7 o vazio ólido r 2 o vazio ólido Apó o rcalqu Log 8 9

10 0 9 A M M A M V V M r r r r G G A M A M M M A M A M M A M V V M r r r r r r r v A A A V V Cálculo do naio o f i W f - Altura final da amotra - (naio) i - Altura inicial d água = i G f - Altura final d água = f G - tor d umidad 20 v V V v o v V v v V ) ( ) ( 2 2 o o o o ) ( ) ( ) ( o o o r r r r Cálculo do rcalqu por adnamnto

11 A Rta Virgm o Índic d Comprão C c C c log Rta Virgm ' 2 2 log ' Log 2 Prão d pré-adnamnto a ou vm C r C c Rta Virgm Log O limit ntr o doi trcho é dfinido por um valor d tnão ftiva corrpondnt à máxima tnão ftiva qu o olo foi ubmtido m toda ua hitória. A ta tnão ftiva dá- o nom d tnão ftiva d pré-adnamnto (σ vm). 22

12 itória d Tnõ Na prática, a rlação ntr a tnão ftiva d pré-adnamnto (σ vm) a tnão ftiva vrtical d campo (σ vo ) pod dar d dua manira: ª - Normalmnt adnado - σ vm =σ vo Nt cao, o olo nunca foi ubmtido à uma tnão ftiva vrtical maior a atual. Sua RSA ou OCR ( ovr conolidation ratio ), dfinida como ndo ' vm OCR ' v0 2ª - Sobr-adnado - σ vm > σ vo Nt cao, conclui- qu, no paado, o dpóito já foi ubmtido a um tado d tnõ uprior ao atual. 23 Trajtória d Tnõ Dpoição Eroão uciva poiçõ da uprfíci do olo roão (obr-adnado) h v dpoição (normalmnt adnado) 24 2

13 Rcalqu por adnamnto O cálculo d rcalqu é d muita importância m obra como atrro rodoviário, fundaçõ dirta, pita d aroporto, barragn, tc. Na ralidad, o rcalqu final qu uma trutura ofrrá rá compoto d outra parcla, como, por xmplo, o rcalqu imdiato ou lático, tudado na Toria da Elaticidad. Como não xit uma rlação tnão-dformação capaz d nglobar toda a particularidad complxidad do comportamnto ral do olo, a parcla d rcalqu d um olo ão tudada paradamnt. O adnamnto trata o cálculo do rcalqu total qu um olo ofrrá no campo, qu procam no dcorrr do tmpo, qu dv a uma xpulão d água do vazio do olo. 25 Rcalqu por adnamnto a C r Índic d Comprão - C c Índic d Rcomprão - C r Índic d Expanão - C C C c Log 26 3

14 Rcalqu por adnamnto 27 Rcalqu por adnamnto Solo Normalmnt Adnado : 28 4

15 Rcalqu por adnamnto Solo Sobr-adnado : Para t tipo d argila o cálculo do Δ do índic d vazio dpnd da magnitud do incrmnto d tnão. S o acrécimo d tnão ftiva grado por um carrgamnto xtrno mai a tnão ftiva atual for uprior à tnão d pré-adnamnto o olo ofrrá rcomprão comprão virgm, ntão trmo: 29 Rcalqu por adnamnto Solo Sobr-adnado : Para argila Pré-adnada quando o acrécimo d carga omado com a tnão ftiva atual não ultrapaar a tnão d préadnamnto, o olo omnt ofrrá rcomprão, portanto trmo: 30 5

16 Rviando... Tnõ: v.z u. z v A tnão ftiva horizontal é muito important no cálculo do forço d olo obr trutura d contnçõ, muro d arrimo, cortina atirantada, tc. Et forço dpndm do movimnto rlativo do olo. Quando o olo ta m rpouo, a tnõ ftiva horizontai ão calculada mprgando- o coficint d mpuxo no rpouo: ' ' h v k u o. ' v 3 Trajtória d tnõ v K o <.0 45 o (K o =.0) K o >.0 roão h 32 6

17 Coficint d Adnamnto Método Caagrand Coficint d Adnamnto 33 Coficint d Adnamnto Método d Taylor Coficint d Adnamnto 34 7

18 35 Dtrminação da Prão d Pré-Adnamnto Método d Caagrand Ponto d inflxão Prolongamnto da rta virgm orizontal plo ponto d inflxão Bitriz Tangnt ao ponto d inflxão Intrcção com a bitriz a Log 36 8

19 Dtrminação da Prão d Pré-Adnamnto o Método d Pachco Silva Prolongamnto da rta virgm orizontal plo índic d vazio inicial a Log 37 Log (, ) tmpo tmpo 38 9

20 Porcntagm d Adnamnto u i = 2 2, Num intant t qualqur o rcalqu val: A B C E D = rt r 39 Coficint d compribilidad, a v a v ' 2 2 ' ' 2 2 ' ' u 40 20

21 C v = f(k,, a v ) Coficint d adnamnto C v Variam com a rdução do índic d vazio C v k( ) a * * Quando k av variam o Cv não é muito aftado. * A rdução do índic d vazio gu a toria d Trzaghi a diipação da prõ nutra é rtardada dvido a não contância do C v. v 4 Em rumo...parâmtro d Compribilidad D = Módulo Confinado; mv= Coficint d variação volumétrica; av = Coficint d compribilidad; Cc = Índic d compribilidad; Cr = Índic d rcomprão; C = Índic d xpanão. 42 2

22 Parâmtro d Compribilidad 43 Magnitud da Poro-Prõ Et proco d fluxo é dnominado Tranint, já qu a Vazão varia ao longo do tmpo; a vazõ ão inicialmnt alta no início do proco nula ao final. Sndo aim, a magnitud da poro-prõ (u), também variávl ao longo do tmpo, é dtrminada pla oma d uma parcla corrpondnt ao u valor inicial (u0) uma parcla variávl, grada pla carga aplicada (Δu); ito é: 44 22

23 Solicitação Não Drnada X Solicitação Drnada ) não drnada àqula qu ocorr imdiatamnt apó o carrgamnto, quando nnhum xco d poro-prão foi diipado; ou mlhor, quando nnhuma variação d volum ocorru na maa d olo. Eta fa rprnta, no modlo hidromcânico, a hipót da válvula d cap d água tar fchada. 2) drnada Aqula qu ocorr durant a diipação do xco d poro-prão ou, mlhor, durant o proco d tranfrência d carga ntr a água o arcabouço ólido. Nta fa ocorrm a variaçõ d volum,conqüntmnt, o rcalqu no olo. 45 Solicitação Não Drnada X Solicitação Drnada 46 23

24 Solicitação Não Drnada X Solicitação Drnada Uma vz qu o comportamnto do olo é dtrminado plo valor da tnão ftiva, ubdividir a rpota do olo na 2 tapa (não drnada drnada) é batant útil para a laboração d projto gotécnico. No cao do xmplo antrior, mnor valor d tnão ftiva ocorrm ao final da contrução nquanto qu, para ituaçõ a longo prazo, obrva- um ganho d tnão ftiva. 47 Adnamnto d uma camada comprívl 48 24

25 49 Porcntagm d adnamnto Dfin- como porcntagm d adnamnto (Uz) a rlação ntr o xco d poro-prão diipado m um dtrminado tmpo o xco inicial; ito é: A porcntagm d adnamnto (Uz) varia ntr 0 ; no início do proco, a porcntagm d adnamnto é nula., ao final, quando o xco é nulo (Δu (t= ) = 0) 50 25

26 Porcntagm d adnamnto Aim ndo, para cada tmpo tará aociado uma porcntagm média d adnamnto qu corrpond ao adnamnto do olo dvido à contribuição da diipação do xco d poro prão m todo o ponto da camada. Solução analítica para o cálculo da porcntagm d adnamnto. 5 Porcntagm d adnamnto Eta curva ão dnominada iócrona ua forma irá dpndr da ditribuição do xco inicial d poro-prão da condiçõ d drnagm

27 Porcntagm d adnamnto No cao d drnagm impl, a olução obrvada rprnta mtad da olução para drnagm dupla. 53 Prmávl Prmávl Prmávl Imprmávl 54 27

28 Coficint d Prmabilidad (k) A ddução da quação d adnamnto aprnta o coficint d adnamnto a partir do conjunto d parâmtro prnt na quação difrncial, rultando m: Dta forma, uma vz conhcido o parâmtro d compribilidad coficint d adnamnto, é poívl timar indirtamnt o valor do coficint d prmabilidad do olo, utilizando- a guint xprõ. ou 55 Fluxo Latral no adnamnto ipót da toria - Fluxo unidimnional Maior pura da camada comprívl. Mnor largura da ára carrgada na uprfíci. Coficint d prmabilidad maior na dirção horizontal Fator qu contribum para o fluxo não unidimnional 56 28

29 Rcalqu dvido ao Rbaixamnto do Lnçol Frático Et rcalqu ão provocado plo rbaixamnto do nívl d água, no olo, m conqüência do aumnto do u po pcífico aparnt - não mai ujito ao mpuxo hidrotático - um acrécimo d prão ntr a partícula contituint do trrno. 57 Influência d Lnt d Aria Rduz o tmpo d rcalqu - rduzindo a ditância d prcolação. A prnça d dua lnt d aria rduz d para /3. Ito faz com qu o rcalqu ocorram num tmpo 9 vz mnor

30 Rcalqu, cm 30/04/202 Sobrcarga Uma da técnica para aclração do rcalqu conit na aplicação d uma obrcarga tmporária. Com a obrcarga, a magnitud do rcalqu totai aumnta fazndo qu atinja, m mnor tmpo, o valor prvito para o rcalqu total. 59 Pré-Carrgamnto Tmpo, ano A B Rduz o fito do rcalqu futuro para um dtrminado carrgamnto. Rduz o adnamnto cundário

31 Drno Vrticai d Aria A intalação d drno vrticai tm por finalidad aclrar o rcalqu atravé da rdução do comprimnto d drnagm. Plo fato da ditância ntr drno r ncariamnt infrior ao comprimnto d drnagm vrtical, o proco d adnamnto é aclrado, havndo uma prdominância d diipação do xco d poro prão no ntido horizontal-radial fazndo com qu a drnagm vrtical tnha mnor importância. 6 Drno Vrticai d Aria Aclra o rcalqu pla rdução do d. 62 3

32 Drno Vrticai d Aria Aclra o rcalqu pla rdução do d. 63 Adnamnto Scundário A fa d adnamnto primário trmina quando o xco d poro-prão grado é intgralmnt diipado (Δuo=0) tranfrido para tnão ftiva. Em algun cao o olo continua a variar d volum. Eta dformação adicional é atribuída à buca da partícula para uma condição mai távl d arranjo trutural. A dtrminação dt coficint d compribilidad, dnominado coficint d comprão cundária (Cα), é fita plotando-, para cada tágio d carga, a variação do índic d vazio m função do logaritmo do tmpo

33 Adnamnto Scundário C t log t 2 h h, ndo 2 65 Adnamnto Scundário 66 33

34 Adnamnto Scundário A A Log (, ) B B C D