Rafaela Faciola

Universidade Federal de Alagoas Campus do Sertão – Delmiro Gouveia

Curso de Engenharia Civil

Aula 1 – Consolidação

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- Apresentação do tema

- Introdução à compressibilidade

- Analogia mecânica do adensamento

- Recalque

Aula 1 – Consolidação

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Pontes Túneis Edifícios Barragens

Obras de Engenharia

Fundações

Solo

Deformações (RECALQUE)

2 RECALQUE EM EDIFÍCIOS

Aula 1 – Consolidação

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QUANDO ACONTECE RECALQUE?

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QUANDO ACONTECE RECALQUE?

5

Deformações

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● Todos os materiais existentes na natureza se deformam

● Solo: Comportamento Tensão Deformação depende do tempo

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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.

Parcela Considerada

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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

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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

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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

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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

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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

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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.

e

log ’

Compressão virgem

(inclinação Cc)

Recompressão

Expansão

A Compressibilidade e a HISTÓRIA DE TENSÕES

Curva e x log σ’

Tensão de pré-adensamento (σ’ad)

𝐶𝑐 = ∆𝑒

𝑙𝑜𝑔𝜎′𝑓𝜎′𝑖

Cc

e

log σ’

)'/'log(

eeC

01

10c

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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!!!

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Verificação da Condição do Solo In Situ

1) Quando σ’v = σ’ad

e

log ’

e

log σ’

σ’v

σ’ad

Solo é Normalmente Adensado

Neste caso, o solo nunca foi submetido à uma

tensão efetiva vertical maior a atual.

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Verificação da Condição do Solo In Situ

2) Quando σ’ad > σ’v

e

log ’

e

log σ’

σ’v

σ’ad

Solo é Pré-adensado

Neste caso, conclui-se que, no passado, o depósito já foi submetido a um estado de tensões superior ao atual.

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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:

𝑂𝐶𝑅 =𝜎′𝑎𝑑

𝜎′𝑣

*Quando o OCR > 1 o solo é PRÉ-ADENSADO

Verificação da Condição do Solo In Situ

Observações Importantes:

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Verificação da Condição do Solo In Situ

3) Quando σ’ad < σ’v

e

log ’

e

log σ’

σ’ad

σ’v

Solo está em adensamento

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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.

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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:

𝑡 = 0 ∆𝑢 = ∆𝜎𝑣

Após um tempo infinito (término do processo de adensamento),

𝑡 = ∞ ∆𝑢 = 0

ou seja, todo acréscimo de tensão total foi transferido para a tensão efetiva.

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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

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t = 0

23

Analogia Mecânica ao Adensamento

t = 0 t =

23

Analogia Mecânica ao Adensamento

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Du

D1

D1

P1

Cilindro

Mola

Pistão Torneira

Água

t

t

t

t

t

D1

D’

Du

De

DVw

to

to

to

to

to

DVw

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.

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TEORIA DO ADENSAMENTO DE TERZAGHI

1) O solo é totalmente saturado 2) A compressão é unidimensional 3) O fluxo d’água é unidimensional 4) O solo é homogêneo 5) As partículas sólidas e a água são praticamente incompressíveis

perante a compressibilidade do solo 6) O solo pode ser estudado como elementos infinitesimais, apesar

de ser constituído de partículas e vazios 7) O fluxo é governado pela lei de Darcy 8) As propriedades do solo não variam no processo de adensamento 9) O índice de vazios varia linearmente com o aumento da tensão

efetiva durante o processo de adensamento

HIPÓTESES

Recalque por Adensamento

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Variação volumétrica que ocorre nos solos finos ao longo do tempo!

RECALQUES

RECALQUE

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A

Ho

Hvo

Hs

A

Ho Hvo

Hs

DH

Ho = Hvo + Hs

Então:

E,

RECALQUE

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Ho = Hs(1+ eo) Hf = Hs(1+ ef) Hf = Ho (1+ ef)/(1+ eo) Recalque (ρ) é a diferença entre Hf e Ho: ρ = Ho (1 + eo -1 - ef)/(1+eo) ρ = Ho (eo - ef)/(1+eo)

A

Ho Hvo

Hs

DH Hf

Curva e x log σ’v

Cálculo do Recalque pela Curva: Formulações!!! Relação entre o “e” e à “Tensão Efetiva”

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Curva e x log σ’v

Solos Normalmente Adensados

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Curva e x log σ’v

Solos pré-adensados na zona de recompressão

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Curva e x log σ’v

Solos pré-adensados na zona da reta virgem

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Exercício

Solução:

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Exercício

(i) Situação 1: Solo Normalmente adensado

(ii) Situação 2: Solo pré-adensado (OCR=2)

(iii) Situação 2: Solo pré-adensado (OCR=1,5)

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