DEFORMAÇÕES DEVIDO A CARREGAMENTOS VERTICAIS Pontifícia Universidade Católica de Goiás DEFORMAÇÕES DEVIDO A CARREGAMENTOS VERTICAIS Geotecnia II Disciplina: Geotecnia 2 Prof. : João Guilherme Rassi Almeida

RECALQUES DEVIDOS A CARREGAMENTOS NA SUPERFÍCIE DEFORMAÇÕES  GRANDE INTERESSE DA GEOTECNIA A DEFORMAÇÃO DA MAIORIA DOS SOLOS, É MUITO MAIOR QUE A DOS MATERIAIS ESTRUTURAIS E MUITAS VEZES, ESTA DEFORMAÇÃO SE PRODUZ AO LONGO DO TEMPO. DEFORMAÇÕES RÁPIDAS  solos arenosos ou argilosos não saturados LENTAS  solos argilosos saturados Geotecnia II - SOLOS ARGILOSOS SATURADOS  é necessário a saída de água dos vazios do solo

• Fases ar/água são expulsos dos vazios do solo RECALQUES • Fases ar/água são expulsos dos vazios do solo • Na prática → A compressibilidade das areias ocorrerá no período de construção onde todo o recalque se completará Geotecnia II

RECALQUES As argilas ( k↓ ) quando submetidas a um carregamento sua compressão é controlada pela velocidade com que a água é expulsa dos poros do solo → processo este chamado: CONSOLIDAÇÃO → sendo portanto um fenômeno dependente da σ x ε x t . As deformações podem ocorrer por meses, anos e décadas. Nas areias ( k↑ ) todo o processo de consolidação se dá muito rapidamente. Geotecnia II E - deformação

ENSAIOS DE DEFORMABILIDADE ENSAIO DE COMPRESSÃO AXIAL ENSAIO DE COMPRESSÃO TRI-AXIAL ENSAIO DE COMPRESSÃO EDOMÉTRICA Geotecnia II

ENSAIOS DE DEFORMABILIDADE Compressão Edométrica SOLO CONFINADO  SEM DEFORMAÇÃO LATERAL ENSAIO: Amostra é moldada em um anel rígido Pedras porosas  saída de água Ø = 3 x h  reduzir atrito lateral 5 < Ø < 12 cm Aplica-se cargas axiais por etapas Cada etapa  registra-se a deformação em f(t) Geotecnia II

ENSAIOS DE DEFORMABILIDADE Compressão Edométrica ENSAIO (cont.): Cessadas as deformações de cada carregamento  aplica-se cargas com o dobro da intensidade anterior Índices de vazios de cada etapa (e1; e2; ... ;en)  f(e0) e da redução de altura do CP Apresentação dos Resultados graficamente (Tensão vertical x índice de vazios) Geotecnia II Areias  intervalos de minutos Siltes  intervalos de dezenas de minutos Argilas  intervalos de dezenas de horas

ENSAIOS DE DEFORMABILIDADE Compressão Edométrica Carregamento Carregamento Geotecnia II Carregamento Descarregamento Descarregamento Solo não é um material elástico

MODELO MECÂNICO DE TERZAGHI Geotecnia II Solo saturado  representado por uma mola dentro de um pistão cheio d’água, com uma válvula que permite abrir e fechar; Analogias: Carga no pistão  Carregamento vertical Cilindro  confinamento do solo Água no cilindro  água nos vazios do solo Mola  esqueleto mineral; Rigidez da mola  compressibilidade do solo Válvula  permeabilidade (a) e (b)  Estado de repouso (c) Carga com válvula fechada  mola não se deforma; toda carga é transmitida para a água; gerando pressão na água igual a tensão total (tensão efetiva = 0) (d) Carga com válvula aberta  com a saída da água a tensão total é lentamente transferida para a mola (acréscimo de tensão efetiva) (e) Tempo Infinito  total dissipação da pressão de água (tensão total = tensão efetiva)

MODELO MECÂNICO DE TERZAGHI Hipóteses: Transferência gradual de carga Geotecnia II

RECALQUES É Termo utilizado em engenharia civil para designar o fenômeno que ocorre quando uma edificação sofre um rebaixamento devido ao adensamento do solo sob sua fundação. Recalque  causa de trincas e rachaduras em edificações (recalque diferencial  uma parte da obra rebaixa mais que outra gerando esforços estruturais não previstos e podendo até levar a obra à ruína) Geotecnia II

Existem três parcelas de recalques a serem consideradas: Recalque imediato (Si) Recalque por adensamento primário (Sc) Recalque por compressão secundária (Ss) Geotecnia II

Recalque imediato (Si) RECALQUES Recalque imediato (Si) O recalque imediato ocorre principalmente devido à compressão dos gases (em solos não saturados). É calculado a partir de fórmulas empíricas ou pela a Teoria da Elasticidade Linear. Como estes recalques ocorrem concomitante com o carregamento, não costumam criar problemas para as obras em fundações rasas (sapatas, blocos e radier) Geotecnia II

Recalque imediato (Si) RECALQUES Recalque imediato (Si) Onde: qo – é a tensão distribuída uniformemente na superfície; E, ν - são o módulo de Elasticidade e o Coeficiente de Poisson respectivamente; B – é a largura (ou diâmetro) da área carregada; I – Coeficiente de forma que leva em conta a geometria e a rigidez da fundação Geotecnia II Módulo de Elasticidade = Parâmetro de Resistencia do Solo Coeficiente de Poisson = % da tensão aplicada num sentido Se área retangular  adota-se o menor b; pois o carregamento será maior para uma “área” menor

Coeficiente de forma (I) para cálculo dos recalques Geotecnia II Rígida ou Flexível é em função da espessura da placa; Flexível  com deformação  Carregamentos são constantes Rígida  sem deformação  Recalques são constantes

RECALQUES Exemplo: E = 55 MPa; v = 0,35 Rocha Geotecnia II Se area retangular  adota-se o menor b; pois o carregamento será maior para uma “área” menor Resposta: 0,814 cm 1 Mpa = 1000 kPa qo = 890 / (1,5²)  395,55 kPa Rocha

Recalque por adensamento primário (Sc) RECALQUES Recalque por adensamento primário (Sc) Requer atenção especial em casos de solos argilosos devido a ocorrerem ao longo de um tempo que pode ser bastante grande, podendo provocar o aparecimento de solicitações estruturais que não tinham sido previstas. É calculado quase sempre utilizando-se a teoria unidimensional de Terzaghi. Geotecnia II - SOLICITAÇÕES ESTRUTURAIS  redistribuição das cargas

RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) Parâmetros av e Cc Geotecnia II av  coeficiente indicador da compressibilidade do solo, ou seja, redução dos vazios (sinal negativo somente para indicar a redução do índice de vazios) Cc  índice de compressão (serve para indicar a inclinação da reta virgem) av = f (tipo de solo, densidade e nível de tensões)

RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) Exercício Geotecnia II - E – deformação av av? e Cc?

RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) TENSÕES DE PRÉ-ADENSAMENTO Memória de Carga Máxima Tensão efetiva de carregamento durante a formação geológica Normalmente adensado (NA) – Tensão efetiva em campo Pré adensado (PA) ou Sobreadensado – Tensão de Pré Adensamento > Tensão efetiva de Campo Em adensamento – Tensão de Pré Adensamento < Tensão efetiva de Campo Geotecnia II Normalmente adensado (NA) – ponto de inflexão Pré adensado (PA) – parte superior Em adensamento – trecho virgem Trecho DC – nova tensão de pré-adensamento

RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) Causas do pré-adensamento • Pré- carregamento (geológico ou antrópico) • Variação de u por rebaixamento do NA • Geração de sucção (Ressecamento e capilaridade) • Cimentação Geotecnia II Variação de u  aumento da tensão efetiva Sucção - aumento da tensão efetiva Cimentações – são acréscimos de resistência

RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) Determinação da Tensão de Pré-adensamento Método de Pacheco Silva Passos: a) Prolonga-se a reta virgem até o encontro com uma horizontal traçada do índice de vazios inicial; b) Do ponto de interseção baixa-se uma vertical até a curva; c) Deste último ponto traça-se uma horizontal até o prolongamento da reta virgem. PA NA Geotecnia II Em adensamento

RECALQUES DE CONSOLIDAÇÃO (Sc) Geotecnia II H – altura da camada Sigma Vm = tensao de PA (45 kpa) Sc

Exercício Aterro  40kPa / Sobreadensado  camada de 1 m da areia superficial (erodida) / Tensão de pré- adensamento  18 kPa / Recalque por adensamento ocorre na argila Cc = 1,8 e Cr = 0,3. 200 Geotecnia II

COEFICIENTE DE ADENSAMENTO (CV) Coeficiente em função: RECALQUES COEFICIENTE DE ADENSAMENTO (CV) Coeficiente em função: Permeabilidade* (k) Porosidade* (e) Compressibilidade* (av)kPa-1 *As propriedades do Solo não variam com o adensamento. Geotecnia II

DISTÂNCIA DE DRENAGEM (Hd ou Hd/2) RECALQUES DISTÂNCIA DE DRENAGEM (Hd ou Hd/2) Maior distância de percolação da água Areia Areia Argila Hd Argila Hd/2 Areia ROCHA FATOR TEMPO (T) Correlaciona os tempos de recalque às características do solo (cv) e às condições de drenagem (Hd) Adimensional Geotecnia II

GRAU DE ADENSAMENTO (UZ) RECALQUES GRAU DE ADENSAMENTO (UZ) Relação entre deformação (ε) ocorrida num elemento em f(z;t); e deformação final desse elemento; Variação entre índice de vazios (e) no instante (t) e variação total do índice de vazios Equivalente ao grau de acréscimo de Tensões Efetivas (Dσ’) Relação entre pressão neutra (u) dissipada no instante (t) e a pressão neutra total dissipada Geotecnia II Epsilon; e; sigma; u  para o instante (t) 1  inicial 2  final

GRAU DE ADENSAMENTO (UZ) RECALQUES GRAU DE ADENSAMENTO (UZ) Objetivo  Determinar o grau de adensamento para qualquer instante (t), à qualquer profundidade (z) Obs: Quanto mais próximo da face de drenagem; mais rápidas são as dissipações das pressões neutras  TODOS OS SOLOS O tempo de dissipação  variável para cada tipo de solo Geotecnia II u  saída de água nas margens ocorre semelhante ao resfriamento de um bolo; onde o miolo será a ultima parte a resfriar

Uz  F(z;T) Geotecnia II T = 0,3  Uz = 40% (centro); Uz = 57% (z/4); Uz = 77% (z/8) Quanto mais próximo um elemento se encontra das faces de drenagem, mais rápido as pressões neutras se dissipam Uz  F(z;T)

GRAU DE ADENSAMENTO MÉDIO ou PORCENTAGEM DE RECALQUE (U) RECALQUES GRAU DE ADENSAMENTO MÉDIO ou PORCENTAGEM DE RECALQUE (U) Relação entre recalque sofrido no instante (t) e recalque total devido ao carregamento Todos os recalques por adensamento seguem a mesma evolução (Gráfico e Tabela a seguir) Geotecnia II

Curva de Adensamento Geotecnia II

Geotecnia II

RECALQUES EXERCÍCIO: Aterro c/ 2,5m de altura ρ = 50 cm Coeficiente de Compressibilidade – av = 0,06 kPa-1 k = 3x10-6 cm/s  3x10-8 m/s e = 3 Coeficiente de Adensamento Cv = ? U = 50%  t? t = 90 dias  U? Geotecnia II Areia Y = 18 kn/m³

Recalque por compressão secundária (Ss) Quase sempre não é considerado RECALQUES Recalque por compressão secundária (Ss) Quase sempre não é considerado Costumam ocorrer em períodos muito longos de tempo de forma que a estrutura na maioria das vezes consegue se adaptar às novas solicitações que porventura surjam Principal causa deslizamento dos contatos entre partículas de argila. Geotecnia II