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COMPRESSIBILIDADE
Uma das principais causas de recalques é a compressibilidade dos solos, ou seja, a diminuição do seu volume sob ação das cargas aplicadas; em particular um caso de grande importância é aquele que se refere á compressibilidade de uma camada de solo, saturada e confinada lateralmente. Tal situação condiciona os chamados recalques por adensamento, que alguns autores preferem denominar recalques por consolidação. A Torre de Pisa é um exemplo clássico de obra que promoveu um grande adensamento do solo sob suas fundações gerando um elevado nível de recalque diferencial. Outro exemplo bastante citado no Brasil são os prédios na orla da cidade de Santos.
A compressibilidade de um solo é indicada pelo índice de adensamento, o qual pode ser obtido por vários métodos. O mais utilizado é o método clássico desenvolvido por Terzaghi e conhecido no Brasil como ensaio de adensamento lateralmente confinado ou ensaio edométrico. O processo consiste na aplicação de carregamentos verticais em uma amostra lateralmente confinada. Nesse processo ocorre a redução do volume do solo. Esta redução é devida a tensão sobre a amostra, que faz com que as partículas de solo posicionem-se de forma mais compacta, reduzindo o volume de vazios e consequentemente o volume total. Quando a amostra está saturada, o adensamento se dá pela expulsão da água.
ADENSAMENTO
Processo de adensamento
A fim de se explicar em que consiste a mecanismo do processo de adensamento, consideraremos o caso de uma fundação que distribui sua carga a uma camada de argila saturada, limitada por camada de areia e por um leito rochoso, impermeável.
Em um ponto M qualquer da camada compressível de argila saturada, admitamos que a pressão transmitida pela fundação seja P0.
Ora, parte dessa pressão, U, vai ser transmitida à água que enche os vazios do solo; e a outra parte, P, às suas partículas sólidas, de modo que:
P0 = P + U
A pressão p em o nome de pressão efetiva grão a grão, e ao acréscimo de pressão neutra, u, chama-se sobrepressão hidrostática.
A água (admita incompressível) que está presa nos vazios do solo, sofrendo esta sobrepressão, começa a se escoar em direção vertical, no sentido da camada de drenagem de areia; no caso da argila, como a sua permeabilidade é muito baixa, o escoamento se faz muito lentamente.
Dessa forma, a pressão u vai diminuindo até anular-se, e P vai aumentando, uma vez que P0 é constante.
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Assim, no momento de aplicação da carga: U = P0 e P = 0 e, no final , quando cessa a transferência de pressões de U para P, praticamente U = 0 e P = P0. Em uma fase intermediária qualquer, teremos:
P0 = P(t) + U(t)
Uma vez que P e U são funções do tempo.
Esta é a lei fundamental que rege o fenômeno do adensamento das camadas de solo.
ANALOGIA MECÂNICA DE TERZAGHI
O processo de consolidação é explicado, freqüentemente, com um sistema idealizado por Terzaghi, onde o solo é representado por uma mola cuja deformação é proporcional à carga sobre ela aplicada. O solo saturado pode então ser imaginado como uma mola dentro de um cilindro cheio de água. O cilindro tem um pequeno furo no seu êmbolo, por onde a água pode sair lentamente representando assim a sua baixa permeabilidade.
Teoria do adensamento de solos de Terzaghi em analogia com um sistema mecânico.
O modelo mecânico de Terzaghi, representado na figura acima, tem seu funcionamento conforme descrito a seguir.
- O cilindro cheio d'água, e com a mola dentro, estão em equilíbrio e representam o solo saturado;
- É aplicado um carregamento sobre o pistão. Nesse momento a água é que sustenta toda a carga pois ela pode ser considerada incompressível;
- À medida que a água é drenada pelo orifício, parte do carregamento passa a ser suportado pela mola que vai encolhendo e aumentando sua resistência. O solo está adensando;
- O sistema volta ao equilíbrio pois a pressão da água foi toda dissipada e a mola, que representa a estrutura sólida do solo, suporta a carga sozinha. É o fim do adensamento.
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Se as condições reais corresponderem à situação da chamada semi-aberta,
empregar-se-á então um disco poroso. Observemos que, apesar da pequena
altura das amostras, o atrito que se desenvolve entre o solo e a parede do anel,
constitui uma causa de erro, embora não muito importante. Segundo tem sido
observado, a força de atrito lateral atinge valores da ordem de 10 a 20% da pressão vertical aplicada. Daí a razão de alguns laboratórios utilizarem
amostras de altura ainda menor.
O anel rígido procura reproduzir no laboratório o que ocorre na natureza, onde
a deformação lateral da massa de solo é impedida pelo restante do maciço
terroso que a envolve. A carga é aplicada sobre a pedra porosa superior por meio de um disco metálico rígido, e a compressão é medida com o auxilio de
um micrômetro (com sensibilidade de 0,01 mm). Para fins de investigação, existe um tipo de edômetro mais aperfeiçoado, projetado por Rowe e Barden.
REALIZAÇÃO DO ENSAIO
Aplicando-se cargas verticais que vão sendo gradualmente aumentadas,
geralmente segundo uma progressão geométrica de razão igual a dois. Cada
estágio de carga deverá permanecer o tempo suficiente para permitir a
deformação total da amostra, registrando-se, durante o mesmo, e a intervalos
apropriados (15, 30s; 1;2;4;8;16;32 min. e daí em diante em intervalos
arbitrários) as indicações e ( deformações) do micrômetro.No final de cada estágio, quase sempre após 24 horas, as pressões s são efetivas.
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PROCEDIMENTO: ASTM - D - 2435
Para cada incremento de carga, a deformação da amostra e o tempo correspondente são plotados em um papel semilogarítmico.
RESULTADOS DO ENSAIO:
No fim do ensaio, cada incremento de carga corresponde a tensão efetiva σ’ e
os índices de vazios respectivos podem ser calculados em função da
densidade e da deformação da amostra.
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Pré-adensado - quando a pressão de pré-adensamento é maior do que a tensão efetiva que ele está carregado: σ 〈 σa
Parcialmente adensado - quando o solo não atingiu suas condições de
equilíbrio, ou seja, não terminou de adensar sob o peso próprio da terra: σ’> σa
ÍNDICE DE COMPRESSÃO:
A declividade da curva exlog σ’ para um solo normalmente adensado, é
chamada de índice de compressão.
Para argilas normalmente adensadas - Terzaghi e Peck (1967):
Para argilas remoldadas:
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