GEOTECNIA II - AULA 01

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GEOTECNIA II
Docente: Eng. Civil Alisson Aureo Fernandes
Ementa
Compressibilidade e adensamento dos solos;
Resistência ao cisalhamento dos solos;
Ensaios de Laboratório;
Empuxos;
Projeto de muros de contenção
GEOTECNIA II
INTRODUÇÃO A COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO DOS SOLOS
Um aspecto de suma importância nos projetos e obras relacionados à Engenharia Geotécnica é a precisa determinação das deformações (ou recalques) provocadas pelos carregamentos verticais, seja na superfície do terreno ou em camadas próximas a ela. 
No caso de projetos de edificações com fundações superficiais, como sapatas e radiers, ou de estruturas de aterro, como barragens, aterros rodoviários e aterros de conquista, é crucial realizar o cálculo preciso das deformações induzidas pelas cargas aplicadas. A magnitude dessas deformações deve ser minuciosamente avaliada e comparada com os limites admissíveis para garantir o desempenho adequado da construção ao longo de sua vida útil.
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Figura (Gusmão, 2006) - Área de influência do carregamento aplicado pelo elemento de fundação na camada de solo
Quando uma obra é construída sobre o solo ou tem contato direto com ele, como fundações de edifícios ou estradas, ocorre uma transferência de cargas para o solo. Esse processo leva a uma redistribuição dos estados de tensão dentro do solo, o que pode resultar em compressão, expansão ou outros efeitos, dependendo das características do solo e das cargas aplicadas. Essas variações no volume do solo podem afetar a estabilidade e o comportamento da estrutura construída.
COMPRESSÃO 
DO SOLO
COMPACTAÇÃO
EXPULSÃO AR 
DOS VAZIOS
ADENSAMENTO
EXPULSÃO DA
AGUA DOS VAZIOS 
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COMPRESSIBILIDADE
É a relação independente do tempo entre variação
de volume e tensão efetiva, é a propriedade que os 
Solos têm de ser suscetíveis a compressão.
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ADENSAMENTO
É o processo dependente do tempo de variação de volume do solo devido à drenagem da água dos poros.
Recalque
O recalque de solo, comum em projetos de engenharia civil, refere-se à compressão ou assentamento do solo sob uma carga. Este fenômeno pode causar deformações e deslocamentos indesejados em estruturas como edifícios e estradas. Os principais fatores que o influenciam incluem a carga aplicada, as características do solo e a distribuição da carga. Para prever e mitigar o recalque, são utilizados ensaios de laboratório e análise de campo, essenciais para garantir a estabilidade e segurança das estruturas construídas sobre o solo.
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Recalque
O recalque são as deformações devido a carregamentos verticais aplicados na superfície do terreno em cotas próximas à superfície, por isso seu estudo é importante na análise de segurança das edificações (PINTO, 2006).
De acordo com o professor Dickran Berberian “todo solo recalca alguns irão recalcar mais que mais que outros pelos seus coeficientes de adensamentos ou pelas suas características físicas e mecânicas”. 
Prédios inclinados orla de Santos
Torre de Pisa
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Deformações no Solo
A aplicação de um carregamento no solo produzira o rearranjo das partículas de solo e a variação volumétrica das fases ar e agua;
Deformações da maioria dos solos é muito maior que a dos materiais estruturais;
Deformações dos solos, muitas vezes se produz ao longo do tempo;
Deformações rápidas – solos arenosos ou argilosos não saturados;
Deformações lentas – solos argilosos saturados;
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Deformações geradas pelo adensamento ou consolidação do solo;
Adensamento é o processo gradual de transferência de tensões entre a água – pressão neutra, e o maciço solido – tensão efetiva.
Expulsão de ar e água;
Em areias o adensamento ocorre muito rapidamente;
Nas argilas o processo é gradual ele vai ser controlado pela expulsão da água, água que estava no solo parada vai sendo expulsa conforme aplicação da carga.
Processo de adensamento e as consequentes deformações ocorrem devido aos esforços de compressão ao solo que esta sujeito;
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Podemos considerar 3 parcelas de recalque que são elas:
Recalque imediato:
Recalque por adensamento primário:
Recalque por compressão secundária:
Fatores que determinam a resistência à compressão (compressibilidade) do solo:
Tipo de solo;
Estrutura do solo;
Nível de tensões;
Grau de saturação do solo;
Ensaios em laboratório
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Solo
Deformações no Solo
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Contextualização de aula
• É possível medir o recalque do solo ao longo do tempo?
• Como a estrutura do solo se comporta ao receber a solicitação de uma carga? 
• Como medir o adensamento em laboratório?
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Ensaios de Compressão
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Ensaio de compressão simples
Ensaios de Compressão
Utilizado na avaliação dos parâmetros de resistência do solo
Corpo de prova cilíndrico (altura = 9 a 10 cm e área base = 10 cm²)
 Submetido à compressão (qu ) até a ruptura
cisalhamento
embarrigamento
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Resultados de ensaio de spt NBR 6484
Ensaios de Compressão
Ensaio de compressão simples
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Ensaio de compressão triaxial
Ensaios de Compressão
Resultado – carga/ área de aplicação;
Estado hidrostático de tensões;
Permite drenagem do corpo de prova (medição neutra)
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Ensaio de compressão edométrica
Ensaios de Compressão
Equipamento onde o solo se encontra comprimido por duas placas porosas e a deformação é medida por um relógio comparador apoiado à base da célula.
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Ensaio de compressão edométrica
Ensaios de Compressão
A célula de compressão é colocada numa prensa para a aplicação de cargas axiais; 
Carregamento é feito por etapas e para cada carga aplicada, registra-se a deformação a diversos intervalos de tempo até que as deformações tenham praticamente cessado; 
Em cada estágio de carregamento, determina-se o índice de vazios do solo através do índice de vazios inicial.
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Ensaio de compressão edométrica
Ensaios de Compressão
Por meio do índice de vazios e da diferença entre a altura em um determinado tempo (t) é possível obter o recalque.
Os recalques nas superfície de uma área carregada podem ser calculados pela equação:
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Ensaio de compressão edométrica
Ensaios de Compressão
Na prática, pode-se estimar o recalque pela variação de índice de vazios, em que a altura foi reduzida de 𝐻1 para 𝐻2 e o índice de vazio de 𝑒1 para 𝑒2, permanecendo constante a altura em que se encontram os sólidos, denominada 𝐻0
As alturas antes e depois do carregamento podem ser expressas como:
Expressando 𝐻0 em função de 𝐻1 e substituindo em 𝐻2, temos:
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Ensaio de compressão edométrica
Ensaios de Compressão
Assim, o recalque será a diferença entre 𝐻1 e 𝐻2, dado por:
O recalque específico fica como:
Assim, a fórmula resultante para o cálculo dos recalques é:
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Ensaio de compressão edométrica
Ensaios de Compressão
Do ensaio edométrico, é possível traçar a curva edométrica ou curva de adensamento.
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Ensaio de compressão edométrica
Ensaios de Compressão
Coeficiente de compressibilidade
Representa a variação linear entre as tensões efetivas e os índices de vazios – a inclinação da reta pode ser definida como um coeficiente indicador da compressibilidade do solo
Indice de vazios
Indice pressão
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Ensaio de compressão edométrica
Ensaios de Compressão
Módulo edométrico
Expresso pela relação entre o coeficiente de compressibilidade e o índice de vazios inicial acrescido de 1
Coeficiente de compressibilidade
Indice de vazios
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Adensamento 
Ensaios de Compressão
Compressão dos espaços vazios do solo como consequente expulsão de água, no caso do solo saturado;
Recalque total = recalque primário + recalque por adensamento.
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Adensamento 
Ensaios de Compressão
Com o adensamento é possível prever o recalque de fundações dos edifícios, aterros ou barragens, sendo um somatório dos recalques imediatos, diferidos e secundários. 
Recalques imediatospodem ser calculados pela Teoria da Elasticidade
Calculado a partir de formulas empíricas ou pela Teoria da Elasticidade Linear – proporcionalidade entre tensões e deformações;
Os solos não são elásticos;
Considerar outras parcelas de recalque para deformações finais do solo 
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Exemplo 
Uma empresa de projetista ganhou a licitação para execução de um conjunto de obras de engenharia, contempladas dentro do Plano de Expansão Municipal. O subsolo da região é basicamente composto por camadas de areia e argila intercaladas e com espessuras bastante variáveis. O Plano de Expansão Municipal contemplará 3 obras de distintas proporções.
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Exemplo 
Na primeira etapa será construído um complexo habitacional para realocação de comunidades em áreas de risco; em um segundo momento será construído um novo hospital municipal e; por fim, haverá o redimensionamento de uma ponte existente de forma que ela suporte o tráfego de veículos pesados. Na execução do conjunto habitacional, a fundação será apoiada sobre um perfil de solo argiloso. Foram retiradas amostras de solos para realização de ensaios edométricos.
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Exemplo 
Massa seca do solo = 444,6 g
Área do anel edométrico = 91,8 cm²
Massa espec. sólidos = 2,83 g/cm³
Altura inicial da amostra = 3,2 cm
Obter recalque do solo.
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Exemplo 
RESULTADOS DO ENSAIO EDOMETRICO
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Exemplo 
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Exemplo 2 
Utilizando como exemplo anterior obtenha o recalque com os seguintes ensaios enviado pelo laboratorista. 
	pressão kg/cm²	leitura extensômetro cm	diametro cm	altura da amostra	e
	0,00	0,94	 	 	 
	0,15	0,91	 	 	 
	0,30	0,88	 	 	 
	0,45	0,82	 	 	 
	0,60	0,76	 	 	 
	1,00	0,61	 	 	 
	3,00	0,47	 	 	 
	5,00	0,33	 	 	 
	pressão kg/cm²	leitura extensômetro cm
	0,00	0,94
	0,15	0,91
	0,30	0,88
	0,45	0,82
	0,60	0,76
	1,00	0,61
	3,00	0,47
	5,00	0,33
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Parâmetros de compressibilidade e tensão pré adensamento 
Trecho I – Parte ligeiramente curva que apresenta a recompressão do solo até um valor característico denominado de tensão de pré adensamento.
Indice de recompressão
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Parâmetros de compressibilidade e tensão pré adensamento 
Indice de recompressão
Trecho II – Reta inclinada, definida como reta virgem. As deformações são bem pronunciadas e reflete o comportamento do solo submetido a tensões superiores a máxima que ele já suportou.
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Parâmetros de compressibilidade e tensão pré adensamento 
Indice de recompressão
Trecho III – Curva quase horizontal que corresponde à parte final do ensaio, quando o corpo de prova é descarregado gradualmente e sofre ligeiras expansões.
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A reta de compressão virgem representa a primeira compressão do material em sua formação geológica. 
A curva de recompressão corresponde a recompressão do solo devido à retirada do material do maciço, sendo um processo de descarregamento devido à retirada do peso das camadas sobrejacentes.
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Tensão pré adensamento 
Tensão limite da curva de recompressão, correspondendo ao estado de solicitação a que o solo esteve anteriormente submetido.
Vamos conhecer três características do solo por meio de estudos realizados comparando a tensão efetiva inicial, a final (após o carregamento) e a tensão de pré-adensamento.
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Tensão pré adensamento
Solo normalmente adensado
Solo nunca esteve submetido anteriormente a maiores tensões
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Tensão pré adensamento
Solo sobreadensado
Solo esteve submetido anteriormente a maiores tensões que as atuais
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Tensão pré adensamento
Solo pré-adensado
Solo encontra-se em processo de adensamento devido a carregamentos recentes
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