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Compressibilidade dos solos: conceitos

Filipe Marinho Geotecnia Leave a Comment

Você já deve ter lido muito sobre recalque no solo no nosso blog e talvez já esteja de saco cheio.Mas calma, nesse post seremos um pouco mais teóricos e vamos conversar um pouco sobre compressibilidade no solo.

Topa?

Esse conceito é importantíssimo para entendermos um dos fenômenos de grande importância na engenharia civil, que é o adensamento e os recalques advindos desse fenômeno.

Se você quer aprender um pouco mais sobre  compressibilidade do solo, aproveita que esse post tem muito conteúdo!

Compressibilidade dos solos: conceito

Vamos começar com conceitos simples. O que seria a compressão do solo?

A compressão nada mais é do que a variação do volume de um solo, quando submetido à um carregamento, mantendo a sua forma.

Bem, agora que sabemos disso, vamos pensar no solo como um sistema trifásico, composto por partículas sólidas, água e ar.

A água e o ar ocupam os espaços vazios entre as partículas sólidas. Relembrando esses conceitos, vamos assumir as seguintes possibilidades para que ocorra uma compressão no solo:

  1. Variação de volume nos sólidos do solo;
  2. Compressão da água existente nesse solo;
  3. Diminuição do volume dos espaços vazios do solo, através da “expulsão” do ar ou da água contidos nele.

Então, as proposições 1 e 2 podem ser desconsideradas. Ambas proposições podem ser desconsideradas porque, para tensões usuais da construção civil, é as deformações nas partículas sólidas e na água são tão pequenas que podem ser desprezadas.

Logo, chegamos à conclusão que a variação de volume no solo é resultado da variação dos seus espaços vazios, ou seja, a compressão do solo pode ser calculada através do índice de vazios do solo.

Para um solo saturado, em que seus vazios são preenchidos por água, podemos dizer então, que a compressão ocorre por meio da expulsão da drenagem da água contida no mesmo. Quando esse solo é composto principalmente por finos, como é o caso de solos argilosos, essa drenagem é lenta e ocorro ao longo do tempo. A esse processo damos o nome de adensamento!

Compressibilidade x adensamento

A diferença entre compressibilidade e adensamento é bem simples. Entretanto, acho justo colocarmos de maneira bem clara, de forma a não gerar dúvidas futuras.

A compressibilidade é nada mais do que uma propriedade dos solos que não depende do tempo. Ela pode ser entendida como uma relação entre a compressão do solo (variação de volume) e a tensão efetiva aplicada no mesmo.

Já o adensamento, como já explicado anteriormente, é um fenômeno que ocorre ao longo do tempo e que é caracterizado pela variação de volume do solo devido à drenagem da água contida nos espaços vazios do mesmo!

Pronto, a partir de agora você não vai mais confundir esses conceitos!

Ensaio de adensamento (edométrico)

O ensaio de adensamento, ou ensaio edométrico, é um ensaio bem antigo, idealizado por Terzaghi, que tem como principal função determinar diversos fatores de compressibilidade do solo.

Basicamente, esse ensaio consiste em submeter uma amostra de solo, geralmente saturada, a diversos valores crescentes de tensão vertical sem deformação radial, conforme figuras abaixo.

Esquema do ensaio de adensamento

Esquema do ensaio de adensamento

Esquema funcional do ensaio de adensamento

Esquema funcional do ensaio de adensamento

Tal ensaio é normatizado pela NBR 12007. Mas, podemos resumir as etapas do ensaio da seguinte forma. São aplicados várias tensões verticais na amostra, geralmente saturada. Durante cada aplicação de carga, são anotados os valores de deformação vertical do solo e o tempo necessário para ocorrer tal deformação. Por fim, a amostra de solo é descarregada. Nessa etapa também são anotados os valores de deformação do solo.

Com todos os dados anotados, pode-se elaborar um gráfico de variação da altura da amostra x tensão vertical aplicada.

Tal ensaio é lento, podendo chegar de dias até semanas de ensaio até chegarmos ao resultado final.

Resultados do ensaio

Como já falamos anteriormente, a variação do volume do solo pode ser expressa ou calculada por meio da variação do índice de vazios no mesmo. Logo, de maneira geral, os gráficos resultantes do ensaio de adensamento são expressos em função do índice de vazios do solo.

Podemos fazer uma relação entre a variação de altura da amostra de solo do ensaio e a variação do índice de vazios do solo por meio da seguinte formulação:

\mathrm{\Delta h=\dfrac{H_o}{1+e_o}\Delta e}

Onde:

  • \mathrm{\Delta h}: variação de altura da amostra;
  • \mathrm{{H_o}}: altura inicial da amostra;
  • \mathrm{e_o}: índice de vazios inicial da amostra;
  • \mathrm{\Delta e}: variação do índice de vazios da amostra.

Então, a partir dos resultados obtidos através do ensaio, temos tipos principais de gráficos, ambos relacionando índice de vazios com tensão vertical aplicada, porém um com escala aritmética dessas tensões e outro com escala logarítmica.

Resultados gráficos do ensaio de adensamento

Resultados gráficos do ensaio de adensamento

Agora, vamos interpretar esses gráficos.

Interpretando os resultados do ensaio

Para a melhor interpretação, vamos analisar o gráfico abaixo que relaciona o índice de vazios da amostra com a tensão vertical aplicada, em escala logarítmica.

Gráfico para análise do resultado

Gráfico para análise do resultado

Podemos perceber que do ponto 0 ao ponto 1 o gráfico tem pequena variação de índice de vazios com o aumento da tensão vertical. Nesse trecho, podemos dizer que o é solo pré-adensado.

Já do ponto 1 ao ponto 2 essa variação do índice de vazios é bem maior. Além disso há uma linearidade entre a variação do índice de vazios e a tensão vertical aplicada em escala logarítmica. Para esse trecho, dizemos que o solo está normalmente adensado.

Já do ponto 2 ao ponto 3 ocorre o descarregamento da amostra. Nesse trecho, também podemos dizer que o solo está pré-adensado.

Mas afinal, o que é um solo pré-adensado e um solo normalmente adensado?

Bem, para respondermos essa pergunta, precisamos falar sobre a história desse solo. Exatamente, sobre a história do solo.

Durante a formação do solo, ele é submetido a diversas tensões verticais devido a processos naturais de formação geológica do mesmo. Então, a estrutura do solo foi modificada e guarda em si características dessas tensões.

Nesse contexto, a tensão de pré-adensamento é justamente a maior tensão que esse solo já foi submetido em sua história. 

No nosso gráfico que estamos analisando tal tensão é a tensão relativa ao ponto 1!

Ou seja, qualquer tensão aplicada maior do que a tensão de pré-adensamento, podemos dizer que o solo está sofrendo uma compressão virgem e está sendo normalmente adensado.

Qualquer tensão que ocorrer com um valor inferior a tensão de pré-adensamento, podemos dizer que o solo é pré-adensado, visto que já sofreu historicamente tal valor de tensão. Podemos dizer também que o solo está sofrendo uma recompressão.

Determinando a tensão de pré-adensamento

Agora você já sabe o conceito de compressibilidade do solo, a diferença entre compressibilidade e adensamento e alguns conceitos iniciais de adensamento.

Para finalizarmos esse primeiro post, vamos apenas aprender como determinar a tensão de pré-adensamento, visto que essa tensão será importantíssima para os próximos tópicos de adensamento.

De maneira geral, a tensão de pré-adensamento (\mathrm{\sigma'_{vm}}) é determinada por métodos gráficos. Apresentaremos dois métodos principais para tal determinação.

Método de Casagrande

Para determinação de (\mathrm{\sigma'_{vm}}) pelo método de Casagrande, deve-se seguir o seguinte passo a passo:

  1. No gráfico já traçado de índice de vazios x tensão efetiva em escala logarítmica, determinar o ponto P de mínimo raio de curvatura;
  2. Nesse ponto, traçar uma reta tangente (t) e uma reta horizontal (h);
  3. Traçar uma bissetriz (b) do ângulo formado entre as retas t e h;
  4. Traçar uma continuação da reta de compressão virgem do gráfico;
  5. A abcissa do ponto de intersecção entre a reta traçada no item 4 e a reta b nos dá a tensão de pré-adensamento.
Método de Casagrande

Método de Casagrande

Método de Pacheco e Silva

A determinação da tensão de pré-adensamento pelo método de Pacheco e Silva é um pouco mais simples, mas também gráfica. Para tal, deve-se seguir o seguinte passo a passo:

  1. Traçar uma reta horizontal com ordenada no índice de vazios inicial da amostra;
  2. Traçar uma continuação da reta de compressão virgem do gráfico;
  3. Na intersecção das linhas traçadas nos itens anteriores, trace uma linha vertical até que essa se encontre com o gráfico;
  4. No ponto de intersecção do gráfico com a linha traçada no item 3, trace um reta horizontal;
  5. A abcissa referente a intersecção da linha horizontal traçada no item anterior e a reta traçada no item 2 nos dá a (\mathrm{\sigma'_{vm}}).
Método de Pacheco e Silva

Método de Pacheco e Silva

 

Pronto! Você já aprendeu muitos dos conceitos necessários para conseguirmos entender o fenômeno de adensamento com mais propriedade!

Espero que você tenha curtido. Caso tenha ficado alguma dúvida, deixa nos comentários que a gente responde!

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Até a próxima!

 

 

 

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