Compressibilidade do solo

A aplicação de tensões em solos é, comummente, resultado da construção de uma obra de engenharia civil e, nos casos de aterros uma vez que a área da fundação é suficientemente grande é considerada a uma dimensão. Nesta secção são discutidos os mecanismos de assentamento em solos. Seguidamente, a relação entre tensões aplicadas a solos e suas deformações consequentes, são discutidas.

A quantificação da compressão em solos, como resposta a um carregamento aplicado, é complicada pelas respostas não lineares e não conservativas dos solos. A resposta não linear dos solos pode ser descrita como uma variação da deformação apesar da tensão aplicada não sofrer alteração. A natureza não conservativa dos solos é descrita como a “memória” do solo, semelhante à deformação plástica observada em outros materiais (Holtz & Kovacs, 1981).

A quantidade total de compressão que um solo sofre é resultado do somatório de três mecanismos: compressão elástica, consolidação e consolidação secundária ou fluência. A compressão elástica ocorre aquando da aplicação de um carregamento ao solo, resultando na compressão dos vazios na matriz do solo e um rearranjo das partículas do solo numa estrutura mais compacta A compressão elástica é função do índice de vazios inicial, tensão aplicação e histórico de tensões do solo. Quando um carregamento é aplicado a solos geralmente considera-se que a resposta será elástica. No entanto, a quantidade de assentamento elástico não é totalmente elástico mas é, frequentemente, aproximado com a teoria da elasticidade. O assentamento elástico ocorre, na verdade, quando a condição de carregamento é não drenado, antes da dissipação das pressões intersticiais provocadas pelo carregamento (Terzaghi et al., 1996).

A consolidação dá-se quando a água que está presente nos poros é expelida ao longo do tempo, se o carregamento se mantiver. O assentamento que conduz à consolidação é geralmente mais pronunciado em solos finos, uma vez que a permeabilidade é menor e a velocidade a que a água é drenada dos poros é, várias ordens de grandeza, menor do que em solos granulares. A consolidação de solos é frequentemente aproximada com recurso à teoria da consolidação unidimensional de Terzaghi.

A compressão secundária dos solos ocorre quando o excesso das pressões intersticiais já se dissipou e a tensão efectiva constante. A compressão secundária de solos é função do tempo e é particularmente significativa em solos orgânicos (como por exemplo turfas) e solos argilosos (Holtz & Kovacs, 1981). Apesar do assentamento possuir diferentes fases, o comportamento de tensão- deformação do solo, é ainda afectado pelo teor em água aquando da compactação.

Seed e Chan (1959 apud Guo & Yue-xin, 2009) realizaram um ensaio triaxial não consolidado não drenado em duas amostras de argila siltosa, uma compactada do lado seco e outra do húmico. Concluíram que a amostra compactada do lado seco teve uma inclinação da curva de tensão-

35

deformação superior à outra amostra. Seed e Chan (op. cit.) atribuíram as diferenças de resultados à estrutura do solo provocada pelos diferentes teores em água aquando da compactação.

O comportamento de tensão-deformação do solo durante compressão confinada pode ser descrita como um processo faseado em três partes. Para o solo, o troço inicial da curva de tensão-deformação é praticamente constante (estádio 1) como é evidenciado pela concavidade voltada para cima no gráfico (ver Figura 2-5), como resultado de um rearranjo das partículas de solo e os vazios são preenchidos. Com a continuação da aplicação do carregamento as partículas começam a ceder ou esmagar, destruir as angulosidades e as arestas dos grãos, resultando num comportamento que é traduzido pela concavidade, da curva de tensão-deformação, voltada para baixo (estádio 2). As partículas do solo continuam a ceder, com o acréscimo de tensões, de tal modo que, as novas partículas formadas são forçadas a relocaliza-se nos vazios existentes, resultando assim numa estrutura mais compacta, mais consolidada e é traduzido por mais uma alteração da concavidade da curva de tensão-deformação (estádio 3).

As características de compressão mecânica de um solo são comummente dispostas num gráfico índice de vazios vs logaritmo da tensão aplicada. A curva tem, tipicamente, um comportamento bilinear. O ponto de inflexão da curva é geralmente assumido como representando o estado de tensão mais elevado que o solo ou material esteve sujeito, o que é designado por tensão de pré-consolidação (Terzaghi et al., 1996). O índice de recompressibilidade ou índice de expansão, Ce, representa a inclinação da linha tangente à curva de compressão localizada à esquerda da tensão de pré consolidação (tensões inferiores à de pré-consolidação). O índice de compressibilidade, Cc, é a tangente, à curva de compressão, para tensões superiores à tensão de pré-consolidação. Um gráfico ilustrando a curva genérica relacionando o índice de vazios com o logaritmo decimal das tensões aplicadas é apresentado na Figura 2-5.

Figura 2-5 - Curva genérica relacionando o índice de vazios com o logaritmo decimal das tensões aplicadas (Wong, 2009)

O índice de compressibilidade pode ser utilizado para prever a variação do índice de vazios, e portanto, alterações na tensão ou assentamento, para solos normalmente consolidados baseado na alteração

36

das tensões aplicadas. De modo a ter em consideração o índice de vazios inicial, e0, é comum calcular

a taxa de compressibilidade com recurso à equação (2.2) 𝐶𝑐𝑒=_{1 + 𝑒}𝐶𝑐

0 (2.2)

Onde:

𝐶𝑐𝑒, taxa de compressibilidade

𝐶𝑐, é o índice de compressibilidade

𝑒0, é o índice de vazios inicial

Solos com elevados valores de índice de compressibilidade exibirão um assentamento superior, quando sujeitos a um carregamento, do que solos com valores de índice de compressibilidade menores. Os valores do índice de compressibilidade podem variar entre 0,15 - argilas a 15 - turfa (Holtz & Kovacs, 1981). As turfas exibem assentamentos significativos, em que a consolidação secundária tem um papel preponderante. As turfas têm geralmente uma composição muito heterogénea, elevada compressibilidade e assentamentos significativos. As turfas são semelhantes aos resíduos, no que diz respeito à variabilidade espacial das propriedades e elevados valores de assentamento derivados da consolidação secundária.