EXPANSÃO “LIVRE” E TENSÃO DE EXPANSÃO 1 Expansão “livre”

A expansão “livre” do solo, obtido através do ensaio de expansão "livre" (El = 100∆h / ho), variou de 7,45% (para tensão de 1,0 kPa) a 3,20 % (para tensão de 10 kPa), A magnitude da expansão "livre" depende da tensão de sobrecarga que o solo está submetido. Deve-se, portanto, ao indicar o valor da expansão "livre", mencionar à tensão a que foi submetido. Pelo critério de Vijayvergiya e Ghazzaly (1973) (inundação a 10 kPa), o solo tem um grau de expansividade médio. Ferreira e Ferreira (2009), analisando uma argila bruno-avermelhada de Petrolândia- PE constatou que a expansão “livre” é função da pequena sobrecarga colocada e da umidade inicial de em que se encontra o solo.

4.1.3.2 Tensão de expansão

A tensão de expansão no solo sem cal foi analisada por diferentes métodos, como está apresentado na Figura 4.6. Quando o solo foi inundado, sob as tensões verticais de consolidação de 10 a 80 kPa, ele expandiu. Sob a tensão de 320 kPa houve a transição entre expansão e colapso, para as tensões de 640 a 1280 kPa o solo colapsou. Na mesma Figura é mostrado a expansão do solo devido à inundação com o tempo até a estabilização das deformações, para diferentes tensões verticais de inundação (10, 20 e 80 kPa) e a consolidação com o acréscimo de tensão até o solo atingir a altura inicial, antes da inundação, mostrada na Figura 4.6 (b). No Método 1 (Carregamento após expansão com diferentes tensões verticais de consolidação), Figura 4.6 (b) o valor médio da tensão de expansão obtida foi de 90 kPa. Pelo Método 2 , Figura 4.6 (c), foi determinado o valor da tensão de expansão de 100 kPa. A relação entre a expansão do solo após estabilização com a tensão vertical de consolidação em escala logarítmica é aproximadamente linear.

Figura 4.6 − Métodos de tensão de expansão (a) Expansão sob tensão; (b) Método 1 – Carregamento após expansão com diferentes tensões verticais de consolidação; (c) Método 2

– Expansão e colapso; (d) Volume constante e de Rao et al (1988); (e) Justo et al (1984). c)

O valor da tensão de expansão a Volume Constante - Método 3, impedindo a variação de volume do solo, foi de 87 kPa e a curva de deformação volumétrica específica é apresentada na Figura 4.6 (d). Após a determinação da tensão de expansão a Volume Constante, procedeu-se o carregamento para a determinação da tensão de expansão pelo método 4, Rao et al. (1988). A mesma Figura mostra o resultado deste ensaio com o valor da tensão de expansão de 120 kPa obtida. Na Figura 4.6 (e) a tensão de expansão determinada pelo Método 5, Justo et al. (1984), tem um valor de 80 kPa e depende da curva de inundação sob tensão e da curva de umidade natural.

A tensão de expansão do solo obtida pelo Método 1 depende da trajetória de tensão seguida antes da inundação, notoriamente os valores mais baixos da tensão vertical de consolidação.

A Figura 4.7 mostra o comportamento das curvas de tensão em função do tempo, após a inundação no ensaio edométrico simples. Para a tensão de 10 a 80 kPa, a deformação devido a inundação medido com o tempo, é de expansão, para a tensão de 320 kPa houve expansão até os primeiros 100 minutos e em seguida colapso até os 1000 minutos. Houve colapso para a tensões de 640 a 1280 kPa. Roo (2006) considerou três fases para o processo de deformação de expansão e/ou colapso do solo, concluindo que a defornação inicial está associada com a microestrutura, enquanto que a deformação primária e secundária está associada com a macroestrutura, Figura 4.7. Na fase inicial, a intervalos de menos de 1 minuto, há pequenas deformações no solo e a água se infiltra apenas na periferia. Na fase primária, intervalo de 1 a 300 minutos, a água se infiltra a partir da periferia para o centro, umidificando o solo progressivamente, ocorrendo deformações com maior intensidade. Na secundária, intervalo superior a 300 minutos, a água chega ao centro do núcleo, e os espaços vazios são quase completamente cheios de água e a velocidade da deformação diminui.

Figura 4.7 − Comportamento da variação de deformação no período de tempo sob tensão (a) pequena alteração na umidade do solo; (b) mudança de umidade na periferia do solo; (c) apenas o núclo central mantém a umidade inicial; (d) não há mudança na umidade do solo.

A tensão de inundação sendo muito baixa, o desenvolvimento do mecanismo é mais completo. Caso a inundação se processe depois (Método 2 e Método 5) ou de forma simultânea (Mètodo 3), o mecanismo de expansão desenvolve-se no solo de forma parcial, em virtude de estar sob tensão, atingindo um umedecimento menor.

A trajetória de tensão seguida para a determinaçao da tensão de expansão, Método 1, é de menor interesse pois na prática só é aplicada quando se usa a técnica de inundação prévia e posterior construção. A vantagem se apresenta caso a inundação seja realizada à baixa tensão, para possiblitar uma maior expansão e, após a expansão, a construção não transmita uma tensão elevada, em virtude de o solo inundado apresentar maior compressão do que o solo não saturado sob cargas maiores.

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 0,1 1 10 100 1000 10000 De fo rm açã o d e exp an são (% ) Tempo (minutos)

10 kPa 20 kPa 80 kPa 320 kPa 640 kPa 1280 kPa

Expansão ou colapso

inicial

a b

EXPANSÃO _{Colapso Secundário}Expansão ou

Expansão ou colapso primário

Em relação aos métodos, a diferença entre eles é a ordem seguida entre a aplicação de tensão e a inundação, por exemplo: Método 1 a amostra é inundada primeiro e carregada depois; Método 2 a amostra é carregada primeiro e inundada depois; Método 3 a inundação e carregamento ocorrem simultaneamente; Método 4 inicialmente ocorre como no Método 3 até a tensão de expansão a volume constante, posteriormente eleva-se o carregamento comprimindo o solo. Método 5 a curva de inundação sob tensão depende mais do estado de tensão do solo.

As diferentes trajetórias de tensões aplicadas ao solo utilizadas nos métodos levam a valores distintos da tensão de expansão. Comportamento similar foi obtido na argila de Petrolândia-PE, por Ferreira e Ferreira (2009), na argila de Pesqueira-PE por Silva e Ferreira (2007) e por Delgado (1986) na argila compactada Arahal-A coletada da Barreira La Paz de Arahal (Sevilla) conforme na Tabela 4.6.

Tabela 4.6 − Tensão de expansão da argila de Cabrobó,na argila de Petrolândia-PE, por Ferreira e Ferreira (2009), na argila de Pesqueira-PE por Silva e Ferreira (2007) e na Barreira La Paz de Arahal (Sevilla) por Delgado (1986).

Método de Tensão de Expansão

Tensão de Expansão (kPa) Argila de Cabrobó Argila de Petrolândia. Ferreira e Ferreira (2009) Argila de Pesqueira. Silva e Ferreira (2007) Argila de Sevilha. Delgado (1986) 1 Carregamento após expansão

com diferentes tensões verticais de consolidação

90 333 168 260

2 Expansão e colapso sob

tensão 100 239 365 150

3 Volume Constante 87 242 110 193

4 Rao et al. (1988) 120 330 140 -

5 Justo et al. (1984) 80 277 310 200

6 Ensaio Edométrico duplo - 308 180 290

Média 95 288 212 219