Ensaio de Adensamento Oedométrico

Teoria: Adensamento

Como o ensaio oedométrico mede a compressibilidade do solo, como se acham a tensão de pré-adensamento e os índices de compressão e como as leituras com o tempo dão o coeficiente de adensamento.

O ensaio

Um corpo de prova indeformado é confinado num anel rígido, entre pedras porosas no topo e na base, e carregado verticalmente em estágios, em geral dobrando a tensão a cada um. Em cada estágio, a altura é lida no extensômetro ao longo do tempo, por cerca de 24 horas ou até o fim do adensamento primário; depois o corpo de prova pode ser descarregado, também em estágios.

Como não há deformação lateral, a variação de altura é toda variação de volume dos vazios. A altura dos sólidos fica fixa e dá o índice de vazios em cada altura:

H_s = \frac{M_s}{G_s\, \rho_w\, A}

M_s: massa seca · G_s: densidade dos grãos · A: área do anel · H: altura no fim do estágio

Compressibilidade

No gráfico e–log σ′, o trecho de compressão virgem é quase reto, com inclinação dada pelo índice de compressão; antes dele, na recompressão, e no descarregamento, a curva é muito mais plana.

C_c = -\frac{\Delta e}{\Delta \log \sigma'}

C_c: índice de compressão, pela reta virgem · C_s: índice de expansão, do maior estágio ao último descarregamento

a_v = -\frac{\Delta e}{\Delta \sigma'}

a_v: coeficiente de compressibilidade · m_v: coeficiente de variação volumétrica · e_i: índice de vazios no início do estágio

Tensão de pré-adensamento

A tensão de pré-adensamento, σ′_p, é a maior tensão efetiva que o solo já suportou; marca a passagem da recompressão para a compressão virgem. Com a tensão efetiva de campo, dá a razão de pré-adensamento, OCR = σ′_p / σ′_v0.

Casagrande (1936): no ponto de maior curvatura traçam-se uma horizontal e a tangente à curva; a bissetriz do ângulo entre elas encontra o prolongamento da reta virgem em σ′_p.
Pacheco Silva (1970): prolonga-se a reta virgem até a horizontal de e₀; dali desce-se uma vertical até a curva e, do ponto na curva, uma horizontal até a reta virgem. A abscissa desse encontro é σ′_p.

A construção de Pacheco Silva não depende das escalas do gráfico nem de achar a maior curvatura, por isso é a mais usada no Brasil. A amolgadura da amostra arredonda a curva e reduz σ′_p pelos dois métodos.

Coeficiente de adensamento

Pela teoria de Terzaghi, a porcentagem média de adensamento de um estágio depende só do fator tempo. Ajustando a curva teórica às leituras, acha-se o tempo de um grau de adensamento e, dele, c_v:

c_v = \frac{T\, H_d^2}{t}

T: fator tempo · H_d: altura de drenagem, metade da altura média no estágio com drenagem dupla · t: tempo

Casagrande (log t): o início corrigido d₀ sai da parábola inicial, somando à leitura em t a diferença entre ela e a leitura em 4t; o fim do primário, d₁₀₀, no encontro da tangente no trecho mais inclinado com a reta da compressão secundária. Com t₅₀ na leitura média, c_v = 0,197 H_d² / t₅₀.
Taylor (√t): uma reta pelas primeiras leituras dá d₀; outra, com abscissas 15% maiores, corta a curva em t₉₀. Então c_v = 0,848 H_d² / t₉₀.

C_\alpha = \frac{\Delta e}{\Delta \log t}

C_α: índice de compressão secundária, pela reta final · k: coeficiente de permeabilidade

Limitações

As construções são automáticas e dependem da densidade das leituras; confira no gráfico se as retas estão nos trechos certos e ajuste os pontos da reta virgem ou a curvatura máxima, se preciso.
A teoria de Terzaghi não inclui a compressão secundária, que se sobrepõe ao fim do primário em argilas orgânicas e moles.
O c_v de laboratório costuma subestimar o de campo, onde drenagens por lentes de areia e fluxo horizontal aceleram o adensamento.

Referências

ABNT NBR 16853. Solo — Ensaio de adensamento unidimensional. Rio de Janeiro: ABNT, 2020.
ASTM D2435/D2435M. Standard Test Methods for One-Dimensional Consolidation Properties of Soils Using Incremental Loading. West Conshohocken: ASTM International.
Casagrande, A. The determination of the pre-consolidation load and its practical significance. In: International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1., 1936, Cambridge. Proceedings, v. 3, p. 60–64.
Pacheco Silva, F. Uma nova construção gráfica para determinação da pressão de pré-adensamento de uma amostra de solo. In: Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, 4., 1970, Rio de Janeiro. Anais, v. 2, t. 1, p. 225–232.
Taylor, D. W. Fundamentals of Soil Mechanics. New York: Wiley, 1948.
Pinto, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3ª ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.

Informe os dados do corpo de prova, a tensão e a leitura final de cada estágio de carga e as leituras com o tempo para obter a curva e–log σ′, os índices de compressão e de expansão, a tensão de pré-adensamento por Casagrande e por Pacheco Silva e, em cada estágio, o coeficiente de adensamento pelos métodos de Casagrande (log t) e de Taylor (√t), com m_v e a permeabilidade.

e₀: 1,300
C_c: 0,549
C_s: 0,060
σ′_p Casagrande: 138 kPa
σ′_p Pacheco Silva: 127 kPa
OCR (Pacheco Silva): 1,95

Usar no Recalque

Corpo de prova

Altura inicial, H₀mmDiâmetrommG_sMassa seca, M_sgLeitura inicialmmσ′_v0 de campokPaPontos na reta virgemσ′ de curvatura máximakPa

H_s = 8,696 mm · e₀ = 1,300

A leitura inicial é a do extensômetro antes do primeiro estágio. Com σ′_v0 de campo, a página dá a OCR; a curvatura máxima de Casagrande é achada na curva se ficar em branco.

Estágios de carga

#	σ′ (kPa)	Leitura final (mm)	e
1			1,288
2			1,273
3			1,255
4			1,218
5			1,108
6			0,950
7			0,786
8			0,620
9			0,656
10			0,692
11			0,729

Uma tensão menor que a anterior é um descarregamento. Com a leitura final em branco, vale a última leitura com o tempo do estágio.

Leituras com o tempo

Estágio 5 · 200 kPa

#	Tempo (min)	Leitura (mm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

O tempo desde a aplicação da carga e a leitura do extensômetro. Enter desce uma linha e cria outra depois da última; linhas em branco são ignoradas. Dá para colar as duas colunas da planilha no tempo.

Drenagem pelo topo e pela base, com a altura de drenagem igual à metade da altura média do estágio. As leituras crescem com a compressão. As construções gráficas são feitas automaticamente sobre os pontos informados e devem ser conferidas no gráfico; a de Casagrande depende das escalas e é traçada nas proporções do gráfico.