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1 INTRODUO
Nas ltimas dcadas a cidade de Londrina tem experimentado um
grande desenvolvimento que refletido tambm na construo civil, este fato pode
ser notado atravs de edifcios cada vez mais altos, escavaes mais profundas e
aterros de maior porte, o que tornou os problemas igualmente complexos.
Porm os dados de parmetros de resistncia que se tem so os
mesmos de duas dcadas atrs, os quais so insuficientes para tais complexidades.
Assim, as solues acabam apresentando custos maiores.
O presente trabalho busca a melhoria do conhecimento dos
parmetros de resistncia ao cisalhamento do solo da regio, atravs do que dever
ser possvel atingirem-se solues mais racionais e econmicas na elaborao de
projetos geotcnicos, com reflexos positivos e diretos na rea da construo civil.
No desenvolvimento deste trabalho, foram executados ensaios
laboratoriais de determinao da resistncia ao cisalhamento em amostras
indeformadas coletadas no Campo Experimental de Engenharia Geotcnica (CEEG),
da Universidade Estadual de Londrina (UEL). O local foi escolhido por apresentar um
perfil geotcnico considerado representativo da regio.
2
2 REVISO BIBLIOGRFICA
O presente estudo tem como objetivo determinar os parmetros de
resistncia do solo do CEEG o qual, possui camada superficial, formada por argila
residual de basalto, porosa, laterizada, colapsvel (TEIXEIRA et al, 2003 ). Para se
entender melhor sobre os termos citados, a seguir sero descritos alguns conceitos.
2.1 Solos, Origem e Formao
Solo um material resultante de processos fsicos e qumicos, que,
quando em seu estado natural, composto por partes slidas, lquidas e gasosas
(PINTO, 2002).
Todo solo se origina de rochas que constituam a crosta terrestre, e
todos so formados pela decomposio desta. A decomposio decorrente de
intemperismo fsico-qumico e origina, a princpio, solos residuais.
Entretanto, os solos tambm esto sujeitos a agentes da natureza,
como chuva e vento, que transportam materiais de outras formaes residuais, que,
se depositam em um local diferente, originando um novo tipo de solo, nas camadas
superficiais (MIGUEL et al, 1999; PINTO, 2002).
O solo pode ser chamado de residual, transportado e orgnico,
devido s suas formaes (MIGUEL e TEIXEIRA, 1999).
Residual: aquele que permanece sobre a rocha de origem.
Apresentam uma grande heterogeneidade nos tamanhos das
partculas, pois a decomposio dos materiais no uniforme;
Transportado: formado sobre a rocha matriz e removido por
agentes transportadores. Estes apresentam uma maior uniformidade
no tamanho das partculas, pois, os meios de transporte acabam
3
promovendo uma seleo granulomtrica natural, que est relacionada
a fora do agente transportador sobre a massa das partculas;
Orgnico: aquele formado pela mistura de organismos com
sedimentos j existentes.
2.2 Solos no saturados
Solo no saturado aquele que possui seus vazios preenchidos por
gua e ar; comum em regies ridas, semi-ridas e tropicais. H alguns anos o
estudo deste tipo de solo vem crescendo, pois os conceitos e modelos utilizados na
mecnica dos solos eram baseados em solos secos ou saturados, o que no retrata
a situao das regies citadas (TEIXEIRA, 1994).
Conhecer o estado real em que o solo se apresenta importante,
pois possvel prever o comportamento de alguns solos diante das variaes do
teor de umidade, que podem promover variaes de volume, expanso e/ou colapso
e interfirir na resistncia ao cisalhamento do solo, ou seja, importante em termos
tcnicos da mecnica dos solos, e tambm em termos de economia e segurana
(TEIXEIRA, 1994).
Como o material em estudo uma argila no saturada, vale
considerar que qualquer carregamento provoca uma compresso no ar, a qual
igual compresso na estrutura slida do solo. O que significa que a fora aplicada
suportada pelo solo, dessa forma h um aumento da tenso efetiva (PINTO, 2002).
Nos vazios, o ar encontrado com presso diferente da tenso da
gua. Devido a esta diferena (superior no ar), um desequilbrio de foras atrativas
provocado, o qual faz com que as molculas de gua da superfcie de contato
tendam para interior do meio lquido, o que causa contrao na interface,
manifestando assim foras superficiais. Essa diferena de presso entre ar e gua
chamada de presso de suco (PINTO, 2002).
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Os volumes ocupados pelo ar e pela gua nos solos no saturados
podem se dar nos seguintes arranjos (PINTO, 2002):
Bolhas de ar envolvidas por gua e por partculas slidas, que
no se comunicam (este fenmeno ocorre quando h um alto grau
de saturao cerca de 85% a 90%);
Ar todo intercomunicado, assim como a gua, formando canais
que se entrelaam;
Ar todo interconectado e a gua concentrada nos contatos entre
partculas (este fato ocorre quando o grau de saturao muito
baixo).
Nestes dois ltimos itens citados o solo est sujeito presso
atmosfrica e presso neutra que, neste caso, negativa, devido aos efeitos de
capilaridade. Essa presso neutra negativa aumenta a tenso efetiva no solo.
2.3 Solos Laterticos
Os solos laterticos so solos tpicos da evoluo em climas quentes
e midos e invernos secos, encontrados principalmente nas regies tropicais (entre
paralelos 30 Norte e 30 Sul). Geralmente possui frao de argila constituda
predominantemente por minerais caulinticos e elevada concentrao de ferro e
alumnio na forma de xidos e hidrxidos, o que caracteriza a colorao
avermelhada deste tipo de solo. Estes xidos e hidrxidos so encontrados
recobrindo agregaes de partculas argilosas (MELFI, 1997).
O Brasil um pas de dimenses continentais que possui,
aproximadamente, 60% do seu solo de formao latertica, com cobertura
heterognea. So encontrados vrios tipos de materiais laterticos e podem ser
vistos diferentes traos regionais, tais como os demonstrados por Melfi (1997):
Norte (Amaznia): a cobertura latertica constituda por
goethita e gibbsita, s vezes hematita subordinada;
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Nordeste: tem como caracterstica predominante a geothita na
fase ferrfera;
Regio Central: encontram-se trs oxihidrxidos metlicos:
goethita, hematita e gibbsita;
Sul: as formaes laterticas so formadas sobre rochas
vulcnicas, como na bacia do Paran, onde o material que origina o
principal constituinte ferrfero a hematita.
Encontrados na natureza na forma no-saturada, apresentam
elevados ndices de vazios, por isso possuem pequena capacidade de suporte. No
entanto, quando compactado, sua capacidade de suporte aumenta, tornando-o mais
resistente. Apresenta baixa expanso na presena de gua, sendo, por isso muito,
utilizado em pavimentao e aterros (MELFI, 1994).
2.4 Solos Colapsveis
Solos colapsveis so solos no saturados que podem apresentar
uma considervel e rpida reduo volumtrica quando submetidos a um aumento
de umidade sem que varie a tenso total a que estejam submetidos (PINTO, 2002).
O colapso se d devido ao aumento do raio dos meniscos capilares,
responsveis pela tenso de suco, e/ou por reduzir o grau de cimentao
provocado por sais que mantm os agregados s partculas. Este fenmeno diminui
a resistncia destes solos, pois o aumento do teor de umidade um dos parmetros
que se reflete na resistncia.
2.5 Resistncia ao Cisalhamento dos Solos
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Resistncia ao cisalhamento do solo, ou simplesmente resistncia
do solo, de fundamental importncia na engenharia geotcnica. As propriedades
de engenharia dos solos so: a resistncia, a permeabilidade e a compressibilidade;
e formam o suporte bsico para a resoluo de problemas prticos de engenharia de
solos (BUENO E VILAR, 2004). Dentre esses problemas destacam-se a estabilidade
de taludes, a capacidade de carga de fundaes e os empuxos de terra.
Estes problemas so geralmente analisados empregando os
conceitos de equilbrio limite, o qual leva em considerao a ruptura (as tenses
atuantes se igualam resistncia do solo, sem considerar deformaes que surgem
com estas tenses).
A resistncia ao cisalhamento do solo pode ser definida como a
mxima tenso que um solo pode suportar sem sofrer ruptura, ou a tenso de
cisalhamento do solo no plano em que a ruptura estiver ocorrendo (PINTO, 2002).
A caracterizao da resistncia ao cisalhamento feita, comumente,
pelo critrio da envoltria de Mohr-Coulomb, definido por uma reta cujo ngulo de
inclinao representa o ngulo de atrito interno do solo e o intercepto de coeso
(BUENO E VILAR , 2004).
De forma geral, correto afirmar que a resistncia dos solos
proporcionada por causas fsicas, como atrito e coeso, as quais variam para um
mesmo solo. Para melhor entender o que passa no processo da resistncia do solo
devem ser analisados esses fatores fsicos (PINTO, 2002; BUENO; VILAR, 2004).
2.5.1 Atrito
A resistncia por atrito pode ser demonstrada de forma simplificada
por analogia com o problema de deslizamento de um corpo sobre uma superfcie.
Sendo N a fora vertical transmitida pelo corpo (conhecida como fora normal), T a
fora tangencial necessria para fazer o corpo deslizar, esta dever ser maior que a
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fora N multiplicada por um coeficiente de atrito entre os dois materiais (PINTO,
2002) conforme a Figura 1.
Figura 1 Forma simplificada do deslizamento por atrito
Sendo: f =
Segundo as consideraes de Terzaghi (apud Pinto, 2002), pela
teoria adesiva do atrito, conclui-se que a parcela de resistncia por atrito depende da
fora normal, pois aumentando esta, aumenta-se a rea real de contato (por causa
da plastificao que ocorre no contato entre as partculas).
O fenmeno de atrito nos solos se diferencia do atrito entre dois
corpos, pois o deslocamento se d envolvendo muitos gros, os quais deslizam ou
rolam entre si, e se acomodam em vazios que encontram no percurso (PINTO, 2002,
BUENO E VILAR, 2004).
H tambm diferena entre as foras transmitidas nos contatos dos
gros de areia e os de argila. Nos primeiros, as fora transmitidas so suficientes
para expulsar a gua da superfcie e os contatos ocorrem entre os minerais. Como
no caso das argilas, maior o nmero de partculas a fora entre contatos tambm
menor, sendo assim, as foras de contato no so capazes de remover as
partculas, pois estas esto envolvidas por molculas de gua quimicamente
adsorvidas, que so as responsveis pela transmisso das foras (PINTO, 2002).
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2.5.2 Coeso
chamada coeso, a atrao qumica existente entre as partculas
que provoca uma resistncia independente da tenso normal atuante no plano.
Em solos sedimentares esta coeso pequena, entretanto em solos
cimentados, aqueles que apresentam partculas cimentcias que so proporcionadas
por carbonatos, slicas, xidos de ferro, entre outros, essa parcela de coeso
bastante significativa (PINTO, 2002).
Existem duas parcelas de coeso, a real e a aparente, que devem
ser bem diferenciadas entre si. A coeso aparente na realidade atrito, e a tenso
normal que a determina s aparecem em solos no saturados, onde h a tenso
entre as partculas (a tenso capilar). Quando o solo passa por um aumento do grau
de saturao, ela diminui, por isso denominada coeso aparente.
J a coeso real, que o fenmeno de ligao qumica, a parcela
de resistncia que existe no solo, independente de quaisquer tenses aplicadas e
que se mantm mesmo que estas sejam retiradas (PINTO, 2002).
2.6 Resistncia ao cisalhamento de solo no saturado
Nos solos a resistncia caracterizada pela tenso efetiva e, se o
solo for de granulao fina e no saturado, a existncia de tenses capilares,
provoca atrao interpartculas, que aumentam as tenses efetivas e,
conseqentemente, a resistncia.
No entanto, mais difcil utilizar conceitos do princpio das tenses
efetivas na determinao de resistncia de solos no saturados, devido
complexidade dos fluidos que preenchem os vazios deste solo (gua + ar).
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Os comportamentos dos solos no saturados submetidos a alguns
tipos de ensaios so descritos logo abaixo:
a. Ensaios drenados, tipo CD: com drenagem plena do ar e da
gua, se esperam resistncias semelhantes s obtidas em ensaios
para solos saturados ou no saturados porque na condio
drenada tem-se presso neutra () igual a zero;
b. Ensaios drenados, tipo UU: ocorre uma reduo volumtrica
com a aplicao da tenso confinante, devido a alta
compressibilidade do ar. H um ganho de resistncia que depende
do grau de saturao inicial, que cessa quando todo ar dissolvido
na gua intersticial. O corpo de prova tende a saturar-se por efeitos
crescentes das tenses confinantes e a envoltria de tenses totais
curva, porm aproxima-se a uma reta mdia;
c. Ensaios adensados rpidos, tipo CU: o comportamento pode
ser semelhante ao descrito acima, desde que na fase de
cisalhamento ocorram variaes volumtricas devidas a compresso
do ar que ainda seja encontrado nos vazios.
2.7 Tipos de ensaios para a determinao da resistncia ao cisalhamento
Para retratar adequadamente a resistncia do solo de forma mais fiel
s condies de campo podem-se adotar os seguintes ensaios, que so processos
laboratoriais usados para a determinao de parmetros de coeso (c) e ngulo de
atrito () :
a. Ensaio de compresso triaxial: os principais tipos para a
determinao da resistncia do solo, so as seguintes:
a.1. Ensaio triaxial no drenado, ou ensaio rpido (UU) este no
permite a dissipao de presso neutra durante a aplicao das
tenses confinantes (3) e nem durante o cisalhamento do corpo de
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prova. Nesse ensaio possvel medir a presso neutra
desenvolvida;
a.2. Ensaio adensado-rpido ou pr-adensado (CU) permitido a
dissipao da presso neutra que a tenso confinante origina no
corpo de prova. Durante a ruptura a dissipao da presso neutra
impedida, mas possvel medi-la durante o ensaio;
a.3. Ensaio lento ou drenado (CD) permite a dissipao da presso
neutra em todas as fases do ensaio (aplicao da tenso confinante
e na ruptura);
b. Ensaio de compresso simples: corresponde ao ensaio triaxial
rpido, em termos de dissipao da presso neutra, na condio
tenses confinantes igual presso atmosfrica (3=0).
c. Ensaio de cisalhamento direto: promove o deslizamento de uma
metade do corpo de prova do solo em relao outra, determinando
para cada tenso normal () o valor do esforo cortante ()
necessrio para causar ruptura. O ensaio se d mantendo-se
constante a tenso normal, e h trs modalidades deste ensaio:
c.1. Ensaio de cisalhamento direto rpido ocorre a aplicao da
teno cisalhante e imediatamente aps a aplicao da tenso
normal, que provavelmente ir aumentar at a ruptura;
c.2. Ensaio de cisalhamento direto adensado rpido aplica-se a
tenso normal at a estabilizao das deformaes verticais, esta
tenso que ser mantida sobre o corpo de prova, aps a
estabilizao aplicada a cisalhante que ser crescente at a
ruptura;
c.3. Ensaio de cisalhamento direto lento aplicado a tenso
normal, e aps o adensamento da amostra aplica-se a tenso
cortante gradativamente at a ruptura do corpo de prova. A
velocidade de aplicao da cortante e/ou a velocidade de
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deformao do corpo de prova dever ser mnima de ordem de
10-4mm/min.
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3 MATERIAIS E MTODOS
3.1 Materiais - Solo tpico do Campo Experimental de Engenharia Geotcnica
da Universidade Estadual de Londrina
O Campo Experimental de Engenharia Geotcnica (CEEG) da
Universidade Estadual de Londrina foi fundado em 1998, possui rea de 2900 m2 e
utilizado como campo de experimentos geotcnico com a finalidade de promover o
conhecimento gelogico-geotcnico do solo de Londrina e regio, para sua melhor
utilizao e emprego.
A cidade de Londrina est situada na regio norte do estado do
Paran, sul do Brasil, a 220 km leste do Rio Paran. O relevo da regio ondulado
suave e o substrato rochoso basalto proveniente dos derrames, sem cobertura de
rocha sedimentar, esse local se caracteriza por apresentar clima quente e mido no
vero e inverno frio e seco, clima tpico de regies tropicais. Tais condies causam
intemperismo intenso no substrato do solo que atuam at grandes profundidades
formando camadas espessas de solo.
Segundo Branco et al. (apud, TEIXEIRA, 2003), o solo superficial da
regio de Londrina composto por uma argila siltosa porosa de colorao vermelha
escura, com consistncia varivel de mole a mdia. Este solo apresenta um baixo
grau de saturao (cerca de 50%) e elevada porosidade (aproximadamente 60%),
alta massa especfica dos slidos (em torno de 2,95 e 3,26 g/cm3), caractersticas
estas que lhe confere caractersticas de solo colapsvel e laterizado.
Segundo Miguel et al (2002), abaixo da camada superficial h na
seqncia uma camada de argila siltosa, de consistncia mdia a rija, muitas vezes
existe presena do nvel dgua a mais ou menos 15 m de profundidade, e tambm
rocha composta de silte argiloso ou arenoso duro ou muito compacto. Estas
camadas profundas so utilizadas como apoio para fundaes de edifcios altos,
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apesar do pouco conhecimento do comportamento delas, pois as informaes que
se tem so na maioria das vezes do ensaio de campo Standard Penetration Test
(SPT). Em alguns lugares da cidade encontra-se camada de mataces, conhecidos
na regio com pedra-bola, intercalada com a camada superficial e a camada de solo
residual. A camada de mataces gera problemas de ordem construtiva na execuo
de fundaes, escavaes e contenes.
A seguir Croqui do CEEG: Figura 2 CEEG
14
15
3.2 Mtodos
3.2.1 Tipo de Ensaio Adotado
Para este estudo foi escolhido o ensaio a compresso triaxial
drenado ao ar (CD), durante a fase de adensamento e de cisalhamento, pois devido
s condies de campo achou-se que este mtodo laboratorial o que melhor se
adequa a ela.
Neste ensaio h drenagem permanente do corpo de prova. Uma
tenso confinante (3) aplicada sob velocidade baixa (v=1,19 x 10-1 mm/min), com
o intuito de atingir as condies de drenagem atravs da deformao do corpo de
prova.
Essa tenso axial aplicada at a ruptura. Assim a presso neutra
durante o carregamento permanece praticamente nula e as tenses efetivas
medidas so as tenses totais (STANCATI et al, 1981).
Este ensaio chamado de drenado ou adensado drenado, e
representado pelos smbolos CD (Consolidated Drained).
3.2.2 Justificativa
Diante das dificuldades para a determinao dos parmetros de
resistncia de solos no saturados e das limitaes do laboratrio de geotecnia da
UEL, foi escolhido o ensaio drenado (CD), porque no h equipamentos adequados
que tornasse possvel a realizao de ensaio com suco controlada.
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3.2.3 Mtodo do Ensaio
Para a realizao do ensaio citado acima primeiro retiraram-se
amostras indeformadas do solo do CEEG, pois estas so representativas do solo
quanto estrutura, umidade, constituio mineralgica, massa especfica, entre
outras caractersticas. No caso as amostras foram retiradas ao longo da escavao
do poo P14.
A coleta dessas amostras pode ser feita atravs de amostradores
especiais (NOGUEIRA, 1977 apud STANCATI et al, 1981 1977), por retiradas em
bloco ao longo da escavao do poo, ou no talude de um corte. A aparelhagem
utilizada e o procedimento utilizado na retirada das amostras foram as seguintes,
segundo Stancati (1981):
1. Equipamentos:
Moldes para retirada de amostras indeformadas;
P, enxada, faca, esptulas;
Fogareiro a gs;
Parafina;
Estopa ou talagaras;
Etiquetas.
2. Procedimento:
O poo foi aberto at aproximadamente 10 cm acima da cota de
onde vai se retirar o bloco;
O encarregado por retirar a amostra alisa a superfcie do solo,
deixando-o aproximadamente 3 cm acima da cota zero;
O molde foi colocado com a ponta voltada para o solo;
O operador cortou o solo exterior ao molde e pression-lo ao
mesmo tempo para que penetre no solo;
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Quando a parede do molde ficou no fundo do poo, colocou-se
parafina no topo do bloco e na face superior;
A separao do bloco do restante do solo feita cortando-se
horizontalmente por baixo, at que possa ser retirado ou tombado;
Alisou-se a face inferior do bloco colocou-se parafina e em
seguida sua tampa interior;
Retirou-se o molde, e as faces laterais foram parafinadas com
uma camada de aproximadamente 5 cm de espessura, envolta por
estopa e parafinada novamente por uma camada de 5 cm. Dessa
maneira preparada, a amostra foi estocada sem perder umidade
(Stancati et al, 1981 apud Nogueira, 1977).
A seguir, a Figura 2 mostra as etapas de retirada de amostras
indeformadas.
Figura 3 Etapas de extrao de amostras indeformadas.
Fonte: Stancati et al, 1981
Aps as amostras coletadas, estas foram levadas ao laboratrio de
Geotecnia da UEL, e ento selecionadas quatro nas seguintes profundidades: 1 m,
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5 m, 8 m e 11 m para a realizao do ensaio de compresso triaxial na modalidade
ensaio drenado (CD), o qual ser descrito a seguir os equipamentos e
procedimentos necessrios para sua realizao:
1. Equipamentos:
Prensa de compresso triaxial;
Cmara triaxial;
Painel de medidas;
Balana com capacidade de 1000 g e preciso 0,01g;
Talhador a bero ou cilindro;
Estufa;
Facas, cpsulas de alumnio, paqumetro;
2. Procedimento:
2.1 Preparo do corpo de prova:
Retirou-se de um bloco de solo uma amostra prismtica com
altura e lados da base suficientes para talhagem de um corpo de
prova cilndrico com altura aproximadamente igual a 2,5 a 3 vezes o
dimetro;
A amostra indeformada retirada do bloco teve as estratificaes
orientadas na mesma direo no campo e na cmara;
Colocou-se a amostra indeformada no bero e acertar as sees
transversais de topo e base, at que as faces estivessem paralelas e
planas;
Transferiu-se a amostra do bero para o talhador sem esquecer
as orientaes de topo e base, cortaram-se as pontas do prisma at
que se obtivesse um cilindro;
Recolheram-se as raspas do material cortado e colocou-as em
cpsulas metlicas para determinao de umidade;
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Mediu-se o dimetro do corpo de prova no mnimo em trs locais
(base, centro e topo) e a altura tambm em trs determinaes;
Pesou-se o corpo de prova.
2.2 Execuo do ensaio:
Verificou-se se todas as torneiras do painel esto fechadas;
Abriram-se as torneiras para a entrada de gua ;
Regulou-se o manmetro do painel para aplicao da tenso
confinante 3;
Colocou-se o corpo de prova na base da cmara triaxial;
Colocou-se a membrana de ltex envolvendo o corpo de prova,
tomando cuidado de prend-la com anis de borracha na base de
apoio da cmara e no cabeote de lucite;
Colocou-se a face superior da cmara fixando-a bem;
Conectou-se a tubulao do painel cmara;
Encheu-se a cmara de gua;
Aps a cmara cheia de gua se fechou as torneira;
Lubrificou-se o encaixe guia do pisto na cmara e colocou-se o
pisto;
Abrir a torneira para retirada do ar que estivesse dentro da
cmara;
Ajustou-se a cmara na prensa triaxial;
Ajustou-se o extensmetro para aplicao de acrscimos de
tenses atravs do pisto;
Ligou-se a prensa para aplicao de acrscimo de tenses (1 -
3) atravs do pisto;
Fizeram-se leituras da deformao do corpo de prova e do
dinammetro que aplicou a fora a intervalos regulares;
20
Levaram-se as leituras at que o extensmetro da mola
indicasse a distenso da mesma, ou seja, a ruptura do corpo de
prova;
Retirou-se a tenso confinante do sistema;
Fecharam-se todas as torneiras do painel, desligaram-se as
conexes, retirou-se a cmara da prensa;
Tirou-se a gua da prensa, retirou-se o corpo de prova e em
seguida a membrana de ltex;
Passaram-se todos os dados coletados para a planilha
eletrnica e obteve-se a curva caracterstica.
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Figura 4 Modelo do Equipamento Triaxial
Fonte: Stancati et al, 1981
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Figura 5 Equipamento de compresso triaxial
Seqncia de execuo do ensaio.
Figura 6a Moldagem de corpo de prova
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Figura 6b Moldagem de corpo de prova
Figura 6c Moldagem de corpo de prova
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Figura 6d Moldagem de corpo de prova
Figura 7 Pesagem do corpo de prova
25
Figura 8 Medio da altura do corpo de prova
Figura 9 Medio do dimetro do corpo de prova
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Figura 10 Posicionamento do corpo de prova na base da cmara entre os filtros e as pedras
porosas
Figura 11 Colocao da membrana de ltex
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Figura 12 Corpo de prova montado com os anis de vedao
Figura 13 Lubrificao do encaixe da cmara
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Figura 14 Fechamento da cmara
Figura 15 enchimento da cmara com gua
29
Figura 16 Acoplagem do eliminador de atrito
Figura 17 Regulagem do manmetro
30
Figura 18 Visualizao geral da cmara
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4 RESULTADOS E ANLISE
As quatro profundidades de solo do poo P14 analisadas em
laboratrio apresentaram comportamentos distintos entre si. Estas diferenas podem
ser notadas nos grficos de envoltria de tenses, na variao da resistncia e de
seus parmetros (atrito e coeso) que cada uma apresentou e nas diferenas visual-
tteis, cor e texturas diferentes.
Para cada profundidade foi realizada ensaio de compresso triaxial
CD, com tenses confinantes de 3 = 50 kPa, 3 = 100 kPa e 3 = 300 kPa. Todos
os ensaios foram executados com velocidade controlada e deformao mxima em
torno 20%.
A seguir, esto apresentadas a tabela das tenses de pr-
adensamento do solo e o grfico que demonstra estas no teor de umidade de
campo, para mostrar uma eventual correlao do comportamento do solo, sob
diversas confinantes, com sua tenso de pr-adensamento.
Tabela 1 Tenses de pr-adensamento (Teixeira et all,2003)
Amostra saturada Amostra na w campo Prof. v
a Cc a Cc
1 m 14 kPa 46 kPa 0,66 61 kPa 0,68
2 m 27 kPa 51 kPa 0,66 75 kPa 0,70
3 m 41 kPa 78 kPa 0,56 80 kPa 0,20
4 m 55 kPa 75 kPa 0,53 92 kPa 0,23
5 m 69 kPa 90 kPa 0,56 110 kPa 0,48
6 m 99 kPa 130 kPa 0,50 120 kPa 0,54
7 m 105 kPa 150 kPa 0,37 210 kPa 0,40
8 m - - - 188 kPa -
11 m - - - 249 kPa - As tenses de pr-adensamento para as profundidades 8 e 11 metros so valores estimados com base no grfico 1.
32
y = 20,25x + 25,857R2 = 0,9056
0 kPa
50 kPa
100 kPa
150 kPa
200 kPa
250 kPa
300 kPa
0 m 5 m 10 m 15 m
profundidade (m)
Tenso de pr-adensamento
(kPa)
Linear (s)
Grfico 1 Tenso de Pr-adensamento x Profundidade
Com a realizao dos ensaios foram determinados os seguintes
resultados.
4.1 Profundidade de 1 m
Esta profundidade trata de uma camada mais superficial do solo,
que apresentou, alm de solo, materiais orgnicos, colorao marrom escura e teor
de umidade mdio de w = 24,73 %.
Notou-se que o solo, para as confinantes maiores, apresentou
deformaes menores, como pode ser visto no grfico (1 3) x ( %), e, para uma
mesma deformao, uma variao volumtrica maior para as tenses confinantes
maiores.
Na envoltria de Mohr-Coulomb obteve-se um ngulo de atrito =34
e intercepto de coeso c= 121 kPa.
33
Tabela 2 Resultados 1 m
3 tenses
50 kPa 137,6 kPa 201,4 kPa
100 kPa 272,4 kPa 324,3 kPa
300 kPa 565,5 kPa 499,3 kPa
, c =34 c=121 kPa
, v 1,39
kN/m 1,39 kPa
s s=121 kPa
s x
y = 0,6802x + 120,5
R2 = 0,988
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 500 1000 1500 2000 2500
(kPa)
s (kPa)
50 kPa 100 kPa 300 kPa
envoltria Grfico Linear (envoltria)
Grfico 2 Envoltria de Mohr Coulomb profundidade 1m.
34
1 -3 x (%)
0
500
1000
1500
2000
2500
0 5 10 15 20 25 30 (%)
1 - 3
50 kPa 100 kPa 300 kPa
Grfico 3 (13) x Deformao profundidade 1m.
q x p'
0
200
400
600
800
1000
1200
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
p'
q
50 kPa 100 kPa 300 kPa
Grfico 4 Envoltria de Tenses profundidade 1 m
35
4.2 Profundidade de 5 m
Nesta profundidade, a camada de solo apresentou colorao
marrom avermelhada, textura fina e teor de umidade mdio de w = 34,09 %.
Notou-se que o solo, para as confinantes maiores, apresentou
deformaes menores, como pode ser visto no grfico (1 3)x( %) e, para uma
mesma deformao, uma variao volumtrica maior para as tenses confinantes
maiores. Para a mxima tenso confinante apresentou um pico de resistncia, com
diminuio da resistncia at a resistncia residual.
Na envoltria de Mohr-Coulomb obteve-se um ngulo de atrito =48
intercepto de coeso c= 46 kPa.
Tabela 3 Resultados 5 m
3 tenses
50 kPa 121,9 kPa 173,6 kPa
100 kPa 239,8 kPa 329,2 kPa
300 kPa 544,7 kPa 654,4 kPa
, c =48 c=46 kPa
, v 1,16
kN/m 5,78 kPa
s s=53 kPa
36
s x
y = 1,1231x + 46,411
R2 = 0,9976
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 500 1000 1500 2000 2500
(kPa)
s (kPa)
50 kPa 100 kPa 300 kPa
envoltria Grfico Linear (envoltria)
Grfico 5 Envoltria de Mohr Coulomb profundidade 5m.
1 -3 x (%)
0
500
1000
1500
2000
2500
0 5 10 15 20 25 30 (%)
1 - 3
50 kPa 100 kPa 300 kPa
Grfico 6 (13) x Deformao profundidade 5m.
37
q x p'
0
200
400
600
800
1000
1200
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
p'
q
50 kPa 100 kPa 300 kPa
Grfico 7 Envoltria de Tenses profundidade 5m.
4.3 Profundidade de 8 m
Esta profundidade tratou de uma camada mais profunda do solo, a
qual apresentou colorao marrom escuro e teor de umidade mdio de w = 42,06 %.
Para tenses confinantes menores, apresentou deformaes
maiores, como pode ser visto no grfico (1 3)x( %) e uma variao volumtrica
maior para uma mesma deformao.
Na envoltria de Mohr-Coulomb obteve-se um ngulo de atrito =42
intercepto de coeso c= 35 kPa.
38
Tabela 4 Resultados 8 m
3 tenses
50 kPa 118,2 kPa 133,9 kPa
100 kPa 213,7 kPa 238,3 kPa
300 kPa 534,4 kPa 514,4 kPa
, c =42 c=35 kPa
, v 1,52
kN/m 12,18 kPa
s s=46 kPa
s x
y = 0,9007x + 35,433R2 = 0,9977
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 500 1000 1500 2000 2500
(kPa)
s (kPa)
50 kPa 100 kPa 300 kPa
envoltria Grfico Linear (envoltria)
Grfico 8 Envoltria de Mohr Coulomb profundidade 8m.
39
1 -3 x (%)
0
500
1000
1500
2000
2500
0 5 10 15 20 25 30 (%)
1 - 3
50 kPa 100 kPa 300 kPa
Grfico 9 (13) x Deformao profundidade 8m.
q x p'
0
200
400
600
800
1000
1200
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
p'
q
50 kPa 100 kPa 300 kPa
Grfico 10 Envoltria de Tenses profundidade 8m.
40
4.4 Profundidade de 11 m
Nesta profundidade a uma camada de solo, apresentou colorao
marrom escura, textura fina e teor de umidade mdio de w = 56,8 %.
Notou-se que o solo para as confinantes menores ele apresentou
deformaes maiores, como pode ser visto no grfico (1 3)x( %) e, para uma
mesma deformao, uma variao volumtrica maior para as tenses confinantes
maiores. Ocorreu pico de resistncia e diminuio da resistncia at que atingisse
uma resistncia residual.
Na envoltria de Mohr-Coulomb obteve-se um ngulo de atrito =
33 intercepto de coeso c= 205 kPa.
Tabela 5 Resultados 11 m
3 tenses
50 kPa 260,4 kPa 371,9 kPa
100 kPa
300 kPa 663,7 kPa 630,0 kPa
, c =33 c=205 kPa
, v 1,42 kN/m 15,62 kPa
s s=215 kPa
41
s x
y = 0,64x + 205,25
R2 = 1
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 500 1000 1500 2000 2500
(kPa)
s (kPa)
50 kPa 100 kPa 300 kPa
envoltria Grfico Linear (envoltria)
Grfico 11 Envoltria de Mohr Coulomb profundidade 11.
1 -3 x (%)
0
500
1000
1500
2000
2500
0 5 10 15 20 25 30 (%)
1 - 3
50 kPa 100 kPa 300 kPa
Grfico 12 (13) x Deformao profundidade 11m.
42
q x p'
0
200
400
600
800
1000
1200
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
p'
q
50 kPa 100 kPa 300 kPa
Grfico 13 Envoltria de Tenses profundidade 11m.
4.5 Anlise geral
A seguir sero apresentados e analisados os resultados obtidos nas
amostras ensaiadas.
Tabela 6 - Parmetros determinados nos ensaios
PROFUNDIDADE s (kPa) C (kPa) w (%) d (kN/m3) e
1 m 112 102 36 24,73 13,9 1,63 5 m 110 33 49 34,09 13,4 1,86 8 m 146 36 42 42,06 15,2 1,67 11 m 304 57 56 56,80 14,2 2,15
Levando em considerao o atrito e a coeso, os dois parmetros
que influenciam na resistncia, constata-se que a coeso inicia-se com um valor alto
no primeiro metro, ento este valor diminui no quinto metro, e aumentando
novamente no oitavo e no dcimo primeiro metro (Grfico 18).
43
y = -4,4384x + 84,74
R2 = 0,3545y = -0,1607x3 + 4,8571x2 - 41,411x + 138,71
R2 = 1
0
20
40
60
80
100
120
0 m 5 m 10 m 15 m
Profundidade (m)
Intercepto de coeso (kPa)
Seqncia1
Linear(Seqncia1)
Polinmio(Seqncia1)
Grfico 14 c x Profundidade
O ngulo de atrito iniciou-se com um valor no primeiro metro e
apresentou um comportamento de aumento com o aumento da profundidade,
havendo um desvio no oitavo metro (Grfico 19).
y = 1,6301x + 35,562
R2 = 0,6473
y = 0,1964x3 - 3,5476x2 + 18,446x + 20,905
R2 = 1
0
10
20
30
40
50
60
0 m 5 m 10 m 15 m
profundidade (m)
Seqncia1
Linear(Seqncia1)
Polinmio(Seqncia1)
Grfico 15 - x Profundidade
Este comportamento descrito acima, junto a outros que sero
descritos logo abaixo resultaram no aumento da resistncia, conforme o aumento da
profundidade. Como pode ser observado no grfico 20 e na tabela 6 que
correlacionam estes parmetros com a profundidade.
44
y = 17,79x + 56,813
R2 = 0,68y = 0,4992x3 - 5,2032x2 + 15,244x + 101,46
R2 = 1
0
50
100
150
200
250
300
350
0 m 5 m 10 m 15 m
profundidade (m)
s
Seqncia1
Linear(Seqncia1)
Polinmio(Seqncia1)
Grfico 16 s x Profundidade
Com o aumento da profundidade, tambm foram determinados
outros parmetros, como: ndice de vazios (e), teor de umidade (w) e peso
especfico (), os quais obtiveram os seguintes comportamentos.
O ndice de vazios e o teor de umidade aumentaram e o peso
especfico apresentou uma tendncia constante.
y = 0,0411x + 1,5704
R2 = 0,5488
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 m 5 m 10 m 15 mProfundidade
ndice de Vazios
e
Linear (e)
Grfico 17 e x Profundidade
45
y = 3,1226x + 19,904
R2 = 0,9649
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0 m 5 m 10 m 15 m
profundidade (m)
Teor de Umidade %
w%
Linear (w%)
Grfico 18 w x Profundidade
y = 0,0801x + 13,674
R2 = 0,1951
y = -0,0265x3 + 0,4773x2 - 2,1721x + 15,621
R2 = 1
1
3
5
7
9
11
13
15
17
0 m 5 m 10 m 15 m
profundidade (m)
Peso especfico (kN/m
3)
Linear (g)
Polinmio (g)
Grfico 19 x Profundidade
A partir destas caractersticas descritas, pode-se dizer que o perfil
possui comportamento varivel caracterstico de argilas laterticas.
Dependendo da tenso confinante que se aplicou nas amostras o
solo apresentou comportamento sobre-adensado ou de solo normalmente
adensado.
Como visto na tabela 1, observa-se que o solo estudado apresenta
tenses de pr-adensamento (a) diferentes para cada profundidade, que foram
46
comparadas com as tenses confinantes (3) aplicadas nos ensaios de compresso
triaxial.
Quando a tenso confinante (3) aplicada foi menor que a tenso de
pr-adensamento, para a profundidade analisada, o solo estava sendo ensaiado em
condio de sobre-adensamento, e quando a tenso de confinamento (3) maior
que a tenso de pr-adensamento, ento estava sendo ensaiado em condio de
solo normalmente adensado.
O estudo mostrou que aplicando tenses confinantes diferentes para
todas as profundidades, obtiveram-se comportamentos variveis em cada uma
dessas profundidades, como pode ser visto na tabela abaixo.
Tabela 7 Comportamento do solo
Parmetros m 1 5 8 11
Pr-adensamento (kPa) 61 110 188 249
Tenso confinante (kPa) Comportamento 50 S A S A S A S A 100 N A S A S A S A 300 N A N A N A N A
N A = argila normalmente adensada S A = argila sobre-adensada
Este comportamento varivel condiz com o que se espera deste
solo, uma argila siltosa colapsvel latertica, a qual se comporta como material
granular em campo, como foi constatado nos ensaios de CPTs (Grficos 24, 25 e
26) e DMTs (Grficos 27, 28 e 28) realizados no CEEG. As anlises dos resultados
destes ensaios de campo identificaram este solo como sendo um silte, porm o
ensaio de granulometria prova tratar de uma argila siltosa. O fato de o solo se
comportar como granular se d atravs de como estes gros esto unidos.
47
qc (kPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 5 10 15
Prof. (m)
CPT9
CPT14
fs (kPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 100 200 300 400 500
Prof. (m)
CPT9
CPT14
FR (%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0% 100% 200% 300% 400%
Prof. (m)
CPT9
CPT14
Grficos 20,21,22 Resultados do Ensaio CPT para os poos P 9 e P 14. Fonte: Teixeira et all, 2006
ED (kPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 50 100 150 200
Prof. (m)
DMT9
DMT14
KD
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 20 40 60 80 100
Prof. (m)
DMT9
DMT14
ID
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 5 10 15 20 25
Prof. (m)
DMT9
DMT14
Grficos 23, 24, 25 Resultados do Ensaio DMT para os poos P 9 e P 14.
Fonte: Teixeira et all, 2006
48
importante relatar que algumas amostras mostraram
comportamento diferenciado, no tocante a deformao. As amostras relativas s
profundidades de 1 m e de 8 m apresentaram deformao excessiva sem que
houvesse um plano de ruptura visvel, ou seja, apresentaram um comportamento
no frgil. Este fenmeno no ocorreu para as demais amostras (profundidades de 5
m e de 11 m), onde o comportamento detectado foi o frgil. Nessas, o solo
deformou-se at uma variao de tenso mxima e depois esta variao passou a
decrescer - este comportamento resultou na ruptura ntida do corpo de prova, com a
definio de um plano visvel de ruptura.
49
5 CONCLUSO
Durante a execuo destes ensaios foi possvel confirmar a
heterogeneidade do solo quanto a caractersticas visuais e tteis, seu
comportamento diferenciado devido, provavelmente, laterizao e ao seu
comportamento quanto resistncia ao cisalhamento de cada camada.
A laterizao deste solo foi confirmada por Decourt (2002), atravs
de ensaios na determinao do ndice de Laterizao de Ignatius (L) obtido foi de
1,54, valor este maior que 0,3, o que caracteriza solo latertico. O autor citado
tambm constatou que o solo colapsvel.
Concluiu-se que a resistncia permanece constante at o quinto
metro e cresce com o aumento da profundidade, o que pode ser comprovado
tambm nos ensaios de CPT e DMT, provando que o solo se torna mais resistente
nas camadas mais profundas, porm podendo apresentar comportamento frgil.
Todos os resultados obtidos levam a salientar e a confirmar a
importncia de estudos mais detalhados sobre este solo, para que melhor e mais
eficazes sejam os resultados dos futuros projetos de engenharia geotcnica que iro
refletir diretamente na construo civil.
50
6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
BUENO, Benedito de Souza; VILAR, Orencio Monge. Mecnica dos Solos. Vol. 2. So Carlos: EESC USP, 2004. MELFI, Adolpho Jos. Lateritas e Processos de Laterizao (Aula Inaugural de 1994). So Carlos: EESC USP, 1997. MIGUEL, Miriam Gonalves; TEIXEIRA, Raquel Souza. Notas de Aula: Mecnica dos Solos. Londrina: Disciplina 3CIV018 Mecnica dos Solos Universidade Estadual de Londrina, 1999. PADILHA, Ana Carolina Ciriaco; MIGUEL, Miriam Gonalves; TEIXEIRA, Raquel Souza. Curvas Caractersticas de Suco do Solo Latertico da Regio de Londrina/PR. In: REVISTA DE CINCIA & TECNOLOGIA, jul./dez. 2004, v. 12, Piracicaba. Piracicaba: UNIMEP, 2004, p. 63-74. PINTO, Carlos de Sousa. Curso Bsico de Mecnica dos Solos em 16 aulas. 2 ed. So Paulo: Oficina de Textos, 2002. RHM, Srgio Antnio. Solos no saturados Monografia Geotcnica no4. So Carlos: EESC USP, 1997. STANCATI, Gene; NOGUEIRA, Joo Baptista; VILAR, Orencio Monge. Ensaios de Laboratrio em Mecnica dos Solos. So Carlos: EESC USP, 1981. TEIXEIRA, Raquel Souza. SGS-833: Seminrios Gerais em Geotcnica. Tema: Resistncia ao Cisalhamento de um Solo Compactado Parcialmente Saturado. Orient. Orencio Monge Vilar. So Carlos: Escola de Engenharia de So Carlos (EESC), Universidade de So Paulo (USP), 1994.
TEIXEIRA, Raquel Souza; MIGUEL, M. G.; PINESE, Jos Paulo Peccinini; BRANCO, Carlos Jos Marques da Costa: Caracterizao geolgico-geotcnica do Campo Experimental de Engenharia Geotcnica Prof. Saburo Morimoto da Universidade Estadual de Londrina. I Encontro Geotcnico do Terceiro Planalto Paranaense, Maring, PR, v. 1, n. 1, p. 165-182, 2003. TEIXEIRA, Raquel Souza; LOPES, Fabiana Flore; BELINCANTA, Antonio; MIGUEL, M. G.; BRANCO, Carlos Jos Marques da Costa: Comportamento colapsvel da camada de primeiro estrato da cidade de Londrina/PR. I Encontro Geotcnico do Terceiro Planalto Paranaense, Maring, PR, v. 1, p. 183-199, 2003.
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