ANÁLISE DO DESEMPENHO DE NOVOS MATERIAIS … · materiais alternativos são de extrema importância por representarem ... serragem de dois tipos de madeira largamente utilizados

Departamento de Engenharia Civil

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ANÁLISE DO DESEMPENHO DE NOVOS MATERIAIS

GEOTÉCNICOS PARA APROVEITAMENTO EM REFORÇO DE

SOLOS - Avaliação do Comportamento de Solos Reforçados com Resíduos de

Madeira para Aplicação em Geotecnia

Aluno: Lucas Mendes Repsold

Orientadora: Michéle Dal Toé Casagrande

Introdução

Percebe-se através do passar dos anos que, não só a construção civil, mas também a

sociedade capitalista como um todo, não se preocupou com o uso indiscriminado de matérias

primas. O modelo de produção massificada não levou em consideração fatores ambientais que

pudessem afetar o ecossistema como um todo. Dessa forma, produziu-se de maneira extrativista

e não planejada, gerando muita poluição e degradação ambiental que são continuamente

mantidos pela indústria que visa na maioria das vezes apenas o lucro. Alguns setores da

sociedade em países desenvolvidos começaram a perceber que se estava transformando o

mundo onde vivemos em uma lixeira que nós mesmo alimentamos. Se estava transformando o

Mundo, palavra que significa “limpo”, num lugar sujo, “imundo”. Estudos voltados para

materiais alternativos são de extrema importância por representarem uma tendência necessária

ao controle sob o uso das fontes de recursos naturais que se esgotam cada vez mais rapidamente,

podendo se constituir em uma fonte alternativa para obter resultados equivalentes aos produtos

já utilizados, mas com o diferencial do aproveitamento de materiais a baixo custo de produção,

pois reduz-se a energia necessária para o beneficiamento do mesmo, além de não gerar tantos

resíduos no seu beneficiamento ou até mesmo utilizando o que consideramos como resíduos,

reciclando-os e transformando-os novamente matéria prima.

A madeira é um material natural, com propriedades físicas e mecânicas capazes de

conferir ao mesmo a possibilidade de aplicações estruturais e arquitetônicas diversas. Por esses

motivos, a madeira sempre foi um dos principais materiais utilizados tanto na construção civil

quanto na indústria moveleira. No entanto, em se tratando de um material natural, para que o

mesmo viesse a estar disponível para consumo, uma grande demanda energética de recursos foi

necessária para a sua produção. Recursos estes como nutrientes e água, vindos do solo para o

plantio das árvores e trabalho humano. O processo de beneficiamento e processamento

industrial da madeira geram grandes quantidades de resíduos da própria matéria prima, que

muitas vezes é disposta de forma inadequada, desperdiçando tal potencial energético. Dessa

forma, é preciso atentar-se a esse fato e procurar meios de aproveitamento desse material na

medida em que esse resíduo é uma matéria prima que possui uma grande demanda energética

embutida em sua existência e dispô-la simplesmente constitui-se em um problema ambiental e

desperdício econômico.

Os solos naturais muitas vezes não se encontram em condições imediatas de utilização

em projeto geotécnico por não possuírem parâmetros de resistência adequados. Esse fato faz

com que, cada vez mais, se procure por alternativas para a viabilização da utilização destes

solos em obras geotécnicas. Uma alternativa é a remoção do material existente no local e

substituição do mesmo por outro com características adequadas ou ainda melhor, modificar


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suas propriedades de modo a criar um novo material com características de resistência e

deformabilidade adequadas para tais finalidades. Um dos processos utilizados em obras

geotécnicas para aproveitamento de solos naturais é a inserção de elementos de reforço que

venham a conferir ao solo melhorias em seus parâmetros de resistência, viabilizando sua

utilização imediata.

É neste contexto que se iniciou essa pesquisa. No trabalho, pretendeu-se verificar a

possibilidade do uso de serragem de madeira como material de reforço de solos para aplicação

em obras geotécnicas, como camadas de aterros sanitários para uso como liners de cobertura,

aterros sobre solos moles, taludes, fundações rasas, etc. Tendo em vista que tais obras

consomem um grande volume de materiais, o uso de serragem como elemento de reforço torna

possível a redução de volume de solo utilizado, assim como o aproveitamento e disposição

adequada de um material com grande potencial energético que seria desperdiçado.

Por se tratar de um material que pode se degradar naturalmente com o passar do tempo,

também será tema futuro dessa pesquisa o estudo da durabilidade de tal material. As

preocupações advindas desse quesito, que podem afetar ao longo prazo a estabilidade

dimensional, resistência e ductilidade da fibra estão relacionadas ao fato de as fibras naturais

estarem suscetíveis a ataques químicos e biológicos de elementos e micro-organismos presentes

no solo. Dessa forma, é preciso impedir a ocorrência desse ataque ou atenuá-lo, para que as

fibras naturais possam durar. Serão estudados futuramente alguns mecanismos de

impermeabilização das fibras, métodos estes já estudados anteriormente para fibras naturais em

matrizes cimentícias e que apresentaram boa eficácia para o aumento da durabilidade de fibras

naturais. Por exemplo, na tese de doutorado de Romildo Dias Toledo Filho, de 1997, foi feita a

imersão das fibras em micro-sílica líquida antes de serem incorporadas à matriz de cimento

Portland. Dessa forma, pôde-se estudar o comportamento do material compósito ao longo de

vários dias e avaliar os parâmetros desejados para aplicações em projetos de longo prazo.

As fibras naturais também estão sujeitas a absorção de água, logo este quesito também

precisa ser investigado para cada fibra, tendo em vista que o teor de água absorvida pode

modificar o tamanho em volume das mesmas. Assim, o inchamento das fibras pode representar

um obstáculo a estabilidade dimensional do elemento reforçado.

Objetivo

Neste trabalho pretende-se analisar o comportamento de um solo argiloso reforçado com

serragem de dois tipos de madeira largamente utilizados na construção civil e indústria

moveleira. Pretende-se avaliar as propriedades físicas e mecânicas do solo puro e do solo

misturado com serragem através de ensaios de laboratório, de modo a poder comparar os

parâmetros de resistência entre eles para avaliar a possibilidade da utilização da serragem como

material de reforço.

Metodologia

Foram selecionadas serragens de dois tipos de materiais para aplicação em um solo

argiloso (símbolo “S”): Peroba (símbolo “P”) e MDF (símbolo “P”). O primeiro é uma madeira

nobre, já o segundo é um material fabricado com fibras de madeira. O material utilizado são

resíduos advindo de processo de lixamento, desbaste, desengrosso e corte de peças de madeira,

provenientes da uma madeireira no bairro do Cosme Velho, Rio de Janeiro.


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Figura 1 – Máquina desengrossadeira Figura 2 – Serra de mesa

da Madeireira Madeiras Cosme Velho da Madeireira Madeiras Cosme Velho

com o resíduo de serragem com o residuo gerado pelo corte de peças

Trabalhou-se com o solo puro e misturas de solo com serragem destes materiais, com

uma porcentagem fixa de 3% em massa em relação ao peso do solo seco. O solo argiloso

utilizado é de origem coluvionar, procedente do campo experimental da Pontifícia Universidade

Católica do Rio de Janeiro. O solo foi escolhido com base na facilidade de coleta, uma vez que

o local de coleta se encontra dentro do campus da universidade.

Figura 3 – Solo Argiloso

Figura 4 – Serragem de MDF Figura 5 – Serragem de Peroba


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Com o objetivo de se determinar as propriedades índice da amostra de solo argiloso,

proveniente do campo experimental da PUC-Rio, foram executados ensaios de caracterização

física do material, como o ensaio granulométrico, ensaio para obtenção de massa específica real

dos grãos e limites de consistência. Para se obter as propriedades mecânicas dos materiais e

misturas estudados, foram realizados ensaios de compactação e cisalhamento direto.

Caracterização física do solo argiloso:

Ensaios para obtenção de propriedades físicas e de classificação do solo:

a) Análise Granulométrica

A primeira parte desse ensaio consiste-se em preparar a amostra para o ensaio

granulométrico do solo assim como determinar o teor de umidade.

A preparação da amostra para ensaios de caracterização segue a norma NBR 6457 que

consiste em três etapas:

- Secagem do solo ao ar (que pode ser simulado pela estufa, à 60º C).

- Destorroamento do solo utilizando um recipiente de porcelana grande denominado

“almofariz” e um pilão de madeira denominado “mão de gral”.

- Peneiramento na peneira de número 40, que equivale ao diâmetro de abertura entre

suas grelhas de 42 µm (0,42 mm).

O material que passou na peneira foi separado do que não passou. O material retido foi

levado ao tanque, na própria peneira, para ser lavado em água corrente, no âmbito de retirar as

possíveis partículas de grãos finos que ainda residiam na amostra. Esse material por fim lavado,

será conduzido na próxima etapa do ensaio para o peneiramento grosso. Esse material retido

foi levado para estufa de 110º em um recipiente metálico para secagem total que ocorre em

aproximadamente 24h após inserção na estufa. Já o material que passou foi guardado e uma

pequena parte foi retirada para determinar a umidade higroscópica do solo. Parte desse material

que passou será utilizado posteriormente para os ensaios de sedimentação (200g), ensaio de

massa específica real dos grãos (250g), limites de Atterberg (200g) e o resto foi guardado. Para

a umidade higroscópica, foi pesada uma cápsula (tara), colocado a amostra de solo nessa

cápsula (tara+solo+água) e por fim levado a estufa de 110º para que posteriormente se possa

pesar e obter o peso da cápsula com solo seco (tara+solo). Com esses valores pode-se

determinar a umidade em que o solo se encontrava antes de ter sido levado à estufa,

correspondendo a umidade higroscópica (relacionada à água adsorvida na superfície dos grãos).

Dando sequência aos procedimentos para a análise granulométrica do solo em questão,

foi feita a determinação do teor de umidade do solo que estava na cápsula colocada na estufa

no dia anterior. Para isso, pesou-se novamente a cápsula, obtendo-se assim o peso do solo seco

(cápsula + solo seco). Descontando-se essa pesagem da pesagem do dia anterior, obteve-se a

massa de água que evaporou na estufa e assim foi possível determinar o teor de umidade em

que se encontrava o solo antes de ser levado a estufa e obteve-se a umidade higroscópica do

solo.

O peneiramento grosso se deu com o material que ficou retido na peneira de número 40.

Foi montado um conjunto de peneiras de forma ordenada da de malha mais fina a de malha

mais grossa, de baixo para cima (peneiras: # 1 ½, ¾, 3/8, 5/16,1/4,4,8,10,20,40), sendo estas

pesadas individualmente e vazias. Após a pesagem e já com o conjunto montado, colocou-se o

solo que tinha ficado retido na peneira de número 40 (lavado e seco na estufa de 110º) no topo

do conjunto de peneiras para dar sequência ao peneiramento. Essas peneiras foram levadas a

um equipamento vibratório e permaneceram lá por 10 minutos para que o material fosse sendo

sacudido de modo que os grãos fossem se “arrumando” e passando pelas peneiras que tivessem

aberturas suficientes para sua passagem. Feito isto, o conjunto foi novamente pesado, peneira

por peneira, para determinar a quantidade de material retido em cada peneira.


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Figura 6 e 7 – Destorroamento

Figura 8 - Lavagem do material retido na peneira #40

Figura 9 - Equipamento vibratório Figura 10- Conjunto de peneiras

Para a sedimentação, foram colocados em um copo solo, água e defloculante. Foi

medida a temperatura, com auxílio de um termômetro. O copo, já com a mistura (solução +

solo), foi colocado em um equipamento para misturar e manter as partículas em suspensão. A

mistura, passada do copo para a proveta, foi preenchida com água de forma que atingisse 1L.

Esta, então, foi retirada do equipamento, para agitá-la em movimentos semicirculares, durante

1 minuto. Imediatamente depois, começa-se a cronometrar o tempo e coloca-se o densímetro

cuidadosamente na proveta para que ele não mergulhe e não quebre. Efetuam-se, então, as

leituras no densímetro nos tempos: 0,5min; 1min; 2min; 4min; 8min; 15min; 30 min; 1h; 2h;

4h; 8h e 24h. Além disso, mede-se a temperatura nos seus respectivos tempos. Depois da

realização das leituras, lava-se o material (#0,074mm) para realizar o peneiramento fino.


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Finalmente, montam-se as tabelas com os dados coletados para relacionar o diâmetro dos grãos

com as respectivas porcentagens de cada diâmetro presentes no solo e então classificá-lo.

Figuras 11 e 12 - Dispersão do solo em solução

Figura 13 - Movimentos semicirculares Figura 14 - Leitura do densímetro

Figura 15 – Curva de Distribuição Granulométrica


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A partir dos ensaios realizados em laboratório concluiu-se então que o solo em estudo é

classificado como CH, correspondente a uma Argila Arenosa de média plasticidade.

b) Densidade Real dos Grãos (Gs)

A massa específica dos grãos define-se como sendo a relação da massa de sólidos pelo

volume de sólidos. Para obter a massa de sólidos desse solo, foi pesada na balança uma amostra

seca em estufa de 110º do solo. A medida obtida representa a massa de sólidos da amostra. Para

a determinação do volume, foi utilizado um picnômetro de volume conhecido (250ml). Foi

colocada essa massa de solo pesada na balança dentro desse recipiente e completado com água

destilada até uma determinada altura, de modo que o solo ficasse totalmente imerso na água

(representada por uma pequena marca no picnômetro). O conjunto picnômetro mais solo mais

água foi levado a uma bomba de vácuo para a retirada do ar que ainda pudesse estar presente

na fronteira dos grãos e agitado circularmente durante um tempo de alguns minutos. Depois

desse procedimento, completou-se o picnômetro com água destilada até a altura da tampa do

picnômetro, que foi inserida em sequência, esguichando uma pequena quantidade de água por

seu bico superior de modo que garantisse que todo o volume do picnômetro estivesse completo

e posteriormente adicionando com uma seringa algumas cotas de água que vieram a ocupar

alguns espaços ainda vazios no bico do picnômetro. O conjunto foi deixado em um recipiente

com água a temperatura ambiente para que o mesmo tivesse sua temperatura equalizada, na

medida em que a troca de calor no meio líquido ocorre de forma mais rápida. Isso foi feito

porque a densidade da água depende da temperatura e esse dado será considerado nos cálculos.

Após esse tempo de repouso, o conjunto foi pesado na balança. Depois disso, o picnômetro foi

lavado e teve todo o seu volume completado apenas com água destilada, deixado em repouso

no recipiente com água a temperatura ambiente e novamente pesado. Esse método consiste na

obtenção do volume do solo inseridos no picnômetro (representando o volume de sólidos da

nossa amostra) de forma indireta pelo balanço de massa entre os dois conjuntos pesados e a

massa do solo. O valor encontrado para o Gs foi de 2,72.

Figura 16 - Bomba de vácuo Figura 17 - Equalização da temperatura


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c) Limites de Atterberg

De posse dos resultados do ensaio anterior, ou seja, tendo em mãos a curva

granulométrica do solo, pode-se observar que o solo do campus tem uma quantidade de finos

muito grande, sendo este um solo de caráter argiloso. Os limites de liquidez e plasticidade são

limites físicos que relacionam o teor de umidade do solo com sua consistência. Pode-se dizer

que quando o solo está muito úmido, ou seja, acima do seu limite de liquidez, o solo comporta-

se como um fluido e quando o solo está muito seco, ou seja, abaixo do seu limite de plasticidade,

ele torna-se quebradiço. O estado compreendido entre esses dois extremos de consistência nos

permite dizer que o solo deverá ter um comportamento plástico. Abaixo do limite de

plasticidade, há o limite de contração, que represente o teor de umidade para qual o solo começa

a diminuir de volume ao perder água por secagem.

A determinação destes limites físicos é importante por vários motivos, como por

exemplo, para a curva de compactação. Em projetos com o uso de solos compactados, deseja-

se que o solo seja disposto com certa consistência. Muitas vezes queremos compactar um solo

na “umidade ótima”, que corresponde ao teor de umidade em que o solo apresenta sua densidade

seca máxima, sendo este o teor de umidade para o qual o solo fica com uma boa

trabalhabilidade. Para que possamos realizar o ensaio de compactação para determinado solo

argiloso pode-se estimar um valor para a umidade ótima, valor este que pode ser estimado

tendo-se posse dos limites de consistência desse solo. A umidade ótima deverá ter um valor

entre esses dois limites extremos, próximo ao limite de plasticidade ou inferior a ele.

Relacionados a esses limites, existem vários índices, como por exemplo o Índice de

Plasticidade, que pode fornecer uma indicação da plasticidade do solo, o Índice de Liquidez

que nos pode fornecer um indicativo da história de tensões num solo, o Índice de Consistência

que pode fornecer uma indicação do estado de consistência no campo de um solo e o Índice de

atividade da fração fina de Skempton que pode fornecer a atividade da fração fina do solo,

estimando assim os argilominerais presentes.

Para a realização do ensaio de limite de liquidez, foi utilizado aproximadamente 100g

do material passado na peneira #0,42mm (peneira 40), ou seja, o material utilizado é a parte

fina do solo, seca em estufa de 110º C.

A amostra foi colocada em uma cápsula de alumínio. Adicionou-se água destilada e, ao

mesmo tempo, homogeneizou-se a mistura com o auxílio de uma espátula.

Figuras 18, 19 e 20 - Adição de água e homogeneização da mistura

Em seguida, a pasta foi transferida para o aparelho de Casagrande, dispondo certa

quantidade de material na concha do aparelho, de forma que a parte central tivesse uma

espessura de solo de aproximadamente 10 mm. Em sequência, passou-se um cinzel, no meio da

amostra, de modo a dividir a massa de solo em duas partes.


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Figuras 21, 22 e 23 - Utilização do cinzel e divisão da massa de solo em duas partes no aparelho de Casagrande

O aparelho foi ligado e, ao bater a concha, foram contados os golpes necessários para

que a ranhura feita com o cinzel fechasse. Assim que a ranhura fechou, coletou-se uma pequena

parte do solo que se encontrava nessa região de encontro que, depois de colocado em uma

cápsula, foi levado à estufa para posteriormente determinar seu teor de umidade. Ao final desse

processo foi adicionado mais água na mistura para repetir o procedimento, a fim de se obter

pelo menos três amostras entre os valores de 15 a 35 golpes. O limite de liquidez (LL) será o

teor de umidade relacionado a 25 golpes. Esse valor será estimado graficamente supondo uma

função linear que interpole esses valores de amostragem experimental.

O limite de plasticidade é o teor de umidade em que o solo começa a trincar quando

moldado um cilindro com 3 mm de diâmetro. Esse cilindro é moldado rolando-se o solo com a

palma da mão sobre uma placa de vidro esmerilhado. Para a realização do ensaio de limite de

plasticidade foi utilizada uma amostra do solo úmido, um gabarito de metal de 3 mm de

diâmetro, uma placa de vidro esmerilhado e três capsulas vazias.

Figuras 24 e 25 – Moldagem dos cilindros para ensaio de limites de plasticidade

Utilizando a amostra de solo com o teor de umidade estimado para o limite de

plasticidade, foram feitos com as mãos três cilindros do mesmo tamanho e mesmo diâmetro

que o gabarito.


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Figuras 26, 27 e 28 - Moldagem dos cilindros e resultado final

Os cilindros devem trincar exatamente no teor de umidade correspondente ao limite de

plasticidade, como dito anteriormente. Feito isso, os três moldes foram colocados na cápsula e

levados à estufa. Após esses procedimentos deve-se calcular o teor de umidade desses três

cilindros e através da média, obter o limite de plasticidade LP.

Figuras 29 e 30 - Medições de peso das cápsulas e cápsulas com solo

Figura 31 – Gráfico para o limite de liquidez


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Tabela 2 – Limites Físicos do Solo Argiloso

Os ensaios de limites são pouco precisos dada a dificuldade em determinar o momento

do fechamento da ranhura feita pelo cinzel, influenciando a contagem de golpes relativa a cada

teor de umidade assim como a modelagem do corpo de prova cilíndrico que pode romper com

diâmetro ligeiramente diferente do indicado pelo gabarito metálico. Concluímos que o solo

pode então ser classificado pelo gráfico de Casagrande a partir desses limites encontrados e o

valor do limite de contração pode ser também estimado a partir da análise gráfica pela carta de

plasticidade de Casagrande.

Caracterização mecânica do solo argiloso e misturas:

a) Ensaios de Compactação

Quando desejamos construir sob determinados tipos de solos, como o solo em questão,

para a execução de estradas, aterros, barragens de terra, etc, faz-se necessário o uso da técnica

de compactação do solo para que determinadas propriedades sejam melhoradas. A compactação

Proctor têm como principais objetivos o aumento da rigidez do solo, redução da permeabilidade

e redução das deformações causadas por possíveis cargas atuantes (recalques). Para que se

possa atingir esses objetivos, faz-se a compactação do solo. Essa compactação é dada em termos

dos teores de umidade em que o solo é disposto, ou seja, as propriedades do solo dependem do

teor de umidade. Dessa forma, deseja-se com o ensaio de compactação traçar uma curva que

relacione os teores de umidade com as respectivas massas específicas secas aparentes do solo.

A compactação irá aumentar a densidade do solo (representada pelo aumento da massa

específica seca) e consequentemente reduzir o índice de vazios, na medida em que a adição de

água lubrifica os grãos que vão dispondo-se em uma configuração mais compacta. A massa

específica seca tende a aumentar de modo que o arranjo dos mesmos seja o mais compacto

possível na umidade ótima, que corresponde ao teor de umidade em que o solo terá a massa

específica seca máxima. Após esse teor de umidade a massa específica tende a diminuir com a

adição de água na medida em partículas de água passam a ocupar o lugar de grãos de solo. Vale

ressaltar que ainda que o teor de umidade aumente, nunca se chegará a saturação do solo, ou

seja, ainda haverá ar presente no solo compactado.

Para o ensaio Proctor Normal, seleciona-se uma amostra de solo seca ao ar (simulada por

secagem na estuda à 60º C), destorroada e peneirada. No caso, de posse da curva

granulométrica, selecionou-se a peneira 10 da ASTM que possui abertura equivalente a 2mm

para o peneiramento, removendo assim possíveis fragmentos de rochas ou minerais grandes,

impurezas, fragmentos de galhos e raízes de plantas, folhas, de tamanho maiores que a abertura

da peneira que poderiam estar presentes. Vale ressaltar que para solos com quantidade grande

de pedregulhos, o ensaio de compactação deve ser feito com um cilindro maior do que o usado

neste ensaio, para justamente considerar essas porções de elementos com dimensões grandes,

que se fossem peneiradas, tornariam o ensaio pouco representativo para tal solo. Assim, pega-

se essa amostra, no caso 2kg de solo, e acrescenta-se água até cerca de 5% de umidade abaixo

da ótima estimada. Esse valor pode ser estimado pelos limites de Atterberg, tendo a umidade

ótima próxima ao valor do limite de plasticidade, mas também pela literatura que nos fornece

Limite de Liquidez 42%

Limite de Plasticidade 30%

Índice de Plasticidade 12%

Limite de Contração 24%


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valores típicos de densidades secas e umidades ótimas. Para o nosso solo em questão, de caráter

argiloso/siltoso, estima-se que a umidade ótima esteja em torno de 25% e 30% e as densidades

secas máximas entre 1,5 e 1,4 g/cm³.

Figura 32 – Material utilizado para Ensaio Figuras 33 e 34 – Cilindro e Soquete Padrão Menor

Coloca-se o solo no cilindro padrão menor (dimensões: diâmetro = 9,98cm e altura =

12,74 cm, medidos com paquímetro digital) até altura estimada compactada de 1/3 da altura

total.

Realiza-se a compactação com soquete de massa de 2,5 kg, caindo e uma altura de 30,5

cm, num total de 26 golpes por camada de espessuras aproximadamente iguais, distribuindo os

golpes em toda a área da camada de forma mais homogênea possível e escarificando a superfície

da camada ao superpor a camada seguinte, para que haja melhor adesão entre elas.

Figura 35 e 36 – Processo de Compactação

Esse processo é repetido até que o cilindro tenha seu volume completo e transpassado

um pouco do anel complementar, compreendendo um total de 3 camadas. Ao fim, retira-se o

anel e acerta-se a superfície do cilindro com uma régua de metal.

Pesa-se o cilindro e pela diferença entre a massa do cilindro vazio e a massa do cilindro

completo com solo, obtém-se a massa do corpo de prova compactado. Agora, basta retirar três

amostras do interior do cilindro para serem pesadas, colocadas em estuda e obter-se

posteriormente o teor de umidade real do corpo de prova, que embora já fosse conhecida, deve

ser novamente calculado dada as perdas de umidade durante a realização do ensaios e adsorção


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nas superfícies dos equipamentos e acessórios utilizados. Em seguida, o corpo de prova é

retirado no macaco hidráulico, desfeito, homogeneizado, a umidade é aumentada em 2% e os

procedimentos descritos anteriormente são repetidos até que se observe que a massa do corpo

de prova tenha aumentado, ficado constante e começado a cair por duas ou três vezes. Nesse

terceiro instante de decréscimo a densidade seca já terá atingiu um pico (correspondente a

umidade ótima) e decrescido. Feito isso, basta calcular as massas específicas secas e traçar o

gráfico da curva de compactação, que irá associar a cada corpo de prova uma densidade seca

aparente máxima a um correspondente teor de umidade que será obtido após 24h ao término do

ensaio pelas cápsulas secas na estufa à 110º C. Esse procedimento foi realizado para o solo puro

e para ambas as misturas de serragem.

Figura 37 – Retirada da Amostra do Molde Figura 38 – Pesagem de amostra do solo

Figura 39 – Gráfico de compactação do solo puro e misturas


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Material / Misturas Umidade Ótima (%) Massa Específica Seca Máxima

(g/cm3)

S100 26,30% 1,56

S97M03 27,40% 1,43

S97P03 25,50% 1,49 Tabela 4 – Resultado dos ensaios de compactação

Através da análise gráfica, observa-se que a inserção de serragem no solo diminui a massa

específica seca máxima do compósito.

a) Ensaios de Cisalhamento Direto

Para o ensaio de cisalhamento direto, deve-se modelar os corpos de prova no formato

específico para encaixar na prensa do laboratório. Primeiramente, pega-se o solo e compacta-

se um corpo de prova cilíndrico. Esse corpo de prova foi compactado na energia Proctor Normal

e umidade ótima, obtidas pelos ensaios de compactação para o solo puro e as misturas. Dadas

as dimensões da caixa utilizada no equipamento de cisalhamento direto, foi utilizado o cilindro

grande de dimensões 15,08cm x 17,78cm (diâmetro x altura) utilizando o soquete grande de

4,53kg com aplicação de 26 golpes por camada em 5 camadas, para que a energia Proctor

Normar se mantivesse igual a das amostras compactadas anteriormente no ensaio de

compactação.

Assim que o material é compactado, envolve-se o corpo de prova cilíndrico em papel

filme para que o corpo de prova não rompa ao ser moldado e depois moldam-se os corpos de

prova que serão destinados ao ensaio de cisalhamento direto. A moldagem é feita com a

cravação de um anel metálico com as mesmas dimensões da caixa de cisalhamento, 10,15cm x

1,97cm (lado x altura), cravando uniformemente o anel untado com vaselina para facilitar o

processo e não danificar o corpo de prova quando transferido para o equipamento.

Posteriormente, acerta-se a base e o topo da amostra para que as faces fiquem paralelas. Com

um cilindro grande é possível moldar pelo menos 3 corpos de prova. Ao final, basta transferir

o corpo de prova para o equipamento de cisalhamento direto com um cap acrílico.

Figura 40 – Cilindro e soquete grandes e materiais Figura 41 – Cilindro compactado


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Figura 42 – Corpo de prova compactado Figura 43 - Cravação do anel

A prensa de cisalhamento direto dispõe de uma caixa dividida horizontalmente em duas

metades onde uma força normal é aplicada a partir do topo da caixa onde fica o corpo de prova

quadrado quando é imposto um deslocamento na caixa a uma velocidade constante. As caixas

deslizam-se uma sobre a outra quando o equipamento é ligado, estando estas afastadas 0,5 mm

entre si. Acima e abaixo do corpo de prova são colocadas placas com ranhuras e furos que

aderem as faces do corpo de prova, papel filtro para que não ocorra carreamento de partículas

finas durante o ensaio e pedras porosas saturadas para que ocorra drenagem livremente a fim

de manter poro-pressões nulas durante a realização do ensaio.

Em se tratando de um ensaio onde o controle é por deformação, a velocidade de

deslocamento deve ser calculada. Essa velocidade é calculada através dos dados na fase inicial

do ensaio, o adensamento, onde o corpo de prova é submetido somente à tensão vertical e tem

sua deformação vertical medida por um LVDT até que se estabilize. Através de um gráfico de

deslocamento vertical versus raiz do tempo, obtém-se a velocidade. Essa velocidade foi obtida

com o adensamento do solo puro e foi mantida para os ensaios com as misturas, fazendo com

que cada ensaio durasse em torno de 3 horas. A ruptura do corpo de prova se dá na direção

horizontal, onde as caixas se encontram. São medidos os deslocamentos horizontal e vertical

do corpo de prova com LVDTs (Linear Variable Differential Transformer) e a força atuante no

solo com uma célula de carga.

Os ensaios foram repetidos para cada mistura, adotando-se três valos de tensões

verticais normais: 50, 150 e 300 kPa. Através do ensaio, é possível plotar gráficos de tensão

cisalhante máxima por deformação para análise do comportamento dos corpos de prova quando

submetidos a esforços cisalhantes.

Este tipo de ensaio possui vantagens e desvantagens. O cisalhamento direto é um ensaio

simples de ser realizado e fácil de ser montado. O fato de se impor uma superfície de ruptura,

não permitindo que o solo rompa ao longo do plano mais fraco, pode vir a ocasionar distorções

nos resultados obtidos. Dessa forma, a realização de ensaios triaxiais seria melhor para maior

assiduidade dos dados e melhor entendimento do comportamento desse material.


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Figura 44 – Placa metálica, Pedra porosa e Papel Filtro Figura 45 – Caixa da Prensa

Figura 46 – Caixa da prensa com o corpo de prova

Figura 47 – Prensa de Cisalhamento Direto do Laboratório de Geotecnia da PUC-RIO


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Figura 48 – Detalhe da caixa da prensa Figura 49 – Pesos para gerar as tensões verticais

Figura 50 – Detalhe da caixa da prensa montada Figura 51 – Sistema de aquisição de dados

Figuras 52 e 53 – Corpo de prova após o ensaio de cisalhamento


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Resultados e Discussões

Os métodos de ensaio consistem em análise comparativa, onde são analisados dados de

corpos de prova de solo puro e posteriormente com a presença das fibras.

Figura 54 – Gráfico Tensão Cisalhante x Deformação Horizontal

Analisando-se os gráficos, pode-se traçar algumas considerações e conclusões:

• Para tensão normal de 50kPa – Observa-se uma ruptura bem definida no solo puro. Já

nas misturas com fibra, essa ruptura não é atingida. Há um ganho de tenacidade e aumento da

tenção cisalhante máxima com o uso de ambas as serragens, mas com a serragem de peroba os

ganhos são maiores.

• Para tensão normal de 150kPa – Observa-se que o solo puro não tem ruptura bem

definida. As misturas com ambas as serragens geraram ganho de tenacidade e aumento da

tensão cisalhante máxima, sendo a serragem de peroba novamente a que se mostrou mais

eficiente

• Para tensão normal de 300 kPa – Observa-se que o solo puro também não possui ruptura

bem definida. As misturas com a serragem de MDF geram algum ganho de tenacidade e

aumento da tensão cisalhante máxima. No entanto, a serragem de peroba diminuiu a tenacidade

da mistura e também da tensão cisalhante máxima em relação ao solo puro.

Segundo o critério de ruptura de Mohr-Coulomb, ao se plotar os pares de tensão cisalhante

e tensão normal em um gráfico obtém-se as envoltórias de ruptura, cujos parâmetros são

definidos por uma reta, onde o coeficiente linear nos dá o valor da coesão (c’) e o coeficiente

angular nos dá o ângulo de atrito, sendo estes parâmetros de resistência ao cisalhamento do

solo.


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Figura 55 – Gráfico das Envoltórias de Ruptura

Tabela 4 – Resultados de tensão cisalhante máxima (τ máx) para cada tensão normal (σ), coesão (C’) e

ângulos de atrito (Φ’) para o solo puro e para cada mistura.

Conclusão

A partir dos resultados gráficos e numéricos obtidos e analisados nesta pesquisa,

observou-se que as misturas de ambas as serragens selecionadas melhoraram os parâmetros de

resistência do solo argiloso, levando a um comportamento mecânico compatível com as

exigências de projetos geotécnicos. Deve-se destacar que ambas as serragens produziram um

aumento da coesão das misturas, chegando a pelo menos 50% de melhoria em relação ao solo

puro, sem perdas significativas no ângulo de atrito, comprovando que a serragem pode ser

utilizada como elemento de reforço em solos. Ainda será avaliado futuramente a utilização de

diferentes madeiras nas misturas, assim como diferentes teores de serragens e sua durabilidade

quando submetido as condições climáticas e ambientais.

Material/Mistura

σ (KPa) 50 150 300 50 150 300 50 150 300

τ máx(KPa) 55,2 106,3 213,5 67 133,5 219,6 68,9 132,9 206,1

C ' (kPa)

Φ' (graus) 32,6 31,3 28,6

S S97M03 S97P03

18,4 38,8 45,3


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Referências

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Análise granulométrica. Rio de Janeiro/RJ.


Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro/RJ.


Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro/RJ.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. (1984) ABNT NBR 6508: Grãos

de Solo que passam na Peneira 4,8mm – Determinação da Massa especifica. Rio de

Janeiro/RJ.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. (1986) ABNT NBR 6457:

Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio

de Janeiro/RJ.


Ensaio de Compactação. Rio de Janeiro/RJ.

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Janeiro. PUC-RIO. 2001.

SZELIGA, Luciana. Avaliação do comportamento de solos reforçados com borracha moída de

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