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SUMÁRIO
1.0 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 2
2.0 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNCIA ........................................................................ 2
2.1 SERVIÇOS EXECUTADOS ...................................................................... 2
2.2 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS ............................................................... 3
2.3 NORMAS ADOTADAS .............................................................................. 4
2.4 METODOLOGIA ........................................................................................ 5
2.5 RESUMO DOS RESULTADOS GEOTÉCNICOS ................................... 15
2.6 ANEXOS ................................................................................................. 17
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1.0 INTRODUÇÃO
O presente documento tem por objetivo apresentar a EMPRESA BRASILEIRA DE
INFRA-ESTRUTURA AEROPORTUÁRIA – INFRAERO – no que respeita aos estudos,
procedimentos, metodologias, análises e resultados foram utilizados na atualização e
complementação dos Estudos Geotécnicos referente à Ampliação do Pátio de Aeronaves
“TPS” no Aeroporto Internacional Afonso Pena – PR, Termo de Contrato n° TC 075-
ST/2009/0007 e Ordem de Serviço datada de 07 de julho de 2009.
O projeto visa aumentar a capacidade operacional do sistema dotando o
aeroporto de novas posições remotas para embarque e desembarque de passageiros,
bem como estacionamento de aeronaves por períodos mais longos.
2.0 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNCIA
Inicialmente foram verificados os itens e as quantidades disponíveis em contrato
para caracterização geotécnica da área em questão.
A etapa seguinte consistiu na elaboração de uma planta com toda programação
da investigação geotécnica a ser realizada, cuja disposição foi apresentada e aprovada
pela INFRAERO. Em campo, esta programação foi materializada através da cravação de
estacas.
Importante salientar, que todas as sondagens e ensaios realizados têm como
objetivo informações geotécnicas pontuais, e seus resultados obtidos em laboratório
dizem respeito exclusivamente às amostras ensaiadas.
A seguir são descritos os serviços executados, os equipamentos utilizados, as
normas que balizaram os estudos geotécnicos, assim como as metodologias adotadas na
execução dos ensaios.
2.1 SERVIÇOS EXECUTADOS
Na área de Ampliação do Pátio de Aeronaves, foram executados:
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Nove (9) sondagens a percussão tipo SPT (Standard Penetration Test), para
o simples reconhecimento do solo;
Duzentos e oito (208) poços de inspeção e seus respectivos ensaios
laboratoriais;
Sete (07) ensaios de piezocone – CPTu;
Seis (06) ensaios de dissipação de poro-pressão;
Cinco (05) ensaios de palheta – VT;
Seis (06) coletas indeformadas shelby;
Seis (06) ensaios triaxiais UU;
Seis (06) determinações de umidade;
Seis (06) determinações de peso específico total;
Seis (06) determinações de peso específico seco;
Seis (06) ensaios de massa específica dos grãos;
Seis (06) ensaios de adensamento oedométrico.
A localização de todos os serviços realizados estão apresentados no documento
CT.04/103.05/2211/04.
2.2 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
Para a realização dos poços de inspeções foram utilizados os equipamentos
manuais relacionados a seguir:
- Cavadeira;
- Cortadeira;
- Enxada;
- Pá;
- Picareta,
- Trado tipo helicoidal e
- Conjunto para determinação da densidade natural (cilindro, soquete, haste e
tarugo) todos em aço.
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Para a elaboração dos desenhos e relatórios foram utilizados os programas
computacionais relacionados abaixo:
Autocad 2003; (Desenhos)
Microsoft Word e Excel.
2.3 NORMAS ADOTADAS
As normas adotadas no estudo geotécnico foram às seguintes:
NBR 6484/80 - Execução de sondagens de Simples Reconhecimento dos solos;
NBR 9603/86 - Execução de sondagem à Trado;
NBR 6457/85 e DNER-ME 041/94 - Amostras de Solo - Preparação para Ensaios
de Compactação e Ensaios de Caracterização;
NBR 9813/87 - Determinação da massa específica aparente in situ, com emprego
de cilindro de cravação;
NBR 7181/84, DNER-ME 080/94 e DNER-ME 051/94 - Análise granulométrica;
NBR 6508/84 e DNER-ME 093/94 - Densidade real dos grãos;
NBR 6459/84 e DNER-ME 122/94 - Determinação do limite de liquidez;
NBR 7180/84 e DNER-ME 082/94 - Determinação do limite de plasticidade;
DNER-ME 087/94 - Determinação do limite de contração;
NBR 7182/86, DNER-ME 129/94 e ASSHTO-180 - Ensaio de Compactação;
NBR 9895/87, DIRENG-ME 01/02 e DNER-ME 049/94 - Índice de Suporte
California;
NBR 12069/91 - Solo - Ensaio de penetração de cone in situ (CPT);
ASTM D-5778-07 Standard test method for performing electronic friction cone and
piezocone testing of soils
NBR 6502/95 – “Rochas e Solos”;
NBR 6508/84 – “Grãos de Solo que Passam na Peneira de 4,8 mm - Determinação
da Massa Específica”;
NBR 12007/90 – “Solo – Ensaio de Adensamento Unidimensional”;
BS 1377/90 – Part 7 – “Soils for civil engineering purposes – Shear strength tests”;
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PROC-LAB-S01 – “Preparação de Amostras de Solo para Ensaios de
Compactação e Caracterização”;
PROC-LAB-S02 – “Determinação da Umidade por Estufa”;
PROC-LAB-S16 – “Moldagem de Corpos-de-Prova de Amostras de Solo”;
PROC-LAB-S25 – “Determinação da Massa Específica dos Grãos de Solo que
passam na Peneira de 4,8mm”;
PROC-LAB-S29 – “Ensaio de Adensamento Unidimensional”;
PROC-LAB-S33 – “Ensaio Triaxial UU”.
NBR 10905/89 - Solo - Ensaios de palheta in situ.
ASTM D2573-08 Standard test method for field vane shear test in cohesive soil.
NBR 9820/97 – “Coleta de amostras indeformadas de solos de baixa consistência
em furos de sondagem”.
2.4 METODOLOGIA
ENSAIOS DE CAMPO
Todos os Serviços Geotécnicos executados tiveram como referência a topografia
existente da respectiva área do Aeroporto.
Os serviços topográficos deram subsídios, uma vez, que cada poço de inspeção
encontrava-se materializado com uma estaca e um piquete, denominando assim o exato
local a serem realizados os serviços de Geotecnia.
Poços de Inspeção
Após a identificação do local para a realização do poço de inspeção, o serviço
iniciou pela abertura de uma janela de aproximadamente 0,70 m x 0,70 m, onde foram
retirados a camada vegetal e o material orgânico. Nivelou-se a camada encontrada abaixo
e iniciou-se o ensaio para a determinação da densidade natural pelo método do cilindro
cravado (NBR 9813/87), a coleta para a determinação da umidade natural (NBR 6457/86)
e a coleta das amostras para posteriores ensaios de caracterização do material.
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O ensaio para determinação da densidade natural, citado acima, consiste na
cravação do cilindro de forma contínua na superfície nivelada e, isenta de partículas
soltas. O ensaio no campo é finalizado quando a parte superior do cilindro encontra-se
aproximadamente 1,0 cm abaixo da superfície do terreno. Com o cilindro devidamente
calibrado temos a massa deste cilindro e o seu respectivo volume interno, calculando-se
assim a sua densidade natural.
Nesta mesma camada da realização do ensaio de densidade natural foi realizado
o ensaio de umidade natural.
Após a realização do ensaio de densidade natural e a coleta dos materiais a
serem ensaiados, iniciou-se a perfuração com o trado manual na profundidade de até
1,70 m aproximadamente, para a identificação dos horizontes das camadas e o registro
do nível d’água existente, quando este foi encontrado.
Não houve a coleta de material quando este foi classificado como materiais
granulares e de reposições, como: britas, saibros e quando a amostra não pôde ser
coletada devido ao registro do nível d’ água. Estes casos estão identificados no boletim de
sondagem.
Ensaios Piezocone CPTu
O ensaio de piezocone consiste na cravação estática de uma haste no solo, a
qual possui no seu extremo inferior uma ponteira com formato cônico (ângulo de vértice
de 60°) e área transversal de 10 cm². Os ensaios empregaram um penetrômetro estático
de procedência italiana (Pagani) com capacidade de reação de 150 kN (15 tf). O sistema
hidráulico dos penetrômetros é acionado por motor a diesel, obtendo-se a reação através
de ancoragens helicoidais. A ponteira, dispositivos eletrônicos, software utilizado em
campo Unican Land e o software Uniplot utilizado para o processamento dos dados são
procedentes da Fugro Engineers B.V.. Para efeito das medições de poro-pressão, todos
os procedimentos rotineiros de manutenção da saturação do sistema foram observados.
Nos ensaios, a ponteira foi cravada com uma velocidade de penetração constante,
aproximadamente igual a 2 cm/s.
A medida que se procede à introdução das hastes no solo, efetua-se a cada 2 cm
de profundidade a aquisição automática das seguintes informações:
Resistência à penetração da ponta (qc);
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Resistência por atrito lateral ou local (fs), medido em uma luva com área lateral de
150 cm2;
Poro-pressão, utilizando-se um elemento poroso de bronze sinterizado, localizado
na base do cone (posição u2);
Ângulo de inclinação da ponteira cônica em relação à vertical.
Essas grandezas são medidas através de instrumentação de precisão,
devidamente calibrada, instalada na extremidade do conjunto, sendo os dados
transmitidos à superfície por um sistema de cabos. Os sinais são coletados, transferidos e
armazenados em um computador, podendo o resultado do ensaio ser visualizado em
tempo real.
Os ensaios envolveram a execução de pré-furos, para se ultrapassar a camada
superficial de aterro e se atingir sempre uma região de solo saturado.
O ensaio de dissipação consiste na paralisação da penetração da ponteira cônica,
permitindo-se que as poro-pressões desenvolvidas sejam dissipadas. A evolução das
poro-pressões é monitorada ao longo do tempo, empregando-se o sistema de aquisição.
Os ensaios de dissipação podem ser interpretados, com vistas à estimativa do
coeficiente de adensamento horizontal (Ch).
A duração dos ensaios buscou atender a 50 % de dissipação dos excessos de
poro-pressão.
Ensaios De Palheta
O ensaio de palheta tem por objetivo determinar a resistência não-drenada do
solo in situ (SU), sendo comumente utilizado em argilas saturadas, de consistência mole a
rija. O ensaio envolve a cravação de uma palheta de seção cruciforme, submetida a um
torque necessário para cisalhar o solo por rotação. Para cravação da palheta utilizou-se
um penetrômetro estático de procedência italiana (Pagani) com capacidade de reação de
150 kN (15 tf). O sistema hidráulico dos penetrômetros é acionado por motor a diesel.
O equipamento utilizado nos ensaios de palheta consiste em um modelo elétrico
com software de execução e processamento do ensaio da Geotech, o equipamento é
munido de dispositivo (slip-coupling) para auxiliar na identificação do atrito do sistema. A
utilização de um dispositivo slip-coupling visa eliminar das leituras qualquer efeito de atrito
nas hastes que acionam a palheta.
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Após a introdução da palheta no solo, na profundidade de ensaio, posiciona-se a
unidade de torque e medição, zeram-se os instrumentos e se aplica imediatamente o
torque, com uma velocidade de (6±0,6)º/minuto. As medições de torque e rotação são
efetuadas no topo do sistema de hastes. Os ensaios empregaram palhetas com 5,0 cm de
diâmetro e 10 cm de altura.
Com base no torque medido, é possível determinar a resistência ao cisalhamento
não-drenada do solo:
3.)(86,0
DAMSuVane
onde: M – torque máximo medido (Nm);
A – Atrito medido (Nm);
D - diâmetro da palheta (m).
Ao término do ensaio para a obtenção da resistência não-drenada, procede-se a
10 voltas rápidas da palheta, reiniciando-se as medições de modo a se obter a resistência
não-drenada amolgada (Su Vane).
Coletas Indeformadas - Amostrador Shelby
O amostrador utilizado possui um sistema de pistão estacionário com diâmetro
interno de 100 mm, espessura de parede de 1,5 mm e comprimento de 600 mm no qual a
cravação do tubo pertencente ao mesmo se deu diretamente através do terreno, tendo-se
montado o sistema camisa Shelby – cabeça do amostrador – pistão diretamente sobre o
solo investigado. O conjunto foi introduzido no material com o auxílio do pistão hidráulico
do penetrômetro TG 63 150, até a cota de início da coleta, efetuando-se a abertura da
camisa e a cravação estática do amostrador. Após a retirada do tubo, o mesmo teve suas
extremidades vedadas com parafina para evitar a saída de material e também manter a
umidade da amostra. O tubo foi devidamente acondicionado e transportado ao laboratório.
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ENSAIOS DE LABORATÓRIO
Na realização dos poços de sondagem foram coletados amostras para a
caracterização do subleito. Os ensaios realizados em laboratório foram os seguintes:
- Análise Granulométrica por Peneiramento;
- Análise Granulométrica por Sedimentação;
- Densidade Real dos Grãos;
- Limites de Consistência (Liquidez, Plasticidade e Contração);
- Ensaio de Compactação;
- Índice de Suporte Califórnia e Expansão (inclusive DIRENG).
Na preparação das amostras foram adotadas as recomendações das normas
NBR 6457/86 e DNER-ME 041/94.
Os ensaios serão brevemente comentados abaixo.
Análise Granulométrica e Densidade Real
A análise granulométrica consiste na determinação das porcentagens, em peso,
das diferentes frações do solo na fase sólida.
Na granulometria por peneiramento são analisadas partículas maiores que 0,075
mm (peneira nº 200). O ensaio é realizado passando a amostra por uma série de peneiras
de malha quadrada de dimensões padronizadas. As normas adotadas foram as NBR
7181/84 e DNER-ME 080/94.
Na granulometria por sedimentação são analisadas partículas menores que 0,075
mm (peneira nº 200). Neste método é possível estabelecer relação entre o diâmetro das
partículas e a sua velocidade de sedimentação em um meio líquido. As normas adotadas
foram as NBR 7181/84 e DNER-ME 051/94.
Ainda na análise granulométrica por sedimentação é obtido a densidade real dos
grãos pelo método do picnômetro. A norma adotada neste método foi a DNER-ME
093/94.
Limites de Consistência
Os limites de consistência para avaliar a plasticidade dos solos considerados
nestes ensaios são: liquidez, plasticidade e contração.
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No ensaio de limite de liquidez foi adotada a norma DNER-ME 122/94. Este limite
marca a transição do estado plástico ao estado líquido. Para determinação do limite é
utilizado o aparelho Casagrande.
No ensaio de limite de plasticidade foi adotada a norma DNER-ME 082/94. Este
limite marca a transição do estado plástico ao estado semi-sólido.
Com os limites de liquidez e plasticidade é possível determinar o índice de
plasticidade (IP), o índice de grupo (IG) e a classificação do material. Neste projeto foram
adotadas as classificações HRB e SUCS.
No ensaio de limite de contração foi adotada a norma DNER-ME 087/94. O limite
marca a transição do estado semi-sólido ao estado sólido.
Ensaio de Compactação
O ensaio de compactação correlaciona o teor de umidade e a massa específica
aparente seca. Na curva de compactação a diferentes teores de umidade é possível
traçar um gráfico e obter a máxima massa específica aparente seca e a umidade ótima da
amostra. Este ensaio é realizado pelo método de Proctor ou ASSHTO. Foi adotada a
norma DNER-ME 129/94.
Para o método DIRENG a compactação é realizada a diferentes energias de
compactação que são: normal (12 golpes), intermediária (26 golpes) e modificada (55
golpes). Foi adotada também a ASSHTO T-180 para energia de compactação modificada.
Índice de Suporte Califórnia (ISC) e Expansão
O ensaio de ISC tem por objetivo determinar o valor relativo do suporte das
amostras. É cálculo através da relação entre a pressão necessária para produzir a mesma
penetração numa brita padronizada. Foi adotada a norma DNER-ME 049/94.
Após a moldagem dos corpos de prova realizadas na compactação (em energia
especificada) estes são imersos em água durante 4 (quatro) dias para a obtenção do ISC
e sua respectiva expansão.
No caso do método ISC DIRENG (ME 01/2002) a moldagem dos corpos de prova
na energia normal e intermediária, é utilizada a umidade ótima encontrada na moldagem
da compactação da energia modificada (ASSHTO-180). Neste método, para o ensaio do
ISC e expansão, os corpos de prova que serão imersos em água durante 4 (quatro) dias,
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são os 3 corpos moldados na umidade ótima para cada energia de compactação (normal,
intermediária e modificada).
Ensaios Triaxiais Não Adensados Não Drenados (UU)
Os corpos-de-prova para os ensaios triaxiais não adensados e não drenados (UU)
foram moldados cravando-se um molde metálico na amostra previamente retirada do
Shelby. Cada corpo-de-prova foi submetido à pressão de confinamento aproximada do
peso específico da amostra multiplicado pela profundidade da amostra. O cisalhamento
foi realizado em velocidade de 80% de deformação axial por hora, sendo o ensaio
finalizado em 20% de deformação. Os dados foram registrados a cada 5 segundos.
Os resultados dos ensaios Triaxiais UU estão sintetizados no item do Anexo.
Ensaios de Adensamento Oedométrico
Os ensaios de adensamento foram realizados em seis amostras indeformadas, as
quais foram inicialmente submetidas a um pré-carregamento de 12,5 kPa, após o qual
foram aplicados carregamentos crescentes (sendo a carga de cada estágio o dobro do
valor do estágio anterior), até a definição da reta virgem no gráfico do índice de vazios em
função do logaritmo da pressão aplicada. Após o último estágio de carregamento, as
amostras foram descarregadas em três estágios decrescentes, sendo o último de 12,5
kPa.
Os laudos destes ensaios, apresentando todos os detalhes referentes aos
estágios de carregamento e descarregamento, podem ser encontrados no Anexo.
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RESULTADOS
Ensaios Piezocone CPTu
Os resultados dos ensaios CPTu são apresentados em Anexo, os quais indicam a
variação com a profundidade da:
Resistência à penetração da ponta (qt), dada por qt = qc + (1 - a) u2 , sendo a =
0,75 (valor obtido através de calibração);
Resistência por atrito lateral (fs);
Razão de atrito (FR), dada por FR = fs/qc ;
Poro-pressão (u2).
Os gráficos da figura podem ser utilizados para se proceder a uma classificação
estratigráfica do comportamento do solo, baseada no método de Robertson et al. (1986).
O ábaco de classificação é apresentado na Figura 1. É importante observar que os
ábacos da Figura 1 não são diagramas de classificação granulométrica – os mesmos
objetivam fornecer uma idéia da tendência de comportamento do solo.
Figura 1 – Sistema de classificação de Robertson e outros (1986).
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No quadro a seguir está demonstrado o resumo dos ensaios CPTu.
Profundidade máxima dos ensaios de piezocone - CPTu
Furo Profundidade
Final (m)
Sondagem
de
Referência
CPTu-07 12,32 SP-06
CPTu-08 11,19 SP-13
CPTu-09 11,41 SP-08
CPTu-10 12,38 SP-07
CPTu-11 13,07 SP-11
CPTu-12 12,43 SP-01
CPTu-13 11,40 SP-03
Ensaios de Dissipação de poro-pressão
Os resultados dos ensaios de dissipação são apresentados nos gráficos no item
Anexo, empregando-se duas escalas de tempo:
Raiz do tempo, para determinação do coeficiente de adensamento pela
expressão:
i
2i
h trTC
Escala logarítmica, pelo qual o coeficiente de adensamento pode ser obtido com a
expressão proposta por Teh e Houslby (1991):
i
ri
h tIrT
C
2
sendo: Ch - coeficiente de adensamento na direção horizontal;
Ti - fator tempo em função de u/ uo;
ti - tempo de dissipação;
r - raio médio do piezocone (18 mm);
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Ir - índice de rigidez do solo.
No quadro a seguir está demonstrado o resumo dos ensaios de dissipação.
Resumo dos ensaios de dissipação
Furo Dissipação Profundidade
(m) Tempo (s)
Tempo
(min.)
CPTu-08 DPP-08-01 2,00 929,88 15 min.
CPTu-10 DPP-10-01 2,55 1017,00 17 min.
DPP-10-02 4,90 926,88 15 min.
CPTu-11 DPP-11-01 3,10 925,00 15 min.
CPTu-12 DPP-12-01 1,82 927,00 15 min.
CPTu-13 DPP-13-01 2,51 1009,88 17 min.
Ensaios De Palheta
Os resultados estão apresentados sob a forma de gráficos no item dos Anexos.
Os valores indicados já se encontram corrigidos em função do atrito medido no slip-
coupling, definido com base no “patamar” inicial das curvas torque versus rotação. No
quadro a seguir está demonstrado o resumo dos ensaios de palheta.
Resistências não-drenadas (SU)
Furo Profundidade
(m)
Su indeformado
(kPa)
Sondagem
de Referência
VT-07 4,50 60,03 SP-06
VT-08 3,80 61,11 SP-13
Furo Profundidade
(m)
Su indeformado
(kPa)
Sondagem
de Referência
VT-11 3,00 57,49 SP-11
5,80 87,95 SP-11
VT-12 5,80 25,18 SP-01
VT-13 3,00 67,17 SP-03
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PROPRIEDADE DA INFRAERO
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Coletas Indeformadas - Amostrador Shelby
Os resultados estão apresentados no item dos Anexos. No quadro a seguir
está demonstrado seu resumo.
Dados das coletas indeformadas com tubo Shelby
Furo
Profundidade
(m)
De Até
SH-07 4,50 5,00
SH-08 3,50 4,00
SH-09 3,00 3,50
SH-10 4,50 5,00
SH-12 5,50 6,00
SH-13 2,80 3,30
2.5 RESUMO DOS RESULTADOS GEOTÉCNICOS
Os valores médios dos resultados geotécnicos, obtidos nos ensaios citados
anteriormente, são apresentados a seguir:
Classificação HRB: A-7-5 e A-7-6
Classificação SUCS: MH, CL e ML
Porcentagem de mat. passante na peneira nº 200: 62,4 a 92,0 média: 77,3%
Porcentagem de Silte: 9,2 a 69,2 média: 29,1 %
Porcentagem de Argila: 26,6 a 70,2 média: 48,0%
Limite de Liquidez (LL): 0,0 a 77 média: 50,6%
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PROPRIEDADE DA INFRAERO
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Limite de Contração (LC): 18,5 a 41,1 média: 29,8%
Índice de Plasticidade (IP): 0 a 63,7 média: 13,5%
Índice de Grupo (IG): 0 a 16 média: 11%
Densidade Real dos Grãos: 2,055 a 2,578 média: 2,369 g/cm³
Densidade Seca Máxima (Proctor Modificado): 1,376 a 1,605 média: 1,463 g/cm³
Umidade Ótima: 24,0 a 35,1 média: 29,3%
CBRcaracterístico (Proctor Modificado): 5,6 a 26,1 média: 13,9%
IScaracterístico (Proctor Modificado): 0,0 a 18,5 média: 7,7%
Expansão: 0,46 a 4,71 média:1,6%
Densidade Seca “in situ”: 0,940 a 1,376 média: 1,124 g/cm³
Umidade Natural: 28,4 a 61,2 média: 47,4%
Coeficiente de compressão (Cc): 0,10 a 0,37 média: 0,23
Res. ao cisalhamento não drenada (Su triaxial): 44,76 KPa
Res. ao cisalhamento não drenada (Su Vane): 62,14 KPa
Pressão de pré-adensamento 48 a 280 med.:
121 KPa
Coef.de adensamento horizontal (Ch): 1,71 a 4,12 x 10-6 média: 3,15 x 10-6 m2/s
Coef. de adens. vertical (Cv): 7,45 x 10-3 a 2,32 x 10-2 média:1,72 x 10-2 cm2/s
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PROPRIEDADE DA INFRAERO
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2.6 ANEXOS
