Resistencia_Cisalhamento_do_Solo_CEEG.pdf

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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.

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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

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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

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;

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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.

21

Figura 4 Modelo do Equipamento Triaxial

Fonte: Stancati et al, 1981

22

Figura 5 Equipamento de compresso triaxial

Seqncia de execuo do ensaio.

Figura 6a Moldagem de corpo de prova

23

Figura 6b Moldagem de corpo de prova

Figura 6c Moldagem de corpo de prova

24

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

26

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

28

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

31

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


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


Grfico 4 Envoltria de Tenses profundidade 1 m

35


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


maiores. Para a mxima tenso confinante apresentou um pico de resistncia, com

diminuio da resistncia at a resistncia residual.


intercepto de coeso c= 46 kPa.


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)




1 -3 x (%)

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30 (%)

1 - 3



37

q x p'

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

p'

q


Grfico 7 Envoltria de Tenses profundidade 5m.


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.


intercepto de coeso c= 35 kPa.

38


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)




39

1 -3 x (%)

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30 (%)

1 - 3



q x p'

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

p'

q



40


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


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.


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)



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



42

q x p'

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

p'

q



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.

Documents

Resistencia_Cisalhamento_do_Solo_CEEG.pdf