Caracterização Geotécnica de uma areia siltosa

8/4/2019 Caracterizao Geotcnica de uma areia siltosa

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SOCIEDADE DE EDUCAO DO VALE DO IPOJUCA

FACULDADE DO VALE DO IPOJUCA - FAVIP

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL

CARACTERIZAO GEOTCNICA DE UMA AREIA SILTOSA ORIGINRIA

DOS GRANITIDES DA PROVNCIA DA BORBOREMA, LOCALIZADA NO

MUNICPIO DE CARUARU/PE.

CRISTIANO ROMERO DA SILVA

CARUARU, 2011.


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Diretor Superintendente

Luiz de Frana Leite

Diretor Superintendente

Vicente Jorge Espndola Rodrigues

Diretora Executiva

Mauriclia Bezerra VidalDiretora Acadmica

Aline Brando de Siqueira

Coordenador do Curso de Engenharia Civil

Joo Manoel de Freitas Mota


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CARACTERIZAO GEOTCNICA DE UMA AREIA SILTOSA, ORIGINRIADOS GRANITIDES DA PROVNCIA DA BORBOREMA, LOCALIZADA NO


Trabalho submetido ao corpo

docente do curso de graduao

em engenharia civil da

Faculdade do Vale do Ipojuca,

como parte dos requisitos

necessrios obteno do grau

de bacharel em engenharia civil.

Orientadora: D.SC. Marilia Mary

da Silva.

CARUARU, 2011.


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- Catalogao na fonte -

Biblioteca da Faculdade do Vale do Ipojuca, Caruaru/PE

S586c Silva, Cristiano Romero da.Caracterizao geotcnica de uma areia siltosa originria dos

granitides da provncia da Borborema, localizada no Municpio

de Caruaru-PE / Cristiano Romero da Silva. Caruaru: FAVIP,

2011.129 f. : il.

Orientador(a) : Marlia Mary da Silva.

Trabalho de Concluso de Curso (Engenharia Civil) --

Faculdade do Vale do Ipojuca.

1. Mecnica dos solos. 2. Compressibilidade. 3.Resistncia. 4. Densidade. 5 Permeabilidade. I. Ttulo.

CDU 624[11.2]

Ficha catalogrfica elaborada pelo bibliotecrio: Jadinilson Afonso CRB-4/1367


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CARACTERIZAO GEOTCNICA DE UMA AREIA SILTOSA, ORIGINRIADOS GRANITIDES DA PROVNCIA DA BORBOREMA, LOCALIZADA NO


TRABALHO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DEGRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL DA FACULDADE DO VALE DOIPOJUCA, COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS OBTENO

DO GRAU DE BACHAREL EM ENGENHARIA CIVIL.

.

Aprovado em: / /

_________________________________

D.Sc. Marilia Mary da Silva(Presidente e orientadora)

_________________________________M.Sc. Aluzio Caldas e Silva(Professor da disciplina de TCC II)

_________________________________M.Sc. Sandro Incio(Examinador)

_________________________________M.Sc. Shirley Minell

(Examinadora)

CARUARU, 2011.


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Se a vida um dilema, quem

melhor que Cristo para resolv-lo?

Se a vida um quebra-cabea,

somente Cristo pode mont-lo da forma

correta.

Se a vida uma oportunidade,

quem melhor que Cristo para nos ajudar a

viv-la sabiamente?

Se a vida um caminho para o

Cu, somente com Cristo possvel transit-

la sem nos perder.

(Enrique Chaij)


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Aos meus pais, Maria das

Dores R. Silva e Jos Romero

da Silva. Nenhum filho jamais

poderia imaginar a imensa

alegria e o profundo orgulho

que sinto em t-los por perto.


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AGRADECIMENTOS

A Ti, Senhor, meu Pai celestial Pode um dedal conter um oceano?Pode uma pessoa sem talento musical tocar Mozart? Pode um rato

compreender a majestade das montanhas rochosas? Claro que no. E ser

que meras palavras seriam capazes de expressar o seu amor? De maneira

nenhuma. Mas encontro alegria na simples tentativa de faz-lo (LUCADO, M.).

Muitas pessoas queridas se ligaram a esse projeto, deixando

sempre uma contribuio da experincia tcnica e pessoal de suas vidas:

Engenheira D.Sc. Marilia Mary da Silva, minha orientadora e amiga

Somente o seu talento supera a sua pacincia! Muito obrigado por ter estado

ao meu lado, me ajudando e orientando, no s nos assuntos relativos a este

trabalho, mas em todos os conselhos que me ajudaram a tornar-se um

profissional, e assim, superar os impasses encontrados durante todo perodo

do curso. Sem voc, jamais conseguiria chegar at aqui. Faltam palavras para

descrever o grau de importncia que voc adquiriu em minha vida. O maisdifcil de sair da faculdade, saber que raramente encontrarei em minha

trajetria pessoas com todos os seus atributos.

Ao ITEP (Instituto de Tecnologia de Pernambuco), por ter permitido

a realizao das pesquisas e a utilizao dos equipamentos para realizao

dos ensaios em sua sede no Recife. Aos companheiros e laboratoristas da

UEC (Unidade de Engenharia Civil) - LTA - (Laboratrio de Tecnologia

Ambiental) do ITEP, Leandro Roberto e Paulo Vincius, que me ajudaram muitoa realizar todos os ensaios que precisei para o desenvolvimento dessa

pesquisa.

Ao funcionrio Verinaldo Francisco, do LTC (Laboratrio de Tcnicas

da Construo) da FAVIP, pela coleta das amostras. Sem sua ajuda, no teria

conseguido realizar os ensaios, pois, sem as amostras, seria impossvel. E ao

amigo Kelvin, tambm do LTC, por ter me ajudado todas as vezes que precisei.


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Ao Professor Eng. Sandro Incio (FAVIP/CHESF). Pela pacincia,

coragem, e pela f que por muitas vezes nos fazia ser fortalecidos nessa

trajetria.

Ao amigo Eng Jos Marcelino Bezerra Neto, por ter me ensinado os

passos iniciais da engenharia.

Aos Professores Eng. M.Sc. Sidclei T. Magalhes (UNICAP); Eng.

M.Sc. Carlos Andr (FAVIP); Eng. M.Sc. Aluzio Caldas, (ITFPE/

FAVIP/CHESF); M.Sc. Bruno Cmelo; Eng. M.Sc. Shirley Minnel; Eng. M.Sc.

Tuane do Egito, Eng. Mecnico Luiz Gonzaga Cabral.

Ao Engenheiro M.Sc. Joo Manoel de Freitas Mota, atual

coordenador do curso de Graduao em Engenharia Civil da FAVIP. Pela ajuda

em todos os momentos, pela compreenso, colaborao, pela forma que lutava

pelos interesses dos alunos do curso e pela grande disponibilidade em atender

a todos.

Ao amigo Rafael Torres, pelas digitaes e ajuda na realizao dos

ensaios de compactao no LTC/FAVIP.Ao amigo Edilson Santos, laboratorista do consrcio OAS/MENDES

JUNIOR, e ex-laboratorista da FAVIP, pela ajuda na realizao dos ensaios da

caracterizao fsica.

A todos os funcionrios da biblioteca FAVIP, em especial a amiga

Magda Arajo, Pelas dicas metodolgicas para este trabalho, e por tornar, com

sua simpatia, as visitas biblioteca to agradveis.

A Janne Dayse S. Soares, secretria acadmica da Faculdade do

Vale do Ipojuca, pela colaborao e disponibilidade sempre que precisei.

Aos meus pais, pelo apoio, dedicao e compreenso, mesmo nos

momentos que as minhas decises pareciam ser as mais loucas e impensadas.

Hoje possvel ver parte do resultado dessas decises!


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LISTA DE FIGURAS

CAPTULO 2

Figura 2.1. Exemplo de curva de distribuio granulomtrica do solo

(PINTO, 2002).

Figura 2.2. Esquema representativo da sedimentao (PINTO, 2002).

Figura 2.3. Curvas granulomtricas de alguns solos brasileiros (PINTO,

2002).

Figura 2.4. Limites de Atterberg dos solos (VARGAS, 1997).

Figura 2.5. Esquema do aparelho de Casagrande para determinao do

Limite de Liquidez.

Figura 2.6. Curva de proctor (VARGAS, 1997).

Figura 2.7. Estrutura dos solos compactados. (a) estrutura floculada e (b)

estrutura dispersa (PINTO, 2002).

Figura 2.8. Curvas de compactao de diversos solos brasileiros (PINTO,

2002).

Figura 2.9. Curva de compactao (umidade x densidade) (ORTIGO,

1993).

Figura 2.10. Curvas de compactao de um solo com diferentes energias

(LAMBE, 1976).

Figura 2.11. Estrutura de solos compactados, segundo proposio de

Lambe (LAMBE, 1976).

Figura 2.12. Exemplo de estrutura de solo residual, mostrando micro e

macroporos (PINTO, 2002).

Figura 2.13. Curva de resistncia, compactao e ndice de vazios(PINTO,2002).

Figura 2.14. Caractersticas de resistncia das argilas (SKEMPTON, 1970).

Figura 2.15. Resultados tpicos de ensaios de compresso triaxial em

areias: (a), (b) e (c) areias fofas; (d), (e) e (f) areias compactas

(PINTO, 2002).

Figura 2.16. Posio relativa das partculas nas areias fofas e compactas

(PINTO, 2002).


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Figura 2.17. Variao do ngulo de atrito interno de uma areia com a

tenso confinante (PINTO, 2002).

Figura 2.18. Entrosamento de areias: a) predominantemente fina; b)

predominantemente grossa (SHEMPTON, 1964).Figura 2.19. Entrosamento de areias: (a) de gros arredondados; (b) de

gros angulares (PINTO, 2002).

Figura 2.20. Ilustrao dos deslocamentos submetidos aos solos.

Figura 2.21. Torre de Pizza na Itlia (VELLOSO, D.A. & LOPES,F.R. 1997).

Figura 2.22. Efeitos das variaes de volume de um solo expansivo sobre

uma estrutura (VELLOSO, D.A. & LOPES,F.R. 1997).

Figura 2.23. Condio de carregamento condizente com a deformaounidimensional (ORTIGO, 1993).

Figura 2.24. Representao esquemtica de um edmetro (ORTIGO,

1993).

Figura 2.25. Curva de estabilizao de um estgio de carga de um ensaio

edomtrico (PINTO, 2002).

Figura 2.26. Exemplo de resultado de ensaio edomtrico (PINTO, 2002).

Figura 2.27. Determinao da tenso de pr-adensamento pelo mtodo deCasagrande (PINTO, 2002).

Figura 2.28. Analogia mecnica para o processo de adensamento, segundo

Terzagui (TAYLOR, 1948).

Figura 2.29. Recalque com o tempo para alguns solos tpicos (PINTO,

2002).

Figura 2.30. Variao linear do ndice de vazios com a presso efetiva

(PINTO, 2002).

Figura 2.31. Fluxo atravs de um elemento de solo submetido a um

processo de adensamento (PINTO, 2000).

Figura 2.32. Esquema associando vazios e slidos para solo saturado.

Figura 2.33. Determinao de Cv pelo mtodo de Taylor (PINTO, 2000).


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CAPTULO 3

Figura 3.1. Esquema do cilindro de compactao e soquete grande.

Figura 3.2. Prensas de adensamento (LGA ITEP).

Figura 3.3. Amostra para adensamento ainda a ser preparada.

Figura 3.4. Amostra pronta para ser posicionada na prensa.

Figura 3.5. rea onde foram realizadas as coletas das amostras

indeformadas.

Figura 3.6. Amostra sendo coletada nos receptculos.

Figura 3.7. Amostras sendo colocadas na caixa para transporte.

Figura 3.8. Amostras coletadas e prontas para o transporte.

Figura 3.9. Peas utilizadas no ensaio de cisalhamento direto, j nolaboratrio.

Figura 3.10. Grfico utilizado para o clculo do T100 (amostra adensada na

tenso normal de 200 KPa).

CAPTULO 4

Figura 4.1. Curva granulomtrica (amostra do sub-solo da FAVIP).

Figura 4.2. Curva granulomtrica do solo utilizado para modificao da

granulometria do material original.

Figura 4.3. Curva de compactao do material natural (energia normal e

intermediria).

Figura 4.4. Curvas de compactao (Energia normal): Avaliao da

influncia da granulometria na curva de compactao.


influncia da reutilizao do material na curva de

compactao.

Figura 4.6. Curvas de compactao (Energia Intermediria): Avaliao da

influncia da reutilizao do material na curva de

compactao.


influncia da secagem prvia do material na curva de

compactao.


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CAPTULO 5

Figura 5.1. Variao do ndice de vazios com a tenso vertical de

consolidao (corpos de prova na condio inundada e na

umidade natural).

Figura 5.2. Variao da deformao volumtrica especfica com a tenso

vertical de consolidao (corpos de prova na condio

inundada e na umidade natural).

Figura 5.3. Variao do coeficiente de adensamento vertical (Cv) com a

tenso vertical de consolidao (amostra na condio

inundada).

Figura 5.4. Variao da permeabilidade com a tenso vertical deconsolidao (amostra na condio inundada).

Figura 5.5. Variao da permeabilidade com o ndice de vazios. (amostras

na condio inundada).

Figura 5.6. Variao do coeficiente de compressibilidade com a tenso

vertical de consolidao (amostra na condio inundada).

Figura 5.7. Variao do ndice de vazios com a tenso vertical de

consolidao (amostra na condio inundada).Figura 5.8. Variao do ndice de vazios com pequenas tenses verticais

de consolidao (amostra na condio inundada).

Figura 5.9. Curvas t Versus dh (tenso cisalhante vs. deslocamento

horizontal) e dv versus. dh (deslocamento vertical vs.

Deslocamento horizontal).

Figura 5.10. Envoltria de resistncia de pico do solo estudado.

Figura 5.11. Variao do ngulo de atrito de pico (considerando interceptosde coeso nulos) do solo estudado com a tenso vertical

normal.


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LISTA DE TABELAS

CAPTULO 2

Tabela 2.1. ndices de Atterberg de alguns solos Brasileiros.

CAPTULO 4

Tabela 4.1. Resumo dos resultados dos ensaios de caracterizao do

solo presente no subsolo da FAVIP com as fraes dos solos

enquadrados segundo a escala da ABNT e do SI.

Tabela 4.2. Resumo dos resultados dos ensaios de caracterizao dosolo utilizado para modificao da granulometria do material

original, com as fraes dos solos enquadrados segundo a

escala da ABNT e do SI.

CAPTULO 5

Tabela 5.1. Condies iniciais dos corpos-de-prova ensaiados (ensaios

edomtricos na condio de umidade natural e inundada).Tabela 5.2. Tenso de escoamento e parmetros de compressibilidade

obtidos dos ensaios edomtricos duplos.

Tabela 5.3. Parmetros dos ndices obtidos a partir dos resultados dos

ensaios edomtricos duplos (ensaio inundado).

Tabela 5.4. Tenses de pr-consolidao e classificao de Reginatto &

Ferrero (1973) obtidos do ensaio edomtrico duplo.

Tabela 5.5. Condies iniciais dos corpos de prova referentes aosensaios de cisalhamento direto convencional (ensaios na

condio inundada).

Tabela 5.6. Condies dos corpos de prova na ruptura referentes aos

ensaios de cisalhamento direto convencional (ensaios na

condio inundada).


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LISTA DE EQUAES

1. Peso especfico aparente mximo (smx).

2. Energia de compactao.

3. Determinao da curva de compactao.

4. Determinao da curva de compactao para solo saturado.

5. Resistncia de pico.

6. Ensaio de compresso edomtrica (obteno das deformaes).

7. ndices Cr, Cr e Cs.

8. Determinao do grau de adensamento.

9. Deformao final devida ao acrscimo de tenso.

10. Variao linear do ndice de vazios com a presso efetiva.

11. Acrscimo de tenso efetiva no final do adensamento.

12. Grau de adensamento.

13. Relao entre a variao do ndice de vazios e a variao da tenso

efetiva.

14. Variao da tenso efetiva.

15. Deduo da teoria parte da equao do fluxo num solo saturado(equao de Laplace) que indica a variao de volume pelo tempo.

16. Reduo da equao 15.

17. Equao da associao de vazios e slidos para solo saturado.

18. Variao do volume com o tempo.

19. Igualando a equao da variao do volume com o tempo.

20. Deduo da equao 17.

21. Velocidade de adensamento do solo.22. Equao diferencial do adensamento.

23. Clculo do cv.

24. Equao emprica proposta por GIBSON & HENKEL (1954) (a partir

de HEAD, 1994),

25. Resultados da pesquisa (substituio na equao 24)

26. Equao do critrio de Reginatto & Ferrero (1973) para avaliao da

colapsibilidade dos solos.


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RESUMO

Todas as obras de Engenharia Civil se assentam sobre o terreno e

inevitavelmente requerem que o comportamento do solo seja devidamente

considerado. A mecnica dos solos, que estuda o comportamento dos solos

quando tenses so aplicadas, como nas fundaes, ou aliviadas, no caso de

escavaes, ou perante o escoamento de gua nos seus vazios, constitui-se

numa cincia de Engenharia, no qual o engenheiro civil se baseia para

desenvolver seus projetos. Este ramo da Engenharia, chamado de Engenharia

Geotcnica ou Engenharia de Solos, costuma empolgar os seus praticantes

pela diversidade de suas atividades, pelas peculiaridades que o material

apresenta em cada local e pela engenhosidade freqentemente requerida para

a soluo de problemas reais (PINTO, 2002). O presente Trabalho traz como

principal objetivo, o estudo das caractersticas geotcnicas (fsicas e

mecnicas), de uma areia argilosa, originria dos granitides da Provncia da

Borborema, localizada na cidade de Caruaru-PE, mais precisamente no

subsolo da FAVIP. No que se refere caracterizao fsica sero avaliados a

granulometria do material, os limites de Atterberg, densidade real das

partculas e o peso especfico mximo e a umidade tima de compactao. Emespecial para este ltimo item, o solo ser submetido a processos de

compactao mecnica, para avaliao da variao do peso especfico e da

umidade tima, atravs de diferentes energias de compactao, diferentes

umidades, diferentes granulometrias, processos de secamento prvio e reuso

de material. No que se refere caracterizao mecnica sero avaliados os

parmetros de resistncia de pico (ngulo de atrito e coeso); bem como os

parmetros de compressibilidade do material (tenso de pr-adensamentoutilizando os mtodos de Casagrande e Pacheco Silva (vm); razo de sobre

adensamento do solo (OCR); ndice de compresso (Cc); ndice de

recompresso (Cr); ndice de expanso (Cs); coeficiente de adensamento

vertical (Cv) para cada estgio de carregamento em cm2/s utilizando o mtodo

de Taylor; coeficiente de compressibilidade (av) para cada estgio de

carregamento).

PALAVRAS-CHAVE: Mecnica dos solos, compressibilidade, resistncia.


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ABSTRACT:

All Civil Engineering works are based on the land and inevitably require that the

soil behavior is properly considered. The soil mechanics, which studies the

behavior of soils when voltages are applied, as in foundations, or alleviated, in

the case of excavations, or where the flow of water in their empty, it constitutes

a science of engineering, in which the engineer civil relies to develop their

projects. This branch of Engineering, called the Geotechnical Engineering or

Engineering Lands, tends to excite its practitioners by the diversity of its

activities, the peculiarities that the material present at each site and often

required ingenuity to solve real problems (Pinto, 2002). This work Completion of

course has as main objective the study of the geotechnical characteristics

(physical and mechanical) of a loamy sand, originating in the Province of

Borborema granitoid, located in the Caruaru of city, in Pernambuco, Brazil,

more precisely in the basement of Ipojuca Valley College. With regard to the

physical characterization will be evaluated particle size material, Atterberg

limits, the actual density of particles and the maximum dry unit weight and

optimum moisture for compaction. Especially for this last item, the soil will be

subjected to mechanical compaction processes, to evaluate the variation of

specific gravity and optimum moisture content, using different compaction,

different humidity, different grain sizes, the drying process prior and reuse of

material. With regard to the mechanical characterization by evaluating the

resistance peak (friction angle and cohesion) and the parameters of

compressibility of the material (pre-consolidation stress using the methods of

Casagrande and Pacheco Silva (vm); ratio on soil compaction (OCR),

compression index (Cc), the recompression index (Cr), expansion index (Cs);vertical coefficient of consolidation (Cv) for each loading stage in cm

2 /s using

the method of Taylor, the coefficient of compressibility (av) for each loading

stage.

KEYWORDS: Soil mechanics, compressibility, strength, density.


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NDICE

CAPTULO 1. INTRODUO

1.1. Consideraes iniciais 25

1.2. Objetivos do trabalho 28

1.3. Objetivos especficos do trabalho 28

1.4. Metodologia aplicada 29

1.5. Anlise e discusso dos resultados 29

1.6. Contedo dos captulos 30

CAPTULO 2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. Introduo 31

2.1.1. Anlise granulomtrica 31

2.1.2. ndices de consistncia (limites de Atterberg) 35

2.1.3. Compactao dos Solos 37

2.1.3.1. Diferena entre compactao e adensamento 40

2.1.3.2. Valores tpicos 41

2.1.3.3. Mtodos alternativos de compactao 43

2.1.3.3.1. Ensaio sem reuso do material 43

2.2.3.3.2. Ensaio sem secagem previa do material 43

2.1.3.4. Energia de compactao 44

2.1.3.5. Influncia da energia de compactao 45

2.1.3.6. Estrutura dos solos compactados 47

2.1.3.7. Curva de resistncia 492.2. Resistncia ao cisalhamento na condio drenada 50

2.3. Resistncia das areias 52

2.3.1. Comportamento tpico das areias 52

2.3.2. Areias fofas 52

2.3.3. Areias compactas 54

2.3.4.O Entrosamento dos Gros nas Areias Compactas 54

2.3.5. Variao do ngulo de atrito com a presso confinante 55


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2.3.6. ngulos de atrito tpicos de areias 56

2.4. Fatores de influncia 57

2.4.1. Distribuio granulomtrica 57

2.4.2. Formato dos gros 582.4.3. Tamanho dos gros 58

2.4.4. Resistncia dos gros 59

2.5. Compressibilidade e adensamento 59

2.6. Tipos de deslocamentos verticais 60

2.6.1. Recalques 60

2.6.2. Levantamentos 61

2.7. Ensaios para avaliao da deformabilidade dos solos 622.7.1. Ensaio de compresso edomtrica 63

2.8. Teoria do adensamento 67

2.8.1. O processo do adensamento primrio 67

2.8.2. A teoria de adensamento unidimensional de Terzaghi 70

2.8.2.1. Hipteses da teoria do adensamento 70

2.8.2.2. Grau de adensamento 71

2.8.2.3. Coeficiente de compressibilidade 732.8.2.4. Deduo da teoria 73

2.8.2.5. Determinao do fator tempo 76

2.8.2.5.1. Mtodo de Taylor 77

CAPTULO 3. DESCRIO DOS PROCEDIMENTOS DE COLETA DE

AMOSTRAS, DOS EQUIPAMENTOS E METODOLOGIAS UTILIZADAS

NOS ENSAIOS DE LABORATRIO

3.1. Disposies gerais 78

3.2. Procedimentos de coleta de amostras deformadas e indeformadas 78

3.3. Ensaios de caracterizao 79

3.3.1. Ensaio de Granulometria (Peneiramento e sedimentao) 79

3.3.2. Limites de Atterberg e Densidade Real dos Gros 79

3.3.3. Ensaio de compactao 80

3.3.4. Ensaios edomtricos convencionais 82


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3.3.4.1. Equipamento utilizado 82

3.3.4.2. Descrio das amostras ensaiadas 83

3.3.4.3. Moldagem dos corpos de prova 83

3.3.4.4. Tenses e tempo de durao para cada estgio de tenses 853.3.5. Ensaio de cisalhamento direto 85

3.3.5.1. Caractersticas do equipamento 86

3.3.5.2. Amostras utilizadas 86

3.3.5.3. Descrio das etapas do ensaio 86

3.3.5.3.1. Moldagem dos corpos de prova utilizados nos ensaios

convencionais

86

3.3.5.3.2. Montagem dos ensaios 893.3.5.3.3. Adensamento dos corpos de prova 89

3.3.5.4. Velocidade de cisalhamento e deslocamento permitido 89

CAPTULO 4. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS DA

CARACTERIZAO GEOTCNICA (CARACTERIZAO FSICA)

4.1. Consideraes gerais 924.2. Ensaios de caracterizao 92

4.2.1. Introduo 92

4.2.2. Ensaios de granulometria, limites de Atterberg e densidade real

dos gros

93

4.2.3. Classificao do solo 96

4.2.4. Ensaios de compactao 96

4.2.4.1 Variao do peso especfico seco mximo e da umidade

tima, atravs de diferentes energias de compactao.

97

4.2.4.2. Variao do peso especfico seco mximo e da umidade

tima, em funo da modificao na granulometria do material.

98

4.2.4.3. Avaliao da influncia da reutilizao do material na curva

de compactao (energia normal e intermediria)

100

4.2.4.4. Influncia da secagem do material 102

4.2.4.4.1. Avaliao da influncia da secagem prvia do material na

curva de compactao (energia normal)

102


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CAPTULO 5. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS DA

CARACTERIZAO GEOTCNICA (CARACTERIZAO FSICA)

5.1. Introduo 104

5.2. Ensaio edomtrico duplo 104

5.3. Resistncia ao cisalhamento 115

5.3.1. Relao tenso-deformao 115

5.3.2. Envoltria de resistncia 119

5.3.3. Variao do ngulo de atrito com a tenso vertical 121

CAPTULO 6. CONSIDERAES FINAIS

6.1. Comentrios finais

122

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 127


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25

CAPTULO 1

1.1. CONSIDERAES INICIAIS

Todas as obras de Engenharia Civil se assentam sobre o terreno e

inevitavelmente requerem que o comportamento do solo seja devidamente

considerado. A mecnica dos solos, que estuda o comportamento dos solos

quando tenses so aplicadas, como nas fundaes, aliviadas, no caso de

escavaes, ou perante o escoamento de gua nos seus vazios, constitui-senuma cincia de Engenharia, no qual o engenheiro civil se baseia para

desenvolver seus projetos (PINTO, 2002).

O solo, sob o ponto de vista da engenharia geotcnica, poder ser utilizado

tanto em suas condies naturais quanto como material de construo. Em sua

condio natural, ser usado como elemento de suporte de uma estrutura ou

como a prpria estrutura. Como material de construo poder ser usado,

principalmente, na construo de aterros para as finalidades mais diversas,

como sub-bases e bases de pavimentos, bem como para construo de

barragens de terra.

No surpreendente, entretanto, que uma poro considervel dos esforos

dos engenheiros geotcnicos sejam dedicados identificao dos solos e a

avaliao de propriedades apropriadas para o uso em uma anlise particular.

Entender e apreciar as caractersticas de qualquer depsito de solo requer uma

compreenso de que material , e como este pode estar, alm do estado em

que o mesmo se encontra.

Trabalhos marcantes sobre o comportamento dos solos j foram desenvolvidos

em sculos passados, como os clssicos de Coulomb, 1773, Rankine, 1856 e

Darcy, 1856. Entretanto, um acmulo de insucessos em obras de Engenharia

Civil no incio do sculo XX, nos quais se destacam as rupturas do canal do

Panam e rompimentos de grandes taludes em estradas e canais emconstruo na Europa e nos Estados Unidos, mostrou a necessidade de


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26

reviso dos procedimentos de clculo. Como apontou Terzaghi em 1936, ficou

evidente que no se podiam aplicar aos solos leis tericas de uso corrente em

projetos que envolviam materiais mais bem definidos, como o concreto e o ao.

No era suficiente determinar em laboratrio parmetros de resistncia edeformao em amostras de solo e aplic-los a modelos tericos adequados

queles materiais.

O conhecimento do comportamento deste material, disposto pela natureza em

depsitos heterogneos e apresentando comportamento demasiadamente

complicado para tratamentos tericos rigorosos, deveu-se em grande parte aos

trabalhos de Karl Terzaghi, engenheiro civil de larga experincia, slido preparo

cientfico e acurado esprito de investigao, internacionalmente reconhecido

como o fundador da Mecnica dos Solos. Seus trabalhos, identificando o papel

das poropresses gua no estado das tenses nos solos e a apresentao da

soluo matemtica para a evoluo dos recalques das argilas ao longo dos

carregamentos aplicados, so reconhecidos como o marco inicial desta nova

cincia de engenharia (PINTO, C. S. 2002).

Apesar de seu nome, hoje empregado internacionalmente, a Mecnica dosSolos no se restringe ao conhecimento das propriedades dos Solos que a

Mecnica pode esclarecer. A Qumica e a Fsica coloidal, importantes para

justificar aspectos do comportamento dos solos, so parte integrante da

Mecnica dos Solos, enquanto que o conhecimento da Geologia fundamental

para o tratamento correto dos problemas de fundaes.

Os Solos so constitudos por um conjunto de partculas com gua e ar nos

espaos intermedirios. As partculas, de maneira geral, encontram-se livrespara deslocar entre si. Em alguns casos, uma pequena cimentao pode

ocorrer entre elas, mas em menor grau do que nos cristais de uma rocha ou de

um metal, ou nos agregados de um concreto. Qualquer dos materiais

tradicionalmente considerados nas estruturas, o solo diverge, no seu

comportamento, do modelo de um slido deformvel. A Mecnica dos Solos

poderia ser adequadamente includa na Mecnica dos sistemas particulados

(LAMBE & WHIIMAN, 1969).


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27

As solues da Mecnica dos Slidos deformveis so freqentemente

empregadas para a representao do comportamento de macios de solo,

graas a sua simplicidade e por obterem comprovao aproximada de seus

resultados com o comportamento real dos solos, quando verificadaexperimentalmente em obras de engenharia. Em diversas situaes,

entretanto, o comportamento do solo s pode ser entendido pela considerao

das foras transmitidas diretamente nos contatos entre as partculas, embora

estas foras no sejam utilizadas em clculos e modelos. No raro, por

exemplo, que partculas do solo se quebrem quando este solicitado,

alterando-o, com conseqente influencia no seu desempenho.

Sendo assim, e, levando em considerao o exposto nas alneas anteriores,

neste trabalho, ser possvel vislumbrar a caracterizao geotcnica de uma

areia siltosa pertencente geologicamente aos granitides da Provncia da

Borborema, localizada no Municpio de Caruaru/PE. No trabalho, ser estudado

o comportamento fsico e mecnico do solo atravs de uma campanha de

ensaios de laboratrio. Vale ressaltar que o solo em estudo localiza-se no

subsolo da FAVIP (Faculdade do Vale do Ipojuca).

Uma caracterizao Geotcnica consiste em analisar as propriedades fsicas e

mecnicas de um determinado tipo de solo, utilizando diversos tipos de ensaios

de campo e de laboratrio. Entre todos os dados necessrios para esta

caracterizao, podemos afirmar que o parmetro de resistncia de suma

importncia para determinao da potencialidade do material para utilizao

em obras de engenharia.

Trabalhos marcantes sobre o comportamento dos solos foram desenvolvidos

em sculos passados, como os clssicos de Coulomb, 1773, Rankine, 1856 e

Darcy, 1856. Entretanto, um acmulo de insucessos em obras de Engenharia

Civil no incio do sculo XX, nos quais se destacam as rupturas do canal do

Panam e rompimentos de grandes taludes em estradas e canais em

construo na Europa e nos Estados Unidos, mostrou a necessidade de

reviso dos procedimentos de clculo (PINTO, 2002).


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Como apontou Terzaghi em 1936, ficou evidente que no se podiam aplicar

aos Solos, leis tericas de uso corrente em projetos que envolviam materiais

mais bem definidos, como o concreto e o ao. Sendo assim, sentiu-se a

necessidade da determinao dos parmetros de resistncia e deformao emamostras de solo em laboratrio para aplicao direta em modelos tericos

adequados queles materiais especficos. Hoje, com o avano da tecnologia,

existem diversas formas de avaliar um material em sua condio natural e

inundada, como exemplo podemos citar os ensaios de cisalhamento e

adensamento, onde moldam-se corpos de prova de solo de determinada

dimenso, tomando o cuidado de lev-lo em seu estado natural, sem

deformaes at um laboratrio, o que garantir um maior grau deconfiabilidade nos resultados.

1.2. OBJETIVOS GERAIS DO TRABALHO

O objetivo do presente trabalho caracterizar fsica e mecanicamente uma

areia siltosa, presente no subsolo da FAVIP, onde a mesma executou suas

obras de edificao do CAMPUS UNIVERSITRIO I, localizado na cidade de

Caruaru-PE. Para isto, realizou-se campanha de ensaios de laboratrio.

1.3. OBJETIVOS ESPECFICOS DO TRABALHO

No que se refere caracterizao fsica sero avaliados a granulometria do

material, os limites de Atterberg, densidade real das partculas e o peso

especfico mximo e a umidade tima de compactao. Em especial para este

ltimo item, o solo ser submetido a processos de compactao mecnica,

para avaliao da variao do peso especfico seco mximo e da umidade

tima, atravs de diferentes energias de compactao, diferentes umidades,

diferentes granulometrias, processos de secamento prvio e reuso de material.

No que se refere caracterizao mecnica sero avaliados os parmetros de

resistncia de pico e ps-pico (ngulo de atrito e coeso); bem como os

parmetros de compressibilidade do material (tenso de pr-adensamento


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29

utilizando os mtodos de Casagrande e Pacheco Silva (vm); razo de sobre

adensamento do solo (OCR); ndice de compresso (Cc); ndice de

recompresso (Cr); ndice de expanso (Cs); coeficiente de adensamento

vertical (Cv) para cada estgio de carregamento em cm2/s utilizando o mtodo

de Taylor; coeficiente de compressibilidade (av) para cada estgio de

carregamento).

1.4. METODOLOGIA APLICADA

Para se atingir os objetivos prescritos no item 1.3, ser necessria uma

campanha de ensaios de laboratrio incluindo ensaios de caracterizao fsica

(ensaios granulomtricos, limites de liquidez e plasticidade) e ensaios de

compactao com energias normal, intermediria e modificada nos materiais a

serem estudados. Para a caracterizao mecnica sero realizados ensaios de

cisalhamento direto convencionais inundados e ensaios edomtricos (umidade

natural e inundado). Vale salientar que todos os ensaios referentes a

caracterizao mecnica sero realizados no ITEP (Instituto de Tecnologia do

Estado de Pernambuco), localizado na cidade de Recife/PE.

Em paralelo a realizao dos ensaios de laboratrio ser realizada, a reviso

bibliogrfica do tema, mediante consulta de livros, trabalhos publicados em

anais de congresso, artigos publicados em peridicos, etc.

1.5. ANLISE E DISCUSSO DOS RESULTADOS

Anlise da variao do peso especfico e da umidade tima, atravs de

diferentes energias de compactao;

Anlise da variao do peso especfico e da umidade tima com

diferentes umidades iniciais de ensaio (com e sem secamento prvio do

material);

Anlise da variao do peso especfico e da umidade tima com adies

de materiais (variao da granulometria);


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Anlise da variao do peso especfico e da umidade tima com e sem

reutilizao de material;

Anlise dos parmetros de resistncia (ngulo de atrito e coeso);

Anlise dos parmetros de compressibilidade;

Anlise da variao da permeabilidade;

Anlise da colapsibilidade.

1.6. CONTEDO DOS CAPTULOS

Este trabalho encontra-se subdividido em seis captulos distribudos da

seguinte forma:

No captulo 1 ser possvel ter uma viso ampla do trabalho desenvolvido em

sua totalidade.

O captulo 2 apresentar a reviso bibliogrfica.

O captulo 3 apresentar os procedimentos para coleta de amostras, bem como

descrio dos equipamentos e metodologias utilizadas nos ensaios de

laboratrio.

O captulo 4 colocar-nos- perante uma discusso sobre os resultados obtidos

nos ensaios de caracterizao fsica.

O captulo 5 apresentar os resultados obtidos nos ensaios de caracterizao

mecnica, onde sero discutidos os parmetros de resistncia ao cisalhamento

obtidos, bem como os parmetros de compressibilidade.

O captulo 6 apresentar um resumo das principais concluses do estudo

realizado.


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CAPTULO 2

REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. INTRODUO

2.1.1. Anlise granulomtrica

Como sabemos, em um solo, geralmente existem partculas de diversos

tamanhos. Nem sempre fcil identificar as partculas porque gros de areia,

por exemplo, podem estar envoltos por uma grande quantidade de partculas

argilosas, finssimas, apresentando o mesmo aspecto de uma aglomerao

formada exclusivamente por estas partculas argilosas. Quando secas, as duas

formaes so dificilmente diferenciveis. Quando midas, entretanto, a

aglomerao de partculas argilosas se transforma em uma pasta fina,

enquanto que a partcula arenosa revestida facilmente reconhecida pelo tato.

Portanto, numa tentativa de identificao ttil-visual dos gros de um solo,

fundamental que ele se encontre mido.

Figura 2.1 - Exemplo de curva de distribuio granulomtrica do solo (PINTO,

2002).


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Para o reconhecimento do tamanho dos gros de um solo, realiza-se a anlise

granulomtrica, que consiste, em geral, de dois ensaios: peneiramento e

sedimentao. O peso do material que passa em cada peneira, referido ao

peso seco da amostra, considerado como a porcentagem que passa, e

representado graficamente em funo da abertura da peneira, esta em escala

logartmica, como mostrado na Figura 2.1.

A abertura nominal da peneira considerada como o dimetro das partculas.

Trata-se, evidentemente, de um dimetro equivalente, pois as partculas no

so esfricas.

A anlise por peneiramento tem como limitao a abertura da malha daspeneiras, que no pode ser to pequena quanto o dimetro de interesse. A

menor peneira costumeiramente empregada a de n 200, cuja abertura de

0,075 mm. Existem peneiras mais finas para estudos especiais, mais so

pouco resistentes e por isso no so usadas rotineiramente. Mesmo estas, por

sinal, tm aberturas muito maiores do que as dimenses das partculas mais

finas do solo.

Quando h interesse no conhecimento da distribuio granulomtrica da

poro mais fina dos solos, emprega-se a tcnica da sedimentao, que se

baseia na Lei de Stokes: a velocidade de queda de partculas esfricas num

fludo atinge um valor limite que depende do peso especfico do material da

esfera, do peso especfico do fludo, da viscosidade do fludo, e do dimetro da

esfera (PINTO, 2002).

Colocando-se uma certa quantidade de solo (cerca 60g) em suspenso em

gua (cerca de um litro), as partculas cairo com velocidades proporcionais ao

quadrado de seus dimetros. A Figura 2.2, na qual, esquerda do frasco,

esto indicados gros com quatro dimetros diferentes igualmente

representados ao longo da altura, o que corresponde ao incio do ensaio.

direita do frasco, est representada a situao depois de decorrido um certo

tempo. No instante em que a suspenso colocada em repouso, a sua

densidade igual ao longo de toda a profundidade. Quando as partculas


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33

maiores caem, a densidade na parte superior do frasco diminui. Numa

profundidade qualquer, em um certo momento, a relao entre a densidade

existente e a densidade inicial indica a porcentagem de gros com dimetro

inferior ao determinado pela Lei de Stokes.

Figura 2.2 Esquema representativo da sedimentao (PINTO, 2002).

A densidade da suspenso determinada com o uso de um densmetro, que

tambm indica a profundidade correspondente. Diversas leituras do

densmetro, em diversos intervalos de tempo, determinaro igual nmero de

pontos na curva granulomtrica, como mostra a Figura 2.3, complementando a

parte da curva obtida por peneiramento. Novamente, neste caso, o que se

determina um dimetro equivalente, pois as partculas no so as esferas s

quais se refere a Lei de Stokes. Dimetro equivalente da partcula o dimetro

da esfera que sedimenta com velocidade igual da partcula (PINTO, 2002).

Deve-se frisar, que uma das operaes mais importantes a separao de

todas as partculas, de forma que elas possam sedimentar isoladamente. Na

situao natural, freqente que as partculas estejam agregadas ou

floculadas. Se estas aglomeraes no forem destrudas, determinar-se-o os

dimetros dos flocos e no os das partculas isoladas (VARGAS, 1977).

Para esta desagregao, adiciona-se um reagente qumico, com ao

defloculante, deixa-se a amostra imersa em gua por 24 horas e provoca-seuma agitao mecnica padronizada. Mesmo quando se realiza s o ensaio de


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peneiramento, esta preparao da amostra necessria (destorroamento),

pois, se no for feita, ficaro retidas nas peneiras agregaes de partculas

muito mais finas.

Figura 2.3 - Curvas granulomtricas de alguns solos brasileiros (PINTO, 2002).

Deve-se notar que as mesmas designaes usadas para expressar as fraes

granulomtricas de um solo so empregadas para denominar os prprios solos.

Diz-se, por exemplo, que um solo uma argila quando o seu comportamento

o de um solo argiloso, ainda que contenha partculas com dimetroscorrespondentes s fraes silte e areia. Da mesma forma, uma areia um

solo cujo comportamento ditado pelos gros arenosos que ele possui,

embora partculas de outras fraes possam estar presentes (PINTO, 2002).


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35

2.1.2. ndices de consistncia (limites de Atterberg)

Considerando o ponto de vista da engenharia, temos que estar conscientes de

que a distribuio granulomtrica no caracteriza bem o comportamento dos

solos. A frao fina dos solos tem uma importncia muito grande neste

comportamento, quanto menores as partculas, maior a superfcie especifica.

O comportamento de partculas com superfcies especificas to distintas

perante a gua muito diferenciado. Por outro lado, as partculas de minerais

argila diferem acentuadamente pela estrutura mineralgica, bem como pelos

ctions adsorvidos. Desta forma, para a mesma porcentagem de frao argila,

o solo pode ter comportamento muito diferente, dependendo dascaractersticas dos minerais presentes (VARGAS, 1997).

Com isso, o emprego de ensaios e ndices propostos pelo engenheiro qumico

Atterberg, pesquisador do comportamento dos solos sob o aspecto

agronmico, adaptados e padronizados pelo professor de Mecnica dos Solos

Arthur Casagrande. Os limites se baseiam na constatao de que um solo

argiloso ocorre com aspectos bem distintos conforme o seu teor de umidade.

Quando mido, ele se comporta como um lquido, quando perde parte de sua

gua ele fica plstico e quando mais seco, torna-se quebradio (PINTO, 2002).

So definidos como: Limite de Liquidez (LL) NBR 6459 e Limite de

Plasticidade (LP) NBR 7180 dos solos. A diferena entre estes dois limites,

que indica a faixa de valores em que o solo se apresenta plstico, definida

como o ndice de Plasticidade (IP) do solo. Em condies normais, s so

apresentados os valores do LL e do LP como ndices de consistncia dos

solos. O LP s empregado para a determinao do IP.


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Figura 2.4 Limites de Atterberg dos solos (VARGAS, 1997).

O Limite de Liquidez definido como o teor de umidade do solo com o qual

uma ranhura nele feita requer 25 golpes para se fechar, numa concha, como

ilustrado na figura 2.5.

Figura 2.5 - Esquema do aparelho de Casagrande para determinao do Limitede Liquidez


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Diversas tentativas so realizadas, com o solo em diferentes umidades,

anotando-se o nmero de golpes para fechar a ranhura, obtendo-se o Limite

pela interpolao dos resultados. O procedimento de ensaio padronizado no

Brasil pela ABNT (Mtodo NBR 6459).

O limite de Plasticidade definido como o menor teor de umidade com o qual

se consegue moldar um cilindro com 3 mm de dimetro, rolando-se o solo com

a palma da mo. O procedimento padronizado no Brasil pelo Mtodo NBR

7180.

Deve ser notado que a passagem de um estado para outro ocorre de forma

gradual, com a variao da umidade. A definio dos Limites acima descrita arbitrria. Isto no diminui seu valor, pois os resultados so ndices

comparativos. A padronizao dos ensaios que importante, sendo, de fato,

praticamente universal. Na tabela 2.1, so apresentados resultados tpicos de

alguns solos brasileiros.

Tabela 2.1 - ndices de Atterberg de alguns solos Brasileiros (PINTO, 2002).

2.1.3. Compactao dos Solos

Muitas vezes na prtica da engenharia geotcnica, o solo de um determinado

local no apresenta as condies requeridas pela obra. Ele pode ser pouco

resistente, muito compressvel ou apresentar caractersticas que deixam a

25 a 40

15 a 45

45 a 55

120

65 a 85

LL (%)

40 a 80

11 a 20

20 a 25

20 a 30

14 a 18

30

80

Areias Duras, Cinzas, de So Paulo

LP (%)29 a 44

SolosResiduais de Arenito

Residual de Gnaisse

Residual de Basalto 45 a 70

45 a 55

70

64 42

Areias Argilosas Variegadas de So Paulo 20 a 40 5 a 15

Residual de Granito

Argilas Orgnicas de Vrzeas Quartenrias

Argilas orgnicas de Baixadas Litorneas

Argila Porosa Vermelha de So Paulo

Argilas Variegadas de So Paulo


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desejar do ponto de vista econmico. Uma das possibilidades tentar melhorar

as propriedades de engenharia do solo local.

A compactao um mtodo de estabilizao e melhoria do solo atravs de

processo manual ou mecnico, visando reduzir o volume de vazios do solo.

Possui como objetivos: aumentar a resistncia ao cisalhamento; reduzir a

compressibilidade (recalques); obteno de maior uniformidade e

homogeneidade e por fim, diminuio da permeabilidade.

A compactao empregada em diversas obras de engenharia, como: aterros

para diversas utilidades, camadas constitutivas dos pavimentos, construo de

barragens de terra, preenchimento com terra do espao atrs de muros de

arrimo e reenchimento das inmeras valetas que se abrem diariamente nas

ruas das cidades. Os tipos de obra e de solo disponveis vo ditar o processo

de compactao a ser empregado, a umidade em que o solo deve se encontrar

na ocasio e a densidade a ser atingida.

O incio da tcnica de compactao creditada ao engenheiro Ralph Proctor,

que, em 1933, publicou suas observaes sobre a compactao de aterros,

mostrando ser a compactao funo de quatro variveis: a) Peso especfico

seco; b) Umidade; c) Energia de compactao e d) Tipo de solo (PINTO, 2002).

Aplicando-se uma certa energia de compactao (um certo nmero de

passadas de um determinado equipamento no campo ou um certo nmero de

golpes de um soquete sobre o solo contido num molde), a massa especfica

resultante funo da umidade em que o solo estiver. A Figura 2.6, apresentaa curva de saturao em funo da umidade e densidade.


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Figura 2.6 Curva de proctor (VARGAS, 1977).

importante saber que para um grau de compactao adequado, necessrio

conhecer os parmetros para determinao da curva, onde obteremos em

laboratrio os seguintes resultados:

a) Peso especfico aparente mximo (smx)

(1)b) Umidade tima (hot).

No se deve esquecer que alguns fatores tm influncia preponderante na

determinao dos parmetros acima, so eles: teor de umidade do solo e

energia de compactao.

Na compactao, as quantidades de partculas e de gua permanecemconstantes; o aumento da massa especfica corresponde eliminao de ar

dos vazios. H, portanto, para a energia aplicada, um certo teor de umidade,

denominado umidade tima, que conduz a uma massa especfica mxima, ou

uma densidade mxima.

Quando se compacta com umidade baixa, o atrito as partculas muito alto e

no se consegue uma significativa reduo de vazios. Para umidades mais

hs 1


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40

elevadas, a gua provoca um certo efeito de lubrificao entre as partculas,

que deslizam entre si, acomodando-se num arranjo mais compacto.

Analisando a estrutura de um solo compactado, podemos perceber que quandoo material encontra-se no ramo seco, ou seja, com a umidade abaixo da tima,

o material possui em sua estrutura um arranjo de partculas de forma aleatria

(estrutura floculada), conforma representa a Figura 2.7(a).

Para o ramo mido, com a umidade acima da tima, os gros tendem a um

arranjo paralelo de suas partculas, apresentando assim uma estrutura

dispersa, conforme apresentado na Figura 2.7 (b).

(a) (b)Figura 2.7 Estrutura dos solos compactados. (a) estrutura floculada e (b)

estrutura dispersa (PINTO, 2002).

No ramo seco, a umidade baixa, a gua contida nos vazios do solo est sob

o efeito capilar e exerce uma funo aglutinadora entre as partculas. medida

que se adiciona gua ao solo ocorre destruio dos benefcios da

capilaridade, tornando-se mais fcil o rearranjo estrutural das partculas. Noramo mido, a umidade elevada e a gua se encontra livre na estrutura do

solo, absorvendo grande parte da energia de compactao.

2.1.3.1. Diferena entre compactao e adensamento

Pelo processo de compactao, a diminuio dos vazios do solo se d porexpulso do ar contido nos seus vazios, de forma diferente do processo de


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adensamento, onde ocorre a expulso de gua dos interstcios do solo. As

cargas aplicadas quando compactamos o solo so geralmente de natureza

dinmica e o efeito conseguido imediato, enquanto que o processo de

adensamento se d ao longo do tempo (pode levar muitos anos para queocorra por completo, a depender do tipo de solo) e as cargas so normalmente

estticas.

2.1.3.2. Valores tpicos

De uma forma geral, os solos argilosos apresentam densidades secas baixas e

umidades timas elevadas. Valores como umidade tima de 25 a 30%correspondendo a densidades secas mximas de 1,5 a 1,4 kg/dm so comuns

em argilas. Solos siltosos apresentam tambm valores baixos de densidade,

frequentemente com curvas de laboratrio bem abatidas. Densidades secas

mximas elevadas da ordem de 2,0 a 2,1 kg/dm, e umidades timas baixas,

da ordem de 9% a 10%, so representativas de areia com pedregulhos, bem

graduados e pouco argilosas. Areias finas argilosas laterticas, ainda que a

frao areia seja mal graduada, podem apresentar umidades timas de 12 a14% com dendidades secas mximas de 1,9 kg/dm (PINTO, 2002).


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42

Figura 2.8 Curvas de compactao de diversos solos brasileiros (PINTO,

2002).

Na Figura 2.8 so apresentados resultados de diversos solos. Estes valores

so meramente indicativos da ordem de grandeza, pois h muita diferena de

resultados de amostras de mesma procedncia. Vale salientar que os solos

laterticos apresentam o ramo ascendente da curva nitidamente mais ngrime

do que os solos residuais e os solos transportados no laterizados. Tal

peculiaridade tem sido, inclusive, empregada para a identificao dos solos

laterticos (PINTO, 2002).

A densidade que atingida quando um solo compactado, sob uma dada

energia de compactao ir depender da umidade do solo no momento da

compactao. E considerando um mesmo solo, conforme seu teor de umidade

observa-se uma reao diferenciada para a compactao, sendo assim, o

material alcanar valores diversos de densidade. Portanto, para cada solo,

sob uma dada energia de compactao, existem ento uma hot e uma smx.


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Vale salientar que, embora as curvas de compactao difiram para cada tipo de

solo, elas se assemelham quanto forma.

2.1.3.3. Mtodos alternativos de compactao

A norma Brasileira de ensaio de compactao (NBR 7.182/86) prev as

seguintes alternativas de ensaio:

2.1.3.3.1. Ensaio sem reuso do material

utilizada uma amostra virgem para cada ponto da curva, ou seja, coleta-se

uma amostra em maior quantidade de solo. O importante deste tipo de ensaio

que, o resultado apresenta um maior grau de confiabilidade.

Em alguns casos, imprescindvel que assim seja feito, por exemplo, quando

as partculas so facilmente quebradias, de tal maneira que a amostra para o

segundo ponto j se mostra diferente da original pela quebra de gros. A

execuo do ensaio desta maneira pouco empregada, em virtude da maior

quantidade de amostra requerida (PINTO, 2002).

2.2.3.3.2. Ensaio sem secagem previa do material

Estudos e experincias de diversos pesquisadores da geotecnia esclarecem

que a pr-secagem da amostra influencia nas propriedades do solo, inclusive,dificulta a homogeneizao da umidade.

Em solos areno-argilosos laterticos, a pr-secagem provoca umidades timas

menores com pouca influncia na densidade seca; em solos argilosos de

decomposio de gnaisse, umidades timas menores e densidades secas

mximas maiores; em solos siltosos de decomposio de gnaisse, pouca

influncia na umidade, mas densidade seca mxima maior. Apesar do ensaiosem total secagem prvia ser mais representativo, a prtica corrente fazer a


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pr-secagem, provavelmente pela facilidade de padronizar os procedimentos

nos laboratrios, diminuindo o grau de superviso.

2.1.3.4. Energia de compactao

A densidade seca mxima e a umidade tima obtida no Ensaio de

Compactao, no so ndices fsicos do solo. Estes valores dependem da

energia aplicada na compactao. Chama-se energia de compactao ou

esforo de compactao ao trabalho executado, referido a unidade de volume

de solo aps compactao. A energia de compactao dada pela seguinte

frmula:

V

Nc.Ng.H.MEC

(2)

Sendo:

M massa do soquete;

H altura de queda do soquete;

Ng o nmero de golpes por camada;

Nc nmero de camadas;

V volume de solo compactado.

No prprio grfico do ensaio pode-se traar a curva de saturao que

corresponde ao lugar geomtrico dos valores de umidade e densidade seca,

estando o solo saturado. Da mesma forma, pode-se traar curvas

correspondentes a igual grau de saturao. A curva de compactao

definida pela equao (PINTO, 2002):

wS

S

sw

ws

d

(3)


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45

Para solo saturado, S = 1;

wsw

ws

d

(4)

Onde:

d massa especfica (ou peso especfico) aparente seca do solo;

Gs densidades dos gros do solo;

w massa especfica da gua (ou peso especfico);

e ndice de vazios;

w teor de umidade

Figura 2.9 Curva de compactao (umidade x densidade) (ORTIGO, 1993).

2.1.3.5. Influncia da energia de compactao

A medida que se aumenta a energia de compactao, h uma reduo do teor

de umidade timo e uma elevao do valor do peso especfico seco mximo

para um mesmo tipo de solo.


44/127

46

O grfico da figura 2.10 mostra a influncia da energia de compactao no teor

de umidade timo htimo e no peso especfico seco mximo dmx.

Figura 2.10 Curvas de compactao de um solo com diferentes energias

(LAMBE, 1976).

Tendo em vista o surgimento de novos equipamentos de campo, de grande

porte, com possibilidade de elevar a energia de compactao e capazes de

implementar uma maior velocidade na construo de aterros, houve a

necessidade de se criar em laboratrio ensaios com maiores energias que a do

Proctor Normal. So eles: proctor normal, proctor intermedirio e proctormodificado, conforme mostrado na Figura 2.10.1 abaixo:


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47

Figura 2.10.1 Energias de compactao aplicadas aos ensaios, segundo a

NBR 7182/ 86.

2.1.3.6. Estrutura dos solos compactados

O solo compactado fica com uma estrutura que depende da energia aplicada e

da umidade do solo por ocasio da compactao. A Figura 2.11 indica,

esquematicamente as estruturas em funo destes parmetros. Quando com

baixa umidade, a atrao face-aresta das partculas no vencida pela energia

aplicada e o solo fica com estrutura denominada estrutura floculada. Para

maiores umidades, a repulso entre partculas aumenta, e a compactao as

orienta, posicionando-as paralelamente, ficando com estrutura dita dispersa.

Para a mesma umidade, quanto maior a energia, maior o grau de disperso.

Este modelo, ainda que simplificado, pois a estrutura dos solos compactados

bastante complexa, permite justificar as diferenas de comportamento dos

solos compactados.


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48

Figura 2.11 Estrutura de solos compactados, segundo proposio de Lambe(LAMBE, 1976).

Deve ser notado, entretanto, que nos aterros reais o solo no totalmente

desestruturado antes de ser compactado. Na realidade, aglomeraes naturais

permanecem e o solo compactado apresenta uma macroestrutura diferente da

micro (PINTO, 2002), conforme apresentado na Figura 2.12.

Figura 2.12 Exemplo de estrutura de solo residual, mostrando micro e

macroporos (PINTO, 2002).


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2.1.3.7. Curva de resistncia

A compactao do solo deve proporcionar a este, para a energia de

compactao adotada, a maior resistncia estvel possvel.

O grfico da Figura 2.13 apresenta a variao da resistncia do solo, obtida por

meio de um ensaio de penetrao realizado com uma agulha Proctor, em

funo de sua umidade de compactao. Conforme se pode observar, quanto

maior a umidade menor a resistncia do solo (PINTO, 2002).

Os solos no devem ser compactados abaixo da umidade tima, por que elacorresponde a umidade que fornece maior estabilidade ao solo.

No basta que o solo adquira boas propriedades de resistncia e deformao,

elas devem permanecer durante todo o tempo de vida til da obra.

Conforme se pode notar do grfico, caso o solo fosse compactado com

umidade inferior a tima ele iria apresentar resistncia superior quela obtidaquando da compactao no teor de umidade timo, contudo este solo poderia

vir a saturar em campo (em virtude do perodo de fortes chuvas) vindo alcanar

uma umidade correspondente a curva de saturao do solo, para o qual o solo

apresenta valor de resistncia muito baixo.

No caso do solo ser compactado na umidade tima, o valor de sua resistncia

cairia um pouco, estando o mesmo ainda a apresentar caractersticas de

resistncia razoveis.


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Figura 2.13Curva de resistncia, compactao e ndice de vazios (PINTO,

2002)

2.2. RESISTNCIA AO CISALHAMENTO NA CONDIO DRENADA.

Quando um solo submetido a deformaes sob uma dada tenso normal

efetiva, percebe-se um aumento na resistncia at um determinado limite

oferecido pelo solo, sendo esta resistncia chamada resistncia de pico. Na

maioria das vezes os ensaios para determinao da resistncia ao

cisalhamento so conduzidos at logo aps a resistncia de pico ser bem

definida. Se, entretanto, o ensaio for continuado, medida que o deslocamento

aumenta, verifica-se que a resistncia deste solo ir decrescer at atingir

inicialmente uma resistncia equivalente ao estado crtico; onde no ocorrem

mudanas de volume ou teor de umidade com as deformaes, para em

seguida grandes deslocamentos ser atingida a resistncia residual. A Figura

2.21 abaixo ilustra estes trs estgios de resistncia atravs de suas

respectivas envoltrias.


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51

Figura 2.14 - Caractersticas de resistncia das argilas (SKEMPTON, 1970).

A reduo na resistncia ao se atingir o estado crtico em solos pr-

consolidados, conseqncia do aumento do teor de umidade com a dilatao

do solo ao ser cisalhado. Observa-se que amostras de um mesmo tipo de solo

tanto normalmente como pr consolidadas, tendem a atingir a mesma condio

de estado crtico (SKEMPTON,1970). Para solos que contenham uma alta

percentagem de frao argila, o decrscimo de resistncia tambm devido a

uma reorientao das partculas, resultando no obteno de um mnimo valor

de resistncia apenas atingido grandes deslocamentos(resistncia residual)

conforme mostra a Figura 2.14.

Verifica-se tambm na Figura 2.14, que menores valores so encontrados para

o ngulo de atrito referente resistncia residual. Geralmente, o intercepto de

coeso para o estado crtico e para o estado residual so aproximadamente

iguais a zero, apenas a resistncia de pico apresenta coeso a depender do

tipo de solo em questo. A resistncia de pico pode ser expressa atravs da

seguinte equao, onde utiliza-se o critrio de Mohr Coulomb.

(5)

Ao se passar da condio de pico para a residual, o intercepto de coeso tende

a desaparecer completamente. Durante o mesmo processo, o ngulo de atrito


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tambm decresce, em alguns casos at menos do que 10, em se tratando de

solos argilosos (SKEMPTON, 1964).

2.3. RESISTNCIA DAS AREIAS

2.3.1. Comportamento tpico das areias

Na Engenharia Civil, mais especificamente na geotecnia, e at mesmo na rea

de fundaes, a expresso areia empregada para designar solos em que a

frao areia superior a 50%, como mostra o sistema de classificao USC.

No entanto, as areias com 20, 30 ou 40% de finos, tm um comportamentomuito semelhante ao das argilas, do que ao das areias puras (PINTO, 2002).

Na Mecnica dos Solos, a expresso areia se refere a materiais granulares

com reduzida porcentagem de finos que no interferem significativamente ao

comportamento do conjunto.

Como as areias so bastante permeveis nos carregamentos a que elas ficamsubmetidas em obras de engenharia, h tempo suficiente para que as presses

neutras devidas ao carregamento se dissipem. Por esta razo, a resistncia

das areias quase sempre definida em termos de tenses efetivas (PINTO,

2002).

2.3.2. Areias fofas

Como este respectivo trabalho trata a respeito de um material arenoso (areia

argilosa), podemos tomar o pressuposto de considerao de uma areia fofa,

pois, sabemos que ao ser feito um carregamento axial neste tipo de areia, o

corpo de prova apresenta uma tenso conhecida como desviadora que cresce

lentamente com a deformao, atingindo um valor mximo s para

deformaes relativamente altas, da ordem de 6 a 8%. Aspectos tpicos de

curvas tenso-deformao esto apresentados na Figura 2.15 (a), que mostra

tambm que ensaios realizados com tenses confinantes diferentes


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53

apresentam curvas com aproximadamente o mesmo aspecto, podendo-se

admitir, numa primeira aproximao, que as tenses sejam proporcionais

tenso confinante do ensaio.

Figura 2.15 Resultados tpicos de ensaios de compresso triaxial em areias:

(a), (b) e (c) areias fofas; (d), (e) e (f) areias compactas (PINTO,2002).

Ao se traar os crculos de Mohr correspondentes s mximas tenses

desviatrias ( que correspondem ruptura), obtm-se crculos cuja envoltria

uma reta passando pela origem, pois as tenses de ruptura foram admitidas

proporcionais as tenses confinantes. A resistncia da areia fica definida pelo

ngulo de atrito interno efetivo, como se mostra na figura 2.15 (c).


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A areia , ento, definida como um material no coesivo, como, alis, constata-

se pela impossibilidade de se moldar um corpo de prova de areia seca ou

saturada. A moldagem eventual de um corpo de prova de areia mida devida

tenso capilar provocada pelas interfaces gua-ar. Esta tenso capilar umatenso neutra negativa. Sendo nula a tenso total aplicada (caso do corpo de

prova no confinado), a tenso efetiva positiva e numericamente igual

tenso capilar; da a sua resistncia e o nome de coeso aparente. Uma

escultura de areia na praia se mantm enquanto a areia estiver mida, se seca

ou saturada, ela desmorona por no suportar o prprio peso (PINTO, 2002).

2.3.3. Areias compactas

Um dos importantes itens que devem ser observados no que diz respeito as

areias compactas, est relacionado ao volume, pois, se observarmos a figura

anterior, observaremos que os corpos de prova, apresentam, inicialmente, uma

reduo de volume, mas, ainda antes de ser atingida a resistncia mxima, o

volume do corpo de prova comea a crescer, sendo que, na ruptura, o corpo de

prova apresenta maior volume do que no incio do carregamento. Tal

comportamento, se analisado do ponto de vista da Teoria da Elasticidade,

corresponderia a um coeficiente de Poisson maior do que 0,5.

Se nos aprofundarmos no assunto e analisarmos a teoria da elasticidade,

verificaremos que a mesma no aceita tal comportamento e, portanto, ela no

pode ser utilizada para os solos nestas condies. Deve ser notado, entretanto,

que durante o incio do carregamento axial, as deformaes especficas so

pequenas, os acrscimos de tenses axiais j so considerveis e o corpo de

prova ainda no se dilatou (o coeficiente de Poisson menor do que 0,5).

2.3.4. O Entrosamento dos Gros nas Areias Compactas

Em virtude do exposto nos tpicos anteriores, no difcil compreender que a

resistncia de pico das areias compactas justificada pelo entrosamento entreas partculas, como apresentado na Figura 2.16, embora esta representao


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no seja to perfeita, pois procura representar no plano uma posio relativa

de partculas que ocorre no espao.

Figura 2.16Posio relativa das partculas nas areias fofas e compactas

(PINTO, 2002).

Nas areias fofas, o processo de cisalhamento provoca uma reacomodao das

partculas, que se d com uma reduo do volume. Nas areias compactas, as

tenses de cisalhamento devem ser suficientes para vencer os obstculos

representados pelos outros gros na sua trajetria. Vencido este obstculo,

que exige um aumento de volume, a resistncia cai ao valor da areia no estado

fofo (PINTO, 2002).

2.3.5. Variao do ngulo de atrito com a presso confinante

Quando comentamos neste trabalho sobre a resistncia das areias sobre

presses confinantes diferentes, estvamos afirmando que a mxima tenso

desviadora proporcional a tenso confinante do ensaio. Neste caso, podemos

tambm afirmar que a envoltria aos crculos representativos do estado de

tenses na ruptura uma reta passando pela origem.


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No entanto, esta afirmativa, na verdade, uma aproximao empregada na

prtica, e devida, em parte, prpria disperso dos ensaios realizados sobre

corpos de prova diferentes para cada presso confinante.

Ensaios realizados com bastante preciso revelam que os diversos crculos de

Mohr na ruptura, conduzem a envoltrias de resistncia curvas, como

apresentado na Figura 2.17.

Figura 2.17 Variao do ngulo de atrito interno de uma areia com a tenso

confinante (PINTO, 2002).

2.3.6. ngulos de atrito tpicos de areias

Para a mesma tenso confinante, o ngulo de atrito depende da compacidade

da areia, pois ela que governa o entrosamento entre as partculas. Como as

areias tm intervalos de ndices de vazios bem distintos, os ngulos de atrito

so geralmente referidos compacidade relativa das areias. Resultados

experimentais mostram que o ngulo de atrito de uma areia, no seu estado

mais compacto, da ordem de 7 a 10 graus maior do que o seu ngulo de

atrito no seu estado mais fofo (PINTO, 2002).

Apresenta-se a seguir, como as caractersticas que diferenciam as diversasareias influenciam na sua resistncia ao cisalhamento.


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2.4. FATORES DE INFLUNCIA

2.4.1. Distribuio granulomtrica

Quanto mais bem distribuda granulometricamente uma areia, melhor oentrosamento entre as partculas, e assim, conseqentemente, maior o ngulo

de atrito (PINTO, 2002).

No que se refere ao entrosamento, interessante notar que o papel dos gros

grossos diferente dos desempenhados pelos finos. Se considerarmos um

maior percentual de gros finos, perceberemos que o comportamento desta

areia ser determinada principalmente pelas partculas finas, simplesmente

pelo fato das partculas grossas ficarem envolvidas pela massa de partculas

finas, assim, pouco colaborando no entrosamento.

Por outro lado, se considerarmos um maior percentual de gros grossos e um

menor de gros finos, os gros finos tendem a ocupar os vazios entre os

grossos, aumentando o entrosamento e, consequentemente, o ngulo de atrito.

Figura 2.18 Entrosamento de areias: a) predominantemente fina; b)

predominantemente grossa (SHEMPTON, 1964).

Note-se coerentemente, que o coeficiente de no uniformidade das areias

definido pela relao entre os dimetros correspondentes a 60% e 10% na

curva granulomtrica, e no a duas porcentagens igualmente distantes dos

extremos, pois uma pequena porcentagem de finos interfere mais na no

uniformidade do que uma pequena porcentagem de grossos.


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2.4.2. Formato dos gros

Areias constitudas de partculas esfricas e arredondadas tm ngulos de

atrito sensivelmente menores do que as areias constitudas de gros

angulares, conforme apresentado na Figura 2.19. Tal fato devido ao maior

entrosamento entre as partculas quando elas so irregulares, como

apresentado na figura abaixo (PINTO, 2002);

Figura 2.19 Entrosamento de areias: (a) de gros arredondados; (b) de gros

angulares (PINTO, 2002).

2.4.3. Tamanho dos gros

Na verdade, o tamanho das partculas, quando as outras caractersticas so

constantes, pouco influencia na resistncia das areias.

A impresso generalizada de que as areias grossas devam ter maiores ngulos

de atrito do que as areias finas deve-se a dois fatores. Primeiro, as chamadas

de areias grossas so aquelas que predominam gros grossos; nelas, a

pequena quantidade de finos aumenta o entrosamento. J no caso das areias

finas, a pequena quantidade de grossos no aumenta o entrosamento.

Sendo assim, pode-se afirmar que as areias predominantemente grossas

tendem a ser bem graduadas, enquanto que as areias predominantemente

finas tendem a ser mal graduadas.

O segundo fator se refere compacidade: na natureza, em virtude da massa

das partculas e das foras superficiais, as areias grossas tendem a se

apresentar muito mais compactas do que as areias finas.


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2.4.4. Resistncia dos gros

A resistncia das partculas que constituem a areia interfere na resistncia pois,

embora o processo de cisalhamento da areia seja um processo

predominantemente de escorregamento e rolagem dos gros entre si, se os

gros no resistirem as foras a que esto submetidos e se quebrarem, isto se

refletir no comportamento global da areia.

No fcil quantificar a influncia da resistncia dos gros. Ela funo da

composio mineralgica da partcula (gros de quartzo so mais resistentes

do que gros de feldspato), do formato da partcula ( muito mais fcil um gro

angular se quebrar do que um gro arredondado), da presso confinante doensaio (quanto maior a presso, maiores so as foras transmitidas pelos

gros) e do tamanho das partculas (quanto maiores os gros maior a fora

transmitida de um a outro, para a mesma presso confinante).

A quebra de partculas no processo de cisalhamento a maior responsvel

pelas envoltrias de resistncia curva das areias (variao do ngulo de atrito

com a presso confinante) e pela variao do ndice de vazios crtico com a

presso confinante (PINTO, 2002).

2.5. COMPRESSIBILIDADE E ADENSAMENTO

Um solo ao ser submetido a um carregamento sofrer deformaes.

Dependendo das dimenses e rigidez da fundao e das condies do subsolo

(espessura, heterogeneidade, etc), estas deformaes se traduziro emdeslocamentos verticais e horizontais, que, por sua vez podero causar danos,

que podem variar de pequenas trincas e inclinaes, ou at mesmo

comprometer a estabilidade estrutural de uma obra. A Figura 2.20 ilustra os

deslocamentos que o solo estar sujeito por conseqncia de uma rea

carregada do terreno.


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Figura 2.20 Ilustrao dos deslocamentos submetidos aos solos (MARILIA,

2008).

Em se tratando de uma fundao, os deslocamentos verticais so

preponderantes perante os horizontais. Sendo assim, o enfoque principal deste

tpico ser o estudo da compressibilidade dos solos com vista previso dos

deslocamentos verticais de uma rea carregada.

2.6. TIPOS DE DESLOCAMENTOS VERTICAIS

2.6.1. Recalques

Os recalques podem ser definidos como movimentos verticais de uma

estrutura, provocados pelo prprio peso ou pela deformao do subsolo por

outro agente (GUIDICINI, 1983). Em um terreno homogneo submetido a um

carregamento por meio de uma estrutura rgida, os recalques tendem a seruniformes, e o efeito danoso sobre a estrutura tende a ser minimizado.

Entretanto, quando estes recalques ocorrem de forma desuniforme, quer seja

devidas s condies do terreno, que seja devida s condies do

carregamento, seus efeitos podem ser extremamente danoso estrutura,

podendo variar de simples inclinaes, no caso de estruturas rgidas, ou trincas

nas alvenarias que podem se propagar e comprometer a estabilidade daestrutura como todo. O termo recalque diferencial , normalmente, referido


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diferena entre os recalques absolutos ou totais entre dois elementos da

fundao de uma estrutura.

A Torre de Pizza na Itlia um exemplo dos efeitos dos recalques diferenciaissobre uma estrutura (Figura 2.21). A torre foi construda sobre um terreno

compressvel, com deformabilidade varivel, resultando em maior compresso

do solo em uma das bordas da fundao da torre, e a subsequente inclinao.

Figura 2.21 Torre de Pizza na Itlia (VELLOSO & LOPES, 1997).

2.6.2. Levantamentos

Os levantamentos so deslocamentos verticais ascendentes que a fundao de

uma estrutura estar sujeita. Seus efeitos em termos de danos so

equivalentes aos recalques. A causa dos levantamentos, entretanto, est,

normalmente, associada s peculiaridades de algumas argilas no estado no

saturado que apresentam considerveis aumento de volume quando absorve

gua. Solos argilosos que apresentam este comportamento so, normalmente,


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referidos de Solos Expansivos. Os solos expansivos tanto podem expandir

quando absorve gua, como podem contrair quando perde gua (umidade) por

um processo de secagem. Dessa forma, estes tipos de solo esto sujeitos tanto

a levantamentos quanto a recalques. A Figura 2.22 mostra os efeitos dasvariaes de volume de um solo expansivo sobre uma estrutura, caracterizados

por trincas causadas por distores na estrutura, por conseqncia de

movimentos (recalques ou levantamentos) diferenciais.

Figura 2.22 - efeitos das variaes de volume de um solo expansivo sobre uma

estrutura (VELLOSO & LOPES, 1997).

2.7. ENSAIOS PARA AVALIAO DA DEFORMABILIDADE DOS SOLOS.

Para a estimativa dos recalques e levantamentos, necessrio que se

conheam parmetros do solo relacionados com a sua deformabilidade. Estes

parmetros so obtidos, normalmente, por ensaios de laboratrios, embora


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seja crescente o emprego de ensaios de campo para a mesma finalidade. A

escolha do ensaio depender das condies do subsolo, das dimenses da

fundao em relao espessura da camada solicitada e do tipo de

deslocamento considerado.

2.7.1. Ensaio de compresso edomtrica

O ensaio de compresso edomtrica, ou simplesmente ensaio edomtrico,

empregado em situaes onde a extenso da rea carregada

consideravelmente superior a espessura da camada solicitada, onde as

deformaes horizontais podem ser consideradas nulas, tal comoexemplificada na Figura 2.23.

Figura 2.23 - Condio de carregamento condizente com a deformao

unidimensional (ORTIGO, 1993).

A Figura 2.23 apresenta, esquematicamente, uma clula edomtrica (ou

edmetro). Basicamente, um corpo-de-prova cilndrico confinado por um anel

de ao e, no topo e na base, so colocadas pedras porosas para permitir a

drenagem ou o acesso de gua, em caso de solos no saturados. A carga

vertical transmitida amostra atravs de uma placa de distribuio rgida,

que serve para uniformizar as tenses, e uma bacia de saturao permite

manter a amostra sob gua, evitando a perda de umidade durante o ensaio de

solos saturados. Incrementos de cargas so aplicados e medidas as

deformaes verticais resultantes, at a estabilizao. Esta estabilizao ,

normalmente, acompanhada por meio de uma curva tempo vs deformao ou


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variao da altura do corpo-de-prova (para cada incremento de carga), tal

como a ilustrada na Figura 2.24 (ORTIGO, 1993).

O resultado do ensaio expresso por uma curva tenso vs deformao oundice de vazios, que pode ser em escala linear para ambos os eixos, conforme

a Figura 2.26(a) ou, como normalmente , em escala logartmica no eixo das

abscissas (tenses), conforme a Figura 2.26 (b). As deformaes podem ser

obtidas pela expresso abaixo:

(6)

Onde:

e a variao do ndice de vazios entre dois intervalos de tenso

subseqentes.eo o ndice de vazios inicial da amostra.

H a variao de altura do corpo-de-prova,

Ho a altura inicial do corpo-de-prova.

Figura 2.24 - Representao esquemtica de um edmetro (ORTIGO, 1993).


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Figura 2.25 - Curva de estabilizao de um estgio de carga de um ensaio

edomtrico (PINTO, 2002).

Figura 2.26 - Exemplo de resultado de ensaio edomtrico (PINTO, 2002).

A representao grfica da Figura 2.26b, com a abscissa em escala

logartmica, proposta por Terzaghi, mostra um trecho inicial onde as

deformaes (ou ndice de vazios) pouco variam com a tenso. Este trecho o

solo apresenta um comportamento, aproximadamente, elstico, podendo serajustado a uma reta. A inclinao desta reta fornece um parmetro denominado


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de ndice de recompresso (Cr). A partir de uma determinada tenso,

observa-se uma intensificao das deformaes, definindo um trecho

aproximadamente linear. Neste trecho, normalmente referido de trecho virgem,

as deformaes no so recuperveis. A inclinao do trecho virgem forneceum parmetro de deformabilidade do solo denominado ndice de compresso

(Cc). Caso seja feito um descarregamento do solo, teremos um trecho cuja

inclinao fornecer outro parmetro de deformabilidade, denominado ndice

de expanso (Cs), cujo valor aproximadamente igual a (Cr).

A tenso que limita o trecho de recompresso e o trecho virgem referida

como tenso de pr-adensamento (vm). Sua determinao , normalmente,feita pelos mtodos grficos de Casagrande ou de Pacheco Silva, este ltimo

de grande emprego no Brasil.

O mtodo grfico de Casagrande encontra-se representado na Figura 2.27.

Para determinao de vm por este mtodo, definido, inicialmente, um ponto

de menor raio de curvatura, a partir do qual so traadas duas retas: uma

tangente curva e a outra paralela ao eixo das tenses. Aps determinar abissetriz do ngulo formado por essas duas retas, prolonga-se a reta virgem

at encontrar a bissetriz. O ponto de encontro ser a tenso de pr-

adensamento.

Para determinao de vm pelo mtodo de Pacheco Silva, traa-se uma reta

horizontal passando pela ordenada correspondente ao ndice de vazios inicial e

o do corpo-de-prova, e prolonga-se a reta virgem at interceptar a reta

horizontal. A partir dessa intercesso, traa-se uma reta vertical at interceptar

a curva de compresso e, da, outra reta horizontal at interceptar a reta

virgem. A abscissa do ponto de intercesso corresponder tenso de pr-

adensamento.


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Figura 2.27 - Determinao da tenso de pr-adensamento pelo mtodo de

Casagrande (PINTO, 2002).

Os ndices Cr, Cr e Cs podem ser generalizados na expresso abaixo,

bastando considerar a variao do ndice de vazios e da tenso

correspondentes.

(7)

2.8. TEORIA DO ADENSAMENTO

2.8.1. O processo do adensamento primrio

Podemos definir adensamento como sendo o fenmeno pelo qual os recalques

ocorrem com expulso da gua do interior dos vazios do solo. Neste tpico,

veremos como ocorre a respectiva expulso no decorrer do tempo aps o

carregamento, e como variam as tenses no solo durante o processo.


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Como no poderia deixar de existir neste trabalho, ser mostrada a analogia

mecnica de Terzaghi, explicando o adensamento das argilas saturadas

conforme apresentada por Taylor, considera-se ento que a estrutura slida do

solo seja semelhante a uma mola, cuja deformao proporcional cargasobre ela aplicada, como apresentado na Figura 2.28:

Figura 2.28 Analogia mecnica para o processo de adensamento, segundo

Terzagui (TAYLOR, 1948).

O solo saturado seria representado por uma mola dentro de um pisto cheio de

gua, no mbolo do qual existe o orifcio de reduzida dimenso pelo qual a

gua s passa lentamente (PINTO, 2002). A pequena dimenso do orifciorepresenta a baixa permeabilidade do solo.

Ao se aplicar uma carga sobre o pisto, no instante imediatamente seguinte, a

mola no se deforma, pois ainda no ter ocorrido qualquer sada de gua, e a

gua muito menos compressvel do que a mola. Neste caso, toda carga

aplicada estar suportada pela gua. Estando a gua em carga, ela procura

sair do pisto, j que o exterior est sob a presso atmosfrica. Num instantequalquer, a quantidade de gua expulsa ter provocado uma deformao da


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mola que corresponde a uma certa carga (por exemplo de 5N). Neste instante,

a carga total (de 15 N, no exemplo) estar sendo parcialmente suportada pela

gua (10 N) e parcialmente pela mola (5 N), como mostrado na Figura 2.28.

A gua, ainda em carga, continuar a sair do pisto; simultaneamente, a mola

estar se comprimindo e, portanto, suportando cargas cada vez maiores. O

processo continua at que toda a carga esteja suportada pela mola. No

havendo mais sobrecarga na gua, cessa sua sada pelo mbolo.

No solo, no anel de adensamento ou no campo, sucede algo semelhante.

Quando um acrscimo de presso aplicado, a gua nos vazios suporta todaesta presso (PINTO, 2002).

As argilas so solos que apresentam baixa permeabilidade, a ponto de manter

um aqfero suspenso. Sendo assim, quando saturadas, ao se aplicar um

carregamento, a reduo dos seus vazios levar certo tempo, uma vez que

esta reduo ser proporcional expulso da gua dos vazios, tal como na

mola da Figura 2.29. Na medida em que a gua sob presso expulsa, aspresses neutras geradas pelo carregamento vo sendo dissipadas,

transmitindo a carga para as partculas do solo. Este fenmeno de deformao

do solo pela expulso da gua referido por Adensamento Primrio, sendo

tpico de solos argilosos saturados (MARILIA, 2009).


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Figura 2.29 Recalque com o tempo para alguns solos tpicos (PINTO, 2002).

No incio do adensamento (tempo to), todo acrscimo de tenso total ser

devido ao acrscimo na presso neutra ( = u). No final do adensamentoeste acrscimo de tenso ser transmitido parcela granular e corresponder

ao acrscimo de tenso efetiva ( = ).

2.8.2

Documents

Caracterização Geotécnica de uma areia siltosa