Mecanica dos Solos - Craig-361-370

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in situ. O inchamento desse núcleo ocorrerá de forma gradual, em virtude da
água que está sendo extraída da zona exterior mais perturbada e resultando na
dissipação do excesso de poropressão negativa; a zona exterior do solo se
adensará graças à redistribuição da água no interior da amostra. A dissipação
do excesso de poropressão negativa é acompanhada por uma redução
correspondente das tensões efetivas. Assim, a estrutura do solo da amostra
oferecerá menos resistência ao cisalhamento e será menos rígida do que o
solo in situ.
Uma amostra deformada (ou perturbada) é aquela que tem a mesma
distribuição de tamanho de partículas que o solo in situ, mas na qual a
estrutura do solo foi danificada de forma significativa ou destruída por
completo; além disso, o teor de umidade pode ser diferente daquele do solo in
situ. As amostras deformadas, que são usadas principalmente para ensaios de
classificação do solo (Capítulo 1), classificação visual e ensaios de
compactação, podem ser escavadas em poços de inspeção ou obtidas das
ferramentas usadas para avançar furos de sondagem (por exemplo, de trados
e cortadores de argila). O solo recuperado do barrilete de sondagem por
percussão apresentará deficiência de finos e não será adequado para o uso
como uma amostra deformada. As amostras nas quais o teor de umidade
natural foi preservado devem ser colocadas em recipientes herméticos e não
corrosivos; todos devem ser completamente preenchidos, de modo que o
espaço de ar acima da amostra seja insignificante.
Devem ser retiradas amostras nas mudanças de estratos (conforme
observado no solo recuperado por trados/perfuração) e em um espaçamento
especificado no interior do estrato de não mais do que 3 m. Todas elas devem
ser claramente etiquetadas para mostrar o nome do projeto, a data, a posição,
o número do furo de sondagem, a profundidade e o método de amostragem;
além disso, cada amostra deve receber um número de série exclusivo. É
necessário um cuidado especial na manipulação, no transporte e no
armazenamento das amostras (em particular, das não perturbadas ou
indeformadas) antes dos ensaios.
O método de amostragem utilizado deve estar relacionado com a
qualidade da amostra exigida. Essa qualidade pode ser classificada de acordo
com a Tabela 6.2, com a Classe 1 sendo a mais útil e de maior qualidade, e a
Classe 5 sendo útil apenas para a identificação visual do tipo de solo. Para as
Tabela 6.2
Classes 1 e 2, a amostra deve ser indeformada. As das Classes 3, 4 e 5 devem
ser deformadas. Os principais tipos de tubos amostradores são descritos a
seguir.
Qualidade da amostra em relação ao uso final (de acordo com o EC7-2:2007)
Propriedade do solo Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 Classe 5
Sequência de camadas • • • • 
Limites dos estratos • • • • 
Distribuição granulométrica (tamanhos
das partículas)
• • • • 
Limites de Atterberg, conteúdo orgânico • • • • 
Teor de umidade • • • 
Compacidade (relativa), porosidade • • 
Permeabilidade • • 
Compressibilidade, resistência ao
cisalhamento
• 
 
Amostrador de tubo aberto
Um amostrador de tubo aberto (Figura 6.7a) consiste em um tubo de aço
longo com uma rosca de parafuso em cada extremidade. Uma sapata do corte
é unida a uma das extremidades. Na outra, é aparafusada a uma cabeça do
amostrador, à qual, por sua vez, são conectadas as hastes de perfuração. Essa
cabeça incorpora também uma válvula de retenção (non-return) para permitir
que o ar e a água escapem à medida que o solo penetra no tubo e para ajudar
a reter a amostra enquanto o tubo é retirado. O interior deste deve ter uma
superfície lisa e ser mantido limpo.
O diâmetro interno da borda cortante (dc) deve ser em torno de 1% menor
do que o do tubo para reduzir a resistência de atrito entre este e a amostra.
Essa diferença de tamanho também permite uma pequena expansão elástica
da amostra ao entrar no tubo e auxilia sua retenção. O diâmetro externo da
sapata cortante (dw) deve ser um pouco maior do que o do tubo para reduzir a
força exigida para retirá-lo. O volume do solo deslocado pelo amostrador,
expresso como uma proporção do volume da amostra, é representado pela
Figura 6.7
relação de área (Ca) do amostrador, na qual
Tipos de amostradores: (a) amostrador de tubo aberto; (b) amostrador de
paredes finas; (c) amostrador bipartido; e (d) amostrador de pistão estacionário.
Em geral, a relação de área é expressa como uma porcentagem. Havendo
igualdade entre os outros fatores, quanto menor for o valor da relação de área,
menor será o grau de perturbação da amostra.
O amostrador pode ser cravado dinamicamente, por meio da queda de um
peso ou de um martelo deslizante, ou estaticamente, pela ação de macacos
hidráulicos ou mecânicos. Antes da amostragem, todo o solo solto deve ser
removido do fundo do furo de sondagem. Deve-se ter o cuidado de assegurar
que o amostrador não seja cravado além de sua capacidade, caso contrário, a
amostra ficará comprimida de encontro à cabeça dele. Alguns tipos de cabeça
de amostrador têm um espaço extra abaixo da válvula para reduzir o risco de
danos à amostra. Após a retirada, a sapata de corte e a cabeça do amostrador
são destacadas, e as extremidades da amostra são seladas.
O tubo amostrador usado com mais frequência tem um diâmetro interno
de 100 mm e um comprimento de 450 mm: a relação de área é em torno de
30%. Esse amostrador é apropriado para todos os solos argilosos. Quando
usado para obter amostras da areia, deve-se adaptar um retentor de
testemunhos (core-catcher), um trecho curto de tubo com abas (aletas)
movidas por molas, entre o tubo e a sapata do corte para evitar a perda do
solo. A classe da amostra obtida depende do tipo de solo.
Amostrador de paredes finas
Os amostradores de paredes finas (Figura 6.7b) são usados em solos sensíveis
(sensitivos) à perturbação, tais como argilas moles e médias e os siltes
plásticos. O amostrador não emprega uma sapata cortante separada, a própria
extremidade inferior do tubo é biselada na forma de uma borda cortante. O
diâmetro interno pode variar de 35 a 100 mm. A relação de área é por volta
de 10%, e podem ser obtidas amostras com a qualidade da Classe 1, contanto
que o solo não seja perturbado durante o avanço do furo de sondagem. Em
poços de inspeção e furos de sondagem rasos, com frequência, o tubo pode
ser cravado de forma manual.
Amostrador bipartido
Os amostradores bipartidos (Figura 6.7c) consistem em um tubo dividido de
forma longitudinal em duas metades; uma sapata e uma cabeça de amostrador
com orifícios para liberação de ar são aparafusadas nas extremidades. As
duas metades do tubo podem ser separadas quando a sapata e a cabeça forem
retiradas, a fim de permitir que a amostra seja removida. Os diâmetros interno
e externo são 35 mm e 50 mm, respectivamente, sendo a relação da área em
torno de 100%, resultando em um distúrbio considerável da amostra (Classe
3 ou 4). Esse amostrador é usado principalmente em areias, sendo a
ferramenta especificada no Ensaio de Penetração Dinâmica (SPT, Standard
Penetration Test, ver Capítulo 7).
Amostrador de pistão estacionário
Os amostradores de pistão estacionário (Figura 6.7d) consistem em tubos de
paredes finas adaptados a um pistão. Este é preso a uma haste longa, que
passa através da cabeça do amostrador e se movimenta no interior das hastes
de perfuração ocas. O amostrador é abaixado no furo de sondagem com o
pistão posicionado na extremidade inferior do tubo. O tubo e o pistão são
unidos entre si e travados por meio de um dispositivo de fixação situado no
alto das hastes. O pistão impede que a água ou o solo solto entrem no tubo.
Em solos moles, o amostrador pode ser pressionado até uma profundidade
abaixo do fundo do furo de sondagem, evitando qualquer solo perturbado. O
pistão é mantido de encontro ao solo (em geral, fixando a haste de pistão ao
revestimento), e o tubo é empurrado além dele (até que a cabeça do
amostrador se nivele com o topo do pistão) para obter a amostra. A seguir, o
amostrador é retirado, enquanto um dispositivode travamento localizado na
cabeça dele prende o pistão no topo do tubo. O vácuo entre o pistão e a
amostra ajuda a reter o solo no tubo; o pistão serve, assim, como uma válvula
de retenção (non-return).
Os amostradores de pistão devem sempre ser abaixados por macacos
hidráulicos ou mecânicos, nunca ser cravados. O diâmetro do amostrador
costuma medir entre 35 e 100 mm, mas pode ter medidas grandes de até 250
mm. Em geral, os amostradores são usados em argilas macias e podem
produzir amostras com qualidade da Classe 1 e comprimento de até 1 m.
Amostrador contínuo
O amostrador contínuo é um tipo bastante especializado de amostrador, que é
capaz de obter amostras indeformadas com comprimento de até 25 m; ele é
usado, sobretudo, em argilas macias. Os detalhes da estrutura (textura) do
solo podem ser determinados de maneira mais fácil se uma amostra contínua
estiver disponível. Uma exigência essencial de amostradores contínuos é a
eliminação da resistência por atrito entre a amostra e o interior do tubo do
amostrador. Em um tipo de amostrador, desenvolvido por Kjellman et al.
(1950), isso é conseguido sobrepondo-se tiras finas de lâminas de metal entre
a amostra e o tubo. A extremidade inferior do amostrador (Figura 6.8a) tem
uma borda cortante afiada, acima da qual o diâmetro externo é alargado para
permitir que sejam encaixados 16 rolos de lâmina (folha) de metal nos
rebaixos do interior da parede do amostrador. As extremidades das folhas são
unidas a um pistão que se localiza, com folga, dentro do amostrador; o pistão
é preso a um cabo que se encontra fixo na superfície. Trechos do do tubo
amostrador (com 68 mm de diâmetro) são unidos, de acordo com a
necessidade, à extremidade superior do amostrador.
Conforme o amostrador é introduzido no solo, a folha se desenrola e
envolve a amostra, sendo o pistão mantido em um nível constante por meio
do cabo. Quando ele é retirado, os trechos do tubo são desacoplados, e é feito
um corte, entre tubos adjacentes, através da lâmina (folha) de metal e da
amostra. Em geral, a qualidade da amostra é da Classe 1 ou 2.
Outro tipo é o amostrador contínuo Delft, com diâmetro de 29 ou 66 mm.
A amostra é introduzida em uma luva de malha de náilon impermeável, que,
por sua vez, é colocada em um tubo plástico de paredes finas preenchido por
um líquido.
Amostrador de ar comprimido
O amostrador de ar comprimido (Figura 6.8b) é usado na obtenção de
amostras indeformadas de areia (em geral, da Classe 2) abaixo do lençol
freático. O tubo amostrador, que costuma ter 60 mm de diâmetro, é unido a
uma cabeça de amostrador com válvula de escape que pode ser fechada por
um diafragma de borracha. Presa à cabeça do amostrador, há uma haste de
guia oca com uma cabeça-guia no topo. Um tubo externo (também chamado
de invólucro ou camisa, bell) envolve o tubo amostrador e está unido a um
peso que desliza na haste de guia. As hastes de perfuração são colocadas com
folga em um soquete liso no topo da cabeça-guia, sendo o peso do invólucro
e do amostrador suportado por meio de uma corrente que se engancha em um
pino no trecho inferior da haste de perfuração; um cabo leve, ligado à
superfície, é preso à corrente. O ar comprimido, produzido por uma bomba de
pé, é fornecido por meio de um tubo que conduz à cabeça-guia, com o ar
passando pela haste de guia oca até o invólucro.
O amostrador desce pelas hastes de perfuração até o fundo do furo de
sondagem, que conterá água abaixo do nível do lençol freático. Quando o
amostrador se apoiar no fundo do furo de sondagem, a corrente soltará o
pino, eliminando a conexão entre o amostrador e as hastes de perfuração. O
tubo é introduzido no solo por meio dessas hastes, com um batente na haste
de guia impedindo a cravação excessiva; as hastes de perfuração são, então,
retiradas. Nesse instante, introduz-se ar comprimido, a fim de expelir a água
do invólucro e fechar a válvula na cabeça do amostrador, pressionando o
diafragma para baixo. O tubo é retido dentro do invólucro por meio do cabo,
e, então, os dois juntos são levantados ao mesmo tempo para a superfície. A
amostra da areia permanece no tubo em virtude do efeito de arqueamento e
da pequena poropressão negativa no solo. Uma tampa é colocada no fundo do
tubo antes de a sucção ser liberada, e o tubo é retirado da cabeça do
amostrador.
Figura 6.8 (a) Amostrador contínuo; (b) amostrador de ar comprimido.
Amostrador de janela
Esse amostrador, que é o mais adequado para solos finos secos, emprega uma
série de tubos, que costumam ter 1 m de comprimento e diâmetros diferentes
(em geral, 80, 60, 50 e 36 mm). Os tubos com mesmo diâmetro podem ser
acoplados entre si. Uma sapata de corte é conectada à extremidade do tubo
inferior. Os tubos são cravados no solo por percussão, utilizando um
dispositivo manual ou mecânico, e extraídos de forma manual ou por meio de
Tabela 6.3
um equipamento. O de maior diâmetro é o primeiro a ser cravado e extraído
com sua amostra no interior. A seguir, é cravado o tubo de menor diâmetro,
abaixo do fundo do furo aberto deixado pela extração do tubo maior. A
operação é repetida com tubos de diâmetros sucessivamente mais baixos, e
podem ser alcançadas profundidades de até 8 m. Há entalhes ou “janelas”
longitudinais nas paredes de um lado dos tubos para permitir que o solo seja
examinado e que sejam coletadas amostras deformadas da Classe 3 ou da 4.
6.4 Seleção do(s) método(s) de ensaio em laboratório
O objetivo final de uma amostragem cuidadosa é obter as características
mecânicas do solo para uso em análises e projetos geotécnicos subsequentes.
Essas características básicas e os ensaios em laboratório para sua
determinação foram descritos com detalhes nos Capítulos 1–5. A Tabela 6.3
resume as características mecânicas que devem ser obtidas de cada tipo de
ensaio de laboratório analisado usando amostras indeformadas (não
perturbadas; isto é, Classes 1 e 2). A tabela demonstra por que o ensaio
triaxial é tão popular na mecânica dos solos, com equipamentos modernos
controlados por computador sendo capazes de conduzir vários estágios
diferentes do ensaio em uma única amostra de solo, fazendo, assim, melhor
uso do material retirado do terreno.
As amostras deformadas podem ser usadas de maneira efetiva para
fornecer suporte aos ensaios descritos na Tabela 6.3 por meio da
determinação das propriedades de índices físicos (w, wL, wP, IP e IL para solos
finos; emáx, emín e e para solos grossos) e do uso das correlações empíricas
apresentadas na Seção 5.9 (isto é, as Equações 5.43– 5.47, inclusive).
Obtenção das propriedades principais dos solos a partir de amostras
indeformadas testadas em laboratório
Parâmetro
Oedômetro
(Capítulo 4)
Caixa de cisalhamento
(Capítulo 5)
Célula triaxial
(Capítulo 5)
Permeâmetro
(Capítulo 2)
Distribuição granulométrica (tamanho
das partículas; Capítulo 1)
Características de
adensamento:
mv, Cc
SIM Cc de λ 
Propriedades de
deformabilidade:
G, G0
 SIM 
Propriedades da SIM Ensaios CD/CU 
resistência
drenada: φ′, c’
Propriedades da
resistência não
drenada: cu (in
situ)
 Ensaios UU 
Permeabilidade: k FH* – areias &
pedregulhos
FH – areias &
pedregulhos
Areias & pedregulhos (Eq. 2.4)
 CH* – solos mais
finos
CH – solos mais
finos
 
 
Notas: * FH = Ensaio de carga variável (falling head); CH = Ensaio de carga constante
(constant head). Esses ensaios podem ser realizados em células modernas de trajetória de
tensões, controlando a contrapressão e mantendo uma condição de deformação
específica lateral nula.
6.5 Perfil de sondagem
Depois de a investigação no terreno ser concluída e de os resultados de todos
os ensaios de laboratório estarem disponíveis, as condições do terreno
descobertas em cada furo de sondagem (ou poço de inspeção) são resumidas
na forma de um perfil de sondagem (ou de poço de inspeção). Um exemplo
de tal perfil aparece na Tabela 6.4, mas os detalhes desse layout podem
variar. São deixadas algumas poucas colunas ao final originalmente sem os
títulos (cabeçalhos) para permitir alteraçõesnos dados apresentados. O
método de investigação e os detalhes do equipamento utilizado devem ser
declarados em cada perfil. A posição, o nível do terreno e o diâmetro do furo
devem ser especificados, junto aos detalhes de todo o revestimento utilizado.
Os nomes do cliente e do projeto precisam ser indicados.
O perfil de sondagem deve permitir que seja feita uma estimativa rápida
do perfil do solo e é preparado com referência a uma escala vertical de
profundidade. É dada uma descrição detalhada de cada estrato, e os níveis
dos limites dos estratos são mostrados de forma clara; deve-se indicar o nível
no qual a perfuração foi encerrada. Os tipos diferentes de solo (e rocha) são
representados por meio de uma legenda que usa símbolos-padrão. As
profundidades (ou as faixas de profundidades) nas quais as amostras foram
coletadas ou nas quais foram realizados ensaios in situ são registradas; o tipo
de amostra também é especificado. Os resultados de determinados ensaios de
	Parte 1 - Desenvolvimento de um modelo mecânico para o solo
	6 Investigação do terreno
	6.4 Seleção do(s) método(s) de ensaio em laboratório
	6.5 Perfil de sondagem