Estudo Dirigido - Diversos Assuntos de Geotecnia

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Centro Universitário Vale do Ipojuca – UNIFAVIP
Jordan Gulit Silva Pereira
Estudo Dirigido – Mecânica dos Solos II
Caruaru – PE
2015
Jordan Gulit Silva Pereira
Estudo Dirigido – Mecânica dos Solos II
	 Relatório apresentado à professora Giovanna Feitosa do curso de Engenharia Civil da UNIFAVIP como requisito avaliativo da disciplina de Mecânica dos Solos II. Neste relatório discorre-se sobre alguns assuntos de geotecnia, tais como: Tensão de Cisalhamento, Ensaio “SPT”, Ensaios de Investigação e Caracterização do Solo, Soluções de Aumento de Capacidade de Carga, entre outros.
Caruaru – PE
2015
Sumário
1 – Introdução .................................................................................................... 3
2 – Resistência ao Cisalhamento ..................................................................... 3
3 – Ensaios de Caracterização do Solo ......................................................... 4
	3.1 – Standard Penetration Test (SPT) .......................................... 4
	3.2 – Determinação da Umidade Natural ...................................... 4
	3.3 – Limites de plasticidade e Liquidez .......................................... 5
	3.4 – Análise Granulométrica ......................................................... 5
	3.5 – Ensaio de Compactação ........................................................... 6
4 – Soluções de Aumento de Capacidade de Carga ...................................... 7
5 – Referências Bibliográficas ........................................................................ 9
Introdução
	Nesse trabalho, foram descritos de forma bastante resumida, os processos de realização de ensaios de laboratório básicos para a caracterização dos solos. Ensaios esses que permitem a análise e a descrição de características importantes e fundamentais sobre o solo (umidade, densidade, granulometria, etc.).
	Tratou-se também sobre a característica de Resistência ao Cisalhamento dos solos, que faz parte do suporte básico para a resolução dos problemas práticos da engenharia geotécnica. Sobre esse assunto, deu-se ênfase na forma como o fenômeno acontece e na maneira de calcular o valor da tensão máxima de resistência que o solo oferece.
	Comentou-se sobre as possibilidades de aumento da capacidade de carga de um solo, mencionando algumas das tecnologias disponíveis e descrevendo os cuidados necessários no controle “pós-execução” em cada método citado. Também foi discursado sobre o adensamento e o recalque esperado para cada método.
Resistência ao Cisalhamento
	Geralmente os solos resistem muito bem quando submetidos à tensões normais de compressão. Contudo, sua capacidade de suportar outros tipos de tensão (tração e cisalhamento) é, significativamente, limitada. Tratando apenas das tensões cisalhantes, podemos considerar que são a principal razão para a movimentação relativa entre as partículas de uma determinada massa de solo. Por esse motivo, quando falamos sobre a resistência de um solo, estamos de forma implícita falando sobre a sua resistência ao cisalhamento. Segundo BRAJA (2007), a resistência ao cisalhamento de um solo é a resistência por unidade de área que a massa de solo pode oferecer para resistir a rupturas e a deslizamentos ao longo de qualquer plano no seu interior. 
	No ano de 1900, o engenheiro alemão Christian Otto Mohr (1835 – 1918) propôs uma teoria que dizia que os materiais se rompiam por uma combinação de tensões normais e cisalhantes. Ele também propôs que a tensão cisalhante podia ser expressa em função da tensão normal [ f(σ)], que é uma linha curva. À partir dessa relação e dos estudos do físico francês Charles Augustin Coulomb (1736 – 1806), Mohr desenvolveu a função linear em termos de tensão total []; onde τ = resistência ao cisalhamento, c = coesão do solo, σ = tensão normal no plano de ruptura, e ϕ = ângulo de atrito interno. A equação precedente é conhecida como “Critério de Ruptura de Mohr-Coulomb” que, em termos de tensão efetiva é [].
	A tensão de cisalhamento também pode ser calculada através da seguinte expressão [], onde ϴ é o ângulo que o plano de ruptura faz com o plano principal maior do maciço de solo estudado. O valor de ϴ pode ser calculado por [].
Ensaios de Investigação e Caracterização do solo
	Em virtude da extrema heterogeneidade, procedimentos são necessários para se conhecer as propriedades de cada solo. Esses procedimentos, conhecidos como Ensaios de Caracterização, irão gerar dados que, tratados estatisticamente de forma correta, permitem descrever o solo de forma bastante aproximada. Alguns desses procedimentos serão descritos à seguir.
Standard Penetration Test (SPT):
	O ensaio Standard Penetration Test (do inglês: Ensaio de Penetração Padrão) fornece informações a respeito da consistência e compacidade do solo, visando a determinação dos tipos de solo em suas respectivas profundidades de ocorrência, da posição do nível d’água, e dos índices de resistência à penetração à cada metro perfurado. Essas informações servem como subsídios na hora da escolha do tipo de fundação.
	Segundo a norma NBR 6484 de 2001, o ensaio consiste na cravação vertical no solo de um cilindro amostrador padrão (conhecido como barrilete), através de golpes de um matelo padronizado (massa = 65Kg), solto em queda livre de uma altura de 75 cm. O barrilete é dividido em três trechos de 15cm, para os quais são anotados os respectivos números de golpes necessários à cravação. O número de golpes para os 30cm finais corresponde ao índice de penetração SPT. 
Determinação da Umidade Natural:
	O Teor de Umidade Natural pode ser entendido como a relação entre a massa de água presente em uma amostra de solo e a massa de solo seco. Pode ser calculado pela fórmula ; onde Ma é a massa de água e Ms é a massa de solo seco. A norma NBR 6457 de 1996 prescreve, em anexo, como obter o valor da Umidade Natural. Recomenda-se utilizar, no mínimo, 3 amostras do solo na realização do ensaio. As cápsulas utilizadas devem ser de material não corrosível e, seu peso deve ser conhecido. A amostra de solo é destorroada até atingir o estado fofo e depositada nas cápsulas. Os conjuntos “cápsula+amostra” são pesados e seus pesos registrados. Coloca-se então, todos os “conjuntos” em estufa sob temperatura de 105-110°C durante um intervalo de tempo de 16-24h para completa secagem do material. As amostras secas são pesadas e os devidos cálculos efetuados.
	Limites de Plasticidade e de Liquidez:
	O Limite de Plasticidade (LP) representa o teor de umidade no qual o solo deixa de apresentar a consistência de um material sólido e passa a apresentar a consistência de um material plástico (moldável). A norma NBR 7180 de 1994 prescreve o procedimento de obtenção do LP. Primeiro, coloca-se uma amostra de 200g de solo (preparado conforme a norma NBR 6457) numa cápsula de porcelana e adicionam-se pequenos incrementos de água. A massa formada deve ser mantida homogênea. Deve-se tentar moldar um cilindro de 3mm de diâmetro. Caso não se consiga moldar o cilíndo, a massa de solo deve retornar à capsula e mais água deve ser incrementada. O processo deverá ser repetido até que seja possível moldar o cilindro desejado. O solo utilizado na confecção do cilindro deve ser seco em estufa para determinar seu teor de umidade, que corresponderá ao LP. Recomenda-se utilizar, no mínimo, 3 amostras para este ensaio.
	O Limite de Liquidez (LL) corresponde ao teor de umidade acima do qual o solo passa a apresentar comportamento semelhante ao de um fluido viscoso (os grãos ficam suspensos na água). Nesse ensaio, utiliza-se o Aparelho de Casagrande. Trata-se de um equipamento em forma de concha na qual o solo é depositado de forma a garantir que na parte central a sua espessura seja aproximadamente 1cm e que não existam bolhas no interior da camada de solo. O LL corresponde à umidade na qual, após 25 golpes, uma ranhura padrão efetuada no centroda massa e na direção normal à articulação da concha.
	Análise Granulométrica:
	O ensaio de análise granulométrica permite a determinação dos diversos diâmetros das partículas componentes de um solo. Esse processo é dividido em duas etapas: peneiramento e sedimentação. A norma que rege esse ensaio é a NBR 7181 de 1984.
	Primeiramente, uma amostra de solo é passada na peneira 2mm. Com a parte retida, procede-se com o peneiramento. Com a parte que passa, executa-se a sedimentação.
	No peneiramento, o material é passado em uma série de peneiras através de agitador mecânico e as massas retidas em cada peneira são anotadas. As porcentagens de material que passam em cada peneira são calculados pela fórmula , onde Ms é a massa seca da amostra e Mi é a massa do material retido acumulado em cada peneira. Na sedimentação, uma porção de material é misturada em um béquer junto com defloculante (solução de nexametafosfato de sódio) e deixar em repouso por, no mínimo 12h. A mistura é então posta em um copo de dispersão e submetida à ação do aparelho dispersor por 15 minutos. Após a dispersão, a mistura é depositada, junto a um densímetro, em uma proveta. Anotam-se então as leituras do densímetro correspondentes aos tempos de sedimentação estabelecidos pela norma. Os diâmetros das partículas serão calculados pela fórmula ; onde: μ é o coeficiente de viscosidade do meio dispersor; γg é o peso específico dos grãos do solo (gf/cm³); t é o tempo de sedimentação (s); a é a altura de queda das partículas (corresponde à leitura do densímetro).
	Os resultados da análise granulométrica são representados graficamente através da curva granulométrica, com os diâmetros das partículas no eixo horizontal e em escala logarítmica e, as porcentagens de material no eixo vertical e em escala linear.
	Ensaio de Compactação:
	De forma empírica, constatou-se que a adição de água facilitava a compactação de um solo seco e aumentava a sua densidade. Entretanto, essa característica não ocorre de forma indefinida. Existe um teor de umidade, denominado Umidade Ótima (hot), no qual o peso específico do solo atinge um valor máximo (γmáx).
	Sendo assim, o ensaio de compactação visa obter os valores da umidade ótima (relacionado à uma certa energia de compactação) e do peso específico máximo. A execução desse ensaio é normalizada pela NBR 7162 de 1986. Neste ensaio, um cilindro de peso e volume padronizados é preenchido com solo de umidade próxima à umidade ótima presumível. Utiliza-se um soquete (este também é padronizado) para compactar o solo, atendendo ao número de camadas e número de golpes por camada conforme a energia desejada. Os golpes devem ser aplicados perpendicularmente e distribuídos uniformemente sobre cada camada.
	Após compactar a última camada, pesa-se o conjunto “cilindro-solo” e, por subtração do peso do cilindro, obtém-se o peso úmido do solo compactado. Consequentemente, obtém-se o peso específico úmido do solo. Repete-se esse processo com diferentes teores de umidade e, no mínimo, cinco vezes. A etapa seguinte consiste no traçado da curva de compactação. Trata-se de um gráfico, com os valores de umidade colocados no eixo no horizontal e os de peso específico colocados no eixo vertical.
	
Soluções Para o Aumento da Capacidade de Carga
	Em tempos passados, a presença de solo mole (instável) era fator suficiente para que uma área fosse considerada imprópria para qualquer tipo de construção. A solução mais comum era remover a camada de solo mole e substituí-la por outra de solo mais estável, mas nem sempre era viável executar esse processo. Avanços tecnológicos na área de geotecnia passaram a oferecer aos profissionais da área uma vasta gama de soluções para elevar a capacidade de carga do solo minimizando assim os recalques absolutos. Algumas dessas novas tecnologias são apresentadas abaixo:
Melhoramento Com Colunas de Brita:
	Nesse processo, colunas de brita são formadas através de vibrossubstituição no interior da camada instável. Essas colunas são flexíveis e com grande capacidade de drenagem. Quando o conjunto “solo-coluna” é carregado, as tensões se concentram nas colunas (pois estas são mais rígidas quando comparadas ao solo). Como a brita não apresenta coesão, tende a apresentar expansão radial. O solo por sua vez atua confinando a coluna e impedindo essa expansão. Para essa técnica, o método de Priebe (1995) é o mais indicado na estimativa dos recalques. Nesse método, o controle de qualidade é feito eletronicamente e em tempo real, conferindo total transparência ao cliente, que pode acompanhar a construção de cada coluna (profundidade real, tempo de execução, energia de compactação, consumo e distribuição de brita, etc.).
Melhoramento Com Blocos de EPS (Poliestireno Expandido):
	Nesse método, imensos blocos de EPS são posicionados na área a ser melhorada. Os blocos são feitos, geralmente, nas dimensões (), possuem densidade mínima de 20Kg/m³. O Travamento lateral entre os blocos é feito basicamente por meio de atrito, entretanto, chapas dentadas (Gang-Nail) podem ser utilizadas caso o atrito não seja suficiente. Para evitar ataques de agentes agressivos, é necessário que os blocos sejam revestidos com filme de polietileno. Uma camada de solo de, no mínimo, 60cm deve cobrir todo o conjunto de blocos utilizados.
Geodrenos (Drenos Fibroquímicos):
	Fabricados à partir de materiais sintéticos, são compostos por duas peças: o miolo drenante e o revestimento. O miolo tem o objetivo de conduzir água para a superfície do terreno e resistir às deformações do aterro. O revestimento tem a função de reter o solo e permitir a passagem de água. Os geodrenos são cravados verticalmente no terreno e dispostos em malha. Seu objetivo é acelerar os recalques.
Jet Grouting:
	Nessa técnica, bicos injetores de alta pressão introduzem calda de cimento em uma abertura no terreno de raio predeterminado, formando, por fim, colunas de solo-cimento. O sistema jet grouting pode ser empregado em todas as situações em que seja difícil ou duvidosa a execução dos sistemas tradicionais de injeção e de perfuração. Tal como na execução de colunas de brita, o controle de qualidade é feito de forma eletrônica, evidenciando sempre as características de execução.
Referências Bibliográficas
DAS, Braja M. Fundamentos da Engenharia Geotécnica. Thomson Learning, 6ª edição. São Paulo, 2007.
PINTO, Carlos de Souza. Curso Básico de Mecânica dos Solos. Oficina de Textos, 3ª edição. São Paulo, 2006.
Entendendo o Ensaio à Percussão e Seu Famoso Índice SPT
http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=9&Cod=126
Ensaios de Compactação e Caracterização.
http://www.dcc.ufpr.br/mediawiki/images/e/e1/Apostila1.pdf
Norma NBR 6484:2001 – Sondagens de Simples Reconhecimento com SPT
Norma NBR 6457:1986 – Preparação Para Ensaios de Compactação e Caracterização
Norma NBR 7180:1994 – Determinação do Limite de Plasticidade
Norma NBR 6459:1984 – Determinação do Limite de Liquidez
Técnicas Para Melhoramento de Solos Instáveis
http://infraestruturaurbana.kubbix.com/solucoes-tecnicas/28/artigo291146-1.aspx
Melhoramento dos Solos Com Colunas de Brita
http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/187/artigo286953-1.aspx
Aterro Sobre Solos Moles Com EPS
http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/187/artigo286953-1.aspx
http://piniweb.pini.com.br/construcao/tecnologia-materiais/blocos-de-eps-substituem-camada-de-solo-compactado-em-obras-219061-1.aspx
O que são Geodrenos e como eles são em obras viárias?
http://infraestruturaurbana.pini.com.br/solucoes-tecnicas/32/o-que-sao-geodrenos-e-como-eles-sao-em-obras-300049-1.aspx
Jet Grouting
http://www.brasfond.com.br/fundacoes/jgrouting.html
Conheça as Técnicas de Execução de Jet Grouting
http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/200/conheca-as-tecnicas-de-execucao-de-jet-grouting-colunas-301307-1.aspx