Apostila Mecânica dos Solos I - USP

gerado artificialmente pela injeção
de uma corrente elétrica no subsolo, por meio dos eletrodos externos, cuja diferença de potencial é
detectada pelos eletrodos internos, Figura 82.
A área abrangida pelo campo elétrico induzido é função do espaçamento entre os eletrodos.
Quanto maior este espaçamento maior será a área e, conseqüentemente, maior será também a
profundidade atingida. Portanto, o perfil estratigráfico de um subsolo pode ser obtido, variando-se o
espaçamento L entre os eletrodos, continuamente, e registrando-se a resistividade elétrica.
4.2 - Processos de Sísmica de Refração
Os processos de geofísica à base de sísmica de refração apóiam-se no princípio de que a
velocidade de propagação de ondas sonoras em corpos elásticos é função, entre outros, do módulo de
elasticidade do material, de seu coeficiente de Poisson e de sua massa especifica. Produzindo-se uma
emissão sonora do terreno, por meio de explosivos ou pancadas, registra-se em geofones instalados, à
superfície, o tempo gasto entre a explosão e o da chegada das ondas aos geofones.
Existem três tipos de ondas sonoras: as diretas, as refratadas e as refletidas.
Quando uma se propaga com velocidade V1 em um meio a incide na interface, entre este e um meio b,
com uma velocidade V2 ≠ V1 e, em uma direção que depende do ângulo de incidência θ1 e das
velocidades V1 e V2 conforme a Figura 83.
Pela lei de Snell, pode-se notar que haverá um ângulo particular, chamado de ângulo critico de
incidência, para o qual θ2 = 90°, ou seja, a onda refratada propagar-se-á segundo uma direção coincidente
com a interface.
Para θ2 = 90°, e θcrit = V1/V2
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Chamaremos de onda crítica a que se propaga segundo a interface, por ter incidido num ângulo
igual a θcrit. À medida que esta onda critica se propaga pela interface, novas ondas emergirão dela, em
direção à superfície, fazendo um ângulo θcrit. com a vertical, conforme a Figura 84.
Por meio de formulações matemáticas, consegue-se medir a espessura h da camada, conhecendo-
se o tempo gasto, para que as ondas de chegada direta e as refratadas atinjam os geofones instalados,
convenientemente, à superfície, conforme se mostra no gráfico da Figura 85.
2
2
2
1
112
VV
htR +=
12
12
2 VV
VVlh +
−=
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5. Métodos Semidiretos
Os processos semidiretos de prospecção foram desenvolvidos por causa da dificuldade de
amestrar certos tipos de solos, como areias puras e argilas moles. Não fornecem o tipo de solo, tão
somente certas características de comportamento mecânico das camadas, obtidas mediante correlações,
com grandezas medidas em suas execuções. Em resumo, os processos semidiretos são ensaios "in situ".
As dificuldades de se dispor de amostras realmente indeformadas e a complexidade estrutural dos
maciços terrosos, quando comparados com as amostras, têm conduzido a uma utilização crescente desses
ensaios.
5.1 - Vane Test
O Vane test ou ensaio de palheta foi originalmente desenvolvido por engenheiros escandinavos,
para medir a resistência ao cisalhamento não drenada de argilas "in situ".
O ensaio consiste na cravação de uma palheta, Figura 86, e em medir o torque necessário para
cisalhar o solo, segundo uma superfície cilíndrica de ruptura, que se desenvolve ao redor da palheta,
quando se aplica ao aparelho uma velocidade constante e igual a é graus por minuto.
Algumas hipóteses devem ser feitas, a fim de que o valor medido possa representar a resistência
ao cisalhamento, rápida, não drenada do solo:
a. Drenagem impedida.
b. Ausência de amolgamento do solo, quando da operação de cravação do equipamento.
c. Coincidência de superfície de ruptura com a geratriz do cilindro, formado pela rotação da
palheta.
d. Uniformidade da distribuição de tensão, ao longo de toda superfície de ruptura, quando o
torque atingir o seu valor máximo;
e. lsotropia do solo.
O ensaio fornece também uma idéia de sensibilidade de argila. Pode-se lançar em um gráfico
torque x rotação os valores, em seus estados indeformado e amolgado, Figura 87. Para este caso,
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considera-se o amolgamento do solo, após sua ruptura, quando se dão dez rotações no equipamento, a
uma velocidade bem rápida.
O aparelho pode ser cravado diretamente no solo ate a profundidade a ser ensaiada, ou em furos
de sondagens. Neste caso, é aconselhável que a sondagem se processe ate unia distancia de 0,50 m,
aproximadamente, acima da cota de ensaio.
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Para cálculo de resistência não drenada da argila, considera-se a palheta esquematizada na Figura 86.b.
No instante de ruptura, o torque aplicado se iguala à resistência e ao cisalhamento de argila,
representada, pelos momentos resistentes do topo e da base do cilindro de ruptura e pelo momento
resistente desenvolvido, ao longo de sua superfície lateral, ou seja:
T = ML + 2MB ,
em que:
T = torque máximo aplicado à palheta;
ML = momento resistente desenvolvido ao longo da superfície lateral de ruptura;
MB = momento resistente desenvolvido no topo do cilindro de ruptura;
mas
uL CHDM ⋅⋅⋅= 22
1π
uB C
DM −⋅⋅=
12
2 3π
em que :
Cu = resistência não drenada da argila;
D = diâmetro do cilindro de ruptura:
H = altura do cilindro de ruptura;
ou,


 +⋅⋅
=
62
2 DHD
TCu
π
, se H = 2D
( )3
7
6 DTCu ⋅−= π
O Vane test tem mostrado fornecer resultados bem próximos dos reais, embora haja necessidade
de usar fatores corretivos, em função das características plásticas do solo. Em argilas médias e duras, a
perturbação causada pela cravação do aparelho afeta sensivelmente a estrutura do solo e invalida os
resultados obtidos.
5.2 - Ensaio de Penetração Estática do Cone
O ensaio de penetração estática do cone, também conhecido como "deep-sounding" ou
"diepsoundering”, foi desenvolvido na Holanda com o propósito de simular a cravação de estacas.
O aparelho consta de um cone móvel, com um angulo no vértice de 60°, com área transversal de
10 cm2. O cone é acionado por hastes metálicas. O esforço estático de cravação é transmitido por
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macacos hidráulicos, situados à superfície e ancorados no terreno. A Figura 88 mostra a forma
esquemática de aplicação e medição das cargas e um corte transversal do cone.
A resistência lateral é obtida pela diferença entre a resistência total, correspondente ao esforço
estático necessário, para penetração do conjunto, numa extensão de aproximadamente 25 cm, e a
resistência de ponta, quando se crava somente a ponta móvel do cone num comprimento de 4cm,
aproximadamente.
A cada 30 cm de profundidade, portanto, podem-se ter valores das resistências lateral e de ponta,
que, lançado em um gráfico, "versus" a profundidade toma o aspecto da Figura 89.
Analisando-se as variações relativas das resistências especificadas de ponta e lateral, pode-se ter
uma idéia da natureza dos solos prospectados. O Quadro X seguinte dá uma forma de interpretação dos
solos atravessados, pela cravação do penetrômetro.
No ensaio de cone, o processo de cravação cria em torno da ponta níveis de tensão muito
elevados e as tensões no císalhamento estão muito além dos níveis encontrados rotineiramente nas obras
civis. Neste processo, coexistem fenômenos de compressão e de ruptura por cisalhamento.
Os dados obtidos no ensaio do cone, quando usados em correlações, fornecem boas indicações
das propriedades do solo como: ângulo de atrito interno de areias, coesão e consistências das argilas. Tais
dados são facilmente utilizáveis no dimensionamento de estacas cravadas.
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5.3 - Ensaio Pressiométrico
O ensaio pressiométrico foi desenvolvido pelo engenheiro francês Mernard, com o objetivo de
medir módulo de elasticidade e a resistência ao cisalhamento dos solos e rochas "in situ".
O aparelho compõe-se de uma célula que é introduzida em furos de sondagem, e está ligada a um
aparelho de medida de pressões e volume. A Figura 90