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103 CAPITULO X1 EXPLORAÇÃO DO SUBSOLO 1. Introdução As obras civis só podem ser convenientemente projetadas, depois de um conhecimento adequado da natureza e da estrutura do terreno em que vão ser implantadas. Em obras nas quais os solos aparecem como material de construção, como e o caso de aterros e barragens, há que se conhecer também as características geotécnicas dos solos dos empréstimos. As obras de maior porte e requinte de projeto exigem um melhor conhecimento dos solos envolvidos. A história da Engenharia Civil registra casos em que a inobservância de certos princípios de investigação ou mesmo a negligencia diante da obtenção de informações, acerca do subsolo tem conduzido a ruínas totais ou parciais e, neste caso, a prejuízos incalculáveis, não só de tempo como de recursos para a recuperação das obras. O custo de um programa de prospecção bem conduzido situa-se entre O,5 a I% do valor da obra. O engenheiro de solo deve ter uma consciência critica acentuada das limitações e um conhecimento profundo dos instrumentos disponíveis para a prospecção geotécnica, de tal forma que possa, mediante informações, obtidas por seu intermédio, realiza os projetos dentro dos padrões de segurança e economia exigidos. 2. lnformações Exigidas num Programa de Prospecção As informações básicas que se busca num programa de exploração do subsolo são: a. a área em planta, profundidade e espessura de cada camada de solo identificado; b. a compacidade dos solos granulares e a consistência dos solos coesivos; c. a profundidade do topo da rocha e as suas características tais como: litologia, área em planta, profundidade e espessura de cada estrato rochoso; mergulho e direção camadas, espaçamento de juntas, planos de acabamento presença de falhas e ação do intemperismo ou estado de decomposição; d. a localização do nível d'água e a quantificação do artesianismo, se existir; e. a colheita de amostras indeformadas, que possibilitem identificar as propriedades mecânicas do solo com que trata a Engenharia: compressibilidade, permeabilidade e resistência ao cisalhamento. 3. Tipos de Prospecção Geotécnica Os tipos de prospecção utilizados correntemente na Engenharia Civil são: 3.1 - Processos Indiretos 1 Mecânica dos Solos - vol. 1 – Benedito de Souza Bueno & Orencio Monje Vilar – Depto de Geotecnia – Escola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo 104 Resistividade elétrica Sísmica de refração São processos de base geofísica. Não fornecem os tipo de solos prospectados, mas tão somente correlações entre estes e suas resistividades elétricas ou suas velocidades de propagação de ondas sonoras. 3.2 - Processos Semidiretos Vane test Cone de penetração estática Ensaio pressiométrico. Fornecem apenas características mecânicas dos solos prospectados. Os valores obtidos, por- meio de correlações indiretas, possibilitam informações sobre a natureza dos solos. 3.3 - Processos Diretos Poços Trincheiras Sondagens e trado Sondagens de simples reconhecimento Sondagens rotativas Sondagens mistas São perfurações executadas no subsolo. Nestas, pode-se fazer uma observação direta das camadas, em furos de grandes diâmetros, ou uma analise por meio de amostras colhidas de furos de pequenas dimensões. 4. Prospecção Geofísica Dentre os vários processos geofísicos de prospecção existentes, o da resistividade elétrica e o da sísmica de refração são os de uso mais freqüente, na Engenharia Civil. Estes processos de prospecção apresentam a vantagem de serem rápidos e econômicos, principalmente em obras de áreas extensas ou de grande comprimem to linear. Além disso, fornecem informações numa zona mais ampla e não apenas em torno de um furo, como nos processos diretos, porém a interpretação destas informações exige, quase sempre, que se levem a efeito as prospecções diretas. Em geral, estes processos só propiciam resultados satisfatórios, se pretende determinar as profundidades do substrato rochoso recoberto por solo, ou para descobrir descontinuidades e para delimitar camadas de solo constituídas por materiais bem diferenciados. As cartas geofísicas obtidas por um trabalho de prospecção facilitam o planejamento e localização de furos de sondagens, pois evidenciam, com boa aproximação, a zona prospectada. O usa dos processos indiretos na prospecção, no Brasil, encontram-se em franco desenvolvimento, podendo-se prever sua grande utilização, num futuro próximo. 4.1 - Processo da Resistividade Elétrica Este processo fundamenta-se no principio de que os diferentes materiais do subsolo possuem valores característicos de resistividade elétrica. Os dispositivos de medida na determinação da resistividade são constituídos de quatro eletrodos colocados na superfície do terreno. Os dois eletrodos externos, de corrente, são conectados a uma bateria e a um amperímetro. Os centrais, de potencial, são ligados a um voltímetro. As posições relativas entre 105 estes eletrodos conduzem a diversas técnicas de prospecção. Na configuração de Wenner, os eletrodos são equiespaçados, e, na de Schlumberger, a distancia entre os eletrodos de potencial varia de 1/50 a 1/25 da distancia entre os eletrodos de corrente. A resistividade elétrica é medida a partir de um campo elétrico 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 106 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 + −= 107 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 dascamadas, 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, 108 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. 109 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 110 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. 111 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 representa um esquema do pressiômetro de Mernard. 112 A célula é constituída de três elementos metálicos vazados, cujas paredes são vedadas por uma membrana de borracha. Mediante um dispositivo de injeção de água, situado na superfície do terreno, a Membrana é solicitada, expande-se, e pode atingir até o dobro de seu volume inicial. Os elementos das extremidades, chamados, de elementos de guarda, são inflados com gás carbônico, a uma pressão igual ao do elemento central, para reduzir o efeito do topo. O elemento central recebe um volume aproximado de cerca de 700 a 750 cm3 de água. O efeito da aplicação da água na célula central produz uma pressão radial nas paredes do furo. A carga é aplicada em estádios, e, para cada um, registra-se a deformação correspondente. O processo desenvolve-se até a ruptura do solo. Pode-se, a partir dos pares de valores pressão aplicada "versus" variação de volume, traçar um gráfico tendo o aspecto da Figura 91, em que é possível perceber os seguintes trechos: 1. intervalo da curva em que há reposição das tensões atuantes, na abertura do furo; 2. fase pseudo-elástica; 3. fase plástica; 4. fase de equilibro limite. QUADRO X – Variações de Resistência no Ensaio de Penetração Contínua 113 O Atrito Lateral Diminui Atrito Lateral Constante O Atrito Lateral Aumenta A Resistência de Ponta Diminui - A ponta entra numa camada de solo solto, arrastando o solo sobrejacente arenoso ou de argila mole. - Efeito da anterior deslocação de um bloco sólido - A ponta entra numa argila sensível, amostrando solo da camada superior. - Solo siltoso, pouco compacto, reduzindo de compacidade. - Areias e seixos pouco compactos. A ponta penetra em um solo menos compacto. A Resistência de Ponta Constante Solo arenoso relativamente compacto, provocando a formação de um bulbo cujas linhas de deslizamento se viram para a parte superior. Turfas e siltes pouco compactos, não variando de consistência e compacidade. - Argilas - Areias compressíveis mas não soltas (finas e parcialmente saturadas). A Resistência de Ponta Cresce - Se moderadamente: idem anterior. - Se muito rapidamente: blocos colididos pela ponta, o que tende a criar um vazio, que se preenche naturalmente, se o solo for coesivo. Turfas e siltes pouco compactos, não variando de consistência e compacidade. - Solos aumentando de compacidade (argilosos e arenosos). - Placas ou bulbos roçando a haste. - Bulbos cujas curvas de deslizamento se orientampara cima, na vizinhança do tubo. O módulo de elasticidade é obtido na fase pseudo-elástica da curva pela expressão: dp dvKE = em que o quociente dv/dp expressa uma variação do volume da membrana com a pressão aplicada, e K e uma constante que depende das dimensões da célula. Com pressiômetros dotados de células normais, pode-se chegar a pressões de 45 kgf/cm2, registrando um módulo de elasticidade da ordem de 104 Kgf/cm2. O ensaio pressiométrico tem o inconveniente de medir a compressibilidade, somente segundo um plano horizontal, mas, exatamente por isso, aparece como um bom equipamento, para medir as tensões horizontais em repouso e logo o coeficiente K0. 6. Processos Diretos Os métodos diretos de investigação permitem o reconhecimento do solo prospectado, mediante analise de amostras provenientes de furos executados no terreno, por processos de perfuração expeditos. As amostras deformadas fornecem subsídios para um exame visual-táctil das camadas, e sobre elas podem-se executar ensaios de caracterização (teor de umidade, limites de consistência e granulometria). 114 Há casos em que é necessária a coleta de amostras indeformadas, para obter-se informações seguras sobre o teor de umidade, resistência ao cisalhamento e compressibilidade dos solos. Pode-se obter, com os processos diretos, a delimitarão entre as camadas do subsolo, a posição do nível do lençol freático e informações sobre a consistência das argilas e compacidade das areias. Nota- se então, que as principais características esperadas de um programa de prospecção são alcançadas com o uso destes processos. Há, em todos eles, o inconveniente de oferecer uma visão pontual do subsolo. 6.1 - Poços Os poços são perfurados manualmente, com o auxílio de pás e picaretas. Para que haja facilidade de escavação, o diâmetro mínimo deve ser da ordem de 60 cm. A profundidade atingida é limitada pela presença do N.A. ou desmoronamento, quando então se faz necessário revestir o poço. Os poços permitem um exame visual das camadas do subsolo e de suas características de consistência e compacidade, por meio do perfil exposto em suas paredes. Permitem também a coleta de amostras indeformadas, em forma de blocos. 6.2 - Trincheiras As trincheiras são valas profundas, feitas mecanicamente com o auxilio de escavadeiras. Permitem um exame visual continuo do subsolo, segundo uma direção e, tal como nos poços, podem-se colher amostras indeformadas. 6.3 Sondagens a trado O trado é um equipamento manual de perfuração. Compõe-se de uma barra de torção horizontal conectada por uma luva I' a um conjunto de hastes de avanço, em cuja extremidade se acopla uma Lavadeira ou uma broca, geralmente em espiral. A prospecção por trado é de simples execução, rápida e econômica. No entanto, as informações obtidas são apenas do tipo de solo, espessura de camada e posição do lençol freático. As amostras colhidas são deformadas e situam-se acima do N.A.. Por ser um processo geralmente manual (existem equipamentos mecânicos) e certos tipos de solos serem de perfuração difícil, o uso do equipamento tem suas limitações. É o caso de areias compactas, argila dura e pedregulho. A profundidade atingida e da ordem dos 10 m. É bastante usado em reconhecimento preliminar, principalmente de áreas de empréstimo. 6.4 Sondagens a Percussão ou de Simples Reconhecimento 6.4.1 - Introdução O método de sondagem, à percussão, é o mais empregado no Brasil, principalmente em prospecção do subsolo para fins de fundação. Dentre as vantagens que apresenta, podem-se enumerar: o seu baixo custo, a simplicidade de execução, a possibilidade de colher amostras, a determinação da posição do lençol freático e a obtenção de informações de consistência e compacidade dos solos. A sondagem executada por meio de uma perfuração no terreno, acompanhada da extração de amostras, permite, em geral, a obtenção do perfil estratigráfico do subsolo. 6.4.2 - O Equipamento O equipamento de sondagem, à percussão, é composto de um tripé equipado com roldana e sarrilho que possibilita o manuseio de hastes metálicas ocas, em cujas extremidades se fixa um trépano biselado ou um amostrador-padrão Figura 92. 115 No processo de perfuração, as paredes de furo podem mostrar-se instáveis, havendo a necessidade de revesti-Ias com tubos metálicos de diâmetro nominal superior ao da haste de cravação. Este tubo metálico é denominado tubo de revestimento. Na parte superior do conjunto haste-tubo de revestimento, há dispositivos de entrada e saída d'água, conectada, por meio de mangueiras, a um reservatório e a um conjunto motor-bomba. Fazem ainda parte do equipamento um martelo de cravação com peso padronizado (dotado, na base, de um coxim de madeira), um mostrador de paredes grossas e trados-cavadeira e espiral. 6.4.3 Perfuração A Perfuração é feita com um trado-cavadeira ate a profundidade do nível d'água ou até que seja necessário o revestimento do furo, por causa da instabilidade de suas paredes. Embora existam em diâmetros de 3", 4" e 6", é o -de 2” 1/2 que se usa com mais freqüência pelo fato de ser o mais econômico e de fácil manuseio. A partir do ponto em que se introduz no furo o revestimento, a perfuração deve prosseguir, com o uso de um trado espiral; a cota do N.A. será a profundidade limite desta técnica de prospecção. Abaixo deste plano faz-se a perfuração por intermédio do processo de lavagem com circulação d'água, que permite um avanço rápido do furo, sendo por isso preferido pelas equipes de perfuração, em detrimento dos processos manuais. Nele, a água é bombeada, para o fundo do furo, através da haste oca e retorna pelo espaço anelar existente entre a haste e o tubo de revestimento. O trépano de lavagem biselado contém dois orifícios laterais, para a saída d'água e escava o furo nos movimentos de percussão feitos na haste pelo sondador. Os detritos da escavação são carregados pela água no seu movimento ascensional. O processo de circulação de água dificulta a determinação da posição do N.A. e altera as características geotécnicas dos solos. Por esta razão, os furos são abertos a trado, até, alcançar o N.A., e as operações de amostragem exigem que o avanço dá furo por lavagem seja interrompido a cerca de O,5O m de cota de colheita da amostra. 116 6.4.4 - A Amostragem A cada metro de profundidade, são colhidas amostras pela cravação dinâmica de amostradores- padrão. Estas amostras são deformadas e prestam-se à caracterização dos solos. os amostradores são tubos metálicos de parede grossa com ponta biselada, constituídos de duas meia canas solidarizadas entre as extremidades. Figura 93. O sistema de percussão consiste na queda do peso padronizado de uma altura também padronizada, de forma que a energia de cravação seja sempre constante, durante o processo de amostragem. No Brasil, existem três tipos de amostradores-padrão, distinguidos pelas diferentes dimensões do tubo e pela energia de cravação empregada. Deve-se ressaltar que a tendência atual é a adoção do amostrador tipo Terzaghi (Figura 93) com vistas à obtenção da padronização das diversas fases da sondagem e dos equipamentos utilizados. Os amostradores tipo Mohr-Geotécnica e IPT foram grandemente empregados no Brasil, porém hoje estão quase em desuso. Nome do amostrador Diâmetro Interno (polegadas) Diâmetro externo (polegadas) Massa (kg) Altura de Queda (cm) Terzaghi-Peck SPT 2 8 31 65 75 Mohr-Geotécnica IRP 8 51 1 65 75 IPT 16 131 2 11 60 75 6.4.5 - Índice de Resistência à Penetração Paralelamente à amostragem do subsolo, pode-se obter o índice de resistência à penetração. Na cravação dinâmica do amestrador, anota-se o número de golpes do martelo necessários, parae efetuar a cravação de cada 15 centímetros do amostrador. Para os amestradores tipo TERZAGHI, o índice de resistência à penetração refere-se aonumero de golpes necessários, para a cravação dos últimos 30 centímetros do amostrador, desprezando-se os golpes correspondentes à cravação dos 15 centímetros iniciais. Este índice é conhecido como SPT, iniciais de sua designação em Inglês, "STANDARD PENETRATION TEST". Para os amostradores Mohr-Geotécnica e IPT, o índice de resistência à penetração refere-se ao número de golpes, para cravação dos 30 centímetros iniciais. 117 O índice de resistência à penetração, ou numero N, como é comumente chamado, ainda que não seja um ensaio de campo preciso (ele é muitas vezes influenciado por fatores ligados à forma de execução e pelo equipamento empregado), pode dar uma indicação razoável dos estados de compacidade e consistência dos solos. Os Quadros a seguir fornecem a compacidade e a consistência dos solos, em função de N. QUADRO XI – Compacidade das areias, de acordo com os resultados de SPT (NBR 7250/82) Número de Golpes N Grau de Compacidade 0 – 4 fofa 5 - 8 Pouco compacta 9 - 18 Medianamente compacta 19 - 40 Compacta > 40 Muito compacta QUADRO XII – Consistência das argilas, de acordo com os resultados de SPT(NBR 7250/82) Número de Golpes N Grau de Compacidade 0 – 2 Muito mole 3 – 5 Mole 6 – 10 Média 11 – 19 Rija >19 Dura As correlações existentes entre o índice de resistência à penetração e a consistência das argilas, principalmente das argilas sensíveis, podem estar sujeitas a erros grosseiros, em razão da diferença de comportamento da argila, em face de cargas estáticas e dinâmicas, e ainda pelo fato de o amolgamento da argila destruir sua estrutura, e, consequentemente, modifica sua resistência à penetração. É importante notar, como já foi dito, quê a resistência a penetração de uma camada pode apresentar diferentes valores, se sobre ela forem executadas sondagens por firmas distintas. Há erros originados da carência de normalização quando se executam sondagens, além dos advindos do estado de conservação dos amestradores. Estes, por serem mais dificilmente controláveis, exigem, por parte do engenheiro, maior atenção. Fatores ligados à execução da sondagem: - Erro na contagem do número de golpes. - Má limpeza do furo. - Furo não alargado suficientemente, para a livre passagem do amostrador. - Variação da energia de cravação. - Diferentes interações solo-amostrador. - Emprego de técnica de avanço por circulação de água, acima do N.A.. Fatores ligados ao equipamento: - Dimensões e estado de conservação do amostrador. - Estado de conservação das hastes: uso de hastes de diferentes pesos. - Martelo não calibrado ou sem coxim de madeira. 6.5 - Sondagem Rotativa A sondagem rotativa é empregada na perfuração de rochas, de solos de alta resistência e de matações ou blocos de natureza rochosa. 118 O equipamento compõe-se de uma haste metálica rotativa, dotada, na extremidade, de um amostrador, que dispõe de uma coroa de diamante. O movimento de rotação da haste é proporcionado pela sonda rotativa, que se constitui de um motor, de um elemento de transmissão e um fuso que imprime às hastes os movimentos de rotação, recuo e avanço. A haste é oca e, por injeção de água no seu interior, consegue-se atingir o fundo da escavação, por meio de furos existentes no amestrador. Esta água tem a função de refrigerar a coroa e carrear os detritos da perfuração no seu movimento ascensional. Tal como no processo, à percussão, quando as paredes do furo mostrarem-se instáveis, pondo em risco a coluna de perfuração, que poderia ficar presa, usa-se um tubo de revestimento metálico, com diâmetro nominal superior ao das hastes. Em outras ocasiões emprega-se o revestimento do furo, quando, atravessando camadas permeáveis ou bastante fraturadas, houver grande perda de água de circulação. As coroas são peças de aço especial, com incrustações de diamante ou vidia nas suas extremidades. O efeito abrasivo da coroa desgasta a rocha e permite a descida do furo de revestimento e o alojamento do testemunho, no interior do amostrador. Dentre os diâmetros mais utilizados em Engenharia Civil, podem-se enumerar: Denominação φ do furo (mm) φ do testemunho (mm) EX 38 20 AX 49 29 BX 60 41 NX 76 54 6.6 - Sondagem Mista A sondagem mista é a conjugação do processo, à percussão, associado ao processo rotativo. Quando, por exemplo, nas sondagens à percussão, os processos manuais forem incapazes de perfurar solos de alta resistência, matacões ou blocos de natureza rochosa, usa-se o processo rotativo como instrumento complementar. As sondagens mistas são, pois, associações dos dois métodos, não importando a ordem de execução. 7. Amostragem 7.1 - Introdução A Mecânica dos Solos teórica apoia-se em características de comportamento mecânico dos maciços terrosos, medidas em averiguações experimentais em amostras representativas. A obtenção de amostras de fato representativas tem sido uma preocupação de investigadores das mais diversas partes do mundo. No final da década de 5O, entre os congressos de Mecânica dos Solos de Londres (l957) e o de Paris (l961), um grupo de pesquisadores começou a atuar no sentido de dar uma nova dimensão ao problema da mostrarem Este grupo, o IGOSS - Internacional Group on SoilSampling, surgiu do esforço de alguns pesquisadores que notaram um progresso acentuado nos métodos de calculo e nas técnicas experimentais da Mecânica dos Solos, sem ter havido um progresso paralelo das técnicas de amostragem. Aliás, este fato vem ressaltar uma importante conclusão a que deve chegar o principiante: De que adianta possuir processos de cálculo e técnicas laboratoriais de alto requinte, se não e possível contar com boas amostras? Toda a potencialidade dos métodos e das técnicas perdem-se diante de amostras pouco representativas. A nova tendência da Mecânica dos Solos, a partir do trabalho de IGOSS, é classificar as amostras em cinco categorias, distintas: CLASSE 1: Amostras que não passaram por distorção nem alteração de volume e que, portanto, apresentam compressibilidade e características de cisalhamento inalteradas. 119 CLASSE 2: Amostras em que o teor de umidade e a compacidade não experimentaram alterações, porem foram distorcidas e, portanto, as características de resistência ficaram alteradas. CLASSE 3: Amostras em que a composição granulométrica, e o teor de umidade não experimentaram alterações, mas a massa específica passou por alteração. CLASSE 4: Amostras em que a composição granulométrica foi respeitada, mas o teor de umidade e a massa específica experimentaram alteração. CLASSE 5: Amostras em que até na composição granulométrica houve alteração, por causa da perda de partículas finas ou por esmagamento das partículas maiores. No decorrer do texto, notar-se-ão quais características dos solos são mais bem obtidas com as diversas classes de amostra. Desde já, pode-se observar que amostras da classe 5 prestam-se apenas, para dar uma idéia de seqüência das camadas. Houve, em seguida, por parte dos investigadores, preocupação de conceber tipos diferentes de mostradores de fato capazes de permitir amostras indeformadas. Está claro que além do tipo do amostrador utilizado, a obtenção de amostras, dentro de determinada classe, e função de outros parâmetros tais como: tipo do solo e de seus estados de compacidade e consistência, posição do lençol freático , em relação à cota de coleta da amostra e dos fatores já citados, relativos à execução dá sondagem. No dizer de alguns autores, a mostrarem indeformada é um ideal almejado, porém jamais alcançado, pois, ainda que se consiga uma amostra que tenha todas as características da camada, pelo menos o estado de tensão da amostra retirada e sensivelmente diferente daquele que ela possuía, quando pertinente ao maciço. Folque afirma que a amostra indeformada não está sujeita ao mesmo estado de tensão que a solicitava "in situ' e sugere um procedimento para quantificar esta alteração,o qual pode ser visto na ref. 9. 7.2 - Amostras Indeformadas a. Blocos A coleta de amostras indeformadas, para serem analisadas em laboratórios, será necessária, quando os dados fornecidos pelos processos de investigação estudados mostrarem-se insuficientes na análise do problema em foco. São colhidas em mostradores ou em caixas metálicas. As superfícies expostas das amostras são parafinadas, e transferidos com cuidado, para os laboratórios e ali armazenadas em câmaras úmidas, até o instante de serem ensaiadas. Para as amostras superficiais, usa-se a forma de amostragem apresentada a seguir, na Figura 94. Em camadas subsuperficiais, situados acima do N.A., os poços e as trincheiras permitem a coleta de amostras indeformadas, em forma de blocos e anéis. As sondagens de simples reconhecimento, quando executadas com diâmetro de 4" e 6", possibilitam tam bem a coleta de amostras indeformadas. Exige-se, neste caso, o uso de mostradores especiais e um processo de cravação em que o mostrador é forçado contra o terreno, num movimento contínuo e rápido com o auxílio de um dispositivo de reação no revestimento ou com macaco hidráulico. b. Amostras Especiais Em solos coesivos e de consistência de mole a média o mostrador de paredes finas, tipo SHELBY, é grande mente empregado. 5 composto de um tubo de latão ou de aço inoxidável de espessura reduzida. Preferem-se os de latão aos de aço, por serem mais resistentes à corrosão. Quanto mais finas as paredes do amostrador, menor será amolgamento da amostra, entretanto, deverá haver, em função do diâmetro, uma espessura mínima, para que o amestrador não flambe ou amasse, durante a amostragem. Este inconveniente é evitado, quando se têm amostradores, com relação de área inferior a 10%, Figura 95. 120 Para que haja uma redução do atrito entre a amostra e as paredes do tubo, projetam-se os amostradores com uma folga interna de 1%, Figura 95. Uma folga maior facilitaria a entrada da amostra no amostrador, mas aumentaria o risco de ela cair, quando da operação de retirada da amostra do furo de sondagem. Uma quantificação do amolgamento poderia ser dada pela porcentagem de recuperação da amostra: relação entre o comprimento cravado da amostra e o comprimento cravado do amestrador, dado em percentagem. Quando esta relação for maior do que 100% significa um deslocamento do solo, por causa da espessura das paredes do amestrador ou do desenvolvimento de atrito lateral interno, insuficiente para resistir à tendência de incitamento da amostra, resultante do alívio de tensões experimentadas por ela. Por outro lado, para porcentagens menores que 100%, a causa pode ser o atrito lateral interno excessivo. Uma porcentagem ideal seria um pequeno intervalo, em torno de I00%. 121 Apesar de serem bastante empregados no Brasil, os amestradores de parede fina, tipo SHELBY, não permitem um controle da porcentagem de recuperação. Dentre os tipos usuais surgidos nos Últimos anos podem se enumerar: - Amostradores de Pistão A porcentagem de recuperação conseguida em amostradores de pistão, mesmo em solos de difícil amostragem pode facilmente atingir 100%. O amestrador é um tubo de paredes finas, equipado com um pistão que ocorre no seu interior. Este possui uma haste que se prolonga até a superfície do terreno, por dentro da haste oca do amestrador. A presença do pistão favorece a amostragem, pois não permite o encurtamento da amostra, por ação do atrito entre esta e as paredes do amestrador, sem que haja a criação de vácuo, no topo da amostra. Além disso, este vácuo e capaz de reter a amostra de solos não coesivos, na operação de retirada do amestrador do furo de sondagem, Figura 96. - Amostrador Sueco O amostrador sueco permite uma sondagem contínua do subsolo, não senso preciso retirar o amestrador, a cada meio metro, aproximadamente. Possui um pistão que permanece fixo, durante o processo de amostragem. Nele se fixam as pontas de tiras de papel de alumínio que são montadas em carretéis, dentro de uma peça especial e que se distribuem ao longo de todo o perímetro do amostrador. A presença do papel alumínio reduz o atrito entre a amostra e as paredes do tubo, e permite a obtenção de amostras com vários metros de comprimento, Figura 97. - Amostrador Deninson O amostrador Deninson destina-se à amostragem de solos resistentes, em que não se consegue uma amostragem por cravação. Pode ser fixado às sondas rotativas. O equipamento consiste em dois cilindros, sendo um interno e um externo rotativo, dotados de sapata cortante. A amostra obtida pela rotação do cilindro externo penetra no cilindro interno, sendo suportada pelo atrito das paredes e por mola retentora. Para a perfuração, usa-se o processo de circulação de lama, que ainda estabiliza as paredes do furo, Figura 98. 122 123 CAPITULO XI2 COMPACTAÇÃO 1. Definição e Importância A compactação é entendida como ação mecânica por meio da qual se impõe ao solo uma redução de seu índice de vazios. Embora seja um fenômeno similar ao adensamento, no uso diário dos termos, tem-se-lhes dado conotações diferentes. Enquanto no adensamento a redução de vazios é obtida pela expulsão da água intersticial, num processo natural ou artificial, que ocorre ao longo do tempo, e que pode durar centenas de anos; na compactação esta redução ocorre, em geral, pela expulsão do ar dos poros, num processo artificial de pequena duração. O efeito da compactação resulta na melhoria das qualidades mecânicas e hidráulicas do solo, e entre elas, o acréscimo de resistência ao cisalhamento e a redução da compressibilidade e dá permeabilidade. O índice final de vazios do solo é decorrente do tipo e esta do solo, antes da compactação e da energia aplicada durante o processo. Os tipos de compactação usuais podem ser manuais ou mecânicos. Nos processos manuais, utilizam-se soquetes, em que a energia e aplicada mediante golpes sobre a camada. Nos processos mecânicos, empregam-se soquetes mecânicos, rolos estáticos (lisos ou dentados) e vibratórios, em que a energia aplicada depende da tensão aplicada e do número de passadas que se dá sobre a camada. Historicamente, as técnicas de compactação evoluíram em face dos problemas de estabilidade e estanqueidade de maciços de barragens e pela imposição da ausência de recalque em pavimentos rodoviários. Nos dias atuais, é também usada como método de melhorar a capacidade de suporte dos solos superficiais. 2. Curva de Compactação A primeira contribuição significativa ao estudo da compactação foi dada por Ralph Proctor, em 1933. Ele descobriu a relação existente entre a massa específica seca, o teor de umidade e a energia de compactação. Para uma energia fixa, a massa especifica seca aumenta com o teor de umidade até atingir um valor máximo para decrescer daí por diante, Figura 99. O teor de umidade, que proporciona a massa especifica máxima, é denominado teor ótimo. Pode-se, de uma forma geral, explicar o fenômeno da compactação, levando em conta a grande influência que a água intersticial exerce, principalmente, sobre o comportamento dos solos finos. No ramo seco da curva de Proctor (à esquerda do teor ótimo de umidade tendo o solo baixo teor de umidade, a água de seus vazios esta sob o efeito capilar. As tensões de capilaridade tendem a aglutinar o solo mediante a coesão aparente entre suas partículas constituintes. Isto impede a sua desintegração e o movimento relativo das partículas para um novo rearranjo. Este efeito é reduzido à medida que se adiciona água ao solo, uma vez que ela destrói os benefícios da capilaridade, tornando este rearranjo mais fácil. No ramo úmido da curva de Proctor, sendo eleva do o teor de água, ela, em forma de água livre, absorve parte considerável da energia de compactação aplicada. Como a água é incompressível, parte desta energia é dissipada. A aplicação de energias de compactação maiores produz uma reduçãodo teor ótimo de umidade e uma elevação do valor da massa específica seca máxima. A Figura 100 dá uma idéia deste fato. As curvas de compactação de materiais granulares bem graduados possuem um máximo bem caracterizado e apresentam maior massa especifica máxima e menor teor ótimo de umidade do que os solos de granulometria uniforme ou argilosos. Nestes, a curva não possui um máximo bem definido. Os solos siltosos ocupam uma posição intermediária. A Figura 101 dá uma idéia deste fato. 2 Mecânica dos Solos - vol. 1 – Benedito de Souza Bueno & Orencio Monje Vilar – Depto de Geotecnia – Escola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo 124 3. Ensaio de Compactação 125 O ensaio de compactação desenvolvido por Proctor foi normalizado, pela associação dos departamentos rodoviários americanos A.A.S.H.O. (American Association of State Highway Officials) e é conhecido como Ensaio de Proctor Normal ou como A.A.S.H.O. Standard. (Entre nós, ele foi normalizado pela ABNT por meio da MB-33 e tomou o nome de Ensaio Normal de Compactação). O ensaio consiste em compactar uma porção de solo em um cilindro de 1000 cm3 de volume, com um soquete de 2,5 kg, caindo em queda livre de uma altura de 30 cm (Figura 102). O solo é colocado dentro do cilindro, em três camadas. Sobre cada uma se aplicam 25 golpes do soquete, distribuídos sobre a superfície do solo. As espessuras finais das três camadas devem ser quase iguais. Após a compactação de cada uma delas, a superfície é escarificada com o propósito de dar uma continuidade entre as camadas. O topo da terceira camada, após a compactação deverá estar rasante com as bordas do cilindro. A energia aplicada pelo ensaio normal de compactação é dada pela formula: V NnLpE ⋅⋅⋅= em que: E = energia aplicada ao solo, por unidade de volume p = peso do soquete L = altura de queda do soquete n = número de camadas N = número de golpes aplicados a cada camada V = volume do cilindro Por causa do aparecimento de equipamentos de grande porte, dotados de elevada energia específica de compactação, para diante dos grandes volumes dos aterros e da velocidade de construção impostas, atender aos prazos de cronogramas, foi criado o ensaio de Proctor Modificado. Neste ensaio, a energia de compactação foi aumentada; deixou-se constante o número de golpes por camada, e elevou-se o peso do soquete para 4,5 kg, o número de camadas para 5 e a altura de queda para 45 cm. O solo a ser ensaiado deverá apresentar um teor de umidade inferior ao ótimo previsto, ou seja, em torno de 5%. Após a compactação, deve-se anotar a massa do corpo de prova para determinação da massa especifica e retirar três porções do solo, colocá-las em cápsulas e levá-las à estufa para determinação do teor de umidade. Em seguida, adiciona-se uma quantidade de água ao solo, suficiente para elevar, em relação ao ponto anterior, o seu teor de umidade, em torno de 2%. Toda a técnica descrita neste parágrafo deve ser repetida. 126 O ideal será tomar de 4 a 5 pontos de forma que se possam ter dois pontos abaixo e dois acima do teor ótimo. De posse dos pares de valores, massa especifica do solo e teor de umidade, pode-se calcular a massa específica seca mediante a conhecida relação: ( )wd += 1 γγ Com os pares de valores γd x w traça-se a curva de compactação e determina-se o teor ótimo e a massa específica seca máxima (Figura 103). Traçam-se também as curvas de saturação, que podem ser calculadas, a partir da fórmula: Além da técnica de compactação com reuso do material, em que se utiliza apenas uma porção de solo, que é destorroado e homogeneizado, após cada operação de compactação, pode-se também realizar o ensaio, tomando amostras iguais com o mesmo teor de umidade inicial, para a determinação de cada ponto da curva. Pode haver uma pequena variação no resultado obtido com os dois processos, sendo que os solos mais argilosos são mais sensíveis ao fenômeno. 4. Equipamentos de Compactação Pode-se classificar os equipamentos de compactação em três categorias: a. Soquetes - manuais - mecânicos b. Equipamentos estáticos - rolos dentados - rolos pneumáticos - lisos 127 c. Equipamentos vibratórios - placas - rolos Descreve-se a seguir os principais tipos de equipamentos e suas utilizações, tendo como base as recomendações do NAVDOCKS DM-7 (Departament of the Navy, Bureau of Yards Docks). a. Soquetes: São utilizados em locais de difícil acesso, como no apiloamento de valas e trincheiras etc. Possuem um peso mínimo de 15 kg. A espessura da camada compactada, se em solos finos, deve ter de 10 a 15 cm, e se em solos grossos, 15 cm. Os soquetes podem ser mecânicos ("sapos") ou manuais. b. Rolos Estáticos b.1 - rolo pé-de-carneiro. É constituído de um tambor metálico em que são solidarizadas protuberâncias de forma tronco- cônica com altura de 18 a 25 cm. Geralmente não autopropulsivos são arrastados por tratores. Pela forma de aplicação das cargas, são recomendados para compactação de solos argilosos. São particularmente empregados na compactação de núcleos de barragens, em que se exige um perfeito entrosamento entre as camadas. A espessura da camada compactada deve situar-se em torno de 15 cm. O número de passadas deve ser de 4 a 6, aproximadamente, para solos finos e de 6 a 8 para solos grossos. As dimensões e o peso do equipamento devem ser tomados em relação ao tipo de solo. Tipo de Solo Área de contato da pata ( cm2) Pressão de contato da Pata (kg/cm2) Solos finos (IP < 30) 32 a 77 17 a 33 Solos finos (IP > 30) 45 a 90 15 a 27 Solos grossos 64 a 90 10 a 17 Para maior eficiência na compactação dos solos, com teor de umidade situado acima do teor ótimo, a pressão de contacto deve ser menor do que se estes solos estivessem situados abaixo do teor ótimo. b.2 Rolo liso Compõe-se de um cilindro de aço oco, podendo ser preenchido com areia ou pedregulho, para aumento da pressão aplicada. São apresentados com uma roda, duas rodas em tandem ou três. Por causa de sua pequena superfície de contacto são utilizados na compactação do capeamento e em base de estradas. São indicados também para compactar camadas finas de 5 a 15 cm. Os rolos tipo tandem são indicados para a compactação de bases e subleitos de estradas em que as espessuras a serem compactadas variam de 20 a 30 em. Em geral, 4 passadas são suficientes. São apresenta dos nos pesos de l a 20 toneladas. Os rolos com três rodas são utilizados para a compactação de solos finos. Os pesos recomendados são de 6 a 7t para materiais de baixa plasticidade e de l0 t para materiais de alta plasticidade. Em geral, 6 passadas são suficientes para compactar uma camada de 15 a 20 cm de espessura. b.3 - Rolos Pneumáticos São eficientes para a compactação de capas asfálticas, e têm grande aplicabilidade em bases e sub-bases de estradas. Aplicam-se também em solos grossos sem coesão, com 4 a 8%, passando 128 na malha 200, cuja espessura de camada deve estar em torno de 25 cm, dando-se de 3 a 5 passadas. Utilizam-se também em solos finos ou em solos grossos bem graduados que tenham mais de 5%, passando na malha 200 em camadas de 15 a 20 cm de espessura, e aplicando-se de 4 a 6 coberturas. O uso de rolos com cargas elevadas proporciona bons resultados, entretanto, são capazes de considerável penetração no solo, e isto gera grande deslocamento do solo superficial, e pode causar o aparecimento de fendas de ruptura. c. Placas e Rolos Vibratórios São utilizados para compactar solos grossos com menos de 12%, passando na malha 200. São, no entanto, mais adequados para solos com 4 a 8%, passando na malha 200. A espessura da camada compactada deve situar-se em torno de 20 a 25 cm, e com cerca de três coberturas atinge-se uma boa compactação. De modo geral, podem ser empregados na compactaçãode solos granulares, uma vez que atuam no sentido de destruir temporariamente a resistência ocasionada pelo ângulo de atrito interno do solo. 5. Controle de Compactação O solo trazido das áreas de empréstimos deve ser espalhado uniformemente sobre a área a ser aterrada, em espessuras tais que, após a operação de compactação, atinjam as especificadas. Geralmente, quanto mais finas, haverá melhoria não só da compactação como também do controle. Uma faixa ideal de espessura deve situar-se entre 20 a 30 cm, chegando a um máximo de 45 cm. A escolha do tipo de equipamento e do número de passadas pode ser feita em aterros experimentais, os quais podem mesmo ser as primeiras camadas da obra a ser construída. Uma vez definidos a espessura da camada, o tipo de equipamento e o número de passadas, restaria apenas manter o solo tanto quanto possível perto da unidade ótima, a fim de que se pudesse obter uma alta eficiência na operação de compactação. Tem repercussões bastante sérias, sob o aspecto de comportamento, o fato de a eficiência de compactação não atingir as vizinhanças do ponto máximo. Ocorre, às vezes, que o par de valores conseguido (γmáx, -w) situa-se muito à esquerda ou muito à direita do ponto máximo (γmáx, wot). No primeiro caso, a deficiência de água faz com que a água absorvida encontre-se com elevadas tensões neutras negativas. Estas tensões dão ao solo uma alta resistência e pequena deformabilidade. Entretanto, a saturação do solo pode fazê-lo perder estas características de comportamento, passando a ter baixa resistência e alta deformabilidade. Ela tem expressiva importância na estabilidade dos maciços, quer pelas conseqüências geométricas, quer pela grandeza das tensões neutras induzidas. Portanto, este fato tem grande significância em aterros de barragens. No segundo caso, não haverá uma diferença no seu comportamento final, visto que inicialmente sua resistência ao cisalhamento será baixa e sua deformabilidade alta. Diante disso, nota-se a importância de obter-se uma compactação de campo que se aproxime da máxima especificada no laboratório, ou, em outros termos, mostra que se deve criar um intervalo de variação para γd e para w, em função de γdmáx e wot , a ser conseguido em campo. máxd dGC ,γ γ= ∆w = w - w ot O coeficiente GC, chamado grau de compactação, é entre a massa específica seca do aterro compactado e especifica seca máxima obtida no laboratório. O coeficiente GC, chamado grau de compactação, é a relação entre a massa específica seca do aterro compactado e a massa e específica seca máxima obtida no a laboratório. O valor ∆w, conhecido como desvio de umidade, é a diferença entre o teor de umidade do aterro compactado e o teor de umidade ótimo de laboratório. 129 Na pratica, o projetista, em face de sua experiência e das especificações existentes, estabelece determinado grau de compactação e um desvio de umidade (GC = 95% do ensaio de Proctor Normal e ∆w = ± 2% em torno da umidade ótima, por exemplo) que devem ser conseguidos no campo. A verificação das especificações estabelecidas é conhecida como controle de compactação. É importante frisar que apenas possível lançar uma nova camada no aterro, após ter-se conseguido, na camada anterior, os valores de GC e ∆w especificicados. A obtenção da massa específica do aterro pode ser determinada, cravando-se no aterro um cilindro biselado, de volume conhecido, registrando-se o seu peso, ou ainda, abrindo-se um furo sobre a camada com a pesagem do material escavado e medição indireta do volume do furo aberto. Para isso preenchesse o furo com areia de massa especifica conhecida ou com um líquido, introduzido no interior de uma membrana deformável. A determinação do teor de umidade w, do aterro, com secagem do material em estufa, pode exigir várias horas de espera, fato incompatível com o ritmo de trabalho das grandes obras. Para superar este impasse, têm-se utilizado processos rápidos aproximados, como o de secar o solo em uma frigideira ou o de atear fogo em uma mistura de solo e álcool, ou ainda, por meio do "speedy moisture tester". Nele certa quantidade de solo é inserida no interior de uma garrafa, que contenha carbureto. A água absorvida, reagindo com o carbureto, resulta numa pressão que atua em membrana deformável, acionando um manômetro. Esta pressão é correlacionada com o teor de umidade. Existem ainda equipamentos não destrutivos, que se utilizam da radiação y. Esta radiação difundida na camada passará por uma dispersão proporcional ao número de partículas 11 existentes no meio. O inconveniente destes aparelhos é a necessidade de contínuas calibrações. Outro método de controle rápido aproximado foi desenvolvido por Jack Hilf. Permite obter informações do grau de compactação e do desvio de umidade, sem a necessidade de secar o material. O teor de umidade é calculado apenas como verificação posterior. Para efeito ilustrativo do método, imagine-se uma camada de um aterro com massa específica seca γda e teor de umidade wa. Se tomar uma porção deste solo, compactando-se no cilindro de Proctor, obtém-se o valor de γd, que pode ser diferente do valor de γda, uma vez que as energias empregadas não são, em geral, iguais. γa = γda . (1 + wa) e γc = γdc . (1 + wa) ( ) ( ) Ew w dc da adc ada c a ==+ += γ γ γ γ γ γ 1 1 O grau de compactação do solo pode ser encontrado de forma análoga, a partir das massas específicas úmidas, se conhecer o valor de γdmáx - (1 + wa), pois, de fato: ( ) ( ) máxd da amáxd ada w w GC ,, 1 1 γ γ γ γ =+ += Pode-se converter o valor da massa especifica seca máxima γdmáx.(1 + wot) em uma expressão que incorpore o teor de umidade do aterro γdmáx.(1 + wa), dividindo-se essa expressão por (1 + wot)/(1 + wa). Assim: ( ) ( )amáxd a ot otmáxd w w w w += + + + 1 1 1 1 , , γγ A expressão z w ww w w a aot a ot +=+ −+=+ + 1 1 1 1 1 130 em que a aot w wwZ + −= 1 representa uma quantidade de água adicionada à amostra, em relação ao seu peso, quando seu teor de umidade era wa. Para dar-se conta deste fato, basta multiplicar ambos os membros de z pelo valor do peso seco da amostra. O gráfico da Figura 104 apresenta duas curvas. A superior, a das massas específicas úmidas, representa o resultado de compactar-se, no cilindro de Proctor, amostras retiradas do aterro, com valores crescentes do teor de umidade. A curva inferior resulta de uma conversão das massas especificas de campo, colocadas em função do teor de umidade do aterro. Sendo o valor de l + wa uma constante, o ponto de máximo da curva inferior será o valor de γdmáx, uma vez que a única variável é γd. Portanto, ( ) ( ) máxd da amáxd ada w w GC ,, 1 1 γ γ γ γ =+ += Para a obtenção do grau de compactação pelo método de Hilf, determina-se em primeiro lugar, a massa especifica do aterro. Em seguida, compactam-se, no cilindro de Proctor, amostras com valores crescentes ou decrescentes de Z, sendo Z uma quantia de água fixa tomada em relação ao peso do inicial. De posse de vários valores de Z e das massas especificas convertidas, obtém-se o valor de γdmáx.(1 + wa). A obtenção do valor de ∆w é conseguida substituindo o valor da ordenada zm correspondente à massa específica seca máxima de Proctor. Ou, ( )amaot wzww +=− 1 , mas a aot m w ww z + −+=+ 1 11 , portanto a ot maot w w zww + +=− 1 1 131 BIBLIOGRAFIA 1. ASTM (l98O) "Annual book of ASTM Standards - Part 19, Soil and Rock, Building Stones", Philadelphia. 2. BADILLO, E.J. Y RODRIGUES, A.R. (l969) "Mecânica de Suelos"- Vol I e II Editorial Limusa – México. 3. BISHOP, A.W. and HENKEL, D.J. (l978) ,,The measurement of soil properties in the triaxial test" - Edward Arnold, London. 4. BJORNBERG, A.J.S. e outros(l978) "Curso de Geologia para Engenheiros" Depto' de Geotecnia - EESC - USP - São Carlos. 5. BOWLES, J.E. -(1977) "Foundation analysis and design" McGraw Hill Kogakusha'- Tokio. 6. CASTRO, E. (l974) - "Expansibilidade, capilaridade e sucção" in Mecânica dos Solos - conceitos fundamentais - LNEC Lisboa - Portugal. 7. CEDERGREEN, H.R. 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