3 Programa experimental 3.1 Considerações iniciais

O programa experimental deste trabalho consiste em duas etapas: na

primeira, inicialmente foram definidas as porcentagens de cinza adotadas para as

misturas com base em trabalhos realizados anteriormente, descritos na revisão

bibliográfica. Posteriormente, foram realizados ensaios de caracterização física

dos materiais (areia, argila, cinza volante, misturas destes com a cal), com o

objetivo de conhecer a granulometria dos mesmos e obter os valores de densidade

real dos grãos.

Para a areia e as misturas, também foram realizados ensaios com o

objetivo de determinar os índices de vazios, com base na densidade relativa da

areia correspondente a 50%, definida através da análise de trabalhos anteriores. A

umidade ótima adotada nos ensaios de cisalhamento da areia e das misturas foi

definida através da execução de ensaios de cisalhamento direto da areia a

diferentes umidades, tendo sido escolhida aquela cujo comportamento apresentou-

se melhor.

Na segunda etapa, foram realizados ensaios de caracterização mecânica

(ensaios de compactação e ensaios de cisalhamento direto). Os ensaios de

compactação foram realizados para todas as misturas com argila, a fim de se

determinar a umidade ótima e o peso específico seco máximo para a moldagem de

cada corpo de prova para o ensaio de cisalhamento direto.

Foi executada uma sequência de ensaios de cisalhamento direto para as

misturas solo-cinza e solo-cinza-cal, tendo sido adotada a cura apenas para as

misturas com areia e cal, por motivos de disponibilidade de tempo.

Na Tabela 3.1, encontra-se a descrição de todos os ensaios realizados.

58

Tabela 3.1: Descrição dos ensaios.

Etapa Material Ensaio Quantidade*

Caracterização

física

Areia

Densidade real dos

grãos 3

Análise

granulométrica 1

Índice de vazios

máximo e mínimo 3

Cinza volante

Densidade real dos

grãos 3

Análise

granulométrica 1

Misturas com areia

e cinza

Densidade real dos

grãos 3

Análise

granulométrica 1

Índice de vazios

máximo e mínimo 3

Misturas com areia,

cinza e cal

Densidade real dos

grãos 3

Misturas com argila

e cinza

Densidade real dos

grãos 3

Análise

granulométrica 1

Misturas com argila,

cinza e cal

Densidade real dos

grãos 3

Caracterização

mecânica

Misturas com areia

e cinza Cisalhamento direto 3

Misturas com areia,

cinza e cal Cisalhamento direto 3

Misturas com argila

e cinza

Compactação 1

Cisalhamento direto 3

Misturas com argila,

cinza e cal

Compactação 1

Cisalhamento direto 3

*Quantidade de ensaios por material e/ou mistura.

59

3.2 Materiais 3.2.1 Solo 3.2.1.1 Solo argiloso

O solo utilizado é um solo maduro, de origem coluvionar, argilo-arenoso,

não saturado, proveniente do Campo Experimental II da PUC-Rio (Soares, 2005).

O material foi retirado de uma profundidade de aproximadamente 2 metros a

partir da superfície da encosta. A Figura 3.1 mostra a localização do Campo

Experimental II, e a caracterização deste material está presente no Capítulo 4.

Cabe ressaltar que a escolha deste material foi feita em função de o local de

retirada ser de fácil acesso e de existir em muitos trabalhos anteriores sobre ele,

como os de Sertã (1986), Lins (1991), Daylac (1994), Beneveli (2002), Ramírez

(2012) e Quispe (2013).

Figura 3.1: Localização do Campo Experimental II da PUC-Rio (Soares, 2005).

De acordo com Sertã (1986), embora não existam afloramentos rochosos

no Campo Experimental, o embasamento local é constituído por um gnaisse

formado principalmente por minerais como quartzo, feldspato e biotita, e por

60

minerais acessórios como a muscovita e a granada. Sua tonalidade é vermelha

com trechos amarelados, devido à presença de óxidos de ferro e alumínio

resultantes do processo de intemperismo dos minerais primários. A Figura 3.2

mostra o aspecto do solo em estudo.

Figura 3.2: Solo argiloso.

Baseando-se no perfil morfológico feito por Daylac (1994), mostrado na

Figura 3.3, o solo utilizado encontra-se na camada superior do perfil, conformado

por colúvio. No local da coleta, foi observada ainda a presença de alguns

pedregulhos de quartzo e uma grande quantidade de raízes.

Daylac (1994) também sintetizou os resultados da análise mineralógica do

solo do campo experimental, realizada por Sertã (1986). A Tabela 3.2 mostra a

mineralogia do solo a 3 m de profundidade. A presença de minerais como a

caulinita, a gibsita e a goetita, e o perfil morfológico apresentado revelam o

elevado grau de intemperismo do solo em estudo.

61

Figura 3.3: Perfil morfológico do Campo Experimental da PUC-Rio (Daylac, 1994).

62

Tabela 3.2: Mineralogia para a profundidade de 3m (Sertã, 1986).

Fração do solo Mineral Quantidade / observações

Pedregulho Quartzo

grãos arestados de coloração

transparente a leitosos

Granada alterada alguns fragmentos

Areia

Quartzo grãos arestados

Granada muito alterada correspondem a

aproximadamente 5% da amostra

total Agregados

Ferruginosos

Magnetita pequenos traços

Silte

Quartzo presença

Caulinita presença

Goetita presença

Argila Caulinita presença marcante

Goetita alguns traços

3.2.1.2 Areia

A areia foi coletada na Praia da Barra da Tijuca, localizada na zona oeste

da cidade do Rio de Janeiro/RJ. Foi escolhida uma areia de praia no intuito de

avaliar o comportamento mecânico de misturas com este material, analisando

individualmente o papel das cinzas e da cal na resistência das misturas, tendo em

vista que esta areia foi considerada material inerte.

O local da coleta foi escolhido em função da presença de uma areia de

granulometria fina, sendo ela realizada entre os postos 5 e 6 (Figura 3.4). O

material foi coletado a cerca de 40 cm de profundidade, evitando que eventuais

impurezas também fossem coletadas, e posteriormente, armazenado em sacos

63

plásticos. A Figura 3.5 ilustra este solo, e a sua caracterização é apresentada no

Capítulo 4.

Figura 3.4: Localização do ponto de coleta de areia.

Figura 3.5: Areia.

3.2.2 Cinza volante

A cinza volante é originária do processo de queima do carvão mineral no

Complexo Termelétrico Jorge Lacerda, situado no município Capivari de Baixo,

no estado de Santa Catarina (Figura 3.6). Foi transportada para o Rio de Janeiro

64

por meio da SATC – Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa

Catarina, e foi disposta em tonéis no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente

da PUC-Rio.

Figura 3.6: Localização do Complexo Termelétrico Jorge Lacerda (Leandro, 2005).

A caracterização da cinza volante está presente no Capítulo 4. Na Figura

3.7, podem ser observados com detalhe os aspectos desta cinza.

Figura 3.7: Cinza volante.

O Complexo Termelétrico Jorge Lacerda é considerado o maior complexo

termelétrico movido a carvão mineral da América Latina. Pertence à Companhia

65

Tractebel Energia, que integra o Grupo Franco-Belga GDF-Suez e engloba um

conjunto de usinas termelétricas, como pode ser visto na Figura 3.8. A Figura 3.9

mostra a vista da área de depósito das cinzas desta termelétrica.

O complexo é composto pelas usinas termelétricas A, B e C com

capacidade de produção instalada de 857 Megawatts. De acordo com Pozzobon

(1999 apud Lopes, 2011), com base na classificação da Portaria 100/87 do

Conselho Nacional do Petróleo, as três utilizam o carvão mineral do tipo CE

4500, com baixo teor calorífico, e um elevado teor de cinzas. A Tabela 3.3

apresenta as especificações do carvão mineral utilizado.

Dentre as principais atividades envolvidas na geração de energia

termelétrica neste Complexo, destacam-se a mineração do carvão e seu transporte

até as usinas onde ocorre a geração de energia elétrica, gerando um abastecimento

das indústrias, residências e estabelecimentos comerciais em torno de 35%.

Dos resíduos produzidos da queima do carvão mineral, são produzidas

cerca de 70% de cinzas volantes, alocadas em silos e vendidas para indústrias de

cimento. Quanto à cinza de fundo, uma pequena parte está sendo utilizada em

áreas degradadas pela mineração de carvão; enquanto a maior parte gerada é

destinada às bacias de decantação (Ubaldo, 2005).

Figura 3.8: Usinas pertencentes à Companhia Tractebel (Tractebel Energia, 2010 apud Lopes, 2011).

66

Figura 3.9: Vista geral do Complexo Jorge Lacerda (Tractebel Energia, 2010 apud Lopes, 2011).

Tabela 3.3: Especificações dos carvões energéticos brasileiros (Portaria 100/1987-CNP apud Lopes, 2011). Características CE6000 CE5900 CE5200 CE4700 CE4500 CE4200 CE3700 CE3300 CE3100

Poder calorífico superior

mínimo base seca (kcal/kg)

5700 5900 5200 4700 4500 4200 3700 3150 2950

Granulometria (mm)

35X0 50X0 (*) 50X0 (*) 50X0 50X0 50X0 75X0

Umidade máxima total

(%) 15 20 10 19 10 19 15 17 15

Conteúdo máximo de

cinza (%) 25 22 35 35 43 40 47 54 57

Conteúdo máximo de enxofre (%)

6,5 1,5 2,5 1,5 3,5 1,5 1,5 1,5 1,0

Índice de fechamento

(FSI) - - <2 - <2 - - - -

3.2.3 Cal

A cal utilizada nas misturas é a cal hidratada calcítica, conhecida

comercialmente por “cal hidratada Itaú”. A Norma NBR 7175 (2003) - Cal

hidratada para argamassas – apresenta as suas especificações físicas e químicas,

expostas no Quadro 1.

67

Quadro 1: Exigências físicas e químicas para a cal (NBR 7175).

Exigências físicas

Compostos Limites

CH-I CH-II CH-III

Finura (% retida

acumulada) Peneira 0,600mm 0,5 0,5 0,5

Peneira 0,075mm 10 15 15

Retenção de água 75 75 70

Incorporação de areia 3,0 2,5 2,2

Estabilidade Ausência de cavidades ou protuberâncias

Plasticidade 110 110 110

Exigências químicas

Anidrido carbônico Fábrica (máx) 5% 5% 13%

Depósito (máx) 7% 7% 15%

Óxidos de cálcio e magnésio não hidratado

calculado (CaO + MgO) (máx) 10% 15% 15%

Óxidos totais na base de não voláteis (CaOt +

MgOt) (mín) 90% 88% 88%

3.2.4 Misturas solo-cinza-cal

Para as misturas com areia, foram ensaiadas as porcentagens de 15%, 30%

e 40% de cinza volante, a fim de determinar o “teor ótimo” deste material para a

mistura, no que se refere à melhoria dos parâmetros de resistência do solo (coesão

e ângulo de atrito interno). Para as misturas com solo argiloso, foram ensaiadas as

porcentagens de 15% e 30% de cinza volante.

Vale ressaltar que estas porcentagens de cinza foram definidas com base

na análise dos teores utilizados em pesquisas anteriores.

68

O teor de cal utilizado foi arbitrado em 3%, em substituição ao peso seco

das cinzas, também tendo sido escolhido com base em trabalhos anteriores.

A Tabela 3.4 apresenta os teores de cada material utilizado nas misturas,

assim como as siglas que as descrevem. Durante o tempo de cura, os corpos de

prova foram armazenados em câmara úmida, a temperatura (22°C) e umidade

(10%) constantes, sendo que para uma melhor conservação dos mesmos, eles

foram vedados em plásticos. Os tempos de cura empregados para cada mistura

estão especificados na Tabela 3.5.

Tabela 3.4: Teores e símbolos utilizados para os materiais.

Material/Mistura Solo (%)

Cinza

volante

(%)

Cal (3%) Símbolo

Areia 100 - - A

Solo argiloso 100 - - S

Cinza Volante - 100 - CV

Mistura 1 60 37 3 A60/CV37/C3

Mistura 2 70 27 3 A70/CV27/C3

Mistura 3 85 12 3 A85/CV12/C3

Mistura 4 60 40 - A60/CV40

Mistura 5 70 30 - A70/CV30

Mistura 6 85 15 - A85/CV15

Mistura 7 70 27 3 S70/CV27/C3

Mistura 8 85 12 3 S85/CV12/C3

Mistura 9 70 30 - S70/CV30

Mistura 10 85 15 - S85/CV15

69

Tabela 3.5: Tempos de cura empregados para cada mistura. Mistura Cura (dias)

A85/CV12/C3 0

30

A70/CV27/C3

0

30

100

125

140

A60/CV37/C3

0

30

100

125

140

3.3 Métodos e procedimentos de ensaio 3.3.1 Ensaios de caracterização física

Os ensaios de caracterização física das amostras de solo foram realizados

no intuito de se determinar as suas propriedades-índice, e envolveram os ensaios

de análise granulométrica, densidade específica dos grãos e limites de Atterberg.

Todos estes ensaios foram realizados no Laboratório de Geotecnia e Meio

Ambiente da PUC-Rio, e seguiram as metodologias prescritas nas normas a

seguir:

-NBR 6457 (1986) – Amostras de Solos – Preparação para ensaios de

compactação e caracterização;

-NBR 7181 (1984) – Análise granulométrica;

-NBR 6508 (1984) – Determinação da densidade real dos grãos;

-NBR 6459 (1984) – Solo – Determinação do limite de liquidez;

-NBR 7180 (1984) – Solo – Determinação do limite de plasticidade.

-NBR 12004 (1990) – Solo – Determinação do índice de vazios máximos

de solos não coesivos;

70

-NBR 12051 (1991) – Solo – Determinação do índice de vazios mínimos

de solos não coesivos;

-NBR 7182 (1986) – Solo – Ensaio de compactação.

3.3.1.1 Limites de Atterberg

Os ensaios para a determinação dos limites de liquidez e plasticidade

foram realizados conforme as normas NBR 6459 (1984) e NBR 7180 (1984),

respectivamente.

Através dos resultados obtidos, é possível determinar o índice de

plasticidade do solo, expresso pela equação eq. (3.1):

���%� = ���%� − ���%� eq. (3.1)

3.3.1.2 Densidade real dos grãos

A densidade real dos grãos dos materiais foi determinada de acordo com o

especificado na norma NBR 6508 (1984).

Do material passante na peneira #40, utilizou-se cerca de 120 g para as

misturas com areia e 100 g para as misturas com solo argiloso. Em seguida, foram

colocados 30 g das misturas com areia e 25 g das misturas com solo argiloso em

três picnômetros de 250 mL. Estes picnômetros foram, então, preenchidos com

água destilada e, em seguida, procedeu-se ao processo de deaeração, utilizando

uma bomba de vácuo.

3.3.1.3 Análise granulométrica

A análise granulométrica dos solos e das misturas com cinza foi

determinada de acordo com a norma NBR 7181 (1984).

Peneiraram-se 1000 g de material arenoso e 600 g de material argiloso na

peneira #40, sendo que o retido foi lavado e seco em estufa a 110°C. Após 24

horas, realizou-se o peneiramento grosso com estes materiais. Do material

passante na peneira #40, utilizou-se 70 g para a sedimentação, que foi realizada

71

com o auxílio do defloculante hexametafosfato de sódio. Depois desta etapa, todo

o material foi lavado na peneira #200 para proceder com o peneiramento fino.

Vale ressaltar que, no caso da cinza volante, a análise granulométrica

englobou apenas a sedimentação, por ela apresentar somente frações finas.

3.3.1.4 Índice de vazios máximo e mínimo

O índice de vazios máximo foi determinado para a areia e as misturas

deste com a cinza volante, de acordo com a norma NBR 12004 (1990). Para fins

práticos, estes ensaios não foram realizados para as misturas com cal. Para elas,

foi empregado o resultado da mistura solo-cinza correspondente. Por exemplo,

para a mistura A85/CV12/C3, foi utilizado o resultado obtido para a mistura

A85/CV15.

Com o auxílio de um funil, o solo foi sendo colocado uniformemente em

um cilindro, seguindo trajetórias da borda em direção ao centro do mesmo. Foram

colocadas 3 camadas de solo, de modo que ficasse sobrando cerca de 2 cm de solo

no topo do cilindro. Este excesso foi então retirado com o auxílio de uma régua de

aço biselada. Este procedimento foi repetido 3 vezes, e em cada uma, foi pesado o

conjunto cilindro+solo.

O índice de vazios mínimo foi determinado para os mesmos materiais e

seguiu os procedimentos da norma NBR 12051 (1991). O solo é colocado da

mesma forma; e a cada camada, ele é vibrado por cerca de 1 minuto. Em seguida,

o conjunto é pesado, sendo este procedimento repetido 3 vezes, obtendo-se a

média.

3.3.2 Ensaios de caracterização química e ambiental

Na medida em que a proposta deste trabalho é reutilizar a cinza volante

para outras aplicações, foram feitos ensaios de caracterização química e ambiental

no intuito de verificar a viabilidade do emprego deste resíduo, sem causar danos à

saúde humana e ao meio ambiente.

Estes ensaios foram realizados no Laboratório de Geotecnia e Meio

Ambiente da PUC-Rio em conjunto com o Departamento de Química, e no

72

laboratório TASQA Serviços Analíticos Ltda., de acordo com as metodologias das

seguintes normas:

-NBR 10004 (2004) – Classificação de Resíduos Sólidos;

-NBR 10005 (2004) – Lixiviação de Resíduos Sólidos;

-NBR 10006 (2004) – Solubilização de Resíduos Sólidos;

-NBR 13600 (1996) – Determinação do teor de matéria orgânica por

queima a 440°C.

3.3.2.1 Composição química

Os ensaios de composição química da cinza volante foram realizados por

Lopes (2011), que utilizou em sua pesquisa o mesmo material. Portanto, apenas

foi necessário realizar estes ensaios para as misturas.

Foi utilizada a técnica de espectrometria de fluorescência de raios-x por

energia dispersiva (EDX), sendo o EDX um instrumento que determina

qualitativa e semi-quantitativamente os elementos presentes em uma determinada

amostra, através da aplicação de raios-x na superfície da amostra e da análise dos

fluorescentes raios-x emitidos. Por ser uma técnica não destrutiva para todos os

tipos de amostras (sólidos, líquidos ou pós), é considerada interessante para a

caracterização dos materiais.

Foram armazenados 50 g de cada mistura em sacos plásticos para a

execução dos ensaios químicos, contudo, foi introduzida no equipamento uma

quantidade inferior, devido ao fato de o mesmo conseguir trabalhar com poucas

quantidades de material.

3.3.2.2 Ensaios de solubilização e lixiviação

Estes ensaios também foram realizados por Lopes (2011), cujos resultados

encontram-se no capítulo seguinte. Eles foram feitos pelo laboratório TASQA

Serviços Analíticos Ltda., com o objetivo de classificar o resíduo em estudo.

As amostras foram enviadas em caixas plásticas herméticas, contendo

cerca de 3 kg de material, para o Laboratório localizado em Paulínia, São Paulo.

73

3.3.3 Ensaios de caracterização mecânica 3.3.3.1 Ensaio de compactação Proctor Standard

Os ensaios de compactação foram realizados para o solo puro e as misturas

com os teores de 12%, 15%, 27% e 30% de cinza volante, com a finalidade de

determinar a umidade ótima de compactação e o peso específico seco máximo dos

materiais. Estes ensaios seguiram as metodologias da norma NBR 7182 (1986),

utilizando-se a energia de compactação Proctor Normal e com reuso de material.

Depois de ser seco em estufa a 60 °C, o material foi destorroado e passado

na peneira #4, como determina a norma NBR 6457 (1986). Em seguida, foi

adicionada uma determinada quantidade de água ao material, de forma que ele

ficasse com cerca de 5% de umidade abaixo da umidade ótima. O ensaio de limite

de plasticidade permite estimar com maior precisão este valor, por apresentar um

resultado que pode ser próximo da umidade ótima. Após a adição do volume de

água às misturas do solo argiloso com as diversas porcentagens de cinza,

homogeneizou-se bem o material.

Passada esta etapa, inseriu-se o material dentro do mole cilíndrico pequeno

(cilindro Proctor), aplicando 26 golpes com um soquete pequeno para cada

camada de solo introduzida, totalizando três. Para se conseguir uma boa aderência

entre as camadas compactadas, escarificou-se bem cada uma delas antes de se

compactar a camada sobrejacente. Devido ao emprego de um anel complementar,

atinge-se uma altura de solo maior que a do molde, sendo este excesso removido

com o auxílio de uma régua biselada.

Finalizada a compactação, pesa-se o cilindro juntamente com o solo, e são

retiradas três amostras da região central do corpo de prova com o objetivo de se

obter a sua umidade média após secagem em estufa, e o seu peso específico seco

correspondente.

Após esta etapa, é preparado um novo corpo de prova, com uma

quantidade maior de água, aumentando-se a umidade da mistura em

aproximadamente 2%, prosseguindo-se uma nova compactação e obtendo-se um

novo par de valores de umidade e peso específico seco.

74

Todo este processo foi repetido cinco vezes para cada mistura, a fim de se

obter cinco pares de valores (dois no ramo seco e dois no ramo úmido da curva de

compactação). Com todos os pontos obtidos, plota-se a curva de compactação, de

onde se extraem os valores de umidade ótima e peso específico seco máximo,

correspondentes ao ponto máximo das curvas, e utilizados para a moldagem dos

corpos de prova utilizados nos ensaios de cisalhamento direto.

3.3.3.2 Ensaio de cisalhamento direto

Os ensaios de cisalhamento foram realizados para os dois tipos de solo em

estudo. Para as misturas com areia, utilizou-se 15%, 30% e 40% de cinza volante.

Empregando-se 3% de cal, as porcentagens de cinza adotadas foram 12%, 27% e

37%, sendo as misturas submetidas a 0, 30, 100, 125 e 140 dias de cura. Para as

misturas com solo argiloso, utilizou-se 15% e 30% de cinza volante. As misturas

com cal contaram com a presença de 12% e 27% de cinza, contudo não foram

submetidas ao processo de cura, devido à disponibilidade de tempo.

Estes ensaios foram realizados com o objetivo de determinar a resistência

ao cisalhamento do solo através da obtenção dos parâmetros coesão e ângulo de

atrito. Dessa forma, buscou-se analisar a influência do teor de cinza e do tempo de

cura nestes parâmetros, verificando a viabilidade do emprego destes materiais

para aplicações geotécnicas.

Os procedimentos para a execução dos ensaios estão descritos na norma

ASTM D 3080 (2004). Devido às particularidades de cada solo em estudo, as

técnicas de moldagem do corpo de prova deles foram diferentes, como é descrito a

seguir.

- Preparação dos corpos de prova de areia

Para a confecção dos corpos de prova de areia e misturas desta com os

teores de cinza determinados, a compactação do material foi realizada diretamente

na caixa de cisalhamento, uma vez que a areia é um material não coesivo, não

sendo possível moldá-lo fora do equipamento. Esta compactação foi realizada

manualmente, de maneira uniforme, e de modo que a areia não ficasse muito

75

densa. Com o auxílio de um gabarito, foi possível ajustar a altura do material na

caixa de cisalhamento. A Figura 3.10 ilustra um esquema com essas etapas.

A fim de garantir que o material ficasse com todas as propriedades

adequadas, calculou-se a quantidade de material seco a ser adicionado à caixa de

cisalhamento, acrescido de certo teor de umidade, com o objetivo de auxiliar no

processo de moldagem. A umidade ótima adotada para a areia e as misturas foi de

10%, definida com base na execução de ensaios de cisalhamento direto da areia

sob as umidades de 5, 10, 15 e 20%, tendo sido escolhido este valor pelo fato de,

entre as umidades estudadas, a de 10% ter sido a que apresentou melhores

resultados. Os valores do peso específico seco da areia e das misturas foram

calculados com base nos ensaios de índices de vazios máximo e mínimo, e de

densidade real dos grãos. A densidade relativa adotada para a areia e as misturas

foi de 50%, pelo fato de este valor ter sido utilizado em pesquisas anteriores,

demonstrando bons resultados.

Figura 3.10: Processo de moldagem do corpo de prova arenoso.

76

-Preparação dos corpos de prova do solo argiloso

Para a confecção dos corpos de prova do solo argiloso e das suas misturas,

primeiramente, compactou-se um corpo de prova cilíndrico na energia Proctor

Normal com umidade ótima e peso específico seco máximo obtidos por meio dos

ensaios de compactação.

Devido às dimensões da caixa de cisalhamento (10,2 cm x 10,2 cm x 2,5

cm), a compactação do corpo de prova foi realizada no cilindro grande, de

dimensões 15,08 cm x 17,78 cm (diâmetro x altura), utilizando-se o soquete

grande (4,53 kg) e ajustando-se o número de golpes e o número de camadas para

que a energia de compactação fosse igualada à aplicada no cilindro pequeno.

Assim, foram feitas 5 camadas, e aplicados 12 golpes em cada uma, conforme a

norma NBR 7182 (1986).

Obtido o cilindro compactado, moldaram-se 3 corpos de prova para o

ensaio de cisalhamento direto. O procedimento de moldagem consiste na cravação

de um anel metálico, com aproximadamente as mesmas dimensões da caixa de

cisalhamento, no cilindro obtido. A cravação é feita uniformemente, escavando-se

as laterais para o alívio de tensões. Antes da cravação do anel, é importante que

suas laterais sejam untadas com vaselina para que o corpo de prova não se

danifique ao ser transferido para o equipamento. Por fim, com o auxílio de um cap

de acrílico, o corpo de prova é então transferido para a caixa de cisalhamento. A

Figura 3.11 mostra o processo de moldagem do corpo de prova argiloso.

77

Figura 3.11: Processo de moldagem do corpo de prova argiloso.

A caixa de cisalhamento é dividida horizontalmente em duas metades e a

força normal é aplicada no corpo de prova a partir do topo da caixa de

cisalhamento. A força de cisalhamento é aplicada movendo-se uma metade da

caixa em relação à outra para provocar a ruptura. As caixas superior e inferior são

distanciadas de 5,0 mm antes de iniciar a fase de cisalhamento do ensaio, para que

o deslocamento relativo entre elas possa ocorrer. Acima e abaixo do corpo de

prova, são colocadas placas ranhuradas que fornecem atrito ao solo, impedindo

que este deslize quando aplicada a força horizontal. Também são colocados papéis

filtro para impedir o carreamento de partículas, e pedras porosas para que a

drenagem possa ocorrer livremente, estando o corpo de prova completamente ou

parcialmente saturado.

O ensaio de cisalhamento direto realizado ocorreu com o controle da

deformação, onde uma taxa constante de deslocamento cisalhante é aplicada na

metade superior da caixa por um motor que atua por meio de engrenagens, a uma

velocidade determinada por um fator que vai de acordo com a carga aplicada

verticalmente. Essa velocidade é calculada através dos dados da fase inicial do

ensaio, chamada fase de adensamento, onde o corpo de prova é submetido

somente à tensão vertical, sendo medida a variação de altura com o tempo, até que

esta se estabilize. Através de um gráfico de deslocamento vertical versus raiz do

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tempo (t), obtém-se o valor de t100, correspondente a 100% do adensamento, e

calcula-se a velocidade a ser adotada na fase de cisalhamento. Para as misturas

com o solo argiloso, o tempo de adensamento foi estipulado em 24 horas; já para

as misturas com areia, o adensamento é praticamente imediato, tendo sido adotado

o tempo de 20 minutos para melhor estipulação da velocidade de ensaio a ser

adotada.

Na fase de cisalhamento, a ruptura sofrida pelo corpo de prova ocorre ao

longo do plano de divisão da caixa. O deslocamento horizontal da metade superior

da caixa é medido por um LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

horizontal, que funciona como um sensor para medição de deslocamento linear.

As variações da altura do corpo de prova, ou seja, as variações do volume do

mesmo ao longo do ensaio são obtidas através das leituras no LVDT vertical. O

anel de carga mede a força horizontal variável à qual o corpo de prova está sendo

submetido.

Os ensaios foram repetidos em três tensões distintas, em corpos de prova

similares, para cada solo e mistura. No caso da areia, adotaram-se os valores de

50, 150 e 300 kPa para as tensões normais aplicadas. Para o solo argiloso,

aplicou-se 200 kPa ao invés de 150 kPa. Através do gráfico da Tensão Cisalhante

Máxima, que indica o momento da ruptura, versus Tensão Normal, pré-definida,

determinam-se as envoltórias de ruptura e os parâmetros de resistência ao

cisalhamento do solo. A Figura 3.13 ilustra o equipamento de cisalhamento direto

utilizado na presente pesquisa.

Figura 3.12: Prensa utilizada para os ensaios de cisalhamento direto.