a influÊncia da qualidade da amostra no

A INFLUÊNCIA DA QUALIDADE DA AMOSTRA NO COMPORTAMENTO

TENSÃO-DEFORMAÇÃO-RESISTÊNCIA DE ARGILAS MOLES

Joaquim Teodoro Romão de Oliveira

TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS

PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS

EM ENGENHARIA CIVIL.

Aprovada por:

__________________________________________________

Prof. Fernando Artur Brasil Danziger, D.Sc. (Presidente)

__________________________________________________

Prof. Roberto Quental Coutinho, D.Sc.

__________________________________________________

Prof. Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayão, Ph. D.

__________________________________________________

Prof. Carlos de Sousa Pinto, D.Sc.

__________________________________________________

Prof. Ian Schumann Marques Martins, D.Sc.

__________________________________________________

Prof. Márcio de Souza Soares Almeida, Ph. D.

__________________________________________________

Prof. Willy Alvarenga Lacerda, Ph. D.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

AGOSTO DE 2002

ii

OLIVEIRA, JOAQUIM TEODORO ROMÃO DE

A Influência da qualidade da amostra no

comportamento tensão-deformação-resistência de

argilas moles [Rio de Janeiro] 2002

XII, 264 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, D.Sc.,

Engenharia Civil, 2002)

Tese – Universidade Federal do Rio de

Janeiro, COPPE

1.Qualidade de amostras

2.Argilas Moles

3.Ensaios de laboratório

I.COPPE/UFRJ II. Título (Série)

iii

Esta tese é dedicada aos meus pais Adalio e Glória, à

minha esposa Fernanda e aos meus filhos Pedro e

Mariana.

iv

AGRADECIMENTOS

A Deus por Ter me concedido o Dom da vida.

Aos meus pais Adalio e Maria da Glória Romão de Oliveira pelo amor, paciência e

apoio que sempre me dedicaram.

À minha esposa Fernanda e aos meus filhos Pedro e Mariana pelo amor, carinho,

compreensão, incentivo e momentos de ternura.

Ao meu irmão José Henrique pela amizade e atividades esportivas. À minha cunhada

Susana e aos meus sobrinhos Luisa e Vítor pela força e momentos de descontração.

Aos profs. Fernando Danziger e Roberto Coutinho pelo estímulo, amizade e orientação

deste trabalho.

Aos prof. Ian Martins, Márcia Almeida, Willy Lacerda da COPPE/UFRJ, Alberto Sayão

da PUC-Rio e Carlos de Sousa Pinto da USP pela avaliação da tese e pelas sugestões.

Aos pesquisadores do NGI Tom Lunne e Stein Strandvik pelo empréstimo e operação

do amostrador Sherbrooke e pelas discussões técnicas.

Ao prof. Alexandre Gusmão pela amizade, apoio, discussões e parceria na pesquisa

aplicada a recalque de edifícios.

Aos Engenheiros Sérgio Iório e Hélcio Souza, técnicos Carlinhos e França da

COPPE/UFRJ, pelo apoio na campanha de amostragem Sherbrooke no Rio de Janeiro.

Ao técnico Francisco Carlos da UFPE pelo apoio na campanha de amostragem em

Recife e pela realização dos ensaios de laboratório.

Ao engenheiro Antônio Brito e técnicos João Telles e Severino Costa da UFPE pelo

apoio operacional.

Aos alunos de Iniciação Científica João Carlos Muniz Filho, Patrícia Neves Silva e

Izabela BrandãoVeríssimo de Souza pelo apoio operacional.

Aos colegas de doutorado Marcos Massao Futai, João Barbosa de Souza Neto e

Erinaldo Cavalcante pela amizade, apoio e convivência.

Aos colegas da República Francisco Abreu, Roberto Guimarães, Carlos Carrillo e Décio

pelas discussões geotécnicas e pelo acolhimento no Rio. À Lusmar pela delícias

gastronômicas.

Aos colegas do GEGEP/UFPE: Leonardo, Sarita, Ana Tereza, Kalinny, Fabíola, Ana

Patrícia, Marília, Everaldo, Aldo, Rafael, André, Igor, Kalline, Bruno pela amizade e

pela convivência.

Aos profs. da Área de Geotecnia da COPPE/UFRJ e DEC/UFPE pelo incentivo.

v

Ao PICDT/UFPE, UNICAP, CNPq e PRONEX pelo apoio financeiro.

Aos amigos Cadinho, Fefeu, Dario, Cristiano, Rogério, e Cláudio pela amizade,

companheirismo e momentos de alegria.

A todos os membros da minha família e a todos que contribuíram direta ou

indiretamente para elaboração deste trabalho.

vi

“Ainda que eu falasse a língua dos homens, que falasse a língua dos anjos, sem amor eu

nada seria” (1 Cor 13:1)

“O engenheiro pensa o mundo justo, mundo que nenhum véu encobre”

(João Cabral de Melo Neto)

“Trago as luzes dos postes nos olhos,

Rios e pontes no coração,

Pernambuco embaixo dos pés

E minha mente na imensidão.”

(Chico Science)

vii

Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.)

A INFLUÊNCIA DA QUALIDADE DA AMOSTRA NO COMPORTAMENTO

TENSÃO-DEFORMAÇÃO-RESISTÊNCIA DE ARGILAS MOLES


Agosto/2002

Orientadores: Fernando Artur Brasil Danziger (COPPE/UFRJ)

Roberto Quental Coutinho (UFPE)

Programa: Engenharia Civil

Esta tese apresenta a primeira campanha de amostragem utilizando o amostrador

Sherbrooke realizada no Brasil, através de cooperação científica com o Instituto

Norueguês de Geotecnia (NGI). Foram utilizadas como locais de estudo duas Áreas de

Pesquisa em argilas moles: uma no Rio de Janeiro e outra em Recife. Ensaios de

laboratório de deformação e resistência foram realizados nestas amostras coletadas e

seus resultados comparados com ensaios executados em amostras tubulares (Shelby e

Pistão) de diferentes diâmetros. Critérios de avaliação da qualidade de amostras de

argila mole existentes na literatura são discutidos e adaptados para realidade brasileira.

São analisados os efeitos do transporte, da moldagem do corpo de prova, da

estruturação e do armazenamento na qualidade das amostras, entre outros. São

propostos métodos de correção da tensão de pré-adensamento e da curva edométrica

para levar em conta o amolgamento. Uma aplicação prática da influência da qualidade

na estimativa de recalques de edifícios é também apresentada.

viii

Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Doctor of Sciences (D.Sc.)

SAMPLE QUALITY INFLUENCE IN THE STRES-STRAIN-STRENGTH

BEHAVIOUR OF THE SOFT CLAYS


August/2002

Advisors: Fernando Artur Brasil Danziger (COPPE/UFRJ)

Roberto Quental Coutinho (UFPE)

Department: Civil Engineering

This thesis presents the first Sherbrooke sampling program in the Brazil, carried out

through cooperation with the Norwegian Geotechnical Institute (NGI). It were used two

research soft clays sites: Rio de Janeiro and Recife. Deformation and strength laboratory

tests carried out in the collected samples and your results compared with tests carried

out in tubular samples (opened Shelby and stattionary piston) of the different diameters.

Criteria of soft clay sample quality classification of the literature are discussed and

adapted to Brazilian reality. It were analyzed the effects of the transport, trimming,

structuration and storage in the sample quality. It were proposed approaches to correct

of the preconsolidation pressure and of the oedometer curve to take account the

disturbance. A practical application of the sample quality influence in the building

settlements is presented also.

ix

ÍNDICE

1.Introdução 1

1.1.Relevância do tema 1

1.2.Objetivos da tese 2

1.3.Descrição dos Capítulos 2

2.Revisão Bibliográfica 4

2.1.Análise teórica do processo de amostragem 4

2.2.Tipos de amostras e amostradores 13

2.2.1.Tipos de amostras 13

2.2.2.Tipos de amostradores 19

2.2.3.Fatores influentes na amostragem 28

2.2.3.1 Método de deslocamento versus método do pré-furo 28

2.2.3.2 Diâmetro do amostrador 30

2.2.3.3 Relação diâmetro do corpo de prova/diâmetro da amostra 31

2.2.3.4 Espessura da parede do amostrador 33

2.2.3.5 Ângulo da sapata de corte 34

2.3.Rotina de manuseio de amostras em laboratório 37

2.3.1.Laboratório de Geotecnia da UFPE 37

2.3.2. Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ 40

2.4.Influência da qualidade da amostra nos parâmetros geotécnicos 43

2.4.1. Parâmetros de compressibilidade 43

2.4.2. Parâmetros de resistência 50

2.5.Efeito da estrutura da argila 55

3.Descrição dos locais de estudo 62

3.1.Introdução 62

3.2.Rio de Janeiro 62

3.3 Recife 70

x

4.Campanha de amostragem Sherbrooke 83

4.1. Introdução 83

4.2. Rio de Janeiro 86

4.3. Recife 96

5.Apresentação dos resultados de laboratório 104

5.1 Introdução 104

5.2 Rio de Janeiro 104

5.2.1 Ensaios de deformação 105

5.2.2 Ensaios de resistência 120

5.2.2.1 Triaxial UU-C 120

5.2.2.2 Triaxial CIU-C 124

5.2.2.3 Triaxial CAU-C 128

5.3 Recife 133

5.3.1 Ensaios de deformação 133

5.3.1.1 Ensaio edométrico incremental 133

5.3.1.2 Ensaio isotrópico 140

5.3.2 Ensaios de resistência 142

5.3.2.1 Triaxial UU-C 142

5.3.2.2 Triaxial CIU-C 143

5.3.2.3 Triaxial CAU-C 145

6.Discussão dos resultados 150

6.1 Influência do transporte 150

6.2 Comparação de resultados: amostradores tubulares x Sherbrooke 153

6.2.1 Curvas tensão-deformação edométrica 155

6.2.1.1 Argila do Rio de Janeiro 155

6.2.1.2 Argila de Recife 158

6.2.2 Coeficiente de adensamento vertical 162



xi

6.2.3 Módulo edométrico 166



6.2.4 Perfis de parâmetros geotécnicos de compressibilidade 171



6.2.5 Curvas tensão-deformação triaxiais 179



6.2.6 Caminhos de tensão 184



6.2.7 Curvas de escoamento 186

6.3 Avaliação da qualidade das amostras 186

6.3.1 Critério de LUNNE et al. (1997) 186

6.3.2 Critério de HONG e ONITSUKA (1998) 188

6.3.3 Adaptação de propostas de classificação 193

6.4 Influência do diâmetro do corpo de prova 198

6.5 Influência do método de moldagem 201

6.6 Influência da estruturação 203

6.7 Influência do armazenamento 208

6.8 Proposta de correção da tensão de pré-adensamento 211

6.9 Proposta de construção de família de curvas edométricas 214

6.10 Correção de SCHMERTMANN (1955) 223

7.Aplicação prática: estimativa de recalque e qualidade da amostra 233

7.1 Introdução 233

7.2 Edifício analisado 234

7.3 Reavaliação dos recalques estimados 239

7.3.1 Influência do método de cálculo 239

7.3.2. Influência da qualidade da amostra 241

7.3.3 Considerações sobre a igualdade Cr e Cs 243

xii

7.3.4 Efeito da velocidade de deformação 244

7.4 Efeito da correção da tensão de pré-adensamento 247

8.Conclusões e sugestões para futuras pesquisas 249

8.1.Conclusões 249

8.2.Sugestões para futuras pesquisas 250

Referências Bibliográficas 253

1

CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. ANÁLISE TEÓRICA DO PROCESSO DE AMOSTRAGEM

HVORSLEV (1949) classifica o amolgamento em 5 tipos básicos:

1) Variação nas condições de tensão;

2) Variação na umidade e no índice de vazios;

3) Amolgamento da estrutura do solo;

4) Variação química e;

5) Mistura e separação dos constituintes do solo.

O amolgamento da estrutura do solo, segundo HVORSLEV (1949), consiste no

enfraquecimento da adesão entre as partículas ou no rearranjo estrutural dos grãos do

solo. Variação no estado de tensão será discutido mais adiante, e variação química, na

umidade e no índice de vazios, bem como mistura dos constituintes do solo pressupõem

alterações básicas nas propriedades índices do material.

HVORSLEV (1949) comenta ainda que a influência destes amolgamentos nos

resultados dos ensaios de laboratório depende não apenas do tipo e grau de

amolgamento, mas também das características do solo e da técnica de ensaio.

Segundo SANDRONI (1977) o ato de amostragem e manuseio da amostra obtida tem

duas consequências indesejáveis:

1. A distorção estrutural;

2. Variação do estado de tensões efetivas.

Comenta o autor que a distorção estrutural é devido à inevitável destruição do arranjo

micro-estrutural dos grãos, quando do puncionamento pelo amostrador e que a região do

solo afetada por esta distorção é da mesma ordem de grandeza da espessura das paredes

do amostrador. A variação da tensão efetiva durante a amostragem é inevitável, porque

é decorrente da solicitação não-drenada de descarregamento impossível de evitar

durante a operação. Este ponto será detalhado adiante neste item.

LEROUEIL e JAMIOLKOWSKI (1991) definem amolgamento como a destruição na

aglutinação entre os pontos de contato dos grãos. O amolgamento na amostragem

2

acontece essencialmente a umidade constante. As duas principais causas do

amolgamento, ainda segundo LEROUEIL e JAMIOLKOWSKI (1991), são:

a) distorção mecânica associada a operação de amostragem e;

b) alívio das tensões totais de campo.

JAMIOLKOWSKI et al. (1985) consideram que vários fatores durante o processo de

amostragem e preparação dos corpos de prova em solos argilosos podem ser causa de

amolgamento, entre eles:

• Variação nas tensões devido à abertura do furo

• Remoção das tensões cisalhantes de campo

• Geometria e tipo do amostrador

• Método de cravação do amostrador

• Relação entre diâmetro do amostrador e do corpo de prova

• Transporte, armazenagem e manuseio no laboratório.

SKEMPTON e SOWA (1963) apresentaram didaticamente a variação do estado de

tensão total e efetivo durante a amostragem. Considerando um elemento de argila no

campo submetido a um estado anisotrópico de tensões totais σ1 e σ3, poro-pressão u0 e

tensões efetivas p e K0p. Se este elemento é removido do terreno, na amostragem, sem

amolgamento mecânico e sem variação de umidade, as tensões totais são reduzidas a

zero e a poro-pressão torna-se negativa nesta amostra (uk). A argila está neste estágio

submetida a um estado de tensão efetiva isotrópica pk numericamente igual à poro-

pressão e de sinal contrário (pk = - uk). Quando esta argila é ensaiada na célula triaxial,

aplica-se uma tensão confinante igual a σ3 e a poro-pressão no corpo de prova será igual

a us, onde us = uk + σ3. A Figura 2.1 ilustra esquematicamente esta variação do estado

de tensões.

LADD e LAMBE (1963) definiram o conceito de amostragem perfeita. O significado

deste termo está relacionado ao processo onde o amolgamento é causado apenas pelo

alívio das tensões cisalhantes de campo. A amostragem real entretanto apresenta

amolgamentos adicionais, além do alívio de tensões, tais como perfuração, cravação do

tubo, extrusão, redistribuição de umidade, moldagem e montagem na célula. Os autores

3

consideram o procedimento de amostragem composto por todas estas etapas. Em todas

estas etapas ocorre redução da tensão efetiva do solo.

Figura 2.1 – Variação do estado de tensão total e efetivo durante amostragem

(SKEMPTON e SOWA, 1963)

A Figura 2.2 ilustra o caminho de tensões que ocorre durante um processo de

amostragem e manuseio, segundo LADD e LAMBE (1963). O ponto A representa o

estado de tensões in situ do solo antes da amostragem. O ponto P corresponde à

amostragem perfeita. O ponto B corresponde ao final da cravação do amostrador e o

ponto C representa a retirada da amostra do terreno. O ponto D corresponde ao final da

extrusão da amostra do tubo. O ponto E representa a variação na tensão efetiva devido à

poro-pressão de cavitação e redistribuição da umidade, enquanto o ponto F indica a

diminuição na tensão efetiva devido à moldagem e montagem na célula triaxial. O ponto

G representa a tensão efetiva de um corpo de prova no início de um ensaio triaxial UU,

após a aplicação da tensão confinante.

A amostragem perfeita de argilas saturadas, segundo BALIGH (1987), denota o

processo idealizado de alívio do estado de tensão anisotrópico de campo para uma

condição final isotrópica, a que a amostra está submetida antes de ser ensaiada. LADD e

4

LAMBE (1963) propuseram ainda um índice para avaliar o amolgamento associado ao

conceito de amostragem perfeita. O índice é a relação σ’r/σ’ps , onde σ’r é a tensão

residual após a amostragem (Ponto G - Fig. 2.2) e σ’ps é a tensão residual

correspondente à amostragem perfeita (Ponto P - Fig. 2.2). Quanto mais próximo estiver

do valor igual a 1 este índice melhor a qualidade da amostra. O valor de σ’ps é dado pela

seguinte expressão:

σ’ps = σ’vo [K0 + Au (1- K0)] (2-1)

onde: Au = (∆u-∆σh)/(∆σv-∆σh) (2-2)

∆σh - Variação na tensão horizontal para atingir o estado isotrópico

∆σv - Variação na tensão vertical para atingir o estado isotrópico

LADD e LAMBE (1963) comentam que a relação σ’ps /σ’r pode ser usada como uma

espécie de OCR e que sendo seu valor maior do que 1, os corpos de prova se

apresentam um comportamento de um solo pré-adensado. LADD e LAMBE (1963)

comentam ainda que a relação σ’r/σ’ps variou entre 0,11 e 0,43 para a argila de

Kawasaki no Japão e entre 0,01 e 0,34 para a argila azul de Boston. Os autores afirmam

que relação σ’r/σ’ps para argilas normalmente adensadas é tipicamente inferior a 0,33 e

que por esta razão a resistência obtida em ensaios UU é inferior à resistência de campo.

SANDRONI (1977), citando COSTA FILHO (1976), relata que a relação σ’r/σ’ps

variou entre 0,74 e 0,94 na argila de Sarapuí em amostras tubulares de 125 mm de

diâmetro.

COUTINHO (1986) determinou nos ensaios triaxiais realizados na argila de Juturnaíba

a tensão residual σ’r . Considerando o K0 utilizado por COUTINHO (1986), o autor da

presente tese deteminou a tensão residual correspondente à amostragem perfeita σ’ps.

Foi determinado então a faixa da relação σ’r/σ’ps, que variou entre 0,5 e 0,9. Vale

ressaltar que as argilas brasileiras são mais plásticas que a argila de Boston, sendo

portanto menos sensíveis ao amolgamento.

HIGHT et al. (1992) mostraram que o critério da medida da tensão residual pode ser

interessante para um dado local. Estes autores compararam resultados medidos com

diferentes amostradores na argila de Bothkennar: pistão de 100 mm, Laval e Sherbrooke

(ver item 2.2.2). Encontraram valores menores para amostradores tubulares, coerente

com a qualidade inferior destes amostradores para este estudo. Por outro lado

TANAKA (2000), citado por LEROUEIL (2002), relata tensões residuais inferiores a

5

1/6 da tensão efetiva de campo, em amostras de alta qualidade, que indica que este

parâmetro não pode ser usado como um indicador geral para avaliar qualidade de

amostras. LEROUEIL (2002) comenta ainda que o melhor critério parece ser a variação

relativa no índice de vazios (∆e/e0), sugerido por LUNNE et al. (1997) (ver item 2.2.1).

Figura 2.2 - Caminho de tensões teórico no processo de amostragem tubular (LADD e

LAMBE, 1963)

SKEMPTON e SOWA (1963) realizaram um estudo experimental no laboratório, para

descobrir se a resistência não-drenada de uma amostra perfeita é a mesma do solo no

terreno. A argila utilizada foi a Weald Clay reconstituída em laboratório, normalmente

adensada na condição K0 , para as tensões de campo. Esta argila tem as seguintes

propriedades índices: índice de plasticidade igual a 24%, índice de atividade igual a

0,63 e sensibilidade igual a 2. Os autores simularam corpos de prova que representariam

a condição anisotrópica de campo e a condição isotrópica após a amostragem perfeita.

Realizaram ensaios triaxiais adensados não-drenados e obtiveram valores de resistência

da amostra perfeita e do terreno com diferenças entre 1 e 2% (em média a resistência da

amostra 1,5% menor do que a resistência do terreno). Os autores concluem que a

resistência não-drenada de uma amostra obtida sem amolgamento mecânico

6

(amostragem perfeita) não deve ser diferente da resistência da argila no terreno. Esta

conclusão segundo ainda SKEMPTON e SOWA (1963) é válida se não houver variação

de umidade durante a amostragem e se as deformações ocorridas durante a amostragem

não forem suficientemente grandes para causar variação significativa na micro-estrutura

do solo.

Utilizando amostras da argila de San Francisco que tem sensibilidade igual a 8,

NOORANY e SEED (1965) encontraram valores de resistência não-drenada da amostra

perfeita em média 6% inferiores àquela do terreno. Os autores comentam que o simples

alívio de tensões induzirá deformações suficientes e variação na poro-pressão que

causam esta diminuição de resistência. Concluem então que a resistência obtida em

ensaios trixiais UU será conservativa.

BALIGH et al. (1987) propuseram uma abordagem chamada de Método da

Amostragem Ideal (ISA), que é baseada no método do caminho de deformações

(BALIGH, 1985), e considerado pelos autores como uma extensão da abordagem de

amostragem perfeita. Este método denota uma idealização da incorporação dos efeitos

da penetração do tubo, coleta da amostra, extrusão do tubo, desprezando outros tipos de

amolgamento, tais como a influência do operador e a variação de umidade do solo.

Durante a penetração de um tubo de amostragem no solo, a amostra está sujeita a uma

compressão inicial acima do amostrador, uma fase de extensão nas proximidades da

sapata de corte e uma segunda compressão dentro do tubo. Os valores das deformações

de compressão e extensão dependem da relação entre o diâmetro e a espessura da parede

do amostrador (B/t). A Figura 2.3 ilustra este comentário. BALIGH et al. (1987)

consideram que as previsões baseadas na abordagem da amostragem perfeita podem

fornecer estimativas razoáveis de mínimo amolgamento em amostras do tipo bloco,

enquanto a metodologia proposta por estes autores é mais representativa de

amolgamento associado com amostradores tubulares, comumente usados na prática.

7

Figura 2.3 - Deformações no centro de amostradores causadas pela penetração no

terreno (BALIGH et al. ,1987)

TAVENAS e LEROUEIL (1987) resumiram a questão do amolgamento na

amostragem, analisando o caminho de tensões, em duas situações:

a) Amostragem perfeita

b) Amostragem tubular

Para uma argila natural que tem o estado de tensão no campo representado pelo ponto A

na Figura 2.4a , na amostragem perfeita na condição não-drenada o caminho de tensões

seguido é a linha AA1 (Figura 2.4a ). A tensão efetiva média permanece constante.

Desde que o caminho de tensões permaneça dentro da curva de estado limite, o

amolgamento não é significante. Entretanto, no caso de uma argila levemente pré-

adensada (ponto B – Figura 2.4a), o caminho de tensões segue a reta BB1 e pode tocar a

curva de estado limite e desestruturar a argila antes de atingir a condição isotrópica.

Segundo TAVENAS e LEROUEIL (1987), isto indica que até na amostragem perfeita

uma argila levemente pré-adensada pode ser amolgada.

Em relação à amostragem tubular, o solo experimenta sucessivamente uma compressão,

uma extensão e uma segunda compressão como previsto por BALIGH et al. (1987). O

caminho de tensões associado segue a poligonal abcde da Figura 2.4b. BALIGH et al.

8

(1987) também demonstrou que a deformação máxima de ruptura (εmáx) obtido neste

processo aumenta com o aumento da relação espessura da parede/diâmetro do

amostrador. Se εmáx é menor do que a deformação de ruptura do material intacto, o

caminho de tensões permanece dentro da curva de estado limite, como mostra a Figura

2.4b. As condições de amostragem são muitas boas. Por outro lado se εmáx é maior do

que a deformação de ruptura do solo intacto, o caminho de tensões atinge a curva de

estado limite no ponto F (Figura 2.4c) e o solo é desestruturado. TAVENAS e

LEROUEIL (1987) comentam ainda que como a deformação de ruptura geralmente

aumenta com o aumento da plasticidade, as argilas plásticas são menos sensíveis ao

amolgamento.

Figura 2.4 – Caminho de tensões durante amostragem (TAVENAS e LEROUEIL,

1987)

HIGHT (2000) apresentou um estado da arte sobre as metodologias para avaliar a

qualidade das amostras, ou seja o nível de amolgamento do solo. As metodologias

citadas são:

• Inspeção visual da estrutura (“fabric”)

• Medição da tensão média efetiva inicial

• Medição das deformações durante a reconsolidação

• Comparação em campo e laboratório de velocidades de ondas sísmicas.

A seguir serão comentados estes métodos.

• Inspeção visual da estrutura

9

HIGHT (2000) comenta que a inspeção visual da estrutura é importante para avaliação

da redistribuição dos teores de umidade entre camadas adjacentes de areia e argila,

embora não seja suficiente para determinar o nível de amolgamento. Apenas as grandes

distorções na zona periférica podem ser identificadas, enquanto as deformações na zona

central não são detectadas.

• Medição da tensão média efetiva inicial (tensão residual)

Como já comentado anteriormente, LADD e LAMBE (1963) propuseram um índice

para avaliar o amolgamento associado ao conceito de amostragem perfeita. O índice é a

relação σ’r/σ’ps , onde σ’r é a tensão residual após a amostragem (Ponto G - Fig. 2.2) e

σ’ps é a tensão residual correspondente à amostragem perfeita (Ponto P - Fig. 2.2).

Baseado em resultados na argila de Bothkennar (ver item 2.3) HIGHT (2000) comenta

que a medida da tensão média efetiva inicial indica diferenças na qualidade entre

diferentes amostradores (Laval e pistão – Figura 2.5). Entretanto esta medida isolada

não é suficiente e não pode indicar o grau de desestruturação que ocorreu.

Figura 2.5 – Comparação das tensões médias efetivas no campo e após a amostragem –

amostradores Laval e pistão 100 mm – argila de Bothkennar (HIGHT, 2000)

10

• Medição das deformações durante a reconsolidação

Segundo HIGHT (2000) as deformações de reconsolidação às tensões de campo,

dependem da redução na tensão efetiva e do grau de desestruturação ocorrido durante a

amostragem. O valor absoluto desta deformação depende do caminho de tensão seguido

na reconsolidação e da compressibilidade do solo. LUNNE et al. (1997) sugerem a

utilização da relação ∆e/e0, onde ∆e é a variação do índice de vazios e e0 é o índice de

vazios inicial. Maiores detalhes sobre a utilização deste método serão apresentados no

item 2.2.1.

• Comparação em campo e laboratório de velocidades de ondas sísmicas

HIGHT (2000) afirma que a velocidade da onda sísmica ou cisalhante diminui em uma

argila após a amostragem devido à desestruturação. A comparação entre medidas desta

velocidade em campo e laboratório pode ser utilizada para avaliação da qualidade da

amostra. Para a comparação ser válida a amostra deve ser reconsolidada às tensões de

campo. No laboratório esta medida pode ser realizada com o emprego da técnica de

“Bender elements” em corpos de prova triaxiais ou edométricos (Ver LUNNE et al.,

1997 e FONSECA e FERREIRA, 2002). No campo a medida da onda cisalhante pode

ser feita com o uso do cone sísmico.

Baseado em ensaios realizados na argila de Lierstranda na Noruega, LUNNE et al.

(1997) afirmam que este método não deve ser um bom indicador do amolgamento da

amostra. Os autores comentam que as diferenças encontradas não estão associadas com

a qualidade da amostra, mas com diferenças na medida e interpretação dos ensaios de

campo e laboratório.

2.2.TIPOS DE AMOSTRAS E AMOSTRADORES 2.2.1.TIPOS DE AMOSTRAS

HVORSLEV (1949) considera a seguinte classificação para os diferentes tipos de

amostras, de uma maneira geral:

11

1)Amostras não-representativas

2)Amostras representativas

3)Amostras indeformadas

Algumas características destes tipos de amostras são resumidas a seguir:

1)Amostras não-representativas

.solos de várias camadas misturados

.alguns componentes do solo removidos

.materiais estranhos dentro da amostra

2)Amostras representativas

.estrutura do solo destruída

.variação na umidade ou índice de vazios

.sem variação nos constituintes do solo

3)Amostras indeformadas

.sem destruição (amolgamento) da estrutura do solo

.sem variação na umidade, índice de vazios e composição química

Ainda segundo HVORSLEV (1949), as amostras não-representativas não são adequadas

para ensaios de laboratório, permitindo apenas uma classificação preliminar das

variações das camadas do terreno e indicando em que profundidades amostras

representativas ou indeformadas devem ser obtidas. Atualmente estas amostras não são

mais consideradas úteis para uso em investigações geotécnicas (CLAYTON et al.,

1982). As amostras representativas seriam adequadas apenas para realização de ensaios

de classificação, enquanto que as amostras indeformadas seriam indicadas para todos os

tipos de ensaios de laboratório, principalmente os ensaios de resistência, de

deformabilidade e permeabilidade.

Uma outra classificação existente é a proposta por ROWE (1972), modificando o

trabalho de IDEL et al (1969), segundo CLAYTON et al. (1982). Esta classificação

12

considera 5 qualidades de amostras. A Tabela 2.1 apresenta um resumo desta

classificação.

ROWE (1972) comenta que o Nível de Qualidade 1 é um outro nome para amostras

indeformadas de boa qualidade, como as obtidas por amostradores tubulares de parede

fina dotados de pistão estacionário. O Nível de Qualidade 2 permite um certo grau de

amolgamento, sem afetar significativamente as propriedades mecânicas do material. As

amostras de Qualidade 3 podem ser usadas principalmente para análise da estrutura do

solo e são divididas em dois tipos. Qualidade 3A exige 100% de recuperação em

amostragem contínua, enquanto Qualidade 3B permite até 10% de perda entre amostras

consecutivas. Amostras de Qualidade 4 são deformadas e fornecem a seqüência de

camadas. Qualidade 5 se refere a amostras obtidas a partir da lavagem em sondagem de

simples reconhecimento, indicando apenas a seqüência aproximada das camadas.

Segundo LUNNE et al. (1997), o Instituto Norueguês de Geotecnia (NGI) utiliza desde

muito tempo a deformação volumétrica (εvo) correspondente às tensões geostáticas no

campo (σ’vo) como indicador de amolgamento e consequentemente da qualidade de

amostras argilosas (ANDRESEN & KOLSTAD, 1979).

LUNNE et al. (1997) sugerem a utilização de ∆e/eo, ao invés de εvo para classificar

amostras de argila, onde ∆e = e0 – eV0. Os autores consideram e0 o índice de vazios

inicial da amostra e eV0 o índice de vazios correspondente à tensão efetiva de campo.

Estes autores justificam que uma variação no volume de vazios (∆e) é mais prejudicial à

estrutura do solo quanto menor for o índice de vazios inicial (eo), sendo então sugerido

usar ∆e/eo. Vale salientar que a utilização de εvo dispensa a realização do ensaio de

densidade dos grãos. Baseado na experiência do NGI os autores propuseram um critério

de avaliação de amolgamento. A Tabela 2.2 apresenta a proposta de classificação. A

Tabela proposta pode ser também construída em termos de εV0, para uma argila

particular, multiplicando-se ∆e/e0 por e0/(1+e0) correspondente, como exemplificado na

Tabela 2.3 para um índice de vazios inicial igual a 2,0.

13

Tabela 2.1. – Classificação de amostras (IDEL et al., 1969; modificada por ROWE ,

1972)

Nível de Qualidade

Propriedades Objetivo Técnica de amostragem típica

1 Propriedades remoldadas Estrutura Teor de umidade Densidade e porosidade Compressibilidade Parâmetros de resistência: totais e efetivos Permeabilidade* Coeficiente de adensamento*

Ensaios de laboratório em solos naturais

Amostrador pistão de parede fina com preservação da umidade

2 Propriedades remoldadas Estrutura Teor de umidade Densidade e porosidade Compressibilidade Parâmetros de resistência: totais e efetivos

Ensaios de laboratório em solos naturais de baixa sensibilidade

Amostrador de parede fina ou espessa com preservação da umidade

3 Propriedades remoldadas Estrutura: A* 100% de recuperação; B* 90% de recuperação

Análise da estrutura e ensaios de laboratório em solos remoldados

Amostrador de parede fina ou espessa; Preservação da umidade em solos altamente permeáveis

4 Propriedades remoldadas Ensaios de laboratório em solos remoldados; Estratigrafia

Amostra em saco

5 Nenhuma Sequência aproximada das camadas

Lavagem

* Itens modificados do original por ROWE (1972)

Tabela 2.2 – Critério de avaliação de amolgamento/qualidade de amostras (LUNNE et

al., 1997)

OCR ∆e/eo

Muito Boa a

Excelente

Boa a Regular Pobre Muito Pobre

1-2 < 0,04 0,04 – 0,07 0,07 – 0,14 > 0,14

2-4 < 0,03 0,03 – 0,05 0,05 – 0,10 > 0,10

14

Tabela 2.3 - Critério de avaliação de qualidade de amostras, em termos de εvo , para

índice de vazios inicial igual a 2,0 (a partir de LUNNE et al., 1997)

OCR εvo

Muito Boa a

Excelente

Boa a Regular Pobre Muito Pobre

1-2 < 0,027 0,027 – 0,046 0,046 – 0,092 > 0,092

2-4 < 0,02 0,02 – 0,033 0,033 – 0,066 > 0,066

COUTINHO et al. (1998b) adaptaram o critério de LUNNE et al. (1997) para os solos

moles de Recife, a saber: a faixa que na Tabela 2.2 é classificada como boa a regular foi

subdividida em duas faixas 1) Boa; 2) Regular, considerando o valor médio da faixa boa

/ regular proposta como limite. O mesmo ocorreu para a faixa chamada de pobre por

LUNNE et al. (1997), que pelas adaptações passou a ser chamada de Transição Regular

/ Pobre e Pobre propriamente dita, utilizando o mesmo critério anterior (média da faixa

inicial). A Tabela 2.4 apresenta estas modificações para o depósito de argila mole do

SESI-Ibura.

Tabela 2.4. Qualidade de amostras para o depósito do SESI-Ibura – Recife-PE (COUTINHO et al., 1998 a partir de LUNNE et al., 1997)

O εV0 Camada C

R Muito Boa a

Excelente Boa Regular Transição

Regular/Pobre Pobre Muito

Pobre

1-2 <0,032 0,032-0,044 0,044-0,056 0,056-0,084 0,084-0,112 >0,112 1

2-4 <0,024 0,024-0,032 0,032-0,040 0,040-0,060 0,060-0,080 >0,080

1-2 <0,027 0,027-0,038 0,038-0,048 0,048-0,072 0,072-0,095 >0,095 2

2-4 <0,02 0,020-0,027 0,027-0,034 0,034-0,051 0,051-0,068 >0,068

CAVALCANTE et al. (1998) traçaram a curva coeficiente de compressão (CR) versus

εV0 para o depósito do SESI-Ibura e obtiveram uma correlação com a seguinte

expressão:

CR = 13 + (1000/εV0 0,8438) (2-3)

15

Considerando que a proposta de LUNNE et al. (1997) é muito rigorosa para as argilas

moles de Recife, COUTINHO et al (2000b) adaptaram as faixas consideradas como de

amostras satisfatórias (excelente, muito boa, boa e regular) e não-satisfatórias. Esta

modificação foi baseada na experiência local. A Figura 2.6 ilustra estes comentários.

Figura 2.6 – Curva CR vs. εV0 para o depósito do SESI-Ibura – Recife-PE (COUTINHO

et al., 2000b, a partir de CAVALCANTE et al., 1998)

HONG e ONITSUKA (1998) definiram um índice chamado Grau de Amolgamento

(SD%), como sendo a relação entre a inclinação do trecho de recompressão da curva

oedométrica da amostra natural (CCLB) e a inclinação deste trecho para o solo

completamente amolgado (CCLR) na curva ln(1+e) – log σ’v . Analiticamente pode-se

escrever:

SD% = CCLB/ CCLR x 100% (2-4)

Os autores comentam que o valor de CCLR pode ser estimado a partir da correlação por

eles apresentada com o limite de liquidez (WL). Esta correlação utiliza um banco de

dados com vários resultados de ensaios com solos de todo o mundo, entre eles as argilas

de Londres e Boston. A correlação é a seguinte:

CCLR = -0,390 + 0,332 log(WL) (2-5)

16

O coeficiente de correlação, r, desta equação é 0,961. A Figura 2.7 ilustra estas

definições.

Curva de compressão de campo

Amolgamento

CCLB

CCLR

1

1

ln (1+e)

log σσ'V

Curva de laboratório

Amostra remoldada

Figura 2.7 – Efeito do amolgamento na curva de compressão (HONG e

ONITSUKA,1998)

2.2.2.TIPOS DE AMOSTRADORES

São os seguintes os principais tipos de amostradores para obtenção de amostras

indeformadas de argila mole:

-Amostradores de tubo aberto (shelby) (MOHR, 1936, segundo HVORSLEV, 1949)

-Amostradores com pistão estacionário (OLSSON, 1925, segundo HVORSLEV, 1949)

-Amostrador Laval (LA ROCHELLE et al., 1981)

-Amostrador tipo bloco (Sherbrooke) (LEFEBVRE & POULIN, 1979)

-Amostrador de tubo aberto (Shelby)

17

HVORSLEV (1949) comenta que um amostrador de tubo aberto, bastante simples, foi

introduzido por MOHR (1936). Consistia de um tubo metálico inoxidável de parede fina

da marca “Shelby” que é acoplado a uma cabeça de amostragem e às hastes de

sondagem. A Figura 2.8 apresenta este amostrador. Aperfeiçoamentos posteriores

consistiram na colocação de uma sapata de corte. A amostra é preservada e transportada

para o laboratório no próprio tubo.

Um amostrador de parede fina, ainda segundo HVORSLEV (1949), pode ser

arbitrariamente definido como sendo o tubo de amostragem com a espessura da parede

menor do que 2,5% do seu diâmetro. A principal vantagem deste tipo de amostrador

seria a simplicidade operacional. Este amostrador possui na cabeça de amostragem

aberturas para saída da água, além de válvula de proteção contra formação de coluna de

água (Figura 2.8).

Figura 2.8 – Amostrador tubo aberto (Shelby) de parede fina (HVORSLEV, 1949)

18

HVORSLEV (1949) definiu algumas relações entre as dimensões de um amostrador

tubular. Segundo este autor estes índices serviriam para expressar os resultados da

operação de amostragem, além de estabelecer requisitos para projeto de amostradores.

Os principais índices definidos por HVORSLEV (1949) são:

a) Relação de folga interna (Ci )

Ci = (Ds – De)/De (2-6)

Onde: Ds – diâmetro interno do tubo

De – diâmetro interno da sapata de corte

b) Relação de folga externa (Co)

Co = (Dw – Dt)/Dt (2-7)

Onde: Dw – diâmetro externo da sapata de corte

Dt - diâmetro externo do tubo

c) Índice de área (Cα)

Cα = (Dw2 – De

2)/De2 (2-8)

A Figura 2.9 ilustra estas definições.

Figura 2.9 – índices definidos por HVORSLEV (1949) para amostradores de tubo

aberto

19

A Norma Brasileira (NBR 9820/1989) recomenda um índice de área inferior a 10% e a

relação de folga interna entre 0,5 e 1,0%.

- Amostradores com pistão estacionário

Um amostrador de pistão, segundo HVORSLEV (1949), é um amostrador em que a

extremidade inferior do tubo de amostragem é fechada com um pistão. A grande

vantagem deste tipo de amostrador é que o pistão impede a entrada de solo amolgado da

base do furo dentro do tubo.

A posição e o movimento do pistão são controlados pela haste interna do pistão.

Existem três tipos de pistão: estacionário, retrátil e livre. Será detalhado apenas o pistão

estacionário por ser o mais utilizado no mundo.

O primeiro amostrador dotado de pistão estacionário foi desenvolvido por OLSSON

(1925), segundo HVORSLEV (1949). Neste tipo de amostrador o pistão é mantido a

uma profundidade constante, ou seja, estacionário durante a amostragem. Este

amostrador é apresentado esquematicamente na Figura 2.10. O pistão é nivelado à altura

da sapata de corte e fixado na haste de sondagem, enquanto o amostrador é descido no

furo e forçado através do solo até a profundidade desejada de amostragem. Nesta

profundidade a fixação da haste de sondagem é liberada, sendo a haste do pistão presa

no revestimento. O pistão é mantido estacionário, enquanto o amostrador é cravado no

solo. O amostrador é então retirado do solo, contendo a amostra. As vantagens deste

método de operação seriam entre outras: o impedimento de entrada de excesso de solo

no amostrador e a não transferência de pressão hidrostática ou atmosférica para a

amostra (HVORSLEV (1949).

HVORSLEV (1949) comenta ainda que o amostrador dotado de pistão estacionário é o

melhor amostrador para obter amostras indeformadas de solos argilosos moles. Em

comparação com amostradores de tubo aberto tem a desvantagem da fabricação ser mais

complicada e que a operação de amostragem no campo requer um tempo maior.

Entretanto estas desvantagens são compensadas pela obtenção de amostras de melhor

qualidade e com menor percentual de perda.

20

Figura 2.10 – Amostrador dotado de pistão estacionário (OLSSON, 1925, citado por

HVORSLEV,1949)

No Brasil o amostrador de pistão de grande diâmetro (125 mm) foi introduzido no

Projeto de Pesquisa IPR/DNER, coordenado pelo Prof. Willy Lacerda. Este Projeto deu

início ao estudo sistemático da argila do Sarapuí-RJ (ver ORTIGÃO, 1975;

COUTINHO, 1976, LACERDA et al., 1977). No mundo pode-se destacar os

amostradores com pistão do NGI (LUNNE et al., 1997), japonês (TANAKA e

TANAKA, 1999) e o apresentado por HIGHT (1998, 2000) que é ilustrado na Figura

2.17 do item 2.2.3.5.

21

- O Amostrador Laval

Este amostrador foi desenvolvido pelo Grupo de Geotecnia da Universidade de Laval no

Canadá e descrito por LA ROCHELLE et al.(1981). A partir de estudos anteriores o

amostrador foi projetado seguindo alguns princípios, a saber:

1. A relação de folga interna (Ci ) foi eliminada;

2. A tolerância na variação do diâmetro interno deve ser pequena;

3. O ângulo da sapata de corte deve ser muito suave;

4. O pistão deve ser eliminado;

5. A sucção deve ser evitada em todos os estágios da amostragem;

6. O diâmetro deve ser suficientemente grande para reduzir o amolgamento em torno

do núcleo intacto.

O amostrador consiste de três partes principais: o tubo de amostragem, a cabeça do

amostrador e o tubo externo. O diâmetro interno do tubo de amostragem deve ter 200

mm. A Figura 2.11 ilustra os detalhes e dimensões do amostrador. A Figura 2.10 ilustra

o procedimento de amostragem no campo. A seqüência é a seguinte:

a) o conjunto tubo de amostragem + cabeça do amostrador + tubo externo é descido no

pré-furo;

b) o tubo externo é fixado e o tubo de amostragem é cravado;

c) o tubo externo é descido para realizar a limpeza externa do furo a partir de rotação;

d) o conjunto é retirado do furo.

Para maiores detalhes ver LA ROCHELLE et al.(1981) e MARQUES(1996).

LA ROCHELLE et al.(1981) concluem que os resultados de ensaios de resistência e de

compressibilidade realizados em amostras obtidas com o amostrador Laval são similares

àqueles obtidos com amostras de bloco, em duas argilas canadenses. Os autores

comentam ainda que o uso deste amostrador não é economicamente viável para

investigações de rotina, embora seja muito útil para fins de pesquisa e que pode tornar-

se economicamente vantajoso no caso de grandes obras que justifiquem o custo de

amostragem.

22

Figura 2.11 – Detalhes e dimensões do amostrador Laval (LA ROCHELLE et al., 1981)

23

Figura 2.12 – Sequência de amostragem – Amostrador Laval (LA ROCHELLE et al.,

1981)

- O Amostrador Sherbrooke Este equipamento foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Sherbrooke

no Canadá, sendo apresentado pela primeira vez por LEFEVBRE & POULIN (1979).

São obtidas amostras do tipo bloco, de forma cilíndrica, com 250 mm de diâmetro e

altura variável entre 250 e 350 mm. O objetivo do desenvolvimento deste amostrador

foi o de recuperar amostras profundas, a partir da superfície do terreno e utilizando

procedimento semelhante ao empregado na obtenção de blocos em trincheiras

superficiais. O amostrador é descido até a cota de amostragem dentro de um pré-furo de

40 cm de diâmetro, após a base do mesmo ser limpa com um trado de fundo chato. As

paredes laterais do furo podem ser revestidas ou estabilizadas com lama bentonítica. O

amostrador possui 3 hastes por onde circulam água ou lama para facilitar o corte do

material natural. Na extremidade de cada haste existe uma faca, que tem a função de

esculpir a amostra de solo, através da rotação lenta (5 RPM) do amostrador. Esta

rotação é dada por uma máquina, de forma mecânica ou manual. A Figura 2.13 mostra o

amostrador e a Figura 2.14 ilustra o procedimento descrito.

24

Após a amostra ser esculpida, um peso sob a ação da gravidade gera um impacto que

aciona molas e abre as facas, que cortam a base da amostra e passam a servir como

sustentação para a sua recuperação.

Este equipamento já foi utilizado em várias argilas do mundo, em países como Canadá,

Noruega, Inglaterra e Japão (LEFEVBRE & POULIN, 1979; LACASSE et al, 1985;

HIGHT et al., 1992; LUNNE et al., 1997), e as amostras apresentaram qualidade

superior em relação àquelas obtidas através de amostragem convencional utilizando

tubos de parede fina (shelby e pistão estacionário).

Figura 2.13 – Amostrador Sherbrooke: (a) diafragma (facas) da base aberto; (b) diafragma fechado (LEFEBVRE e POULIN, 1979)

25

Figura 2.14 – O amostrador Sherbrooke (LEFEVBRE & POULIN, 1979)

2.2.3 FATORES INFLUENTES NA AMOSTRAGEM

TANAKA e TANAKA (1999) publicaram um resumo dos fatores mais importantes que

influenciam a amostragem em solos, os quais serão discutidos a seguir.

2.2.3.1 Método de deslocamento versus método do pré-furo

Na Noruega o amostrador padrão NGI 54 mm é cravado diretamente no terreno até a

profundidade desejada, sem a abertura de um pré-furo. Para facilitar a cravação o pistão

tem a forma cônica (ver também LUNNE et al., 1997). Então, o pistão é fixado e o tubo

de amostragem é cravado para obter a amostra. Este processo de amostragem é chamado

método de deslocamento.

No Japão, onde se utiliza um amostrador de 75 mm de diâmetro com pistão de forma

achatada, é utilizado um pré-furo até a profundidade de amostragem, suportado através

26

da circulação de lama bentonítica. Este método é chamado de pré-furo, e geralmente é

adotado também no Brasil, sendo recomendado pela Norma Brasileira de Amostragem –

NBR 9820 (1989). Esta técnica tem a desvantagem de apresentar risco à ruptura

hidráulica dependendo do valor da pressão de circulação e do solo, como também

amolgar o solo pelo levantamento do fundo do furo. O método de deslocamento evita

estes riscos, mas a cravação direta do amostrador no terreno causa amolgamento.

TANAKA e TANAKA (1999) realizaram um estudo comparativo para examinar o

efeito da existência do pré-furo na qualidade da amostra, utilizando diversos

amostradores tubulares com pistão estacionário (NGI 54 mm, ELE 100 mm e Japonês

75 mm), com diferentes métodos na argila de Ariake no Japão. Esta argila apresenta

umidade natural igual a 154%, limite de liquidez e de plasticidade iguais a 117 e 52%,

respectivamente. Os resultados dos ensaios de resistência são apresentados na Figura

2.15. A partir da observação desta Figura os autores comentam que:

• Os valores da resistência à compressão simples (qu) para os amostradores ELE 100 e

NGI 54 mm não variam com o método de amostragem;

• Para o amostrador japonês 75 mm, o método de deslocamento causa uma redução de

cerca de 20% no valor de qu , comparado ao método de pré-furo; isto significa que

para este amostrador o amolgamento causado pela penetração é maior do que a

abertura do pré-furo.

Figura 2.15 – Influência do pré-furo na qualidade da amostra - argila de Ariake- Japão

(TANAKA e TANAKA, 1999)

2.2.3.2 Diâmetro do amostrador

27

Classicamente se considera na Mecânica dos Solos que quanto maior o diâmetro melhor

a qualidade da amostra. Algumas comparações foram feitas na literatura com

amostradores de diferentes diâmetros que aparentemente confirmam esta hipótese. Só

que, em alguns casos, entre os diversos amostradores estudados, além do diâmetro,

outros fatores também são diferentes, tais como: a relação de área, a espessura da

parede, a geometria da sapata de corte (bisel) ou o método de amostragem. Neste caso é

difícil separar a influência do diâmetro dos outros fatores.

SANDRONI (1977) comenta que o diâmetro de amostras indeformadas não deve ser

menor do 50 mm, nem maior do que 150 mm e que amostras com diâmetros menores

que 75 mm não devem ser usadas em ensaios de responsabilidade. Comenta ainda

SANDRONI (1977) que diâmetros menores do que 50 mm são indesejáveis, porque a

zona anular de amolgamento que se forma na periferia da amostra durante a cravação é

proporcionalmente maior em relação ao diâmetro. Diâmetros maiores do que 150 mm

aumentam o risco de instabilidade do funda da amostra durante a extração devido ao

maior peso e dificultam o manuseio.

TANAKA e TANAKA (1999) comentam que não necessariamente amostradores de

maior diâmetro fornecem amostras de melhor qualidade. Citam como exemplo o

desempenho de vários amostradores de diferentes diâmetros no depósito de Kinkai no

Japão (MATSUMOTO et al., 1968 e 1969). A espessura da parede , o ângulo da sapata

de corte e o método de amostragem são os mesmos. A Figura 2.16 apresenta o perfil de

resistência à compressão simples (qu) e os valores da deformação na ruptura (εf) ao

longo da profundidade. Os autores consideram que o diâmetro não altera a qualidade

das amostras.

28

Figura 2.16 – Influência do diâmetro do amostrador na resistência à compressão simples

(qu) e nos valores da deformação na ruptura (εf) – Argila de Kinkai - Japão

(MATSUMOTO et al., 1968 e 1969 ; citados por TANAKA e TANAKA, 1999)

2.1.3.3 Relação diâmetro do corpo de prova/diâmetro da amostra

HVORSLEV (1949) afirma que a distorção cisalhante é menor na parte central de uma

amostra tubular e que a área amolgada está restrita a uma zona muito próxima da

superfície da amostra (Figura 2.17). Por este motivo é de fundamental importância

moldar os corpos de prova a serem ensaiados na parte central da amostra. Como a zona

amolgada aumenta proporcionalmente à espessura da parede do amostrador, a relação

diâmetro do corpo de prova/diâmetro da amostra tem um papel fundamental na

qualidade da amostra.

COUTINHO (1976) realizou ensaios edométricos com drenagem radial externa na

argila de Sarapuí, utilizando corpos de prova de 87 e 50,5 mm de diâmetro. As amostras

foram coletadas usando amostrador tubular com pistão estacionário de 124 mm de

diâmetro. O autor comenta que os valores do coeficiente de adensamento radial (Ch)

obtidos nos corpos de prova de diâmetro igual a 87 mm foram sempre superiores aos

obtidos nos corpos de prova de diâmetro igual a 50,5 mm. A diferença na região de

compressão virgem varia de 25,5 a 9,0 % (com média de 16,67%), diminuindo com o

aumento da tensão efetiva aplicada.

29

Figura 2.17 - Distorções cisalhantes dentro de um amostrador tubular HVORSLEV

(1949)

ORTIGÃO (1980) realizou ensaios triaxiais UU variando a relação diâmetro do

amostrador/diâmetro do corpo de prova. Esta relação variou entre 1 e 3,34, utilizando

amostradores de 50, 63 e 127 mm de diâmetro e corpos de prova de 38, 50 e 100 mm de

diâmetro. O valor da resistência não-drenada da argila de Sarapuí aumenta com o

aumento daquela relação.

HIGHT et al. (1992) realizaram ensaios CK0U e CK0D na argila de Bothkennar com

diâmetros dos corpos de prova iguais a 38 e 100 mm, nos amostradores Laval e

Sherbrooke. Estes autores obtiveram valores de deformação volumétrica para adensar às

tensões de campo (εv0) inferiores para os corpos de prova de 100 mm de diâmetro.

Justificam ainda os autores que o fio de aço utilizado para moldar os corpos de prova

provoca o aparecimento de uma zona amolgada na periferia do corpo de prova. A

espessura desta zona amolgada é independente do diâmetro do corpo de prova e seu

volume relativo será tanto maior quanto menor for o diâmetro do corpo de prova. Neste

caso a influência da região amolgada aumenta proporcionalmente com a diminuição do

diâmetro do corpo de prova.

SHOGAKI e SHIRAKAWA (1998) realizaram ensaios de compressão simples na argila

da planície de Sakura - Japão, utilizando corpos de prova de 15 mm de diâmetro em

30

amostradores de 45 e 75 mm de diâmetro. Os valores da resistência não-drenada dos

corpos de prova moldados a partir do amostrador de 45 mm são em média 44%

superiores aos valores dos corpos de prova moldados a partir do amostrador de 75 mm

de diâmetro.

SOUSA PINTO (2000) afirma que os anéis de adensamento maiores são melhores

porque permitem um amolgamento menos acentuado do solo durante a moldagem.

Concluindo este item pode-se afirmar que a influência da relação diâmetro do corpo de

prova e diâmetro do amostrador precisa ainda ser melhor investigada.

2.2.3.4 Espessura da parede do amostrador

Classicamente se considera que o acréscimo na espessura da parede do amostrador

aumenta o amolgamento na amostra, porque a região afetada pelas deformações

cisalhantes é maior (HVORLEV, 1949).

SANDRONI (1977) afirma que os amostradores em argilas devem ter paredes tão finas

quanto possível, embora exista uma espessura mínima abaixo da qual o amostrador

torna-se muito sujeito ao aparecimento de dentes na ponta.

MATSUMOTO et al (1968, 1969), citados por TANAKA e TANAKA (1999),

estudaram o efeito da espessura da parede na qualidade da amostra. Utilizaram o

amostrador japonês padrão de 75 mm, variando a espessura da parede e mantendo as

demais características constantes. Na Figura 2.18 são apresentados resultados de ensaios

de compressão simples. Os autores comentam que a espessura da parede não altera o

valor da resistência à compressão simples (qu), bem como da deformação na ruptura

(εf). O autor da presente tese considera , entretanto, que a deformação na ruptura (εf) é

sistematicamente maior para o amostrador com 5mm de espessura da parede, o que

indicaria amostras de qualidade inferior.

31

Figura 2.18 – Influência da espessura da parede do amostrador na resistência à

compressão simples (qu) e na deformação na ruptura (εf) – Argila de Kinkai – Japão

(MATSUMOTO et al (1968, 1969), citados por TANAKA e TANAKA (1999))

BALIGH (1985), utilizando o método do caminho de deformações, conclui que o

aumento na relação entre a espessura da parede e o diâmetro do amostrador induz

deformações durante a cravação maiores, aumentando o amolgamento. Estas

deformações variam entre 1 e 4% para a maioria dos amostradores existentes no mundo.

Este valor de deformação pode inclusive ser suficiente para romper a amostra. A NBR

9820 (1989) define as máximas espessuras entre 1,57 e 2,82 mm. É importante ressaltar

que como a região amolgada no interior da amostra aumenta com a espessura da parede,

deve-se levar em consideração a relação entre o diâmetro do corpo de prova e o

diâmetro do amostrador, para fugir da região amolgada.

2.2.3.5 Ângulo da sapata de corte do amostrador

CLAYTON e SIDDIQUE (1999) comentam que evidências experimentais sugerem que

os mais importantes fatores influentes no amolgamento da amostra são o índice de área

(HVORSLEV, 1949 – item 2.2.2) e o ângulo da sapata de corte do amostrador.

CLAYTON e SIDDIQUE (1999) realizaram um estudo analítico baseado no Método do

Caminho de Deformações (BALIGH, 1985; BALIGH et al., 1987), analisando 5

32

diferentes amostradores com ângulos da sapata de corte e geometrias diferentes. Estes

amostradores são apresentados esquematicamente na Figura 2.19. A Tabela 2.5 mostra

as deformações teóricas provocadas pela cravação destes amostradores. CLAYTON e

SIDDIQUE (1999) comentam que o amostrador 5 foi usado em caráter experimental por

HIGHT (1998) na argila de Bothkenar (IP = 25-55%) e que teoricamente este

amostrador que possui o menor ângulo da sapata de corte, obteria amostras de qualidade

superior em relação aos demais, já que as deformações induzidas seriam as menores. A

Norma Brasileira de Amostragem (NBR 9820/1989) recomenda um ângulo da sapata de

corte (bisel) compreendido entre 5 e 10 graus.

Figura 2.19 – Geometrias da sapata de corte analisadas usando o método do caminho de

deformações (CLAYTON e SIDDIQUE, 1999)

33

Tabela 2.5 Deformações provocadas pela cravação de diversos amostradores – estudo

usando o método do caminho de deformações (CLAYTON e SIDDIQUE ,1999)

Amostrador Diâmetro

interno (mm)

Ângulo da

sapata de corte

(graus)

Máxima

deformação de

compressão (%)

Máxima

deformação de

extensão (%)

1 105,4 30 1,51 -1,35

2 104,0 20 0,93 -0,67

3 101,9 45 2,62 -1,96

4 97,5 15 0,85 0

5 97,5 5 0,61 0

TANAKA e TANAKA (1999), citando MATSUMOTO et al (1968, 1969), apresentam

um estudo experimental analisando a influência do ângulo da sapata de corte na argila

de Oimachi no Japão. A Figura 2.20 apresenta os valores de qu e εf ao longo da

profundidade para amostradores com 75 mm de diâmetro e diferentes ângulos da sapata.

Nota-se que os valores de qu não são afetados, enquanto os valores de εf são

influenciados. O amostrador com ângulo da sapata de corte igual a 90 graus apresenta

maiores valores de εf , o que indicaria maior amolgamento.

Figura 2.20 – Influência do ângulo da sapata de corte do amostrador na resistência à

compressão simples e na deformação na ruptura – argila de Oimachi – Japão

(MATSUMOTO et al., 1968, 1969; citados por TANAKA e TANAKA, 1999)

34

2.3. ROTINA DE MANUSEIO DE AMOSTRAS EM LABORATÓRIO

Neste item será feita uma revisão das técnicas de manuseio de amostras de argila mole

nos laboratórios de Geotecnia da COPPE/UFRJ e da UFPE, desde o transporte da

amostra até a realização e cadastramento dos ensaios.

2.3.1.LABORATÓRIO DE GEOTECNIA DA UFPE

a)Transporte da amostra

Ensaios de pesquisa: feito em caixas apropriadas de madeira protegidas com pó-de-serra

por técnicos do Laboratório e/ou alunos bolsistas (IC, aperfeiçoamento, mestrado).

Prestação de serviços: as amostras são transportadas pelo interessado. Uma observação

que pode ser feita é que, apesar da recomendação da Norma Brasileira de Amostragem

em Solos Moles No. 9820, algumas empresas ainda trabalham com amostradores de

diâmetro inferior a 75 mm.

b)Chegada da amostra

A amostra é cadastrada com o número do certificado e ordem de serviço (OS), pelo

local da obra e pelo cliente, no caso de prestação de serviços. As amostras coletadas

para pesquisa são controladas pelos bolsistas do Projeto CNPq através de planilhas. Este

projeto intitula-se “ Engenharia Geotécnica de Encostas e Planícies” e tem como

coordenador o Prof. Roberto Coutinho. O autor desta tese trabalha como pesquisador

neste projeto.

c)Armazenamento

O armazenamento é feito na vertical em câmara úmida “parcialmente controlada”

(controle de umidade não contínuo e irregular) feito através da molhagem das

prateleiras e do chão e/ou com a colocação de recipientes abertos cheios de água. O

tempo de espera no caso de prestação de serviços é de 1 a 3 dias, dependendo da

possibilidade de utilização das máquinas (prensas de adensamento, triaxial, etc.). No

caso de pesquisa é muito variável, em função do desenvolvimento de teses de mestrado

35

e do número de amostras obtidas. Enquanto o número de amostras para ensaios de

prestação de serviços é em média igual a 2 , o de pesquisa sobe para 10-12.

d)Extrusão

O extrator utilizado é vertical, de fabricação nacional, e o sentido em que a amostra é

extrudada não é sempre o mesmo, dependendo da maior ou menor facilidade

considerada pelo técnico, em função do comprimento da amostra dentro do tubo. Se o

tubo estiver cheio se utiliza a extrusão de baixo para cima da amostra.

e)Mapeamento do tubo

Nos ensaios de pesquisa é feito um mapeamento do tubo por um membro da equipe do

projeto integrado CNPq (bolsista e/ou técnico). Este mapeamento consiste na anotação

da quantidade de amostra utilizada e para qual ensaio, ao longo do comprimento do

tubo. Os 5 cm iniciais são desprezados em função do contato com a camada de parafina

de proteção, o que pode alterar a umidade nesta região. A ocorrência de materiais

estranhos como madeira e conchas é registrada nas observações ao lado da descrição do

solo. Este procedimento está em acordo com o descrito e adotado por COUTINHO

(1986).

Nos ensaios de prestação de serviços também despreza-se os 5 cm iniciais, porém não é

feito o mapeamento completo detalhado. De qualquer forma, a seqüência mais comum

é: após os 5 cm desprezados, molda-se o corpo de prova para o ensaio oedométrico

convencional (4-5 cm de comprimento de amostra), separa-se o material para

caracterização e o restante utiliza-se para ensaios de resistência (compressão simples ou

triaxial UU) em função da solicitação do cliente.

f)Moldagem dos corpos de prova

A moldagem dos corpos de prova é feita diferentemente para cada tipo de ensaio. No

caso do adensamento, o anel metálico é colocado diretamente sobre a amostra na sua

parte central e cravado manualmente. É feita após a cravação, a separação do material

externo com fios de aço e/ou espátula. Faz-se então o nivelamento da amostra na altura

do anel e a limpeza do mesmo. O corpo de prova é então pesado e colocado na célula

edométrica. Com o material restante da moldagem é feita a determinação da umidade,

considerando a média de 3 cápsulas. A pesagem e colocação na estufa é feita o mais

36

rápido possível, com um tempo inferior a 10 minutos. Utilizam-se normalmente anéis de

40 ou 60 cm2 de área.

No caso do ensaio triaxial, a moldagem é feita em torno apropriado de fabricação

nacional e que foi modificado pelo Laboratório reduzindo o peso da haste sobre o corpo

de prova. Utiliza-se a parte central da amostra para minimizar o efeito do amolgamento

causado pelo atrito interno das paredes do tubo amostrador. O corpo de prova é então

pesado e medidas as suas dimensões (altura e diâmetro), para então ser montado na

célula triaxial. O material restante da moldagem é utilizado para a determinação da

umidade. Normalmente utilizam-se corpos de prova com 35,6 mm (1,4”) de diâmetro e

80 mm de altura. A montagem na célula triaxial é feita cuidadosamente, tanto na

colocação da membrana, quanto no encaixe do pistão e fechamento da célula para

aplicação da pressão confinante.

A extrusão e moldagem dos corpos de prova são realizados em ambiente com

temperatura controlada em torno dos 240 C. Os operadores responsáveis são sempre os

mesmos, sendo um responsável pela moldagem dos anéis de adensamento e outro pela

moldagem dos corpos de prova dos ensaios triaxiais.

g)Montagem dos ensaios

A montagem dos ensaios de adensamento e triaxiais é feita seguindo as recomendações

descritas na literatura nacional e internacional (BISHOP & HENKEL, 1962; BOWLES,

1978; HEAD, 1986; COUTINHO, 1976 e 1986; FERREIRA, 1982; OLIVEIRA, 1991).

Os operadores responsáveis pela moldagem dos corpos de prova realizam todo o ensaio.

A supervisão é feita por um engenheiro (gerente técnico), que é responsável pela

qualidade e interpretação dos resultados. A limpeza dos equipamentos após o término

dos ensaios fica a cargo dos próprios técnicos operadores. Os alunos de mestrado que

desenvolvem teses têm acesso aos equipamentos sob a orientação/acompanhamento de

um técnico designado pela gerência.

h)Recobrimento com parafina

Após a utilização da amostra para a campanha de ensaios programada, se algum

material sobrar no tubo este é novamente protegido através da aplicação de uma camada

de cerca de 2 cm de parafina líquida. A amostra retorna para a câmara úmida para ser

novamente armazenada. A colocação da nova camada de proteção é feita no mesmo dia,

após a moldagem dos corpos de prova.

37

i)Cadastramento no Banco de Dados

Atualmente existe um Banco de Dados das Argilas Moles/Médias da Cidade do Recife,

que faz parte do Projeto Integrado CNPq já citado anteriormente. Na formação deste

banco de dados existe uma rotina de trabalho, que inclui:

- coleta e seleção de dados

- enquadramento no mapa da planície

- implantação dos dados em computador

- apresentação e análise dos resultados

Os estudos das argilas moles da planície vêm sendo realizados através de uma interação

de pesquisa e trabalhos de extensão. Os trabalhos de pesquisa inserem-se no projeto

CNPq, e compreendem o desenvolvimento de teses de mestrado. Os trabalhos de

extensão são realizados pelo Laboratório através de prestação de serviços à comunidade

geotécnica. Neste caso, os dados referentes ao local, tais como: endereço completo,

sondagem SPT e outros ensaios eventualmente não realizados pelo Laboratório são

obtidos da firma solicitante. Mais detalhes podem ser vistos em COUTINHO &

OLIVEIRA, 1994; COUTINHO et al., 1996 e 1998.

j)Procedimento adotado

O procedimento adotado e descrito nos itens anteriores não está escrito em nenhum

regimento ou normalização do laboratório. As normas de utilização que existem tratam

apenas da administração e utilização dos equipamentos pelos usuários (alunos, técnicos

e professores). Entretanto procura-se seguir as recomendações indicadas em teses de

mestrado e/ou doutorado desenvolvidas por membros da Área de Geotecnia

(COUTINHO, 1976; FERREIRA, 1982; COUTINHO, 1986; OLIVEIRA, 1991).

2.3.2. LABORATÓRIO DE GEOTECNIA DA COPPE/UFRJ

a)Transporte

38

É feito pela empresa que coletou a amostra. No caso de teses de mestrado e doutorado o

aluno em alguns casos acompanha a amostragem. Atualmente a maioria dos

amostradores tem 4” de diâmetro.

b)Chegada da amostra

Não existe um cadastramento formal. As amostras são colocadas na câmara úmida em

um setor específico e no caso de prestação de serviços a amostra recebe o número do

projeto COPPETEC.

c)Armazenamento

É feito na vertical em um setor específico da câmara úmida que tem umidade

controlada em torno de 95%. A temperatura, porém, não é controlada. A manutenção da

umidade é feita manualmente através de jateamento no interior da câmara. Há a

expectativa do controle ser automatizado através da utilização de um umidificador que

já está comprado e em breve deverá entrar em operação.

d)Extrusão

A extrusão é feita em um extrator vertical de fabricação nacional de baixo para cima e

com a parte biselada do tubo para baixo. Segundo IÓRIO (1998), o extrator

originalmente foi fabricado para ser utilizado na horizontal e foi adaptado para trabalhar

na vertical por sugestão da chefia do Laboratório que era ocupada pelo Prof. Ian

Martins.

e)Mapeamento

É feito um mapeamento do tubo análogo ao descrito no item 2.3.1.e. Também despreza-

se os 5 cm iniciais em contato com a parafina. A ordem de moldagem dos corpos de

prova para cada tipo de ensaio depende da quantidade de ensaios prevista para a

campanha.

f)Montagem dos ensaios

A montagem é feita seguindo-se as normas da ABNT (adensamento) e as

recomendações da literatura (ver item 2.3.1.f). Existe um engenheiro que é o

responsável direto pela montagem e realização dos ensaios de adensamento e triaxial.

39

No caso do ensaio triaxial utilizam-se corpos de prova com 2” de diâmetro, enquanto

que no caso do ensaio de adensamento utilizam-se normalmente anéis com 3” de

diâmetro. Para cortar a amostra são utilizados fios de aço (corda de violão) em um arco,

além de réguas metálicas niveladoras. Durante o manuseio dos corpos de prova, o

operador utiliza sacos plásticos para não entrar em contato direto com a amostra e

evitar a possível passagem de umidade do solo para a sua mão. Evita-se também o

contato da mão com o solo no momento de colocar o material nas cápsulas de umidade.

Este procedimento é feito com o auxílio de espátulas, segundo IÓRIO (1998).

Normalmente o mesmo operador (engenheiro) é o responsável pela moldagem dos

corpos de prova. Em casos eventuais de grandes campanhas o mesmo recebe a ajuda de

um técnico para a moldagem.

g)Recobrimento

Após a utilização da amostra para os ensaios é feito um recobrimento com parafina

líquida e novamente a amostra é armazenada na câmara úmida. Esta amostra permanece

na câmara por um determinado tempo em função do espaço existente e/ou da previsão

de serem feitos mais ensaios (repetição ou adição), tanto para futuras pesquisas como

para prestação de serviços.

h)Arquivamento

Os ensaios de prestação de serviços são arquivados da seguinte maneira: um original

fica na COPPETEC, enquanto o laboratório guarda 2 cópias. Os ensaios de pesquisa

ficam arquivados com os alunos e/ou professores interessados no tema.

i)Procedimento

O procedimento adotado não está registrado por escrito e é resultado da experiência

prática do operador responsável (IÓRIO, 1998). Trabalhos de pesquisa como o

desenvolvimento de teses de mestrado e/ou doutorado e artigos técnicos são utilizados

como referência. Tal procedimento pode variar um pouco em função da consistência

40

maior ou menor da amostra de argila mole, como também da presença de outros

materiais como conchas ou pedaços de madeira.

2.4. INFLUÊNCIA DA QUALIDADE DA AMOSTRA NOS PARÂMETROS

GEOTÉCNICOS

2.4.1.Parâmetros de compressibilidade

Os parâmetros de compressibilidade são fortemente influenciados pela qualidade da

amostragem obtida. O amolgamento afeta a curva de compressão de ensaios

oedométricos em argilas pré-adensadas da seguinte forma (LADD, 1973):

a) diminui o índice de vazios (ou aumenta a deformação) para um valor de

tensão de adensamento;

b) torna de difícil definição o ponto de menor raio de curvatura e

consequentemente a determinação da tensão de pré-adensamento (σ’P);

c) diminui o valor estimado de σ’P;

d) aumenta a compressibilidade na região de recompressão e diminui na região

de compressão virgem.

No Brasil o estudo de qualidade de amostras argilosas teve início no Projeto IPR através

dos estudos de COUTINHO (1976). Outros estudos se sucederam como os de

COUTINHO (1980), FERREIRA (1982), MARTINS (1983), MARTINS e LACERDA

(1994).

Dentre estes estudos nacionais e também em artigos internacionais, um item importante,

que foi bastante discutido na literatura (COUTINHO, 1976; MESRI & CHOI, 1985;

FERREIRA & COUTINHO, 1988; MARTINS e LACERDA, 1994), é o fato do trecho

de compressão virgem não se comportar de maneira retilínea e sim de maneira

curvilínea para amostras de boa qualidade.

HIGHT et al. (1992) realizaram uma detalhada campanha de amostragem, utilizando

diversos tipos de amostradores (Pistão 100 mm, Laval e Sherbrooke) na argila de

Bothkennar na Escócia. Esta argila apresenta índice de plasticidade na faixa de 25 a

55%. Foram realizados ensaios edométricos incrementais nas amostras coletadas. Em

relação aos resultados destes ensaios os autores chegaram à seguinte conclusão: os

efeitos do amolgamento causam um aumento na compressibilidade no trecho chamado

41

de pré-escoamento e diminuem a tensão de pré-adensamento aparente. A Figura 2.21

apresenta resultados destes ensaios realizados em diferentes tipos de amostras.

Figura 2.21 – Comparação de ensaios edométricos incrementais realizados em

diferentes tipos de amostras – Argila de Bothkennar (HIGHT et al., 1992)

LUNNE et al.(1997) realizaram um estudo comparativo, ensaiando amostras da argila

de baixa plasticidade (IP = 11-20%) de Lierstranda na Noruega, obtidas a partir de

amostradores pistão (54 e 75 mm de diâmetro) e Sherbrooke. Realizaram ensaios CRS e

chegaram a algumas conclusões:

- geralmente o valor da tensão de pré-adensamento (σ’P) é menor nas amostras

tubulares (pistão) do que nas amostras Sherbrooke;

- o módulo edométrico (M), na faixa entre a tensão de campo (σ’VO) e tensão de

pré-adensamento (σ’P), é menor nas amostras tubulares, em relação às

amostras Sherbrooke. A diferença em alguns casos pode chegar a mais de

200%;

42

- os valores do módulo edométrico (M) são similares entre si, comparando-se

as amostras tubulares de 54 e 75 mm;

- o coeficiente de adensamento vertical (cv), na faixa entre a tensão de campo

(σ’VO) e a tensão de pré-adensamento (σ’P), é menor nas amostras tubulares,

em relação às amostras Sherbrooke.

As Figuras 2.22 a 2.25 ilustram as conclusões de LUNNE et al. (1997) para ensaios

CRS. Os autores comentam que utilizaram diâmetro do corpo de prova igual a 50 ou 67

mm, não especificando quando foi adotado um ou outro caso.

Figuras 2.22 – Curvas tensão efetiva versus deformação vertical para ensaios CRS

realizados em amostras pistão e Sherbrooke – argila de Lierstranda – Noruega – prof.

12,3 m (LUNNE et al.,1997)

43

Figura 2.23 – Módulo edométrico e coeficiente de adensamento vertical versus tensão

vertical efetiva – ensaios CRS – argila de Lierstranda – Noruega – prof. 12,3 m

(LUNNE et al., 1997)

Figuras 2.24 – Curvas tensão efetiva versus deformação vertical para ensaios CRS

realizados em amostras pistão e Sherbrooke – argila de Lierstranda – Noruega – Prof.

16,4 m (LUNNE et al.,1997)

44

Figura 2.25 – Módulo edométrico e coeficiente de adensamento vertical versus tensão

vertical efetiva – ensaios CRS – argila de Lierstranda – Noruega – prof. 16,4 m

(LUNNE et al., 1997)

COUTINHO et al. (1998b) estudaram o efeito da qualidade da amostragem em quatro

depósitos de argilas moles brasileiras, a saber: Recife (SESI-Ibura e Clube

Internacional) e Rio de Janeiro (Sarapuí e Juturnaíba).

As Figuras 2.26 e 2.27 (COUTINHO et al., 1998b) mostram o comportamento de

parâmetros geotécnicos de compressibilidade com a profundidade para os locais do

SESI – Ibura (Recife) e Sarapuí (Rio de Janeiro), respectivamente. Como pode ser

observado, para ambos os locais os valores obtidos do índice de compressão (CC), da

tensão de pré-adensamento (σ’P) e, consequentemente do OCR, para as amostras de

melhor qualidade, foram maiores comparados com as amostras amolgadas / má

qualidade. As relações obtidas foram as seguintes:

1) SESI – Ibura:

CCsatisf. / CCmá qual. = 2,4 para a 1a camada e 1,6 para a 2a camada;

45

OCRsatisf. / OCR má qual. = 3,6 (em média) para ambas as camadas;

CSsatisf. / CSmá qual. = 1,2 para a 1a camada, não variando para a 2a camada;

2) Sarapuí:

CCsatisf. / CCmá qual. = 1,8;

OCRsatisf. / OCR má qual. = 1,8.

No caso do índice de vazios inicial (e0), a influência do amolgamento não é

significativa, em ambos os depósitos.

Ind. Vazios Inicial Ind. Compressão Ind. Expansão

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Camada 1

Camada 2

σσ'VO , σσ'P (kPa)

Tensão Vert. Efetiva

σσ' V0 (N.A.=0.0m)σσ' V0 (N.A.=0.8m)

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0 1 2 3 4OCR

Razão Pré-Adens.

RegularTrans. Reg./Pob.

Mto Boa Boa Mto Pobre

Pobre

1,21±0,29

1,01±0,22

0,27±0,09

0,35±0,09

0,98±0,09

1,11±0,17

0,71±0,07

0,27±0,02

0,19±0,01

0,16±0,03

2,31±0,34

Figura 2.26 - Parâmetros de compressibilidade vs. profundidade – SESI Ibura / Recife

(COUTINHO et al., 1998b)

46

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Ind. Vazios Inicial

Boa Qualidade Má Qualidade

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Ind. Expansão

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Tensão Vert. Efetiva

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3,28/Z + 1,22

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0 1 2 3 4

Ind. Compressão

CC

4,19 ± 0,19

4,84 - 0,21Z

0,31±0,03

0,19±0,03

Razão Pré -Adens.

2,00±0,22

1,11±0,13

σσ 'V0

∗∗ ∗∗

Figura 2.27 - Parâmetros de compressibilidade vs. profundidade – Sarapuí – Rio de

Janeiro (ORTIGÃO, 1980 e COUTINHO, 1976; COUTINHO et al., 1998b)

COUTINHO et al.(1998b) apresentaram curvas comparativas e vs log σ’v de boa e má

qualidades para 4 depósitos de argila mole do Brasil (Recife : Clube Internacional e

SESI-Ibura; Rio de Janeiro: Sarapuí e Juturnaíba). A Figura 2.28 apresenta estas curvas.

Os autores comentam ainda que a representação matemática da curva de compressão

virgem foi analisada por MARTINS & LACERDA (1994).

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b) Sarapuí e Juturnaíba

Boa Qual. - Ibura

Má Qual. - Ibura Boa Qual. - Intern.Má Qual. - Intern.

Boa Qual. - Sarapuí

Má Qual. - Sarapuí

Boa Qual. - Juturn.

log Pressão (kPa)log Pressão (kPa)

Figura 2.28 - Curvas comparativas e vs. log σ’v para os quatro locais estudados

(FERREIRA & COUTINHO, 1988; COUTINHO, 1986 e COUTINHO et al., 1998b)

47

2.4.2.Parâmetros de resistência

A resistência ao cisalhamento não drenada (SU) diminui com o amolgamento do solo,

enquanto a deformação axial na ruptura (εf) aumenta.

HIGHT et al.(1992) realizaram uma detalhada campanha de amostragem, utilizando

diversos tipos de amostradores (Pistão 100 mm, Laval e Sherbrooke) na argila de

Bothkennar na Escócia. Foram realizados ensaios UU-C, CK0U-C e CK0U-E nas

amostras coletadas. Em relação aos resultados destes ensaios os autores chegaram às

seguintes conclusões:

- Ensaio UU-C: os corpos de prova de 100 mm de diâmetro das amostras Laval

em relação às amostras tubulares apresentaram maior tensão efetiva residual,

maior resistência de pico, maior rigidez e menor deformação axial na ruptura.

Vale salientar que o diâmetro dos corpos de prova é igual ao diâmetro do

amostrador tubular, o que contribui para a qualidade inferior deste tipo de

amostra;

- O amostrador Sherbrooke apresentou amostras de qualidade levemente

superior em relação às amostras Laval, embora não existam diferenças nas

características a pequenas deformações entre os dois amostradores;

- Ambos os amostradores Sherbrooke e Laval apresentaram amostras de melhor

qualidade em relação à amostragem realizada com pistão;

- A variação na forma da superfície de escoamento causada pelo amolgamento

é de tal ordem que os efeitos de amostragem são mais pronunciados nos

ensaios triaxiais de compressão do que nos triaxiais de extensão.

A Figura 2.29 apresenta resultados comparativos entre amostras Laval e pistão para o

ensaio UU-C, na argila de Bothkennar, enquanto a Figura 2.30 resultados dos ensaios

CK0U-C, nas amostras Sherbrooke, Laval e pistão .

A Figura 2.31 mostra o efeito da amostragem na superfície de escoamento,

comparando-se amostras Laval e Sherbrooke.

48

Figura 2.29 - Resultados comparativos entre amostras Laval e pistão para o ensaio UU-

C, na argila de Bothkennar (HIGHT et al., 1992)

Figura 2.30 - Resultados comparativos entre amostras Sherbrooke, Laval e pistão para o

ensaio CK0U -C , na argila de Bothkennar (HIGHT et al., 1992)

49

Figura 2.31 – Efeito da amostragem na superfície de escoamento: (a) superfície para

amostra Sherbrooke: (b) superfície para amostra Laval; (c) comparação entre amostras

Laval e Sherbrooke; (d) comparação adicional entre amostras Laval e Sherbrooke

(HIGHT et al., 1992)

LUNNE et al.(1997) realizaram um estudo comparativo, ensaiando amostras da argila

de Lierstranda na Noruega, obtidas a partir de amostradores pistão (54 e 75 mm de

diâmetro) e Sherbrooke. Realizaram ensaios CAU-C e chegaram a algumas conclusões:

- os valores da relação SU/σ’VO são maiores para as amostras Sherbrooke do que

para amostras coletadas a partir de amostradores dotados de pistão

estacionário;

- os valores da deformação axial na ruptura (εf) são maiores para as amostras

tubulares do que para as amostras Sherbrooke;

- os valores da deformação axial na ruptura (εf) são maiores para as amostras

tubulares de 54 mm do que as de 75 mm de diâmetro;

As Figuras 2.32 e 2.33 ilustram estes comentários.

50

Figura 2.32 – Curvas tensão-deformação para o ensaio CAU-C – Argila de Lierstranda-

Noruega - amostras pistão e Sherbrooke – prof. 12,3 m (LUNNE et al., 1997)

Figura 2.33 – Caminhos de tensão para os ensaios CAU-C realizados em amostras

pistão e Sherbrooke – Argila de Lierstranda – Noruega – prof. 12,3 m (LUNNE et

al.,1997)

51

COUTINHO et al. (1998b), em trabalho já citado, estudaram o efeito da qualidade da

amostragem em quatro depósitos de argilas moles brasileiras, a saber: Recife (SESI-

Ibura e Clube Internacional) e Rio de Janeiro (Sarapuí e Juturnaíba).

A Figura 2.34 mostra resultados da curva tensão-deformação de ensaios triaxiais UU

realizados nas argilas do Recife, em corpos de prova de boa e má qualidade, onde se

pode observar claramente a diferença na obtenção dos valores de SU e εf.

A Figura 2.35, por sua vez, mostra, para os locais de Sarapuí (ORTIGÃO, 1980) e do

Clube Internacional, a influência da qualidade da amostra na obtenção do SU, neste caso

representada através das diferenças entre o diâmetro do amostrador e da relação do

diâmetro amostrador/corpo de prova. Pode ser observado que quanto maior for o

diâmetro do amostrador e quanto maior a relação entre os diâmetros do amostrador e do

corpo de prova, maior será o valor de SU.

Para Sarapuí, os valores de SU obtidos para 8m de profundidade, por exemplo, são de

4,5 kPa (amostrador φ = 50mm e CP de 50mm) e 13 kPa (amostrador φ = 127mm e CP

de 38mm), fornecendo uma relação de SUφ127 / SUφ50 = 2,9 (ORTIGÃO, 1980).

Para o Clube Internacional a relação para a 2a camada é de SUφ101,6 / SUφ41 = 1,8

(amostrador φ=101,6 mm e CP de 35,6 mm e amostrador φ=41 mm e CP de 41 mm).

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Deformação Específica Axial (%)

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Boa Qual. - IburaMá Qual. - Ibura Boa Qual. - Intern.Má Qual. - Intern.

Oliveira, 1991

Teixeira, 1972

Presente Trabalho

Figura 2.34 - Ensaios triaxiais UU realizados em amostras de má e boa qualidade –

Recife (COUTINHO et al., 1998)

52

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SU ( kPa)

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Sarapuí - RJ (Ortigão, 1980)

Amostrador φφ=63mm e CP=50mm

Amostrador φφ=127mm e CP=38mmAmostrador φφ=63mm e CP=36mm

Amostrador φφ=50mm e CP=50mm

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Clube Internacional - Recife

SU ( kPa)P

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(m)

41,1±5,8

34,7±1,2

49,1±4,1

27,2±5,1

31,6±5,9

Amostrador φ φ=41mm e CP=41mmTeixeira, 1972Amostrador φφ=101,6mm e CP=35,6mmOliveira, 1991

Figura 2.35 - Resultados de ensaios triaxiais UU (ORTIGÃO, 1980 e COUTINHO et

al., 1993)

2.5. EFEITO DA ESTRUTURA DA ARGILA

MITCHELL (1993) considera que se deve usar o termo estrutura para se referir aos

efeitos combinados de arranjo dos grãos, composição e forças entre partículas do solo.

Dois solos podem ter o mesmo arranjo dos grãos mas exibir diferentes propriedades, se

as forças entre partículas e grupos de partículas não são as mesmas.

MITCHELL e COUTINHO (1991) consideram que a estruturação das argilas depende

do tempo, do grau de decomposição da matéria orgânica e das propriedades fisico-

químicas da água.

A estrutura, segundo LEROUEIL (1997), pode ser definida como a cimentação entre as

partículas ou agregados do solo. A maioria dos solos naturais são estruturados e seu

comportamento é fortemente influenciado pelo efeito de estrutura.

Segundo LEROUEIL & VAUGHAN (1990), a estrutura está presente em uma grande

variedade de geomateriais, desde argilas moles a solos granulares e residuais. Seus

efeitos são similares àqueles observados em rochas brandas. O comportamento destes

materiais em laboratório e no campo não pode ser entendido sem levar em conta os

efeitos da estrutura. A estrutura é tão importante quanto o índice de vazios e a história

53

de tensões na determinação deste comportamento. O conceito de escoamento

desenvolvido para descrever os efeitos da história de tensões em argilas sedimentares é

igualmente aplicável para os efeitos de estrutura. Estes efeitos são mais facilmente

entendidos através da comparação das curvas índice de vazios – tensão efetiva que são

possíveis para o solo estruturado com aquelas possíveis para o solo desestruturado. A

Figura 2.36 ilustra este comentário esquematicamente, enquanto a Figura 2.37 apresenta

resultados de argilas naturais.

LEROUEIL (1997) comenta que, comparando-se ao solo desestruturado com o mesmo

índice de vazios, o solo estruturado apresenta maiores valores de tensão de pré-

adensamento, resistência não drenada e rigidez. A curva de estado limite é também

maior. Conclui então o autor que solos reconstituídos não devem ser usados para

determinar características mecânicas de materiais naturais intactos.

Vários autores têm mostrado que o amolgamento destrói parcialmente a estrutura de

argilas moles sedimentares, reduzindo - conforme mencionado - a resistência, o índice

de compressão e a tensão de pré-adensamento (por exemplo, LA ROCHELLE &

LEFEBVRE, 1971; COUTINHO, 1976; FERREIRA, 1982; LA ROCHELLE et al.,

1981; LACASSE et al., 1985; TAVENAS & LEROUEIL, 1987; FERREIRA &

COUTINHO, 1988; HIGHT et al., 1992; LEROUEIL, 1997; LUNNE et al., 1997;

COUTINHO et al., 1998; OLIVEIRA et al., 2000).

Figura 2.36 – Comportamento esquemático de solos ideais e estruturados (LEROUEIL,

1992)

54

Figura 2.37 – Curvas de compressão unidimensional comparativas (a) Argila da Cidade

do México -MESRI et al., 1975; b) Argila de Grande Baleine - LOCAT & LEFEBVRE

(1982), citadas por LEROUEIL & VAUGHAN (1990)

BURLAND (1990) mostrou que existem duas curvas paralelas (ICL e SCL) no gráfico

IV vs. log σ’V para depósitos de argila mole normalmente adensados, sendo IV o índice

de vazios normalizado, definido como:

IV = (e – e*100)/(CC

*) (2-9)

CC* = (e*

100 – e*1000) (2-10)

O asterisco denota uma propriedade intrínseca do material, ou seja, sem influência da

estrutura. Os valores e*100 e e*

1000 são os índices de vazios correspondentes às tensões

iguais a 100 e 1000 kPa, respectivamente, na curva de compressão e vs. log σ’V. O

índice de compressão intrínseco é chamado de CC*. A Figura 2.38 apresenta um

exemplo de curva de compressão normalizada.

55

Figura 2.38 – O uso de IV para normalizar a curva de compressão intrínseca

(BURLAND, 1990)

Estas curvas foram chamadas por BURLAND (1990) de Linha de Compressão

Intrínseca (ICL) e Linha de Compressão na Sedimentação (SCL). A linha de

compressão intrínseca corresponde aos solos reconstituídos com uma umidade entre WL

e 1,5 WL, com propriedades básicas ou inerentes ao material, independente do estado

natural. A expressão que representa esta linha é a seguinte:

IV = 2,45 – 1,285x + 0,015x3 (2-11)

Onde: x = log(σ’V) em kPa

A linha de compressão na sedimentação corresponde à relação entre IV e log(σ’V)

durante a sua formação geológica, ou seja, durante a sedimentação da argila em água em

ambiente fluvial, marinho ou lacustre. Utilizando-se o índice de vazios normalizado (IV)

esta curva é única para uma grande quantidade de argilas do mundo, segundo

56

BURLAND(1990). A Figura 2.39 apresenta as curvas ICL e SCL definidas por Burland

(1990).

Figura 2.39 – Linhas de compressão intrínseca (ICL) e de compressão na sedimentação

(SCL) apresentadas por BURLAND (1990)

BURLAND (1990) considera então que a distância entre a tensão de pré-adensamento

de curvas de compressão normalizadas (IV vs. log(σ’V)) de argilas naturais e a linha ICL

reflete o grau de estruturação desta argila. BURLAND (1990), baseado em resultados de

26 argilas, propôs ainda correlações entre as propriedades intrínsecas e*100 e CC

* e o

índice de vazios no limite de liquidez (eL). As expressões são as seguintes:

e*100 = 0,109 + 0,679eL – 0,089eL

2 + 0,016eL3 (2-12)

CC* = 0,256eL – 0,04 (2-13)

Exemplos típicos de argilas estruturadas são as argilas norueguesas estudadas por

LACASSE et al. (1985), cujas curvas de compressão normalizadas foram apresentadas

57

por BURLAND (1990) e reproduzidas na Figura 2.40. Nota-se que as curvas

distanciam-se da linha de compressão intrínseca (ICL), principalmente as argilas de

Emmerstad e Ellingsrud.

Figura 2.40 – Resultados de ensaios edométricos em amostras Sherbrooke para três

argilas sensíveis norueguesas (LACASSE et al. 1985 ; BURLAND, 1990)

FUTAI (1999) lançou mão de um índice que pudesse representar a desestruturação do

solo. Este autor chamou a razão entre a tensão confinante máxima submetida ao corpo

de prova (no estágio de adensamento isotrópico), σ’cmáx,e a tensão de pré-adensamento

(σ’Vm ), de índice de desestruturação, ID:

ID = σ’cmáx/ σ’Vm (2-14)

Comenta, ainda, o autor que um solo normalmente adensado tem diferentes valores de

ID, representando quantas vezes foi adensado em relação à máxima tensão vertical a

que esteve submetido na natureza. Quando ID < 1 o solo é pré-adensado em relação à

história de tensões de campo (FUTAI et al., 2001).

58

FUTAI et al.(2001) utilizaram o índice de vazios de campo e0, conforme sugestão de

BURLAND (1990), na equação (2-9), obtendo o IV0 , para comparar os resultados das

argilas do Rio de Janeiro no estado natural com o intrínseco. A Figura 2.41 apresenta os

valores de IV0 para diversas argilas do Rio de Janeiro. Os autores comentam que quase

todos os pontos estão acima da linha de compressão intrínseca e por vezes acima da

linha de compressão sedimentar, o que reflete a estruturação da argila. FUTAI et al.

(2001) concluem que praticamente todas as argilas naturais do Rio de Janeiro são

estruturadas e que é extremamente importante conservar o estado natural destas argilas

para obtenção de parâmetros geotécnicos, sobretudo durante o processo de amostragem.

Figura 2.41 – Valores de IV0 das argilas do Rio de Janeiro em função da tensão vertical

efetiva de campo (FUTAI et al., 2001)

59

CAPÍTULO 3 DESCRIÇÃO DOS LOCAIS DE ESTUDO

3.1. Introdução

Foram selecionados dois depósitos de argilas moles brasileiras, já bastante estudados:

um no Rio de Janeiro - RJ e outro em Recife – PE.

O depósito do Rio de Janeiro situa-se na Av. Ayrton Senna s/n na Barra da Tijuca, ao

lado do aterro executado para construção do Centro de Tecnologia da Educação do

SENAC. Este é um local de pesquisa da Área de Geotecnia da COPPE/UFRJ.

O depósito de Recife está situado na Rua Benfica , no bairro da Madalena, dentro do

Clube Internacional do Recife. Este é um local de pesquisa da Área de Geotecnia da

UFPE. A seguir serão detalhados os dois depósitos de argila mole.

3.2.Rio de Janeiro

Desde 1995 este é um local de pesquisa da COPPE/UFRJ, sendo alvo de numerosos

trabalhos (ALMEIDA, 1995; ALMEIDA et al., 1995; COELHO, 1997; OLIVEIRA,

1997; ALMEIDA, 1998; NASCIMENTO, 1998; RODRIGUES, 1998; SPOTTI, 2000;

ALMEIDA et al., 2001).

A Figura 3.1 apresenta a locação dos ensaios de campo e amostragem, além da

espessura da camada mole (ALMEIDA et al., 2001).

60

Figura 3.1 – Locação dos ensaios de campo e amostragem, além da espessura da

camada mole (ALMEIDA et al., 2001)

A Figura 3.2 mostra o perfil geotécnico de uma seção transversal do terreno

(ALMEIDA, 1998), onde se pode notar que a espessura da camada de argila mole varia

entre 8 e 12 metros. Pode-se observar também a existência de uma camada de turfa de

cerca de 2 metros de espessura sobrejacente à camada de argila. O nível d’água é

aproximadamente coincidente com o nível do terreno.

61

Figura 3.2 – Perfil geotécnico do depósito do SENAC – Barra – Rio de Janeiro

(ALMEIDA, 1998)

ALMEIDA et al. (2000) descrevem o terreno como uma argila cinza muito mole de

origem flúvio-marinha, com fragmentos de conchas e com uma camada superior de

turfa. Os autores comentam ainda que os resultados de umidade natural e limites de

Atterberg permitem a caracterização de três sub-camadas distintas (OLIVEIRA, 1997;

RODRIGUES, 1998):

- a primeira camada mole (turfa) (0 – 3 m de profundidade) apresenta umidade natural

em torno de 500%;

- a segunda camada mole (argila orgânica) (3 – 7 metros de profundidade) apresenta

umidade em torno de 200%;

- a terceira camada mole (argila orgânica) (7 – 12 metros de profundidade) apresenta

teor de umidade médio de 100%.

ALMEIDA et al.(2000) mencionam que uma camada de areia aluvial aparece abaixo do

solo mole, sendo seguida por uma camada de solo residual (Fig. 3.2).

62

A Figura 3.3 mostra os valores da umidade natural e dos limites de consistência do

depósito (ALMEIDA et al., 2000).

Figura 3.3 – Valores da umidade natural (W) e limites de consistência (WP e WL) –

SENAC/Barra (ALMEIDA, 1998)

A Figura 3.4 apresenta um ensaio de piezocone típico realizado no depósito de solo

mole do SENAC-Barra e apresentado por ALMEIDA et al. (2000). Os autores

comentam que a resistência de ponta corrigida (qT) aumenta com a profundidade, como

era de se esperar.

63

Figura 3.4 – Resistência de ponta versus profundidade – resultado típico –

SENAC/Barra (ALMEIDA et al., 2000)

LACERDA e ALMEIDA (1995) comentam que a relação CR = CC/(1 + e0) média é

igual a 0,52. O perfil de OCR apresenta uma crosta levemente pré-adensada com

valores acima de 2, até a profundidade de cerca de 4 metros. Abaixo desta profundidade

o valor é constante e igual a aproximadamente 1,6. A Figura 3.5 mostra os perfis de

OCR e de CR.

64

Figura 3.5 – Perfis de OCR e CR – Argila mole do SENAC/Barra- Rio de Janeiro

(LACERDA e ALMEIDA, 1995)

A Figura 3.6 apresenta um resultado típico de ensaio de adensamento incremental

(ALMEIDA, 1998), onde se pode notar que o coeficiente de adensamento vertical (Cv)

situa-se no trecho pré-adensado entre 5 e 15 x 10-8 m2/s, enquanto no trecho

normalmente adensado o valor de Cv está em torno de 2 x 10-8 m2/s. O índice de vazios

inicial é alto, em torno de 5, correspondente ao alto teor de umidade desta argila.

65

Figura 3.6 – Resultado típico de ensaio edométrico (ALMEIDA, 1998)

ALMEIDA (1998) comenta que a resistência não-drenada SU foi obtida usando os

equipamentos de palheta mecânico e o elétrico desenvolvido em conjunto pela

COPPE/UFRJ/GROM/UFPE (NASCIMENTO, 1998). Valores de SU foram obtidos

também a partir de ensaios triaxiais UU. Na Figura 3.7 são apresentados resultados

destes ensaios. Nota-se que os valores de SU dos ensaios UU são levemente inferiores

aos resultados do ensaio de palheta de campo (ALMEIDA, 1998).

A sensibilidade medida pelos ensaios de palheta de campo é da ordem de 5, enquanto o

ângulo de atrito interno efetivo (φ’) medido em ensaios CIU está na faixa de 40 a 45o,

que é consistente com a natureza orgânica do material, segundo ALMEIDA (1998).

66

Figura 3.7 – Valores de resistência não-drenada – argila mole do SENAC/Barra – RJ

(ALMEIDA, 1998) – Ensaio de palheta elétrico de campo.

A Tabela 3.1 resume os parâmetros geotécnicos da argila mole do SENAC/Barra

(LACERDA e ALMEIDA, 1995).

67

Tabela 3.1 – Resumo de índices e parâmetros geotécnicos – argila mole do

SENAC/Barra – Rio de Janeiro (LACERDA e ALMEIDA, 1995)

Espessura da camada mole (turfa e argila

orgânica) (m)

12

Umidade natural (%) 100-500

Limite de liquidez (%) 70-450

Índice de plasticidade (%) 120-250

Percentagem de argila (%) 28-80

Peso específico (kN/m3) 12,5

Densidade real (Gs) 2,45

Atividade 1,2 – 3,1

Sensibilidade 5,0

CR = CC/(1 +e0) 0,52

Cα/CC 0,10

Su (kN/m2) - palheta 6 - 30

G50/ Su 47

Su,palheta /σ’vm 0,42

φ’ (o) (Normalmente adensado) 40

3.3.Recife

O local selecionado está situado próximo ao centro da cidade (ver Figura 3.8), dentro do

Clube Internacional do Recife, no bairro da Madalena. Este depósito, de origem flúvio-

marinha, é um local de pesquisa da área de Geotecnia da UFPE há quase trinta anos e já

foi objeto de estudo de numerosos trabalhos de dissertações de mestrado, teses de

doutorado e artigos técnicos (por exemplo, TEIXEIRA, 1972; AMORIM JR., 1975;

COUTINHO, 1980; FERREIRA, 1982; FERREIRA et al., 1986; COUTINHO, 1988;

OLIVEIRA, 1991; COUTINHO et al., 1993; BEZERRA, 1996; COUTINHO e

OLIVEIRA, 1997; CAVALCANTE, 1997; OLIVEIRA, 2000a; COUTINHO et al.,

2000).

68

Clube Internacional

SESI-Ibura

Aeroporto

CidadeUniversitária

NORTE

SUL

Figura 3.8 – Localização do depósito de argila mole do Clube Internacional do Recife

(OLIVEIRA, 2000a)

Este depósito está inserido na planície aluvionar do Recife, que é de origem flúvio-

marinha formada no Holoceno mais recente, tendo idade máxima de 10.000 anos. A

planície é limitada pelo mar e pelas Formações terciárias Barreiras. OLIVEIRA (2000a)

faz um resumo dos estudos realizados neste depósito, comentando que estudos

anteriores foram realizados no Clube Internacional do Recife (TEIXEIRA, 1972;

69

AMORIM JR., 1975; COUTINHO, 1978, 1980; FERREIRA, 1982; OLIVEIRA, 1991,

etc). Dentro de Projetos Integrados CNPq, coordenados pelo Prof. Roberto Quental

Coutinho, pesquisas e dissertações vêm sendo desenvolvidas neste local. Foram

coletadas, numa primeira campanha de investigação, 16 amostras nas camadas

argilosas, em 3 furos de amostragem. Foram utilizados amostradores do tipo shelby

com diâmetro interno de 100 e 113 mm e comprimento de 800 e 450 mm,

respectivamente (COUTINHO, 1978, 1980; FERREIRA, 1982; COUTINHO e

FERREIRA, 1988). Posteriormente, numa segunda campanha, foi realizado um furo de

sondagem SPT e 2 furos de amostragem, nos quais foram utilizados amostradores

shelby com diâmetro interno de 101,6 mm e comprimento, em geral, de 800 mm,

coletando um total de 12 amostras indeformadas na argila (OLIVEIRA 1991;

COUTINHO et al., 1993). Neste local foram realizados também ensaios de dilatômetro

(DMT) (ver COUTINHO e OLIVEIRA, 1997), piezocone (CPTU) (OLIVEIRA, 1991;

BEZERRA, 1996; COUTINHO e OLIVEIRA, 1997), Pressiômetro Ménard (PMT)

(CAVALCANTE, 1997) e ensaios de palheta de campo (EPC) (TEIXEIRA, 1972 e

OLIVEIRA, 2000a). Foram executadas três verticais para cada ensaio de campo citado,

com exceção dos ensaios de piezocone e palheta, onde foram executadas 6 e 4 verticais,

respectivamente (ambos em duas campanhas distintas). Maiores detalhes podem ser

encontrados em COUTINHO et al.(2000).

A Figura 3.9 mostra o croqui de locação dos ensaios realizados no Clube Internacional

(OLIVEIRA, 2000a).

70

QUADRAS DE TÊNIS

PÁTIO/

CL

UB

E I

NT

ER

NA

CIO

NA

L-S

ED

E

ESTACIONAMENTO

RU

A B

EN

FIC

A

RUA BENEDITO MONTEIRO

Figura 3.9. Croqui de locação das campanhas de amostragem e dos ensaios de campo realizados – Clube Internacional do Recife (OLIVEIRA, 2000a).

A Figura 3.10 mostra o perfil geotécnico, com os respectivos valores de SPT, e

resultados de ensaios de caracterização. O perfil é constituído superficialmente por uma

camada de aterro de aproximadamente 2 m de espessura (a depender da época do ano, o

nível d’água pode variar de 0,7 a 2,0 m), seguido por uma camada de areia argilosa fofa

com espessura próxima de 4 m. A partir daí aparece o depósito de argila siltosa orgânica

mole, o qual possui uma espessura de 20 m (6 - 26 m) e pode ser subdividido em duas

camadas de diferentes características geotécnicas (a primeira indo de 6 a 16 m e a

segunda de 16 a 26 m). Após os 26 m são observadas camadas alternadas de areia e

argila de compacidade e consistência variadas. A Tabela 3.2 apresenta um resumo das

principais características das 2 camadas do depósito de argila mole deste local. A Figura

3.11 apresenta resultados típicos e parâmetros índices obtidos através de ensaios de

piezocone realizados neste local.

71

Matéria Orgânica

TMO (%)

'

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'

'

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)

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0 5 10

Texeira, 1972

Coutinho, 1978-1980; Ferreira, 1982

Peso Específico

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13 18(kN/m³)γγ

15,6 ± 0,92

16,6 ± 0,61

Coutinho, 1978-1980; Ferreira, 1982Oliveira, 1991

Umidades

W (%)

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''

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0 50 100

LP

LL

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Perfil Geotécnico0

5

10

15

20

25

0

Pro

fund

idad

e (m

)

Areia/ Argila

Arg

ila S

iltos

aO

rgân

ica

(1)

Aterro

Arg

ila S

iltos

aO

rgân

ica

(2)

Areia Argilosa

7

1/63

2/45do N.A.variação

Figura 3.10 - Perfil geotécnico e resultados de ensaios de caracterização com a

profundidade - Clube Internacional do Recife (COUTINHO e OLIVEIRA, 1997).

72

Tabela 3.2. Caracterização do depósito de argila mole do Clube Internacional do Recife

(OLIVEIRA, 2000a).

Camada IP (%) W (%) GS T.M.O.*

(%)

Distribuição

granulométrica (%)

argila silte areia

1 (6 - 16m) 70,4 ± 13,4 65 - 100 2,5 7,0 ± 1,5

2 (16 - 26m) 33,0 ± 5,7 45 - 65 2,5 3,7 ± 1,7 65 25 10

* T.M.O.: teor de matéria orgânica (obtido pelo método químico do dicromato de

potássio).

Pro

fund

idad

e (m

)

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8

Resistência de ponta

qT (MPa)

Poro pressão

0 0.5 1uface (MPa)

0 0.5 1 1.5

Parâmetro de poro pressão

Bq=∆∆u/qT-σσV0) 0 2 4 6 8 10

Razão de atrito

Fr*(%)=fT/(qT-σσV0)

Figura 3.11 - Resultados típicos de piezocone – Clube Internacional do Recife

(COUTINHO e OLIVEIRA, 1997).

73

Para a determinação das características de compressibilidade foram realizados ensaios

de adensamento convencionais (drenagem vertical e dupla), em equipamento do tipo

Bishop, com anel fixo. O carregamento e o descarregamento foram feitos em estágios

de 24 horas de duração, com acréscimo de carga igual à carga anterior, ou seja, ∆p/p =

1.

Foram moldados corpos de prova com diâmetro de 87,4 mm e altura de 20 mm, os quais

foram carregados de 5 a 1280 kPa sendo descarregados até 40 kPa (OLIVEIRA, 1991).

A Figura 3.12 mostra um exemplo de curvas índice de vazios (e) vs tensão vertical

efetiva, para as duas camadas de argila mole. Foram utilizados também corpos de prova

com 71,3 mm de diâmetro e 20 mm de altura, sendo que, além de ensaios

convencionais, foram realizados também ensaios com ∆p/p < 1 nas proximidades da

pressão de pré-adensamento e ensaios com ciclo de carregamento e descarregamento

(COUTINHO, 1978, 1980; FERREIRA, 1982). Estes resultados estão apresentados na

Figura 3.13. Como pode ser visto, a camada 1 é levemente pré-adensada (OCR de 1,3 -

2,9), com o valor de OCR diminuindo com o aumento da profundidade até os 11 m e

permanecendo constante a partir daí. A camada 2 pode ser considerada normalmente

adensada (OCR de 1,0 – 1,3). O índice de vazios inicial (e0), o índice de compressão

(CC) e o índice de expansão (CS) apresentam valores maiores na primeira camada. O

índice de compressão, por exemplo, da camada 1, é em média cerca de 2 vezes o da

camada 2.

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1 10 100 1000 10000

Tensão vertical efetiva, (kPa)

0.4

0.9

1.4

1.9

2.4

Índi

ce d

e va

zios

(e)

CAMADA 1

CAMADA 2

C 1o. trecho

c1

C 2o. trecho

c2

Prof. (m): 9,00 a 9,75Prof. (m): 20,30 a 21,05

σσ'v

Figura 3.12 – Curvas índice de vazios versus tensão vertical efetiva (COUTINHO e

OLIVEIRA, 1997)

74

OCR = σσ 'P/σσ 'V0

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

Razão de Pré-Adensamento

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10

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25

0 100 200

Tensão Vertical Efetiva

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fund

idad

e (m

)N.A.1N.A.2

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0,5 1,5 2,5

Índice de Vazios Inicial

e0

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CC

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0 0,1 0,2 0,3

CS

1,08 ± 0,13

2,06 ± 0,36

1,35 ± 0,19

1,55 ± 0,40

0,75 ± 0,28

0,21 ± 0,05

0,13 ± 0,03

Coutinho, 1978-1980;

Oliveira, 1991

Índice de Compressão

Índice de Expansão

σσ 'V0, σσ 'P (kPa)

σσ'V0

σσ'P

1,41 ± 0,11

Ferreira, 1982

Figura 3.13 - Parâmetros de compressibilidade e história de tensões – Clube

Internacional do Recife (COUTINHO e OLIVEIRA, 1997).

Os parâmetros de resistência ao cisalhamento foram obtidos em laboratório através de

ensaios triaxiais (UU-C e CCIU − ), bem como através de ensaios de palheta de campo.

Os resultados dos ensaios UU-C e CCIU − foram apresentados por OLIVEIRA (1991).

O equipamento utilizado, os procedimentos de ensaio e os resultados são descritos a

seguir.

Os ensaios UU-C em amostras indeformadas foram realizados dentro do Projeto de

Pesquisa do CNPq anteriormente citado. Foram executados utilizando-se prensa de

velocidade de deformação controlada, de fabricação nacional (Ronald Top), com

capacidade de 1000 kgf e 24 velocidades de avanço do pistão. A velocidade utilizada

nestes ensaios foi de 0,4675 mm/min. A medição da força vertical aplicada aos corpos

de prova (CP’s) foi feita através de anéis dinamométricos (100 kgf e 20 kgf, para as

amostras menos resistentes). Extensômetros mecânicos, com sensibilidade de 0,01mm,

foram utilizados para medir a deformação dos CP’s. Foram empregadas tensões

confinantes de 100 a 200 kPa, dependendo da profundidade da amostra. Os cálculos e

procedimentos de ensaio foram feitos de acordo com BISHOP e HENKEL (1962).

75

Os ensaios CCIU − foram executados como se segue (segundo COUTINHO, 1986):

1) A saturação dos corpos de prova foi alcançada através da aplicação de contra-pressão

de 300 kPa por 24 horas (no mínimo), em estágios de 100 kPa, cada um por pelo menos

30 minutos;

2) Ao final do processo procedeu-se à determinação do parâmetro B para verificação da

saturação dos corpos de prova (os valores foram iguais ou muito próximos de 1);

3) Em seguida foi realizado o adensamento isotrópico, com a tensão confinante

escolhida, no qual foi utilizado papel filtro lateral (fitas estreitas) envolvendo toda a

amostra, bem como na pedra porosa da base. A drenagem foi feita pela base e o volume

d’água que saía foi medido com a utilização de bureta (50 ml) de fabricação nacional

(Ronald Top), até a estabilização.

4) Finalmente os corpos de prova foram cisalhados com velocidade de deformação

constante e igual a 0,01554 mm/min.

Os anéis dinamométricos, para medida da força vertical aplicada, e os extensômetros

mecânicos, para a medida das deformações impostas, foram os mesmos utilizados nos

ensaios UU-C. As medidas de poro-pressão foram obtidas na base dos corpos de prova,

utilizando-se transdutores de pressão tipo PT-10 (Instronic), com capacidade de 1000

kPa e indicador digital. A aplicação da tensão confinante foi feita através de sistema

auto compensador de mercúrio, assim como a aplicação da contra-pressão. As tensões

confinantes utilizadas variaram de 50 - 100 kPa (σ’C ≈ σ’oct) a 500 kPa. A utilização de

tensão confinante aproximadamente igual à tensão octaédrica in situ (σ’oct) teve como

finalidade a obtenção da resistência não drenada de campo e uma melhor definição da

envoltória de resistência. Os cálculos e procedimentos de ensaio foram de acordo com

BISHOP e HENKEL (1962). Para a obtenção da envoltória de resistência foram

realizadas correções devidas ao papel filtro, à membrana de borracha e ao atrito no

pistão, nos pontos correspondentes à ruptura, conforme BISHOP e HENKEL (1962) e

sugestões de COUTINHO (1986). A Tabela 3.3 apresenta sucintamente alguns dados

destes ensaios.

76

Tabela 3.3 - Resumo dos ensaios de compressão triaxial realizados.

Ensaio Velocidade do

ensaio (mm/min)

φφ’

(o)

Referência

UU 0,4675 - OLIVEIRA

(1991)

cam.1 = 26 CIU 0,01554

cam.2 = 23

OLIVEIRA

(1991)

A Figura 3.14 apresenta resultados de SU obtidos através dos ensaios de laboratório

(OLIVEIRA, 1991) e também resultados de ensaios de dilatômetro, piezocone

(COUTINHO e OLIVEIRA, 1997) e palheta de campo (OLIVEIRA, 2000a). As

correlações usadas para obtenção de SU a partir dos ensaios de dilatômetro (DMT) e

piezocone (CPTU) estão referenciadas ao ensaio de palheta de campo. Pode-se notar a

boa concordância entre os resultados dos diversos ensaios.

COUTINHO et al. (2000) desenvolveram correlações estatísticas entre parâmetros de

adensamento (CC , CS e e0) em função da umidade inicial (W%), para o Banco de Dados

das argilas moles do Recife, onde a argila do Clube Internacional está inserida. Para

efeito de ilustração algumas destas correlações estão apresentadas graficamente nas

Figuras 3.15 a 3.17. Estas figuras incluem também resultados do depósito de Juturnaíba

/ Rio de Janeiro (COUTINHO, 1986; COUTINHO & LACERDA, 1987). Pode-se

observar uma maior dispersão para o subgrupo de solos orgânicos/turfas, o que se deve

provavelmente à baixa qualidade de algumas amostras. A utilização destas correlações

em anteprojetos e/ou projetos práticos e de pesquisa será discutida no item 6.9 desta

tese.

77

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5

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15

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25

30

10 20 30 40 50 60 70 80

DMT: Marchetti, 1980: A = 0,22

* Palheta de campo

Laboratório (CIU-C)Laboratório (UU-C)

CPTU: Tavenas e Leoureil, 1987: NKT = 11

Clube Internacional

SU (kPa)

Pro

fund

idad

e (m

)

Figura 3.14 - Resistência não drenada obtida através de ensaios de laboratório

(OLIVEIRA, 1991), dilatômetro, piezocone (COUTINHO e OLIVEIRA, 1997) e

palheta de campo campo (OLIVEIRA, 2000a) – Clube Internacional do Recife.

78

Figura 3.15 – Correlação estatística - índice de vazios inicial (e0) em função da umidade

(W%) – (COUTINHO et al., 2000)

Figura 3.16 – Correlação estatística - índice de compressão (CC) em função da umidade


79

Figura 3.17 – Correlação estatística - índice de expansão (CS) em função da umidade


80

CAPÍTULO 4 CAMPANHA DE AMOSTRAGEM SHERBROOKE

4.1. Introdução

Neste capítulo será apresentada a primeira campanha realizada no Brasil utilizando o

amostrador Sherbrooke (LEFEVBRE e POULIN, 1979).

O amostrador Sherbrooke foi trazido ao Brasil por um pesquisador do Instituto

Norueguês de Geotecnia (NGI) através de uma cooperação científica entre NGI e as

Áreas de Geotecnia da COPPE/UFRJ e da UFPE. As Figuras 4.1 a 4.4 mostram o

amostrador em diferentes posições. A Figura 4.1 apresenta uma visão geral do

amostrador, onde se pode notar as hastes para circulação de água ou lama bentonítica

usada para auxiliar a coleta da amostra. Notam-se também as 3 facas na base, na

posição fechada. Esta posição é usada quando se quer cortar e sustentar a amostra,

trazendo-a à superfície do terreno (ver item 2.1.2).

Na Figura 4.2 observa-se o detalhe do sistema de molas usado para acionar as facas,

fechando-as, quando as mesmas estão abertas no momento de esculpir a amostra.

A Figura 4.3 apresenta o detalhe da base , enquanto a Figura 4.4 mostra uma vista

inferior do amostrador Sherbrooke.

As atividades descritas a seguir, fazem parte do Projeto de Pesquisa PRONEX cujo

título é : “Engenharia Geotécnica e Hidrologia do Sistema Encosta-Planície Costeira”,

no qual a tese de doutorado está inserida.

81

Figura 4.1 – Visão frontal do amostrador Sherbrooke utilizado

82

Figura 4.2 – Detalhe da parte superior do amostrador Sherbrooke, mostrando o sistema

de molas que aciona as facas na base

Figura 4.3 – Detalhe da base do amostrador Sherbrooke

83

Figura 4.4 – Vista inferior do amostrador Sherbrooke

4.2.Campanha de amostragem no Rio de Janeiro

A campanha de amostragem no Rio de Janeiro foi realizada em terreno situado ao lado

da área onde está sendo construída a sede do SENAC no Bairro da Barra da Tijuca. Esta

é uma área de pesquisa da COPPE/UFRJ onde já foram realizados vários estudos (ver

item 3.2). A Figura 4.5 apresenta o croqui de locação dos furos de amostragem.

84

Figura 4.5 – Croqui de locação do furo de amostragem Sherbrooke e demais campanhas

realizadas anteriormente – argila mole do SENAC/Barra - RJ (modificado de

ALMEIDA, 1998)

Esta campanha foi iniciada no dia 16 de março de 1999 com a chegada da máquina

pertencente à empresa Geotécnica. Neste dia a máquina foi então posicionada para a

perfuração começar no dia seguinte. A máquina utilizada é da marca SOILMEC modelo

SM-400 tendo sido fabricada no ano de 1993, pesando aproximadamente 110 KN. A

Figura 4.6 apresenta esta máquina.

85

Figura 4.6 – Máquina utilizada na campanha de amostragem Sherbrooke do Rio de

Janeiro

No dia 17 de março foi iniciada a perfuração com o trado helicoidal ( ver Figura 4.6) até

a profundidade de 4,0 metros. Nesta profundidade foi feita a limpeza com o trado de

fundo chato até 4,15 m por 4 vezes, sem sucesso, ou seja o trado voltava cheio de

material amolgado. Este trado, mostrado na Figura 4.7, serve para nivelar o fundo do

furo, além de limpá-lo. Provavelmente este material amolgado fosse proveniente do

desmoronamento das paredes laterais do furo. Na última descida o trado encostou 15 cm

antes do fundo do furo.

86

Figura 4.7 – Trado de fundo chato usado para limpeza do furo

O amostrador desceu em seguida até a profundidade 4,15 m. Foi utilizada inicialmente

uma pressão igual a 50 kPa de circulação de água. Esta pressão foi usada em função da

argila ser muito mole. A Figura 4.8 apresenta um teste de circulação de água antes do

amostrador descer no furo. Após esculpir a amostra 25 cm abaixo, a mesma foi cortada

embaixo, através do fechamento das facas da base acionadas pelo sistema de molas a

partir da queda livre de um peso (ver Figura 4.9). Durante 3 minutos foi feita rotação

sem descida vertical. A amostra foi então levantada sem rotação com fluxo de água e

com velocidade vertical baixa, para evitar vácuo. A amostra foi perdida, ou seja, foi

recuperada apenas um pedaço amolgado na base (ver Figura 4.10).

87

Figura 4.8 – Teste de circulação de água nas hastes do amostrador Sherbrooke

Figura 4.9 – Peso sendo solto para acionar o sistema de molas que fecham as facas e

cortam a base da amostra, sustentando-a

88

Figura 4.10 – Primeira tentativa frustrada de coleta de amostra Sherbrooke – argila mole

do Rio de Janeiro

Foi então reiniciada a perfuração até a profundidade de 5,0 metros com o trado

helicoidal. Quando se atingiu esta profundidade, foi feita a limpeza do fundo do furo

com o trado chato. Na Segunda tentativa a composição de hastes só desceu livremente

até os 4,4 m de profundidade. Este fato se deve, provavelmente ao desmoronamento das

paredes do furo. Foi então decidido abandonar o furo 1 e deslocar a máquina 3,0 metros

para iniciar um outro furo revestido desde o início.

A máquina foi então deslocada e o revestimento levado até o local do novo furo de

amostragem. No dia 18 de março o revestimento começou a ser cravado na parte da

manhã (ver Figura 4.11 ). A perfuração foi feita até 3,15 m. Na primeira tentativa de

limpeza com o trado plano a bucha tinha a espessura de 1,5 m. Então voltou a ser

utilizado o trado helicoidal até 3,36 m. A bucha continuava com grande espessura, desta

vez igual a 40 cm. Provavelmente estava ocorrendo levantamento de solo devido à

ruptura do fundo do furo.

89

Figura 4.11 – Cravação do tubo de revestimento no pré-furo

Resolveu-se então circular lama bentonítica bastante grossa para estabilizar o furo. As

limpezas que foram feitas com o trado plano desta vez foram satisfatórias, com o trado

não voltando completamente cheio e com parte do material natural. Decidiu-se então

descer o amostrador. Foi possível coletar uma amostra com 21 cm de altura de razoável

qualidade aparentemente (ver Figura 4.12). A amostra foi coletada entre 3,38 e 3,63 m.

Esta amostra foi apoiada em uma base de madeira, especialmente confeccionada para a

campanha de amostragem, seguindo recomendações do NGI (ver Figura 4.13). Foi

então retirado o amostrador Sherbrooke e em seguida a amostra foi envolvida no filme

plástico e em papel alumínio e protegida com várias camadas de parafina misturada com

cera de abelha (Figuras 4.14 e 4.15). Então a amostra foi acondicionada em caixa de

madeira apropriada e levada ao laboratório ao final do dia.

90

Figura 4.12 – Primeira amostra Sherbrooke coletada no Rio de Janeiro – Prof. 3,38 a

3,63 m

Figura 4.13 – Amostra Sherbrooke sendo apoiada em base de madeira, para retirada do

amostrador

91

Figura 4.14 – Primeira amostra Sherbrooke sendo envolvida no filme plástico – Rio de

Janeiro

Figura 4.15 – Amostra Sherbrooke totalmente protegida

A perfuração prosseguiu até 3,92 m. Nova amostra foi coletada entre 3,92 e 4,25 m.

Esta amostra devido à sua maior altura apresentou queda de parte do material amostrado

nas suas laterais (“slamps”), provavelmente amolgando o solo mole.

92

Mais 4 amostras foram coletadas entre 4,5 e 7,0 metros de profundidade nos dias 19 e

20 de março. A Tabela 4.1 apresenta um resumo das amostras coletadas com o

amostrador Sherbrooke, com suas respectivas profundidades.

Tabela 4.1 – Resumo das amostras Sherbrooke coletadas – argila mole do Rio de

Janeiro

Amostra Profundidade (m)

1 3,38 – 3,63

2 3,92 – 4,25

3 4,55 – 4,82

4 5,12 – 5,35

5 5,74 – 6,01

6 6,41 – 6,76

Uma campanha de amostragem utilizando amostrador tubular com diâmetro de 100 mm,

dotado de pistão estacionário, foi também realizada neste mesmo local. O amostrador

possuía diâmetro interno igual a 100 mm, relação de folga interna igual a 1% e razão de

área igual a 9%. A Tabela 4.2 apresenta um resumo das amostras coletadas.

Tabela 4.2 – Resumo das amostras pistão coletadas – argila mole do Rio de Janeiro


1 – Furo 3 2,37 – 3,04

2 – Furo 3 3,40 – 4,09

3 – Furo 3 4,60 – 5,26

4 – Furo 3 6,20 – 6,84

93

4.3.Campanha de amostragem em Recife

A campanha de amostragem em Recife foi realizada em terreno situado dentro da área

do Clube Internacional. Este é um local de pesquisa da Área de Geotecnia da UFPE e

vários artigos técnicos e teses de mestrado e doutorado descrevem os estudos anteriores

(ver item 3.2). A Figura 4.16 apresenta um croqui de locação do furo de amostragem

Sherbrooke, bem como de outras campanhas de amostragem Shelby e ensaios de

campo.

Figura 4.16 – Croqui de locação do furo de amostragem Sherbrooke e demais

campanhas anteriores (modificada de OLIVEIRA, 2000)

No dia 22 de março uma das máquinas utilizadas na campanha foi mobilizada até o

local. Esta máquina pertence à empresa Pesquise e foi empregada para descer o

amostrador e coletar a amostra com baixa rotação. A máquina, que é utilizada para

94

realização de sondagem rotativa e fabricada pela Maquesonda, foi adaptada com uma

caixa de marcha para atender à exigência de velocidade de rotação igual a 5 RPM.

A outra máquina utilizada para abertura do pré-furo e limpeza do fundo do furo com o

trado plano pertence à empresa Fundacel e foi mobilizada no dia 23 de março, no final

da tarde. Esta máquina é utilizada normalmente para execução de estacas escavadas. A

Figura 4.17 mostra estas 2 máquinas.

Figura 4.17 – Máquinas utilizadas para amostragem Sherbrooke na argila mole de

Recife

No dia 24 de março a máquina da Fundacel foi montada e posicionada no local para

iniciar o pré-furo. Foi necessário ainda fazer uma adaptação nas hastes para encaixe do

trado plano do NGI.

O pré-furo foi iniciado no dia 25 de março, sem revestimento e com circulação de lama

bentonítica. Foi planejado retirar a primeira amostra a 8,0 metros, e por isso o pré-furo

avançou até 7,90 m. O trado plano desceu por 3 vezes até 8,20 m. O amostrador foi

95

então colocado no pré-furo. A amostra não foi recuperada, pois as facas da base do

amostrador não foram disparadas pelo peso e não foi possível cortar a base da amostra e

sustentá-la. O sistema de molas acionado pelo peso não conseguiu ser disparado devido

à presença de lama/areia/borra de argila. O amostrador teve as saídas de água na sua

base obstruídas por areia, que retornava do furo. O reservatório para circulação de lama

utilizado foi cavado no terreno e continha muita areia.

No dia seguinte o pré-furo avançou com a broca até 8,70 m. O trado plano avançou

limpando mais 0,10 m por 3 vezes. Então o amostrador foi descido na profundidade 8,8

m. Foi cravado 35 cm até 9,15 m. A amostra foi recuperada (8,80 – 9,15 m). Utilizou-se

outro tanque (tonel) para circular lama pelo amostrador (mais limpa), sem a presença de

areia. As paredes laterais do pré-furo tornaram-se mais estáveis; talvez a lama tenha de

fato começado a atuar, estabilizando o furo. No topo da amostra, ainda assim, foi

recuperada uma pedra caída da camada de aterro com restos de construção. A amostra,

segundo Stein Strandvik, do NGI, era de boa qualidade, com a superfície lateral

lisa/macia. A amostra foi então protegida e acondicionada na caixa apropriada e

transportada para o laboratório. As Figuras 4.18 a 4.20 apresentam esta amostra.

96

Figura 4.18 – Primeira amostra Sherbrooke coletada em Recife – Prof. 8,80 a 9,15 m

97

Figura 4.19 – Amostrador sendo retirado – argila do Recife – Prof. 8,80 a 9,15 m

98

Figura 4.20 – Primeira amostra Sherbrooke coletada em Recife sendo acondicionada

O pré-furo avançou até 10,90 m com a broca. O trado plano avançou até 11,0 m por 3

vezes. O amostrador desceu nesta profundidade e foi cravado 35 cm. A amostra não foi

recuperada, aparentemente a cravação tenha sido realizada no material escavado, pois a

mesma foi muito rápida. É possível que o amostrador não tenha encostado no terreno

natural.

No dia 27 de março a perfuração avançou até 11,80 m. O trado plano avançou até 11,90

m por uma única vez. Foi realizado um teste para avaliar se era melhor efetuar o acerto

do furo uma única vez do que limpar muitas vezes, podendo eventualmente provocar-se

maior amolgamento. O amostrador desceu em 11,90 m e foi cravado 40 cm. As facas

dispararam depois de várias tentativas com o peso sendo solto em queda livre, de uma

altura maior do que a utilizada normalmente pelo NGI. O peso chegou a ser solto da

boca do furo no nível do terreno, ou seja aproximadamente 12,0 m de queda, enquanto o

NGI usa 1-1,5 m. A amostra foi recuperada (11,90 –12,30 m). Um pedaço da amostra

soltou-se na sua parte inferior, na altura de uma das facas.

No dia 29 de março a broca perfurou até 12,80 m e o trado plano avançou até 12,90 m

por uma vez apenas, mantendo o procedimento testado e aprovado. A amostra foi

99

coletada entre 12,90 e 13,25 m. A amostra apresentou uma forma cônica na parte

superior, conforme pode ser visto na Figura 4.21. Nova amostra foi coletada entre 13,70

e 14,05 m. As mesmas foram protegidas, acondicionadas e transportadas para o

laboratório.

Figura 4.21 – Terceira amostra Sherbrooke coletada em Recife – prof. 12,90 a 13,25 m

No dia seguinte foram feitas 2 tentativas sem sucesso nas profundidades 16,40 e 17,00

m. As facas não foram disparadas nas duas vezes, pois muito material se acumulava no

sistema de molas na parte superior do amostrador. Provavelmente a instabilidade do

furo estaria ocorrendo ou o sistema de bomba não mais conseguia limpar o material

recortado com eficiência devido à grande profundidade. Optou-se então pelo final da

campanha de amostragem. O amostrador e o trado plano foram então transportados de

volta para o laboratório. No dia 07 de abril os equipamento foram despachados de volta

ao Rio para serem enviados para a Noruega.

A Tabela 4.3 apresenta um resumo das amostras Sherbrooke coletadas em Recife, com

sua respectiva profundidade.

100

Tabela 4.3 – Resumo das amostras Sherbrooke coletadas – argila mole de Recife


1 8,80 – 9,15

2 11,90 – 12,30

3 12,90 – 13,20

4 13,70 – 14,00

4.4.Comentários

Foram coletadas 6 amostras de argila mole no Rio de Janeiro e 4 amostras em Recife,

utilizando o amostrador Sherbrooke. As amostras foram transportadas e armazenadas

nas câmaras úmidas dos laboratórios de Geotecnia da COPPE/UFRJ e da UFPE,

inicialmente. Ensaios preliminares foram realizados na amostra 1 do Rio de Janeiro, no

Laboratório da COPPE/UFRJ. Posteriormente todas as amostras foram transportadas

por via terrestre para o Laboratório de Geotecnia da UFPE, onde a maioria dos ensaios

foi realizada. Estes ensaios serão discutidos no Capítulo 5.

No Capítulo 6 serão feitas comparações com resultados de ensaios realizados em

amostras coletadas com amostradores tubulares convencionais e dados da literatura.

101

CAPÍTULO 5 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS DE

LABORATÓRIO 5.1.Introdução

Neste capítulo serão apresentados a metodologia e os resultados dos ensaios de

laboratório realizados nas amostras Sherbrooke e pistão coletadas (ver capítulo 4). Os

ensaios realizados foram os seguintes:

• Adensamento edométrico incremental convencional

• Adensamento isotrópico

• Triaxial UU

• Triaxial CIU-C

• Triaxial CAU-C

Os ensaios foram divididos em 2 séries: na primeira série os ensaios foram realizados

com o material na umidade natural de campo, enquanto que na segunda os ensaios

foram executados com o solo na condição ressecada. Esta segunda série tem como

objetivo o estudo da influência do armazenamento da amostra no laboratório. As

Tabelas 5.1 a 5.5 apresentam ao longo do texto a denominação (código) do ensaio e um

resumo das informações geotécnicas.

A Figura 5.1 apresenta de forma esquemática a localização dos corpos de prova

moldados para ensaios edométricos (E) e triaxiais (T), nas amostras Sherbrooke.

Sempre que possível se procurou seguir esta configuração, embora em alguns casos não

se conseguisse, pois algumas amostras apresentaram formas irregulares não-cilíndricas,

fissuras, lentes de areia, o que dificultava a escolha do local e a moldagem dos corpos

de prova. Procurou-se afastar das bordas e das extremidades inferiores e superiores para

evitar as partes mais sujeitas ao amolgamento, conforme ilustrado na Figura 5.1.

Algumas medidas são variáveis em função da altura e da qualidade da amostra.

102

Figura 5.1 - Croqui esquemático da posição dos corpos de prova moldados nas amostras

Sherbrooke para ensaios edométricos (E) e triaxiais (T)

5.2.Rio de Janeiro

Inicialmente foram realizados no Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ, um ensaio

edométrico incremental (AD1) e um ensaio triaxial UU na amostra 1 Sherbrooke (3,38 –

3,63 m/UU-1) e na amostra 2 (3,40 – 4,09 m) pistão (AD11). Estes ensaios foram

E

E

T

T

T

50,8 mm 87 mm

250 mm

25-30 mm

200-350 mm

30-50 mm

103

repetidos no Laboratório de Geotecnia da UFPE, após o transporte das amostras por via

terrestre para Recife. Esta repetição teve como objetivo a avaliação de possível

amolgamento devido ao transporte. Todos os demais ensaios foram realizados no

Laboratório de Geotecnia da UFPE.

5.2.1.Ensaios de deformação

Foram realizados ensaios edométricos incrementais convencionais e isotrópicos. A

metodologia destes ensaios será descrita a seguir.

Ensaio edométrico incremental

Os ensaios de adensamento incrementais convencionais (drenagem vertical e dupla),

foram realizados em equipamento do tipo Bishop, com anel fixo. O carregamento e o

descarregamento foram feitos em estágios de 24 horas de duração, com acréscimo de

carga igual à carga anterior, ou seja, ∆σ/σ = 1.

Em geral, foram moldados corpos de prova com diâmetro de 87,4 mm e altura de 20

mm, os quais foram carregados de 2,5 a 640 ou 1280 kPa sendo descarregados até 40

kPa. Em alguns casos o descarregamento foi iniciado a uma tensão menor do que 640

kPa.

Foram utilizados também corpos de prova com 50,5; 71,3; e 100,9 e mm de diâmetro e

20 mm de altura, na amostra 6 Sherbrooke (6,41 – 6,76 m). Neste caso o objetivo foi

estudar o efeito do diâmetro do corpo de prova nos resultados do ensaio, em termos de

qualidade.

As Figuras 5.2 e 5.3 ilustram o procedimento de moldagem de um corpo de prova para

realização de um ensaio edométrico incremental convencional. Este ensaio foi realizado

no Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ. Foi utilizado um procedimento similar

àquele adotado para manuseio de amostras do tipo bloco prismático em solos residuais.

104

Após a moldagem a amostra foi novamente protegida com filme plástico e papel

laminado, além de ser recoberta com parafina líquida. Este procedimento é diferente do

adotado em outras instituições como o NGI, que dividem a amostra em sub - amostras,

fatiando em relação à altura e ao diâmetro. Como o procedimento de manter a amostra

inteira é mais comum nos laboratórios brasileiros, o mesmo foi adotado neste trabalho.

Pode-se comentar que este procedimento evita o desconfinamento parcial das sub -

amostras e não expõe o núcleo da mesma a um provável processo de secagem.

Figura 5.2 - Procedimento de abertura da amostra Sherbrooke – Amostra 1 – prof. 3,38-

3,63 m – Rio de Janeiro – Ensaio AD1 realizado na COPPE/UFRJ

105

Figura 5.3 - Cravação do anel para realização do ensaio edométrico incremental

convencional (AD1) – amostra 1 – Rio de Janeiro

As Figuras 5.4 e 5.5 apresentam as curvas índice de vazios (e) versus tensão vertical

(σ’v) para as amostras Sherbrooke (Ensaios AD1 a AD6), enquanto a Figura 5.6

apresenta as curvas referentes às amostras do tipo pistão (Ensaios AD11 a AD14). Estes

são resultados dos ensaios da 1ª série.

Observando a Figura 5.5, pode-se notar que amostra Sherbrooke 5 (Ensaio AD6) é a que

apresenta maior amolgamento, considerando a maior variação do índice de vazios para a

tensão vertical máxima igual a 640 kPa, em comparação com a amostra 4 (Ensaio AD5),

que apresenta aproximadamente o mesmo índice de vazios inicial. Esta amostra 5

apresenta ainda uma maior inclinação no trecho de recompressão. Este fato confirma a

inspeção visual da amostra 5, que apresenta uma forma irregular, não - cilíndrica, com

altura pequena, em torno dos 6 cm. A amostra 5 apresenta ainda veios de areia, o que

deve ter dificultado o processo de amostragem. Durante o manuseio da amostra para

cravação do anel de adensamento, foi constatado que a amostra apresentava uma

106

estruturação/rigidez menor do que as demais. A Figura 5.7 mostra as curvas e vs σ’v ,

obtidas nos ensaios realizados na amostra 6 Sherbrooke, com diferentes anéis de

adensamento (Ensaios AD 7 a 10).

As Figuras 5.8 e 5.9 mostram os resultados na forma de gráficos deformação específica

vertical (εv) versus tensão vertical (σ’v), para as amostras Sherbrooke e a Figura 5.10

para as amostras pistão. A Figura 5.11 mostra as curvas εv versus tensão vertical σ’v ,

obtidas nos ensaios realizados na amostra 6 Sherbrooke, com diferentes anéis de

adensamento.

Figura 5.4 – Curvas índice de vazios versus tensão vertical – ensaio edométrico

incremental – argila mole do Rio de Janeiro – amostras Sherbrooke 1 (ensaios COPPE e

UFPE), 2 e 3 – Ensaios AD1 a AD4);

107

Figura 5.5 – Curvas índice de vazios versus tensão vertical – ensaio edométrico

incremental – argila mole do Rio de Janeiro – amostras Sherbrooke 4, 5 e 6 (Ensaios

ADAD6, AD6 e AD9);

As Tabelas 5.1 e 5.2 apresentam um resumo dos resultados obtidos nos ensaios de

edométricos convencionais, nas amostras Sherbrooke e Pistão, respectivamente.

108

Figura 5.6 - Curvas índice de vazios versus tensão vertical – ensaio edométrico

incremental (AD11 a AD14) – argila mole do Rio de Janeiro – amostras pistão

109

Figura 5.7 - Curvas índice de vazios versus tensão vertical – ensaio edométrico

incremental (Ensaios AD7 a AD10) – argila mole do Rio de Janeiro – amostra

Sherbrooke 6 – corpos de prova com diferentes diâmetros

110

Figura 5.8 – Curvas deformação específica vertical versus tensão vertical – argila mole

do Rio de Janeiro – amostras Sherbrooke 1, 2 e 3 (Ensaios AD1 a AD4)

Figura 5.9 – Curvas deformação específica vertical versus tensão vertical – argila mole

do Rio de Janeiro – amostras Sherbrooke 4, 5 e 6 (Ensaios AD5,AD6 e AD9)

111

Figura 5.10- Curvas deformação específica versus tensão vertical – ensaio edométrico

incremental (AD11 a AD14) – argila mole do Rio de Janeiro – amostras pistão

Figura 5.11 - Curvas deformação específica versus tensão vertical – ensaio edométrico

incremental – argila mole do Rio de Janeiro – amostra Sherbrooke 6 – corpos de prova

com diferentes diâmetros (Ensaios AD 7 a AD10)

112

Em relação ao coeficiente de adensamento vertical, as Figuras 5.12 a 5.15 ilustram a

faixa de valores das amostras Sherbrooke e pistão coletadas. Os corpos de prova tem 86

mm de diâmetro. Nota-se que a ordem de grandeza é a mesma para os dois tipos de

amostradores.

Foram determinados também os valores do módulo edométrico (M) das amostras

coletadas. A Figura 5.15 apresenta os valores obtidos em função da tensão vertical

efetiva. Pode-se constatar que a amostra 5 apresenta um maior amolgamento em relação

às demais já que os valores do módulo M são menores. O maior amolgamento desta

amostra Sherbrooke 5 já foi comentado anteriormente e pode ser detectado observando-

se também a curva índice de vazios – tensão vertical. O módulo edométrico portanto,

pode também ser usado como índice para avaliar comparativamente qualidade de

amostra argilosa.

Figura 5.12 – Coeficientes de adensamento vertical versus tensão efetiva – amostra

Pistão (3,40-4,09 m- Ensaio AD12) e Sherbrooke (3,38-3,63 m-AD2)

113


Pistão (4,60-5,26 m-AD13) e Sherbrooke (4,55-4,82 AD4)


Pistão (6,10-6,84 m-AD14) e Sherbrooke (6,41-6,76 m – anel com 60 cm2 de área-

Ensaio AD9)

114

Figura 5.15 – Módulo edométrico versus tensão efetiva – amostras Sherbrooke – Rio de

Janeiro (Ensaios AD3 a AD6 e AD9)

-ENSAIOS DA 2ª SÉRIE

Foram também realizados ensaios edométricos convencionais nas amostras Sherbrooke,

após um longo prazo decorrido a partir da amostragem. Esta série de ensaios tem como

objetivo avaliar a influência do armazenamento da amostra no comportamento tensão -

deformação confinada. Neste item serão apresentadas algumas curvas destes ensaios,

que serão mais detalhadas no Capítulo 6.

115

Tabela 5.1 – Resumo dos resultados dos ensaios edométricos incrementais – Amostras Sherbrooke-Rio de Janeiro

Código do

ensaio

Amostra Prof. (m) Corpo de

prova

CC Cr eo σ’Vm (kPa) ∆e/eo Qualidade (Lunne et

al. 1997)

AD1 1 3,38-3,63 COPPE 2,56 0,452 5,208 13 0,070 regular

AD2 1 3,38-3,63 UFPE 3,32 0,498 5,538 18 0,047 boa

AD3 2 3,93-4,25 - 2,43 0,499 4,622 15 0,096 pobre

AD4 3 4,55-4,82 - 1,72 0,178 4,049 12 0,098 pobre

AD5 4 5,12-5,35 - 2,13 0,398 4,439 19 0,051 boa

AD6 5 5,74-6,01 - 2,86 1,033 4,721 20 0,132 pobre

AD7 6 6,41-6,76 50,5 mm 3,12 0,746 6,046 21 0,082 pobre

AD8 6 6,41-6,76 71,3 mm 2,49 0,508 4,706 22 0,075 pobre

AD9 6 6,41-6,76 87,4 mm 2,82 0,573 5,434 20 0,083 pobre

AD10 6 6,41-6,76 101,9 mm 3,05 0,549 5,292 23 0,074 pobre

116

Tabela 5.2 – Resumo dos resultados dos ensaios edométricos incrementais – Amostras Pistão - Rio de Janeiro

Código do

ensaio

Amostra Prof. (m) Corpo de

prova

CC Cr eo σ’Vm (kPa) ∆e/eo Qualidade (Lunne et

al. 1997)

AD11 2 3,40-4,09 COPPE 2,95 0,382 5,722 15 0,039 muito boa

AD12 2 3,40-4,09 UFPE 2,51 0,410 4,806 15 0,047 boa

AD13 3 4,60-5,26 - 2,00 0,660 5,162 10 0,157 muito pobre

AD14 4 6,20-6,84 - 2,78 0,670 4,97 21 0,119 pobre

117

A Figura 5.16 apresenta as curvas deformação vertical versus tensão vertical efetiva,

enquanto a Figura 5.17 apresenta a curva índice de vazios versus tensão efetiva vertical

para a amostra 1 Sherbrooke (3,38 – 3,63 m), para os ensaios realizados na primeira e

segunda séries. Nota-se da Figura 5.16 que armazenamento da amostra provocou um

ressecamento da mesma, tornando a curva ressecada paralela à anterior, tendo sido pré-

adensada por ressecamento.

Figura 5.16 - curvas deformação vertical versus tensão vertical efetiva - – Amostra 1

Sherbrooke (3,38 – 3,63m) – Argila do Rio de Janeiro – Ensaios 1ª e 2ª séries

Figura 5.17 – Curvas índice de vazios versus tensão vertical efetiva – Amostra 1

Sherbrooke (3,38 – 3,63m) – Argila do Rio de Janeiro – Ensaios 1ª e 2ª séries

118

Nota-se da Figura 5.17 que ocorre uma diminuição do índice de vazios inicial da

amostra ressecada em relação à amostra natural. Esta diminuição equivale a um ciclo de

descarregamento - recarregamento.

5.2.2.Ensaios de resistência

5.2.2.1 Ensaio Triaxial UU

Foram realizados ensaios triaxiais não - adensado não – drenado de compressão (UU -

C) nas amostras Sherbrooke e pistão coletadas. Este ensaio apesar de ser mais sensível

ao amolgamento em relação ao triaxial CIU – C ou CAU – C, é ainda muito utilizado

em termos práticos, e por isso foi incluído neste estudo.

A metodologia utilizada foi a seguinte:

Os corpos de prova foram preparados em torno de moldagem. O diâmetro do corpo de

prova foi de 50,8 mm e sua altura da ordem de 2,2 vezes o diâmetro.

Foram usadas tensões confinantes entre 100 e 200 kPa, dependendo da profundidade da

amostra.

O cisalhamento dos corpos de prova foi realizado em prensa de fabricação nacional

(Ronald Top), com velocidade de deformação constante de 0,4675 mm/min, o que

corresponde a basicamente 0,6 %/min.

A força vertical aplicada ao corpo de prova foi medida através de anéis dinamométricos

com capacidade de 1 kN e a deformação imposta foi medida através de extensômetros

mecânicos com sensibilidade de 0,01 mm.

O procedimento de realização e cálculo dos ensaios foram em acordo com BISHOP e

HENKEL (1962), COUTINHO (1986) e OLIVEIRA (1991). As Figuras 5.18 a 5.21

ilustram o manuseio de moldagem de um ensaio triaxial UU.

119

Figura 5.14 - Abertura de uma amostra Sherbrooke para moldagem de corpo de prova

para ensaio triaxial

Figura 5.15 - Separação de parte de uma amostra Sherbrooke para moldagem de corpo

de prova – Ensaio triaxial

120

Figura 5.16 - Preparação do corpo de prova em torno de moldagem – Ensaio triaxial

Figura 5.17 - Acabamento final do corpo de prova – Ensaio triaxial – Amostra

Sherbrooke

Para avaliar a influência do transporte da amostra para Recife, como já comentado no

item 5.2.1, foi realizado, no laboratório da COPPE, um ensaio na amostra 1 Sherbrooke

121

(prof. 3,38 – 3,63 m-Ensaio UU-1) e na amostra 2 pistão (prof. 3,40-4,09 m-Ensaio

UU3).

A comparação destes ensaios com o realizado no laboratório da UFPE em Recife é

apresentado em destaque na Figura 5.22. Nota-se que a forma da curva, a rigidez inicial,

a deformação na ruptura são semelhantes, com variação de 27% no valor da resistência

não – drenada, que pode ser creditada à heterogeneidade da amostra. Não foi constatada

portanto influência significativa do amolgamento devido ao transporte terrestre para

Recife.

Figura 5.22 - Curvas tensão – deformação comparativas – ensaios triaxiais UU

realizados na COPPE e UFPE – Sherbrooke (prof. 3,38 -. 3,63 m/UU-1 e UU-2) e pistão

(prof. 3,40-4,09 m/UU-3) – argila do Rio de Janeiro

Foi realizado também um ensaio da 2ª série na amostra 1 Sherbrooke (3,38-3,63 m),

para efeito de comparação com o ensaio realizado na umidade natural. Esta comparação

é apresentada na Figura 5.23 . Nota-se que o ressecamento da amostra (passando de 230

para 133% de umidade inicial) causa um aumento na rigidez inicial da curva, bem como

um aumento de 35% no valor da resistência não-drenada. Este ressecamento pode ser

considerado como sendo também um amolgamento da amostra, já que suas

características foram modificadas.

122

O ganho de resistência do solo deve ser equivalente, pelo menos em termos qualitativos,

ao acréscimo de resistência de um solo embaixo de um aterro que está sob processo de

adensamento natural ou acelerado por drenos verticais.

No capítulo 6 serão feitas maiores discussões sobre os resultados dos ensaios triaxiais

UU – C.

Figura 5.23 - Comparação de curvas tensão-deformação 1ª e 2ª série – ensaio UU-C –

argila mole do Rio de Janeiro – Amostras Sherbrooke e Pistão, com respectivas

umidades iniciais (w)

5.2.2.2 Ensaio Triaxial CIU - C

Os ensaios triaxiais CIU – C adensados isotropicamente não – drenados de compressão

foram realizados nas amostras Sherbrooke e Pistão. Neste ensaio o valor da deformação

vertical (εvo) para atingir à tensão vertical efetiva de campo (σ’vo), pode ser utilizado

como um índice de qualidade da amostra (LUNNE et al., 1997).

A metodologia utilizada foi a seguinte:

Os corpos de prova foram moldados em torno de moldagem a partir da amostra (ver

Figuras 5.17 a 5.21). A saturação foi alcançada através da aplicação de contra-pressão

123

de 300 kPa, em estágios de 50 kPa, por um período de pelo menos 4 horas, cada estágio.

Ao final do processo procedia-se a leitura do parâmetro B.

Foi utilizada uma pressão confinante aproximadamente igual à tensão octaédrica de

campo, conforme proposto por COUTINHO (1986), para obtenção da resistência não-

drenada.

No cálculo da tensão octaédrica de campo , a estimativa do valor do coeficiente de

empuxo no repouso (k0) foi obtida a partir da fórmula de MAYNE e KULHAWI (1982)

e o ângulo de atrito φ’ igual a 40o obtido por ALMEIDA et al.(1995). As expressões

utilizadas foram as seguintes:

k0 = (1-senφ’).OCRsenφ’ (5.1)

σ’oct = (σ’V + 2k0.σ’V)/3 (5.2)

Onde:

σ’V – tensão vertical efetiva

As pressões confinantes variaram entre 8 e 12 kPa.

Para a fase do adensamento isotrópico, foram utilizados papel filtro lateral e pedra

porosa na base, conforme BISHOP e HENKEL (1962).

O cisalhamento foi realizado em prensa de fabricação nacional (Ronald Top), com

velocidade de deformação constante igual a 0,0154 mm/min, o que corresponde a

basicamente 1%/h.

A força vertical aplicada e deformação dos corpos de prova, foram medidos através de

anéis dinamométricos com capacidade de 1 kN e extensômetros com sensibilidade de

0,01 mm, respectivamente.

As medidas de poro-pressão foram obtidas na base dos corpos de prova, utilizando-se

transdutores de pressão tipo PT-10 da Instronic, com capacidade de 1000 kPa e

indicador digital IM-5 da Instronic.

124

O procedimento de realização e cálculo dos ensaios foram em acordo com BISHOP e

HENKEL (1962).

Curva tensão – deformação obtida em um destes ensaios (CIU-2) é apresentada na

Figura 5.24. Nota-se que a deformação de ruptura está em torno de 12% e que o solo

exibe uma forma de curva tipicamente de argila normalmente adensada, sem um pico

bem definido e sem amolecimento.

Figura 5.24 - Curva tensão-deformação – ensaio triaxial CIU-C – Argila mole do Rio de

Janeiro – amostra Sherbrooke 4 (CIU-2)

Curva de poro – pressão versus deformação axial é mostrada na Figura 5.25. Nota-se

que os pontos tem uma certa dispersão e/ou repetição dos valores, devido

principalmente ao baixo valor de pressão, que dificulta a precisão das leituras.

A curva correspondente ao caminho de tensões obtida é apresentada na Figura 5.26.

125

Figura 5.25 - Curva poro-pressão versus deformação – ensaio triaxial CIU-C – Argila

mole do Rio de Janeiro – amostra Sherbrooke 4 (CIU-2)

Figura 5.26 - Caminho de tensões – ensaio triaxial CIU-C – Argila mole do Rio de

Janeiro – amostra Sherbrooke 4

126

5.2.2.3 Ensaio Triaxial CAU – C

A metodologia adotada neste trabalho com relação ao ensaio triaxial adensado

anisotropicamente não drenado de compressão foi, basicamente, aquela adotada por

ORTIGÃO (1980), com algumas adaptações. Utilizou-se um pendural em uma prensa

de tensão controlada para aplicação da tensão vertical efetiva de campo, enquanto a

tensão horizontal efetiva de campo estimada foi aplicada a partir da tensão confinante

na célula. O valor de k0 foi estimado a partir da expressão 5.1, de MAYNE e

KULHAWI (1982). Diferentemente de ORTIGÃO (1980), o adensamento foi atingido

com aplicção simultânea das tensões vertical e horizontal em um único estágio. O

número de incrementos no adensamento não influencia de maneira significativa o

resultado do ensaio, conforme descrito na literatura por WHITMAN et al. (1960) e

LADD e VARALLYAY (1965), citados por ORTIGÃO (1980), além de LACASSE

(2001). Conforme também utilizado por ORTIGÃO (1980), as deformações laterais não

foram controladas.

A Figura 5.27 apresenta uma comparação entre curvas tensão-deformação obtidas no

ensaio CAU-C para uma amostra Sherbrooke e uma amostra Pistão. São mostrados

também na Figura os valores da deformação volumétrica para as tensões de campo na

fase de adensamento. Pode-se notar que o valor da resistência não-drenada da amostra

Pistão é maior do que da amostra Sherbrooke, bem como a deformação axial na ruptura

é menor na amostra Pistão. Desta forma a qualidade da amostra Pistão com relação a

este ensaio é portanto melhor. O valor da deformação volumétrica da fase de

adensamento (εvo ) corrobora esta afirmação. LUNNE et al. (1997) consideram que

quanto menor o valor de εvo melhor a qualidade da amostra. Estas duas amostras seriam

classificadas pelo critério de LUNNE et al. (1997) como muito boas a excelentes, o que

é contraditório com a classificação destas amostras com base nos resultados dos ensaios

edométricos (ver item 5.2.1.). Baseado no ensaio de adensamento as amostras seriam

classificadas como pobres.

127

Figura 5.27 - Curvas tensão-deformação - amostra Sherbrooke e Pistão, com respectivas

deformações volumétricas para as tensões de campo na fase de adensamento – argila

mole do Rio de Janeiro (Ensaios CAU-1 e CAU-2)

A Figura 5.28 mostra as curvas poro-pressão versus deformação axial para amostra

Sherbrooke e Pistão. Nota-se que a poro-pressão gerada no ensaio da amostra Pistão é

superior àquela apresentada pela amostra Sherbrooke.

128

Figura 5.28 - Curvas poro-pressão versus deformação axial – amostras Sherbrooke e

Pistão – argila mole do Rio de Janeiro (Ensaios CAU-1 e CAU-2)

Na Figura 5.29 são apresentados os caminhos de tensão da amostra Sherbrooke e Pistão

ensaiadas. Nota-se que o caminho de tensão da amostra Pistão cruza a linha φ’,

enquanto o da amostra Sherbrooke situa-se abaixo desta linha. Como a esta

profundidade (em torno dos 6,00 m) a argila apresenta um certo grau de pré-

adensamento com OCR igual a 1,5 (ALMEIDA et al., 2000), é de se esperar que o

caminho de tensão realmente corte a linha φ’ do trecho normalmente adensado. O fato

da amostra Sherbrooke não apresentar este comportamento indica amolgamento.

A Tabela 5.3 apresenta um resumo dos ensaios triaxiais realizados.

129

Figura 5.29 - Caminhos de tensão – amostras Sherbrooke e Pistão ensaiada – ensaio

CAU-C - argila mole do Rio de Janeiro (Ensaios CAU-1 e CAU-2)

130

Tabela 5.3 – Resumo dos ensaios triaxiais – Argila do Rio de Janeiro – Amostras Sherbrooke e pistão

Código

Do ensaio

Amostra/tipo Prof. (m) Tipo do

Ensaio

Umidade

inicial (%)

Tensão

confinante

(kPa)

Tensão

desvio

(kPa)

Deformação

axial na

ruptura(%)

Deform.

volumétrica

adensamento(%)

Qualidade

(LUNNE et

al., 1997)

UU-1 1/Sherbrooke 3,38-3,63 UU-COPPE 228 100 28,3 9,5 - -

UU-2 1/Sherbrooke 3,38-3,63 UU-UFPE 230 100 22 9,3 - -

UU-3 1/pistão 3,40-4,09 UU-COPPE 230 100 22,8 6,7 - -

UU-4 2/Sherbrooke 3,92-4,25 UU-2ª .série 133 100 40 11,5 - -

CIU-1 2/Sherbrooke 3,92-4,25 CIU 185 10 16,3 11,91 2,26 Muito boa

CIU-2 4/Sherbrooke 5,12-5,35 CIU 180 12 27,6 13,34 3,6 Muito boa

CAU-1 6/Sherbrooke 6,41-6,76 CAU 218 σ´H= 12 e

σ´V = 20

22,6 11,36 1,0 Muito boa

CAU-2 4/pistão 6,20-6,84 CAU 213 σ´H= 12 e

σ´V = 20

32,8 7,39 2,5 Muito boa

131

5.3.Recife

5.3.1.Ensaios de deformação

5.3.1.1.Ensaio edométrico incremental

Foram realizados ensaios edométricos convencionais incrementais (1ª e 2ª série) e um

ensaio isotrópico na célula triaxial.

A Figura 5.30 apresenta as curvas índice de vazios versus tensão vertical efetiva para as

amostras Sherbrooke na condição de umidade natural (1ª série - Ensaios AD15 a AD18).

A Figura 5.31 mostra os resultados destes ensaios em termos das curvas deformação

vertical versus tensão efetiva vertical. Pode-se observar que a repetibilidade é alta nas

curvas da Figura 5.30 . Da Figura 5.31 nota-se que a amostra aparentemente de melhor

qualidade é a Sherbrooke 2 (11,90 – 12,30 m-Ensaio AD16), pois tem a menor

inclinação no trecho de recompressão. Os valores destes índices de recompressão (Cr),

bem como dos índices de compressão (CC1 e CC2 ) , considerando 2 trechos, do índice de

vazios inicial (e0)e da tensão de pré-adensamento (σ’Vm) pode ser visto no quadro

resumo da Tabela 5.4. Nesta tabela também é feita uma classificação da amostra

utilizando o critério de LUNNE et al. (1997).

132

Figura 5.30 – curvas índice de vazios versus tensão vertical – Amostras Sherbrooke –

Argila mole de Recife (Ensaios AD15 a AD18)

133

Figura 5.31 – curvas deformação vertical versus tensão vertical – Amostras Sherbrooke

– Argila mole de Recife (Ensaios AD15 a AD18)

A Tabela 5.4 apresenta um quadro resumo dos resultados obtidos nestes ensaios da 1ª

série. A metodologia foi descrita no item 5.1. Observando esta Tabela pode-se constatar

que as amostras são classificadas de acordo com a metodologia de LUNNE et al. (1997)

como sendo de pobre/regular a boa. Este fato pode indicar que esta metodologia deva

ser adaptada para as argilas plásticas brasileiras, já que a análise visual das curvas indica

amostras de boa qualidade. Além disso o amostrador utilizado (Sherbrooke) é

considerado um dos melhores do mundo, já que é evitada a deformação induzida pela

cravação de um tubo. Maiores detalhes serão discutidos no Capítulo 6.

134

Tabela 5.4 – Quadro resumo – ensaios edométricos convencionais incrementais Amostras Sherbrooke – Argila mole de Recife

Código do

ensaio

Amostra Prof. (m) CC1 CC2 Cr eo σ’Vm (kPa) ∆e/eo Qualidade (LUNNE

et al. 1997)

AD15 1 8,80-9,15 2,02 0,96 0,061 2,309 160 0,064 regular

AD16 2 11,90-12,30 1,33 0,83 0,033 1,735 150 0,060 regular

AD17 3 12,90-13,20 1,51 0,91 0,055 2,258 170 0,052 boa

AD18 4 13,70-14,00 1,25 0,83 0,068 2,037 150 0,092 pobre

135

Em relação ao coeficiente de adensamento vertical obtidos nos ensaios, os valores deste

parâmetro são apresentados graficamente na Figura 5.32 (Ensaios AD15 a AD18).

Nota-se que ocorre o comportamento esperado, com valores muito altos no trecho pré -

adensado, caindo bruscamente logo após a tensão de pré-adensamento, e apresentando

valores aproximadamente constantes a altas tensões. Este comportamento, a princípio,

indica amostra de alta qualidade. No Capítulo 6 será feita uma comparação com

resultados de ensaios da literatura realizados em amostras tubulares Shelby de diâmetros

60 e 100 mm para este depósito.

Figura 5.32 - Coeficiente de adensamento vertical versus tensão média – amostras

Sherbrooke – Argila mole de Recife (Ensaios AD15 a AD18)

Valores obtidos nos ensaios para o módulo edométrico (M) estão apresentados na

Figura 5.33. Esta Figura mostra que ocorre um aumento no valor do módulo M até um

pouco antes da tensão de pré-adensamento, quando ocorre a desestruturação do material

com consequente redução do valor do módulo. Após a tensão de pré-adensamento

136

ocorre novamente um aumento no valor deste módulo com o solo se tornando mais

rígido com o aumento das tensões.

Figura 5.33 - Valores do módulo edométrico M versus tensão vertical – amostras

Sherbrooke – Argila mole de Recife (Ensaios AD15 a AD18)

-ENSAIOS DA 2ª SÉRIE

Foram realizados ensaios edométricos convencionais após um longo tempo de

armazenamento das amostras Sherbrooke no laboratório. Estes ensaios tem como

objetivo a avaliação do efeito deste armazenamento no comportamento tensão -

deformação do solo. A tendência observada é de que houve um ressecamento nas

amostras, sendo esta redução de umidade muito variável de amostra para amostra.

As Figuras 5.34 e 5.35 mostram um exemplo de curvas índice de vazios e deformação

vertical versus tensão efetiva, para uma amostra Sherbrooke. Nesta Figura 5.34 nota-se

137

ainda que o solo se comportou de uma maneira inteiramente elástica para o ensaio da 2ª

série, retornando à deformação inicial no final do descarregamento.

Figura 5.34 – Curva índice de vazios versus tensão vertical efetiva – Amostra

Sherbrooke (m) – Argila de Recife – Ensaios 1ª e 2ª séries

138

Figura 5.35 - curvas deformação vertical versus tensão vertical efetiva – Amostra 1

Sherbrooke (m) – Argila de Recife – Ensaios 1ª e 2ª séries com respectivas umidades

iniciais (w)

5.3.1.2 Ensaio Isotrópico

Foi realizado um ensaio de adensamento isotrópico com a finalidade de avaliar a

influência do método de moldagem no comportamento do solo. Enquanto no

adensamento edométrico convencional o corpo de prova é preparado a partir da

cravação de um anel metálico na amostra, o que seria uma espécie de sub - amostragem

tubular, induzindo deformações, no caso do ensaio isotrópico, utiliza-se a célula triaxial

e o corpo de prova é moldado a partir de um torno, sendo o solo cortado com fio de aço.

Foram utilizados estágios de carga iguais ao adotado no ensaio convencional, ou seja,

10, 20, 40, 80, 160 e 320 kPa.

139

A Figura 5.35 mostra as comparações dos resultados obtidos através do ensaio

convencional e do ensaio isotrópico para a amostra 4 (prof. 13,70 – 14,00 m). Nota-se

que a tensão de pré-adensamento é inferior no ensaio isotrópico. A deformação vertical

correspondente (εvo) à tensão vertical efetiva de campo (σ’vo), é também inferior no

ensaio isotrópico.

Este fato pode ser explicitado pela diferença na moldagem do corpo de prova. A

preparação com fio de aço (ensaio isotrópico), amolgaria menos o solo, evitando a

deformação causada pela cravação do anel de adensamento convencional. Esta

evidência experimental foi também observada por outros autores, como LANDVA

(1964) e HIGHT et al. (1992). Existe também a diferença no caminho de tensões dos

dois ensaios.

Figura 5.35 - Comparação ensaios edométricos convencional e isotrópico – amostra

Sherbrooke – argila mole de Recife

140

5.3.2 Ensaios de resistência

5.3.2.1 Ensaio triaxial UU-C

Os ensaios triaxiais não-adensados não-drenados de compressão foram realizados nas

amostras Sherbrooke, seguindo-se a metodologia apresentada no item 5.2.2.1.

Curvas tensão-deformação típicas são apresentadas na Figura 5.36 (Ensaios UU-4 a

UU-6). Pode-se notar que as curvas são de argila estruturada com um valor de

resistência de pico, seguida de amolecimento com a desetruturação. Os valores da

deformação axial na ruptura situam-se entre 1 e 2%, indicando um material de alta

rigidez e de alta sensibilidade. Portanto é uma argila muito sensível ao amolgamento.

Figura 5.36 - Curvas tensão-deformação dos ensaios triaxiais UU-C – Amostras

Sherbrooke – Argila mole de Recife (Ensaios UU-4 a UU-6)

No capítulo 6 serão feitas comparações com resultados de ensaios triaxiais UU-C

realizados em material coletado com amostradores tubulares.

141

5.3.2.2 Ensaios triaxiais CIU-C

Os ensaios triaxiais CIU-C foram realizados segundo a metodologia descrita no item

5.2.2.2 desta tese.

Curvas tensão-deformação obtidas estão apresentadas na Figura 5.37 (Ensaios CIU-3,

CIU-4 e CIU-5). Pode-se observar que os valores da deformação axial na ruptura estão

situados entre 2 e 4%, sendo superiores aos apresentados pelos ensaios UU-C (1 a 2%).

O ensaio realizado na amostra Sherbrooke na profundidade 13,70 a 14,00 metros,

apresentou valores muito abaixo do esperado, o que pode significar algum problema,

não detectado durante o ensaio. Possivelmente a amostra não estivesse completamente

adensada.

Figura 5.37 - Curvas tensão-deformação dos ensaios triaxiais CIU-C – Amostras

Sherbrooke – argila mole de Recife (Ensaios CIU-3, CIU-4 e CIU-5)

A Figura 5.38 mostra as curvas poro-pressão versus deformação axial para os ensaios

CIU-C realizados nas amostras Sherbrooke em Recife. A Figura 5.39 apresenta os

caminhos de tensão obtidos para estes ensaios.

142

Figura 5.38 - Curvas poro-pressão versus deformação axial – amostras Sherbrooke –

argila mole de Recife (Ensaios CIU-3, CIU-4 e CIU-5)

Figura 5.39 - Caminhos de tensão – ensaio CIU-C – amostras Sherbrooke – argila mole

de Recife (Ensaios CIU-3, CIU-4 e CIU-5)

143

Observando os caminhos de tensão pode-se ressaltar a repetibilidade dos resultados do

ensaio nestes dois corpos de prova.

O caminho de tensão do ensaio da amostra Sherbrooke 1 (8,80 – 9,15 m/CIU-1) foi

afetado pelo problema de ensaio, já mencionado, que talvez possa ter sido causado por

uma perda de pressão confinante na célula, pois o valor de equilíbrio apresentado no

trecho inicial vertical (aproximadamente 42 kPa) está abaixo da tensão confiante

prevista (60 kPa).

5.3.2.3 Ensaio triaxial CAU-C

A metodologia deste ensaio foi descrita no item 5.2.2.3 desta tese.

A Figura 5.40 apresenta curvas tensão-deformação dos ensaios realizados em amostra

Sherbrooke (Ensaios CAU-3 a CAU-5). Nota-se que as curvas não apresentam um pico

tão bem definido como no caso dos ensaios CIU-C. Nem tampouco deformação de

amolecimento muito pronunciada. As curvas mostram um comportamento típico de solo

normalmente adensado, apesar do valor de OCR deste material nesta profundidade está

em torno de 1,5. A Figura 5.41 mostra uma comparação com resultados de ensaios CIU-

C. Nota-se que a deformação axial na ruptura dos ensaios CIU-C (entre 1 e 4%) são

menores do que para os ensaios CAU-C (entre 4 e 6%). O formato da curva também é

diferente, principalmente em relação ao corpo de prova de maior umidade ( w = 90% /

prof. 12,90 a 13,20 m –Ensaio CIU-4). A resistência não-drenada se mostra também

superior nos ensaios CAU-C. Este fato pode ser devido tanto à fase de adensamento

diferente, bem como ao envelhecimento em laboratório.

144

Figura 5.40 - Curvas tensão-deformação – ensaio CAU-C – amostras Sherbrooke –

argila mole de Recife (Ensaios CAU-3 a CAU-5)

Figura 5.41 -Comparação de curvas tensão-deformação – ensaios CAU-C (3, 4 e 5) e

CIU-C (4 e 5), com valores de umidade inicial– amostras Sherbrooke – argila mole de

Recife

As Figuras 5.42 e 5.43 apresentam as curvas poro-pressão versus deformação e o

caminho de tensão, respectivamente das amostras Sherbrooke no ensaio CAU-C. Para

efeito de comparação o caminho de tensão de um ensaio CIU-C de uma amostra Shelby

145

100 mm, foi também incluído (OLIVEIRA , 1991). Pode-se observar que todos os

caminhos de tensão atingem uma linha, independente da amostra e do tipo do ensaio. Os

caminhos de tensão devem estar dentro da curva de escoamento e exibem um

comportamento aproximadamente elástico, com a curva com formato vertical no trecho

antes da ruptura. Este fato indica amostras com estruturação mantida e portanto de alta

qualidade. O valor da resistência não-drenada é diferente de um corpo de prova para

outro, em função tanto do tipo de ensaio como do caminho de tensão na fase de

adensamento.

Neste caso a amostra Shelby se mostrou equivalente à amostra Sherbrooke. Uma

comparação mais detalhada será feita no Capítulo 6.

A Tabela 5.5 apresenta um resumo dos ensaios triaxiais realizados nas amostras

Sherbrooke para esta argila do Recife.

Figura 5.42 - Curvas poro-pressão versus deformação – ensaio CAU-C - amostras

Sherbrooke – argila mole de Recife (Ensaios CAU-3 a CAU-5)

146

Figura 5.43 - Caminhos de tensão – ensaios CAU-3 a CAU-5 (Sherbrooke) e CIU-C

(Shelby 100 mm (OLIVEIRA, 1991) – argila mole de Recife

147

Tabela 5.5 – Resumo dos ensaios triaxiais realizados nas amostras Sherbrooke – argila mole do Recife

Código

Do ensaio

Amostra/tipo Prof. (m) Tipo do

Ensaio

Umidade

inicial (%)

Tensão

confinante

(kPa)

Tensão

desvio (kPa)

Deformação

axial na

ruptura(%)

Deform.

volumétrica

adensamento(%)

Qualidade

(LUNNE et al.,

1997)

UU-4 1 8,80-9,15 UU-CP1 95,2 100 72 1,09 - -

UU-5 1 8,80-9,15 UU-CP2 94,6 100 92 2,43 - -

UU-6 2 11,9-12,3 UU 78,2 100 127 1,99 - -

CIU-3 1 8,80-9,15 CIU 87,8 60 34 2,21 2,25 Muito boa

CIU-4 3 12,9-13,2 CIU 88,4 75 92 1,50 1,59 Muito boa

CIU-5 4 13,7-14,0 CIU 74 75 92 3,52 3,69 Muito boa

CAU-3 1 8,80-9,15 CAU-CP1 63,4 σ´H= 65 e

σ´V = 92

145 4,80 6,5 Boa a regular

CAU-4 1 8,80-9,15 CAU-CP2 69,4 σ´H= 65 e

σ´V = 92

174 5,65 3,0 Muito boa

CAU-5 3 12,9-13,2 CAU 66,7 σ´H= 70 e

σ´V = 100

121 3,92 2,67 Muito boa

148

CAPÍTULO 6 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

6.1.INFLUÊNCIA DO TRANSPORTE

A influência do transporte foi analisada a partir da realização de ensaios edométrico

convencional incremental e triaxial UU na argila mole do Rio de Janeiro, nos

Laboratórios de Geotecnia da COPPE/UFRJ e da UFPE. Os ensaios foram realizados

nas amostras Sherbrooke 1 (3,38-3,63 m) e Pistão 2 (3,40-4,09 m).

A Figura 6.1 apresenta uma comparação entre resultados de ensaios edométricos em

termos da curva índice de vazios versus tensão vertical, enquanto a Figura 6.2 apresenta

a comparação com relação às curvas deformação vertical versus tensão vertical. Nota-se

que aparentemente não houve influência significativa do transporte terrestre do Rio até

Recife, no formato das curvas. A pequena diferença pode ser creditada à própria

heterogeneidade da amostra. Na classificação apresentada na Tabela 5.1 do capítulo 5, a

amostra é considerada boa a partir do ensaio realizado na UFPE, enquanto é considerada

regular através do ensaio da COPPE, utilizando o critério de LUNNE et al. (1997).

Portanto não houve amolgamento provocado pelo transporte.

Figura 6.1 – Influência do transporte na curva índice de vazios versus tensão vertical –

amostra 1 Sherbrooke (3,38 – 3,63 m)– Argila mole do Rio de Janeiro

149

Figura 6.2 – Influência do transporte na curva tensão-deformação – amostra 1

Sherbrooke (3,38 – 3,63 m)– Argila mole do Rio de Janeiro

A Figura 6.3 apresenta uma comparação entre resultados de ensaios edométricos em

termos da curva índice de vazios versus tensão vertical, enquanto a Figura 6.4 apresenta

a comparação com relação às curvas deformação vertical versus tensão vertical, para a

amostra Pistão.

Pode-se observar que a curva índice de vazios versus tensão vertical tem o mesmo

formato, diferindo apenas em relação ao índice de vazios inicial. Aparentemente apenas

houve uma translação da curva. Entretanto a amostra COPPE é classificada como muito

boa e a amostra do ensaio UFPE é classificada como boa, segundo o critério de LUNNE

et al. (1997). Os valores do índice ∆e/eo são muito semelhantes, sendo igual a 0,039

para o ensaio da COPPE e 0,047 para o ensaio da UFPE. Quanto menor este índice

melhor a qualidade da amostra. A classificação é diferente porque estes valores situam-

se no limite da mudança de faixa (0,04). Esta afirmativa é corroborada pelo

coincidência das curvas deformação vertical versus tensão vertical (Figura 6.4).

150

Figura 6.3 – Influência do transporte na curva índice de vazios versus tensão vertical –

amostra Pistão (3,40 – 4,09 m)– Argila mole do Rio de Janeiro

Figura 6.4 – Influência do transporte na curva deformação vertical versus tensão vertical

– amostra Pistão (3,40 – 4,09 m)– Argila mole do Rio de Janeiro

151

Foram realizados também ensaios triaxiais UU nas amostras selecionadas para analisar

a influência do transporte. A Figura 6.5 apresenta as curvas tensão-deformação obtidas.

Nota-se que o corpo de prova da amostra Sherbrooke cujo ensaio foi realizado na

COPPE/UFRJ apresenta o maior valor de resistência. Entretanto os valores de

deformação axial na ruptura, bem como o formato das curvas são semelhantes, não

apresentando portanto sinais de amolgamento. Pode-se concluir então que o

amolgamento causado pelo transporte neste estudo particular foi pequeno, quase

desprezível, e que o amolgamento causado pelo alívio de tensões e técnica de

amostragem deve ser mais relevante.

Figura 6.5 – Comparação entre curvas tensão desvio vs. deformação específica axial –

Ensaio triaxial UU – Amostras Sherbrooke e Pistão – Argila mole do Rio de Janeiro

6.2 Comparação de resultados: amostrador tubular x Sherbrooke

Neste item serão feitas comparações entre resultados de ensaios de laboratório obtidos a

partir de amostras coletadas com diferentes amostradores: Shelby, Pistão estacionário e

Sherbrooke. Os resultados apresentados foram obtidos na presente tese e também

compilados da literatura.

Os amostradores tubulares discutidos foram os seguintes:

152

• Argila mole de Recife: Shelby de 60 mm (AMORIM JR., 1975) e de 100 mm de

diâmetro (OLIVEIRA, 1991; COUTINHO et al., 1993);

• Argila mole do Rio de Janeiro: Shelby de 100 mm de diâmetro (ALMEIDA et al.,

1995), Pistão de 127 mm de diâmetro (ALMEIDA et al., 2000) e Pistão 100 mm de

diâmetro (Presente Tese).

Todos os resultados apresentados relativos às amostras Sherbrooke foram obtidos na

presente tese. A Tabela 6.1 apresenta detalhes da geometria dos amostradores tubulares

utilizados, e as Figuras 6.6 a 6.8 mostram desenhos esquemáticos dos mesmos.

Tabela 6.1 – Resumo das dimensões e índices dos amostradores

Argila Amostrador Diâmetro

interno D3

(mm)

Espessura

da parede

e (mm)

Índice de

área

Cα (%)

Rel. folga

interna Ci

(%)

Ângulo da

sapata de

corte α (o)

Recife Shelby 60 60,3 1,6 14,7 1,68 55

Shelby 100 98 1,8 7 0 6

Shelby 100 100 - - - -

Rio Pistão 127 127 - - - -

Pistão 100 96,8 1,6 8,9 1,0 7

L: 600 mme: 1,6 mmD3: 60,3 mmα: 55°Ca: 14,7 %Ci: 1,68 %Material: Aço InóxPré - furoReferência-Amorim Jr. (1975)

Shelby 60 mm - UFPE

Figura 6.6 – Detalhes da geometria do amostrador Shelby 60 mm (AMORIM JR., 1975)

L: 800 mme: 1,8 mmD3: 98 mmα: 6°Ca: 7 %Ci: 0%Material: Aço InóxPré - furo

Shelby 100 mm - UFPE

Figura 6.7 – Detalhes da geometria do amostrador Shelby 100 mm

153

L: 800 mme: 1,6 mmD3: 96,8 mmα: 7°Ca: 8,96 %Ci: 1%Material: LatãoPré - furo

Pistão - Geotécnica/RJ

Figura 6.8 – Detalhes da geometria do amostrador Pistão 100 mm

6.2.1.Curva tensão-deformação edométrica

6.2.1.1 Argila do Rio de Janeiro

As Figuras 6.9 a 6.12 mostram comparações entre curvas tensão-deformação

edométricas obtidas a partir de amostras tubulares e Sherbrooke. Os corpos de prova

utilizados tem diâmetro igual a 87 mm.

Observa-se na Figura 6.9 que a amostra Pistão situa-se entre as curvas das amostras

Sherbrooke, no trecho inicial da curva até a tensão de pré-adensamento. Após a tensão

de pré-adensamento as 3 curvas se confundem. Considerando o critério de LUNNE et

al. (1997) a amostra Sherbrooke 1 (3,38-3,63 m) é a de melhor qualidade (boa),

enquanto a amostra Sherbrooke 2 (3,92-4,25 m) é a de pior qualidade (pobre).

Figura 6.9 – Comparação entre curvas tensão-deformação edométricas – amostra Pistão

100 mm e Sherbrooke 1 (3,38-3,63 m) e 2 (3,92-4,25 m)

154

Figura 6.10 – Comparação entre curvas tensão-deformação edométricas – amostra

Pistão 100 mm e Sherbrooke 3 (4,55-4,82 m)

Pode-se notar na Figura 6.10 que a amostra Sherbrooke 3 (4,55-4,82 m) é superior à

amostra pistão. Em relação ao critério de LUNNE et al. (1997) a amostra Sherbrooke é

classificada como pobre, enquanto a amostra pistão é classificada como muito pobre.

Deve-se registrar que este critério de LUNNE et al. (1997) é muito rigoroso para argilas

plásticas brasileiras, como será discutido no item 6.3.

Na Figura 6.11 observa-se que a amostra Sherbrooke (5,12-5,35 m) é superior à amostra

pistão. Considerando o critério de LUNNE et al. (1997) a amostra Sherbrooke é

classificada como boa e a amostra pistão como muito pobre.

Observando-se a Figura 6.12 conclui-se que a amostra Sherbrooke 5 (5,74-6,01 m) é a

de pior qualidade e que as amostras Sherbrooke 6 (6,41-6,76 m) e Shelby 100 mm

(ALMEIDA et al., 1995) são as de melhor qualidade. O valor do índice ∆e/eo (LUNNE

et al., 1997) é igual a:

155

• 0,132 para a amostra Sherbrooke 5

• 0,083 para a Sherbrooke 6

• 0,119 para a amostra pistão e

• 0,057 para a amostra Shelby (ALMEIDA et al., 1995)

Vale salientar que quanto menor este índice melhor a qualidade da amostra.


Pistão 100 mm e Sherbrooke 4 (5,12-5,35 m)

156


Pistão 100 mm, Shelby 100 mm (ALMEIDA et al., 1995) e Sherbrooke 5 (5,74-6,01 m)

e 6 (6,41-6,76 m)

Pode-se concluir neste item que as amostras Sherbrooke ora são superiores, ora são

inferiores às amostras tubulares de grande diâmetro, considerando as curvas tensão-

deformação edométricas.

6.2.1.2. Argila de Recife

As Figuras 6.13 a 6.16 apresentam as curvas tensão-deformação referentes às amostras

Sherbrooke e amostras tubulares de 100 mm (OLIVEIRA, 1991) e de 60 mm

(AMORIM JR, 1975), quando for o caso. Os corpos de prova para as amostras

157

Sherbrooke e Shelby 100 mm tem diâmetro igual a 87 mm, enquanto os das amostras

Shelby 60 mm tem diâmetro igual a 50 mm.

Observando-se a Figura 6.13 pode-se constatar que a amostra Sherbrooke (8,80-9,15 m)

tem um comportamento similar, quase idêntico, à amostra Shelby mais superficial

(7,50-8,15 m) e que após a tensão de pré-adensamento ocorre uma separação das curvas

da amostra Sherbrooke da amostra Shelby de profundidade 9,0 metros. Considerando o

critério de LUNNE et al. (1997) todas as amostras seriam classificadas como regulares.

Figura 6.13 – Comparação entre curvas tensão-deformação edométricas – amostras

Shelby 100 mm (OLIVEIRA, 1991) e Sherbrooke 1 (8,80-9,15 m) – argila mole de

Recife

Analisando-se a Figura 6.14 conclui-se que as curvas edométricas das amostras Shelby

(11,00-11,75 m) e Sherbrooke (11,90-12,30 m) exibem um comportamento quase

coincidente, ou seja, os dois tipos de amostra tem qualidades equivalentes.

A Figura 6.15 apresenta curvas edométricas correspondentes às amostras obtidas com

diferentes amostradores: Shelby com diâmetro de 60 mm (AMORIM JR., 1975) e de

100 mm (OLIVEIRA, 1991; COUTINHO et al., 1993) e amostrador Sherbrooke, a

profundidades equivalentes. Nota-se que a tensão de pré-adensamento aumenta com o

158

aumento do diâmetro da amostra. A forma da curva é diferente, podendo-se notar a

forma curvilínea do trecho de compressão virgem nas amostras Shelby-100 mm e

Sherbrooke. A deformação específica vertical (εvo ) correspondente à tensão vertical in

situ (σ’vo) é maior na amostra Shelby-60 mm (cerca de 13%), enquanto é bem menor na

amostra Sherbrooke (cerca de 3,5%). Este índice εvo, como anteriormente comentado,

pode ser utilizado como forma de avaliar quantitativamente a qualidade da amostra

(LACASSE, 1988; LUNNE ET AL., 1997; COUTINHO et al., 1998). Quanto menor o

seu valor, melhor será a qualidade da amostra.


Shelby 100 mm (OLIVEIRA, 1991) e Sherbrooke 2 (11,90-12,30 m) – argila mole de

Recife

Analisando-se a Figura 6.16 nota-se que as amostras Sherbrooke 3 (12,90-13,20 m) e 4

(13,70-14,00 m) são superiores à amostra Shelby 100 mm. A amostra Sherbrooke 3

(12,90-13,20 m) é a de melhor qualidade, pois exibe um trecho de recompressão de

menor inclinação, ou seja Cr menor, e consequentemente um valor de ∆e/e0 menor

(0,052), sendo classificada como amostra de boa qualidade pelo critério de LUNNE et

159

al. (1997). A amostra Sherbrooke 4 (13,70-14,00 m), apesar da curva visualmente ser de

boa qualidade, é classificada pelo critério de LUNNE et al. (1997) como pobre. Este

fato corrobora a necessidade de adaptação deste critério para argilas plásticas

brasileiras.


Shelby 100 mm (OLIVEIRA, 1991), Shelby 60 mm (AMORIM JR, 1975) e Sherbrooke

3 (12,90-13,20 m) – argila mole de Recife

160


Shelby 100 mm (OLIVEIRA, 1991), Sherbrooke 3 (12,90-13,20 m) e Sherbrooke 4

(13,70-14,00 m) – argila mole de Recife

Concluindo este item pode-se dizer que as amostras Sherbrooke são equivalentes ou

levemente superiores às amostras Shelby de 100 mm e bastante superiores às amostras

Shelby de 60 mm, em termos das curvas tensão-deformação edométricas nesta argila

mole de Recife. O projeto e a geometria do Shelby de 100 mm da UFPE contribuem

para a obtenção de amostras de alta qualidade equivalentes àquelas obtidas com o

amostrador Sherbrooke.

6.2.2.Coeficiente de adensamento vertical

6.2.2.1.Argila do Rio de Janeiro

As Figuras 6.17 a 6.19 mostram curvas comparativas do coeficiente de adensamento

vertical versus a tensão vertical, para amostras coletadas de diferentes formas (Pistão e

Sherbrooke).

161

Analisando-se a Figura 6.17 chega-se à conclusão que a amostra Pistão apresenta

valores mais altos de Cv no trecho pré-adensado, o que indica qualidade superior.

Figura 6.17 – Coeficiente de adensamento vertical versus tensão vertical média –

amostras Pistão (3,40-4,09 m) e Sherbrooke (3,38-3,63 m) – Argila do Rio de Janeiro



162

Analisando-se as Figuras 6.18 e 6.19 pode-se concluir que o formato das curvas é

semelhante para a amostra Pistão e para a amostra Sherbrooke, como também a ordem

de grandeza dos valores, o que indica qualidades equivalentes.



6.2.2.2.Argila de Recife

As Figuras 6.20 a 6.22 apresentam as curvas de Cv versus a tensão vertical média.

Pode-se observar que:

• Os valores para as amostras Sherbrooke são equivalentes aos encontrados nas

amostras coletadas com o Shelby 100 mm;

• Os valores das amostras Shelby 60 mm (AMORIM JR., 1975) são inferiores aos

encontrados através das amostras Shelby 100 mm e Sherbrooke. Esta diferença pode

chegar até a 1000%, para tensões inferiores a 100 kPa.

163


amostras Shelby 100 e 60 mm e Sherbrooke (8,80-9,15 m)– argila mole de Recife


amostras Shelby 100 e 60 mm e Sherbrooke (11,90-12,30 m)– argila mole de Recife

164


amostras Shelby 100 e 60 mm e Sherbrooke (12,90-13,20 m e 13,70-14,00 m)– argila

mole de Recife

6.2.3.Módulo edométrico (M)


As Figuras 6.23 a 6.25 apresentam as curvas do módulo edométrico versus tensão

vertical média para as amostras Sherbrooke e Pistão.

Analisando-se a Figura 6.23 nota-se que os valores são equivalentes.

Observando-se a Figura 6.24 pode-se constatar que para tensões inferiores à tensão de

pré-adensamento o Módulo edométrico é maior na amostra Sherbrooke, o que indica

maior rigidez no trecho pré-adensado e portanto melhor qualidade.

Da Figura 6.25 pode-se dizer que a amostra pistão (6,20-6,84 m) é equivalente à

amostra Sherbrooke (5,74-6,01 m) e de qualidade inferior à amostra Sherbrooke (6,41-

6,76 m). Os valores do Módulo edométrico são superiores nesta última amostra para

baixas tensões.

165

Figura 6.23 – Módulo edométrico versus tensão vertical média – amostras Sherbrooke

(3,92-4,25 m) e Pistão (3,40-4,09 m)– Argila mole do Rio de Janeiro


(4,55-4,82 m) e Pistão (4,60-5,26 m)– Argila mole do Rio de Janeiro

166


(5,74-6,01 e 6,41-6,76 m) e Pistão (6,20-6,84 m)– Argila mole do Rio de Janeiro

6.2.3.2 Argila de Recife

As Figuras 6.26 a 6.29 apresentam as curvas do Módulo edométrico versus a tensão

vertical para as amostras Sherbrooke e Shelby 100 mm. Analisando estas Figuras pode-

se comentar que:

• As amostras Sherbrooke e Shelby 100 mm são equivalentes nas Figuras 6.26 e 6.27.

Ocorre uma espécie de translação nas curvas.

• Na Figura 6.28 os valores do Módulo edométrico são superiores na amostra

Sherbrooke, em até 90%;

• Na Figura 6.29 a amostra Shelby 100 mm apresentas valores mais altos no trecho

até 200 kPa. A diferença pode chegar a 40%.

LUNNE et al. (1997) encontraram resultados similares, comparando amostras tubulares

de 54 e 75 mm com o Sherbrooke, para uma argila da Noruega (ver item 2.3).

167


(8,80-9,15 m) e Shelby 100 mm (9,00-9,75 m - OLIVEIRA,1991) – Argila mole de

Recife



Recife

168



Recife



Recife

169

6.2.4. Perfis de parâmetros geotécnicos de compressibilidade


São apresentados neste item os perfis de índices e parâmetros geotécnicos de

compressibilidade ao longo da profundidade, a saber:

• Índice de vazios inicial (e0);

• Coeficiente de compressão (CR)

• Razão de pré-adensamento (OCR)

Estão incluídos resultados obtidos na presente tese e dados da literatura.

A Figura 6.30 apresenta o perfil do índice de vazios inicial (e0) ao longo da

profundidade. Nota-se que os valores obtidos na presente tese para o amostrador

Sherbrooke e pistão 100 mm são em média superiores aos encontrados por ALMEIDA

et al (1995), utilizando o Shelby 100 mm. Vale salientar que este índice não é sensível

ao amolgamento causado pelo processo de amostragem

A Figura 6.31 apresenta o perfil do coeficiente de compressão (CR), do primeiro trecho

reto após a tensão de pré-adensamento, ao longo da profundidade. Nota-se que os

valores obtidos na presente tese, tanto com o Sherbrooke quanto com o pistão 100 mm,

são inferiores aos obtidos com o uso do pistão 125 mm (ALMEIDA et al., 2000). Este

fato deve indicar que, considerando este parâmetro geotécnico, as amostras coletadas

com o pistão 125 mm têm qualidade superior às encontradas com o amostrador

Sherbrooke. Esta diferença chega a 18%.

A Figura 6.32 apresenta o perfil da razão de pré-adensamento (OCR) ao longo da

profundidade. Nota-se que as amostras pistão 125 mm (ALMEIDA et al., 2000)

apresentam valores superiores em relação às amostras Sherbrooke e pistão 100 mm.

Considerando que o amolgamento diminui a tensão de pré-adensamento e

consequentemente o valor de OCR, as amostras pistão de 125 mm são de qualidade

superior, comparadas com o Sherbrooke e o pistão 100 mm. A diferença pode chegar a

35%.

170

Figura 6.30 – Perfil do índice de vazios inicial – amostras Shelby 100 mm (ALMEIDA

et al., 1995) , Sherbrooke e Pistão – Argila mole do Rio de Janeiro

171

Figura 6.31 – Gráfico do coeficiente de compressão versus profundidade – amostras

pistão125 mm (ALMEIDA et al., 2000) , Sherbrooke e Pistão100 mm – Argila mole do

Rio de Janeiro

172

Figura 6.32 – Gráfico da razão de pré-adensamento (OCR) versus profundidade –

amostras pistão125 mm (ALMEIDA et al., 2000) , Sherbrooke e Pistão100 mm – Argila

mole do Rio de Janeiro

173

6.2.4.2.Argila mole de Recife

As Figuras 6.33 a 6.36 apresentam os perfis do índice de vazios inicial (eo), do índice de

compressão (CC), do índice de recompressão (CR) e do OCR, respectivamente, versus a

profundidade.

Figura 6.33 – Índice de vazios inicial versus a profundidade – argila mole de Recife –

amostras Sherbrooke (presente tese) e Shelby (COUTINHO e OLIVEIRA, 1997)

Nota-se analisando a Figura 6.30 que os valores do índice de vazios inicial das amostras

Sherbrooke são similares àqueles obtidos com o amostrador Shelby de 100 mm

apresentados por COUTINHO e OLIVEIRA (1997). Vale salientar que este índice não é

muito sensível ao amolgamento.

174

Figura 6.34 – Índice de compressão versus a profundidade – argila mole de Recife –

amostras Sherbrooke (presente tese) e Shelby 100 mm (COUTINHO e OLIVEIRA,

1997)

Observando-se a Figura 6.34 nota-se que os valores do índice de compressão obtidos a

partir de amostras Sherbrooke (camada 1) estão dentro da faixa de variação das

amostras Shelby 100 mm (COUTINHO e OLIVEIRA, 1997). A amostra Sherbrooke 1

(8,80-9,15 m) apresentou o maior valor deste índice (2,02), situando-se acima da média

175

apresentada por COUTINHO e OLIVEIRA (1997). As demais amostras apresentam

valores em torno da média para amostras Shelby 100 mm.

Figura 6.35 – Índices de recompressão (Cr) e expansão (Cs) versus a profundidade –

argila mole de Recife – amostras Sherbrooke (presente tese) e Shelby 100 mm

(COUTINHO e OLIVEIRA, 1997)

Analisando-se a Figura 6.35 nota-se o seguinte:

• Os valores dos índices de recompressão das amostras Sherbrooke são em média 3

vezes menores aos obtidos a partir de amostras Shelby 100 mm. Este fato indica que

as amostras Sherbrooke sofreram uma desestruturação menor durante o processo de

amostragem, o que indica amostras de maior qualidade. Os valores dos índices de

176

expansão das amostras Sherbrooke são equivalentes aos obtidos pelas amostras

Shelby 100 mm (COUTINHO e OLIVEIRA, 1997). Este fato parece indicar que

este índice não é adequado para avaliar a qualidade da amostra.

Figura 6.37 – História de tensões do depósito de argila de Recife – amostras Sherbrooke

e Shelby 100 mm (COUTINHO e OLIVEIRA, 1997); (a) tensão de pré-adensamento;

(b) razão de pré-adensamento OCR

Analisando-se a Figura 6.33 pode-se concluir que os valores da tensão de pré-

adensamento e consequentemente do OCR das amostras Sherbrooke seguem a mesma

tendência apresentada pelas amostras Shelby 100 mm. Vale comentar que amostras com

alto de grau de amolgamento geralmente apresentam valores mais baixos de OCR.

Portanto tendo como base o valor de OCR as amostras Sherbrooke e Shelby são

equivalentes em termos de qualidade, para esta argila do Recife.

177

6.2.5 Curvas tensão-deformação triaxiais


Neste item serão apresentadas curvas comparativas tensão-deformação de amostras

Sherbrooke e tubulares, obtidas a partir de ensaios triaxiais.

A Figura 6.37 apresenta resultados comparativos tensão-deformação para ensaios

triaxiais UU. Nota-se que as curvas tem formato semelhante e que a amostra Sherbrooke

apresenta maior valor de resistência não-drenada.

Figura 6.37 – Curvas tensão deformação triaxiais – Ensaio UU – Amostras Sherbrooke

e Pistão 100 mm – argila mole do Rio de Janeiro

A Figura 6.38 apresenta resultados de ensaios CAU-C realizados na amostra Sherbrooke

6 (6,41-7,76 m) e Pistão 100 mm AM4 (6,20 – 6,84 m). Nota-se que a resistência não-

drenada da amostra Pistão é superior àquela apresentada pela amostra Sherbrooke em

45%. A deformação axial na ruptura é inferior na amostra Pistão (7,4%) em relação à

amostra Sherbrooke (11,4%). Ao lado das curvas é indicada a deformação volumétrica

necessária para atingir as tensões efetivas de campo (εvo). O valor da amostra

Sherbrooke é cerca de 2,5 vezes superior. Conclui-se que neste caso a amostra Pistão

178

100 mm apresenta qualidade superior em relação à amostra Sherbrooke, tomando-se

como base estes corpos de prova triaxiais. O fato da argila ser muito mole e de alta

plasticidade colabora para deformações maiores durante a amostragem no caso do

amostrador Sherbrooke, que não confina lateralmente o solo, como amostradores

tubulares.

Figura 6.38 – Curvas tensão-deformação – ensaio triaxial CAU-C – Amostra

Sherbrooke 6 (6,41-6,76 m) e Pistão 100 mm (6,20-6,84 m) – argila mole do Rio de

Janeiro

6.2.5.2.Argila do Recife

As Figuras 6.39 e 6.40 apresentam curvas tensão-deformação de ensaios triaxiais UU-C

realizados em amostras Sherbrooke e Shelby 100 mm (OLIVEIRA, 1991). Observa-se

que as curvas apresentam formato semelhantes e valores de resistência não-drenada e

deformação axial na ruptura dentro de uma mesma ordem de grandeza. Este fato indica

que os dois tipos de amostradores têm qualidades equivalentes neste caso. O projeto e a

geometria do amostrador tubular contribuem para obtenção de qualidades equivalentes.

179

Figura 6.39 – Curvas tensão-deformação – ensaio triaxial UU-C – Amostra Sherbrooke

1 (8,80-9,15 m) e Shelby 100 mm (7,50-8,15 m) – argila mole do Recife



A Figura 6.41 apresenta outra comparação de curvas triaxiais UU de uma amostra

Sherbrooke (11,90-12,30 m) e Shelby 100 mm(11,00-11,75 m). Nota-se que a amostra

Sherbrooke tem valor superior de resistência, embora apresente também deformação na

ruptura maior, o que parece contraditório.

180



A Figura 6.42 mostra curvas comparativas do ensaio triaxial CIU-C. Nota-se que a

amostra Sherbrooke apresenta resistência inferior à amostra Shelby 100 mm, bem como

deformação na ruptura inferior. Entretanto o formato das curvas é praticamente idêntico,

apresentado um pico bem definido com posterior amolecimento.

A Figura 6.43 mostra comparações entre curvas de ensaios CIU-C e CAU-C de

amostras Sherbrooke (8,80-9,15 m) e de ensaio CIU-C da amostra Shelby 100 mm

(OLIVEIRA, 1991). O ensaio CIU da amostra Sherbrooke apresentou problemas e os

valores são muito baixos. O ensaio CAU-C Sherbrooke apresenta resistência superior,

fato este que pode ser explicado pelo menor valor de umidade inicial.

181

Figura 6.42 – Curvas tensão-deformação – ensaio triaxial CIU-C – Amostra Sherbrooke


Figura 6.43 – Curvas tensão-deformação – ensaio triaxial CIU-C e CAU-C – Amostra

Sherbrooke 1 (8,80-9,15 m) e Shelby 100 mm (9,00-9,75 m) – argila mole do Recife

182

6.2.6 Caminho de tensões


O formato das curvas de caminho de tensões de ensaios triaxiais pode ser utilizado

como indicativo de qualidade de uma amostra de argila mole. Dentro da superfície de

escoamento, ou seja, no trecho elástico, o caminho de tensões de amostras de alta

qualidade permanece com uma linha aproximadamente reta e vertical.

A Figura 6.44 apresenta caminhos de tensão de amostras Sherbrooke (6,41 – 6,76 m) e

Pistão 100 mm (6,20-6,84 m). Nota-se que a curva da amostra Pistão se aproxima mais

de uma reta vertical do que a curva da amostra Sherbrooke. Assim a amostra Pistão

seria de melhor qualidade considerando este fato, e corroborando a análise feita a partir

da Figura 6.38 do item 6.2.5.1.

Figura 6.44 – Caminhos de tensão – ensaio triaxial CAU-C – Amostra Sherbrooke

(6,41-6,76 m) e Pistão 100 mm (6,20-6,84 m) – argila mole do Rio de Janeiro

6.2.6.2 Argila do Recife

Na Figura 6.45 é apresentada uma comparação entre caminhos de tensão. Nota-se que

tanto a amostra Sherbrooke quanto a amostra Shelby 100 mm têm curvas com trecho

183

inicial praticamente reto vertical e com valores de resistência máxima semelhantes.

Portanto a qualidade das amostras coletadas de diferentes formas é equivalente.

A Figura 6.46 apresenta caminhos de tensão de ensaios CIU-C e CAU-C. Nota-se que o

ensaio CAU da amostra Sherbrooke (8,80-9,15 m) apresenta uma curva com formato

diferente do esperado para amostra de alta qualidade. O valor da umidade destes corpos

de prova é igual a 70%, abaixo da média nesta profundidade, o que pode indicar que

houve perda de umidade durante o armazenamento em laboratório.

Figura 6.45 – Caminhos de tensão – ensaio triaxial CIU-C – Amostra Sherbrooke (12,90

–13,20m) e Shelby 100 mm (13,00-13,75 m) – argila mole do Recife

Figura 6.46 – Caminhos de tensão – ensaio triaxial CIU-C e CAU-C – Amostra

Sherbrooke (8,80-9,15m) e Shelby 100 mm (9,00-9,75 m) – argila mole do Recife

184

6.2.7 Curvas de escoamento

Serão apresentadas apenas as curvas de escoamento da argila do Recife devido ao

pequeno número de ensaios triaxiais das amostras Sherbrooke do Rio de Janeiro.

Na Figura 6.47 são apresentadas as curvas de escoamento da argila do Recife,

considerando amostras Shelby 100 mm (OLIVEIRA, 1991; COUTINHO et al., 1993;

COUTINHO e OLIVEIRA, 1997), Shelby 60 mm (AMORIM JR., 1975) e Sherbrooke

(presente tese). Nota-se que as amostras Shelby 100 mm e Sherbrooke se confundem em

uma mesma curva, enquanto as amostras Shelby 60 mm apresentam uma curva que

experimentou um encolhimento. O amolgamento portanto alterou a curva de

escoamento, comportamento este semelhante ao encontrado por outros autores (LA

ROCHELLE et al., 1981 ; HIGHT et al., 1992).

Figura 6.47 – Curvas de escoamento – Amostras Shelby 60 mm(AMORIM JR., 1975) ,

Shelby 100 mm (COUTINHO et al., 1993) e Sherbrooke (presente tese) – argila mole

do Recife – camada 1 (8,00-16,00 m)

6.3.Avaliação da qualidade das amostras

6.3.1.Critério de LUNNE et al. (1997)

185

A Tabela 6.2 apresenta a classificação das amostras Sherbrooke de acordo com o

critério de LUNNE et al (1997) apresentado no Capítulo 2, tomando-se como base os

ensaios edométricos. Pode-se notar que esta classificação varia entre boa e pobre, com

predominância para qualidade pobre nas amostras do Rio de Janeiro. Este fato pode

indicar que o amostrador Sherbrooke não é o mais adequado para ser utilizado nesta

argila, pela sua baixa consistência. Entretanto mesmo as amostras da argila do Recife,

de consistência maior, têm qualidade apenas regular em geral, o que não é coerente com

resultados da literatura mundial que atestam a superioridade do amostrador Sherbrooke

(ver por exemplo LACASSE et al., 1985, LUNNE et al., 1997; HIGHT et al., 1992).

Este fato parece indicar que este critério é muito rigoroso para as argilas brasileiras, pois

o aspecto visual e os resultados de laboratório, em muitos casos, indicam se tratar de

amostras de alta qualidade.

Tabela 6.2 Classificação das amostras Sherbrooke – Critério de LUNNE et al (1997) –

ensaio edométrico

Argila Amostra Prof. (m) Ensaio/anel(mm) ∆e/eo Classificação

1 3,38-3,63 COPPE 0,070 regular

1 3, 38-3,63 UFPE 0,047 boa

2 3,93-4,25 UFPE 0,096 pobre

3 4,55-4,82 UFPE 0,098 pobre

Rio Janeiro 4 5,12-5,35 UFPE 0,051 boa

5 5,74-6,01 UFPE 0,132 pobre

6 6,41-6,76 UFPE/50,5 0,082 pobre

6 6,41-6,76 UFPE/71,3 0,075 pobre

6 6,41-6,76 UFPE/87,0 0,083 pobre

6 6,41-6,76 UFPE/101,9 0,074 pobre

1 8,80-9,15 UFPE 0,064 regular

Recife 2 11,90-12,30 UFPE 0,060 regular

3 12,90-13,20 UFPE 0,052 boa

4 13,70-14,00 UFPE 0,092 pobre

186

Para efeito de comparação gráfica são apresentados na Figuras 6.48 os valores de ∆e/eo

para a argila do Rio de Janeiro das amostras Sherbrooke, Pistão obtidos na presente tese

e Shelby 100 (ALMEIDA et al., 1995). Pode-se notar que as amostras Shebrooke

apresentam valores superiores aos das amostras Shelby 100 mm e equivalentes aos das

amostras Pistão. Portanto as amostras Sherbrooke têm qualidade inferior às amostras

Shelby 100 mm, considerando-se o critério de LUNNE et al (1997) para esta argila

mole do Rio de Janeiro.

A Figura 6.49 apresenta o gráfico da deformação específica vertical (εvo)

correspondente à tensão vertical efetiva de campo para a argila de Recife ao longo da

profundidade. Este índice é similar a ∆e/eo . Estão incluídos também na Figura valores

apresentados por COUTINHO et al (1998) para amostras Shelby 100 mm. Pode-se notar

que os valores das amostras Sherbrooke situam-se na mesma faixa dos dados das

amostras Shelby 100 mm. Este fato corrobora a idéia de que estes amostradores são

equivalentes para esta argila do Recife.

6.3.2.Critério de HONG e ONITSUKA (1998)

Este critério, apresentado no Capítulo 2, baseia-se na comparação entre a inclinação do

trecho pré-adensado ou pré-escoamento de uma amostra totalmente remoldada e da

amostra natural no ensaio edométrico. Define-se então um grau de amolgamento em

percentagem SD%. Quanto menor este índice melhor a qualidade da amostra.

A Tabela 6.3 apresenta os valores de SD% para as amostras Sherbrooke obtidas na

presente tese. Os valores de amolgamento variam entre 9 e 29% para a argila do Rio de

Janeiro, exceto para a amostra 5 (5,74-6,01 m) que apresenta alto valor de

amolgamento, igual a 54%. O valor médio sem considerar esta amostra muito amolgada

é de 21%. Em relação à argila do Recife a faixa de variação é menor, indo de 7 a 14%,

com um valor médio de SD igual a 11%. Considerando estes dados pode-se afirmar que

nos trabalhos desta tese as amostras obtidas a partir do amostrador Sherbrooke foram de

melhor qualidade na argila do Recife.

As Figuras 6.50 e 6.51 apresentam o Índice de Amolgamento SD ao longo da

profundidade de amostras Sherbrooke e tubulares para as argilas do Rio de Janeiro e

Recife, respectivamente.

187

Analisando-se a Figura 6.50 constata-se que o amolgamento das amostras Sherbrooke é

ligeiramente inferior aos obtidos através do amostrador Pistão de 100 mm. Conclui-se

também que o amolgamento aumenta com a profundidade. Da Figura 6.51 conclui-se

que as amostras Sherbrooke apresentam índices de amolgamento inferiores às amostras

Shelby 60 e 100 mm. O Shelby 60 mm apresenta os mais altos índices. Os valores

médios são:

• Sherbrooke SD = 11%

• Shelby 100 mm SD = 16%

• Shelby 60 mm SD = 46%

Figura 6.48 - Valores de ∆e/eo ao longo da profundidade – argila mole do Rio de Janeiro

– amostras Sherbrooke, Pistão 100 mm e Shelby 100 mm (ALMEIDA et al., 1995)

188

Figura 6.49 - Valores de εvo ao longo da profundidade – argila mole do Recife –

Amostras Sherbrooke (presente tese) e Shelby 100 mm (COUTINHO et al., 1998)

189

Tabela 6.3 - Percentagem de amolgamento (SD%) das amostras Sherbrooke – Critério

de HONG e ONITSUKA (1998) – ensaio edométrico

Argila Amostra Prof. (m) Ensaio/anel(mm) SD (%)

1 3,38-3,63 COPPE 18

1 3, 38-3,63 UFPE 11

2 3,93-4,25 UFPE 23

3 4,55-4,82 UFPE 9

Rio Janeiro 4 5,12-5,35 UFPE 20

5 5,74-6,01 UFPE 54

6 6,41-6,76 UFPE/50,5 29

6 6,41-6,76 UFPE/71,3 27

6 6,41-6,76 UFPE/87,0 25

6 6,41-6,76 UFPE/101,9 24

1 8,80-9,15 UFPE 10

Recife 2 11,90-12,30 UFPE 7

3 12,90-13,20 UFPE 13

4 13,70-14,00 UFPE 14

190

Figura 6.50 – Índice de amolgamento definido por HONG e ONITSUKA (1998) –

Argila do Rio de Janeiro – amostras Sherbrooke e Pistão 100 mm

191

Figura 6.51 – Índice de amolgamento definido por HONG e ONITSUKA (1998) –

Argila do Recife – amostras Sherbrooke (presente tese), Shelby 100 mm

(OLIVEIRA,1991) e Shelby 60 mm (AMORIM JR., 1975)

6.3.3. Adaptação de propostas de classificação

Baseado nos resultados obtidos na presente tese e em dados da literatura nacional,

decidiu-se adaptar os critérios anteriores para adequá-los à realidade das argilas

brasileiras. O critério de LUNNE et al. (1997) é muito rigoroso para as argilas plásticas

brasileiras, tendo em vista que mesmo o amostrador Sherbrooke não conseguiu obter

192

amostras de excelente qualidade. Baseado em estudos anteriores apresentados por

COUTINHO et al (1998) e COUTINHO et al (2000) e nos resultados desta tese a partir

da análise visual das curvas edométricas e da variação dos parâmetros geotécnicos com

a qualidade, sugere-se que um novo critério seja adotado para as argilas moles

brasileiras. Este critério é apresentado na Tabela 6.4. A Figura 6.52 ilustra a variação do

parâmetro coeficiente de compressão CR, com a qualidade para uma argila do Recife

(Ibura), modificando os limites apresentados por COUTINHO et al (1998) e

COUTINHO et al (2000). A Figura 6.53 apresenta a variação do CR, com a qualidade

para a argila do Clube internacional. Esta Figura apresenta dados de amostradores

Shelby 100 mm e Sherbrooke. A Figura 6.53 apresenta ainda as faixas propostas por

LUNNE et al. (1997) e as adaptadas na presente tese. Pode-se notar que os pontos

correspondentes às amostras Sherbrooke se encontram nas faixas satisfatórias (muito

boa a excelente e boa a regular). A Tabela 6.4, então, pode ser considerada como uma

evolução da proposta de COUTINHO et al (1998) e COUTINHO et al (2000),

incorporando a chamada faixa de transição dentro da faixa de boa a regular ou pobre,

modificando seus limites, em relação à proposta original de LUNNE et al.(1997). Este

critério representa o estado atual desta pesquisa, podendo ainda ser revisto no futuro.

Tabela 6.4 - Proposta de classificação da qualidade de amostras de argilas moles/médias

plásticas brasileiras (adaptado a partir de LUNNE et al., 1997 e COUTINHO et al,1998)

Qualidade

(Presente

tese)

Muito boa a

Excelente

Boa a regular

Pobre

Muito pobre

∆e/e0

< 0,05

0,05-0,08

0,08-0,14

> 0,14

Qualidade

(LUNNE et

al., 1997)

Muito boa a

Excelente

Boa a regular

Pobre

Muito pobre

∆e/e0

< 0,04

0,04-0,07

0,07-0,14

> 0,14

COUTINHO et al.,1998

Muito boa a excelente

Boa Regular Transição regular/pobre

Pobre Muito pobre

∆e/e0 < 0,04 0,04-0,055 0,055-0,07 0,07-0,10 0,10-0,14

>0,14

193

Figura 6.52 – Variação de CR com a qualidade da amostra – Argila mole do Ibura –

Recife (modificado de COUTINHO et al., 1998 e 2000)

Figura 6.53 - Variação de CR com a qualidade da amostra – Argila mole do Ibura –

Recife (modificada de SOUZA e COUTINHO, 2002)

194

A partir da proposta de HONG e ONITSUKA (1998), que determina um índice ou Grau

de Amolgamento de uma amostra de argila mole, decidiu-se nesta tese complementar o

trabalho destes autores japoneses e sugerir um índice que pudesse representar de forma

clara e objetiva a qualidade de uma amostra. É importante ressaltar que na verdade a

nota deve ser atribuída ao corpo de prova ensaiado, pois em geral a qualidade de uma

amostra não é uniforme. Entretanto um ou mais corpos de prova podem representar a

qualidade daquela amostra. Nada mais natural no meio acadêmico-científico do que

uma avaliação numérica. Pensou-se então em criar uma metodologia para atribuir uma

nota ao corpo de prova da amostra ensaiada. Esta nota é calculada a partir da seguinte

expressão:

Nota (N) = (100-SD%)/10 (6-1)

Onde :

SD% - índice ou Grau de Amolgamento definido por HONG e ONITSUKA (1998)

A partir da atribuição da Nota (N), sugere-se um critério para classificar a qualidade da

amostra, apresentado na Tabela 6.5.

Tabela 6.5 - Critério proposto para classificar uma amostra de argila mole baseado na

nota de um corpo de prova (a partir de HONG e ONITSUKA, 1998)

Qualidade Excelente Boa Regular Pobre Muito Pobre

Nota (N) 9-10 7-9 6-7 4-6 0-4

Para exemplificar este procedimento, a Tabela 6.6 apresenta as notas atribuídas aos

corpos de prova de amostras Sherbrooke. As Figuras 6.54 e 6.55 ilustram o

procedimento através da comparação entre as notas de amostras Sherbrooke e tubulares.

195

Tabela 6.6 - Notas atribuídas aos corpos de prova das amostras Sherbrooke e sua

classificação baseada no critério proposto

Argila Amostra Prof. (m) Ensaio/anel(mm) Nota (N) Qualidade

1 3,38-3,63 COPPE 8,2 Boa

1 3, 38-3,63 UFPE 8,9 Boa

2 3,93-4,25 UFPE 7,7 Boa

3 4,55-4,82 UFPE 9,1 Excelente

Rio Janeiro 4 5,12-5,35 UFPE 8 Boa

5 5,74-6,01 UFPE 4,6 Pobre

6 6,41-6,76 UFPE/50,5 7,1 Boa

6 6,41-6,76 UFPE/71,3 7,3 Boa

6 6,41-6,76 UFPE/87,0 7,5 Boa

6 6,41-6,76 UFPE/101,9 7,6 Boa

1 8,80-9,15 UFPE 9 Excelente

Recife 2 11,90-12,30 UFPE 9,3 Excelente

3 12,90-13,20 UFPE 8,7 Boa

4 13,70-14,00 UFPE 8,6 Boa

Analisando-se a Tabela 6.6 conclui-se que todas as amostras têm nota acima de 7, sendo

classificadas como boas e excelentes, exceto a amostra 5 (5,74-6,01 m) do Rio de

Janeiro, que realmente está muito amolgada, como já comentado anteriormente. Este

critério da Nota tem a vantagem de ser claro, inclusive para engenheiros de todas as

especialidades.

Nota-se a partir da Figura 6.54 que as amostras Sherbrooke da argila do Rio de Janeiro

apresentam notas ligeiramente superiores (média 7,9) às amostras tubulares pistão 100

mm (média 7,4). Além disso as notas de ambos amostradores diminuem com a

profundidade, indicando aumento na dificuldade de amostragem.

Observando a Figura 6.55 pode-se concluir que as amostras Sherbrooke da argila do

Recife apresentam notas superiores (média de 8,9) às amostras Shelby 100 (média de

8,4), que por sua vez são superiores às amostras Shelby 60 mm (média de 5,3). As

qualidades das amostras Sherbrooke e Shelby 100 mm são praticamente equivalentes.

196

Figura 6.54 – Notas comparativas das amostras Sherbrooke e Pistão – Argila do Rio de

Janeiro

197

Figura 6.55 – Notas comparativas das amostras Sherbrooke e Shelby 100 (OLIVEIRA,

1991) e 60 mm (AMORIM JR., 1975) – Argila do Recife

6.4 Influência do diâmetro do corpo de prova

Para o estudo da influência do diâmetro do corpo de prova, foi escolhido o ensaio

edométrico, sendo realizados 4 ensaios com anéis de diâmetros diferentes (50,0, 71,3,

198

87,0 e 101,9 mm), na mesma amostra Sherbooke 6 (6,41-6,76 m) da argila do Rio de

Janeiro.

As curvas tensão–deformação e índice de vazios versus tensão vertical estão

apresentadas nas Figuras 6.56 e 6.57.

Figura 6.56 – Curvas tensão-deformação comparativas – Influência do diâmetro do anel

– ensaio edométrico – Amostra Sherbrooke 6 (6,41-6,76 m) – Argila do Rio de janeiro

Nota-se que as curvas tensão-deformação edométricas (Figura 6.56) são praticamente

coincidentes e que a influência do diâmetro do corpo de prova é desprezível. As curvas

índice de vazios – tensão vertical são separadas devido aos índices de vazios iniciais

serem diferentes.

Todos os corpos de prova apresentam valores de ∆e/e0 entre 0,071 e 0,083, sendo

classificados como amostras pobres pelo critério de LUNNE et al. (1997). Entretanto

pelo novo critério sugerido seriam classificados como amostras regulares. A Figura 6.58

apresenta a variação de ∆e/e0 com o diâmetro do corpo de prova. Nota-se uma leve

199

diminuição deste índice com o aumento do diâmetro. Quanto menor o índice melhor a

amostra.

Pelo critério da nota os ensaios destes corpos de prova seriam classificados como

amostras de boa qualidade com notas entre 7,1 e 7,6. Portanto existe uma divergência na

classificação dependendo do critério adotado. A nota da amostra, entretanto, aumenta

levemente com o aumento do diâmetro do corpo de prova. A Figura 6.59 ilustra este

comentário.

Figura 6.57 – Curvas índice de vazios versus tensão vertical comparativas – Influência

do diâmetro do anel – ensaio edométrico – Amostra Sherbrooke 6 (6,41-6,76 m) –

Argila do Rio de janeiro

A influência do diâmetro do corpo de prova no ensaio edométrico e na qualidade da

amostra avaliada a partir deste ensaio parece ser pequena. Os dados, no entanto são

limitados para uma conclusão definitiva.

200

Figura 6.58 – Variação do índice ∆e/e0 (LUNNE et al., 1997) com o diâmetro do corpo

de prova – argila do Rio de Janeiro

Figura 6.59 – Variação da nota da amostra com o diâmetro do corpo de prova – argila

do Rio de Janeiro

6.5 Influência do método de moldagem

201

HIGTH et al. (1992) e LUNNE et al (1997) chegaram à conclusão que o método de

moldagem influencia os resultados de ensaios de laboratório realizados em amostras de

argilas moles, alterando também a classificação da qualidade destas amostras.

Usualmente utiliza-se um anel cravado no solo para moldar ensaios edométricos

enquanto um fio de aço é usado para moldar corpos de prova triaxiais.

A cravação de um anel seria análoga à cravação de um amostrador tubular no terreno

durante a amostragem. Esta cravação causa uma certa deformação no solo, amolgando-

o. A cravação do anel de adensamento portanto seria uma espécie de sub-amostragem

tubular. Considerando o anel como um amostrador tubular, quanto menor a relação

entre o diâmetro e a espessura do anel maior a deformação imposta, como previram

HVORSLEV (1949) e BALIGH et al. (1987).

Para analisar este efeito foi realizado um ensaio de adensamento hidrostático na célula

triaxial, com o corpo de prova sendo moldado com fio de aço. A Figura 6.60 apresenta a

comparação, em termos da curva tensão-deformação, entre este ensaio e um ensaio

edométrico convencional, onde o corpo de prova foi moldado a partir da cravação de

um anel metálico. A amostra Sherbrooke 4 de Recife (13,70-14,00 m) foi utilizada neste

caso. A deformação volumétrica correspondente à tensão efetiva de campo é igual a 2%

para o ensaio hidrostático, enquanto assume o valor de 5,5% para o ensaio edométrico.

Vale salientar que o estado de tensão é diferente. Pelo critério de LUNNE et al. (1997) a

amostra seria classificada como excelente no ensaio hidrostático e como boa/regular no

ensaio edométrico. A deformação causada pela cravação do anel deve ser a responsável

pela diferença nos valores. Vale registrar que o estado de tensão é diferente nos dois

casos, mas a análise qualitativa, ainda assim, parece válida.

A Figura 6.61 apresenta uma compilação comparativa de dados da literatura de

amostras Shelby 100 mm coletadas na argila do Recife (OLIVEIRA, 1991;

COUTINHO et al., 1993; COUTINHO et al., 1998). Esta Figura mostra a deformação

volumétrica (εvo) correspondente à tensão efetiva de campo ao longo da profundidade,

em ensaios de adensamento edométrico e triaxiais CIU-C. Pode-se constatar que

sistematicamente os valores de εvo do ensaio de adensamento edométrico são superiores

aos do ensaio triaxial. A deformação imposta pela cravação do anel parece ser a

responsável por esta diferença. Deste modo a mesma amostra pode ser classificada de

maneira diferente em termos de qualidade, dependendo do tipo e da metodologia do

ensaio de laboratório.

202

Figura 6.60 – Comparação entre curvas tensão-deformação de corpos de prova

moldados de diferentes formas – argila de Recife

Figura 6.61 – Valores da deformação volumétrica correspondente às tensões efetivas de

campo – ensaios edométrico e triaxiais - amostras Shelby 100 mm ( a partir de

OLIVEIRA, 1991 e COUTINHO et al., 1998) – argila mole do Recife

6.6. Influência da estruturação

203

BURLAND (1990) mostrou que existem duas curvas paralelas (ICL e SCL) no gráfico

Iv vs. log σ’V para depósitos de argila mole normalmente adensados, onde Iv é o índice

de vazios normalizado definido no item 2.4. BURLAND (1990) considera ainda que a

distância entre a tensão de pré-adensamento de curvas de compressão normalizadas de

argilas naturais e a linha ICL reflete o grau de estruturação desta argila. Considerando

que quanto melhor a qualidade de uma amostra de argila maior deve ser sua

estruturação, maior também deve ser a distância da tensão de pré-adensamento à linha

ICL. Neste item portanto a sistemática de BURLAND (1990) será utilizada para avaliar

a qualidade de amostras coletadas a partir de diferentes amostradores.

Com este objetivo foram normalizadas as curvas de compressão de ensaios edométricos

e traçadas no espaço Iv – log σ’V , tendo as curvas ICL e SCL como referências. Foram

utilizadas as equações propostas por BURLAND (1990) e apresentadas no item 2.4

desta tese.

As Figuras 6.62 a 6.67 apresentam as curvas de compressão normalizadas de amostras

Sherbrooke e tubulares.

Pode-se tirar as seguintes conclusões destas figuras:

• A argila do Recife é mais estruturada do que a argila do Rio de Janeiro;

• A estrututuração das amostras pistão 100 mm é semelhante à estruturação das

amostras Sherbrooke, para a argila do Rio de Janeiro. Portanto a qualidade seria

equivalente;

• Na argila do Recife a estruturação das amostras Sherbrooke é similar àquela das

amostras Shelby 100 mm e superior à da amostra Shelby 60 mm (Figura 6.65);

• Na Figura 6.66 pode-se notar que a amostra Shelby 60 mm parece estar mais

estruturada do que a Sherbrooke e a Shelby 100 mm. Este fato não é confirmado

pela análise das curvas não-normalizadas. Talvez se trate de uma distorção do

método, que pode ser explicada pelo alto valor do índice de vazios inicial da

amostra Shelby 60 mm coletada por AMORIM JR (1975).

Mais resultados de curvas de compressão normalizadas são necessárias para validação

da interpretação da qualidade a partir do grau de estruturação proposto por BURLAND

(1990).

204

Figura 6.62 – Curvas de compressão normalizadas segundo a proposta de BURLAND

(1990) – argila mole do Rio de Janeiro – Amostra Sherbrooke e Pistão 100 mm



205




(1990) – argila mole do Recife – Amostra Sherbrooke , Shelby 60 (AMORIM JR.,

1975) e 100 mm

206


(1990) – argila mole do Recife – Amostra Sherbrooke , Shelby 60 (AMORIM JR.,

1975) e 100 mm

Figura 6.67– Curvas de compressão normalizadas segundo a proposta de BURLAND

(1990) – argila mole do Recife – Amostra Sherbrooke e Shelby 100 mm

207

Concluindo este item vale registrar que segundo um princípio da Engenharia e Ciências

dos Materiais (ECM), citado por VAN VLACK (1984) , as propriedades de um material

originam-se na sua estrutura interna. Desta forma, considerando a argila orgânica como

sendo um material de engenharia, a estrutura deste solo irá governar as suas

características físicas e mecânicas. Consequentemente a qualidade da amostra que afeta

diretamente a estruturação do material tem influência dominante no comportamento da

argila.

6.7 Influência do armazenamento

Para avaliar o efeito do armazenamento das amostras em laboratório foram realizados

ensaios nas amostras Sherbrooke , após um longo tempo decorrido da amostragem. Este

tempo variou entre 2 e 3 anos. Este item foi incluído no estudo basicamente por

sugestão do Prof. Ian Martins da COPPE/UFRJ.

Na literatura existem estudos sobre este efeito e suas alterações no comportamento do

solo a partir de ensaios de laboratório. Pode-se citar como exemplos os trabalhos de

BOZOZUK (1971), ARMAN e McMANIS (1976) e KIRKPATRICK e KHAN (1984),

citados por DANZIGER e LUNNE (1994), além de HIGHT et al. (1992). Estes últimos

autores não encontraram alteração no valor da tensão efetiva inicial ou residual após um

longo tempo de armazenamento, em amostras coletadas com o amostrador Laval na

argila de Bothkennar.

O armazenamento pode causar ressecamento do solo, o que é uma alteração nas suas

propriedades naturais, podendo então ser encarado como um amolgamento. Como

decorrência de todo amolgamento, a qualidade da amostra sofre uma alteração.

As Figuras 6.68 a 6.70 apresentam curvas tensão-deformação edométricas comparativas

realizadas em amostras Sherbrooke na umidade natural e após um longo tempo de

armazenagem (2ª série). Nota-se que existe um paralelismo entre as curvas da 1ª e 2as.

Séries. A Figura 6.70 em particular mostra um aumento na estruturação da amostra

Shelby 60 mm para a de 100 mm, desta para a Sherbrooke natural e finalmente para a

Sherbrooke ressecada (2ª série). Em todas as Figuras é nítido um aumento na tensão de

pré-adensamento.

208

Figura 6.67 – Curvas edométricas comparativas – ensaios da 1ª e 2ª série – argila mole

do Rio de Janeiro – amostra Sherbrooke 1 (3,38-3,63 m)


do Rio de Janeiro – amostra Sherbrooke 5 (5,12-5,35 m)

209


do Recife – amostra Sherbrooke 2 (11,90-12,30 m) e Shelby 100 mm


do Recife – amostra Sherbrooke 3 (12,90-13,20 m), Shelby 60 mm (AMORIM JR.,

1975) e 100 mm

210

6.8. Proposta de correção da tensão de pré-adensamento

O amolgamento pode influenciar fortemente a tensão de pré-adensamento, diminuindo o

seu valor. A proposta de SCHMERTMANN (1953) corrige a tensão de pré-

adensamento de uma maneira interativa, através do método de tentativas e erro, tendo

como base a diferença de índice de vazios na curva edométrica, entre a curva corrigida e

a curva de laboratório para diversos valores de tensão de pré-adensamento arbitradas. O

ponto de simetria da curva de diferença de índice de vazios é a tensão de pré-

adensamento supostamente real (ver item 6.10). Este é um procedimento trabalhoso.

Decidiu-se então propor nesta tese uma correção da tensão de pré-adensamento que

utilizasse um procedimento mais simples operacionalmente e que fosse baseado em um

banco de dados regional.

HONG e ONITSUKA (1998) chegaram, para argilas moles japonesas, a uma correlação

entre tensão de pré-adensamento e grau de amolgamento da amostra. Os autores

definiram um índice chamado Grau de Amolgamento (SD%), como sendo a relação

entre a inclinação do trecho de recompressão da curva oedométrica da amostra natural

(CCLB) e a inclinação deste trecho para o solo completamente amolgado (CCLR) na curva

ln(1+e) – log p . Numericamente pode-se escrever:

SD% = CCLB/ CCLR x 100% (6-6)

Os autores comentam que o valor de CCLR pode ser estimado a partir da correlação por

eles apresentada, com o limite de liquidez (WL). Esta correlação utiliza um banco de

dados com vários resultados de ensaios com solos amolgados de todo o mundo. A

correlação é a seguinte:

CCLR = -0,390 + 0,332 log(WL) (6-7)

Utilizando resultados da Ariake Clay com amostras de vários graus de amolgamento,

HONG e ONITSUKA (1998), realizaram uma regressão linear com a diferença entre a

tensão de pré-adensamento da amostra de melhor qualidade (pCL, best) e a tensão de

pré-adensamento de uma amostra qualquer (pCL) traçada versus o Grau de

Amolgamento (SD%). A partir desta regressão, os autores chegaram a uma expressão

211

que corrige a tensão de pré-adensamento em função do Grau de Amolgamento (SD%).

Este valor foi chamado de Tensão de pré-adensamento de campo (pYF).

Como as argilas recifenses possuem características semelhantes às japonesas, tentou-se

verificar a validade desse método para essas argilas. Usou-se então os locais de pesquisa

do Banco de Dados de Argilas Moles/Médias do Grupo de Engenharia Geotécnica de

Encostas e Planícies da UFPE (COUTINHO e OLIVEIRA, 1994; COUTINHO et al.,

1998a; COUTINHO et al., 2000).

A correlação da diferença entre os valores da tensão de pré-adensamento (pcl,best – pcl)

com o grau de amolgamento das amostras foi encontrada, como mostra a Figura 6.71.

Tomando-se como base a inclinação da reta da Figura 6.71 chega-se à expressão

definitiva da correção da tensão de pré-adensamento em argilas recifenses.

A expressão é a seguinte:

pYF= pCL + 0,84.SD% (6-8)

Onde: pYF – Tensão de pré-adensamento de campo

pCL – Tensão de pré-adensamento da amostra natural

SD% - Grau de amolgamento

Figura 6.71 – Diferença entre tensão de pré-adensamento da amostra de melhor

qualidade e amostra qualquer (pcl,best – pcl) vs. Grau de Amolgamento (SD%)– Argila

de Recife

Par ilustrar a aplicação do método, tomou-se como exemplo 3 curvas de adensamento

edométrico apresentadas por OLIVEIRA (2000), que serviram de subsídio para

212

estimativa de recalques por adensamento em prédio apresentado por GUSMÃO FILHO

et al. (1999). As três curvas são apresentadas na Figura 6.72. A Tabela 6.7 apresenta os

valores do Grau de Amolgamento SD e tensões de pré-adensamento obtidas no ensaio e

corrigidas. Pode-se comentar que a correção varia entre 12 e 47% do valor obtido

experimentalmente, o que alteraria significativamente a estimativa de recalque por

adensamento primário. Quanto maior o grau ou percentagem de amolgamento (SD%),

maior a correção.

Figura 6.72 – Curvas edométricas apresentadas por OLIVEIRA (2000) – Argila de Boa

Viagem-Recife-PE -edifício analisado por GUSMÃO FILHO et al.,(1999)

213

Tabela 6.7 - Valores do Grau de Amolgamento SD , tensões de pré-adensamento

obtidas experimentalmente e corrigidas pelo método proposto

Amostra/Prof. (m) SD (%) σ’vm experimental,

pcl (kPa)

σ’vm corrigida, pyf

(kPa)

1/10,7 23 160 179

2/13,15 31 74 100

3/19,6 44 78 115

6.9. Proposta de construção de família de curvas edométricas

Utilizando os resultados de ensaios de adensamento realizados nas amostras Sherbrooke

coletadas no Rio de Janeiro e em Recife, imaginou-se um método simples para

construção de família de curvas edométricas. Tomou-se como referência as amostras

Sherbrooke pois estas apresentaram baixos níveis de amolgamento de uma maneira

geral, além deste amostrador ser considerado um dos mais modernos e eficientes do

mundo. Esta curva construída pode ser utilizada como primeira estimativa em

anteprojetos, bem com comparada com a curva obtida no ensaio a ser realizado.

A idéia é adotar o índice de vazios inicial (e0) da amostra natural como um dado de

entrada. Este índice foi o escolhido pelo fato de ser este um valor aproximadamente

constante para uma dada argila independente do amolgamento.

Criou-se então um ábaco em que são apresentadas curvas correlacionando a razão índice

de vazios final/índice de vazios inicial (ef/e0) versus o índice de vazios inicial (e0), para

cada uma das tensões normalmente utilizadas em laboratório (5, 10, 20, 40, 80, 160,

320, 640 e 1280 kPa). Estas curvas foram construídas a partir de conjuntos de pontos

(ef/e0;e0) das amostras Sherbrooke. A Figura 6.73 apresenta este ábaco. A metodologia

de construção da curva estimada consiste em:

1) Identificar o índice de vazios inicial (e0) da amostra cuja curva será construída;

2) Entrar no ábaco com o índice de vazios inicial e determinar a relação ef/e0 para cada

uma das tensões normalmente utilizadas no ensaio;

3) Calcular o índice de vazios final (ef) para cada estágio de carga;

214

4) Construir a curva edométrica estimada.

Exemplo de família de curvas edométricas estimadas, para diferentes índices de vazios

iniciais são apresentadas na Figura 6.74. Estas curvas foram construídas a partir do

ábaco proposto. Espera-se que estas curvas representem amostras de boa qualidade, já

que o ábaco a partir da qual foram derivadas, representam curvas de boa qualidade.

Com o objetivo de avaliar esta proposta foram selecionadas amostras de três argilas

brasileiras: Sarapuí-RJ, Ibura-PE e Juturnaíba-RJ. A Tabela 6.8 apresenta um resumo de

informações geotécnicas destas amostras. Exemplos de curvas construídas são

mostradas nas Figuras 6.75 a 6.77, juntamente com curvas edométricas obtidas

experimentalmente, para as argilas de Sarapuí-RJ, Ibura-PE e Juturnaíba-RJ,

respectivamente. Estes exemplos foram escolhidos pois estas argilas estão fora do

universo utilizado para elaboração do ábaco.

Pode-se notar das Figuras 6.75 a 6.77 que as curvas construídas a partir do ábaco

proposto se aproximam das curvas experimentais de boa qualidade. No caso da argila de

Sarapuí a concordância entre as curvas de boa qualidade e construída pelo ábaco é

muito boa a baixas tensões, até cerca de 100 kPa, a partir deste valor a concordância

reduz, apresentando um recalque menor. Na argila do Ibura a curva construída pelo

ábaco situa-se por baixo da curva experimental até cerca de 160 kPa, quando as curvas

se encontram. Apesar deste fato as curvas tem boa concordância. Em ambos os casos a

forma das curvas são semelhantes e distintas da curva de má qualidade. Na argila de

Juturnaíba as curvas são praticamente paralelas a partir da tensão igual a 20 kPa, com

uma diferença de índice de vazios final para cada pressão, aproximadamente igual a 0,3

(ou 7% do índice de vazios inicial e0 = 4,24), no sentido de maior recalque.

A Tabela 6.9 apresenta os parâmetros geotécnicos (σ’Vm, CC1 e Cr ) obtidos das curvas

experimentais e construídas pelo ábaco proposto. Vale ressaltar que a tensão de pré-

adensamento foi determinada através do Método de Pacheco Silva.Nas três argilas o

índice de recompressão (Cr) é maior para a curva construída em relação à amostra de

boa qualidade, enquanto a tensão de pré-adensamento e o índice de compressão virgem

são menores. A tabela apresenta também a relação entre a tensão de pré-adensamento

das outras curvas e a tensão de pré-adensamento da curva de boa qualidade, que foi

tomada como referência. O mesmo foi feito para o índice de compressão do primeiro

trecho reto (CC1) e para o índice de recompressão (Cr). Analisando os dados desta tabela

pode-se constatar que as relações de σ’Vm e CC1 das curvas construídas pelo ábaco

215

variam entre 0,70 e 0,77 para σ’Vm e 0,64 e 0,98 para CC1. Isto significa que o ábaco

consegue reproduzir estes parâmetros em pelo menos 64 a 70% do seu valor

experimental para curvas de boa qualidade apresentadas, sendo os resultados muito

superiores aos parâmetros das curvas de má qualidade. O valor da relação para Cr varia

entre 1,78 e 5,25. Estes exemplos, ainda que limitados, parecem indicar que a

metodologia é promissora. Entretanto é necessária a utilização desta proposta em outras

argilas para validação do método, inclusive com a consideração da sensibilidade.

Em termos do potencial de utilização do ábaco, pode-se considerar o seu uso em

anteprojetos e/ou projetos das maneiras descritas a seguir:

1. Com realização de campanha de SPT com determinação da umidade natural e

ensaios edométricos:

1a . Previsão inicial (durante o ensaio): a partir do índice de vazios inicial obter uma

primeira estimativa da curva edométrica;

1b. Comparação entre a curva experimental e a curva construída e seleção em função da

sua qualidade;

1c. Obtenção de curvas edométricas estimadas em profundidades e/ou locais

complementares às de amostragem.

2. Com campanha de sondagem SPT com determinação da umidade natural:

A partir da obtenção da umidade na sondagem SPT (GUSMÃO FILHO, 1998;

COUTINHO et al., 1998), utilizar este valor para estimar o índice de vazios inicial a

partir de correlações propostas na literatura, tais como COUTINHO et al. (1998) e

FUTAI (1999). Com o índice de vazios inicial construir a curva edométrica estimada a

partir do ábaco. As correlações de COUTINHO et al. (1998) são apresentadas na Tabela

6.10. A Figura 6.78 mostra a correlação do índice de vazios inicial com a umidade.

Estas correlações podem também serem utilizadas no próprio processo de previsão,

permitindo ao projetista uma melhor avaliação

Vale ressaltar que a proposta do ábaco não é a substituição da investigação geotécnica

detalhada e sim contribuir na sua complementação e/ou aperfeiçoamento.

.

216

Figura 6.73 – Ábaco proposto na presente tese para construção da curva edométrica

Figura 6.74 - Família de curvas edométricas construídas a partir do ábaco proposto

217

Tabela 6.8 - Informações geotécnicas - curvas experimentais

Argila

Curva

Prof.

(m)

Amostra

dor

Wi

(%)

e0

∆e/e0

p/

σ’V0

e0 usado

para a

construção

da curva

Classificação

(LUNNE et al.,

1997)

Boa

qualida

de

6,5-7,0

Pistão

125

mm

137

3,54

0,033

Muito boa a

excelente

Sarapuí

Má

qualida

de

6,5-7,0

Pistão

125

mm

(amolga

da no

lab.)

144

3,51

0,46

3,54

Muito pobre

Boa

qualida

de

7,8-8,5

Shelby

100

mm

149

3,84

0,05

Boa

Ibura

Má

qualida

de

7,0-7,8

Shelby

100

mm

132

3,35

0,33

3,84

Muito pobre

Juturnaíba

Boa

qualida

de

3,25-

3,50

(III-2)

Pistão

125

mm

165

4,24

0,032

4,24

Muito boa a

excelente

218

Figura 6.75 – Curvas edométricas experimentais de boa e má qualidade apresentadas

por COUTINHO et al. (1998) e a construída pelo ábaco (e0 = 3,54) – argila de Sarapuí

Figura 6.76 – Curvas edométricas obtidas experimentalmente e corrigida pelo ábaco

(e0 = 3,84) – argila do Ibura – Recife/Prof. 8,00 m

219

Figura 6.77 – Curvas edométricas obtidas experimentalmente (COUTINHO,1986) e

construída pelo ábaco (e0 = 4,24) – argila de Juturnaíba – Rio/Prof. 3,25-3,50 m

220

Tabela 6.9 - Parâmetros geotécnicos obtidos das curvas edométricas experimentais e

construídas pelo ábaco proposto

Argila Curva σσ’Vm

(kPa)

CC1 Cr (início

da curva)

σσ’Vm/ σ σ’Vm,

boa qualidade

CC1/ CC1,

boa qualidade

Cr/ Cr,

boa qualidade

Boa

qualidade

39 2,50 0,12 1 1 1

Sarapuí

(e0 = 3,54)

Má

qualidade

21 1,12 0,63 0,54 0,45 5,25

Construída

pelo ábaco

30 1,60 0,22 0,77 0,64 1,83

Boa

qualidade

43 2,55 0,16 1 1 1

Ibura

(e0 = 3,84)

Má

qualidade

11 0,95 0,68 0,26 0,37 4,25

Construída

pelo ábaco

32 1,84 0,50 0,74 0,72 3,12

Juturnaíba

Boa

qualidade

33 2,03 0,27 1 1 1

(e0 = 4,24) Construída

pelo ábaco

23 1,98 0,48 0,70 0,98 1,78

221

Tabela 6.10 – Correlações estatísticas em função da umidade (W%) e do índice de

vazios inicial (e0) solos orgânicos e argilas moles do Recife (COUTINHO et al., 2000)

Solo Correlação Equação r2 Desvio-padrão

e0 vs. W(%) e0 = 0.024 W + 0.1410 0.98 0.14

Argilas orgânicas CC vs. W(%) CC = 0.014 W - 0.0940 0.82 0.26

W ≤ 200 % CC vs. e0 CC = 0.586 e0 - 0.165 0.84 0.25

e0 ≤ 4.0 CS vs. W(%) CS = 0.0019 W + 0.0043 0.80 0.04

CS vs. e0 CS = 0.084 e0 - 0.0086 0.81 0.04

e0 vs. W(%) e0 = 0.012 W + 2.230 0.88 0.68

Solos orgânicos/turfas CC vs. W(%) CC = 0.0040 W + 1.738 0.52 0.54

W ≥ 200% CC vs. e0 CC = 0.411 e0 + 0.550 0.79 0.45

e0 ≥ 4.0 CS vs. W(%) CS = 0.0009 W + 0.1590 0.53 0.12

CS vs. e0 CS = 0.055 e0 - 0.0900 0.62 0.10

Figura 6.78 – Correlação estatística – índice de vazios inicial (e0) em função da

umidade inicial (W%) (COUTINHO et al., 2000)

222

6.10 Correção de SCHMERTMANN (1955)

SCHMERTMANN (1955) propôs uma correção da curva edométrica experimental para

levar em conta o amolgamento e obter a curva de campo. A Figura 6.79 ilustra

esquematicamente este procedimento, que segue as seguintes etapas:

1. A partir do índice de vazios inicial (e0) traçar uma reta horizontal até atingir a

tensão vertical efetiva de campo (σ’V0);

2. Traçar uma paralela ao trecho de descarregamento do ensaio passando pelo

ponto (e0 , σ’V0);

3. Adotar um valor da tensão de pré-adensamento (σ’Vm) igual ou superior ao

obtido no ensaio e marcar este valor na reta paralela da etapa 2;

4. Traçar uma linha reta a partir do ponto marcado na etapa 3 até o ponto da curva

ou seu prolongamento correpondente ao índice de vazios igual a 0,42 e0.

5. Calcular as diferenças entre os índices de vazios da curva experimental e

corrigida, plotando os valores em função do log σ’V. Se o valor da tensão de pré-

adensamento estiver correto o gráfico da diferença será simétrico em relação à

σ’Vm. Caso contrário adotar outro valor para σ’Vm e repetir as etapas 3 a 5.

Foi feita a correção de SCHMERTMANN (1955) nas curvas de boa, má qualidade e

construídas pelo ábaco para as três argilas (Sarapuí, Ibura e Juturnaíba), analisadas no

item 6.9. As Figuras 6.80 a 6.87 apresentam as curvas experimentais, as construídas

pelo ábaco e as corrigidas. Para analisar quantitativamente a correção nos parâmetros

σ’Vm, CC1 e Cr foi calculada a relação entre o parâmetro corrigido e o parâmetro não

corrigido. A Tabela 6.11 apresenta os parâmetros obtidos das curvas experimentais,

construídas pelo ábaco e corrigidas por SCHMERTMANN (1955), bem como as

relações entre os parâmetros corrigidos e não corrigidos. De uma maneira geral os

parâmetros são corrigidos entre 8 e 68%, com algumas exceções que são a tensão de

pré-adensamento e o índice de compressão da curva de má qualidade do Ibura e o índice

de recompressão da curva de boa qualidade de Sarapuí. Retirando as amostras de má

qualidade as correções médias e as faixas de variação para cada parâmetro são:

• Tensão de pré-adensamento σ’Vm : média de 25% para mais e faixa de 8-39%

• Índice de compressão CC1: média de 16% para mais e faixa de 8-26% e

223

• Índice de recompressão Cr : média de 20% para menos e faixa de –68 a +50%.

Vale registrar que JAMIOLKOWSKI et al. (1985) citam que a correção aumenta

tipicamente entre 10 e 20% o valor do índice de compressão CC , para amostras de boa

qualidade de argilas moles e médias. Nas argilas estudadas nesta tese os resultados

obtidos para as amostras de boa qualidade, situam-se dentro desta faixa (8-16%).

Dando prosseguimento ao estudo do item 6.9 e para avaliar o potencial do ábaco para

construção de curvas edométricas foi avaliado o efeito da correção de

SCHMERTMANN (1955) nas curvas de boa, má qualidade e construídas pelo ábaco,

através da estimativa da relação entre a tensão de pré-adensamento das outras curvas e a

tensão de pré-adensamento da curva de boa qualidade corrigida por SCHMERTMANN

(1955), que foi tomada como referência. O mesmo foi feito para o índice de compressão

do primeiro trecho reto (CC1). A Tabela 6.12 apresenta as relações encontradas.

Analisando os dados desta tabela pode-se constatar que as relações de σ’Vm e CC1 das

curvas construídas pelo ábaco corrigidas por SCHMERTMANN (1955), variam entre

0,72 e 0,95 para σ’Vm e 0,67 e 1,11 para CC1. Isto significa que as curvas construídas

pelo ábaco e corrigidas pela metodologia de SCHMERTMANN (1955), conseguem

reproduzir estes parâmetros em pelo menos 67% do seu valor corrigido a partir de

curvas experimentais de boa qualidade, sendo os resultados bem superiores a uma

amostra de má qualidade. A correção ainda aproxima as curvas de boa qualidade e

construídas pelo ábaco. Vale salientar que a correção de SCHMERTMANN (1955) tem

o objetivo de obter a curva de campo, enquanto o ábaco proposto tem o objetivo de

construir curvas equivalentes às de boa qualidade experimentais, que não estão livres de

amolgamento ainda que pequeno. Por este motivo as curvas corrigidas pela metodologia

de SCHMERTMANN (1955) situam-se sempre acima das curvas de boa qualidade e

consequentemente das curvas construídas a partir do ábaco proposto.

Alguns autores recomendam que correção de SCHMERTMANN (1955) seja feita,

como é o caso de WINTERKORN e FANG (1975) e JAMIOLKOWSKI et al. (1985),

enquanto LUNNE et al. (1997) apenas citam a sua existência sem detalhar nem

recomendar o seu uso.

224

Figura 6.79 – Procedimento esquemático para correção de SCHMERTMANN (1955)

225

Figura 6.80 – Curva edométrica de má qualidade e corrigida pela metodologia de

SCHMERTMANN (1955) - Argila de Sarapuí (Prof. 6,5-7,0 m)

Figura 6.81 – Curva edométrica de boa qualidade e corrigida pela metodologia de

SCHMERTMANN (1955) - Argila de Sarapuí (Prof. 6,5-7,0 m)

226

Figura 6.82 – Curva edométrica construída pelo ábaco e corrigida pela metodologia

SCHMERTMANN (1955) – argila do Sarapuí

Figura 6.83 – Curva edométrica de má qualidade e corrigida pela metodologia de

SCHMERTMANN (1955) - Argila do Ibura (Prof. 7,0 – 7,8 m)

227


SCHMERTMANN (1955) - Argila do Ibura (Prof. 7,8 – 8,5 m)

Figura 6.85 – Curva edométrica construída pelo ábaco e corrigida pela metodologia de

SCHMERTMANN (1955) - Argila do Ibura

228


SCHMERTMANN (1955) - Argila de Juturnaíba (Prof. 3,25-3,50 m)

Figura 6.87 – Curva edométrica construída pelo ábaco e corrigida pela metodologia de

SCHMERTMANN (1955) - Argila de Juturnaíba

229

Tabela 6.11 – Relação entre os parâmetros geotécnicos corrigidos por

SCHMERTMANN (1955) e não corrigidos (curvas experimentais de boa e má

qualidade e construídas pelo ábaco)

Argila Curva σσ’Vm

corrigido

(kPa)

CC1

corrigido

Cr

corrigido

σσ’Vm

corr/σσ’Vm

não corrigido

CC1 corr/

CC1 não

corrigido

Cr corrigido/

Cr não

corrigido

Boa

qualidade

42 2,90 0,33 1,077 1,16

2,75*

Sarapuí Má

qualidade

25 1,64 - 1,19 1,46* -

Construída

pelo

ábaco

40 1,94 0,33 1,33 1,21 1,5

Boa

qualidade

55 2,75 0,2 1,28 1,08 1,25

Ibura Má

qualidade

42 1,96 0,22 3,82* 2,06* 0,32

Construída

pelo

ábaco

40 2,14 0,2 1,25 1,16 0,40

Boa

qualidade

40 2,24 0,23 1,21 1,10 0,85

Juturnaíba Construída

pelo

ábaco

32 2,49 0,23 1,39 1,26 0,48

Faixa de variação - - - 1,08-1,39 1,08-1,26 0,32-1,5

Média - - - 1,25 1,16 0,80

* Valores não incluídos na média

230

Tabela 6.12 - Parâmetros geotécnicos obtidos das curvas corrigidas pela metodologia de

SCHMERTMANN (1955) (experimentais de boa e má qualidade e construídas pelo

ábaco)

Argila Curva σσ’Vm (kPa) CC1 Cr σσ’Vm/ σ σ’Vm

,boa corrigida

CC1/ CC1,

boa corrigida

Boa

qualidade

42 2,90 0,33 1 1

Sarapuí Má

qualidade

25 1,64 - 0,75 0,59

Construída

pelo ábaco

40 1,94 0,33 0,95 0,67

Boa

qualidade

55 2,75 0,2 1 1

Ibura Má

qualidade

42 1,96 0,22 0,76 0,71

Construída

pelo ábaco

40 2,14 0,2 0,72 0,78

Boa

qualidade

40 2,24 0,23 1 1

Juturnaíba Construída

pelo ábaco

32 2,49 0,23 0,80 1,11

231

CAPÍTULO 7 APLICAÇÃO PRÁTICA: QUALIDADE DA AMOSTRA E

ESTIMATIVA DE RECALQUE 7.1.Introdução

Este capítulo aborda aspectos de uma aplicação prática ligada ao tema estudado. Esta

aplicação diz respeito à influência da qualidade da amostra de argilas moles na

estimativa de recalque de edificações, especialmente na Cidade do Recife. Este assunto

foi abordado por SILVA et al. (2000), GUSMÃO (2000), OLIVEIRA (2000) E

GUSMÃO et al. (2000).

A Cidade do Recife, localizada na costa nordestina brasileira, é uma das capitais onde se

tem verificado um dos maiores níveis de atividade do mercado imobiliário. A prática

atual mostra a construção de prédios cada vez mais altos, chegando a atingir até 45

lajes. Ao mesmo tempo, é sabido que a cidade possui um subsolo reconhecidamente

complexo do ponto de vista geotécnico, dificultando sobremaneira o projeto e execução

de fundações para as edificações.

A cidade está localizada na planície flúvio-marinha formada pela junção dos Rios

Capibaribe e Beberibe, e se desenvolve entre a praia e os morros na sua periferia

(Formação Barreiras). A influência geológica recente mais importante sobre as

características da Planície do Recife foi o avanço e recuo do mar. Há dois terraços

marinhos identificados na planície, que correspondem à penúltima e última transgressão

marinha (terraços marinhos pleistocênico e holocênico, respectivamente). No domínio

destes terraços, encontram-se depósitos flúvio-lagunares e depósitos de mangues, em

zonas baixas, separando os dois terraços ou estes das bordas da Formação Barreiras.

Antigos canais de maré, que cortam a continuidade do terraço pleistocênico, ligam os

terraços e se caracterizam pelo depósito de sedimentos finos e não consolidados

(GUSMÃO FILHO, 1998).

Tudo isto faz com que sejam encontrados em boa parte da planície, espessos depósitos

de argilas moles, cujas propriedades geotécnicas vêm sendo sistematicamente

pesquisadas pela Área de Geotecnia-DEC/UFPE, resultando em um Banco de Dados de

232

laboratório e de campo(COUTINHO e OLIVEIRA, 1994; COUTINHO et al., 1998;

COUTINHO et al., 2000).

Por outro lado, a complexidade do subsolo da cidade levou à pesquisa e

desenvolvimento de técnicas locais de melhoramento, tanto em profundidade quanto em

superfície, de depósitos de areias fofas, com o objetivo de se ter fundações mais

afastadas das camadas moles (GUSMÃO FILHO e GUSMÃO, 1994). Também houve

um grande avanço nas pesquisas sobre interação solo-estrutura, onde se considera o

efeito da rigidez dos edifícios na previsão dos recalques, havendo significativa redução

dos recalques diferenciais (GUSMÃO, 1990). Estas pesquisas naturalmente

favoreceram uma cultura no meio técnico local da importância do monitoramento dos

recalques dos prédios durante todo o período construtivo, e mesmo após a sua ocupação

por moradores. O monitoramento de recalques é atualmente considerado na cidade

como um controle tecnológico como outro qualquer, sem que isto represente uma

depreciação do imóvel.

É importante ressaltar que estas duas linhas de pesquisa se desenvolveram praticamente

de modo paralelo, ou seja, sem haver uma relação entre os parâmetros das argilas moles

e as medições de recalques de edifícios. Este estudo tem como objetivo correlacionar

estas duas linhas de pesquisa, enfatizando especialmente a influência da qualidade das

amostras das argilas moles na obtenção dos seus parâmetros de compressibilidade e,

consequentemente, na previsão de recalques de edifícios (OLIVEIRA, 2000).

Será apresentado um caso de medições de recalque de um edifício de 15 andares, em

que as deformações verticais são basicamente devidos ao adensamento da camada de

argila mole do subsolo. Comparações são feitas com recalques estimados considerando

a influência da qualidade da amostra. Este estudo faz parte de uma pesquisa conjunta

com a empresa Gusmão Engenheiros Associados através do Prof. Alexandre Gusmão.

7.2. Edifício analisado

O edifício estudado foi descrito por GUSMÃO FILHO et al. (1999) e consiste de uma

estrutura de concreto armado com 15 lajes e 17 pilares, cujas cargas verticais variam

entre 1510 e 5770 kN. A Figura 7.1 apresenta o perfil do subsolo do terreno que situa-se

no bairro de Boa Viagem. Foi executado um melhoramento da camada superficial de

233

areia, utilizando estacas de compactação. A previsão dos recalques foi realizada a partir

de resultados de ensaios edométricos em amostras de argila mole obtidas entre 10 e 25

metros de profundidade, utilizando a Teoria de Adensamento de Terzaghi. A argila

apresenta baixa plasticidade (IP = 20-25%). A umidade natural está situada entre 40 e

48%, enquanto o limite de liquidez é de 54% em média. Foram utilizados amostradores

Shelby de parede fina com diâmetro de 100 mm e razão de área igual a 5%. A Figura

7.2 apresenta as curvas de adensamento das amostras coletadas, a Tabela 7.1 mostra os

parâmetros adotados na previsão e a Figura 7.3 apresenta os recalques estimados sem

considerar a Interação Solo-Estrutura ISE (GUSMÃO FILHO et al., 1999).

Figura 7.1 – Perfil geotécnico do subsolo (GUSMÃO FILHO et al., 1999)

234

,

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,

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,,

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1 10 100 1000

Tensão Vertical (KPa)

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

índ

ice

de

vazi

os

(e)

Am. 1/Prof. 10,70 mAm. 2/Prof. 13,15 mAm. 3/Prof. 19,60 m

)

'

,

Figura 7.2 – Curvas de adensamento das amostras coletadas (OLIVEIRA,2000)

Tabela 7.1 – Parâmetros de compressibilidade da argila mole adotados na previsão de

recalque – (GUSMÃO FILHO et al., 1999)

Prof. (m) σ’vo (kPa) eo Cc Cs OCR

10-12 110 1,23 0,57 0,05 1,20

12-14 125 1,10 0,26 --- 1,00

14-18 143 1,00 0,16 --- 1,00

18-25 176 1,26 0,48 --- 1,00

A amostra 1 é classificada como pobre e as amostras 2 e 3 são classificadas

como muito pobres, segundo o critério de LUNNE et al. (1997). Todas as amostras

portanto apresentam alto grau de amolgamento.

Para monitorar o desempenho da edificação, foram instalados pinos de recalque

em todos os pilares. As leituras de referência foram feitas em junho de 1996. Até maio

de 2000 10 medições de recalque foram feitas durante o período de construção e 3 após

o prédio ter sido habitado. A Figura 7.4 apresenta as curvas de isorecalques medidos

para a 11ª leitura. Nota-se que existe uma discrepância entre os valores estimados

235

(Figura 7.3) e medidos. A Tabela 7.2 apresenta a relação entre valores medidos e

estimados para alguns pilares, considerando a 13ª medição datada de 08 de maio de

2000.

Figura 7.3–Planta de fundação com recalques estimados (GUSMÃO FILHO et al.,1999)

Tabela 7.2 – Relação recalque medido/recalque estimado – 13ª medição

Pilar Recalque medido/recalque estimado

P4 0,84

P5 0,79

P8 0,84

P9 0,53

P10 0,55

P11 0,68

P15 0,76

236

Figura 7.4 – Curvas de isorecalques – (GUSMÃO FILHO et al., 1999)

Os valores desta relação variam entre 0,53 e 0,84, sendo os valores mínimos referentes

aos pilares do centro e os valores máximos aos pilares da periferia. A Figura 7.5 ilustra

a Tabela 7.2, apresentando a curva recalque medido versus recalque estimado. Ressalta-

se que os recalques não estão ainda totalmente estabilizados , mas a velocidade de

recalque atualmente é pequena (faixa de 38 µm/dia). Nos primeiros 500 dias, esta

velocidade estava na faixa de 91 µm/dia, enquanto na 11ª leitura era de 78 µm/dia. A

Figura 7.6 mostra a tendência de estabilização desta velocidade.

237

#

#

####

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''''' '

'''''

'''

''

'

40 60 80 100 120 140 160 180 200

Recalque estimado (mm)

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Rec

alqu

e m

edid

o (m

m)

10a. leitura 12a. leitura Reta 1:1 13a. leitura' ) #

Pilares do centro

Figura 7.5 – Recalques medidos x recalque estimados

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0 200 400 600 800 1000 1200

Tempo (dias)

0

20

40

60

80

100

Rec

alqu

e m

edid

o (m

m)

Média Pilar P6-Máxima Pilar P15-Mínima, ) '

Figura 7.6 – Recalques medidos em função do tempo (modificada de GUSMÃO FILHO

et al.,1999)

7.3. Reavaliação dos recalques estimados

7.3.1.Influência do Método de Cálculo

Existem dois métodos para estimativa dos recalques: analítico e gráfico. Neste item será

apresentado um estudo comparativo entre estes métodos utilizando-se resultados de

238

amostras de boa e má qualidade coletadas no depósito do SESI-Ibura em Recife. Este

depósito é um dos locais de pesquisa da Área de Geotecnia da UFPE , onde várias

campanhas de ensaios de laboratório e de campo já foram realizadas ( ver PEREIRA,

1997; COUTINHO et al. 1998c; COUTINHO et al., 1999; OLIVEIRA, 2000). Estes

estudos fazem parte de um Projeto integrado de Pesquisa do CNPq, cujo título é :

“Engenharia Geotécnica de Encostas e Planície”, coordenado pelo Prof. Roberto

Coutinho.

As amostras de má qualidade foram coletadas com amostradores Shelbies de 100 mm

de diâmetro, enquanto as amostras consideradas de boa qualidade foram coletadas

utilizando amostradores com diâmetro de 111 mm e dotados de pistão estacionário

desenvolvido na UFPE (ver PEREIRA, 1997).

Foram então estimados os recalques através dos dois métodos, fazendo-se variar a

tensão final aplicada ao solo. SILVA e COUTINHO (1999) apresentaram as curvas de

variação dos recalques dividido pela espessura inicial (R/Ho) versus a variação da

tensão final que são reproduzidas nas Figuras 7.7 e 7.8 . Nota-se que não há diferença

considerável entre os dois métodos .

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

0.4000

0 200 400 600 800

Tensão Final (kPA)

Rec

alq

ue

(R/H

o)

Recalque - GráficoRecalque - Fórmula

Figura 7.7 – Curvas recalque versus tensão final – métodos gráfico e analítico para

amostra de boa qualidade – prof. 18,05-18,90 m (SILVA e COUTINHO, 1999)

239

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 50 100 150 200

Tensão Final (kPA)

Rec

alq

ue

(R/H

o)

Recalque - GráficoRecalque - Fórmula

Figura 7.8 - Curvas recalque versus tensão final – métodos gráfico e analítico para

amostra de má qualidade – prof. 18,00-18,80 m (SILVA e COUTINHO, 1999)

7.3.2. Influência da qualidade da amostra

A qualidade da amostra influencia diretamente o cálculo do recalque, pois a forma da

curva edométrica será fortemente afetada. Consequentemente, todos os parâmetros

geotécnicos obtidos a partir desta curva serão modificados. Mesmo utilizando-se o

método gráfico, que prescinde da estimativa de parâmetros, o cálculo de recalque é

alterado.

Com o objetivo de investigar sistematicamente este efeito, foi realizado um estudo

paramétrico, considerando amostras de boa e má qualidade, utilizando-se diversos

procedimentos.

O recalque foi estimado através do método analítico de 3 maneiras diferentes:

1) a partir de amostras de boa qualidade

2) a partir de amostras de má qualidade

3) corrigindo o Cc de amostras de má qualidade a partir de correlações com o valor da

umidade natural e sem corrigir a tensão de pré-adensamento (COUTINHO et al.,

1998b).

A Figura 7.9 foi apresentada por SILVA e COUTINHO (1999) e mostra uma destas comparações. Nota-se o seguinte:

240

1) o valor do recalque é sempre maior no caso da amostra de má qualidade com o Cc

corrigido pela correlação;

2) o valor do recalque calculado diretamente a partir da amostra de má qualidade sem

correção é sempre maior do que o valor obtido pela amostra de boa qualidade. A

diferença é maior para menores valores de tensão aplicada. Para valores altos de

tensão, acima de 400 kPa, a diferença diminui, pois ocorre a desestruturação da

amostra de boa qualidade. A diferença é mais significativa na faixa de tensão abaixo

de 200 kPa, que é a faixa de trabalho para a grande maioria das edificações em

Recife, podendo chegar a até 100 % .

Pode-se concluir que a correção da curva da amostra de má qualidade apenas para o Cc,

sem corrigir a tensão de sobre-adensamento, conduz a valores superestimados de

recalque e a projetos superdimensionados.

A utilização de amostras de má qualidade diretamente conduz a valores muito diferentes

dos obtidos por amostras de boa qualidade. Ainda assim, o erro causado tende a ser

menor do que utilizar correlações que corrigem apenas o índice de compressão Cc e não

a tensão de sobre-adensamento. Ressalta-se então a importância do parâmetro σ’vm no

cálculo de recalque. A monitoração de recalques de edificações sugere que é melhor

utilizar resultados experimentais, mesmo de amostras de má qualidade, do que recorrer

a métodos de correção incompletos. Na literatura existem correlações para obter a

tensão de pré-adensamento a partir de propriedades índices, tais como o índice de

liquidez IL. Uma correlação deste tipo foi desenvolvida por DeGROOT et al. (1999)

para argilas offshore do Norte da Europa. A correlação tem a seguinte expressão:

σ’vm = 10 (2,90 – 0,96IL) (kPa) (7)

Comentam os autores que foi utilizando o método de regressão dos mínimos

quadrados, conforme STAS e KULHAWY (1984) e que a tensão de sobre-adensamento

é estimada a partir da construção de Casagrande.

241

Figura 7.9 – Curvas de recalque versus tensão final comparativas– amostras de boa , má qualidade e utilizando correlações – prof. 16,50 – 17,30 m

7.3.3.Considerações sobre a igualdade Cr e Cs

Algumas hipóteses simplificadoras são adotadas na estimativa dos recalques. Uma delas

é a adoção do índice de recompressão (Cr) igual ao índice de expansão (Cs), obtidos no

ensaio edométrico tradicional. A hipótese normalmente é adotada para evitar o trecho

inicial da curva de adensamento que é muito sensível ao amolgamento. Entretanto, esta

hipótese pode levar a erros muito grandes, pois em argilas estruturadas a diferença entre

os índices pode ser muito grande, chegando a apresentar a relação Cs/Cr o valor igual a

3, na argila mole do Recife (Clube Internacional). A Figura 7.10 apresenta resultados de

curvas edométricas para esta argila mole, com amostras de diferentes qualidades

(Oliveira et al., 2000). A Tabela 7.3 mostra os valores obtidos a partir destas curvas para

Cr, Cs e da relação Cs/Cr. A diferença entre os índices ocorre porque no

descarregamento do ensaio edométrico a amostra de solo está desestruturada por

compressão e apresentará uma curva de inchamento que não é paralela à curva inicial de

recompressão (Ver LEROUEIL e VAUGHAN, 1990). No trecho inicial de

recompressão, ainda não houve a desestruturação, pois o nível de tensão é baixo.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 200 400 600 800

Tensão Final (kPA)

Rec

alq

ue

(R/H

o)

Boa qual. - p. experimentalmá qual. - p. correlaçãomá qual. - p. experimental

242

Logicamente em amostras amolgadas a diferença tende a ser menor, pois um dos efeitos

do amolgamento é aumentar a inclinação do trecho de recompressão. A estimativa de

recalque será afetada proporcionalmente à diferença.

Figura 7.10 – Curvas edométricas comparativas de amostras obtidas de diferentes

formas – ensaio incremental – Argila mole de Recife (OLIVEIRA et al., 2000)

Tabela 7.3 – Índices de recompressão e expansão – Argila mole do Recife – Clube

Internacional

Amostra Prof. (m) Cs Cr Cs/Cr

Shelby-100mm 13,00-13,75 0,17 0,15 1,13

Sherbrooke 12,90-13,20 0,20 0,067 2,98

7.3.4.Efeito da Velocidade de Deformação

A velocidade de deformação vertical é diferente no campo e em laboratório. A

velocidade no laboratório tende a ser maior do que no campo. LEROUEIL (1994)

comenta as faixas típicas destas velocidades. Enquanto no laboratório a velocidade varia

entre 5 x 10-8 e 5 x 10-6 s-1, a velocidade no campo varia entre 5 x 10-12 e 10-8 s-1. O

243

autor comenta ainda que a velocidade de deformação no ensaio edométrico

convencional no final do estágio de carregamento é da ordem de 10-7 s-1 , enquanto nos

ensaios CRS está entre 1 x 10-6 e 4 x 10-6 s-1. A influência do tempo e,

consequentemente, da velocidade de deformação na compressibilidade de argilas tem

sido abordada por décadas (TAYLOR, 1942; CRAWFORD, 1965; BJERRUM, 1967),

segundo LEROUEIL (1994). Esta diferença na velocidade de deformação é refletida em

diferentes comportamentos tensão-deformação: campo x laboratório. A tensão de sobre-

adensamento por exemplo é fortemente influenciada pela velocidade. Vários autores

têm estudado este efeito, entre eles: LEROUEIL et al. (1985), KABBAJ (1985),

MARQUES (1996), BOUDALI et al. (1994). LEROUEIL et al. (1988) apresentam uma

comparação esquemática para curvas tensão-deformação típicas de campo (aterros sobre

solos moles) e de laboratório. Os autores comentam que a diferença nas curvas é devida

à diferença na velocidade de deformação e que existe um valor de deformação

específica que deve ser somada à curva de laboratório para se obter a curva de campo. A

Figura 7.11 ilustra estes comentários. A diferença nas curvas pode também ser atribuída

à fluência do solo.

Figura 7.11 – Curvas tensão-deformação – Laboratório e campo (LEROUEIL et al.,

1988)

244

Neste item será considerada uma interpretação de medições de recalque como um

ensaio edométrico no campo. Para isso será introduzido o conceito de curvas

normalizadas tensão-deformação de sapatas. A normalização é feita considerando-se a

relação entre o recalque em uma determinada tensão aplicada correspondente a uma

dada medição, dividido pelo recalque máximo para cada sapata.

A Figura 7.12 apresenta curvas tensão-deformação normalizada considerando-se vários

pilares de um caso de um edifício de 15 pavimentos em Recife obtidas a partir dos

dados apresentados por GUSMÃO FILHO et al. (1999), comparada com uma curva

tensão-deformação normalizada obtida em laboratório. Os valores intermediários foram

obtidos a partir de leituras de recalque ao longo da construção do prédio. Foi adotada a

tensão vertical na cota de fundação. A idéia desta interpretação é analisar leituras de

recalque como um ensaio de adensamento no campo, com as devidas ressalvas em

termos de condições de contorno, principalmente o fato da drenagem ser parcial em

cada carregamento. Nota-se que as curvas de campo apresentam um comportamento

esquemático apresentado por LEROUEIL et al. (1988), embora este autor não tenha

trabalhado com deformações normalizadas e nem com fundação superficial de edifícios,

mas com casos de aterros sobre solos moles.

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1

reca

lque

med

ido

norm

aliz

ado

1 10 100 1000

Tensão Vertical (kPa)

Pilar P9+P6+P7+P10

lab.lab.MédiaPilar P17

Pilar P16Pilar P4Pilar P13

)'',,,,,

Figura 7.12 - Curvas tensão vertical versus recalque normalizado – Edifício analisado

versus laboratório - Recife - PE

245

A partir da Figura 7.12 , observa-se que ocorre o escoamento no campo, ou seja, existe

uma tensão de escoamento ou de sobre-adensamento que separa 2 tipos de

comportamento, com diferentes inclinações na curva tensão-deformação. O escoamento

neste caso é uma desestruturação devida à compressão. Um caso de desestruturação no

campo foi apresentado por LEROUEIL e VAUGHAN (1990), citando BURLAND

(1989), para a fundação de um silo.

O escoamento no campo ocorre em um nível de deformação normalizada menor em

relação ao laboratório. Enquanto no campo a desestruturação ocorre em torno de 0,1 de

deformação normalizada, no laboratório este valor sobe para 0,2. A contínua medição

de recalques pode possibilitar a identificação destes níveis de tensão para as argilas do

Recife. É importante lembrar que no campo ocorre drenagem parcial em cada

carregamento aplicado.

7.4. Efeito da correção da tensão de pré-adensamento no recalque estimado

Para analisar a influência da tensão de pré-adensamento na estimativa de recalque, foi

utilizada a correção proposta no tem 6.8 desta tese. Os novos valores da tensão de pré-

adensamento foram apresentados na Tabela 6.3 do capítulo anterior (item 6.8). Os

recalques foram então estimados novamente. A Figura 7.13 apresenta uma comparação

entre recalques medidos versus estimados com e sem correção da tensão de pré-

adensamento. Nota-se que corrigindo a tensão de pré-adensamento, os valores dos

recalques medidos e estimados se aproximam. A correção da tensão de pré-adensamento

faz com que ocorra uma diminuição no recalque estimado, pois parte deste recalque está

agora situado no trecho pré-adensado, levando a deformações menores. No caso da

estimativa sem a correção, o efeito do amolgamento diminui a tensão de pré-

adensamento, o que leva à consideração da condição normalmente adensada em projeto.

Este exemplo mostra de forma prática, a influência da qualidade da amostra no

comportamento tensão-deformação de uma argila mole.

246

Figura 7.13 – Recalques medidos versus estimados com e sem correção da tensão de

pré-adensamento – edifício analisado

247

CAPÍTULO 8 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS

8.1.Conclusões

A presente tese apresentou a primeira campanha de amostragem Sherbrooke realizada

no Brasil. Apresentou também resultados de ensaios de laboratório nas amostras

coletadas por este amostrador, bem comparação com resultados de amostras coletadas

por amostradores tubulares. Os corpos de prova foram avaliados em termos de

qualidade a partir de critérios da literatura. Vale ressaltar a importância do tema na

engenharia geotécnica para elaboração de projetos e a contribuição desta pesquisa no

acúmulo de experiência no tocante à amostragem de alta qualidade em argilas moles

brasileiras.

As principais conclusões estão listadas a seguir.

a) Foi possível a coleta de amostras Sherbrooke nas argilas plásticas brasileiras, apesar

da amostragem apresentar maiores dificuldades operacionais em relação à

amostragem convencional tubular. A maior destas dificuldades é a abertura de um

pré-furo de 450 mm de diâmetro.

b) Os amostradores tubulares de grande diâmetro (100 a 127 mm) utilizados no Brasil

e analisados nesta tese apresentam dimensões e geometrias adequadas. Pode-se

destacar: a razão de área, o ângulo suave da sapata de corte e a não existência de

folga interna, os quais permitem a obtenção de amostras de boa qualidade.

c) A proposta de LUNNE et al. (1997) em relação à qualidade das amostras pode ser

adaptada para avaliação de argilas plásticas e orgânicas brasileiras. Uma proposta de

adaptação desta Tabela foi apresentada no Capítulo 6, em função dos resultados

obtidos, incluindo as amostras Sherbrooke.

248

d) Foi adaptada uma proposta de classificação da qualidade das amostras de argila,

baseada nos estudos de HONG e ONITSUKA (1998).

e) A qualidade das amostras Pistão 100 mm e Sherbrooke coletadas nesta tese é

equivalente para as argilas do Rio. Em alguns casos a amostra Sherbrooke apresenta

qualidade inferior, o que se deve principalmente à baixa consistência e alta

plasticidade da argila.

f) As amostras Sherbrooke apresentam, em geral, qualidade equivalente ou levemente

superior em relação à amostras Shelby 100 mm, na argila do Recife. Ambos

amostradores apresentam qualidade bastante superior em relação ao amostrador

Shelby de 60 mm utilizado por AMORIM JR. (1975). A plasticidade menor e a

maior consistência desta argila em relação à do Rio de Janeiro deve ser levada em

conta.

g) As amostras Sherbrooke apresentam uma variabilidade menor em relação à

qualidade, entretanto a sua relação custo/benefício não justifica a utilização deste

amostrador para projetos práticos nas argilas ensaiadas.

h) A curva de escoamento da argila do Recife sofre um encolhimento em função do

amolgamento, confirmando outros resultados da literatura.

i) A estruturação da argila do Recife é maior em comparação à argila do Rio de

Janeiro, segundo o critério de BURLAND (1990). Consequentemente a argila do

Recife seria mais sensível ao amolgamento.

j) As amostras Sherbrooke e Shelby 100 mm conservaram a estruturação do solo de

maneira mais eficiente que o amostrador Shelby 60 mm utilizado por AMORIM JR.

(1975) na argila mole de Recife.

249

k) O armazenamento das amostras Sherbrooke em laboratório após um longo tempo (2

a 3 anos) causou ressecamento e conseqüente estruturação na argila.

l) O transporte das amostras Sherbrooke e Pistão 100 mm, por via terrestre, do Rio de

Janeiro para Recife não afetou a qualidade destas amostras de maneira significativa

no ensaio edométrico. No ensaio triaxial UU a resistência variou 27%, mantendo,

entretanto, o formato da curva tensão-deformação e a deformação de ruptura.

m) Na argila do Recife, o método de moldagem de um corpo de prova (cravação de anel

ou corte com fio de aço) alterou a avaliação da qualidade da amostra a partir de

resultados de corpos de prova ensaiados em laboratório, utilizando o critério de

LUNNE et al. (1997). Em média a deformação volumétrica correspondente às

tensões de campo (εv0) é igual a 2% para ensaios triaxiais CIU-C e igual a 5,5% para

ensaios edométricos.

n) Foi proposto um ábaco para construção de famílias de curvas edométricas em

função do índice de vazios inicial (e0). Este ábaco pode ser utilizado em anteprojetos

e/ou na complementação de informações do projeto final. As curvas construídas

reproduzem os parâmetros geotécnicos (σ’Vm , CC1 e Cr) em pelo menos 64% a 70%

do valor experimental para curvas de boa qualidade apresentadas, sendo os

resultados muito superiores aos parâmetros das curvas de má qualidade, nas argilas

analisadas (Sarapuí, Ibura e Juturnaíba).

o) Foi realizado um estudo sobre os efeitos da correção de SCHMERTMANN (1955)

nos parâmetros da curva edométrica, usando como exemplos curvas experimentais e

construídas pelo ábaco proposto das argilas de Sarapuí, Ibura e Juturnaíba.

Retirando as amostras de má qualidade as correções médias e faixas para cada

parâmetro são:

• Tensão de pré-adensamento σ’Vm : média de 25% para mais e faixa de 8-39%

• Índice de compressão CC1: média de 16% para mais e faixa de 8-26%

• Índice de recompressão Cr : média de 20% para menos e faixa de –68 a +50%.

250

p) Um exemplo prático mostrou que a tensão de pré-adensamento altera as diferenças

entre recalques por adensamento primário medidos e estimados.

8.2. Sugestões para futuras pesquisas

Algumas sugestões para pesquisas futuras são citadas a seguir:

a) Realizar uma campanha de amostragem Pistão 110 mm na argila mole do Recife;

b) Desenvolver um amostrador Sherbrooke de pequeno diâmetro (100 a 120 mm) para

facilitar a abertura do pré-furo e aproveitar a forma de coleta por rotação deste

amostrador, que evita a cravação de um tubo;

c) Aprofundar os estudo de estruturação das argilas moles brasileiras, a partir da

metodologia de BURLAND (1990);

d) Realizar um estudo mais detalhado sobre o efeito do armazenamento nas amostras

tubulares de argilas moles brasileiras;

e) Realizar um estudo detalhado sobre a influência da relação diâmetro do corpo de

prova/diâmetro da amostra em amostradores tubulares;

f) Dar continuidade ao estudo de aplicação do ábaco proposto para construção de

curvas edométricas, analisando outras argilas brasileiras.

g) O grande desafio, na opinião do autor desta tese, é como transferir estes

conhecimentos adquiridos na Universidade para a Indústria da Construção Civil.

251

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