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Departamento de Engenharia Civil Estudo do Comportamento de Solos Reforçados para Aplicação em Obras Geotécnicas Análise do Comportamento de um Solo Arenoso Reforçado com Fibras de Coco Alunos: Letícia Donadio Gonçalves e Daniela Araújo Orientadora: Michéle Dal Toé Casagrande Co-Orientador: Jaime Rodrigo Tamayo Aguilar Introdução As questões ambientais e econômicas ocorridas atualmente têm motivado interesse no desenvolvimento de materiais alternativos que possam satisfazer as especificações de projetos geotécnicos. Quando o solo natural não atende aos requisitos para um projeto de engenharia, é necessário considerar a melhoria desse solo como uma alternativa. Visando reforçar e melhorar as propriedades geotécnicas do solo e, ao mesmo tempo, dar uma distribuição apropriada de diferentes materiais contaminantes ambientais, tem sido realizado estudos sobre a utilização de materiais alternativos, tais como o tereftalato de polietileno (PET) de plástico e o Coco Verde. Em abundância no território brasileiro, o Coco Verde gera grande prejuízo ambiental, pois após ser utilizado não é descartado em locais corretos. Segundo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) e o Levantamento Sistemático da Produção Agrícola de 2015 (LSPA), a produção de Coco no Brasil, em toneladas, saltou de 1.300.000 em 2000 para, quase, 2.000.000 em 2010 e, atualmente, se mantém praticamente constante por volta de 1.900.000. De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 10.004, a casca de coco é classificada como resíduos sólidos urbanos de classe IIa e, após utilizados, devem ser dispostos em aterros sanitários, onde o confinamento seguro deve ser priorizado, assegurando o controle da poluição ambiental e proteção à saúde pública. Entretanto, estima-se que 70% do lixo gerado no litoral das grandes cidades brasileiras são provenientes das cascas de coco verde deixado em praias, lixões e estradas. Vale ressaltar que esse tipo de material necessita significante tempo de degradação. O coco verde descartado produz uma fibra que, com características peculiares, pode ser usada na formulação de compósitos de grande valor ambiental. Devido a isso, de forma a aproveitar o material gerado por esse consumo que cresce aproximadamente 20% ao ano, verificou-se a possibilidade de se utilizar a fibra de coco, sem alterar fisicamente as casas, apenas modificando seu uso original. Um dos principais fins de utilização estaria o reforço dos solos em obras geotécnicas e, essa pesquisa, utiliza a fibra de coco como material alternativo para o reforço e melhora das características do solo arenoso, pois frente as outras fibras, a fibra de coco tem menos percentual de celulose (36% a 43%), porém, a quantidade de lignina (41% a 45%) é cerca de duas vezes os valores existentes para a juta e o sisal. Sendo assim, obtém melhor resistência e dureza frente as outras fibras. Segundo Budinski (1996), um material compósito é a junção de dois ou mais materiais que possuem propriedades que as matérias componentes não possuem originalmente. Sendo assim, o material compósito possui uma matriz e um reforço, onde os dois são desenvolvidos de forma a otimizar as propriedades dos materiais constituintes individuais. No caso da presente pesquisa, utilizaremos um compósito fibroso que, segundo Mathews e Rawlings (1994), é um compósito onde o solo desenvolve o papel de matriz e as fibras o papel de reforço. Para o comportamento desse compósito é importante avaliar teor de

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  • Departamento de Engenharia Civil

    Estudo do Comportamento de Solos Reforçados para Aplicação em Obras Geotécnicas

    Análise do Comportamento de um Solo Arenoso Reforçado com Fibras de Coco

    Alunos: Letícia Donadio Gonçalves e Daniela Araújo

    Orientadora: Michéle Dal Toé Casagrande

    Co-Orientador: Jaime Rodrigo Tamayo Aguilar

    Introdução

    As questões ambientais e econômicas ocorridas atualmente têm motivado interesse no

    desenvolvimento de materiais alternativos que possam satisfazer as especificações de projetos

    geotécnicos. Quando o solo natural não atende aos requisitos para um projeto de engenharia, é

    necessário considerar a melhoria desse solo como uma alternativa.

    Visando reforçar e melhorar as propriedades geotécnicas do solo e, ao mesmo tempo,

    dar uma distribuição apropriada de diferentes materiais contaminantes ambientais, tem sido

    realizado estudos sobre a utilização de materiais alternativos, tais como o tereftalato de

    polietileno (PET) de plástico e o Coco Verde.

    Em abundância no território brasileiro, o Coco Verde gera grande prejuízo ambiental,

    pois após ser utilizado não é descartado em locais corretos. Segundo IBGE (Instituto

    Brasileiro de Geografia e Estatística) e o Levantamento Sistemático da Produção Agrícola de

    2015 (LSPA), a produção de Coco no Brasil, em toneladas, saltou de 1.300.000 em 2000 para,

    quase, 2.000.000 em 2010 e, atualmente, se mantém praticamente constante por volta de

    1.900.000. De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 10.004, a casca

    de coco é classificada como resíduos sólidos urbanos de classe IIa e, após utilizados, devem

    ser dispostos em aterros sanitários, onde o confinamento seguro deve ser priorizado,

    assegurando o controle da poluição ambiental e proteção à saúde pública.

    Entretanto, estima-se que 70% do lixo gerado no litoral das grandes cidades brasileiras

    são provenientes das cascas de coco verde deixado em praias, lixões e estradas. Vale ressaltar

    que esse tipo de material necessita significante tempo de degradação.

    O coco verde descartado produz uma fibra que, com características peculiares, pode ser

    usada na formulação de compósitos de grande valor ambiental. Devido a isso, de forma a

    aproveitar o material gerado por esse consumo que cresce aproximadamente 20% ao ano,

    verificou-se a possibilidade de se utilizar a fibra de coco, sem alterar fisicamente as casas,

    apenas modificando seu uso original. Um dos principais fins de utilização estaria o reforço

    dos solos em obras geotécnicas e, essa pesquisa, utiliza a fibra de coco como material

    alternativo para o reforço e melhora das características do solo arenoso, pois frente as outras

    fibras, a fibra de coco tem menos percentual de celulose (36% a 43%), porém, a quantidade de

    lignina (41% a 45%) é cerca de duas vezes os valores existentes para a juta e o sisal. Sendo

    assim, obtém melhor resistência e dureza frente as outras fibras.

    Segundo Budinski (1996), um material compósito é a junção de dois ou mais materiais

    que possuem propriedades que as matérias componentes não possuem originalmente. Sendo

    assim, o material compósito possui uma matriz e um reforço, onde os dois são desenvolvidos

    de forma a otimizar as propriedades dos materiais constituintes individuais.

    No caso da presente pesquisa, utilizaremos um compósito fibroso que, segundo

    Mathews e Rawlings (1994), é um compósito onde o solo desenvolve o papel de matriz e as

    fibras o papel de reforço. Para o comportamento desse compósito é importante avaliar teor de

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    fibras presentes, o comprimento das fibras, as características do solo utilizado, a aderência

    entre a matriz e as fibras e a orientação e repartição das fibras.

    Objetivo

    Essa pesquisa tem como principal objetivo verificar se é possível utilizar a fibra de coco

    como material alternativo para o reforço de solos arenosos. As misturas, variadas de teor e

    dosagem de fibra e areia, serão avaliadas para a utilização em obras geotécnicas. Para isso,

    serão realizados ensaios de caracterização física do solo utilizado e das misturas de solo com

    0.5% de fibra de coco, de diferentes comprimentos, e ensaios triaxiais isotropicamente

    drenados CID, analisando o comportamento mecânico das misturas com reforço e sem reforço

    quando submetidas aos ensaios com carregamento axial e taxa de deformação constante. Por

    fim, avaliar os parâmetros de resistência das misturas analisadas e averiguar qual a mistura

    apresenta melhor resultado de resistência.

    Revisão Bibliográfica

    A areia é considerada um material não coesivo, granular solto e constituído de partículas

    de dimensão de 0,06 a 2,00 mm. Pela ABNT, para o uso em engenharia civil, o solo arenoso é

    constituído por grãos minerais onde a maioria aparente possui diâmetro de 0,05 a 4,8 mm,

    podendo ser subdividia granulometricamente em areia fina (0,074 mm a 0,42 mm), areia

    média (0,42mm a 1,2mm) e areia grossa (1,2mm a 2,0mm).

    Os tipos de grãos da aria podem ser angulares, sub-arredondados e arredondados e a

    densidade dos grãos varia de 2,6 a 2,8 g/cm³, podendo variar segundo a composição química.

    Quanto mais angulares forem os grãos e mais mal graduada for a areia, maior será seu

    índice de vazios, dependendo então da característica da areia. Em geral, areias mais

    compactas são menos deformáveis e mais resistentes.

    A fibra de coco é extraída da porção externa do fruto da palmeira de coco. A palmeira

    de coco possui tronco cilíndrico e carrega em seu topo um tufo de folhas arqueadas de 3 a 6

    metros divididas em folíolos.

    Em cada fruto, originado sob as folhas, contém uma semente que em seu interior possui

    uma massa branca adocicada e saborosa. No fruto verde, a massa é menos espessa e menos

    dura, com grande quantidade de água de coco.

    O alto teor de lignina faz com que a degradação da fibra de coco seja mais lenta que a

    de outras fibras vegetais. Segundo artigos apresentados pela EMBRAPA (Empresa Brasileira

    de Pesquisa Agropecuária), o tempo de degradação da casca de coco é de 10 anos.

    Materiais Utilizados

    - Areia

    Neste ensaio utiliza-se um solo arenoso retirado do campo de armazenamento de Santa

    Cruz, município do estado do Rio de Janeiro. Depois de adquiridas, as amostras de areia

    foram acondicionadas em sacos de 50kg e guardadas no Laboratório de Geotecnia da

    Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

    Os índices físicos e ensaios de caracterização foram determinados e realizados em

    laboratório, de forma a obter a curva granulométrica do solo utilizado.

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    Figura 1: Areia utilizada nos ensaios

    - Água

    Utilizou-se água destilada na operação do equipamento e preparação dos corpos-de-

    prova de areia pura e misturas solo-fibra.

    - Mistura solo-fibra

    Utilizando o solo argiloso obtido, foram preparadas misturas com diferente teor de

    fibras. O solo arenoso foi misturado com 0,50% de fibra de coco com comprimentos de

    25mm e 50mm. Prepararam-se as misturas de solo-fibra mesclando-se o solo com a fibra em

    seco a mão (com ajuda de luvas de borracha) de força a alcançar uma mistura mais uniforme

    possível, acrescentando 10% de água do peso do solo seco. Com isso, atingiu-se a umidade

    ótima da areia.

    Esse teor foi escolhido de forma a analisar as mudanças nos parâmetros de resistência

    da mistura em relação ao solo arenoso puro.

    - Fibra de Coco

    A fibra utilizada foi obtida pelo processo mecânico da empresa ECOFIBRA que possui,

    em parceria com a COMLURB (Companhia de Limpeza Urbana da cidade do Rio de Janeiro),

    um projeto piloto de coleta seletiva das cascas de coco verde. As fibras foram cortadas em

    comprimentos de 25 e 50 mm (Figura 3). Por ser uma fibra natural, seu diâmetro não era

    constante.

    A fibra de coco, extraída da casca de coco possui excelentes características de

    durabilidade e resistências que, sendo da família das fibras duras possui índices altos de

    rigidez e dureza. Isso permite que haja diversas possibilidades de uso, além de ser um material

    ecológico que possui facilidade de reciclagem.

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    Para a realização dos ensaios com as fibras dispostas aleatoriamente, as fibras foram

    cortadas em comprimentos de 25mm e 50mm. Foi usado um teor de fibras de 0,5% (referente

    ao peso seco da areia)

    Figura 2: Forma das fibras

    Figura 3: Fibras utilizadas, cortadas em 50 mm e 25 mm, respectivamente

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    Equipamentos Utilizados

    Para o ensaio triaxial, utiliza-se uma prensa da marca Wykeham-Ferrance de

    capacidade de 10 toneladas (Figura 4), cuja velocidade de deslocamento é controlada e o

    ajuste das velocidades de deslocamento do pistão é determinado através da seleção adequada

    de pares de engrenagens e a respectiva marcha.

    A câmara triaxial utilizada é própria para corpos-de-prova com diâmetro de 1,5 (in) e é

    feita de um material acrílico que suporta uma pressão confinante máxima de 1000KPa

    reforçada com uma malha metálica para oferecer maior segurança.

    A célula de carga utilizada tem capacidade máxima de 5000 kN e exatidão de 1 kN.

    Para obter os deslocamentos foram utilizados LVDT’s com cursos de 25mm e resolução

    de precisão de 0,01 mm.

    As variações de volume são obtidas através de medidores de variação volumétrica

    (MVV), fabricados na PUC-rio.

    Depois de obtidas todas as informações através dos transdutores, a gravação dos dados é

    feita utilizando o sistema de aquisição de dados.

    Figura 4: Prensa triaxial

    A descrição do ensaio triaxial é dada por:

    (a) Medidor de Variação de Volume

    (b) Reservatório de água no topo

    (c) Painel de controle das pressões

    (d) Caixa leitora de dados

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    (e) Pressão confinante

    (f) Cilíndrico acrílico reforçado

    (g) Controle para início do cisalhamento

    (h) Transdutor de pressão

    (i) Controle manual de movimento fino do pistão

    Figura 5: Software e sistema de aquisição de dados

    Procedimento Experimental

    O programa experimental consiste em avaliar o uso da fibra de coco como um material

    alternativo de reforço, visando melhorar as características de resistência dos solos arenosos

    utilizados em obras. Para isso, analisou-se o efeito da adição de fibras de coco nas

    propriedades mecânicas de um solo arenoso e dividiu-se o projeto em etapas.

    Ensaios de Caracterização Física

    Ensaios de caracterização física foram executados no Laboratório de Geotecnia e Meio

    Ambiente da PUC-rio visando determinar os índices e propriedades físicas do solo argiloso

    puro e das misturas solo-fibra utilizadas. Seguindo as normas técnicas brasileiras, o solo foi

    preparado e ensaiado através dos procedimentos descritos nas seguintes normas:

    NBR 6457/1986 – Amostras de Solos – Preparação para ensaios de Compactação e

    Caracterização;

    NBR 6508/1984 – Solo – Determinação da densidade real dos grãos;

    NBR 7181/1984 – Solo – Análise Granulométrica;

    NBR 12051/1991 – Solo – Determinação do índice de vazios mínimos de solos não coesivos;

    NBR 12004/1990 – Solo – Determinação do índice de vazios máximos de solos não coesivos;

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    Ensaio Triaxial (CID)

    Os ensaios triaxiais realizados nessa pesquisa são do tipo Consolidados Isotropicamente

    Drenados (CID). Esses ensaios foram realizados no Laboratório de Geotecnia e Meio

    Ambiente da PUC-rio sob a saturação total e com tensões efetivas de 50, 100 e 150 (KPa),

    que são hipóteses realistas feitas em algumas aplicações de engenharia. O objetivo principal

    desse ensaio foi determinar os parâmetros de resistência do solo: coesão não drenada e ângulo

    de resistência ao corte.

    A fim de aplicar uma condição de tensão de simetria triaxial, foram utilizados para o

    teste triaxial corpos de prova cilíndricos de solo de altura nominal de H=91 mm e diâmetro de

    D=39 mm.

    A resposta do solo foi obtida através de três etapas em cada corpo-de-prova: de

    saturação, de adensamento e de cisalhamento.

    - Preparação da amostra

    A preparação dos corpos-de-prova das misturas solo-fibra e do solo arenoso puro foi

    feita por compactação diretamente em um molde cilíndrico tripartido, manualmente, em cinco

    camadas. Para a areia pura e para as misturas, a umidade adotada foi de 10% e o peso

    específico seco foi de 1,63 g/cm³ que correspondem a uma densidade relativa de 50% e índice

    de vazios de 0,65.

    Primeiramente, é colocada na base do triaxial uma pedra porosa e o papel filtro. A

    seguir, é colocada a membrana segurando-a com a base por meio dos o-rings. O molde

    tripartido é colocado, unindo-se as três partes por uma abraçadeira metálica. As juntas são

    vedadas com uma fita e é vedado também dois dos três furos do tripartido. Os o-rings são

    colocados na parte superior do molde e a membrana é ajustada por cima. É instalada uma

    mangueira no furo aberto do tripartido visando succionar a membrana às paredes do

    tripartido.

    Após encher o tripartido com a mistura do solo arenoso, compactada em 5 camadas, na

    parte superior é colocado um segundo papel filtro e também a pedra porosa. Seguidamente é

    colocado o topo (cap) na parte superior, ajustando a membrana sobre o molde tripartido e

    fixando esta com os o-rings colocados anteriormente.

    Todos os elementos que foram utilizados para moldar o corpo-de-prova são

    desmontados e a membrana é acomodada cobrindo os o-rings da parte superior e inferior. A

    câmara triaxial é colocada e ocorre o enchimento completo da câmara com água destilada,

    testando a pressão confinante conectada à câmara. As etapas de montagem do corpo-de-prova

    descritas acima estão expostas na figura 6.

  • Departamento de Engenharia Civil

    Figura 6: Etapas de montagem do corpo-de-prova

    - Procedimento de Saturação do corpo-de-prova

    No teste drenado consolidado, a saturação da amostra é importante para assegurar que

    todos os espaços vazios no interior da amostra estejam preenchidos por água. Essa saturação

    foi obtida através de percolação de água através da amostra e contrapressão de água para

    dentro do corpo-de-prova.

    No caso da saturação por percolação, é aplicada uma diferença de pressão entre o topo e

    a base. Então, aplicou-se uma diferença de pressão de 5 kPa entre o topo e a base e também

    uma diferença de pressão de 10 kPa entre a pressão confinante e o topo. Isso permite que a

    água flua da base para o topo do corpo de prova.

    Na saturação por contrapressão, a pressão confinante aplicada ao corpo-de-prova

    ultrapassava a contrapressão em 10 kPa (mesma pressão na base e no topo), onde o fluxo era

    permitido pela topo e base.

    Antes de se iniciar a etapa de adensamento, para verificar se o grau de saturação da

    amostra é suficientemente alto, realiza-se um teste para determinar o valor de B do Skempton.

    O valor de B aproximado para solos saturados é de 1, então, são considerados valores

    aceitáveis valores maiores ou iguais a 0,95. A verificação da saturação é feita através da

    medição desse parâmetro, pois esse parâmetro é semelhante ao grau de saturação para valores

    superiores a 90%.

    De modo a facilitar o cálculo, o parâmetro B é medido através da medição de variação

    da pressão intersticial causada pela aplicação de uma pequena variação da pressão de

    confinamento (por exemplo, 50kPa). Para o solo estar completamente saturado, a variação da

    pressão intersticial medida deve ser igual à variação da pressão de confinamento.

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    Além de medir o parâmetro B, a permeabilidade de alguns corpos de prova é controlada

    de forma a controlar a mudança e influência da adição de fibras nas misturas.

    - Adensamento

    Após obter um valor de B aceitável (maior ou igual a 0,95) e atingir a saturação do

    corpo-de-prova, passa-se para a etapa de adensamento. O processo de adensamento começa

    quando a ligação para drenagem é aberta e a dissipação do excesso de poro pressão da água

    ocorre.

    Nessa fase, o objetivo foi definir, em termo de tensões efetivas, o estado de tensão

    inicial do solo. Quando o solo já está completamente saturado, pode-se assegurar que a tensão

    aplicada (tensão total) equivale a tensão efetiva, pois a drenagem de água é permitida,

    dissipando-se o excesso de pressão intersticial.

    Em solos saturados, a alteração no volume da amostra que ocorre pode ser obtido

    através do volume de água intersticial drenado que vai acumular no reservatório da base da

    prensa.

    - Cisalhamento

    Mantendo-se a pressão de confinamento constante, executa-se essa fase por compressão

    axial, aumentando a tensão vertical P(pressão)/A(área).

    Nessa fase são medidas duas deformações: deformações axiais, medidas com um

    deflectômetro instalado no topo da câmara e deformações volumétricas, medidas através da

    variação de volume de água na câmara durante a aplicação do corte. Tal medição é aceitável

    caso não haja fugas de água na câmara e após a calibração da câmara para saber quanto que

    aumenta de volume com o aumento da pressão de água no seu interior.

    Como alternativa, pode-se utilizar transdutor fixo na proveta para medição local das

    deformações radiais e verticais, de forma a obter leituras de deformações mais precisas. As

    pressões intersticiais são medidas com células de pressão colocadas numa das válvulas de

    drenagem.

    Resultados e Discussões

    Chamou-se de solo arenoso o solo puro, A05C50 a mistura areia com 0,5% de fibra de

    50 mm e A05C25 a mistura areia com 0,5% de fibra de 25 mm.

    Resultados dos Ensaios de Caracterização Física

    De acordo com a USCS (Unified Soil Classification System), esse solo é classificado

    como areia média, constituída por quartzo, granito alterado, minerais de argila (caulinita,

    principalmente) e textura micro-granular. Nele, não foi observada a presença de matéria

    orgânica.

    Os índices físicos do solo puro (Tabela 1) e as principais características das misturas

    (Tabela 2) foram determinados através de ensaios de caracterização realizados no Laboratório

    de Geotecnia da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, de forma a obter a curva

    granulométrica (Figura 7) do solo utilizado.

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    Figura 7: Curva granulométrica da areia pura

    Tabela 1: Índices físicos da areia pura

    Índices Físicos Valor

    Densidade específica dos grãos “Gs” 2,704

    Coeficiente de não uniformidade “CNU” 5,08

    Coeficiente de Curvatura “CC” 1,01

    Diâmetro efetivo D10 0,214

    Diâmetro médio D50 0,892

    Índice de Vazios máximo 0,79

    Índice de Vazios mínimo 0,56

    Tabela 2: Principais características das misturas

    Material / Mistura Areia pura

    (%)

    Fibra de Coco

    (%)

    Gs Peso Específico

    (g/cm³)

    Solo Arenoso 100 0 2,70 2,69

    A05C50 99,50 0,50 2,58 2,65

    A05C25 99,50 0,50 2,61 2,65

  • Departamento de Engenharia Civil

    A curva de distribuição granulométrica da areia pura (Figura 7) se assemelha às de

    misturas de solo-fibra, independente do teor de fibra. Isso ocorre devido ao fato de que o peso

    considerado da fibra nas misturas é muito menor em relação ao peso do solo.

    Resultados do Ensaio Triaxial

    A partir dos resultados dos ensaios triaxiais, examinou-se o comportamento mecânico

    dos materiais estudados quando variadas as diferentes tensões efetivas, de 50kPa, 100kPa e

    150kPa, no teor de 0,5% e comprimentos (25mm e 50mm) de fibra.

    Com esses resultados, foi possível elaborar curvas de tensão axial para cada tensão, com

    uma deformação axial aos 14%.

    Figura 8: Tensão desviadora vs. deformação axial (σ`=50kPa).

  • Departamento de Engenharia Civil

    Figura 9: Deformação volumétrica vs. Deformação axial (σ`= 50kPa)

    Figura 10: Tensão desviadora vs. deformação axial (σ`=100 kPa).

  • Departamento de Engenharia Civil

    Figura 11: Deformação volumétrica vs. Deformação axial (σ`= 100kPa)

    Figura 12: Tensão desviadora vs. deformação axial (σ`=150kPa).

  • Departamento de Engenharia Civil

    Figura 13: Deformação volumétrica vs. Deformação axial (σ`= 150kPa)

    Após analisar as curvas de tensão desviadora por deformação axial, viu-se que as

    resistências finais dos corpos-de-prova, após a adição da fibra de coco, aumentaram. O

    corpo-de-prova que ganhou a maior resistência foi a mistura A05C25 com a tensão efetiva de

    150 kPa, diferente das outras tensões, onde as resistências foram menores.

    Nessa tensão de 150kPa, a mistura A05C25 obteve o melhor valor de resistência ao

    cisalhamento, atingindo 636kPa. O comportamento da mistura foi plástico, tendendo a se

    comprimir com as tensões de 50kPa e 100kPa. Porém, na tensão de 150kPa (Figura 13), o

    comportamento do corpo-de-prova foi estável, não variando em compressão nem expansão,

    mostrando que o funcionamento das fibras com comprimento curto não funcionaram da forma

    esperada na deformação volumétrica.

    No solo arenoso, pela figura 8, conclui-se que o solo tende a se expandir em tensões

    baixas, de 50kPa, e a se comprimir e tensões altas, de 100kPa e 150kPa (Figuras 11 e 13). O

    comportamento da mistura é plástico nas três tensões avaliadas.

    Nos resultados da mistura A05C50, foram atingidas as maiores tensões de resistência ao

    cisalhamento. Nela, o comportamento foi plástico igualmente aos outros corpos-de-prova

    (Figuras 8, 10 e 12).

    Em relação a deformação volumétrica, o comportamento foi mais estável nessa

    dosagem de fibra. O corpo-de-prova comprimiu-se inicialmente e depois se estabilizou em

    altas tensões. No caso da tensão de 50kPa, a mistura se comprimiu, depois se expandiu até se

    estabilizar.

    Quando se preparava os corpos-de-prova para os ensaios, percebeu-se que a fibra

    utilizada na mistura de 0,5% era bastante em volume, porém, esse teor de fibra obteve bons

    resultados. A mistura A05C50 obteve melhores resultados nas tensões de 50kPa e 100kPa,

  • Departamento de Engenharia Civil

    enquanto que, na tensão de 150kPa, o comportamento dos dois teores de fibra (25mm e

    50mm) foram muito parecidos, com pequenas variações.

    O ensaio de compressão triaxial drenado nos mostra a variação da resistência do solo

    arenoso em função da tensão efetiva. Ele também fornece as curvas envoltórias de resistência,

    que indicam como a tensão cisalhante de ruptura varia com a tensão efetiva e são o resultado

    das interpretações das curvas de tensão desviadora vs. deformação axial e deformação

    volumétrica vs. deformação axial.

    Figura 13: Trajetória de tensões da areia pura e das misturas

  • Departamento de Engenharia Civil

    Tabela 3: Parâmetros de resistência dos solos ensaiados.

    Material/Mistura Coesão aparente (kPa) Ângulo de atrito (0)

    Solo Arenoso 0 32,54

    A05C50 51,78 40,81

    A05C25 43,49 40,56

    Para o cálculo das variantes de tensão q (chamada de tensão de desvio) e tensão p’

    (chamada de tensão efetiva média normal), usou-se as formulações de Lambe.

    Para os parâmetros de resistência dos compósitos utilizaram-se os valores das

    envoltórias de resistência ' (inclinação da envoltória de resistência no espaço p’: q) e da

    coesão a’ (intercepção da envoltória com o eixo q no espaço p’: q).

    As tensões máximas foram consideradas com uma deformação média de 14% e os

    cálculos da coesão aparente (c’) e do ângulo de atrito (') foram feitos a partir da aplicação do

    critério de Mohr Coulomb, calculados através da relação c' tg (' e das equações tg

    (')= sen (') e a’= c’.cos(').

    A partir dos resultados obtidos na tabela 3, observa-se que a areia pura não possui

    coesão, porém, com a adição das fibras, houve um significante aumento na coesão das

    misturas, chamada de coesão aparente.

    A coesão aparente é maior quando o comprimento da fibra é maior, o que acontece

    também em relação ao ângulo de atrito. Sendo assim, percebe-se que a mistura com melhores

    resultados nas características de resistência é a mistura A05C50, pois essa mistura possui a

    fibra de maior comprimento (50 mm), ajudando as partículas solo a ficarem com um melhor

    contato entre elas.

    A deformação axial foi fixada em um valor pré-determinado e controlado, a 14%.

    Percebe-se nas curvas tensão-deformação, das misturas com reforço, que a ruptura, que

    aconteceria quando a tensão cisalhante no plano alcançasse a tensão de cisalhamento do

    material, não acontece.

  • Departamento de Engenharia Civil

    Conclusão

    O estudo realizado nesse trabalho mostra o comportamento do solo arenoso retirado do

    campo de armazenamento do município de Santa Cruz, no estado do Rio de Janeiro, através

    dos ensaios de compactação e triaxiais realizados.

    Através dos gráficos mostrados no relatório observa-se que o uso da fibra de coco no

    solo arenoso melhora o comportamento mecânico do solo. Independente dos ensaios de

    caracterização, onde o solo arenoso e as misturas com fibra não apresentaram muitas

    variações em relação aos parâmetros de densidade de grãos, índice de vazios e a curva

    granulométrica, os ensaios triaxiais permitiram analisar os parâmetros de resistência do solo

    puro e das misturas.

    Desses resultados podemos concluir que, o corpo de prova que teve o melhor

    comportamento em relação a resistência ao cisalhamento foi o corpo de prova de 0,5% de

    fibra com 25mm (chamada nessa pesquisa de A05C25), obtendo uma resistência de 636 kPa

    quando ensaiada a uma tensão de 150 kPa. Enquanto que, para essa mesma tensão, o corpo de

    prova da mistura de 0,5% de fibra com 50 mm obteve um valor de 625 kPa.

    É importante ressaltar que, a mistura de A05C50 obteve melhores valores nas outras

    tensões, de 50 kPa e 100kPa, além de obter melhor ângulo de atrito e também melhorar a

    coesão aparente da areia.

    Por fim, essa pesquisa proporcionou estudar o uso da fibra como material alternativo de

    reforço de solos em obras geotécnicas e, a partir dos resultados expostos acima, conclui-se

    que a fibra poderia ser usada em obras de curto e meio prazo como soluções temporais, como

    aterros, obras de contenção ou estabilização. Além de contribuir para uma melhor qualidade

    de vida e desenvolvimento sustentável, diminuindo a eliminação indevida desse material.

    Referências

    Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 6457/1986 – Amostras de Solos

    – Preparação para ensaios de compactação e caracterização.

    Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 7181/1984 – Solo – Análise

    Granulométrica.

    Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 6508/1984 – Solo –

    Determinação da densidade real dos grãos.

    Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 12004/1990 – Solo –

    Determinação do índice de vazios máximos de solos não coesivos.

    Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 12051/1991 – Solo –

    Determinação do índice de vazios mínimos de solos não coesivos.

    Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 10004 – Resíduos Sólidos –

    Classificação.

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