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Ana Carolina Souza Lima de Campos

Características de compressibilidade de uma argila mole

da Zona Industrial de Santa Cruz, Rio de Janeiro

Dissertação de Mestrado

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio.

Orientadores: Tácio Mauro Pereira de Campos Franklin dos Santos Antunes

Rio de Janeiro Novembro de 2006

DBD

PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CB


Características de compressibilidade de uma argila mole

da Zona Industrial de Santa Cruz, Rio de Janeiro

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.

Tácio Mauro Pereira de Campos Orientador

DEC/PUC-Rio

Franklin dos Santos Antunes Orientador

DEC/PUC-Rio

José Tavares Araruna Júnior DEC/PUC-Rio

Armando José da Silva Neto Light Serviços de Eletricidade S.A

Ian Schumann Marques Martins

COPPE/UFRJ

José Eugênio Leal Coordenador Setorial do Centro Técnico Científico - PUC-Rio

Rio de Janeiro, 10 de Novembro de 2006

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CDD: 624

Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, da autora e do orientador.


Graduou-se em Engenharia Civil pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, PUC-Rio, em 2002. Foi bolsista da ANP de 2000 a 2002, realizando pesquisas no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. Ingressou no curso de mestrado em Engenharia Civil - Geotecnia no início de 2004. Principais áreas de interesse e linhas de pesquisas: Geotecnia Ambiental, Geotecnia Experimental e Mecânica dos Solos.

Ficha Catalográfica

Campos, Ana Carolina Souza Lima de

Características de compressibilidade de uma argila mole da Zona Industrial de Santa Cruz, Rio de Janeiro/Ana Carolina Souza Lima de Campos; orientador: Tácio Mauro Pereira de Campos; co-orientador: Franklin dos Santos Antunes, - Rio de Janeiro: PUC, Departamento de Engenharia Civil, 2006.

175 f. ; 30 cm

Dissertação (Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, Rio de Janeiro, 2006

Inclui bibliografia.

Engenharia Civil - Teses. 2. Argila Mole. 3. Compressibilidade 4. Adensamento I. de Campos, Tácio Mauro Pereira. II. Antunes, Franklin dos Santos. III. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. IV. Título

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Dedico esta dissertação: A meus pais, Tácio e Elza, pelo amor verdadeiro e incondicional.

Aos meus irmãos, Rodrigo, Ana Paula, Ana Luiza e Samuka, pelo eterno companheirismo.

E à Julia, por iluminar a minha vida todos os dias.

Tudo o que sou devo a vocês!!

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Agradecimentos

Ao meu pai e orientador, que me iniciou na geotecnia e a quem devo muito do

que sei, do que aprendi e do que sou hoje em dia, como profissional e ser

humano. Pai, obrigada por aceitar a árdua missão de me orientar nessa

jornada.

Ao professor Franklin Antunes, por quem tenho profundo carinho e admiração.

Obrigada pela orientação e por todos ensinamentos. Cada conversa é um novo

aprendizado.

Agradeço ao Leonardo Bello por realizar as amostragens do solo estudado, por

todo apoio e carinho durante o meu trabalho.

À Mônica, por praticamente me co-orientar junto ao prof. Franklin. Mais uma

vez, obrigada por toda a ajuda e por estar sempre disponível a me ajudar,

principalmente na reta final.

Aos profissionais do LGMA da PUC-Rio. Agradeço ao William pela paciência e

por toda ajuda e orientações nos ensaios de laboratório. Ao laboratorista Josué

pelo apoio e execução dos ensaios de caracterização. Ao laboratorista Amauri

por estar sempre disponível a ajudar e esclarecer dúvidas. E ao seu José, cujo

trabalho é essencial para o bom funcionamento do laboratório.

Ao Ronaldo do DCMM da PUC-Rio pela eficiência e disponibilidade na

realização dos ensaios de difração de Raio X.

Aos funcionários do Departamento de Engenharia Civil, Ana Roxo, Rita,

Lenilson, Cristiano e Fátima por me ajudarem sempre que foi necessário.

Agradeço ao colega Pedro Tha pelos inúmeros esclarecimentos sobre o

funcionamento do equipamento triaxial.

À prof. Denise, que considero como uma irmã. Muito obrigada pelo interesse e

por todo o incentivo.

Às grandes amigas que fiz para toda a vida durante o mestrado, Mônica, Lica,

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Taíse e Bernadete. Meninas, muito obrigado por todo o apoio, companheirismo

e pelos inúmeros momentos de descontração. Eles foram fundamentais para

que eu conseguisse chegar até aqui.

Agradeço também a outros colegas que tive o prazer de conviver durante o

mestrado e por quem tenho muito carinho: Vivi, Tânia, Luciana, Vinicius e Ygor.

Agradeço aos meus pais por todo o amor, carinho e dedicação. Obrigada por

estarem sempre ao meu lado me incentivando e me guiando. Com vocês a vida

fica bem mais fácil.

Aos meus irmãos e à Júlia, obrigada por todo o apoio incondicional e por

acreditarem em mim.

À minha avó Elza, que com certeza, aonde quer que esteja, sei que está muito

orgulhosa por mais essa etapa vencida na vida.

Agradeço ao Álvaro pelo amor e companheirismo. Obrigada pelo eterno apoio

e por sempre acreditar em mim e me incentivar.

Ao Sr. Milton e à D. Grace por todas as palavras de apoio e incentivo ao longo

deste trabalho.

Ao meu chefe, Marcelo, por compreender a dificuldade de estudar e trabalhar

ao mesmo tempo, me liberando uma vez por semana, desde Maio/06, quando

comecei a trabalhar.

Agradeço aos meus colegas de trabalho, principalmente a Luciana, Aloésio,

Juliane, Georgina, Flavinha, Ana Paula, Ana Cristina e Mansur pelo interesse,

incentivo e apoio nesses últimos meses de mestrado.

Ao CNPq pelo apoio financeiro

Ao projeto P&D Light/ANEEL que possibilitou a realização desse trabalho.

E finalmente a Deus, por me dar a força e a energia necessárias para cumprir mais

uma etapa na minha vida.

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Resumo Campos, Ana Carolina Souza Lima de; de Campos, Tácio Mauro Pereira; Antunes, Franklin dos Santos. Características de compressibilidade de uma argila mole da Zona Industrial de Santa Cruz, Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2006. 175p. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

Um amplo trabalho de pesquisa, envolvendo extensivas investigações de

campo e laboratório de um depósito de argila mole localizado na Zona Industrial

de Santa Cruz, Rio de Janeiro, RJ, vem sendo desenvolvido pela PUC-Rio desde

meados de 2005. Evidências de recalques em estruturas construídas nessa

região têm sido reportadas desde o final da década de 70. O presente trabalho

apresenta resultados de estudos de laboratório realizados visando à

caracterização do depósito argiloso e a determinação de seus parâmetros de

compressibilidade e adensamento. Para tanto, desenvolveu-se um programa

experimental compreendendo a caracterização físico-químico-mineralógica de

amostras do perfil e a execução de ensaios de adensamento edométrico e

triaxial hidrostático e anisotrópico. Os experimentos em células edométricas

envolveram ensaios convencionais, com medida de permeabilidade e com

determinação de compressão secundária. Aspectos de qualidade das amostras

ensaiadas são discutidos. Os resultados obtidos propiciaram uma estimativa do

K0 do material normalmente adensado, um entendimento do estágio de

adensamento hoje existente e uma estimativa preliminar de recalques que

podem ainda vir a ocorrer sob as presentes condições de carregamento.

Palavras-chave Argila mole, compressibilidade, adensamento

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Abstract Campos, Ana Carolina Souza Lima de; de Campos; Tácio Mauro Pereira (Advisor); Antunes, Franklin dos Santos (Advisor). Compressibility characteristics of a soft clay from the Santa Cruz Industrial Zone, Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2006. 175p. MSc. Dissertation – Department of Civil Engineering, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

A large research work comprising extensive field and laboratory

investigations on a soft clay deposit located in the Industrial Zone of Santa

Cruz, Rio de Janeiro, RJ, is being developed at PUC-Rio since 2005.

Occurrences of settlement of structures built in this region have been reported

since the end of the decade of 1970. This work presents results of laboratory

studies aiming at the characterization of the soft clay deposit and the

determination of compressibility and consolidation parameters of the clay. The

experimental program developed comprised physical-chemical-mineralogical

characterization of samples from the soil profile and the execution of oedometric

consolidation tests and hydrostatic and anisotropic triaxial tests. The

experiments in oedometric cells comprised conventional tests and tests with

measurement of permeability and determination of secondary compression.

Aspects of quality of the samples are highlighted. The obtained results

propitiated an estimation of the K0 of the normally consolidated material, an

understanding of the present stage of consolidation of the deposit and a

preliminary assessment of settlements that may still occur in the site under the

present loading conditions.

Keywords Soft clay, compressibility, consolidation

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Sumário

1 INTRODUÇÃO 20

2 CARACTERÍSTICAS DE DEPÓSITOS MOLES 23

2.1. Origem e Formação dos Depósitos Moles 23

2.2. Constituição Mineralógica 24

2.3. Efeitos do Amolgamento da Amostra 26

2.4. Argila Mole da Baixada Fluminense 30

3 APRESENTAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO E DO PROBLEMA 38

3.1. Área de Estudo 38

3.2. Apresentação do Problema 44

4 AMOSTRAGEM DO SOLO E EXTRUSÃO DA AMOSTRA NO LABORATÓRIO 52

4.1. Amostragem do solo 52

4.1.1. Amostragem na Camada de Aterro Compactado 53

4.1.2. Amostragem na Camada de Argila Mole 54

4.1.2.1. Equipamentos Utilizados 54

4.1.2.2. Procedimento de Amostragem 56

4.2. Extrusão de Amostras 58

5 ENSAIOS REALIZADOS E METODOLOGIAS EMPREGADAS 63

5.1. Ensaios de Caracterização 66

5.1.1. Caracterização Física 66

5.1.2. Caracterização Mineralógica 68

5.1.3. Caracterização Físico-Química 69

5.1.4. Determinação de Matéria Orgânica 69

5.2. Ensaios de Adensamento Edométrico 70

5.2.1. Ensaio de Adensamento Edométrico Convencional 73

5.2.2. Ensaio de Adensamento Edométrico com Medida de Creep 73

5.2.3. Ensaio de Adensamento Edométrico com Medida de Permeabilidade 73

5.3. Ensaios de Adensamento Hidrostático 76

5.3.1. Equipamento Utilizado 76

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5.3.2. Metodologia dos Ensaios 77

5.4. Ensaios de Adensamento Anisotrópico 79

5.4.1. Equipamento Utilizado 80

5.4.2. Metodologia dos Ensaios 83

6 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO 86

6.1. Caracterização Geotécnica 87

6.1.1. Índices Físicos 87

6.1.2. Análise Granulométrica 87

6.1.3. Limites de Atterberg 89

6.1.4. Classificação do Solo 90

6.2. Caracterização Mineralógica 92

6.3. Caracterização Química 95

6.3.1. pH em Água e em KCl 95

6.3.2. Análise Química Parcial 96

6.3.3. Condutividade Elétrica e Teor de Sais Solúveis 98

6.4. Determinação de Matéria Orgânica 99

7 COMPRESSIBILIDADE DO SOLO 102

7.1. Ensaios de Adensamento Edométrico 102

7.2. Ensaios de Adensamento Hidrostático 111

7.3. Ensaios de Adensamento Anisotrópico 115

7.4. Discussão e Comparação de Resultados 121

7.4.1. Efeitos de Amostragem 121

7.4.2. Características de Adensamento e Permeabilidade 124

7.4.3. Características de Compressibilidade 125

7.4.4. Estimativas de Recalque 126

8 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 129

8.1. Conclusões 129

8.2. Sugestões Para Trabalhos Futuros 131

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 132

APÊNDICE I DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DOS ENSAIOS DE

ADENSAMENTO ANISOTRÓPICO 137

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ANEXO I RESULTADOS INDIVIDUAIS DA CARACTERIZAÇÃO 139

ANEXO II DIFRATOGRAMAS DE RAIO X 150

ANEXO III RESULTADOS INDIVIDUAIS DOS ENSAIOS DE ADENSAMENTO

EDOMÉTRICOS 155

ANEXO IV RESULTADOS INDIVIDUAIS DOS ENSAIOS DE ADENSAMENTO

HIDROSTÁTICO 169

ANEXO V RESULTADOS INDIVIDUAIS DOS ENSAIOS DE ADENSAMENTO

ANISOTRÓPICO 172

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Lista de figuras

Figura 2.1 – a) Unidade e folha tetraédrica. b) Visão espacial da lâmina

tetraédrica. c) Representação da unidade tetraédrica (Mitchell, 1976). 25

Figura 2.2 – a) Unidade e folha octaédrica. b) Visão espacial da lâmina

octaédrica. c) Representação da unidade octaédrica (Alshawabkeh, 2001) 25

Figura 2.3 – Efeito do amolgamento durante a amostragem na compressão

unidimensional da argila de Sarapuí (Coutinho,1976) 28

Figura 2.4 – Efeito do amolgamento na curva mv vs σ’v (Correia & Lacerda, 1982) 29

Figura 2.5 - Perfis Geotécnicos das Argilas do Rio de Janeiro (Futai et al., 2001) 32

Figura 3.1 – Localização da área de estudo (fonte: Google Earth) 38

Figura 3.2 – Planta de locação dos pontos de sondagem realizada na década

de 70. 39

Figura 3.3 – Representação gráfica dos laudos de sondagem tipo SPT 40

Figura 3.4 – Representação espacial do perfil local (De Campos et al., 2004). 41

Figura 3.5 – Localização das áreas experimentais. 42

Figura 3.6 – Resultados do ensaio CPTU-1 na área AE-1 43

Figura 3.7 - Geradores mostrando tendências a tombamento, com trincas

horizontais na base dos coroamentos das fundações 44

Figura 3.8 - Trinca vertical na base dos geradores 45

Figura 3.9 - Trinca horizontal na base de edifícios 45

Figura 3.10 - Trincas na laje do calçamento 46

Figura 3.11 - Poste desalinhado e fundações com trincamento. 46

Figura 3.12 - Postes mostrando distorção. 47

Figura 3.13 - Poste com distorção para o lado menos pesado. 47

Figura 3.14 - Distorções de pórticos. 48

Figura 3.15 - Canaleta de drenagem superficial deformada tanto vertical quanto

horizontalmente. 48

Figura 3.16 - Placas de concreto com fissuras e deslocamentos diferenciais. 49

Figura 3.17 - Recalques diferenciais do aterro. 49

Figura 3.18 - Aparente perda de material junto à base de um conjunto de

pórticos. 50

Figura 3.19 - Aterro com recalques diferenciais. 50

Figura 3.20 - Passarela com distorções. 51

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Figura 4.1 – Locação dos pontos de amostragem na área AE-1. 52

Figura 4.2 – Fotos ilustrativas da retirada do bloco BL-1 53

Figura 4.3 - Fotos da máquina perfuratriz de trado oco 54

Figura 4.4 – Segmentos de trados ocos da perfuratriz e ponteira com abertura. 55

Figura 4.5 – Amostradores tipo Shelby 55

Figura 4.6 - Detalhes da perfuração e da inserção do amostrador para a retirada

de amostras indeformadas. 57

Figura 4.7 – Metodologia empregada na amostragem com tubos shebies. 57

Figura 4.8 – Procedimentos seguidos após a retirada da amostra com tubo

shelby 58

Figura 4.9 – Procedimento para extração do solo do tubo de amostragem

(modificado de Ladd & DeGroot, 2004) 59

Figura 4.10 – Shelby marcado indicando o local do corte 60

Figura 4.11 – Shelby apoiado no torno mecânico 60

Figura 4.12 – Shelby sendo serrado 60

Figura 4.13 – Indicação da parte do shelby,onde a parede não foi serrada 61

Figura 4.14 – Separação da sub-amostra do shelby 61

Figura 4.15 – Corda de violão sendo inserida no shelby 62

Figura 4.16 – Molde que ajuda a empurrar a amostra para fora do shelby 62

Figura 4.17 – Amostra de solo extrudida do shelby 62

Figura 5.1 - Prensa de adensamento tipo Bishop do LGMA da PUC-Rio. 71

Figura 5.2 – Prensa de adensamento tipo Bishop do LGMA da PUC-Rio. 71

Figura 5.3 – Adaptação realizada na prensa de adensamento para a realização

dos ensaios de permeabilidade. 74

Figura 5.4 – Detalhe da vedação utilizada para impedir a evaporação da água

durante os ensaios de permeabilidade. 75

Figura 5.5 – Equipamento triaxial utilizado nos ensaios de adensamento

hidrostático 77

Figura 5.6 – Molde para cortar o dreno lateral (Bishop & Henkel, 1962) 78

Figura 5.7 - Montagem do corpo de prova na prensa triaxial 79

Figura 5.8 – Equipamento triaxial utilizado nos ensaios de adensamento

anisotrópico 81

Figura 5.9 – Monitoramento dos ensaios por meio de gráficos 81

Figura 5.10 – Motores de passo do equipamento triaxial 82

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Figura 5.11 – Tabela controle dos ensaios 84

Figura 6.1 – Curvas Granulométricas 88

Figura 6.2 – Carta de Plasticidade 91

Figura 6.3 – Difratograma de Raio X da fração fina (passante na #40) do solo na

profundidade de 5,25 a 5,75m (Ct-caulinita, I-Ilita, Em-Esmectita, Q-Quartzo). 93

Figura 6.4 - Difratogramas das lâminas do solo (material passante na #400) na

profundidade de 3,50 a 4,00 metros 94

Figura 6.5 – Comparação dos difratogramas das lâminas sem tratamento e

glicolada (Ct-caulinita, I-Ilita, Em-Esmectita, Q-Quartzo) 95

Figura 6.6 – Curva Temperatura x Perda de Massa 101

Figura 7.1 – Comparação curvas logσ’ x e/e0 para os ensaio edométricos 103

Figura 7.2 - Curva logσ’ x e/e0 dos ensaios de adensamento AEI-1, AEA-1 e AEA-2 104

Figura 7.3 - Curva logσ’ x log (1+e) do ensaio de adensamento AEA-1 105

Figura 7.4 - Curvas logσ’ x mv dos ensaios de adensamento edométrico 107

Figura 7.5 – Curvas logσ’ x cv dos ensaios de adensamento edométrico. 108

Figura 7.6 –Curva logσ’ x cα do ensaio de adensamento AEI-2 109

Figura 7.7 – Gráfico σ’ x k dos ensaios de adensamento AEI-3 e AEI-4 110

Figura 7.8 - Gráfico k x e dos ensaios de adensamento AEI-3 e AEI-4 111

Figura 7.9 – Curvas logσ’ x e dos ensaios de adensamento hidrostático 112

Figura 7.10 - Curvas logσ’ x mv dos ensaios de adensamento hidrostático 114

Figura 7.11 – Corpo de prova durante o ensaio de adensamento hidrostático 115

Figura 7.12 – Curvas tensão-deformação dos ensaios de adensamento

anisotrópicos 117

Figura 7.13 – Caminhos de tensões efetivas dos ensaios anisotrópicos 118

Figura 7.14 – Curva deformação axial x deformação radial dos ensaios

anisotrópicos 119

Figura 7.15 – Envoltória de resistência dos ensaios CIU 120

Figura 7.16 – Caminhos de tensão efetiva incluindo as estimativas de K0 121

Figura 7.17 – Comparação das curvas logσ’ x e e logσ’ x mv 123

Figura 7.18 - Condições do depósito argiloso antes e após a implantação da

camada de aterro 126

Figura A.1 – Curvas tensão-deformação 138

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Figura A.I.1 – Curva granulométrica do aterro 141

Figura A.I.2 – Curva granulométrica da amostra AM-01 (prof. 2,50 a 3,00 metros) 141

Figura A.I.3 - Curva granulométrica da amostra AM-01 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 142
















Figura A.II.1 – Difratograma de Raio X da profundidade de 2,50 a 3,00 metros

Método do pó no material passante na #40). 150

Figura A.II.2 - Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros

Método do pó no material passante na #40). 151


(Método do pó no material passante na #40). 151


(Método do pó no material passante na #200) 152


(Método do pó no material passante na #400) 152

Figura A.II.6 – Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros

(Lâmina sem tratamento do material passante na #400) 153


(Lâmina aquecida do material passante na #400) 153


(Lâmina glicolada do material passante na #400) 154

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Figura A.III.1 – Curva σ’ x e do ensaio AEI-1 155

Figura A.III.2 – Curva σ’ x cv do ensaio AEI-1 156

Figura A.III.3 – Curva σ’ x mv do ensaio AEI-1 156

Figura A.III.4 - Curva σ’ x k do ensaio AEI-1 157

Figura A.III.5 – Curvas raiz tempo x altura do c.p. do ensaio AEI-1 158

Figura A.III.6 - Curva σ’ x e do ensaio AEA-1 159


Figura A.III.9 - Curva σ’ x e do ensaio AEI-2 160



Figura A.III.12 – Curva σ’ x k do ensaio AEI-2 161


Figura A.III.14 - Curva σ’ x e do ensaio AEI-3 163









Figura A.III.23 - Curvas raiz tempo x altura do c.p. do ensaio AEI-4 168

Figura A.IV.1 - Curva σ’ x e do ensaio AI-1 169

Figura A.IV.2 - Curva σ’ x mv do ensaio AI-1 170

Figura A.IV.3 - Curva σ’ x e do ensaio AI-2 170

Figura A.IV.4 - Curva σ’ x mv do ensaio AI-2 171

Figura A.V.1 – Curva s’ x υ para o ensaio K=1,0 sem dreno lateral 172

Figura A.V.2 - Curva s’ x υ para o ensaio K=1,0 com dreno lateral 172

Figura A.V.3 - Curva s’ x υ para o ensaio K=0,9 173

Figura A.V.4 – Curva s’ x υ para o ensaio K=0,8 173

Figura A.V.5 – Curva s’ x υ para o ensaio K=0,8 repetido 173



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Figura A.V.8 – Curva s’ x υ para o ensaio K=0,6 repetido 174


Figura A.V.10 - Curva s’ x υ para o ensaio K=0,5 repetido 175

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Lista de tabelas

Tabela 2.1 - Critério de avaliação de qualidade de amostras (Lunne et al., 1997) 30

Tabela 2.2 – Critério de avaliação de qualidade de amostras (Oliveira, 2002) 30

Tabela 2.3 - Propriedades Geotécnicas de Alguns Solos Moles do Rio de

Janeiro 33

Tabela 2.4 – Correlações estatísticas para o depósito mole de Santa Cruz

(Aragão, 1975) 34

Tabela 2.5 – Análises químicas no solo de Santa Cruz (Aragão, 1975) 35

Tabela 2.6 - Análises químicas no solo de Santa Cruz (Aragão, 1975) 35

Tabela 2.7 – Caracterização do solo de Santa Cruz (Santos, 2004) 36

Tabela 2.8 - Análises químicas no solo de Santa Cruz (Santos, 2004) 37

Tabela 2.9 – Resultados dos ensaios de adensamento no solo de Santa Cruz

(Santos, 2004) 37

Tabela 5.1 – Programa experimental dos ensaios de caracterização. 64

Tabela 5.2 – Programa experimental dos ensaios de adensamento. 65

Tabela 5.3 – Classificação da atividade de solos segundo Skempton 67

Tabela 5.4 –Análises realizadas para a determinação do teor de matéria

orgânica. 70

Tabela 5.5 – Programa Experimental dos ensaios de Adensamento

Anisotrópico 80

Tabela 5.6 – Identificação dos motores de passo 83

Tabela 6.1 –Índices físicos da camada de aterro e do depósito mole. 87

Tabela 6.2 – Tabela resumo da análise granulométrica 88

Tabela 6.3 – Tabela resumo dos limites de Atterberg e da atividade do solo 89

Tabela 6.4 –Classificação SUCS do solo 91

Tabela 6.5 – Distâncias interplanares basais típicas para argilominerais

(Santos, 1975) 92

Tabela 6.6 –Resultados da análise de pH em água e em KCl 96

Tabela 6.7 – Resultados das análises químicas por complexo sortivo 97

Tabela 6.8 – Resultados das análises químicas por ataque sulfúrico 97

Tabela 6.9 – Faixa de valores de CTC associadas ao argilomineral (Santos, 1975) 98

Tabela 6.10 – Análises de condutividade elétrica e teor de sais no depósito mole. 99

Tabela 6.11 – Determinação do teor de matéria orgânica pelo carbono

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orgânico 99

Tabela 6.12 –Determinação do teor de matéria orgânica pelo método da

P.P.A. 100

Tabela 6.13 – Perda de massa do solo para diferentes temperaturas 100

Tabela 7.1 – Identificação dos ensaios de adensamento edométrico 102

Tabela 7.2 – Características dos corpos de prova dos ensaios de

adensamento edométricos 102

Tabela 7.3 – Parâmetros de compressibilidade dos ensaios de adensamento

edométrico 106

Tabela 7.4 - Características dos corpos de prova dos ensaios de adensamento

hidrostático 112

Tabela 7.5 – Parâmetros de compressibilidade dos ensaios de adensamento

hidrostático 113

Tabela 7.6 - Características dos corpos de prova dos ensaios de

adensamento anisotrópicos 116

Tabela 7.7 – Parâmetros de compressibilidade dos ensaios anisotrópicos 117

Tabela 7.8 - Critério de avaliação de qualidade de amostras (Oliveira, 2002) 122

Tabela 7.9 – Classificação da qualidade das amostras 122

Tabela 7.10 – Comparação dos parâmetros de compressibilidade com dados

da literatura 125

Tabela A.1 – Características iniciais dos corpos de prova dos ensaios de

adensamento anisotrópico para diferentes velocidades 137

Tabela A.I.1 – Tabela resumo dos ensaios de caracterização 140

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1 INTRODUÇÃO

O comportamento de solos moles tem sido motivo de inúmeros estudos executados

tanto no Brasil quanto no exterior (e.g. Costa Filho et al., 1985; Burland, 1990;

Martins & Lacerda, 1994; Almeida & Marques, 2002; Ladd & DeGroot, 2004). A

complexidade de problemas associados a este tipo de terreno, seja do ponto de

vista de recalques ou de resistência, torna, entretanto, necessário um contínuo

desenvolvimento de estudos e pesquisas que propiciem um entendimento

adequado do comportamento de engenharia desses materiais, incluindo as técnicas

utilizadas para a determinação de suas propriedades mecânicas e hidráulicas.

Dentro deste contexto e, também, visando a solução de um problema prático, um

amplo trabalho de pesquisa envolvendo o estudo da evolução de movimentos de

estruturas assentes sobre uma camada argilosa espessa vem sendo desenvolvido na

PUC-Rio. Tais pesquisas compreendem, além do monitoramento das estruturas, a

execução de diferentes tipos de ensaios de campo (e.g. Bello et al., 2006) e

laboratório.

A área em estudo localiza-se na Zona Industrial de Santa Cruz, Rio de Janeiro, RJ

e evidências de recalques em construções estabelecidas nessa região têm sido

reportadas desde o final da década de 70 sendo, entretanto, escassas as

informações existentes na literatura sobre propriedades mecânicas e hidráulicas

do solo local.

O presente trabalho tem o propósito de contribuir neste sentido, apresentando

dados de caracterização do material e apresentando e discutindo parâmetros de

compressibilidade e de adensamento do depósito mole. Para tanto, desenvolveu-

se um programa experimental compreendendo a caracterização físico-químico-

mineralógica de amostras do perfil e a execução de ensaios de adensamento

edométrico e triaxial hidrostático e anisotrópico. Os experimentos em células

edométricas envolveram ensaios convencionais, com medida de permeabilidade e

com determinação de compressão secundária.

DBD

PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA

21

Com os resultados dos ensaios de adensamento obteve-se uma estimativa do K0

do material normalmente adensado e se discutiu aspectos de qualidade das

amostras ensaiadas.

Procurou-se ter um entendimento do estágio de adensamento existente hoje na

área estudada e fornecer uma estimativa preliminar de recalques que podem

ainda vir a ocorrer sob as presentes condições de carregamento.

Dentro desse projeto de pesquisa e visando a elaboração de um modelo de

comportamento do solo estudado, também foram realizados no laboratório da

PUC-Rio ensaios de adensamento CRS e radial, além de ensaios triaxiais

drenados e não drenados. Entretanto, por fugirem do escopo do presente

trabalho, esses dados não serão aqui apresentados.

Esta dissertação, além do capítulo atual, apresenta-se dividida em mais 7

capítulos.

O segundo capítulo aborda de forma sucinta algumas características de

depósitos moles, assim como apresenta estudos realizados em solos

semelhantes ao do presente trabalho.

O capítulo 3 apresenta a área investigada e algumas características da mesma,

explicitando o problema de recalque existente no local, enfatizando a relevância

desse projeto de pesquisa.

O capítulo 4 descreve as metodologias de amostragem e de extrusão de

amostras no laboratório adotadas nessa pesquisa, que serão analisadas

baseadas em uma proposta de avaliação da qualidade de amostras.

No capitulo 5 estão apresentados o programa experimental, as metodologias

adotadas e os equipamentos utilizados na realização dos ensaios de laboratório,

incluindo as caracterizações físico-químico-mineralógicas, assim como, os

ensaios de adensamento edométrico convencional e especiais, adensamento

hidrostático e adensamento anisotrópico.

DBD


22

A apresentação e discussão dos resultados serão abordadas nos capítulos 6 e 7,

sendo que o primeiro deles está relacionado às caracterizações físico-químico-

mineralógicas e o segundo trata da compressibilidade do solo.

Finalmente, as conclusões e sugestões para trabalhos futuros se encontram no

capítulo 8.

Ainda neste trabalho são apresentado o Apêndice A e os Anexos I a V. O

Apêndice A descreve a metodologia empregada para a definição da velocidade

do ensaio de adensamento anisotrópico.

Nos Anexos I e II encontram-se, respectivamente, os resultados da

caracterização física e mineralógica do perfil. Já os Anexos III a V apresentam os

gráficos individuais dos ensaios de adensamento.

DBD


2 CARACTERÍSTICAS DE DEPÓSITOS MOLES

Neste capítulo serão apresentados aspectos a respeito da formação dos

depósitos moles, a sua constituição mineralógica, e alguns efeitos e influencias

que o processo de amostragem pode causar nos resultados dos ensaios de

laboratório em amostras indeformadas desse tipo de solo. Também serão

apresentadas características e parâmetros de compressibilidade de outros

estudos realizados em solos moles da Baixada Fluminense, Rio de Janeiro.

Não cabe, no escopo do presente trabalho, apresentar aspectos teóricos da

teoria do adensamento, pois esse assunto é clássico na Mecânica dos Solos.

2.1. Origem e Formação dos Depósitos Moles

O conhecimento prévio da origem e formação de um solo é importante para uma

melhor compreensão de algumas de suas propriedades, como por exemplo, o

seu sobreadensamento.

Os depósitos moles encontrados no litoral brasileiro são constituídos por solos

de granulometria fina que se depositaram em ambientes marinhos. Do ponto de

vista geológico, esses depósitos são bastante recentes, formados no Período

Quaternário quando, segundo Massad (1988), ocorreram pelo menos dois ciclos

de sedimentação, um no Pleistoceno e outro no Holoceno.

Estes ciclos estão diretamente relacionados com as variações do nível do mar. Há

cerca de 120 mil anos (Pleistoceno) o nível marinho elevou-se em

aproximadamente 8 metros, originando os sedimentos denominados de Formação

Cananéia. Posteriormente, há cerca de 15 mil anos, o nível do mar abaixou em 130

metros durante o período de glaciação, onde grande parte da água do mar foi

desviada para os pólos e para as regiões setentrionais da terra para a formação das

geleiras e das calotas de gelo. Como conseqüência, houve um intenso processo de

erosão que removeu parte dos sedimentos já depositados. Com o término da

DBD


24

glaciação, iniciou-se outro processo de transgressão marinha, há aproximadamente

6 mil anos (Holoceno), resultando em uma elevação do nível de água de 4 metros e

na formação dos depósitos atuais.

De acordo com Massad (1988), após o Holoceno, o mar entrou em um processo

contínuo e lento de regressão, interrompido por “rápidas” oscilações negativas

de seu nível. O conhecimento dessas oscilações negativas é importante sob o

ponto de vista geotécnico, pois pode justificar o leve pré-adensamento

observado em algumas camadas superficiais desse tipo de solo.

2.2. Constituição Mineralógica

Conforme é de conhecimento geral (e.g., Santos, 1975), os solos argilosos são

constituídos essencialmente por argilominerais, podendo conter também matéria

orgânica, outros minerais não considerados argilominerais, como por exemplo, o

quartzo e a alumina, e outras impurezas.

Os argilominerais são constituídos por duas unidades básicas, que se associam

formando folhas e se agrupam em camadas. A distância perpendicular entre

essas camadas é definida como distância interplanar ou espaçamento basal. Os

diversos tipos de argilominerais existentes são resultado das diferentes ligações

entre essas camadas e da substituição de íons de alumina ou sílica.

As unidades básicas são:

i) Unidade tetraédrica, que normalmente é constituída por um átomo de

silício (SiO4) no centro e quatro de oxigênio igualmente distanciados do

primeiro. A Figura 2.1 ilustra essa unidade e suas ligações formando

folhas.

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25

a)

b)

c)

Figura 2.1 – a) Unidade e folha tetraédrica. b) Visão espacial da lâmina tetraédrica. c) Representação da unidade tetraédrica (Mitchell, 1976).

ii) Unidade octaédrica, que geralmente é constituída por um átomo de

alumina (Al-3) eqüidistante de seis de oxigênio ou hidroxilas, formando a

configuração octaédrica ilustrada na Figura 2.2.

a)

b)

c)

Figura 2.2 – a) Unidade e folha octaédrica. b) Visão espacial da lâmina octaédrica. c) Representação da unidade octaédrica (Alshawabkeh, 2001)

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26

Existem três grupos de argilominerais de interesse na prática da engenharia: o

da caulinita, da esmectita e da ilita. A caulinita é formada pelo empilhamento de

uma folha tetraédrica com uma folha octaédrica, originando estruturas de

camada 1:1. É considerada uma estrutura estável, sem moléculas de água entre

as camadas, tendo como propriedades baixos valores tanto de expansão como

de retração.

A esmectita, argilomineral do tipo 2:1, é constituída por uma folha octaédrica

entre folhas de silicato tetraédricas, unidas entre si por oxigênios comuns às

folhas. Essas camadas sucessivas estão fracamente ligadas entre si e moléculas

de água ou polares, de espessuras variáveis, podem entrar entre elas, chegando

a separá-las totalmente. Este argilomineral quando em contato com água ou

ambiente úmido pode ter o seu espaçamento basal aumentado, fazendo com

que os cátions interplanares fiquem susceptíveis de serem trocados por outros

cátions, formando, desse modo, novos argilominerais. Conseqüentemente, as

argilas constituídas por esmectitas geralmente possuem, em elevado grau,

propriedades plásticas e coloidais, e apresentam grandes variações em suas

propriedades físicas (Santos, 1975).

A ilita também é um argilomineral do tipo 2:1, e possuí uma estrutura cristalina

semelhante à da esmectita, porém, o alumínio é substituído pelo silício e o cátion

neutralizante é o potássio. Como conseqüências dessas diferenças, as camadas

estruturais são rigidamente ligadas e não expandem (Santos, 1975).

2.3. Efeitos do Amolgamento da Amostra

A qualidade dos processos de amostragem tem sido motivo de muita

preocupação no meio geotécnico. A influência da qualidade de amostras em

ensaios de adensamento é observada desde a década de 30 por Casagrande

(1936), entretanto ainda vêem-se resultados de ensaios com indícios de má

qualidade das amostras.

Rutledge (1944) sugere que os efeitos do amolgamento em amostras de ensaios

de adensamento são:

i) Diminuição do índice de vazios para qualquer nível de tensão efetiva. O

processo de amolgamento ocorre de maneira praticamente não drenada,

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27

e no caso das argilas moles do litoral brasileiro, que se encontram

saturadas, esse processo ocorre com índice de vazios constante. Desse

modo, não há deformação volumétrica no solo, mas sim distorções que

destroem parcialmente ou totalmente a sua estrutura, fazendo com que

se modifique, por exemplo, a relação e vs σ’v no ensaio edométrico.

ii) A história de tensões do solo (e conseqüentemente a tensão de pré-

adensamento) torna-se mascarada ou indefinida;

iii) Redução do valor estimado da tensão de pré-adensamento;

iv) A compressibilidade é majorada na região de recompressão e reduzida

na região de compressão virgem.

Martins & Lacerda (1994) acrescentaram a esta lista a influência do

amolgamento na forma geométrica do trecho de compressão virgem da curva ,vvse σ , ressaltando que ensaios realizados em amostras de boa qualidade

apresentam esse trecho curvilíneo, enquanto que em ensaios realizados em

amostras de má qualidade esse trecho apresenta-se retilíneo. Diferenças de

comportamento de curvas apresentadas para amostras de boa e má qualidade já

haviam sido observadas por Ferreira & Coutinho (1988). A Figura 2.3 ilustra bem

tanto os diferentes comportamentos para as amostras de boa e de má qualidade,

como as observações de Martins & Lacerda (1994) a respeito do trecho de

compressão virgem.

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28

Figura 2.3 – Efeito do amolgamento durante a amostragem na compressão

unidimensional da argila de Sarapuí (Coutinho,1976)

Martins & Lacerda (1994) também realizaram um estudo visando avaliar o efeito

da qualidade da amostra sobre o cálculo de recalques, e constataram que o

amolgamento pode conduzir a erros da ordem de 100%. Estes erros podem ser

maiores ou menores dependendo do domínio de tensões em que se esteja

trabalhando.

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29

Correia & Lacerda (1982) apresentaram a influência do amolgamento na curva ,vv logvsm σ . Esta curva, como pode ser observado na Figura 2.4, apresenta um

pico na região na tensão de pré-adensamento, e quanto menor a perturbação da

amostra, mais pronunciado é o máximo desta curva. Os autores também

sugerem que, em amostras de boa qualidade, uma estimativa da tensão de pré-

adensamento seria utilizar a pressão correspondente ao ponto médio entre o

ponto de inflexão e o ponto máximo da curva ,vv logvsm σ .

Figura 2.4 – Efeito do amolgamento na curva mv vs σ’v (Correia & Lacerda, 1982)

Lunne et al. (1997) propuseram uma avaliação da qualidade de amostras

utilizadas em ensaios de adensamento. Esta avaliação é baseada na relação

o

ovo

eee −

, onde evo é o índice de vazios corresponde à tensão efetiva de campo e

eo é o índice de vazios inicial do corpo de prova. A Tabela 2.2 mostra os critérios

de avaliação sugeridos por Lunne et al. (1997) para as argilas da Noruega.

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30

Tabela 2.1 - Critério de avaliação de qualidade de amostras (Lunne et al., 1997)

0ee∆

OCR 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

No Brasil, Coutinho et al. (1998) adaptaram o critério de Lunne et al. (1997) para

as argilas de Recife, e posteriormente, Oliveira (2002) sugeriu que um novo

critério de classificação, adaptado para a estrutura plástica das argilas

brasileiras, fosse adotado. Este se encontra na Tabela 2.3 abaixo.

Tabela 2.2 – Critério de avaliação de qualidade de amostras (Oliveira, 2002)

Muito Boa a

Excelente

Boa a

Regular Pobre Muito Pobre

0ee∆ < 0,05 0,05 – 0,08 0,08 – 0,14 >0,14

2.4. Argila Mole da Baixada Fluminense

De acordo com Antunes (1978) os depósitos moles da Baixada Fluminense são

constituídos por sedimentos flúvio-marinhos, que se depositaram há cerca de

6000 anos atrás, durante o período Quaternário, nas terras baixas em torno da

Baía de Guanabara. A formação desses depósitos se deu pelo carreamento de

sedimentos erodidos das montanhas adjacentes transportados por rios que

desembocam nas Baías de Guanabara e de Sepetiba, e por sedimentos

marinhos depositados durante os períodos de transgressão e regressão

marinha.

Alguns desses depósitos já foram amplamente estudados por diversos

profissionais da área de geotecnia, principalmente em meados dos anos 70 até o

início dos anos 90, quando a PUC-Rio e a COPPE/UFRJ, em cooperação com o

IPT-DNER executaram um amplo programa experimental na região de Sarapuí

envolvendo ensaios de campo e laboratório, além da construção e

monitoramento de dois aterros experimentais e a execução de uma escavação

instrumentada.

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31

Existem estudos também para outras regiões de solo mole da cidade do Rio de

Janeiro, tais como: Santa Cruz (Aragão, 1975; Santos, 2004), região da Rua

Uruguaiana - próximo ao metrô (Vilela, 1976), Botafogo (Lins & Lacerda, 1980),

Itaipu (Carvalho, 1980; Pinheiro,1980), Juturnaiba (Coutinho, 1986), Caju

(Cunha, 1988), Baixada de Jacarepaguá (Garcés, 1995) e Barra da Tijuca

(Almeida, 1996) dentre outras.

Muitos desses estudos indicaram que a composição mineralógica predominante

na fração argila é a caulinita, com indícios de ilita e esmectita, ocorrendo

também alguns minerais primários como o quartzo, a mica e o feldspato. De

acordo com Antunes (1978), a coloração cinza escura desses depósitos se deve

ao ambiente redutor. Apesar de serem descritas como argilas orgânicas, estes

solos apresentam muitas vezes baixos teores de matéria orgânica (4 a 6,5%).

Segundo Antunes (1978), o depósito mole de Sarapuí apresenta um teor de sais

solúveis variando de 4,7 g/L a 8,5 g/L, um Ki (relação sílica/alumina) de 2,7 e

valores médios de SiO2 e Al2O3 de 28% e 18,6% respectivamente. Em

Juturnaiba (Coutinho & Lacerda, 1994), as análises químicas apresentaram um

Ki de 2,2 indicando a presença de caulinita,e para as profundidades de 0,5 a 1,5

e 2,0 a 2,5 o Ki variou de 3 a 3,5 indicando a presença de argilominerais do tipo

2:1. Os cátions adsorvidos são predominantemente o Ca++, Mg++ e H+, e a

presença de matéria orgânica induz a uma elevada capacidade de troca

catiônica e a um baixo valor de pH, que variou de 3,1 a 5,9.

A Figura 2.5 apresenta perfis esquemáticos de alguns depósitos argilosos do Rio

de Janeiro. De acordo com Futai et al. (2001), algumas considerações, tais como

a limitação dos tipos de materiais e desconsideração da cota do terreno, foram

feitas para facilitar a comparação. Nesses casos a camada mole geralmente

encontra-se sobrejacente a areias e argilas arenosas e possuí uma espessura

variável de 5 a 15m.

Costa Filho et al. (1984) observaram que para as argilas das regiões das

baixadas da Baía de Guanabara e da Baía de Sepetiba o nível d’água

praticamente coincide com o nível do terreno na maioria dos perfis, com alguma

variação durante o ano.

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32

Figura 2.5 - Perfis Geotécnicos das Argilas do Rio de Janeiro (Futai et al., 2001)

A Tabela 2.3 resume os principais parâmetros geotécnicos dos solos citados

acima.

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Tabela 2.3 - Propriedades Geotécnicas de Alguns Solos Moles do Rio de Janeiro

Santa Cruz (Z. Litorânea)

Rua Uruguaiana Botafogo Itaipu Juturnaiba Caju Baixada de

Jacarepaguá Barra da

Tijuca Sarapuí Santa Cruz

Referências Aragão (1975)

Vilela (1876)

Lins & Lacerda (1980)

Carvalho (1980); Pinheiro (1980)

Coutinho (1986)

Cunha (1988)

Garcés (1995)

Almeida (1996)

Almeida & Marques (2002)

Santos (2004)

Espessura (m) 15 9 6 10 7 12 12 12 5 - 15

wnat (%) 112 54,8 ±1 9,5 35 240 ± 110 154±95,6 88 35,8 – 84,4 100 -500 143±21,7 31 – 161,4

LL (%) 60 71 ± 30 38 175 ± 83 132 ± 44 107 39 – 87 70 - 450 120 ± 18 18 – 159

IP (%) 32 40 ± 22 11 74 ± 30 64 ± 22 67 12 – 49 120 – 250 73 ± 16 2,6 – 118

% argila 39,4±10,11 28 60,7±12,74 25 - 55 28 – 80 70 52 – 62

γ (kN/m³) 13,24 16,1±1,39 17,04 12 ±1,85 12,5±1,87 14,81 12,5 13,1±0 49

Sensitividade 3,39 3 4 – 6 5 – 10 3 5 2,59±0,69

% Mat. Org. 2,56±1,04 32,63 ± 20,46 19±10,63 5 – 13,9 0,41 – 10,4

e0 3,09 1,42±0,36 1,10 6,72±3,1 3,74±1,98 2,38 3,71±0,57 1,94 – 2,64

)e1(cCR

o

c

+= 0,32 0,31±0,15 0,16 0,41 ± 0,12 0,31±0,12 0,267 0,52 0,41±0,07 0,23 – 0,26

cr c/c 0,10 0,19 0,07±0,06 0,21 0,10 0,15±0,02 cv (cm²/seg)

x 10-4 0,2 – 18,2 30 5 1 – 10 1 2 – 80 9 62,5 – 80,3

33

DBD


34

A região de Santa Cruz, região estudada no presente trabalho, foi pesquisada

por Aragão em 1975. A área analisada situa-se na Baía de Sepetiba, próximo ao

Canal de São Francisco, e o seu perfil é constituído por uma camada de argila

mole, orgânica, de espessura pouco variável, da ordem de 15 metros, seguida

por uma série de camadas de areias siltosas até a profundidade de 31 metros,

onde se inicia o solo residual caracterizado por um silte arenoso.

Costa Filho et al. (1984) também estudaram essa mesma região de Santa Cruz e

observaram pelas analises dos ensaios de adensamento edométricos a

existência de uma camada ressecada de aproximadamente 7 metros, que

apresenta características de um solo pré-adensado. Abaixo dessa camada

ressecada, as pressões de sobreadensamento se aproximam das pressões

efetivas no local. Segundo os autores, essas observações são consistentes com

as variações de umidade natural ao longo do perfil do terreno.

Aragão (1975) e Costa Filho et al. (1984) apresentaram diversas correlações

estatísticas, relacionando os índices físicos com a profundidade e parâmetros de

compressibilidade também com a profundidade. A Tabela 2.4 apresenta as

correlações propostas, assim como os seus coeficientes de correlação. Os

coeficientes de correlação abaixo de 0,4 foram julgados de validade estatística

discutível, entretanto os autores consideram que devido ao grande número de

determinações, as expressões médias indicadas na Tabela 2.4 são

razoavelmente representativas das propriedades do depósito mole estudado.

Tabela 2.4 – Correlações estatísticas para o depósito mole de Santa Cruz (Aragão, 1975)

Relação Expressão Número

de pontos

Valor médio

Coef. correlação

γt x Prof (m) 08,032.1H.009,0t ±+=γ 504 0,36

wi x Prof (m) 196,119H.21,2H.35,0w 2i ±++= 472 112 -

LL x Prof (m) 92,54H.02,2H.14,0LL 2 ±++= 305 60 0,19 LP x Prof (m) 77,29H.43,0H.16,0LP 2 ±+−= 305 28 - IP x Prof (m) 96,24H.55,2H.614,0IP 2 ±++= 305 32 - σ’vm (t/m²) x

Prof (m) 56,198,4H.44,0H.0372,0 2,VM ±+−=σ 76 0,36

cc x Prof (m) 45,080,0H.22,0H.0167,0c 2c ±++= 76 1,30 0,4

Foi realizada também uma caracterização química no perfil desse solo, que se

encontra resumida nas Tabelas 2.5 e 2.6 abaixo.

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35

Tabela 2.5 – Análises químicas no solo de Santa Cruz (Aragão, 1975)

Cátions trocáveis (meq/100g) Prof. (m) Ca2+ Mg2+ K+ Na+ H+ Al3+ pH % mat.

orgânica 5,3 27,0 21,0 2,02 6,85 1,7 0 6,7 2,27 9,3 11,5 29,5 2,80 11,25 6,3 0,1 5,4 2,46

12,3 10,5 16,5 2,26 7,70 2,6 0 6,4 2,89

Tabela 2.6 - Análises químicas no solo de Santa Cruz (Aragão, 1975)

Sais soluveis (g/L) Prof. (m) Ca Mg K Na Total Ki

5,3 1,95 1,33 0,56 1,52 5,36 2,86 9,3 0,97 2,18 0,87 2,87 6,89 2,64

12,3 0,34 0,42 0,42 1,58 2,76 2,68

Outra pesquisa realizada na área de Santa Cruz foi feita por Santos (2004), que

executou ensaios de caracterização geotécnica, físico-químico-mineralógica,

além de ensaios de adensamento e de palheta no solo da região.

Neste trabalho foram apresentados os resultados dos ensaios acima citados

para diferentes unidades de formação geológica, denominadas de gleissolos. A

zona investigada situa-se na Baixada de Santa Cruz, e foi dividida em duas

áreas, de acordo com os perfis do subsolo de duas unidades gleissolos

diferentes.

A unidade GHa caracteriza-se por apresentar uma argila de alta atividade. É

uma unidade de baixa permeabilidade, ácida e com características de formação

sob grande influência do lençol freático, que provocam a coloração cinzenta e

mosqueados característicos de reações de oxidação e redução.

A unidade GHT é um solo salino, com textura argilosa. É caracterizado por

apresentar argilas de alta atividade, com elevados teores de sais solúveis,

sulfetos e/ou enxofre. São ácidos, de baixa permeabilidade e apresentam

coloração variando de preta a cinza esverdeado. Esta unidade apresenta alta

condutividade elétrica (4,3 a 8,5 mmhoms/cm), altos teores de sais solúveis de

Ca2+, Mg2+, K+ e Na+ e porcentagem de enxofre superior a 0,75% até a

profundidade de 1 metro. Ocorrem nas desembocaduras dos rios, canais e

margens de lagoas na orla marítima, com o material sedimentar de natureza

argilo-siltosa ou argilosa, com detritos orgânicos. Estes solos estão sujeitos a

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36

influência constante das marés favorecendo a acumulação de sais e compostos

de enxofre.

O perfil da primeira, denominada de GHa, é constituído por um aterro, seguido

de uma camada de argila silto-arenosa, com NSPT variando de 0 a 10. Abaixo

desta camada, ocorrem intercalações de camadas argilo-siltosas, argilo-

arenosas, arenosas, areno-siltosas, medianamente compactas a compactas,

com NSPT apresentando uma tendência de crescimento com a profundidade,

seguida de solo residual.

A segunda unidade geológica, denominada de GHT, é constituída por uma

camada de argila siltosa cinza, de baixa consistência (NSPT de 0 a 5).

Subjacente a esta camada encontra-se uma camada de areia fina a média,

pouco argilosa, medianamente compacta, com NSPT variando de 5 a 12. Outras

sondagens revelaram a presença de uma camada de aterro de

aproximadamente 1,0 metro de espessura e apresentaram um perfil semelhante

ao observado por Aragão (1975).

Dos ensaios de caracterização geotécnica, Santos (2004) obteve os resultados

que se encontram na Tabela 2.7:

Tabela 2.7 – Caracterização do solo de Santa Cruz (Santos, 2004)

Unidade

gleissolo

Prof.

(m) w (%) % argila Gs

γnat

(kN/m³) LL (%) IP (%)

GHa 0 – 2 31 – 155,7 30 - 90 2,10 - 2,70 14,48 18,4 – 159 2,6 – 118,5

GHT 0 – 2 54 - 120 52 – 62 2,60 - 2,70 14,94 84,4 115 62,7 - 71

Apesar dos valores de densidade dos grãos para a unidade GHa se

apresentarem bastante variados, a média foi de 2,60. O autor atribui os baixos

valores de Gs observados à presença de matéria orgânica.

Os resultados obtidos das análises químicas estão na Tabela 2.8. O solo não

salino (GHa) foi classificado em relação ao pH como de acidez alta a acidez

fraca, e o salino (GHT) como de acidez alta a alcalinidade alta.

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37

Tabela 2.8 - Análises químicas no solo de Santa Cruz (Santos, 2004)

pH Unidade

gleissolo

Prof.

(m) H20 KCl

% mat.

orgânica Ki

C. E. (mS/cm)

25°C

GHa 0 - 2,00 3,4 – 7,6 3,2 – 6 2,4 a 10,4 2,09 0,5 – 1,50

GHT 0 – 2,00 3,1 – 4,1 2,7 – 3,3 0,51 a 6,04 2,51 4,02 – 4,73

A unidade GHa apresentou a predominância dos cátions Ca2+ (3 a 9,4

Cmolc/kg), Mg2+ (3,4 a 10,9 Cmolc/kg), Al3+ (0,2 a 7,1 Cmolc/kg) e H+ (6,3 a 48,7

Cmolc/kg),e conseqüentemente um valor de saturação de bases (S) variando

entre 6,9 e 22,5 Cmolc/kg e de CTC entre 20,3 e 77,8 Cmolc/kg.

Os cátions encontrados para o solo GHT foram: Ca2+ (2,1 a 6,9 Cmolc/kg), Mg2+

(2,8 a 3,7 Cmolc/kg), Al3+ (10 a 14 Cmolc/kg) e H+ (7,9 a 9,7 Cmolc/kg). Com

esses resultados, a saturação de bases (S) variou entre 8,7 e 12,1 Cmolc/kg e

os de CTC entre 30,6 e 31,8 Cmolc/kg. Os sais solúveis encontrados foram o K+

e o Na+, com valores médios de 0,09 e 1,83 respectivamente.

As análises mineralógicas identificaram em ambos os perfis a presença

predominante da caulinita, ocorrendo secundariamente ilita e esmectita.

Os ensaios de adensamento nesses solos apresentaram os resultados indicados

na Tabela 2.9.

Tabela 2.9 – Resultados dos ensaios de adensamento no solo de Santa Cruz (Santos,

2004)

Unidade

gleissolo

Prof.

(m) σ’vm OCR

cvmédio

x 10-8 (m²/s) cc cs

mv x 10-4

(m²/kN)

k x 10-9

(m/s)

GHa 2,00 80 2,05 62,45 0,84 0,10 10 6,2

GHT 2,00 70 2,08 80,3 0,75 0,10 11 8,8

DBD


3 APRESENTAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO E DO PROBLEMA

Este capítulo tem o objetivo de apresentar a região estudada, desde a sua

localização em relação ao Estado do Rio de Janeiro, como a indicação do perfil

que compõe o seu terreno. Serão apresentadas também, através de um

inventário fotográfico, as evidências de recalque que vem ocorrendo no terreno

em estudo.

3.1. Área de Estudo

A área estudada pertence à Subestação de Linhas de Transmissão ZIN da Light,

situada na Zona Industrial de Santa Cruz, zona oeste do município do Rio de

Janeiro, conforme ilustra a Figura 3.1.

Figura 3.1 – Localização da área de estudo (fonte: Google Earth)

Esta área é uma região de baixada formada por um depósito argiloso, de origem

sedimentar, com espessura variando entre 6 e 15 metros. Este depósito

Zona Industrial de Santa Cruz

Baía da Guanabara

Baía de Sepetiba

N

DBD


39

sedimentar é de origem bem recente do ponto de vista geológico, formado há

cerca de 6000 anos, devido aos períodos de transgressão e regressão marinha

(Massad, 1988).

Existem poucas informações a respeito de estudos geotécnicos na área da

Subestação, e obteve-se acesso somente a laudos de sondagem do tipo SPT,

realizados na década de 70 para a elaboração dos projetos de fundação. Essas

sondagens foram locadas conforme mostra a planta da Figura 3.2, e revelaram a

ocorrência de uma camada de argila mole com resistência à penetração

variando de 0 a 10 golpes, porém, com valor médio de 2 golpes.

Figura 3.2 – Planta de locação dos pontos de sondagem realizada na década de 70.

As variações dos NSPT, ao longo da profundidade, para as sondagens F1 a F19

estão apresentadas na Figura 3.3. As linhas tracejadas observadas nestes perfis

estão separando as camadas superficiais de aterro, das camadas de argila mole

e de algumas lentes de areia que penetram na camada de argila, como se

observa, nos furos F1, F14 e F15. Não há indicação do nível d’água, pois os

laudos de sondagem não continham essa informação.

DBD


40

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200Nspt

Pro

f (m

)

SPT 1 SPT2 SPT3 SPT4 SPT5

argila orgânicah = 2,2m

aterro h = 3,5m aterro h = 3,6m aterro h = 2,85materro h = 2,3m aterro h = 2,95m





0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200Nspt

Prof

(m)

SPT6 SPT7 SPT8 SPT9 SPT10





argila orgânicah = 11,3m argila orgânica

h = 15,3m

0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200Nspt

Prof

(m)

SPT11 SPT12 SPT13 SPT14 SPT15





arg orgânicah1 = 2,8m

h2 = 6marg orgânica

h1 = 4,1m h2 = 5,9m

areia h = 3,2mareia h = 3,2m

0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160Nspt

Prof

(m)

SPT16 SPT17 SPT18 SPT19


aterro h = 2,5m aterro h = 3,5m aterro h = 4,3materro h = 3,7m

argila orgânicah = 12,1m argila orgânica

h = 14,15m argila orgânica

h = 14,2m

0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0 10 20 30 40/0

Figura 3.3 – Representação gráfica dos laudos de sondagem tipo SPT

Com base nesses dados, De Campos et al. (2004) elaborou uma representação

espacial das camadas de solo até a base da argila mole que está, juntamente

com a locação dos furos de sondagem, apresentada na Figura 3.4. A superfície

do terreno foi obtida segundo cotas de referências topográficas da época,

indicando que o terreno inicial era praticamente plano. A camada de aterro

DBD


41

revelou-se praticamente uniforme em espessura, com aproximadamente 3

metros, enquanto que a camada de argila apresentou pequenas variações em

sua espessura, com algumas intrusões de areia. As sondagens apresentadas

nesta figura são as mesmas da figura 3.2, entretanto, a nomenclatura F foi

substituída pela SPT, mantendo a numeração dos furos anterior.

Figura 3.4 – Representação espacial do perfil local (De Campos et al., 2004).

Para a realização do projeto de pesquisa P&D LIGHT/ANEEL, foram definidas

4 áreas experimentais no terreno da Subestação, conforme mostra a Figura

3.5, determinadas em função da localização da malha do aterramento; da

existência de estruturas, como tubulações de drenagem e caixas de passagem,

e do ponto de vista de segurança em relação às linhas de transmissão. Porém,

a presente dissertação apresenta somente os estudos realizados na área

experimental AE-1, localizada próxima ao portão de entrada da subestação.

DBD


42

Figura 3.5 – Localização das áreas experimentais.

AE-1

AE-3

AE-4

AE-2

Área Experimental (AE)

Malha de Aterramento

Portão de Entrada

AE-1

AE-2

AE-3

AE-4

DBD


43

Em 2005, novas investigações envolvendo o ensaio de piezocone e de

dissipação de poropressão (CPTU) foram realizadas até a base da camada de

argila. Este ensaio consiste na cravação no solo, a uma velocidade constante, de

uma ponteira cônica instrumentada eletronicamente permitindo medições de

resistência de ponta (qc), atrito lateral (fc) e o monitoramento constante de

poropressões (ub). Os resultados desses ensaios podem ser usados para a

determinação estratigráfica de perfis de solos, determinação de materiais

prospectados e previsão da capacidade de carga de fundações.

Neste caso, os resultados foram inicialmente utilizados para indicar o atual perfil

do terreno na área estudada, revelando um aterro com espessura variando de 2

a 3 metros e um nível d’água de aproximadamente 1,60 metros abaixo da

superfície do terreno. A Figura 3.6 mostra o resultado do ensaio CPTU-1,

realizado na área AE-1, indicando também a presença de lentes de areia ao

longo da camada de argila. Este fato pode ser verificado observando o aumento

da resistência de ponta e a diminuição da poropressão em determinadas

profundidades, como por exemplo, a 5 e 11 metros.

Resistência de ponta Poropressão

NA = 1,6

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 4 8 12 16 20

qc (kg/cm2)

Prof

undi

dade

(m)

NA = 1,6

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4 5

u2s(kg/cm2)

Prof

undi

dade

(m)

Figura 3.6 – Resultados do ensaio CPTU-1 na área AE-1

DBD


44

3.2. Apresentação do Problema

O terreno da subestação vem apresentando problemas de recalques desde a

década de 70, que puderam ser evidenciados a partir de visitas técnicas

realizadas no local em 2002. Desse modo, foi detectado o afundamento do

terreno superficial e recalques diferenciais de estruturas de concreto,

caracterizados pela ocorrência de trincas em diferentes pontos do

empreendimento, como por exemplo, nas bases de postes e de máquinas

pesadas.

Esses problemas foram registrados em um inventário fotográfico realizado na

ocasião das visitas, e estão apresentados nas Figuras 3.7 a 3.20. Trincas tanto

horizontais quanto verticais são observadas em diversas estruturas, como as das

figuras 3.7 a 3.11. Observa-se também nas figuras 9.11 a 9.14 diversos postes

desalinhados e na figura 3.15 percebe-se a deformação em uma canaleta

superficial. Já as figuras 3.16 a 3.20 evidenciam claramente o recalque

diferencial que está ocorrendo no terreno.

Figura 3.7 - Geradores mostrando tendências a tombamento, com trincas horizontais na

base dos coroamentos das fundações

DBD


45

Figura 3.8 - Trinca vertical na base dos geradores

Figura 3.9 - Trinca horizontal na base de edifícios

DBD


46

Figura 3.10 - Trincas na laje do calçamento

Figura 3.11 - Poste desalinhado e fundações com trincamento.

Trincas

Poste desalinhado

DBD


47

Figura 3.12 - Postes mostrando distorção.

Figura 3.13 - Poste com distorção para o lado menos pesado.

DBD


48

Figura 3.14 - Distorções de pórticos.

Figura 3.15 - Canaleta de drenagem superficial deformada tanto vertical quanto

horizontalmente.

DBD


49

Figura 3.16 - Placas de concreto com fissuras e deslocamentos diferenciais.

Figura 3.17 - Recalques diferenciais do aterro.

DBD


50

Figura 3.18 - Aparente perda de material junto à base de um conjunto de pórticos.

Figura 3.19 - Aterro com recalques diferenciais.

DBD


51

Figura 3.20 - Passarela com distorções.

O inventário fotográfico mostra a importância e a necessidade de se fazerem

mais estudos relacionados aos movimentos que ocorrem nos solos moles. A

ausência destes conhecimentos tem levado à adoção de critérios conservadores

de projeto que, em muitos casos, além do comprometimento econômico

imediato, envolve uma convivência duradoura com uma situação de elevado

risco de ruptura dos elementos estruturais de fundação. No caso específico da

Subestação Zin, as conseqüências devidas ao potencial de colapso estrutural

decorrente das grandes deformações sofridas pelas estruturas de fundação

podem ser extremamente graves, incluindo a paralisação não programada de

transmissão de energia elétrica para parte do município do Rio de Janeiro.

DBD


4 AMOSTRAGEM DO SOLO E EXTRUSÃO DA AMOSTRA NO LABORATÓRIO

Existe uma grande preocupação em se obter corpos de prova indeformados,

entretanto os processos de amostragem e de extrusão de amostras podem

causar algumas perturbações ao solo comprometendo, desse modo, a qualidade

e a confiabilidade de alguns parâmetros geotécnicos obtidos a partir de ensaios

de laboratório.

Com o intuito de se adquirirem corpos de prova representativos, ou seja,

perturbados o mínimo possível, foram adotadas metodologias não convencionais

de amostragem e de extrusão de amostras do shelby, que estão descritas no

decorrer deste capítulo. Como poderiam existir dúvidas a respeito da qualidade

das amostras indeformadas, realizou-se uma avaliação de sua qualidade,

baseada na proposta de Oliveira (2002).. Essa avaliação será apresentada no

capítulo 7, juntamente com os demais resultados obtidos no presente trabalho.

4.1. Amostragem do solo

Para a realização da campanha de ensaios de laboratório foram retirados um

bloco indeformado da camada de aterro compactado (BL-1) e 15 amostras

indeformadas do tipo shelby da camada de argila mole (AM-1 a AM-15). Essas

amostras foram retiradas por técnicos do Laboratório de Geotecnia e Meio

Ambiente da PUC-Rio, sob a supervisão do engenheiro Leonardo Bello, na área

AE - 1, já indicada no Capítulo 3, e estão locadas conforme ilustra a Figura 4.1.

Figura 4.1 – Locação dos pontos de amostragem na área AE-1.

Entrada da Subestação

N

1m Escala

DBD


53

4.1.1. Amostragem na Camada de Aterro Compactado

A retirada do bloco da camada de aterro compactado foi realizada com a

abertura de uma tricheira até a profundidade de 1,10 m. Este bloco, com

dimensões de 30 cm x 30 cm x 30 cm, foi amostrado no meio da camada de

aterro, cuja espessura de aproximadamente 2 metros foi determinada por meio

de um furo de inspeção prévio.

Para evitar a perda de umidade do bloco durante o transporte e o

armazenamento, o mesmo foi recoberto com filme de PVC, papel alumínio,

tecido e, por fim, parafina. Algumas das etapas da retirada do BL-1, como a

escavação da trincheira, o corte, a moldagem do bloco e a sua proteção, estão

apresentadas na Figura 4.2.

(a) Escavação da trincheira

(b) Corte e moldagem do bloco (c) Processo de proteção do bloco

Figura 4.2 – Fotos ilustrativas da retirada do bloco BL-1

DBD


54

4.1.2. Amostragem na Camada de Argila Mole

4.1.2.1. Equipamentos Utilizados

A retirada de amostras indeformadas em profundidade, na camada de argila, foi

realizada com o auxílio de uma máquina perfuratriz motorizada de trado oco e

amostradores tipo shelby. A máquina perfuratriz possui eixos com rodas para

possibilitar a sua mobilização no campo e um sistema de cravação e perfuração

com força hidráulica, conforme ilustram as fotos da Figura 4.3.

Figura 4.3 - Fotos da máquina perfuratriz de trado oco

Os segmentos de trados ocos, mostrados na Figura 4.4, são acopláveis até a

profundidade desejada, servindo como revestimento a medida em que se avança

no subsolo. A ponteira deles possui um mecanismo que permite a abertura em

profundidade. Com isso, é possível a passagem por dentro dos trados e até a

profundidade desejada de equipamentos de sondagem e retirada de amostras.

DBD


55

Figura 4.4 – Segmentos de trados ocos da perfuratriz e ponteira com abertura.

Os amostradores tipo shelby foram projetados e confeccionados no Laboratório

de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. Eles são constituídos por um tubo

de alumínio de 3” de diâmetro externo com ponta bizelada, 1,5 mm de parede e

55 cm de comprimento; uma cabeça de adaptação para hastes de SPT e um

sistema de pistão com anéis de vedação de borracha, conforme mostra a

Figura 4.5.

Figura 4.5 – Amostradores tipo Shelby

Haste SPT

Haste alumínioCamisas de

alumínio com ponta bizelada

Bolacha/Pistão

estacionário

DBD


56

4.1.2.2. Procedimento de Amostragem

A metodologia empregada para a amostragem envolveu três etapas distintas: a

abertura de pré-furos; a retirada da amostra de solo e a proteção da amostra

para o transporte.

A abertura do pré-furo foi executada utilizando-se os trados ocos acionados pela

perfuratriz motorizada (Fig. 4.6a e b). O trado da extremidade inferior possui um

sistema com tampa basculante que previne a entrada de solo durante a

perfuração. Essa tampa é travada por meio de um selo feito com arame recozido

para facilitar a sua abertura. Ao chegar à profundidade desejada, os trados ocos

são içados o suficiente para permitir a abertura da tampa, travando-os nesta

profundidade. Então, o conjunto de composição do shelby é inserido pelo interior

dos trados ocos da perfuratriz (Fig. 4.6c e d) até a tampa da ponteira, forçando a

sua abertura. Com o shelby em posição, mantém-se travada a composição das

hastes do pistão estacionário, enquanto crava-se a camisa amostradora a uma

velocidade constante de 2cm/s. Ao chegar no limite de penetração, roda-se a

composição para cisalhar a amostra, içando o conjunto, em seguida. O

procedimento metodológico da amostragem na camada de argila está

ilustrado na Figura 4.7.

(a) Posicionamento da perfuratriz para executar o

pré-furo (b) Perfuração na camada de argila

DBD


57

(c) Shelby já montado (d) Amostrador sendo inserido dentro do

trado oco Figura 4.6 - Detalhes da perfuração e da inserção do amostrador para a retirada de

amostras indeformadas.

Pré furo formadocom a uxilio daperfuratriz com

trados ocos

Trados ocos sã oleva ntados eamostrodor éposic ionado

Hastes/pistãosão mantidos

fixos e c rava-seo amostrador

Conjunto égirado para

c isalha r osolo e solta r

cam isa

Amostradorcom solo é

iça do para asupefíc ie

Tam pa da ponteira émantid a fechada

Selo da ta mpaé romp ido e

amostrador entraem contatocom o solo

Figura 4.7 – Metodologia empregada na amostragem com tubos shebies.

Após a amostragem, as extremidades dos tubos foram protegidas com filme

de PVC (Fig. 4.8a), papel alumínio (Fig. 4.8b) e parafina (Fig. 4.8c), formando

DBD


58

o selo final, para evitar a perda de umidade das amostras no transporte e

armazenamento do shelbies.

Com o procedimento adotado, obtiveram-se amostras do solo mole com 100%

de recuperação até cerca de 6m de profundidade na camada de argila. Porém,

devido às dificuldades operacionais em se retirar amostras de profundidades

superiores a 5 metros optou-se por amostrar apenas na profundidade de 3,50 a

4,00 metros.

(a) Proteção com filme de PVC (b) Proteção com papel alumínio

(c) Proteção com parafina na extremidade

Figura 4.8 – Procedimentos seguidos após a retirada da amostra com tubo shelby

4.2. Extrusão de Amostras

No laboratório, as amostras foram extraídas dos shelbies seguindo o

procedimento indicado por Ladd & DeGroot (2004), visando minimizar qualquer

tipo de amolgamento no solo no ato de sua retirada do tubo. Os autores sugerem

DBD


59

que o shelby seja cortado com uma serra fina, formando sub-amostras. Estas,

por sua vez, devem ser separadas da parede do tubo por uma corda de violão

inserida com o auxilio de uma agulha de seringa. A Figura 4.9 ilustra esse

procedimento.

Corte do tubo + solo com serra de aço fina

Amostras para ensaios de caracterização

Sub-amostra a ser separada do tubo usando corda de violão inserida com auxílio de agulha de seringa.

Figura 4.9 – Procedimento para extração do solo do tubo de amostragem (modificado de

Ladd & DeGroot, 2004)

Desse modo, no presente trabalho, cada shelby foi cuidadosamente serrado,

formando sub-amostras com comprimentos adequados ao ensaio em vista. A

sub-amostra era então separada da parede do tubo com o auxílio de um fio de

aço, extraída e, em seguida, moldada conforme requerido.

As Figuras a seguir ilustram o procedimento de serragem do shelby. Este era

previamente marcado, indicando o local do corte (Figura 4.10) e, em seguida

apoiado no torno mecânico (Figura 4.11). A parede do tubo era então cortada

com uma serra (Figura 4.12), e para não causar uma “quebra” do solo, uma

pequena parte da parede não era serrada (Figura 4.13). O shelby era

cuidadosamente levado a uma mesa onde a sub-amostra pudesse ser separada

com o auxílio de uma corda de violão (Figuras 4.14a e b). Após este processo, a

sub-amostra era levada à câmara úmida e o resto do tubo protegido para evitar a

perda de umidade e armazenado novamente na câmara úmida.

DBD


60

Figura 4.10 – Shelby marcado indicando o local do corte

Figura 4.11 – Shelby apoiado no torno mecânico

Figura 4.12 – Shelby sendo serrado

Marca

indicando

aonde o shelby

deve ser

serrado

DBD


61

Figura 4.13 – Indicação da parte do shelby,onde a parede não foi serrada

(a) Separação da sub-amostra com o auxílio de uma corda de violão

(b) Sub-amostra separada

Figura 4.14 – Separação da sub-amostra do shelby

Na câmara úmida, o solo era separado da parede do tubo por uma corda de

violão inserida no shelby com a ajuda de uma agulha (Figura 4.15a e b). A corda

de violão era então passada rente à parede cerca de 3 a 4 vezes, até separar

bem o solo da parede. A extração era realizada com o auxilio de um molde

(Figura 4.16) que ajudava a empurrar o solo para fora do tubo. Em seguida a

amostra era levada ao pedestal e moldada de acordo com o ensaio a ser

realizado.

Parte do

shelby

não

serrado

DBD


62

(a) Inserção da corda de violão no shelby com o auxilio de uma agulha

(b) Corda de violão inserida no shelby

Figura 4.15 – Corda de violão sendo inserida no shelby

Figura 4.16 – Molde que ajuda a empurrar a amostra para fora do shelby

Figura 4.17 – Amostra de solo extrudida do shelby

Molde

DBD


5 ENSAIOS REALIZADOS E METODOLOGIAS EMPREGADAS

Com o intuito de se conhecer o comportamento de engenharia e caracterizar o

solo estudado, um amplo programa experimental foi implementado no decorrer

do presente trabalho.

A caracterização do solo teve inicio logo na abertura dos shelbies, onde foram

observados a sua coloração e o cheiro característico. Posteriormente as

amostras foram submetidas a ensaios de caracterização geotécnica e análises

físico-químicas e mineralógicas. O programa experimental que engloba essas

análises encontra-se resumido na Tabela 5.1, e as metodologias adotadas estão

descritas no decorrer deste capítulo.

Com o objetivo se conhecer melhor o depósito mole de Santa Cruz e auxiliar na

busca de uma solução para os problemas de recalque da área, foram realizados

e encontram-se apresentados e discutidos na presente dissertação ensaios que

fornecem parâmetros hidráulicos e de compressibilidade desse solo. As análises

de compressibilidade envolveram ensaios de adensamento edométrico

convencionais e especiais. Com a finalidade de uma futura implementação de

um modelo de comportamento do solo estudado, foram realizados ensaios de

adensamento hidrostático e anisotrópico, bem como ensaios triaxiais de

cisalhamento drenados e não drenados. A Tabela 5.2 resume o programa

experimental envolvendo os ensaios de adensamento, e as metodologias

utilizadas em cada um deles podem ser verificadas ao longo deste capítulo. Por

fugirem do escopo da presente dissertação, os ensaios de cisalhamento triaxial

efetuados, bem como as respectivas metodologias adotadas não são aqui

detalhados.

DBD


Tabela 5.1 – Programa experimental dos ensaios de caracterização.

Caracterização físico-químico-mineralógica

Shelby Prof. (m) Análise Granulométrica

Limites de Atterberg

Densidade Relativa dos

Grãos pH

Capacidade de Troca Catiônica

Ataque Sulfúrico

Teor de

Sais

Condutividade Elétrica

Matéria Orgânica

Difração de Raios-

X AM-1 2,50 – 3,00 X X X X X X X X X X

AM-1 3,50 – 4,00 X X X

AM-1 5,25 – 5,75 X X X X X X X X X X

AM-1 6,50 – 7,00 X X X X X X X X X

AM-2 3,50 – 4,00 X X X X

AM-3 3,50 – 4,00 X X X X X X X X X

AM-4 3,50 – 4,00 X X X

AM-5 3,50 – 4,00 X X X X X

AM-6 3,50 – 4,00 X X X

AM-7 3,50 – 4,00 X X X

AM-8 3,50 – 4,00 X X X

AM-9 3,50 – 4,00 X X X

AM-11 3,50 – 4,00 X X X

AM-12 3,50 – 4,00 X X X

AM-13 3,50 – 4,00 X X X

AM-14 3,50 – 4,00 X X X

AM-15 3,50 – 4,00 X X X

64

DBD


Tabela 5.2 – Programa experimental dos ensaios de adensamento.

Shelby Prof. (m) Adensamento Edométrico

Convencional

Adensamento Edométrico

com Medida de Creep

Adensamento Edométrico com Medida de Permeabilidade

Adensamento Hidrostático

Adensamento Anisotrópico

AM-1 2,50 – 3,00 AM-1 3,50 – 4,00 X (I) X (I) X (I) X (I) AM-1 5,25 – 5,75 AM-1 6,50 – 7,00 AM-2 3,50 – 4,00 AM-3 3,50 – 4,00 X (I) AM-4 3,50 – 4,00 X (I) AM-5 3,50 – 4,00 X (I) AM-6 3,50 – 4,00 X (I) AM-7 3,50 – 4,00 X (I) X (I) AM-8 3,50 – 4,00 AM-9 3,50 – 4,00 AM-10 3,50 – 4,00 AM-11 3,50 – 4,00 AM-12 3,50 – 4,00 AM-13 3,50 – 4,00 AM-14 3,50 – 4,00 X (A) AM-15 3,50 – 4,00 X (I) X (I)

Tipo de Amostra → (I) - Indeformada, (A) - Amolgada

65

DBD


66

5.1. Ensaios de Caracterização

5.1.1. Caracterização Física

A caracterização física do solo se dá através do conhecimento de suas

propriedades índice, que podem ser determinadas por meio de ensaios

padronizados no meio geotécnico.

Ensaios de granulometria por peneiramento e por sedimentação, limites de

Atterberg e densidade relativa dos grãos foram realizados no Laboratório de

Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio em amostras de todos os shelbies, de

acordo com as seguintes recomendações da Associação Brasileira de Normas

Técnicas (ABNT):

• NBR 7181/1984 → Solo – Análise Granulométrica;

• NBR 6459/1984 → Solo – Determinação do Limite de Liquidez;

• NBR 7180/1984 → Solo – Determinação do Limite de Plasticidade;

• NBR 6508/1984 → Massa Específica Real dos Grãos.

É importante ressaltar que as determinações dos limites de liquidez (LL) e de

plasticidade (LP) foram realizadas com o material em seu estado natural, ou seja, a

partir da umidade natural do solo, sem secagem prévia, como prevê as NBR 7159 e

NBR 7180. Este procedimento foi adotado atendendo recomendações de Bjerrum

(1973) e Bogossiam & Lima (1974) entre outros. Estes últimos autores estudaram a

influência das metodologias dos ensaios na determinação dos limites de liquidez e

de plasticidade em um solo da área do Porto de Santa Cruz-RJ, e constataram que

os solos argilosos orgânicos do local apresentaram valores de limites de liquidez

discrepantes quando ensaiados com amostras previamente secas e a partir da

umidade natural. Essas análises indicaram que os ensaios executados de acordo

com a metodologia clássica proposta pela ABNT (amostras com secagem prévia ao

ar) apresentaram valores de limite de liquidez inferiores ao teor de umidade natural

e incompatíveis com a consistência do solo, enquanto que os ensaios realizados

com o solo sem secagem prévia apresentaram valores próximos ou superiores ao

teor de umidade natural, mais coerente com o esperado. Entretanto a mesma

tendência não foi observada para as determinações do limite de plasticidade, que se

apresentaram próximas para as diferentes metodologias.

DBD


67

As determinações do peso específico natural (γt) e da umidade natural (w0) do solo

argiloso foram realizadas a partir da moldagem de corpos de prova para os

ensaios envolvendo amostras indeformadas. O peso específico foi determinado

pela diferença de peso entre o “berço” com solo e sem solo, dividido pelo volume

do molde. Já a umidade era determinada das aparas do solo que restavam do

processo de talhagem dos corpos de provas. Estas eram colocadas na estufa a

110°C por 24 horas. Esses índices foram adquiridos seguindo as seguintes

recomendações da ABNT:

• NBR 6457/1986 → Teor de Umidade Natural

• NBR 2887/1988 → Massa Específica Natural Para o aterro, o peso específico natural (γt) foi determinado cravando-se um anel

de peso e volume conhecidos no bloco amostrado, e a umidade natural (w0) foi

obtida diretamente do solo retirado do interior do bloco. Os demais índices como o peso específico seco (γd), o índice de vazios (e) e o

grau de saturação (S), foram obtidos a partir de relações entre os índices

existentes na literatura corrente de Mecânica dos Solos.

Outros parâmetros que auxiliam a identificação e classificação dos solos moles

são o índice de plasticidade (IP) e o índice de atividade de Skempton (IA). O

índice de plasticidade é obtido pela diferença entre os limites de liquidez e de

plasticidade, indicando a faixa de valores em que o solo de apresenta plástico. O

índice de atividade é definido pela relação:

m2%)IP(dePlasticidadeÍndiceIA

µ<= , onde a m2% µ< corresponde à fração

argila do solo.

De acordo com a classificação de Skempton, a atividade dos solos pode ser

definida conforme especificado na Tabela 5.3.

Tabela 5.3 – Classificação da atividade de solos segundo Skempton

Classificação IA Inativo <0,75

Atividade Normal 0,75<IA<1,25 Ativo >1,25

DBD


68

5.1.2. Caracterização Mineralógica

A identificação dos argilominerais constituintes dos solos moles é de extrema

importância para o entendimento do seu comportamento. Um dos ensaios que

auxilia a identificação da composição mineralógica da fração silte/argila é a Difração

de Raio X. Este ensaio consiste em incidir um feixe monocromático de Raios-X na

amostra de solo e registrar o seu ângulo de reflexão. Cada argilomineral gera um

conjunto característico de reflexões segundo ângulos θ, que podem ser convertidos

nas distâncias interplanares formadas pelas estruturas cristalinas.

Os ensaios de difração por Raios X foram executados no Departamento de

Ciência dos Materiais e Metalurgia (DCMM) da PUC-Rio, utilizando um

difratômetro Siemens D5000, com irradiações realizadas no intervalo de 2° a 30o.

Primeiramente foram realizados ensaios pelo método do pó. Neste caso, o solo foi

previamente seco em estufa com temperatura inferior a 60°C, até adquirir constância

de massa, e destorroado. Posteriormente foram separadas as frações do solo

passantes nas peneiras #40, #200 e #400 e enviadas ao DCMM para serem

ensaiadas. Entretanto, o resultado obtido não foi coerente com as análises químicas

do presente trabalho, nem com os dados existentes na literatura para o tipo e a região

do solo estudado. Neste caso, optou-se pela realização de análises em lâmina, com o

objetivo de avaliar a possível presença de um argilomineral do tipo 2:1.

Para esses ensaios, o solo também foi seco em estufa com temperatura de

aproximadamente 60°C, destorroado e separado pela peneira #400. Com esse

material, preparou-se uma suspensão em água, que com o auxílio de uma pipeta

foi colocada em três lâminas e deixadas secar naturalmente para a orientação

preferencial das partículas. Após a secagem, duas delas foram “tratadas” antes

de serem enviadas para o DCMM. Uma foi aquecida por 3 horas a 550°C, para

eliminar por aquecimento os argilominerais do tipo 1:1, facilitando a identificação

dos do tipo 2:1, e a outra, denominada de lâmina glicolada, foi deixada em um

dessecador para ser saturada com etilenoglicol por 24 horas.

DBD


69

5.1.3. Caracterização Físico-Química

As análises físico-químicas permitem uma avaliação da composição

mineralógica e de propriedades físico-químicas das argilas, complementando,

desse modo, a identificação e caracterização dos solos.

Estas análises foram realizadas no Centro Nacional de Pesquisas de Solos

CNPS/EMBRAPA, seguindo as metodologias propostas no Manual de Métodos

de Análise de Solo (CNPS/EMBRAPA, 1997). O programa envolvendo esses

ensaios consistiu na execução de:

• pH em água e em KCl

• Complexo sortivo

• Ataque sulfúrico

• Condutividade elétrica

• Teor de sais

As análises foram executadas na fração fina (material passante na peneira de #40) de

amostras de diferentes profundidades, visando caracterizar o perfil do depósito mole.

5.1.4. Determinação de Matéria Orgânica

O teor de matéria orgânica pode ser determinado indiretamente por meio da

seguinte correlação:

C.724,1(%).O.M = ,

onde C, em %, é o carbono orgânico obtido por meio de análise química. No

presente trabalho, essa análise foi realizada no Centro Nacional de Pesquisas de

Solos CNPS/EMBRAPA, seguindo a metodologia proposta no Manual de

Métodos de Análise de Solo (CNPS/EMBRAPA, 1997), com o solo passante na

peneira de malha #40.

Outro procedimento utilizado para a determinação da matéria orgânica é o de

perda por aquecimento (PPA), que consiste em colocar o solo em uma mufla,

para que toda a matéria orgânica seja queimada, e calculada pela diferença de

peso do solo antes e depois de ser aquecido.

DBD


70

Para tanto, o solo foi destorroado e colocado na estufa a 110 °C por 24 horas,

para a retirada de toda a sua umidade, para posteriormente ser colocado na

mulfla e queimar a matéria orgânica. Cada análise foi realizada em 3 amostras

para se obter uma média dos resultados.

Primeiramente o solo foi colocado na mufla por um período de 2 horas a 600°C,

e de 4 horas a 400°C. Entretanto os resultados mostraram-se bastante dispersos

e diferentes dos valores determinados pelo teor de carbono total e dos

encontrados na literatura para o tipo de solo em estudo. Assim sendo, foram

realizadas novas análises, com o solo exposto a diferentes temperaturas e

tempos na mufla, visando avaliar o efeito da temperatura e tempo de exposição

do solo ao calor na quantificação do teor de matéria orgânica por PPA. A Tabela

5.4 abaixo especifica as temperaturas e o tempo que as amostras foram

submetidas ao calor.

Tabela 5.4 –Análises realizadas para a determinação do teor de matéria orgânica.

Temperatura (°C) Tempo (horas)

400 4 Primeira análise

600 2

300 4

450 4

500 4 Segunda análise

600 4

5.2. Ensaios de Adensamento Edométrico

O adensamento unidimensional é reproduzido no laboratório pelo ensaio

edométrico. O corpo de prova é confinado lateralmente por um anel metálico

rígido, limitando desse modo as deformações e o fluxo à direção vertical. No

ensaio denominado convencional, são aplicados incrementos de carga vertical

no corpo de prova, e registradas as deformações a diversos intervalos de tempo

para cada estágio de carga.

Os ensaios de adensamento edométrico foram executados no Laboratório de

Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio em prensas do tipo Bishop, conforme

mostram as Figuras 5.1 e 5.2. Nessas prensas, a carga axial é transmitida ao

corpo de prova por pesos previamente calibrados, através de um braço de

DBD


71

alavancas com vantagem mecânica 10:1, e o registro das variações de altura, é

feito por meio de um extensômetro com resolução de 0,01 mm.

Figura 5.1 - Prensa de adensamento tipo Bishop do LGMA da PUC-Rio.

Figura 5.2 – Prensa de adensamento tipo Bishop do LGMA da PUC-Rio.

Além do ensaio convencional, foram executados ensaios especiais com o

objetivo de analisar a compressão secundária e a permeabilidade do depósito

estudado Esses ensaios têm o mesmo princípio do denominado convencional,

Bacia de Adensamento

Extensômetro com resolução de

0,01 mm

Braço de alavanca

com vantagem

mecânica 10:1

DBD


72

porém com algumas adaptações, que serão explicitadas na descrição de cada

um deles.

O procedimento comum à montagem dos ensaios de adensamento edométricos

está descrito a seguir:

a) Confecção dos corpos de prova

Todos os corpos de prova foram moldados com dimensões de 19,8 mm de altura

e 71,5 mm de diâmetro, em amostras retiradas da profundidade de 3,5 a 4,0

metros.

Os corpos de prova indeformados foram moldados a partir de amostras extraídas

dos shelbies segundo o procedimento sugerido por Ladd & DeGroot (2004),

descrito no capítulo 4 da presente dissertação.

Na preparação dos corpos de prova amolgados, o solo foi primeiramente

desestruturado e homogeneizado com a mão. Posteriormente adicionou-se

água, de modo que a umidade inicial do ensaio fosse de aproximadamente

1,5.LL. Usou-se este valor, admitindo-se que deste modo os corpos de prova

estariam saturados. A amostra era então moldada, e deixada na prensa de

adensamento em repouso por 24 horas sem nenhuma carga atuando sobre ela.

b) Montagem dos ensaios

A montagem dos ensaios seguiu as recomendações da ABNT, de acordo com a

norma MB-3336 (Solo – Ensaio de Adensamento Unidimensional).

Antes de iniciar o primeiro estágio de carregamento, a bacia do edômetro era

preenchida com água destilada e mantida cheia até o final do último

descarregamento. Toda a água foi retirada da bacia antes de se iniciar o

processo de desmontagem do edômetro para a determinação da umidade final,

levando-se o corpo de prova integral à estufa.

DBD


73

5.2.1. Ensaio de Adensamento Edométrico Convencional

Foram realizados os ensaios denominados de AEI-1, AEA-1 e AEA-2, sendo que

no primeiro, o corpo de prova era indeformado, enquanto que nos demais era

amolgado.

Para o ensaio AEI-1 as pressões verticais totais nominais de carregamento e

descarregamento utilizadas foram de: 10, 20, 40, 80, 150, 300, 450, 300, 150,

80, 40, 20, 10, 20, 40, 80, 150, 300, 500, 700, 950, 500, 300, 150, 40, e 10 kPa.

As pressões foram mantidas constantes por um período de 24 horas nos

estágios de carregamento e, nos de descarregamento, até a estabilização das

leituras.

Nos ensaios AEA-1 e AEA-2 as pressões verticais nominais foram de: 10, 20, 40,

80, 120, 240, 480, 960, 1.200, 600, 300, 120, 80, 40 e 20kPa, sendo que os

carregamentos foram de aproximadamente 24 horas e as pressões nos

descarregamentos mantidas até estabilização dos deslocamentos verticais.

5.2.2. Ensaio de Adensamento Edométrico com Medida de Creep

Este ensaio foi realizado com o objetivo de verificar a influência do tempo de

carregamento no solo estudado. Para isso, o ensaio AEI-2 foi executado do

mesmo modo que o convencional AEI-1, porém, nos estágios de carregamento

as pressões foram mantidas constantes por um período mínimo de 72 horas, e

não de 24 horas.

As pressões verticais nominais de carregamento e descarregamento utilizadas

foram de: 10, 20, 40, 80, 150, 300, 450, 300, 150, 80, 40, 20, 10, 20, 40, 80, 150,

300, 500, 700, 950, 500, 300, 150, 40, e 10 kPa.

5.2.3. Ensaio de Adensamento Edométrico com Medida de Permeabilidade

Esses ensaios têm o objetivo de medir a permeabilidade do solo quando este

está submetido a uma determinada tensão efetiva. Para atender esse objetivo,

foram realizados dois ensaios, denominados de AEI-3 e AEI-4, conforme

especificado na Tabela 5.2.

DBD


74

Os ensaios de permeabilidade foram realizados ao final de determinados

estágios de carregamento e eram do tipo carga variável, com fluxo de água

vertical e ascendente. Para possibilitar as determinações da permeabilidade no

corpo de prova, uma bureta graduada com resolução de 0,05 cm³ foi acoplada

ao sistema de drenagem, e cuidados foram tomados para se evitar a evaporação

de água na bureta durante a evolução do ensaio. As Figuras 5.3 e 5.4 ilustram,

respectivamente, a adaptação na prensa de adensamento para a realização dos

ensaios de permeabilidade e o sistema de vedação para evitar a evaporação da

água, feito com uma borracha presa à bureta com o auxílio de um elástico.

Figura 5.3 – Adaptação realizada na prensa de adensamento para a realização dos

ensaios de permeabilidade.

Bureta

graduada

Detalhe da ligação da bureta ao sistema de drenagem da prensa

DBD


75

Figura 5.4 – Detalhe da vedação utilizada para impedir a evaporação da água durante os

ensaios de permeabilidade.

Para o ensaio AEI-3 as pressões verticais totais nominais de carregamento e

descarregamento utilizadas foram de: 10, 20, 40, 80, 150, 300, 450, 300, 150,

80, 40, 20, 10, 20, 40, 80, 150, 300, 500, 700, 950, 500, 300, 150, 40, e 10 kPa.

Nos estágios de carregamento as pressões foram mantidas constantes por um

período de 24 horas, e nos estágios de descarregamento até que as leituras se

estabilizassem. As medidas de permeabilidade foram realizadas ao final dos

estágios de 20, 80, 300 e 950 kPa. A carga de pressão aplicada na base do

corpo de prova foi de 58,32 cm e as leituras de variação do volume foram feitas

em um período de aproximadamente 24 horas.

Já para o ensaio AEI-4, as pressões verticais nominais totais de carregamento e

descarregamento foram de: 10, 20, 40, 80, 150, 300, 450, 200, 100, 50, 10, 50,

100, 300, 500, 700, 950, 500, 300, 150, 40, e 10 kPa. Neste caso, os estágios de

carregamento e de descarregamento foram encerrados quando a taxa de

variação de altura do corpo de prova ficava constante no tempo, em geral por um

período maior do que 36 horas para o carregamento, e aproximadamente 24

horas para o descarregamento. O ensaio de permeabilidade foi executado ao

final dos estágios de 20, 80, 150, 500, 700, 950 kPa. Para este ensaio, a carga

de pressão aplicada na base do corpo de prova foi de 68,50 cm e as leituras de

variação do volume também foram realizadas em períodos de aproximadamente

24 horas.

Vedação para

impedir a

evaporação

da água

DBD


76

5.3. Ensaios de Adensamento Hidrostático

Os ensaios de adensamento hidrostático têm como principal objetivo contribuir

para a elaboração de um modelo de comportamento do depósito mole estudado.

Para atender tal objetivo, foram realizados dois ensaios, denominados de AI-1 e

AI-2.

5.3.1. Equipamento Utilizado

Os ensaios de adensamento hidrostático foram realizados em prensas triaxiais

da marca Wykeham-Ferrance do Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da

PUC-Rio, que se encontram ilustradas na Figura 5.5.

As células triaxiais utilizadas foram montadas para se trabalhar com corpos de

prova de 1,5” de diâmetro e 3” de altura. Elas possuem uma câmara de acrílico

que suporta uma pressão confinante máxima de 1000 kPa.

O sistema de aplicação de pressão na câmara é de ar comprimido, controlado

por um painel de válvulas reguladoras de pressão de precisão da Bellofram

(precisão da ordem de 1kPa a partir de cerca de 7kPa).

Transdutores de pressões com resolução de 0,5 kPa (precisão de 1kPa) e

capacidade máxima de 1000 kPa foram empregados para controlar e medir,

respectivamente, as pressões confinantes aplicadas e poro-pressões

resultantes.

Transdutores de variação de volume do tipo Imperial College foram utilizados

nas medidas de variação de volume de água entrando ou saindo das amostras,

com uma precisão de cerca de 0,05 cm3.

A obtenção dos registros dos ensaios foi realizada de maneira automatizada, por

meio do sistema central de aquisição de dados do Laboratório de Geotecnia e

Meio Ambiente. (Sistema Orion SI353ID da Schlumberger).

DBD


77

Figura 5.5 – Equipamento triaxial utilizado nos ensaios de adensamento hidrostático

5.3.2. Metodologia dos Ensaios

Neste item serão descritos todos os procedimentos realizados para a execução

dos ensaios de adensamento hidrostático.


Todos os corpos de prova foram moldados a partir de amostras da profundidade

de 3,50 a 4,00 metros. Primeiramente, seguiu-se o procedimento de extração do

solo do shelby sugerido por Ladd & DeGroot (2002), descrito no capítulo 4. A

amostra era, então, levada ao pedestal de moldagem e cuidadosamente

esculpida formando corpos de prova com dimensões de 78,2 mm de altura e

38,2 mm de diâmetro. Posteriormente era colocada no berço para aparo de topo

e base, pesada e em seguida levada à prensa triaxial para a montagem do

ensaio. Cuidados para se evitar qualquer perturbação no corpo de prova e perda

de umidade foram rotineiramente tomados.

b) Membranas, papel filtro e pedras porosas

As membranas utilizadas eram de látex, fornecidas pela Wikeham Farrance..

Elas foram testadas para a verificação da ausência de furos antes da execução

de todos os ensaios.

O papel filtro utilizado era da marca Whatman n° 54. No primeiro ensaio, utilizou-

se o papel filtro somente na base e no topo das amostras. Posteriormente, para

o ensaio AI-2, verificou-se a necessidade de utilizá-los também ao redor do

DBD


78

corpo de prova, para acelerar o processo de dissipação de poropressão, de

acordo com Bishop & Henkel (1962). Desse modo eles foram cortados conforme

ilustrado na Figura 5.6. Tanto o papel filtro usado na base e no topo, quanto o

dreno radial eram colocados em contato com água, para saturarem, antes da

montagem dos ensaios.

Figura 5.6 – Molde para cortar o dreno lateral (Bishop & Henkel, 1962)

As pedras porosas eram previamente saturadas, e mantidas em água destilada

até a montagem do ensaio. Ao final de todos os ensaios elas eram levadas a um

equipamento de ultrasom e mantidas “vibrando” por 30 minutos, para retirar

eventuais obstruções de seus poros.

c) Saturação das linhas

Todas as linhas da base da célula e a do top cap eram saturadas antes de se

colocar o corpo de prova na prensa. Este processo consistia em percolar água,

aplicando pressão, para a retirada de qualquer bolha de ar que pudesse estar

presente nas linhas.

d) Montagem dos ensaios

Após a saturação das linhas, colocava-se a amostra no pedestal da célula

triaxial, seguindo a seguinte seqüência: pedra porosa e papel filtro de base,

corpo de prova, papel filtro e pedra porosa de topo. Em seguida,

cuidadosamente envolvia-se o corpo de prova com o dreno lateral, tendo sempre

a preocupação de deixá-lo em contato com as pedras porosas situadas no topo

Cortar

DBD


79

e na base. Por fim, inseria-se a membrana no corpo de prova e colocava-se o

top cap no topo do conjunto, conforme ilustra a Figura 5.7. A câmara de acrílico

era então montada e preenchida com água.

Figura 5.7 - Montagem do corpo de prova na prensa triaxial

No ensaio AI-1 aplicou-se a seguinte seqüência de pressões confinantes

efetivas: 10, 20, 40, 80, 150, 300, 450, 500, 700, 950 kPa. Já para o ensaio AI-2

as pressões confinantes efetivas foram de: 10, 20, 40, 80, 150, 300, 450, 500,

600.

5.4. Ensaios de Adensamento Anisotrópico

Os ensaios triaxiais com adensamento anisotrópico têm o objetivo de,

juntamente com os resultados dos demais ensaios, contribuir para a elaboração

de um modelo do comportamento do depósito mole estudo.

Nesses ensaios o corpo de prova era adensado com relações ,v

,h

σσ constantes,

controladas ao longo do ensaio. O programa experimental está descrito na

Tabela 5.5.

DBD


80

Tabela 5.5 – Programa Experimental dos ensaios de Adensamento Anisotrópico

Amostra Relação K= ,

,

v

h

σσ

AM-3 K=1,0

AM-6 K=1,0

AM-3 K=0,9

AM-4 K=0,8

AM-15 K=0,8

AM-4 K=0,7

AM-7 K=0,6

AM-5 K=0,5

AM-15 K=0,5

5.4.1. Equipamento Utilizado

A execução desses ensaios ocorreu no Laboratório de Geotecnia e Meio

Ambiente da PUC-Rio, em um equipamento triaxial tipo Bishop-Wesley,

desenvolvido pelo Imperial College, Londres, que está ilustrado na Figura 5.8.

Este equipamento permite que os ensaios sejam realizados tanto com

deformação controlada como com pressão controlada. Todas as informações

constantes no item 5.3.1 referentes à câmara triaxial, aplicação de pressões

confinantes e transdutores de pressão e variação de volume se aplicam a este

equipamento, que conta ainda com:

• Célula de carga com capacidade máxima de 5kN e precisão melhor que

0,1N;

• Transdutor de deslocamento axial (externo à célula) com resolução infinita e

precisão melhor que 50µm.

DBD


81

Figura 5.8 – Equipamento triaxial utilizado nos ensaios de adensamento anisotrópico

O equipamento está vinculado ao programa TRIAX, desenvolvido pela School of

Engineering and Computer Science da Universidade de Durham, que permite:

• O controle da aplicação das pressões tanto na câmara triaxial, como nos

sistemas de contrapressão e RAM

• O controle da velocidade dos ensaios

• O controle dos caminhos de tensão dos ensaios

• A aquisição automática de dados

• O monitoramento do ensaio durante a sua execução, por meio de gráficos

visualizados no monitor, como mostra a Figura 5.9.

Figura 5.9 – Monitoramento dos ensaios por meio de gráficos

DBD


82

As pressões aplicadas são suprimidas por um compressor operando com

pressão máxima de 800kPa. A pressão de ar fornecida pelo compressor é

aplicada ao corpo de prova como pressão hidráulica, através de um sistema de

interface ar-água. As pressões são controladas por três motores de passo

(Figura 5.10), que estão acoplados a válvulas reguladoras de pressão,

permitindo o controle total do equipamento pelo computador, através do

programa TRIAX.

No caso de ensaios realizados com deformação controlada, utiliza-se uma

bomba de vazão constante de água, com interface ar/água, para aplicar pressão

na câmara de pressão inferior do equipamento triaxial.

Figura 5.10 – Motores de passo do equipamento triaxial

É importante destacar que o equipamento utilizado possui a limitação de

aplicação de 500 kPa de pressão confinante. Tentativas de se procurar contornar

tal limitação foram infrutíferas por ser a mesma parte integrante do software de

BOX 2 BOX 1

Bomba de vazão constante

BOX 3

DBD


83

controle disponível para a execução dos estudos constantes no presente

trabalho.

5.4.2. Metodologia dos Ensaios

Neste item serão descritos todos os procedimentos realizados para a execução

dos ensaios de adensamento anisotrópicos.


Seguiu-se o mesmo procedimento adotado para o ensaio de adensamento

hidrostático.

b) Membranas, papel filtro e pedras porosas


hidrostático.

c) Saturação das linhas


hidrostático.

d) Montagem dos ensaios


hidrostático.

e) Controle dos ensaios

Conforme dito anteriormente o sistema de aplicação de pressão ao equipamento

está associado a três motores de passo e a uma bomba. Cada um deles

corresponde a um BOX, conforme mostra a Tabela 5.6.

Tabela 5.6 – Identificação dos motores de passo

BOX Pressão controlada

BOX 1 Contra-pressão

BOX 2 Pressão Confinante

BOX 3 RAM – Ensaios com tensão controlada

BOX 4 Bomba – Ensaios com deformação controlada

DBD


84

Os ensaios foram continuamente controlados pelo programa Triax que está

vinculado ao equipamento. Antes do início de cada fase dos ensaios, uma

tabela, semelhante a da Figura 5.8, era preenchida. Nela se estabelecia o status

do Box que seria utilizado (ON/OFF), a variável ou a equação que seria

controlada em cada BOX, assim como o valor que deveria ser mantido. O

incremento corresponde à velocidade de execução dos ensaios e, o “alarm”, à

condição de encerramento do ensaio.

Figura 5.11 – Tabela controle dos ensaios

f) Definição da velocidade dos ensaios

Para a determinação da velocidade do ensaio de adensamento foram realizados

quatro ensaios piloto com velocidades de incremento de tensão de 5, 10, 15 e

20kPa/h. Os seus resultados foram comparados com o do ensaio de

adensamento hidrostático AI-1, e chegou-se a conclusão de que a velocidade

adotada para a fase de adensamento seria a de 5kPa/h. Esses dados

encontram-se no Apêndice I.

g) Execução do Ensaio

O ensaio de adensamento anisotrópico pode ser divido em 3 fases:

• Fase 1 - Saturação do corpo de prova

• Fase 2 – Ensaio com p’ constante

• Fase 3 – Ensaio de adensamento com K constante

DBD


85

Cada uma dessas etapas está descrita a seguir:

• Fase 1 – Saturação do corpo de prova

A saturação do corpo de prova foi feita por aumento de contra-pressão, com

drenagem pelo topo e base do corpo de provas.

A saturação foi verificada pelo parâmetro B de Skempton (∆u/∆σc), que deve

estar próximo de 1. Neste trabalho, considerou-se o solo saturado com valores

de B a partir de 0,98.

• Fase 2 – Ensaio com p’ constante

Após a fase de saturação, o corpo de prova era submetido a um carregamento

com p’ constante, sendo 3

.2'p,h

,v σ+σ

= , com o objetivo de se chegar à relação

K= σ’h /σ’v desejada, a partir de uma condição inicial de tensões efetivas

variando entre 5 e 10kPa, para então dar início ao adensamento anisotrópico.

Esta fase era realizada com tensão controlada, a uma velocidade de incremento

de tensão de 1 kPa/h, e sua duração era de menos de 24 horas, entretanto

variada para cada relação K.

• Fase 3 – Ensaio de adensamento com K constante

A fase de adensamento também é realizada com tensão controlada, para

permitir que o programa controle e mantenha constante a relação K= ,v

,h

σσ .

Neste caso, a poropressão era mantida constante, enquanto que a pressão

confinante e a desviadora variavam.

Os ensaios foram encerrados quando atingiam um 2

s,h

,v, σ+σ

= de

aproximadamente 350 kPa, sendo ,vσ e ,

hσ as tensões efetivas vertical e

horizontal, respectivamente.

O tempo de cada ensaio variou entre 1 e 3 semanas, dependendo da relação K

do ensaio em andamento.

DBD


6 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO

Este capítulo apresenta os resultados das caracterizações física, química e

mineralógica do depósito mole estudado, juntamente com suas análises e

interpretações. As metodologias adotadas e o programa experimental executado

encontram-se descritos no capítulo anterior.

O perfil foi caracterizado até a máxima profundidade amostrada, de 6,50 metros.

Para a camada superficial de aterro foram realizados somente os ensaios de

caracterização geotécnica, envolvendo a definição dos seus índices físicos e a

análise granulométrica. Já para o depósito argiloso foram realizadas tanto a

caracterização geotécnica, como as análises físicas e químicas.

Conforme mencionado no capítulo 3, devido às dificuldades operacionais de se

amostrar profundidades superiores a 5 metros, optou-se por retirar amostras da

profundidade de 3,50 a 4,00 metros. Desse modo, foram realizados ensaios de

caracterização em 14 amostras diferentes dessa profundidade. Neste capítulo,

os dados dessa profundidade serão apresentados em valores médios. Os

resultados individuais de cada uma das amostras ensaiadas encontram-se

disponíveis no Anexo I.

Conforme já mencionado, a caracterização do depósito argiloso teve início desde

o processo de abertura dos shelbies, onde foram verificadas características

como cor e cheiro. Este apresentou uma coloração cinza e um forte odor de

enxofre. Segundo Antunes (1978), essas características constituem um reflexo

do ambiente redutor de formação do depósito, com o cheiro de enxofre sendo

devido à redução de sulfatos para sulfetos em presença de água salina (água do

mar) e, a coloração cinza escura, da transformação de ferro férrico para ferro

ferroso. Não foram observadas diferenças dessas características nas diferentes

profundidades amostradas.

DBD


87

6.1. Caracterização Geotécnica

6.1.1. Índices Físicos

Os índices físicos encontram-se resumidos na Tabela 6.1. Na camada de argila,

a densidade relativa dos grãos foi obtida ao longo do perfil, enquanto que os

demais índices foram determinados somente para as profundidades de 3,50 a

4,00 metros e 5,25 a 5,75 metros, profundidades em que foram realizados

ensaios com corpos de prova indeformados.

Tabela 6.1 –Índices físicos da camada de aterro e do depósito mole.

Camada Profundidade (m) Gs w (%) γ

(kN/m³) e

Aterro 0 – 2,50 2,77 70,87 20,0 0,67 Depósito mole 2,50 – 3,00 2,54 - - - Depósito mole 3,50 – 4,00 2,60 119,52 13,13 3,26 Depósito mole 5,25 – 5,75 2,66 114,97 13,19 3,25 Depósito mole 6,00 – 6,50 2,57 - - -

Observa-se que na camada do depósito mole, há um ligeiro aumento da

densidade relativa dos grãos até a profundidade de 5,75 metros, sugerindo haver

variações mineralógicas quantitativas importantes ao longo do perfil,

possivelmente associadas a variações granulométricas puntuais.

Em relação aos demais parâmetros, somente pode-se comparar as amostras

das profundidades de 3,50 a 4,00 metros e 5,25 a 5,75 metros. Tanto a umidade,

como o peso específico e o índice de vazios apresentaram-se bem próximos,

sendo que a umidade para a amostra da primeira foi ligeiramente maior.

6.1.2. Análise Granulométrica

A análise granulométrica consistiu na realização de ensaios de granulometria

tanto por peneiramento como por sedimentação. A Tabela 6.2 resume as

porcentagens das frações de solo encontradas e a Figura 6.1 apresenta as

curvas granulométricas.

DBD


88

Tabela 6.2 – Tabela resumo da análise granulométrica

Granulometria (%) Camada Profundidade

(m) Pedregulho Areia Grossa

Areia Média

Areia Fina Silte Argila

Aterro 0 – 2,50 4,0 25,0 15,0 6,0 19,9 30,1 Depósito mole 2,50 – 3,00 0,1 2,9 32,2 64,6 Depósito mole 3,50 – 4,00 1,0 4,4 47,1 48,8 Depósito mole 5,25 – 5,75 0,8 16,1 46,4 36,7 Depósito mole 6,00 – 6,50 0,5 33,3 29,0 37,2

P en eira No (S UCS )

0

10

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

10 0

0 ,0 0 0 1 0 ,0 0 1 0 ,0 1 0 ,1 1 10 10 0 10 0 0

Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)

Aterro2,50 a 3,003,50 a 4,005,25 a 5,756,00 a 6,50

Figura 6.1 – Curvas Granulométricas

O aterro que se encontra sobre o depósito de argila mole é constituído por um

solo cuja distribuição granulométrica é bem graduada, contendo partículas de

diferentes tamanhos, que variam de dimensões de pedregulhos até de argilas.

De acordo com as porcentagens apresentadas para cada fração, pode ser

classificado como sendo um solo areno argiloso.

O depósito de argila mole apresentou a distribuição granulométrica variando ao

longo do perfil, porém mostrando-se constituído por partículas

predominantemente finas. Observa-se um decréscimo da porcentagem de argila

com a profundidade, enquanto que as porcentagens de silte e de areia fina

aumentam.

DBD


89

Nas primeiras amostras, das profundidades de 2,50 a 3,00 metros e 3,50 a 4,00

metros, o solo pode ser classificado como uma argila siltosa, de acordo com as

porcentagens apresentadas para cada fração. Já para a amostra da

profundidade de 5,25 a 5,75 metros, o solo é classificado como um silte argiloso

e a de 6,00 a 6,50 metros, como uma argila arenosa.

Na profundidade de 3,50 a 4,00 metros, as porcentagens máxima e mínima de

argila foram 57,5% e 30,2%, respectivamente, enquanto que as de silte foram

59,4% e 35,4. Em algumas amostras foram observadas pequenas lentes de

areia.

As porcentagens de argila do solo estudado encontram-se dentro dos valores

encontrados na literatura de solos da Baixada Fluminense, conforme mostra a

Tabela 2.3, no segundo capítulo desta dissertação.

6.1.3. Limites de Atterberg

A tabela 6.3 apresenta os resultados obtidos das determinações dos limites de

liquidez e de plasticidade. São apresentados também o índice de plasticidade e

o índice de atividade de Skempton.

É importante ressaltar que as determinações do limites de liquidez e de

plasticidade para o depósito de argila mole foram realizadas com o material em

sua umidade natural, com exceção da amostra da profundidade de 6,00 a 6,50,

que já se encontrava seca quando foram realizados os ensaios para a

determinação dos limites de Atterberg.

Tabela 6.3 – Tabela resumo dos limites de Atterberg e da atividade do solo

Camada Profundidade (m) LL (%) LP (%) IP (%) IA

Aterro 0 – 2,50 51 33 18 0,62 Depósito mole 2,50 – 3,00 121 56 65 1,01 Depósito mole 3,50 – 4,00 122 45 77 1,70 Depósito mole 5,25 – 5,75 85 45 40 1,09 Depósito mole 6,00 – 6,50 56 31 25 0,67

As amostras das primeiras profundidades do depósito mole apresentaram limites

de liquidez bem próximos, porém o índice de plasticidade da segunda foi um

pouco mais elevado. As amostras das profundidades de 5,25 a 5,75 metros e

DBD


90

6,00 a 6,50 metros, apresentaram valores de limite de liquidez inferiores. Este

resultado já era esperado para a amostra da última profundidade pelo fato de

seus ensaios terem sido realizados com o solo seco, e não na sua umidade

natural, como sugerido por diversos autores, como por exemplo, Bjerrum (1973)

e Bogossiam & Lima (1974). Os estudos desenvolvidos por esses autores

indicaram que os ensaios de determinação do limite de liquidez executados de

acordo com a metodologia proposta pela ABNT apresentaram valores inferiores

ao teor de umidade natural e incompatíveis com a consistência do solo,

enquanto que os ensaios realizados com o solo sem secagem prévia

apresentaram valores próximos ou superiores ao teor de umidade natural, mais

coerente com o esperado.

De acordo com o Índice de Atividade de Skempton, definido como sendo

m2%)IP(dePlasticidadeÍndiceIA

µ<= , onde m2% µ< corresponde à fração argila do

solo, o aterro é classificado com inativo, enquanto que as camadas do depósito

de argila mole são classificadas como de atividade normal para as profundidades

de 2,50 a 3,00 metros e 5,25 a 5,75 metros, como ativa na profundidade de 3,50

a 4,00 metros e inativa na profundidade de 6,00 a 6,50.

Novamente acredita-se que, para a amostra da profundidade de 6,00 a 6,50

metros, a metodologia adotada para a determinação do limite de liquidez

influenciou na classificação do solo em relação à sua atividade.

Analisando os índices de consistência do perfil da camada de solo mole, verifica-

se que a escolha da profundidade de 3,50 a 4,00 metros para análise da

compressibilidade foi apropriada, já que os resultados indicam que nesta

profundidade o solo se apresenta mais compressível do que nas demais.

6.1.4. Classificação do Solo

Os solos sedimentares podem ser classificados de acordo com o Sistema

Unificado de Classificação de Solos (SUCS), que leva em consideração tanto as

porcentagens obtidas pela análise granulométrica, quanto a plasticidade do solo,

representada pelo índice de plasticidade (IP) e o limite de liquidez (LL). Desse

DBD


91

modo, de acordo com o SUCS, o perfil do solo até a profundidade de 6,50

metros foi classificado conforme a Tabela 6.4 abaixo.

Tabela 6.4 –Classificação SUCS do solo

Camada Profundidade

(m) Classificação do solo (SUCS)

Aterro 0 – 2,50 Areia siltosa (SM)

Depósito mole 2,50 – 3,00 Silte de alta plasticidade (MH)

Depósito mole 3,50 – 4,00 Argila de alta plasticidade (CH)



Apesar da classificação do SUCS mostrar-se diferente para as camadas do

depósito de argila mole, observa-se na carta de plasticidade, apresentada pela

Figura 6.2, que todas as determinações ficaram próximas da linha que divide o

solo argiloso do siltoso.

Carta de Plasticidade

-

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Limite de Liquidez (%)

Índi

ce d

e Pl

astic

idad

e (%

)

2,50 a 3,003,50 a 4,005,25 a 5,756,00 a 6,50

ML ou OL

CL

CH

MH ou OH

Figura 6.2 – Carta de Plasticidade

DBD


92

6.2. Caracterização Mineralógica

A caracterização mineralógica foi baseada em análises de difração de Raio X

cujos procedimentos de preparação para as amostras estão descritos no capítulo

anterior.

A resposta deste ensaio é o ângulo de reflexão referente ao feixe monocromático

de Raio X ao qual o solo foi exposto. Conforme mostrado por Santos (1975)

esses ângulos de reflexão estão associados à distância interplanar basal do

argilomineral, de acordo com a lei de Bragg, que é descrita como:

θ=λ sen.d.2n ,

sendo:

n → Número inteiro positivo que representa a ordem de reflexão (n=1)

λ → Comprimento da onda Raios X

d → Distância interplanar basal

θ → Ângulo de reflexão

A Tabela 6.5 apresenta a classificação de alguns argilominerais em função da

distância interplanar basal.

Tabela 6.5 – Distâncias interplanares basais típicas para argilominerais (Santos, 1975)

D (oA ) Possíveis argilominerais

3,6 Caulinita, refração secundária 7,1 Caulinita, refração primária, haloisita anidra 10 Esmectita anidra, vermiculita anidra, ilita, haloisita hidratada 14 Esmectita hidratada, vermiculita hidratada e clorita 17 Esmectita glicolada

No presente trabalho, a análise por difração de Raios X foi dividida em duas

etapas. Na primeira, todo o perfil do depósito mole amostrado foi estudado pelo

método do pó, entretanto, os seus resultados não se apresentaram de acordo

com as análises químicas, que indicaram a presença de um argilomineral do tipo

2:1. Visando caracterizar melhor os argilominerais presentes no solo, novas

análises foram realizadas, para a profundidade de 3,50 a 4,00 metros, com as

amostras de solo em lâminas e tratadas, conforme as metodologias descritas no

capítulo anterior.

DBD


93

Na primeira etapa, identificou-se a presença de caulinita, ilita e quartzo para

todas as profundidades estudadas do perfil argiloso, como mostra a Figura 6.3.

Com esses resultados, não se pôde constatar a presença de argilominerais do

tipo 2:1, como indicaram as análises químicas.

0 10 20 302θ (o)

0

200

400

600

800

1000

Leitu

ra

Figura 6.3 – Difratograma de Raio X da fração fina (passante na #40) do solo na

profundidade de 5,25 a 5,75m (Ct-caulinita, I-Ilita, Em-Esmectita, Q-Quartzo).

Os resultados da segunda análise podem ser vistos nos difratogramas das

Figuras.6.4. Os demais difratogramas encontram-se no Anexo II.

Analisando o resultado da lâmina sem tratamento verifica-se um pico com 14,53,

que corresponde a argilominerais .do tipo 2:1 (esmectita ou vermiculita). A

presença deste tipo de argilomineral foi confirmada pelos resultados da lâmina

aquecida, entretanto, somente com a análise da lâmina glicolada conseguiu-se

identificar que o argilomineral 2:1 presente no solo é a esmectita. Chegou-se a

essa conclusão ao constatar que a distância interplanar expandiu de 14,53 para

16,50, conforme ilustra a Figura 6.5, indicando que o argilomineral do tipo 2:1 é

expansivo.

Q

Ct Ct

Q

I

DBD


94

0

40

80

120

160

Leitu

ra

0

20

40

60

80

100

120

Leitu

ra

0 10 20 302θ (o)

0

20

40

60

80

100

120

Leitu

ra

Figura 6.4 - Difratogramas das lâminas do solo (material passante na #400) na

profundidade de 3,50 a 4,00 metros (Ct-caulinita, I-Ilita, Em-Esmectita, Q-Quartzo)

Lâmina aquecida

Lâmina Glicolada

Argilomineral 2:1

Q

Em

Q

Argilomineral 2:1

Lâmina sem tratamento

Ct Ct

I

DBD


95

0 5 10 152θ (o)

0

20

40

60

80

100

120

Leitu

ra

Lâmina sem tratatamentoLâmina glicolada

Figura 6.5 – Comparação dos difratogramas das lâminas sem tratamento e glicolada

(Ct-caulinita, I-Ilita, Em-Esmectita, Q-Quartzo)

Observa-se que tanto a caulinita quanto a esmectita não apresentam picos bem

definidos e simétricos, indicando que esses argilomonerais não estão bem

cristalizados e que são encontrados em quantidades semelhantes. O ambiente

redutor em que o depósito mole estudado se encontra, favorece a transformação

da caulinita para a esmectita. Essa é uma provável explicação para ambos os

argilominerais estarem mal cristalizados.

Das análises mineralógicas realizadas, conclui-se que o solo argiloso estudado é

composto principalmente por caulinita e esmectita, contendo traços de ilita e

quartzo. Essa composição mineralógica também é observada para diversos

outros locais da Baixada Fluminense.

6.3. Caracterização Química

6.3.1. pH em Água e em KCl

O pH mede a acidez índice do solo. Ele pode ser medido tanto em água, quanto

em KCl. A diferença entre o pH em KCl e o pH em água define o ∆pH, com o

qual é possível saber se a carga líquida predominante no colóide é negativa,

nula ou positiva. Se o ∆pH apresentar o sinal negativo, significa que o solo tem

Em Ct

DBD


96

mais capacidade em reter cátions do que ânions, e se o sinal for positivo, indica

que a sua capacidade em reter ânions é maior. Se o ∆pH for nulo, não há

predominância nem de cargas negativas, nem de positivas. Essa condição é

denominada de ponto de carga zero.

Para o solo estudado, o ∆pH foi negativo em todas as profundidades, como pode

ser visto na Tabela 6.6 abaixo, indicando que há a predominância de cargas

negativas e a sua maior capacidade de reter cátions (por exemplo, cálcio,

magnésio, potássio e sódio) do que ânions (por exemplo, sulfato, nitrato, fosfato

e cloreto).

É interessante notar na Tabela 6.6 um aumento do pH, de uma condição ácida

no aterro, para uma condição tendendo à neutra na argila mole à cerca de 6m de

profundidade. Considerando o escopo das investigações efetuadas, nenhuma

tentativa foi feita para tentar explicar tal variação que pode, entretanto, ter

alguma relação com efeitos de campos elétricos provenientes da malha de

aterramento da Subestação ZIN existente próximo à área de onde foram

coletadas as amostras ensaiadas. Tal malha, instalada à cerca de 0,60m de

profundidade se encontra, presentemente, à cerca de 2m de profundidade

(Adriano, 2006)

Tabela 6.6 –Resultados da análise de pH em água e em KCl

pH Prof. (m) Água KCl 1N

∆pH

2,50 – 3,05 4,5 3,7 -0,8 3,50 – 4,00 5,7 5,1 -0,6 5,25 – 5,75 6,9 6,5 -0,4 6,00 – 6,50 7,6 7,1 -0,5

6.3.2. Análise Química Parcial

As análises químicas parciais compreenderam análises por complexo sortivo e

ataque sulfúrico. As informações a respeito dos procedimentos dessas análises

encontram-se disponíveis no capítulo 5 desta dissertação. As Tabelas 6.7 e 6.8

apresentam, respectivamente, os resultados dessas análises ao longo do perfil

da camada de argila.

DBD


97

Tabela 6.7 – Resultados das análises químicas por complexo sortivo

Tabela 6.8 – Resultados das análises químicas por ataque sulfúrico

Ataque por Sulfúrico (g/kg) Prof. (m) SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2

32

2

OAlSiO

(Ki) 32

2

ORSiO

(Kr) 32

32

OFeOAl

2,50 – 3,05 269 180 56 9,1 2,54 2,12 5,05 3,50 – 4,00 254 151 51 7,7 2,86 2,35 4,65 5,25 – 5,75 217 156 44 8,0 2,36 2,00 5,57 6,00 – 6,50 163 102 30 7,3 2,72 2,29 5,34

Pela análise de complexo sortivo obtém-se a soma de bases (S), a capacidade

de troca catiônica efetiva e a capacidade de troca catiônica a pH 7 (T ou CTC). A

primeira corresponde à soma das concentrações de Ca2+, Mg2+, K+ e Na+.

Somando-se o Al3+ ao valor de S, obtém-se a capacidade de troca catiônica

efetiva, onde essas concentrações são avaliadas nas condições do pH de

campo. Para a obtenção da capacidade de troca catiônica a pH 7, basta somar à

capacidade de troca catiônica efetiva a concentração de hidrogênio. Este último

é avaliado no laboratório, a pH 7.

O CTC corresponde à soma de cargas negativas concentradas na superfície do

argilomineral e está diretamente relacionado à atividade do solo; quando o

número de cargas negativas é alto, a argila é de alta atividade, e se o CTC é

baixo, a argila é de baixa atividade.

As análises de capacidade de troca catiônica indicaram que as amostras das

profundidades de 2,50 a 3,00 metros e 6,00 a 6,50 metros são menos ativas do

que as das outras profundidades. Esse resultado mostra-se coerente quando

comparado com os índices de atividade de Skempton.

A capacidade de troca de cátions também pode ser relacionada ao argilomineral

presente na estrutura da argila, conforme é apresentado a seguir na Tabela 6.9.

Complexo Sortivo cmolc/kg Prof. (m) Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Soma de

Bases (S) Al3+ H+ CTC (cmolc/kg)

2,50 – 3,05 5,1 10,5 0,45 0,80 7,4 2,1 5,8 15,3 3,50 – 4,00 10,9 14,2 1,03 1,00 27,1 0 5,3 32,4 5,25 – 5,75 17,1 15,4 1,40 3,90 37,8 0 2,3 40,1 6,00 – 6,50 6,1 11,0 0,94 0,87 18,9 0 0 18,9

DBD


98

Tabela 6.9 –Faixa de valores de CTC associadas ao argilomineral (Santos, 1975)

Argilomineral CTC (meq/100g) Caulinita 3 – 15

Haloisita – 2H2O 5 – 10 Endelita ou Haloisita – 4H2O 10 – 40

Esmectita 80 – 150 Ilita 10 – 40

Vermiculita 100 – 150 Clorita 10 – 40

Sepiolita-Paligorsquita 20 – 30

De acordo com a Tabela acima o solo argiloso estudado pode ser constituído

pelos seguintes argilominerais: caulinita, endelita ou haloisita, ilita, clorita e

Sepiolita-Paligorsquita. Entretanto Santos (1975) alerta que a identificação dos

argilominerais pela CTC é muito útil para o caso de esmectitas e vermiculitas.

Para os outros grupos de argilominerais, isolados ou de mistura com minerais

inertes, a determinação da capacidade de troca catiônica não tem valor

elucidativo apreciável porque não permite identificar univocamente o tipo de

mineral presente no solo.

A análise por ataque sulfúrico fornece os índices Ki e Kr, que indicam o maior ou

menor grau de intemperização dos solos. No caso de solos sedimentares, esses

índices podem ser relacionados com a capacidade de troca catiônica e a

atividade dos argilominerais. Por exemplo, um solo com Ki = 0,4 apresenta uma

baixa capacidade de trocar cátions, devido à predominância dos óxidos,

enquanto que um solo com Ki = 2,6 deve apresentar capacidade de troca

catiônica alta e em sua fração argila devem predominar argilominerais do tipo

2:1. No perfil do solo estudado os valores do Ki, que variaram entre 2,36 e 2,86,

indicam a presença de argilominerais do tipo 2:1.

6.3.3. Condutividade Elétrica e Teor de Sais Solúveis

Os valores de condutividade elétrica mostraram-se crescentes com a

profundidade, indicando a influência da salinidade do fluido existente nos

interstícios do solo.

DBD


99

Os sais solúveis encontrados nesse fluido são o potássio e o sódio, sendo que a

concentração do último é bem mais expressiva para todas as profundidades

analisadas. Todos os resultados obtidos encontram-se na Tabela 6.10 a seguir.

Tabela 6.10 – Análises de condutividade elétrica e teor de sais no depósito mole.

Sais Solúveis (cmolc/kg de TF) Profundidade (m) C.E. (mS/cm) K+ Na+

2,50 – 3,05 1,87 0,06 1,2 3,50 – 4,00 3,85 0,22 2,35 6,00 – 6,50 4,04 0,16 2,33

6.4. Determinação de Matéria Orgânica

A determinação do teor de matéria orgânica se deu por dois métodos diferentes,

cujas metodologias empregadas encontram-se descritas no capítulo anterior.

São elas:

• Por meio de correlação com a análise química de carbono total

• Por perda por aquecimento (PPA).

O teor de matéria orgânica estimado pelo primeiro método é determinado,

indiretamente, pela correlação:

C.724,1(%).O.M = ,

sendo C, em %, o carbono orgânico total determinado por análises químicas.

Essas análises foram realizadas para amostras coletadas ao longo do perfil da

camada de argila mole, até a máxima profundidade amostrada de 6,50 metros, e

indicaram um aumento da matéria orgânica com a profundidade, conforme

mostra a Tabela 6.10 a seguir.

Tabela 6.11 – Determinação do teor de matéria orgânica pelo carbono orgânico

Profundidade (m) Carbono Orgânico (g/kg) Teor de Matéria Orgânica (%)

2,50 – 3,05 7,0 1,20 3,50 – 4,00 7,7 1,32 5,25 – 5,75 24,0 4,13 6,00 – 6,50 21,7 3,73

DBD


100

Já para o segundo método, o de PPA, foram realizadas diversas análises com o

solo submetido a diferentes temperaturas e tempos na mufla. Em uma primeira

análise o solo foi colocado na mufla por um período de 2 horas a 600°C, e de 4

horas a 400°C. Esses resultados, incluídos na Tabelas 6.11, se mostraram

bastantes dispersos e diferentes dos valores determinados pelo teor de carbono

total e dos encontrados na literatura para depósitos de argilas moles estudados

no Rio de Janeiro.

Tabela 6.12 –Determinação do teor de matéria orgânica pelo método da P.P.A.

Teor de Matéria Orgânica (%) Profundidade (m) 400°C por 4 horas 600°C por 2 horas

2,50 – 3,05 1,93 4,00 3,50 – 4,00 3,60 6,17 6,00 – 6,50 2,11 10,73

O método de determinação do teor de matéria orgânica por perda por

aquecimento é bem simples de ser aplicado, porém cuidados devem ser

tomados para que as altas temperaturas da mulfla não eliminem a água de

constituição do argilomineral e os alterem, influenciando na quantificação da

matéria orgânica. A caulinita, por exemplo, quando exposta à temperatura de

450°C, inicia o seu processo de desidroxilação, ou seja, a perda de água

adsorvida. Provavelmente a diferença de resultados obtida para as primeiras

análises realizadas se dá ao fato de que para a temperatura de 600°C, o solo já

teve toda a sua matéria orgânica queimada e alguma perda de água de

constituição, elevando desse modo a estimativa do teor de matéria orgânica.

Tendo em vista isso, uma segunda análise foi realizada em amostra de solo da

profundidade de 3,50 a 4,00 metros, com o objetivo de comparar os resultados, e

procurar identificar a temperatura e tempo de exposição do solo ao calor que

melhor quantificaria o teor de matéria orgânica. A Tabela 6.13 e a Figura 6.3

mostram os resultados obtidos para essas análises.

Tabela 6.13 – Perda de massa do solo para diferentes temperaturas

Temperatura (°C) Tempo (horas) Perda de massa

(%) 300 4 2,11 450 4 3,33 500 4 3,60 600 4 7,01

DBD


101

0,01,02,03,04,05,06,07,08,0

0 100 200 300 400 500 600 700

Temperatura (ºC)

Perd

a de

Mas

sa (%

)

Figura 6.6 – Curva Temperatura x Perda de Massa

Os resultados obtidos mostraram uma tendência exponencial do aumento da

perda de massa com a temperatura. Conclui-se, aqui, que um estudo mais

detalhado deve ser realizado para padronizar o procedimento de obtenção do

teor de matéria orgânica. Tal torna-se relevante ao se considerar que a

determinação do teor de matéria orgânica a partir da determinação do teor de

carbono orgânico total considera uma relação empírica baseada em informações

advindas de investigações efetuadas visando aplicações na área de agricultura

pela EMBRAPA, ou seja, envolvendo solos superficiais com características

apropriadas a plantios.

No presente trabalho considerou-se que o teor de matéria orgânica corresponde

à perda de massa do solo para uma temperatura de 450°C, que corresponde ao

inicio da alteração da estrutura da caulinita. Desse modo, para a profundidade de

3,50 a 4,00 metros, o solo possuí uma porcentagem de matéria orgânica de

aproximadamente 2,5%, indicativo de que a argila mole investigada não é

orgânica.

Em relação aos dados obtidos na literatura para os solos da Baixada

Fluminense, não se teve acesso aos procedimentos adotados para a obtenção

desse parâmetro, porém eles se apresentam com valores bem mais elevados do

que o encontrado neste trabalho. Isto pode indicar tanto que as estimativas

efetuadas podem ter sido baseadas em análises a elevadas temperaturas

quanto que o depósito de argila mole em estudo apresenta um teor de matéria

orgânica inferior ao de outros investigados no Rio de Janeiro.

DBD


7 COMPRESSIBILIDADE DO SOLO

Neste capítulo serão apresentados e discutidos os resultados obtidos dos

ensaios de adensamento.

7.1. Ensaios de Adensamento Edométrico

Foram realizados seis ensaios de adensamento edométrico, identificados

conforme indicado na Tabela 7.1. As metodologias e os procedimentos adotados

em cada um desses ensaios encontram-se descritos no capítulo 5 e os

resultados individuais de cada ensaio encontram-se disponíveis no Anexo III.

Tabela 7.1 – Identificação dos ensaios de adensamento edométrico

Ensaio Tipo de amostra

Nomenclatura adotada Estágios

Indeformada AEI-1 Estágios de 24 horas Amolgada AEA-1 Estágios de 24 horas Convencional Amolgada AEA-2 Estágios de 24 horas

Com medida de creep Indeformada AEI-2 Estágios de 72 horas

Indeformada AEI-3 Estágios de 24 horas Com medida de permeabilidade Indeformada AEI-4

Estágios encerrados quando a taxa de variação de altura do c.p. ficasse constante no tempo

As características iniciais dos corpos de prova ensaiados encontram-se agrupadas na

Tabela 7.2. Todos foram moldados a partir de amostras da profundidade de 3,50 a

4,00 metros.

Tabela 7.2 – Características dos corpos de prova dos ensaios de adensamento

edométricos

Ensaio Amostra Gs γt (kN/m³)

γd (kN/m³)

wo (%) e0

So (%)

AEI-1 AM-1 2,62 13,69 6,17 121,69 3,16 100 AEA-1 AM-14 2,60 12,55 4,41 184,31 4,77 100 AEA-2 AM-14 2,60 12,51 4,40 184,42 4,79 100 AEI-2 AM-1 2,62 13,47 5,96 125,92 3,31 100 AEI-3 AM-1 2,62 13,75 6,18 122,41 3,24 100 AEI-4 AM-7 2,62 13,81 5,99 130,40 3,41 100

DBD


103

Os resultados dos ensaios realizados com corpos de prova indeformados

apresentaram uma mesma tendência de comportamento da curva tensão-

deformação, como pode ser visto na Figura 7.1. Porém, esta tendência não é

observada para os ensaios realizados em corpos de prova amolgados, como pode

ser verificado na Figura 7.2, onde estão apresentadas as curvas dos ensaios de

adensamento AEI-1, AEA-1 e AEA-2.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1 10 100 1000

Tensão Efetiva (kPa)

Índi

ce d

e V

azio

s e/

e

AEI-1AEI-2AEI-3AEI-4

Figura 7.1 – Comparação curvas logσ’ x e/e0 para os ensaio edométricos

Observa-se na Figura 7.1 que, apesar das curvas tensão-deformação

apresentarem uma mesma tendência de comportamento, estas se encontram

deslocadas praticamente paralelamente umas das outras. Tal fato ocorre devido

aos diferentes tempos de estágios adotados para cada ensaio, evidenciando a

influência do tempo de carregamento na variação de volume do solo. Entretanto,

Índi

ce d

e Va

zios

– e

/e0

DBD


104

a diferença observada no ensaio EAI-4 parece indicar uma influencia do índice

de vazios inicial do corpo de prova na curva.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1 10 100 1000 10000Tensão Efetiva (kPa)

AEI-1

AEA-1

AEA-2

Figura 7.2 - Curva logσ’ x e/e0 dos ensaios de adensamento AEI-1, AEA-1 e AEA-2

Como era de se esperar, as curvas da Figura 7.2 mostraram um comportamento

bem distinto para os três ensaios. O ensaio realizado com corpo de prova

indeformado apresentou o trecho virgem curvilíneo indicando que a amostra era

de boa qualidade. Essa não linearidade do trecho de compressão virgem não é

observada nas amostras amolgadas. Estas, apesar de possuírem características

iniciais semelhantes (ver Tabela 7.2), revelam que o solo quando amolgado pode

se comportar de maneiras bem diferentes. Observa-se que a amostra amolgada

que, naturalmente, não tem definido um trecho de recompressão, apresenta uma

menor compressibilidade no domínio de compressão virgem.

Índi

ce d

e Va

zios

– e

/e0

DBD


105

O fato do trecho de compressão virgem na curva considerada de boa qualidade

não ser reto traz, à primeira vista, uma certa dificuldade para a obtenção da

tensão de pré-adensamento do solo. Entretanto, conforme sugerido por Martins

& Lacerda (1994), esta pode ser facilmente obtida através da curva σ’ x (1+e)

com os dois eixos na escala logarítmica. A figura 7.3 ilustra o gráfico do ensaio

AEI-1 com os dois eixos nessa escala.

1,00

10,00

1 10 100 1000Tensão Efetiva (kPa)

1 +

e

Figura 7.3 - Curva logσ’ x log (1+e) do ensaio de adensamento AEA-1

Da Figura 7.3 obteve-se a tensão de pré-adensamento do solo na profundidade

de 3,50 a 4,00 metros, pelo Método de Pacheco Silva, de 78 kPa, à qual

corresponde um OCR de 1,95 e um índice de vazios de 2,80.

Este leve pré-adensamento também é observado em outras regiões da Baixada

Fluminense, como por exemplo, em Sarapuí (Almeida et al., 2005), e pode estar

associado a diversos fatores, tais como:

• História geológica dos depósitos;

• Efeitos de envelhecimento, associados à compressão secundária;

DBD


106

• Ressecamento, associado a variações climáticas ou do nível d’água.

A mesma dificuldade que existe em se estimar a tensão de pré-adensamento

para ensaios de boa qualidade é observada para a obtenção do índice de

compressão. Neste trabalho, os índices de compressão foram obtidos

desconsiderando os últimos pontos da curva logσ’ x e.

A Tabela 7.3 apresenta os parâmetros de compressibilidade obtidos dos ensaios

edométricos, sendo cr o índice de recompressão, cc o índice de compressão e ce

o índice de expansão.

Tabela 7.3 – Parâmetros de compressibilidade dos ensaios de adensamento edométrico

Ensaio e0 cr cc ce 0

ce1

cCR += c

ec

c

AEI-1 3,16 0,16 1,87 0,24 0,45 0,13 AEA-1 4,77 - 1,14 0,26 0,20 0,23 AEA-2 4,79 - 1,12 0,24 0,19 0,21 AEI-2 3,31 0,13 1,89 0,22 0,44 0,12 AEI-3 3,24 0,17 1,91 0,20 0,45 0,10 AEI-4 3,41 0,27 1,96 0,22 0,45 0,11

Comparando os resultados, constata-se o paralelismo das curvas dos ensaios

realizados em corpos de prova indeformados, como já observado visualmente na

Figura 7.1. O índice de compressão normalizado pelo índice de vazios, CR,

apresenta-se o mesmo para esses ensaios.

Já os CRs das amostras amolgadas encontram-se inferiores ao dos demais

corpos de prova, indicando que ensaios realizados em amostras amolgadas não

permitem uma adequada determinação dos parâmetros de compressibilidade e

da tensão de pré-adensamento. Esses ensaios são, entretanto, importantes para

uma analise comparativa da qualidade dos ensaios realizados em amostras

indeformadas de um mesmo solo.

O comportamento tensão deformação de um solo submetido ao ensaio de

adensamento também pode ser descrito pelo coeficiente de variação

volumétrica, mv. A Figura 7.4 apresenta a variação do coeficiente de variação

volumétrica em relação à tensão efetiva para os ensaios de adensamento

edométricos realizados em corpos de prova indeformados. Com exceção do

ensaio AEI-4, as tendências das curvas foram semelhantes, com o mv

DBD


107

aumentando para pressões inferiores à tensão de pré-adensamento, e

diminuindo sensivelmente para as pressões correspondentes ao trecho de

compressão virgem. Comportamento semelhante ao apresentado no presente

trabalho foi reportado por Martins & Lacerda (1994) para argilas normalmente

adensadas.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

1 10 100 1000


mv x

10-

2 (1

/kPa

)


Figura 7.4 - Curvas logσ’ x mv dos ensaios de adensamento edométrico

A faixa destacada na Figura 7.4 indica a região em que se encontra a tensão de

pré-adensamento. Este mesmo destaque será apresentado nas figuras

subseqüentes.

Os coeficientes de adensamento, cv, foram determinados para os ensaios AEI-1,

AEI-2, AEI-3 e AEI-4 pelo Método de Taylor. A Figura 7.5 mostra as tendências

obtidas para esses ensaios em relação à tensão efetiva. As curvas se iniciam

Coe

ficie

nte

de V

aria

ção

Vol

umét

rica

- m

V x

10-2

(1/k

Pa)

DBD


108

com valores mais elevados de cv, que decresceram rapidamente até ficarem

constantes. Observou-se que uma relativa constância dos valores de cv é

atingida no trecho de compressão virgem, após a tensão de pré-adensamento.

0,01

0,1

1

10

100

1 10 100 1000


c v x

10-

3(cm

²/s)


Figura 7.5 – Curvas logσ’ x cv dos ensaios de adensamento edométrico.

O coeficiente de compressão secundária, cα, foi determinado somente para o

ensaio AEI-2, cujos estágios de carregamento foram de 72 horas. Este

parâmetro foi obtido a partir da curva tempo x deformação, pela inclinação da

reta após o final do adensamento primário. Seu comportamento em relação à

tensão efetiva está mostrado na Figura 7.6. Percebe-se neste gráfico que o cα

inicialmente aumenta com as tensões até atingir um máximo próximo à tensão

de pré-adensamento, decrescendo em seguida para um valor aproximadamente

constante. Tal tipo de comportamento também foi observado por outros autores,

como por exemplo Ladd (1973) e Coutinho & Lacerda (1994).

Coe

ficie

nte

de A

dens

amen

to -

c V x

10-3

(cm

²/s)

DBD


109

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

1 10 100 1000

Tensão Efetiva (kPa) Figura 7.6 –Curva logσ’ x cα do ensaio de adensamento AEI-2

A permeabilidade do depósito de argila mole foi determinada a partir dos ensaios

de adensamento AEI-3 e AEI-4 de duas maneiras distintas: por calculo indireto

obtendo-se o coeficiente de permeabilidade a partir de outros parâmetros do

ensaio de adensamento de acordo com a teoria de Terzaghi, e pela medida

direta dos ensaios de permeabilidade de carga constante que foram executados

ao final de determinados estágios de carga.

A seguinte expressão propicia a determinação do coeficiente de permeabilidade

pela teoria de Terzaghi:

wvv .m.ck γ= ,

sendo k o coeficiente de permeabilidade do solo;

cv o coeficiente de adensameto;

Coe

ficie

nte

de C

ompr

essã

o Se

cund

ária

- c α

(%)

DBD


110

mv o coeficiente de variação volumétrica;

γw o peso específico da água

A Figura 7.7 mostra a variação dos coeficientes de permeabilidades, calculados

e medidos, com a tensão efetiva.

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

1 10 100 1000


AEI-3 calculadoAEI-4 calculadoAEI-3 medidoAEI-4 medido

Figura 7.7 – Gráfico σ’ x k dos ensaios de adensamento AEI-3 e AEI-4

Observou-se uma tendência de diminuição da permeabilidade com o aumento do

nível de tensões, sendo que, para uma mesma tensão efetiva, os valores de

permeabilidade muitas vezes encontram-se dispersos (com variações de até

uma ordem de grandeza). Analisando a permeabilidade em função dos índices

de vazios, conforme a Figura 7.8, verificou-se uma melhor relação, que é dada

por 12,4)kln(.57,0e += , com um coeficiente de correlação de 0,85.

Coe

ficie

nte

de P

erm

eabi

lidad

e –

k x

10-6

(cm

/s)

DBD


111

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

AEI-3 calculadoAEI-4 calculadoAEI-3 medidoAEI-4 medido

e = 0,5725Ln(k) + 4,1215R2 = 0,8532

Figura 7.8 - Gráfico k x e dos ensaios de adensamento AEI-3 e AEI-4

7.2. Ensaios de Adensamento Hidrostático

Os ensaios de adensamento hidrostático tiveram, como principal objetivo,

propiciar informações quanto à velocidade de acréscimo de tensões a ser

utilizada nos ensaios de adensamento anisotrópico, cujas análises encontram-se

no Apêndice I, além de potencialmente contribuírem para uma elaboração futura

de um modelo de comportamento do depósito de solo mole estudado. Foram

realizados dois ensaios, denominados de AI-1 e AI-2, cujas características

iniciais dos seus corpos de prova encontram-se resumidas na Tabela 7.4.

Coeficiente de Permeabilidade – k x 10-6 (cm/s)

Índi

ce d

e V

azio

s - e

DBD


112

Tabela 7.4 - Características dos corpos de prova dos ensaios de adensamento hidrostático

Ensaio Amostra Gs γt (kN/m³) γd

(kN/m³)

w0

(%) e0

S0

(%)

AI-1 AM-1 2,62 12,45 5,57 123,65 3,62 89,61

AI-2 AM-15 2,60 12,19 5,35 128,01 3,80 87,58

As curvas tensão-deformação (logσ’ x e) desses ensaios estão apresentadas na

Figura 7.9.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1 10 100 1000


AI-1AI-2

Figura 7.9 – Curvas logσ’ x e dos ensaios de adensamento hidrostático

Cabe ressaltar que se optou, no segundo ensaio, pela utilização de dreno lateral

para acelerar a dissipação de poropressão no corpo de prova, entretanto, os

resultados não incluem as correções decorrentes do uso do dreno lateral. A

Figura 7.9 sugere que tal correção não seja necessária, já que as curvas

apresentam-se praticamente coincidentes.

Índi

ce d

e Va

zios

– e

/e0

DBD


113

O comportamento dessas curvas foi semelhante ao dos ensaios edométricos,

com o trecho de compressão virgem não retilíneo, indicando que as amostras

ensaiadas eram de boa qualidade.

Verifica-se, para o segundo ensaio, AI-2, que após a pressão de 400kPa a curva

apresenta um comportamento não esperado. Acredita-se que tal resultado possa

ser devido a algum problema, não identificado, de medição de variação de

volume, como por exemplo um vazamento ou interferências de origem elétrica

no LGMA.

A Tabela 7.5 mostra os parâmetros de compressibilidade dos ensaios AI-1 e

AI-2. O primeiro apresenta um CR com valor inferior ao observado nos ensaios

de adensamento edométrico realizados em corpos de prova indeformados,

enquanto que no ensaio AI-2, este parâmetro encontra-se bem mais próximo

dos valores apresentados anteriormente.

Tabela 7.5 – Parâmetros de compressibilidade dos ensaios de adensamento hidrostático

Ensaio e0 cc 0

ce1

cCR +=

AI-1 3,62 1,26 0,27

AI-2 3,80 1,66 0,36

A tensão de pré-adensamento estimada para os dois ensaios, pelo Método de

Pacheco Silva, foi de 50 kPa para a amostra AI-1 e de 48kPa para a amostra

AI-2. Estes valores, apesar de serem semelhantes, não confirmam o resultado

obtido pelos ensaios edométricos.

A variação volumétrica em função do nível de tensões está apresentada na

Figura 7.11. As curvas, apesar de terem um comportamento diferente no início,

apresentam a mesma tendência observada nos ensaios edométricos, com o mv

aumentando para pressões inferiores à tensão de pré-adensamento, e

diminuindo sensivelmente para as pressões correspondentes ao trecho de

compressão virgem. A região destacada nesta figura representa a faixa onde se

encontra a tensão de pré-adensamento calculada pelos ensaios de

adensamento hidrostático.

DBD


114

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

1 10 100 1000


AI-1AI-2

Figura 7.10 - Curvas logσ’ x mv dos ensaios de adensamento hidrostático

Notou-se nestes ensaios, a enorme variação de volume que os corpos de prova

sofreram ao longo dos ensaios, como pode ser observado pela variação do

diâmetro da amostra e pela membrana, mostradas na Figura 7.12. Ao final da

pressão de 500kPa, os corpos de prova apresentavam deformações

volumétricas de aproximadamente 42%.

Coe

ficie

nte

de V

aria

ção

Vol

umét

rica

- m

V x

10-2

(1/k

Pa)

DBD


115

Figura 7.11 – Corpo de prova durante o ensaio de adensamento hidrostático

7.3. Ensaios de Adensamento Anisotrópico

Os ensaios de adensamento anisotrópico foram realizados com o intuito de

contribuir para uma futura implementação de um modelo de comportamento do

depósito de solo mole estudado.

Esses ensaios consistiram em adensar o corpo de prova com diversas relações

,v

,hK

σσ= constantes, controladas ao longo do ensaio. Após a fase de

adensamento, as amostras foram submetidas ao cisalhamento não drenado,

porém, esses dados não serão apresentados por fugirem do escopo do presente

trabalho.

As características iniciais dos corpos de prova encontram-se apresentadas na

Tabela 7.6 e os resultados individuais de cada ensaio encontram-se no Anexo V.

Diâmetro do corpo

de prova durante

o ensaio

Diâmetro inicial do

corpo de prova

DBD


116

Os ensaios, cujos corpos de prova foram envolvidos com dreno lateral, não

tiveram seus resultados corrigidos pelo uso do dreno.

Tabela 7.6 - Características dos corpos de prova dos ensaios de adensamento

anisotrópicos

Ensaio Amostra Gs γt

(kN/m³)

γd

(kN/m³)

w0

(%) e0

S0

(%)

K=1,0 sem dreno AM-3 2,53 12,89 5,53 132,87 3,47 96,57

K=1,0 com dreno AM-6 2,65 13,22 5,83 126,83 3,45 97,22

K=0,9 AM-3 2,53 12,81 6,06 111,57 3,08 91,20

K=0,8 AM-4 2,51 13,26 5,93 123,79 3,15 98,53

K=0,8 repetido AM-15 2,60 13,10 5,81 125,40 3,39 96,24

K=0,7 AM-4 2,51 12,98 5,72 127,12 3,30 96,48

K=0,6 AM-4 2,51 13,07 5,88 122,33 3,18 96,31

K=0,6 repetido AM-7 2,62 13,40 6,49 106,50 2,95 94,32

K=0,5 AM-5 2,45 12,71 5,95 113,42 3,03 91,61

K=0,5 repetido AM-15 2,60 13,49 6,28 114,68 3,08 97,30

As curvas s’ x υ obtidas nos ensaios de K constante estão apresentadas na

Figura 7.12. Deve-se notar que optou-se por apresentar tais curvas em um

gráfico onde se tem o volume específico, υ, no eixo vertical. Tal variável,

amplamente utilizada na modelagem do comportamento de solos, é definida

como:

e1 +=ν ,

onde υ é o volume específico e e o índice de vazios do solo.

Novamente observa-se um paralelismo entre as curvas, que é confirmado pelos

índices de compressão, apresentados na Tabela 7.7. Comparando-se estes

parâmetros com os das Tabela 7.3, percebe-se que os valores de CR

encontram-se bem próximos para os ensaios de adensamento edométrico e os

anisotrópicos.

DBD


117

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ/(1

+e0)

k=1sem drenok=1 com drenok=0,9k=0,8k=0,8repetidok=0,7k=0,6k=0,6repetidok=0,5k=0,5repetido

Figura 7.12 – Curvas tensão-deformação dos ensaios de adensamento anisotrópicos

Tabela 7.7 – Parâmetros de compressibilidade dos ensaios anisotrópicos

Ensaio e0 cc 0

ce1

cCR +=

K=1,0 sem dreno 3,47 1,78 0,40

K=1,0 com dreno 3,45 1,56 0,35

K=0,9 3,08 1,49 0,36

K=0,8 3,15 1,66 0,40

K=0,8 repetido 3,39 1,93 0,44

K=0,7 3,30 1,80 0,42

K=0,6 3,18 1,66 0,52

K=0,6 repetido 2,95 1,53 0,39

K=0,5 3,03 1,82 0,45

K=0,5 repetido 3,08 1,76 0,43

Outra observação em relação à Figura 7.10 é que todos os trechos de

compressão virgem dos ensaios estão situados à esquerda das curvas dos

ensaios hidrostáticos. Deve-se notar que a reta formada pelo trecho de

compressão virgem dos ensaios hidrostáticos possui um significado especial, ela

separa o estado possível, à sua esquerda, do impossível, à sua direita (Atkinson

& Bransby, 1978, pág. 129).

DBD


118

Os caminhos de tensões efetivas seguidos em cada ensaio estão mostrados na

Figura 7.13, onde 2

s,h

,v, σ+σ

= e 2

t,h

,v σ−σ

= . Conforme o esperado, a

inclinação das curvas formadas pelos caminhos aumentou conforme o K

diminuía. Nota-se, nesta Figura, que a condição de K constante só foi

efetivamente alcançada, em todos os ensaios, para valores de s’ maiores que

cerca de 100kPa, ou seja, quando as amostras se encontravam em um domínio

correspondente ao do material normalmente adensado. Nota-se, também, uma

aparente não repetibilidade de caminhos de tensões nos ensaios com K = 0,6 e

0,8, repetibilidade esta conseguida nos ensaios com K = 1,0 e 0,5. Nenhuma

justificativa razoável para as faltas de repetibilidade observadas foi conseguida,

sendo, portanto, necessárias investigações adicionais que possibilitem avaliar se

as mesmas decorreram de eventuais aspectos relativos ao controle dos ensaios

ou a características iniciais dos corpos de provas ensaiados.

0 100 200 300 400s' (kPa)

0

50

100

150

200

t (kP

a)

k=1,0 sem drenok=1,0 com drenok=0,9k=0,8k=0,8 repetidok=0,7k=0,6k=0,6 repetidok=0,5k=0,5 repetido

Figura 7.13 – Caminhos de tensões efetivas dos ensaios anisotrópicos

Analisando as deformações radiais desses ensaios, tentou-se estimar o

coeficiente de empuxo em repouso, K0, do solo em sua condição normalmente

adensada. No gráfico deformação axial x deformação radial, da Figura 7.14,

nota-se que os ensaios realizados com K=0,5 apresentam uma deformação

radial negativa ao longo de todo o ensaio, e que os realizados com K=0,6 têm

inicialmente uma deformação radial positiva, que posteriormente decresce até

ficar negativa e assim permanece até o final do ensaio. Esses resultados

sugerem que o K0 se encontra entre 0,5 e 0,6.

DBD


119

Neste gráfico, verifica-se também que o ensaio realizado com K=0,7 não está

apresentando bons resultados. Provavelmente o mesmo foi iniciado sem que o

top cap estivesse totalmente encostado no corpo de prova.

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60

def. axial(%)

def.

radi

al (%

)

k=0,9k=0,8k=0,8repetidok=0,7k=0,6k=0,6repetidok=0,5k=0,5repetido

Figura 7.14 – Curva deformação axial x deformação radial dos ensaios anisotrópicos

Na tentativa de estimar o K0 utilizou-se, da Figura 7.14, os pontos do gráfico

onde a deformação radial era nula. Com os seus respectivos s’ e t traçou-se uma

“envoltória” correspondente ao K0, obtendo um valor de K0=0,62 (Figura 16).

Outra maneira usual de se obter o K0 é a partir da correlação

)sin1( ,0 φ−=K proposta por Jaky (1944), onde φ’ é o ângulo de atrito do solo

obtido pela envoltória de resistência. Apesar de não estarem apresentados no

presente trabalho, por fugirem do seu escopo, foram realizados, em amostras de

solo da profundidade de 3,50 a 4,00 metros, ensaios triaxiais não drenados

(CIU). Estes foram executados em corpos de prova com 38,2mm de diâmetro, na

mesma prensa triaxial dos ensaios de adensamento hidrostático, descrita no

Capítulo 5, com medida de poropressão na base.

DBD


120

A Figura 7.15 mostra os caminhos de tensão efetiva e a envoltória dos ensaios

CIU, que apresentou coesão nula e ângulo de atrito de aproximadamente 26,3°.

Pela correlação )sin1( ,0 φ−=K se obteve um K0 de 0,56.

É importante destacar que esses resultados estão corrigidos pelos efeitos de

membrana e do dreno lateral, de acordo com Henkel & Gilbert (1954).

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 100 200 300 400

Tens

ão d

esvi

ador

a -

◊d (

kPa)

Figura 7.15 – Envoltória de resistência dos ensaios CIU

A Figura 7.16 mostra os dois caminhos K0 estimados, juntamente com as

envoltórias obtidas nos ensaios de adensamento anisotrópico.

t (kP

a)

c’ = 0, φ’ = 26,3

s’ (kPa)

DBD


121

0 100 200 300 400s' (kPa)

0

50

100

150

200

t (kP

a)

k=1,0 sem drenok=1,0 com drenok=0,9k=0,8k=0,8 repetidok=0,7k=0,6k=0,6 repetidok=0,5k=0,5 repetidoK0 estimado da envoltória de resistênciaK0 estimado dos ensaios anisotrópicos

Figura 7.16 – Caminhos de tensão efetiva incluindo as estimativas de K0

7.4. Discussão e Comparação de Resultados

7.4.1. Efeitos de Amostragem

Conforme mencionado no capítulo 2 desta dissertação, a qualidade dos

processos de amostragem tem sido motivo de muita preocupação no meio

geotécnico. Diversos estudos mostram a influência de uma amostra de má

qualidade nos resultados dos ensaios de adensamento, e indicam que o uso

desses dados pode levar a erros de projeto.

Diante desse fato, houve no presente trabalho a preocupação em se obter

amostras e, conseqüentemente resultados, de boa qualidade. Além dos

cuidados no processo de amostragem, adotou-se o procedimento sugerido por

Ladd & DeGroot (2004) para extrair o solo do shelby no laboratório.

Foi realizada uma avaliação da qualidade das amostras, baseada no critério

primeiramente proposto por Lunne et al. (1997), posteriormente adaptado para o

caso de solos moles brasileiros por Oliveira (2002). Este critério, que está

apresentado na Tabela 7.8, é proposto para amostras de ensaios edométricos e

utiliza a relaçãoo

ovo

eee −

, onde evo é o índice de vazios corresponde à tensão

efetiva de campo e eo é o índice de vazios inicial do corpo de prova.

DBD


122

Tabela 7.8 - Critério de avaliação de qualidade de amostras (Oliveira, 2002)

Muito Boa a Excelente

Boa a Regular Pobre Muito Pobre

o

ovo

eee −

< 0,05 0,05 – 0,08 0,08 – 0,14 >0,14

As amostras avaliadas foram as dos ensaios de adensamento edométrico AEI-1,

AEI-2, AEI-3 e AEI-4. Como o critério proposto por Oliveira (2002) é baseado em

ensaios com estágios de 24 horas, obteve-se o ev0 de curvas tensão-deformação

plotadas considerando o índice de vazios final de cada estágio como o

correspondente ao de 24 horas. Os resultados obtidos encontram-se na Tabela 7.9.

Tabela 7.9 – Classificação da qualidade das amostras

Ensaio e0 ev0 0e

e∆ Classificação

AEI-1 3,16 3,10 0,02 Muito boa a excelente AEI-2 3,31 3,18 0,04 Muito boa a excelente AEI-3 3,24 3,14 0,03 Muito boa a excelente AEI-4 3,41 3,09 0,09 Pobre

De acordo com o critério de avaliação utilizado, as amostras dos ensaios AEI-1, AEI-2

e AEI-3 são de boa qualidade. Entretanto, a do ensaio AEI-4 é considerada pobre.

Como os procedimentos de retirada das amostras no campo e a preparação dos

corpos de prova no laboratório foram os mesmos, e as características das amostras

ensaiadas eram bem semelhantes, acredita-se que a classificação de má qualidade

do ensaio AEI-4 seja uma particularidade deste corpo de prova. A aparente má

qualidade desta amostra justifica os comportamentos observados nas curvas do

ensaio EAI-4 apresentadas nas Figuras 7.1 e 7.4 quando comparados com os dos

demais ensaios.

Segundo Martins & Lacerda (1994), outra maneira de avaliar a qualidade da

amostra é observar se o trecho de compressão virgem na curva σ’ x e não se

apresenta retilíneo. Essa tendência foi observada para todos os ensaios, como se

pode verificar nas Figuras 7.1, 7.9 e 7.12.

Correia & Lacerda (1982) mencionaram a influência do amolgamento na curva ,vv logxm σ . Esta curva apresenta um pico na região na tensão de pré-

adensamento, e quanto menor a perturbação da amostra, mais pronunciado é o

máximo desta curva. Os autores também sugerem que, em amostras de boa

qualidade, uma estimativa da tensão de pré-adensamento seria utilizar a pressão

DBD


123

correspondente ao ponto médio entre o ponto de inflexão e o ponto máximo da curva ,vv logxm σ . A Figura 7.3 ilustra essa tendência para o ensaio AEI-1, sendo que

todos os demais ensaios mostraram essa mesma resposta.

1,00

10,00

1 10 100 1000

Índi

ce d

e V

azio

s e

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30


Coe

ficie

nte

de V

aria

ção

Vol

umét

rica

m

V

(x

10-2

m²/k

N)

Figura 7.17 – Comparação das curvas logσ’ x e e logσ’ x mv

DBD


124

Diante da compatibilidade dos resultados obtidos com as avaliações de

qualidade de amostras propostas na literatura, considerou-se, com exceção do

ensaio EAI-4, que todas as amostras ensaiadas presentes nesta dissertação são

de boa qualidade.

Esta análise da qualidade das amostras mostrou-se importante para o presente

trabalho, já que os procedimentos de amostragem no campo e de extrusão das

amostras no laboratório adotados não foram convencionais. Com os resultados

obtidos verificou-se também a importância de seguir os cuidados recomendados

por Ladd & DeGroot (2004).

7.4.2. Características de Adensamento e Permeabilidade

O depósito de argila mole estudado, para a profundidade investigada,

apresentou-se levemente pré-adensado, com uma tensão de pré-adensamento

da ordem de 78 kPa e um OCR de 1,95. Santos (2004) também observou em

seu trabalho um OCR próximo de 2 para a profundidade de 2 metros.

Conforme mencionado anteriormente, este leve pré-adensamento também foi

observado em outras regiões da Baixada Fluminense, como por exemplo em

Sarapuí (Almeida et al., 2005), e pode estar associado a diversos fatores, tais

como:

• História geológica dos depósitos;

• Efeitos de envelhecimento, associados à compressão secundária;

• Ressecamento, associado a variações climáticas ou do nível d’água.

O solo estudado apresenta, para a profundidade de 3,50 a 4,00 metros, um

coeficiente de adensamento, cv, de 5,75 x 10-3 cm²/s. Este valor quando

comparado com os estudos de Aragão (1975) e Santos (2004) mostra-se

próximo do encontrado por Santos, que variou de 6,25 x 10-3 a 8,0 x 10-3 cm²/s

para a profundidade de 2 metros, entretanto diferente do encontrado por Aragão

(1975), que foi de 2,7 x 10-4 cm²/s para uma profundidade próxima da do

presente trabalho.

Aragão, observou em sua pesquisa uma razoável dispersão nos valores de cv ao

longo da profundidade, e a relaciona aos diferentes graus de pré-adensamento

DBD


125

ao longo da camada, o que implicaria em diferentes efeitos de amolgamento

durante a extração e manuseio das amostras. Essa pode ser uma explicação

para os diferentes valores de cv observados no presente trabalho e o obtido por

Aragão (1975).

Este parâmetro, quando comparado com os dos demais locais da Baixada

Fluminense, apresentados na Tabela 2.3 do Capítulo 2, encontra-se na média.

A permeabilidade média obtida dos ensaios de adensamento edométricos com

medida de permeabilidade, AEI-3 e AEI-4, para a profundidade em estudo, foi de

2,0 x 10-9 m/s. Comparando com os obtidos por Santos (2004), de 6,2 x 10-9 e

8,8 x 10-9 m/s, verifica-se que os valores encontram-se na mesma ordem de

grandeza de 10-9 m/s. Estes ainda encontram-se dentro da gama de valores

encontrada por Almeida et al. (2005) para a argila de Sarapuí, que apresentou

valores variando de 24 x 10-8 m/s a 3 x 10-9 para a região sobreadensada.

7.4.3. Características de Compressibilidade

Os parâmetros de compressibilidade obtidos no presente trabalho estão

comparados, na Tabela 7.10, com os obtidos por Aragão (1975) e Santos (2004)

para a região de Santa Cruz e por Almeida et al. (2005) para Sarapuí. Verifica-se

uma compatibilidade nos valores de CR, com exceção do obtido por Santos

(2004).

Tabela 7.10 – Comparação dos parâmetros de compressibilidade com dados da

literatura

Parâmetro Presente

trabalho Aragão (1975) Santos (2004)

Almeida et al.

(2005)

cc 1,87 1,70 0,75 a 0,84 1,3 a 3,2

ce 0,24 0,15 0,10 -

)e1(CcCR

o+= 0,44 0,40 0,25 0,41

ce/cc 0,13 0,09 0,12 0,12

Os valores correspondentes ao trabalho de Aragão foram obtidos diretamente

das curvas apresentadas em sua pesquisa, para uma profundidade de

aproximadamente 3,75 metros.

DBD


126

7.4.4. Estimativas de Recalque

Os parâmetros de compressibilidade apresentados na Tabela 7.10 podem ser

utilizados para estimar o recalque primário do depósito de argila mole estudado.

Para tal estimativa, considerou-se que os parâmetros obtidos para a

profundidade de 3,50 a 4,00 metros podem ser extrapolados para o meio da

camada de argila, ou seja, a 7,5 metros.

A Figura abaixo representa as condições do depósito argiloso antes e após a

implantação da camada de aterro. Considerou-se nos dois casos que o nível

d’água está no topo da camada de argila.

a) Depósito mole antes do aterro b) Depósito mole com aterro

Figura 7.18 - Condições do depósito argiloso antes e após a implantação da camada de

aterro

Adotando o peso específico do depósito mole de 13,13 kN/m³ e do aterro de

20 kN/m³, conforme indicado no capítulo 6, as tensões efetivas a 7,5 metros de

profundidade são de 26 kPa e 76 kPa, respectivamente antes e depois do

carregamento do aterro.

O recalque primário foi obtido pela formulação ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛σσ

+=ρ

1

2c log.H.e1

c, onde H

corresponde à espessura da camada de solo mole e σ1 e σ2 correspondem,

respectivamente, às tensões efetivas atuantes no solo antes e após o

carregamento.

Desse modo, o recalque primário, ρ, foi estimado em 3,07 metros.

7,5 metros

NA

Aterro (2,50m)

NA

15 metros

Depósito de argila mole Depósito de argila mole

DBD


127

Já o recalque final por compressão secundária, segundo Sandroni (2006), pode

ser estimado para carregamentos que ultrapassem a pressão de pré-

adensamento, ou seja, que estejam normalmente adensados, através da

seguinte formulação:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

+=ε f

caf OCRlog).N1.(

e1c

,

onde εaf é a deformação específica secundária final e N = cr/cc.

Sandroni (2006), baseado em dados experimentais, recomenda valores de N de

0,13 e um OCRf de 1,5. Observa-se que os valores recomendados encontram-se

próximos dos obtidos neste trabalho.

Para a estimativa do recalque secundário do depósito mole em estudo, adotou-

se a média dos parâmetros obtidos dos ensaios de adensamento edométrico

realizados em corpos de prova indeformados do presente trabalho, ou seja:

• e1

cc

+ de 0,45,

• N de 0,16

• OCR de 1,95

Desse modo, obteve-se uma deformação específica secundária de 11%.

Considerando a espessura do depósito argiloso de 15 metros, o recalque

secundário estimado é de 1,65 metros.

Considerando os recalques primário e secundário calculados, o recalque total a

ser esperado para a camada de argila mole, estimado a partir dos dados de

laboratório, é de 4,72m.

De acordo com laudo de sondagens SPT realizado na década de 70 na área da

Subestação, que se encontra apresentado no Capítulo 3 do presente trabalho, o

depósito argiloso possuía uma espessura de aproximadamente 15 metros.

Novas investigações realizadas nesta área em 2005 (de Campos et al., 2005)

informaram que esta espessura estaria hoje em torno de 11 metros.

Partindo do pressuposto que as estimativas de recalque estão corretas, e

considerando as informações de campo mencionadas, supõe-se que a camada

de argila mole, na área investigada, pode ter sofrido até o momento um recalque

DBD


128

da ordem de 4m, é de se esperar que ainda deva ocorrer nesta camada um

recalque de origem secundária da ordem de 0,50m.

DBD


8 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

8.1. Conclusões

O perfil do depósito argiloso, até a profundidade investigada de 6,50 metros,

apresentou-se constituído predominantemente por partículas finas, sendo

classificado, de acordo com o SUCS, como um silte de alta plasticidade para

todas as profundidades, com exceção da de 3,50 a 4,00 metros, cujo solo é

classificado como uma argila de alta plasticidade.

De acordo com o Índice de Atividade de Skempton, as camadas do depósito de

argila mole são classificadas como de atividade normal para as profundidades de

2,50 a 3,00 metros e 5,25 a 5,75 metros e como ativa na profundidade de 3,50 a

4,00 metros.

A escolha do solo da profundidade de 3,50 a 4,00 metros para a análise da

compressibilidade e das características de adensamento mostrou-se ter sido

apropriada, já que a caracterização geotécnica evidenciou que esta é a camada

mais compressível dentre as investigadas.

A caracterização mineralógica indicou, em todo o perfil estudado, que o solo

argiloso é constituído por caulinita, com traços de ilita e quartzo. Análises mais

detalhadas foram realizadas para a profundidade de 3,50 a 4,00 metros

indicando também a presença do argilomineral expansivo esmectita.

As análises químicas mostraram-se compatíveis com os resultados de

caracterização geotécnica e mineralógica do solo, apresentando valores de CTC

coerentes com os índices de atividade de Skempton e valores de Ki indicando a

presença de argilominerais do tipo 2:1 em todo o perfil do solo investigado.

DBD


130

Observou-se uma certa dificuldade na determinação do teor de matéria orgânica,

que apresentou diferentes resultados de acordo com as metodologias

empregadas. Definiu-se então, que o valor adotado no presente trabalho seria

obtido da curva resultante dos ensaios de P.P.A, sendo este, a porcentagem

correspondente a uma temperatura de 450oC. Este resultado indica que o

depósito de argila mole estudado apresenta um baixo teor de matéria orgânica,

fato que não é observado em diversos outros locais da Baixada Fluminense.

De acordo com os ensaios de adensamento, o depósito mole encontra-se

levemente pré-adensado na profundidade de 3,50 a 4,00 metros, com um OCR

de 1,95 e uma tensão de pré-adensamento de 78kPa.

Os parâmetros de compressibilidade, adensamento e permeabilidade obtidos

encontram-se semelhantes aos apresentados por Aragão (1975) e Santos (2004)

na região de Santa Cruz, e dentro da gama de variação observada em outras

argilas moles da Baixada Fluminense.

Os ensaios de adensamento anisotrópico indicaram que o K0 do solo na

condição normalmente adensado encontra-se entre 0,5 e 0,6. Uma “envoltória”

foi traçada com valores de s’ e t correspondentes a pontos de deformação radial

nula das amostras adensadas com K=0,5 e K=0,6, revelando um K0 de 0,62.

Este parâmetro, estimado a partir da proposta de Jaky, foi de 0,56.

A eficiência das metodologias de amostragem e de extração adotadas foi

verificada a partir de uma análise da qualidade de amostras. Essa análise foi

realizada baseada nos resultados dos ensaios de adensamento edométrico e

indicaram, com exceção do ensaio EAI-4, que as amostras ensaiadas neste

trabalho eram de boa qualidade. No caso da amostra do ensaio EAI-4 acredita-

se que a má qualidade seja uma particularidade do corpo de prova ensaiado.

Estimou-se um recalque total de 4,72 metros, para o solo da subestação, sendo

3,07 metros correspondentes ao recalque primário e 1,65 metros ao secundário.

Partindo do pressuposto que esta estimativa está correta, e considerando as

informações de campo disponíveis, supõe-se que a camada de argila mole, na

área investigada, pode ter sofrido até o momento um recalque da ordem de 4m,

DBD


131

é de se esperar que ainda deva ocorrer nesta camada um recalque de origem

secundária da ordem de 0,50m.

8.2. Sugestões Para Trabalhos Futuros

• Fazer a datação de todo o perfil do depósito mole estudado.

• Realizar um estudo mais detalhado para padronizar o procedimento de

obtenção do teor de matéria orgânica.

• Comparar os resultados de adensamento fornecidos no presente trabalho

com os dados obtidos dos ensaios de campo.

• Determinar a curva “eos” (end of secondary) do solo estudado.

• Executar, em amostras de diferentes profundidades, ensaios triaxiais

adensados anisotropicamente até a tensão efetiva de campo e posteriormente

cisalhar de maneira não drenada.

• Realizar ensaios triaxiais do tipo UU em amostras de todo o perfil do

depósito mole, com estimativas da tensão efetiva inicial e medidas de poro-

pressão à meia altura dos corpos de prova, e comparar os resultados de

resistência não drenada obtidas no campo e laboratório.

DBD


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DBD


APÊNDICE I DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DOS ENSAIOS DE ADENSAMENTO ANISOTRÓPICO

Os ensaios de adensamento anisotrópico foram realizados sob tensão

controlada em um equipamento triaxial desenvolvido no Imperial College, a qual

está vinculado o programa Triax. Para a realização dos ensaios neste

equipamento é necessário definir a priori, dentre outros fatores, a velocidade de

incremento de tensão.

Para tanto, foram realizados quatro ensaios piloto, submetidos a diferentes

velocidades de incremento de tensão, com o objetivo de comparar os resultados

com os do ensaio hidrostático AI-1, e assim definir uma velocidade que garanta

toda a dissipação do excesso de poropressão gerado.

A metodologia adotada para os ensaios piloto foi a mesma dos demais ensaios

anisotrópicos, descrita no capítulo 5. Nesses ensaios, não se utilizou o dreno

lateral.

A Tabela A.1 indica as velocidades e as características iniciais dos corpos de

prova.

Tabela A.1 – Características iniciais dos corpos de prova dos ensaios de adensamento

anisotrópico para diferentes velocidades Velocidade do ensaio Amostra Prof.

(m) Gs γt (kN/m³)

γd (kN/m³)

w0 (%) e0

S0 (%)

5 kPa/h AM-2 3,5 a 4,0 2,63 12,78 5,52 131,4 3,67 94,12 10 kPa/h AM-1 5,3 a 5,7 2,65 12,88 5,60 129,9 3,64 94,60 15 kPa/h AM-1 5,3 a 5,7 2,65 13,56 6,75 100,9 2,86 93,80 20 kPa/h AM-1 3,5 a 4,0 2,62 13,15 5,89 123,2 3,36 96,03

A Figura A.1 ilustra as curvas tensão-deformação desses ensaios, comparando

com o ensaio hidrostático AI-1. Do gráfico, concluiu-se que a velocidade de

incremento de tensão que produz resultados mais próximos do ensaio não

controlado é a de 5 kPa/h.

DBD


138

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1 10 100

vel.=5 kPa/h

vel.=10 kPa/h

vel.=15 kPa/h

vel.=20 kPa/h

AI-1

Figura A.1 – Curvas tensão-deformação

υ/(1

+e0)

s’ (kPa)

DBD


ANEXO I RESULTADOS INDIVIDUAIS DA CARACTERIZAÇÃO

Neste Anexo serão apresentados os resultados individuais de cada uma das

amostras caracterizadas.

A Tabela A.1 mostra, para todas as amostras, o resumo dos resultados da

análise granulométrica, da densidade relativa dos grãos, dos limites de liquidez e

de plasticidade, a atividade de Skempton e a classificação dos solos de acordo

com o Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS).

A seguir encontram-se as curvas granulométricas individualizadas do aterro e do

perfil do depósito mole estudado.

DBD


Tabela A.I.1 – Tabela resumo dos ensaios de caracterização

Granulometria (%) Amostra Prof. (m)

Pedregulho Areia Grossa

Areia Média

Areia Fina Silte Argila

Gs LL (%)

LP (%)

IP (%) IA USCS

Aterro 1,10 – 1,40 4,0 25,0 15,0 6,0 19,9 30,1 2,77 51 33 19 0,62 SM AM-1 2,50 – 3,00 - - 0,1 2,9 32,2 64,6 2,54 121 56 66 1,01 MH AM-1 3,50 – 4,00 - - 0,1 4,3 39,9 55,7 2,62 135 55 81 1,44 MH AM-1 5,25 – 5,75 - - 0,8 16,1 46,4 36,7 2,66 85 45 40 1,09 MH

AM-1 6,00 – 6,50 0,5 33,3 29,0 37,2 2,57 56 31 25 1,44 MH

AM-2 3,50 – 4,00 - - 7,9 9,8 47,0 53,3 2,64 87 33 55 1,03 CH AM-3 3,50 – 4,00 - - 0,1 2,2 40,1 57,5 2,53 153 53 100 1,73 CH AM-4 3,50 – 4,00 - - 0,8 3,8 40,2 55,2 2,51 134 51 83 1,51 MH AM-5 3,50 – 4,00 - - 1,1 7,2 35,4 56,3 2,45 114 47 65 1,16 MH AM-6 3,50 – 4,00 - - 0,4 2,1 59,4 38,1 2,65 121 38 82 2,16 CH AM-7 3,50 – 4,00 - - 0,7 1,3 40,9 57,1 2,62 138 49 89 1,55 CH AM-8 3,50 – 4,00 - - 0,4 2,3 56,9 40,4 2,68 119 46 73 1,81 CH AM-9 3,50 – 4,00 - - 0,1 2,2 44,7 53,1 2,63 114 32 82 1,55 CH

AM-11 3,50 – 4,00 - - 0,2 1,3 50,4 48,1 2,60 116 44 73 1,51 CH AM-12 3,50 – 4,00 - - 0,1 1,2 45,6 53,1 2,62 121 53 68 1,28 MH AM-13 3,50 – 4,00 - - 0,7 15,2 54,0 30,2 2,64 132 42 91 2,99 CH AM-14 3,50 – 4,00 - - 0,7 6,2 56,6 36,4 2,60 108 37 71 1,95 CH AM-15 3,50 – 4,00 - - 0,5 2,3 48,3 48,9 2,60 151 55 96 1,96 CH

129

DBD


141

Peneira No (SUCS) 200

100

60 40 20 10 8 4 1/4"

5/16

"3/

8"

3/4"

1 ½

"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)

MatacãoPedraABNT SilteArgila P e d re g ulhoAre iaméd iafin a fin og ro s s a méd io g ro s s o

SilteArgila P e d re g ulhoAre iaméd iafin a g ro s s a 21 43

SilteArgila PedregulhoAre iafin a g ro s s améd ia

MIT

S UCS

Figura A.I.1 – Curva granulométrica do aterro


100

60 40 20 10 8 4 1/4"

5/16

"3/

8"1/

2"

3/4"

1 ½

"0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS

Figura A.I.2 – Curva granulométrica da amostra AM-01 (prof. 2,50 a 3,00 metros)

Aterro

AM-01 Prof. (m): 2,50 a 3,00

DBD


142

P eneira No (S UCS ) 200

100

60 40 20 10 8 4 1/4"

5/16

"3/

8"1/

2"

3/4"

1 ½

"

0

10

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

10 0

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

10 0

0 ,0 0 0 1 0 ,0 0 1 0 ,0 1 0 ,1 1 10 10 0 10 0 0


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)

MatacãoPedraABNT SilteArgila P e d re g u lh oAre iam éd iafin a fi n og r o s s a m éd io g r o s s o

SilteArgila P e d re g u lh oAre iam éd i afin a g ro s s a 21 43

SilteArgila PedregulhoA re iafin a g r o s s am éd ia

MIT

S UCS

Figura A.I.3 - Curva granulométrica da amostra AM-01 (prof. 3,50 a 4,00 metros)


100

60 40 20 10 8 4 1/4"

5/16

"3/

8"

3/4"

1 ½

"0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS


AM-01 Prof. (m): 3,50 a 4,00

AM-01 Prof. (m): 5,25 a 5,75

DBD


143


100

60 40 20 10 8 4 1/4"

5/16

"3/

8"

3/4"

1 ½

"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS


P eneira No (S UCS ) 200

100

60 40 20 10 8 4 1/4"

5/16

"3/

8"

3/4"

1 ½

"0

10

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

10 0

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

10 0

0 ,0 0 0 1 0 ,0 0 1 0 ,0 1 0 ,1 1 10 10 0 10 0 0


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)

MatacãoPedraABNT SilteArgila P e d re g u lh oAre iam éd iafin a fi n og r o s s a m éd io g r o s s o

SilteArgila P e d re g u lh oAre iam éd i afin a g ro s s a 21 43

SilteArgila PedregulhoA re iafin a g r o s s am éd ia

MIT

S UCS


AM-01 Prof. (m): 6,00 a 6,50

AM-02 Prof. (m): 3,30 a 4,00

DBD


144


100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS



100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS


AM-03 Prof. (m): 3,30 a 4,00

AM-04 Prof. (m): 3,30 a 4,00

DBD


145


100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

1/2"

3/4"

1 ½

"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

retid

a (%

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000Diâmetro dos Grãos (mm)

Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS



100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS


AM-05 Prof. (m): 3,30 a 4,00

AM-06 Prof. (m): 3,30 a 4,00

DBD


146


100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS



100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS


AM-07 Prof. (m): 3,30 a 4,00

AM-08 Prof. (m): 3,30 a 4,00

DBD


147


100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS



100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS


AM-09 Prof. (m): 3,30 a 4,00

AM-11 Prof. (m): 3,30 a 4,00

DBD


148


100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS



100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS


AM-12 Prof. (m): 3,30 a 4,00

AM-13 Prof. (m): 3,30 a 4,00

DBD


149


100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS



100

60 40 20 10 8 4 1/4"

3/8"

3/4"

1 ½

"0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porc

enta

gem

ret

ida

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0 ,1 1 10 100 1000


Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)




MIT

S UCS


AM-14 Prof. (m): 3,30 a 4,00

AM-15 Prof. (m): 3,30 a 4,00

DBD


ANEXO II DIFRATOGRAMAS DE RAIO X

Neste anexo serão apresentadas as análises de difração de Raio X. Os

argilominerais estão identificados de acordo com a seguinte legenda:

• Ct – Caulinita

• Em – Esmectita

• I – Ilita

• Q - Quartzo

a) Difração de Raio X pelo Método do Pó realizada no material passante na

peneira de malha #40

0 10 20 30

0

200

400

600

Figura A.II.1 – Difratograma de Raio X da profundidade de 2,50 a 3,00 metros Método do

pó no material passante na #40).

Ct

Argilomineral

2:1

Q

Ct

Q

DBD


151

0 10 20 30

0

200

400

600

Figura A.II.2 - Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros Método do


0 10 20 30

0

200

400

600

800

1000

Figura A.II.3 - Difratograma de Raio X da profundidade de 5,25 a 5,65 metros (Método do


Ct Ct

Q

Ct I

Q

I

DBD


152

b) Difração de Raio X pelo Método do Pó realizada no material passante na


0 10 20 302θ (o)

0

100

200

300Le

itura


pó no material passante na #200)

c) Difração de Raio X pelo Método do Pó realizada no material passante na


0 10 20 302θ (o)

0

40

80

120

160

Leitu

ra


pó no material passante na #400)

Ct

Q

Ct

Q

I

DBD


153

d) Difração de Raio X realizada em lâminas do material passante na peneira

de malha #400

0 10 20 30

0

20

40

60

80

100

120

Figura A.II.6 – Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros (Lâmina

sem tratamento do material passante na #400)

0 10 20 302θ (ο)

0

20

40

60

80

100

120

Leitu

ra

Figura A.II.7 - Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros (Lâmina

aquecida do material passante na #400)

Lâmina sem tratamento

Lâmina aquecida

Ct

Q

I

Argilomineral

2:1 Ct

Argilomineral

2:1

Q

DBD


154

0 10 20 302θ (o)

0

20

40

60

80

100

120

Leitu

ra

Figura A.II.8 - Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros (Lâmina

glicolada do material passante na #400)

Lâmina glicolada

Ct

Em

DBD


ANEXO III RESULTADOS INDIVIDUAIS DOS ENSAIOS DE ADENSAMENTO EDOMÉTRICOS

Neste Anexo estão apresentados os resultados individuais de cada um dos

ensaios de adensamento edométrico.

a) Ensaios de Adensamento Convencional

i) Ensaio AEI-1

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

1 10 100 1000


Índi

ce d

e V

azio

s e

Figura A.III.1 – Curva σ’ x e do ensaio AEI-1

DBD


156

0,01

0,1

1

10

100

1 10 100 1000


Coe

ficie

nte

de A

dens

amen

to

CV

( x

10-3

cm²/s

)

Figura A.III.2 – Curva σ’ x cv do ensaio AEI-1

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30


Coe

ficie

nte

de V

aria

ção

Vol

umét

rica

m

V

(x

10-2

m²/k

N)

Figura A.III.3 – Curva σ’ x mv do ensaio AEI-1

DBD


157

0,001

0,01

0,1

1

10

1 10 100 1000


Coe

ficie

nte

de P

erm

eabi

lidad

e k

( x

10-6

cm/s

)

Figura A.III.4 - Curva σ’ x k do ensaio AEI-1

DBD


158

0 20 40 60 80Raiz Tempo (min)

8

10

12

14

16

18

20

Altu

ra d

o C

orpo

de

Prov

a (m

m)

Ensaio de Adensamento Edométrico Convencional

ENSAIO AEI-1Prof.: 3,50 a 4,00m

Figura A.III.5 – Curvas raiz tempo x altura do c.p. do ensaio AEI-1

DBD


159

• Ensaio AEA-1

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1 10 100 1000 10000


Índi

ce d

e V

azio

s e

Dados iniciais w = 184,3 %

Dados iniciais w = 184,3 % e = 4,77 S = 100,3 %

Dados iniciais w = 184,3 %

Figura A.III.6 - Curva σ’ x e do ensaio AEA-1

• Ensaio AEA-2

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

1 10 100 1000 10000Tensão Efetiva (kPa)

Índi

ce d

e V

azio

s e


DBD


160

b) Ensaio de Adensamento com Medida de Creep (AEI-2)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

1 10 100 1000


Índi

ce d

e V

azio

s e

Figura A.III.9 - Curva σ’ x e do ensaio AEI-2

0,01

0,1

1

10

1 10 100 1000


Coe

ficie

nte

de A

dens

amen

to

CV (

x 10

-3cm

²/s)


DBD


161

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35


Coe

ficie

nte

de V

aria

ção

Vol

umét

rica

m

V

(x

10-2

m²/k

N)


0,001

0,01

0,1

1

1 10 100 1000


Coe

ficie

nte

de P

erm

eabi

lidad

e k

( x

10-6

cm/s

)

Figura A.III.12 – Curva σ’ x k do ensaio AEI-2

DBD


162


8

10

12

14

16

18

20

Altu

ra d

o C

orpo

de

Prov

a (m

m)

Ensaio de Adensamento Edométrico com Medida de Compressão Secundária

Ensaio AEI-2Prof.: 3,50 a 4,00m


DBD


163

c) Ensaios de Adensamento com Medida de Permeabilidade i) Ensaio AEI-3

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

1 10 100 1000


Índi

ce d

e V

azio

s e

Figura A.III.14 - Curva σ’ x e do ensaio AEI-3

0,01

0,1

1

10

100

1 10 100 1000


Coe

ficie

nte

de A

dens

amen

to

CV

( x

10-3

cm²/s

)


DBD


164

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30


Coe

ficie

nte

de V

aria

ção

Vol

umét

rica

m

V

(x

10-2

m²/k

N)


0,001

0,01

0,1

1

10

1 10 100 1000


Coe

ficie

nte

de P

erm

eabi

lidad

e k

( x

10-6

cm/s

)

k calculado

k medido


DBD


165


8

12

16

20

Altu

ra d

o C

orpo

de

Prov

a (m

m)

Ensaio de Adensamento Edométrico com Medida Permeabilidade



DBD


166

ii) Ensaio AEI-4

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

1 10 100 1000


Índi

ce d

e V

azio

s e


0,1

1

10

100

1 10 100 1000


Coe

ficie

nte

de A

dens

amen

to

CV

( x

10-3

cm²/s

)


DBD


167

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40


Coe

ficie

nte

de V

aria

ção

Vol

umét

rica

m

V

(x

10-2

m²/k

N)


0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

1 10 100 1000


Coe

ficie

nte

de P

erm

eabi

lidad

e k

( x

10-6

cm/s

)

kcalculado

kmedido


DBD


168

0 20 40 60 80 100Raiz Tempo (min)

8

12

16

20

Altu

ra d

o C

orpo

de

Prov

a (m

m)

Ensaio de Adensamento Edométrico com Medida Permeabilidade


Figura A.III.23 - Curvas raiz tempo x altura do c.p. do ensaio AEI-4

DBD


ANEXO IV RESULTADOS INDIVIDUAIS DOS ENSAIOS DE ADENSAMENTO HIDROSTÁTICO

Neste Anexo estão apresentados os resultados individuais de cada um dos

ensaios de adensamento hidrostático.

a) Ensaio AI-1

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1 10 100 1000


Índi

ce d

e V

azio

s e

Figura A.IV.1 - Curva σ’ x e do ensaio AI-1

DBD


170

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25


Coe

ficie

nte

de V

aria

ção

Vol

umét

rica

m

V

(x

10-2

m²/k

N)

Figura A.IV.2 - Curva σ’ x mv do ensaio AI-1

b) Ensaio AI-2

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

1 10 100 1000


Índi

ce d

e V

azio

s e

Figura A.IV.3 - Curva σ’ x e do ensaio AI-2

DBD


171

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25


Coe

ficie

nte

de V

aria

ção

Vol

umét

rica

X

10-

2 m

V (

m²/k

N)

Figura A.IV.4 - Curva σ’ x mv do ensaio AI-2

DBD


ANEXO V RESULTADOS INDIVIDUAIS DOS ENSAIOS DE ADENSAMENTO ANISOTRÓPICO

Neste anexo serão apresentados os resultados individuais dos ensaios de

adensamento anisotrópico.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ

Figura A.V.1 – Curva s’ x υ para o ensaio K=1,0 sem dreno lateral

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ

Figura A.V.2 - Curva s’ x υ para o ensaio K=1,0 com dreno lateral

K=1,0 sem dreno lateral

K=1,0 com dreno lateral

DBD


173

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ

Figura A.V.3 - Curva s’ x υ para o ensaio K=0,9

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ

Figura A.V.4 – Curva s’ x υ para o ensaio K=0,8

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ

Figura A.V.5 – Curva s’ x υ para o ensaio K=0,8 repetido

K=0,9

K=0,8

K=0,8 repetido

DBD


174

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ

Figura A.V.8 – Curva s’ x υ para o ensaio K=0,6 repetido

K=0,7

K=0,6

K=0,6 repetido

DBD


175

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

1 10 100 1000

s' (kPa)

υ

Figura A.V.10 - Curva s’ x υ para o ensaio K=0,5 repetido

K=0,5 repetido

K=0,5

DBD


ana carolina souza lima de campos características de compressibilidade de … agradeço ao leonardo...

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