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8/18/2019 Variação dos parâmetros de resistência de um solo residual de gnaisse obtido em ensaio de cisalhamento direto s…

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Variação dos parâmetros de resistência deum solo residual de gnaisse obtido em

ensaio de cisalhamento direto sobcondições inundadas e não inundadas

Cesar Schmidt GODOIa,b, Fábio Krueger da SILVA b,c, Marciano MACCARINIc,1 eRafael Augusto dos Reis HIGASHI c

a Leme Engenharia-Tractebel Engineering

b UNISUL – Universidade do Sul de Santa Catarinac

UFSC-Universidade Federal de Santa Catarina

Resumo. A avaliação das propriedades geomecânicas de solos residuais tem sidoum importante tema de pesquisas no mundo. Devido às particularidades intrínsecasdestes materiais, a realização de ensaios laboratoriais para a determinação dos parâmetros de resistência é muito importante, sobretudo quando da aplicação em projetos geotécnicos de fundações, obras de terra e contenções. Neste artigo sãoapresentados resultados de ensaios de cisalhamento direto nas condições inundadase não-inundadas de um solo residual de gnaisse da cidade de Santo Amaro daImperatriz no estado de Santa Catarina (Brasil). O objetivo deste trabalho, além daapresentação dos próprios resultados e parâmetros geomecânicos, é avaliarvariações nas propriedades de resistência devido à diminuição dos efeitos dasucção matricial sobre os grãos do solo. Através da realização de ensaios em 5amostras coletadas em um talude e em um poço de inspeção foi possível constatara diminuição da resistência ao cisalhamento nas amostras inundadas para osmesmos níveis de tensão confinante. Em duas amostras ocorreu maior variação noângulo de atrito, sem apresentar variação na coesão. Esse efeito pode ser explicado pelos efeitos de cimentação de solos residuais que podem mascarar a influência desucção.

Palavras-Chave. Solos residuais, solos não saturados, parâmetros de resistência.

1. Introdução

De forma geral, os solos residuais, derivados do intemperismo de rochas ígneas,comumente apresentam boas propriedades geomecânicas para o desenvolvimento deobras de engenharia. No entanto, o estudo do comportamento geotécnico de solosresiduais, tropicais e subtropicais é complexo e apresenta grande variabilidade regionale com diferentes características. Diversos autores citam que isso se deve ao tipo deformação destes solos, tais quais normalmente são formados em ambientes de elevadaumidade com variações de temperatura, os quais favorecem a intensa atividade químicano perfil de intemperismo.

1 Corresponding Author.


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Analisando os resultados dessa classificação, pode-se observar que todas asamostras estão abaixo da linha A (área ML ou KL) na carta de plasticidade e acima dalinha D na carta de atividade (área ML, MH ou CL). Analisando as possíveis faixasencontradas, provavelmente as classificações adequadas para as amostras analisadassão ML (silte e areia fina inorgânica) e KL (solos cauliníticos). Os solos analisadosapresentaram o predomínio de minerais como Quartzo e Caulinita, além de outrosminerais como Muscovita e Haloisita (Godoi, 2014).

4.2. Cisalhamento Direto

Os principais resultados obtidos nos ensaios de cisalhamento direto nas condiçõesinundadas e não inundadas estão apresentados da Figura 5 à Figura 9 (envoltórias deruptura, curvas tensão-deformação e variação da deformação vertical).

Figura 5. Tal. 4 – AM. 1 – Curvas Tensão-Deformação e Envoltórias de Mohr-Coulomb para a condição“Não-Inundada” (laranja) e “Inundada” (azul)

Figura 6. Tal. 2 – AM. 1 - Curvas Tensão-Deformação e Envoltórias de Mohr-Coulomb para acondição “Não-Inundada” (vermelho) e “Inundada” (bordô)

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Deformação Horizontal ( % )

AM 1-Tal. 4-prof. 0,5 Inundada

AM 1-Tal. 4-prof. 0,5 Não Inundada

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D e f o r m a ç ã o V e r t i c a l ( %

)

τ = 0,6832σ + 27,296

R² = 0,9064

τ = 0,7038σ + 11,593

R² = 0,9988

0

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Tensão Normal (kPa)

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D e f o r m a ç ã o V e r t i c a l ( % )

τ= 0,644σ+ 10,44

R² = 0,9966τ= 0,6851σ+ 25,913

R² = 0,9833

0

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0 20 40 60 80 100 120 140 160



Ta l. 2 - A M. 1 ( In un da da ) Ta l. 2 - A M. 1 (Nã o-I nu nd ad a)


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Figura 9. PI. 1-AM.3-prof. 3m - Curvas Tensão-Deformação e Envoltórias de Mohr-Coulomb para acondição “Não-Inundada” (roxo) e “Inundada” (marrom)

Na comparação entre os gráficos, inundado e não inundado, é possível constatar adiminuição da resistência ao cisalhamento nas amostras inundadas para os mesmosníveis de tensão confinante. O comportamento tensão-deformação dos corpos de provaé relativamente similar em praticamente todos os casos. De forma geral, estes nãoindicaram picos significativos, sendo que após a ruptura ocorreu a estabilização dastensões cisalhantes.

Pode-se observar que para baixos níveis de tensão confinante (33 kPa)

praticamente todos os corpos de prova apresentaram uma tendência de aumento de suaaltura (deformação vertical positiva). Também foi possível verificar que a deformaçãovertical negativa foi tão maior, quanto maior a pressão confinante.

A amostra Tal. 4 – AM.1 – prof. 0,5m, condição não-inundada apresentou a maiordispersão de resultados (menor R²) na envoltória de ruptura. No entanto, aparentementeessa dispersão não prejudicou a análise dos resultados e os parâmetros de resistênciaapresentam coerência.

Na Tabela 2 estão apresentados os parâmetros de resistência do solo, obtidos nesseensaio, bem como a variação destes parâmetros.

Tabela 2. Principais resultados obtidos nos ensaios de cisalhamento direto

AmostraInundado Não Inundado Variação

c (kPa) φ (º) c (kPa) φ (º) Δc (kPa) Δφ (º)

Tal. 4– AM. 1-prof. 0,5 m 11,6 35,1 27,3 34,3 15,7 -0,8Tal. 2– AM. 1-prof. 0,5 m 10,4 32,8 25,9 34,4 15,5 1,6PI-1 – AM 1-prof. 1 m 13,0 37,9 13,2 41,5 0,2 3,6PI-1 – AM 2-prof. 2 m 4,2 39,2 14,4 39,5 10,2 0,3PI-1 – AM 3-prof. 3 m 17,1 36,7 17,1 42,1 0 5,4

Todas as envoltórias de Mohr-Coulomb apresentaram redução nos seus parâmetrosde resistência, relacionando as condições “Inundada” e “Não-Inundada”.

As amostras PI-1 – AM 3-prof. 3 m e PI-1 – AM 1-prof. 1 m apresentaram umasignificativa variação no ângulo de atrito (maior que 3,5º), sem apresentar variação nacoesão. Entretanto, as demais amostras apresentaram significativa variação na coesão,enquanto o ângulo de atrito permaneceu praticamente o mesmo.

0

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PI-1-AM.3-prof.3m -In undada

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V e r t i c a l ( % )

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R² = 0,9994

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Sandroni (1985) cita que a diminuição no intercepto de coesão, devido a perda dasucção durante a inundação do corpo de prova, é clara em ensaios a altas tensõesconfinantes. A baixos níveis de tensão, outros agentes, como a quebra de cimentações, podem mascarar a influência da sucção. Nas amostras analisadas, essa evidência ficaclara nos corpos de prova 1 e 2 (33 kPa e 78 kPa) nas amostras PI-1 – AM 3-prof. 3 m ePI-1 – AM 1-prof. 1 m. O efeito de cimentação explica o mesmo intercepto coesivoapresentado nessas amostras, no entanto, diferentes ângulos de atrito.

5. Conclusões

As amostras do Poço de Inspeção tiveram a predominância da fração areia, enquantoque as amostras do Talude predominaram a fração silte. Os limites de liquidez variaramde 38 a 52%, enquanto que os índices de plasticidade variaram de 6 a 18%. Adensidade real dos grãos variou entre 26,4 a 27,3 kN/m³. Esses resultados são coerentescom obtidos na bibliografia para solos residuais (e.g. Sandroni, 1985).

Nos ensaios de cisalhamento direto na comparação entre as envoltórias inundada enão inundada, é possível constatar a diminuição da resistência ao cisalhamento nasamostras inundadas para os mesmos níveis de tensão confinante.

As amostras PI-1 – AM 3-prof. 3 m e PI-1 – AM 1-prof. 1 m apresentaramsignificativa variação no ângulo de atrito sem apresentar variação na coesão. Esseefeito pode ser explicado pelo fato de que a baixos níveis de tensão, o efeito dacimentação pode mascarar a influência da sucção. As demais amostras apresentaramsignificativa variação na coesão, enquanto o ângulo de atrito permaneceu praticamenteo mesmo.

Referências

[1] A.W. Bishop, D.J. Henkel, The Measurement of Soil Properties in the Triaxial Test, Imperial College,1962.

[2] ASTM. STANDARD TEST METHOD, Standard Test Method for direct shear test of soils underconsolidated drained conditions, ASTM D3080, 2004.

[3] C.S. Godoi, Caracterização Geomecânica de um Solo Residual de Gnaisse – Santo Amaro da Imperatriz,Santa Catarina, Dissertação de Mestrado, UFSC, Florianópolis-SC, 2014.

[4] M. Vargas, Characterization, Identification and Classification of Tropical Soils, Proc. SecondInternational Conference on Geomechanics in Tropicals Soils, Singapore, 1988.

[5] S.S. Sandroni, Sampling and Testing of Residual Soils – A Review of International Practice , ISSMFE.Hong Kong. 1985.

[6] ZÊNITE TOPOGRAFIA, ENGENHARIA E CONSULTORIA AMBIENTAL LTDA, Relatório deSondagem SPT – Santo Amaro da Imperatriz – SC, 2012.

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