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Ana Carolina Souza Lima de Campos
Características de compressibilidade de uma argila m
ole
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CB
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Ana Carolina Souza Lima de Campos
Características de compressibilidade de uma argila m
ole
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CB
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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.
Ana Carolina Souza Lima de Campos
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CB
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!!
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CB
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,
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CB
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
K
0
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 K
0
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 m
v
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 log
σ
’ x e/e
0
para os ensaio edométricos 103
Figura 7.2 - Curva log
σ
’ x e/e
0
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 log
σ
’ x m
v
dos ensaios de adensamento edométrico 107
Figura 7.5 – Curvas log
σ
’ x c
v
dos ensaios de adensamento edométrico. 108
Figura 7.6 –Curva log
σ
’ x c
α
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 log
σ
’ x e dos ensaios de adensamento hidrostático 112
Figura 7.10 - Curvas log
σ
’ x m
v
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 K
0
121
Figura 7.17 – Comparação das curvas log
σ
’ x e e log
σ
’ x m
v
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.I.4 - Curva granulométrica da amostra AM-01 (prof. 5,25 a 5,75 metros) 142
Figura A.I.5 - Curva granulométrica da amostra AM-01 (prof. 6,00 a 6,50 metros) 143
Figura A.I.6 - Curva granulométrica da amostra AM-02 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 143
Figura A.I.7 - Curva granulométrica da amostra AM-03 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 144
Figura A.I.8 - Curva granulométrica da amostra AM-04 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 144
Figura A.I.9 - Curva granulométrica da amostra AM-05 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 145
Figura A.I.10 - Curva granulométrica da amostra AM-06 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 145
Figura A.I.11 - Curva granulométrica da amostra AM-07 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 146
Figura A.I.12 - Curva granulométrica da amostra AM-08 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 146
Figura A.I.13 - Curva granulométrica da amostra AM-09 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 147
Figura A.I.14 - Curva granulométrica da amostra AM-11 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 147
Figura A.I.15 - Curva granulométrica da amostra AM-12 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 148
Figura A.I.16 - Curva granulométrica da amostra AM-13 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 148
Figura A.I.17 - Curva granulométrica da amostra AM-14 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 149
Figura A.I.18 - Curva granulométrica da amostra AM-15 (prof. 3,50 a 4,00 metros) 149
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
Figura A.II.3 - Difratograma de Raio X da profundidade de 5,25 a 5,65 metros
(Método do pó no material passante na #40). 151
Figura A.II.4 - Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros
(Método do pó no material passante na #200) 152
Figura A.II.5 - Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros
(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
Figura A.II.7 - Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros
(Lâmina aquecida do material passante na #400) 153
Figura A.II.8 - Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros
(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 c
v
do ensaio AEI-1 156
Figura A.III.3 – Curva σ’ x m
v
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.7 – Curva σ’ x e do ensaio AEI-2 159
Figura A.III.9 - Curva σ’ x e do ensaio AEI-2 160
Figura A.III.10 – Curva σ’ x c
v
do ensaio AEI-2 160
Figura A.III.11 – Curva σ’ x m
v
do ensaio AEI-2 161
Figura A.III.12 – Curva σ’ x k do ensaio AEI-2 161
Figura A.III.13 – Curvas raiz tempo x altura do c.p. do ensaio AEI-2 162
Figura A.III.14 - Curva σ’ x e do ensaio AEI-3 163
Figura A.III.15 – Curva σ’ x c
v
do ensaio AEI-3 163
Figura A.III.165 – Curva σ’ x m
v
do ensaio AEI-3 164
Figura A.III.17 – Curva σ’ x k do ensaio AEI-3 164
Figura A.III.18 – Curvas raiz tempo x altura do c.p. do ensaio AEI-3 165
Figura A.III.19 – Curva σ’ x e do ensaio AEI-4 166
Figura A.III.20 – Curva σ’ x c
v
do ensaio AEI-4 166
Figura A.III.21 – Curva σ’ x m
v
do ensaio AEI-4 167
Figura A.III.22 – Curva σ’ x k do ensaio AEI-4 167
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 m
v
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 m
v
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
Figura A.V.6 - Curva s’ x
υ
para o ensaio K=0,7 174
Figura A.V.7 - Curva s’ x
υ
para o ensaio K=0,6 174
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Figura A.V.8 – Curva s’ x
υ
para o ensaio K=0,6 repetido 174
Figura A.V.9 - Curva s’ x
υ
para o ensaio K=0,5 175
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.
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21
Com os resultados dos ensaios de adensamento obteve-se uma estimativa do K
0
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.
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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.
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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
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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 (SiO
4
) 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
,
v
vse 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 m
v
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
e
ee −
, onde e
vo
é o índice de vazios corresponde à tensão efetiva de campo e
e
o
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)
0
e
e
∆
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
0
e
e∆
< 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 SiO
2
e Al2O
3
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
w
nat
(%) 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
e
0
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(
c
CR
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
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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
γ
t
x Prof (m)
08,032.1H.009,0
t
±
+
=
γ
504 0,36
w
i
x Prof (m)
196,119H.21,2H.35,0w
2
i
±++=
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
c
c
x Prof (m)
45,080,0H.22,0H.0167,0c
2
c
±++=
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)
Ca
2+
Mg
2+
K
+
Na
+
H
+
Al
3+
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
Ca
2+
, Mg
2+
, 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
γ
nat
(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)
H
2
0 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 Ca
2+
(3 a 9,4
Cmolc/kg), Mg
2+
(3,4 a 10,9 Cmolc/kg), Al
3+
(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: Ca
2+
(2,1 a 6,9 Cmolc/kg), Mg
2+
(2,8 a 3,7 Cmolc/kg), Al
3+
(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
c
vmédio
x 10
-8
(m²/s)
c
c
c
s
m
v
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
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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
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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 N
SPT
, 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.
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40
0
10
20
30
40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Nspt
Prof (m)
SPT 1 SPT2 SPT3 SPT4 SPT5
argila orgânica
h = 2,2m
aterro h = 3,5m aterro h = 3,6m aterro h = 2,85m
aterro h = 2,3m
aterro h = 2,95m
argila orgânica
h = 12,15m
argila orgânica
h = 10,4m
argila orgânica
h = 10,95m
argila orgânica
h = 10,95m
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 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Nspt
Prof (m)
SPT6 SPT7 SPT8 SPT9 SPT10
argila orgânica
h = 10,9m
aterro h = 3,9
m
aterro h = 2,85
m
aterro h = 3,4
m
aterro h = 3,4m
aterro h = 3,5
m
argila orgânica
h = 11,95m
argila orgânica
h = 12,6m
argila orgânica
h = 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 4
0
0
10
20
30
40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Nspt
Prof (m)
SPT11 SPT12 SPT13 SPT14 SPT15
argila orgânica
h = 11,5m
aterro h = 3,1
m
aterro h = 2,9
m
aterro h = 2,85
m
aterro h = 3,5m
aterro h = 2,95
m
argila orgânica
h = 9,9m
argila orgânica
h = 13,1m
arg orgânica
h1 = 2,8
m
h2 = 6
m
arg orgânica
h1 = 4,1
m
h2 = 5,9
m
areia h = 3,2
m
areia h = 3,2
m
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
Nspt
Prof (m)
SPT16 SPT17 SPT18 SPT19
argila orgânica
h = 12,1m
aterro h = 2,5
m
aterro h = 3,5
m
aterro h = 4,3
m
aterro h = 3,7m
argila orgânica
h = 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
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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.
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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
A
E-2
A
E-3
A
E-4
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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 (q
c
), atrito lateral (f
c
) e o monitoramento constante de
poropressões (u
b
). 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
048121620
q
c
(kg/cm
2
)
Profundidade (m)
NA =
1,6
0
2
4
6
8
10
12
14
16
012345
u2
s
(kg/cm
2
)
Profundidade (m)
Figura 3.6 – Resultados do ensaio CPTU-1 na área AE-1
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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
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45
Figura 3.8 - Trinca vertical na base dos geradores
Figura 3.9 - Trinca horizontal na base de edifícios
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46
Figura 3.10 - Trincas na laje do calçamento
Figura 3.11 - Poste desalinhado e fundações com trincamento.
Trincas
Poste
desalinhado
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47
Figura 3.12 - Postes mostrando distorção.
Figura 3.13 - Poste com distorção para o lado menos pesado.
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48
Figura 3.14 - Distorções de pórticos.
Figura 3.15 - Canaleta de drenagem superficial deformada tanto vertical quanto
horizontalmente.
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49
Figura 3.16 - Placas de concreto com fissuras e deslocamentos diferenciais.
Figura 3.17 - Recalques diferenciais do aterro.
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50
Figura 3.18 - Aparente perda de material junto à base de um conjunto de pórticos.
Figura 3.19 - Aterro com recalques diferenciais.
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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.
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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
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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
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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.
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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
alumínio
Camisas de
alumínio com
ponta bizelada
Bolacha/Pistão
estacionário
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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
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(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 formado
com auxilio da
perfuratriz com
trados ocos
Trados ocos são
levantados e
amostrodor é
posicionado
Ha ste s/p istã o
são mantidos
fixos e crava-se
o amostrador
Conjunto é
girado para
cisalhar o
solo e solta r
camisa
Amostrador
com solo é
içado para a
supefície
Tampa da
ponteira é
mantida
fechada
Selo da tampa
é rompido e
amostrador entra
em contato
com 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
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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
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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 se
r
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.
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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
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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
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(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
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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.
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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
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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
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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.
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As determinações do peso específico natural (γ
t
) e da umidade natural (w
0
) 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 (γ
t
) foi determinado cravando-se um anel
de peso e volume conhecidos no bloco amostrado, e a umidade natural (w
0
) foi
obtida diretamente do solo retirado do interior do bloco.
Os demais índices como o peso específico seco (γ
d
), 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(dePlasticidadeÍndice
IA
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
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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 30
o.
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.
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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
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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
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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 cm
3
.
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).
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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.
a) Confecção dos corpos de prova
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
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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
Corta
r
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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
σ
σ
constantes,
controladas ao longo do ensaio. O programa experimental está descrito na
Tabela 5.5.
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80
Tabela 5.5 – Programa Experimental dos ensaios de Adensamento Anisotrópico
Amostra
Relação K=
,
,
v
h
σ
σ
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.
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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
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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
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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.
a) Confecção dos corpos de prova
Seguiu-se o mesmo procedimento adotado para o ensaio de adensamento
hidrostático.
b) Membranas, papel filtro e pedras porosas
Seguiu-se o mesmo procedimento adotado para o ensaio de adensamento
hidrostático.
c) Saturação das linhas
Seguiu-se o mesmo procedimento adotado para o ensaio de adensamento
hidrostático.
d) Montagem dos ensaios
Seguiu-se o mesmo procedimento adotado para o ensaio de adensamento
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
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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
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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/∆σ
c
), 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
σ
σ
.
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
,
v
σ e
,
h
σ
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.
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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.
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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.
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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
Peneira N
o
(SUCS)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
Aterro
2,50 a 3,00
3,50 a 4,00
5,25 a 5,75
6,00 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.
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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
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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(dePlasticidadeÍndice
IA
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
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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)
Depósito mole 5,25 – 5,75 Silte de alta plasticidade (MH)
Depósito mole 6,00 – 6,50 Silte de alta plasticidade (MH)
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 Li
q
uidez
(
%
)
Índice de Plasticidade (%)
2,50 a 3,00
3,50 a 4,00
5,25 a 5,75
6,00 a 6,50
ML ou OL
CL
CH
MH ou OH
Figura 6.2 – Carta de Plasticidade
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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 (
o
A )
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.
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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.
0102030
2
θ
(
o
)
0
200
400
600
800
1000
Leitura
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
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94
0
40
80
120
160
Leitura
0
20
40
60
80
100
120
Leitura
0102030
2
θ
(
o
)
0
20
40
60
80
100
120
Leitura
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
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95
051015
2
θ
(
o
)
0
20
40
60
80
100
120
Leitura
Lâmina sem tratatamento
Lâmina 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
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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.
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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)
SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
TiO
2
32
2
OAl
SiO
(Ki)
32
2
OR
SiO
(Kr)
32
32
OFe
OAl
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 Ca
2+
, Mg
2+
, K
+
e Na
+
.
Somando-se o Al
3+
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 cmol
c
/kg
Prof.
(m)
Ca
2+
Mg
2+
K
+
Na
+
Soma de
Bases (S)
Al
3+
H
+
CTC
(cmol
c
/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
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98
Tabela 6.9 –Faixa de valores de CTC associadas ao argilomineral (Santos, 1975)
Argilomineral CTC (meq/100g)
Caulinita 3 – 15
Haloisita – 2H
2
O 5 – 10
Endelita ou Haloisita – 4H
2
O 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.
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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 (cmol
c
/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
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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
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101
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
0 100 200 300 400 500 600 700
Temperatura (ºC)
Perda de Massa (%)
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.
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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
γ
t
(kN/m³)
γ
d
(kN/m³)
w
o
(%)
e
0
S
o
(%)
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
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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
)
Índice de Vazios e/e
AEI-1
AEI-2
AEI-3
AEI-4
Figura 7.1 – Comparação curvas log
σ
’ x e/e
0
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,
Índice de Vazios – e/e
0
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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 10000
Tensão Efetiva (kPa)
AEI-1
AEA-1
AEA-2
Figura 7.2 - Curva log
σ
’ x e/e
0
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.
Índice de Vazios – e/e
0
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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 1000
Tensão 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;
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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 log
σ
’ x e.
A Tabela 7.3 apresenta os parâmetros de compressibilidade obtidos dos ensaios
edométricos, sendo c
r
o índice de recompressão, c
c
o índice de compressão e c
e
o índice de expansão.
Tabela 7.3 – Parâmetros de compressibilidade dos ensaios de adensamento edométrico
Ensaio e
0
c
r
c
c
c
e
0
c
e1
c
CR
+
=
c
e
c
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, m
v
. 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 m
v
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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 10 100 100
0
Tensão Efetiva
(
kPa
)
m
v
x 10-2 (1/kPa)
AEI-1
AEI-2
AEI-3
AEI-4
Figura 7.4 - Curvas log
σ
’ x m
v
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, c
v
, 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
Coeficiente de Variação Volumétrica - m
V
x 10
-2
(1/kPa)
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108
com valores mais elevados de c
v
, que decresceram rapidamente até ficarem
constantes. Observou-se que uma relativa constância dos valores de c
v
é
atingida no trecho de compressão virgem, após a tensão de pré-adensamento.
0,01
0,1
1
10
100
1 10 100 100
0
Tensão Efetiva (kPa)
c
v
x 10-3(cm²/s)
AEI-1
AEI-2
AEI-3
AEI-4
Figura 7.5 – Curvas log
σ
’ x c
v
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 c
α
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).
Coeficiente de Adensamento - c
V
x 10
-3
(cm²/s)
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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 log
σ
’ x c
α
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;
c
v
o coeficiente de adensameto;
Coeficiente de Compressão Secundária - c
α
(%)
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110
m
v
o coeficiente de variação volumétrica;
γ
w
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
Tensão Efetiva (kPa)
AEI-3 calculado
AEI-4 calculado
AEI-3 medido
AEI-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.
Coeficiente de Permeabilidade – k x 10
-6
(cm/s)
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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 calculado
AEI-4 calculado
AEI-3 medido
AEI-4 medido
e = 0,5725Ln(k) + 4,1215
R2 = 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)
Índice de Vazios - e
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112
Tabela 7.4 - Características dos corpos de prova dos ensaios de adensamento hidrostático
Ensaio Amostra Gs
γ
t
(kN/m³)
γ
d
(kN/m³)
w
0
(%)
e
0
S
0
(%)
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 (log
σ
’ 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
Tensão Efetiva (kPa)
AI-1
AI-2
Figura 7.9 – Curvas log
σ
’ 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.
Índice de Vazios – e/e
0
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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 e
0
c
c
0
c
e1
c
CR
+
=
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 m
v
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.
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114
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1 10 100 100
0
Tensão Efetiva (kPa)
AI-1
AI-2
Figura 7.10 - Curvas log
σ
’ x m
v
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%.
Coeficiente de Varia
ç
ão Volumétrica - m
V
x 10
-2
(
1/kPa
)
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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
,
h
K
σ
σ
=
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
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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
γ
t
(kN/m³)
γ
d
(kN/m³)
w
0
(%)
e
0
S
0
(%)
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.
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117
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1 10 100 1000
s' (kPa)
υ
/(1+e
0
)
k=1sem dreno
k=1 com dreno
k=0,9
k=0,8
k=0,8repetido
k=0,7
k=0,6
k=0,6repetido
k=0,5
k=0,5repetido
Figura 7.12 – Curvas tensão-deformação dos ensaios de adensamento anisotrópicos
Tabela 7.7 – Parâmetros de compressibilidade dos ensaios anisotrópicos
Ensaio e
0
c
c
0
c
e1
c
CR
+
=
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).
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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.
0 100 200 300 400
s' (kPa)
0
50
100
150
200
t (
k
P
a)
k=1,0 sem dreno
k=1,0 com dreno
k=0,9
k=0,8
k=0,8 repetido
k=0,7
k=0,6
k=0,6 repetido
k=0,5
k=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, K
0
, 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 K
0
se encontra entre 0,5 e 0,6.
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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 102030405060
def. axial(%)
d
e
f
. ra
di
a
l
(%)
k=0,9
k=0,8
k=0,8repetido
k=0,7
k=0,6
k=0,6repetido
k=0,5
k=0,5repetido
Figura 7.14 – Curva deformação axial x deformação radial dos ensaios anisotrópicos
Na tentativa de estimar o K
0
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 K
0
, obtendo um valor de K
0
=0,62 (Figura 16).
Outra maneira usual de se obter o K
0
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.
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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 K
0
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
Tensão desviadora -
◊
d
(kPa)
Figura 7.15 – Envoltória de resistência dos ensaios CIU
A Figura 7.16 mostra os dois caminhos K
0
estimados, juntamente com as
envoltórias obtidas nos ensaios de adensamento anisotrópico.
t (kPa)
c’ = 0,
φ
’ = 26,3
s’ (kPa)
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121
0 100 200 300 400
s' (kPa)
0
50
100
150
200
t (
k
P
a)
k=1,0 sem dreno
k=1,0 com dreno
k=0,9
k=0,8
k=0,8 repetido
k=0,7
k=0,6
k=0,6 repetido
k=0,5
k=0,5 repetido
K
0
estimado da envoltória de resistência
K
0
estimado dos ensaios anisotrópicos
Figura 7.16 – Caminhos de tensão efetiva incluindo as estimativas de K
0
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 relação
o
ovo
e
ee −
, onde e
vo
é o índice de vazios corresponde à tensão
efetiva de campo e e
o
é o índice de vazios inicial do corpo de prova.
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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
e
ee −
< 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 e
v0
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 e
0
e
v0
0
e
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
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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
Í
ndice de Vazios e
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
1 10 100 1000
Tensão Efetiva
(
kPa
)
Coeficiente de Variação Volumétrica m
V
(x 10
-
2
m²/kN)
Figura 7.17 – Comparação das curvas log
σ
’ x e e log
σ
’ x m
v
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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, c
v
, 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 c
v
ao
longo da profundidade, e a relaciona aos diferentes graus de pré-adensamento
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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 c
v
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)
c
c
1,87 1,70 0,75 a 0,84 1,3 a 3,2
c
e
0,24 0,15 0,10 -
)e1(
Cc
CR
o
+
=
0,44 0,40 0,25 0,41
c
e
/c
c
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.
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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
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
σ
σ
+
=ρ
1
2
c
log.H.
e1
c
, onde H
corresponde à espessura da camada de solo mole e
σ
1
e σ
2
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
De
p
ósito de ar
g
ila mole
De
p
ósito de ar
g
ila mole
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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
c
af
OCRlog).N1.(
e1
c
,
onde
ε
af
é a deformação específica secundária final e N = c
r
/c
c
.
Sandroni (2006), baseado em dados experimentais, recomenda valores de N de
0,13 e um OCR
f
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
c
c
+
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
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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.
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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.
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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 450
o
C. 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 K
0
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 K
0
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,
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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.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR’s 7181/1984,
6459/1984, 7180/1984, 6508/1984, 6457/1986, 2887/1988, 3336/1990.
ADRIANO, M.H. Comunicação pessoal, 2006
ALMEIDA, M.S.S, Aterros Sobre Solos Moles: Da Concepção à Avaliação de
Desempenho, UFRJ, 1996
ALMEIDA, M.S.S, & MARQUES, M.E.S., The Behavior of Sarapui Soft
Organic Clay, International Workshop on Characterization and Engineering
Properties of Natural Soils, Singapure, 2002
ALSHAWABKEH, A. N., Basic and Applications of Eletrockinetics
Remediation, Handouts prepared for a short course, Federal University of Rio de
Janeiro, Rio de Janeiro, 2001.
ANTUNES, F. S., Ensaios Geológicos, Pedológicos e Mineralógicos nas
Argilas Moles do Rio de Janeiro, Relatório IPR/DNER, Rio de Janeiro, 1978
ARAGÃO, C.J.C, Propriedades Geotécnicas de Alguns Depósitos de Argila
Mole da Área do Grande Rio, Dissertação de Mestrado, Departamento de
Engenharia Civil, PUC-Rio, Rio de Janeiro, 1975.
ATKINSON, J.H.& Bransby, P.L., The Mechanics of Soils – An Introduction to
Critical State Soil Mechanics, McGraw-Hill University Series in Civil
Engineering, 1978
BELLO, L.A., ROCHA FILHO, P., de CAMPOS, T.M.P. & NETO, A.J.S. Emprego
de Eletroníveis no Monitoramento de Estruturas de Subestação Elétrica
Construída sobre Depósito de Argila Mole, COBRAMSEG, Curitiba, 2006a,
Vol 1, p.501-506.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
133
BELLO, L.A., ROCHA FILHO, P., de CAMPOS, T.M.P. & NETO, A.J.S.
Resistência Não Drenada de um Depósito de Argila Mole Através de
Ensaios Pressiométricos Cravados, COBRAMSEG, Curitiba, 2006b, Vol 2,
p.733-738.
BJERRUM, L., Problems of Soil Mechanics and Construction on Softy
Clays, State of the Art Report, 8
th
ICSMFE, Moscow, 1973, Vol.3, p.109-159.
BISHOP, A. W. e HENKEL, D.J. The Measurement of Soil Properties in the
Triaxial Test. 2.nd ed. - London : E. Arnold, 1962. 227p.
BOGOSSIAN, F. & LIMA, S.A., Sobre os Limites de Consistência das Argilas
Orgânicas, 5º Congresso Brasileiro de Maecanica dos Solos e Engenharia de
Fundações, São Paulo, 1974, Vol. II, p.293-299.
BURLAND, J.B. On the compressibility and shear strength of natural clays.
Géotechnique 40 (3), 329-378, 1990.
CARVALHO, J. Estudo da Compressão Secundária em Depósito de Argila
Mole de Itaipu, Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Civil,
PUC-Rio, Rio de Janeiro, 1980
CASAGRANDE, A., The Determination of the Preconsolidation Load and Its
Pratical Significance, Proceedins First International Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering, Cambridge, Massachusetts, 1936, Vol.
3, p.60-64.
CORREIA, M.H.C & LACERDA, W.A., Contribuição ao Estudo do Coeficiente
de de Compressibilidade Volumétrica. Solos e Rochas, Revista Brasileira de
Geotecnia, 1982, Vol.5, n°1, p.17-26.
COSTA FILHO, L.M., ARAGÃO, C.J.G & VELLOSO, P.P.C, Características
Geotécnicas de Alguns Depósitos de Argila Mole na Área do Grande Rio,
Solos e Rochas, Revista Brasileira de Geotecnia, 1984, Vol.8, n°1, p.3-11.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
134
COUTINHO, R. Q. Características de Adensamento com Drenagem Radial
de uma Argila Mole da Baixada Fluminense. Dissertação de Mestrado,
COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, 1976, 206p.
COUTINHO, R.Q. & LACERDA, W.A., Characterization/ Consolidation of
Juturnaiba Organic Clays, Solos e Rochas, Revista Brasileira de Geotecnia,
1994, Vol.17, n°2, p.145-154.
COUTINHO, R.Q., Oliveira, J.T.R & Oliveira, A.T.J., Estudo Quantitativo da
Qualidade de Amostras das Argilas Moles Brasileiras, XI CBMSFE, p. 927-
936, 1998.
CUNHA, R.P. Análise de Ruptura de um Aterro Sanitário Sobre a Argila
Mole do Caju. Dissertação de Mestrado, COPPE/UFRJ,1988
DE CAMPOS, T.M.P., ROCHA FILHO, P. & BELLO, L.A.L, Investigações
Preliminares. Relatório Parcial de Atividades RT-01, Projeto P&D
LIGHT/ANEEL. 32p, 2004
DE CAMPOS, T.M.P., ROCHA FILHO, P. & BELLO, L.A.L, Ensaios de
Piezocone e Dissipação de Poropressão (CPTU). Relatório Parcial de
Atividades RT-04, Projeto P&D LIGHT/ANEEL. 33p, 2005
FERREIRA, S. R. M & COUTINHO, R. Q., Quantificação do Efeito do
Amolgamento nas Características de Compressibilidade de Argila Mole, Rio
de Janeiro e Recife., Simpósio Sobre Depósitos Quaternários das Baixadas
Litorâneas Brasileiras: Origem, Características Geotécnicas e Experiências de
Obras, 1988, 3.55-3.69.
FUTAI, M.M, ALMEIDA, M.S.S & LACERDA, W.A., Propriedades Geotécnicas
das Argilas do Rio de Janeiro, Encontro Propriedades de Argilas Moles
Brasileiras, Rio de Janeiro, p.138-165, 2001
GARCÉS, V. A. N., Características de Deformabilidade e Adensamento de
Alguns Depósitos de Argila Mole do Rio de Janeiro, Dissertação de
Mestrado, Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio, Rio de Janeiro, 1995,
195p.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
135
HENKEL, D.J & GILBERT, G.D., The Effect of the Rubber Membrane on the
Measured Triaxial Compression Strength of Clay Samples, Geotechnique,
1954, Vol.3, p. 20 – 29.
JAKY, J., The Coefficient of Earth Pressure at Rest, Journal of the Society of
Hungrian Architects and Engineers, p. 335-358, 1944.
LADD, C.C., Estimating Settlement of Structures on Cohesive Soils, MIT
Soils Publication, n
o
272, 99p., 1973.
LADD, C.C & DeGroot, D.J. Recommended pratice for soft ground site
characterization: Arthur Casagrande Lecture, 12
th
Panam. Conf. on Soil
Mechanics and Geotechnical Engineering, 2004
LINS, A. H. P.& LACERDA, W. A., Ensaios Triaxiais de Compressão e
Extensão na Argila Cinza do Rio de Janeiro em Botafogo, Solos e Rochas,
Revista Brasileira de Geotecnia, 1980, Vol.3, n°2, p.5 – 29.
LUNNE, T; BERRE, T. & STRANDVIK, S., Sample Disturbance Effects in Soft
Low Plastic Norwegian Clay. Recent Developments in Soil and Pavement
Mechanics, Almeida (ed). Balkema, Rotterdam,1997, p. 81-102.
MARTINS, I.S, Fundamentos de um Modelo de Comportamento de Solos
Argilosos Saturados, Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, 1992
MARTINS, I. S. M. & LACERDA, W. A., Sobre a Relação Índice de Vazios –
Tensão Vertical Efetiva na Compressão Unidimensional, Solos e Rochas,
Revista Brasileira de Geotecnia, 1994, Vol.17, n°3, p.157-166.
MASSAD, F. História geológica e propriedades dos solos de baixadas:
Comparações entre diferentes locais da costa brasileira. In: Depósitos
Quaternários das Baixadas Brasileiras, Rio de Janeiro, 1988, p. 3.1-3.34
MITCHELL, J.K., Fundamentals of Soil Behavior, John Wiley and Sons, Inc, 1
a
ed., 1976, 437p.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
136
OLIVEIRA, J.T.R. A Influência da Qualidade da Amostra no Comportamento
Tensão-Deformação-Resistência de Argilas Moles, Tese de Doutorado,
COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, 2002.
PINHEIRO, J.C.N, Ensaios Triaxiais em Depósito de Argila Mole Turfoso à
Margem Oeste da Lagoa de Itaipu, Dissertação de Mestrado, Departamento de
Engenharia Civil, PUC-Rio, Rio de Janeiro, 1980
SANDRONI, S. S., Obtendo Boas Estimativas de Recalque em Solos Muito
Moles: O Caso da Barra da Tijuca, Rio de Janeiro, COBRAMSEG, Curitiba,
2006, Vol 1, p.507-512.
RUTLEDGE, P.C., Relation of Undisturbed Sampling to Laboratory Testing,
Transaction of the Am. Soc. Civil., Nova York, 1944, Vol. 109.
SANTOS, H.M.C., Caracterização Física, Química, Mineralógica e
Geotécnica dos Gleissolos das Baixadas de Jacarepaguá, Guaratiba e
Santa Cruz – do Município do Rio de Janeiro, Departamento de Geologia,
CCMN/UFRJ, 2004, 244p.
SANTOS, P.S. Tecnologia de Argilas aplicada às argilas brasileiras. ed. da
Universidade de São Paulo, 1975, Vol.1 – Fundamentos, 340p.
VILELA, T. F., Determinação dos Parâmetros de Resistência, “Creep” e de
Relaxação de Tensões de uma Argila Mole do Rio de Janeiro, Dissertação de
Mestrado, COPPE/UFRJ, 1976
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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
γ
t
(kN/m³)
γ
d
(kN/m³)
w
0
(%)
e
0
S
0
(%)
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.
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138
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
110100
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+e
0
)
s’ (kPa)
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
141
Peneira N
o
(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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.1 – Curva granulométrica do aterro
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
142
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPed ra
ABNT
Sil teArgila
PedregulhoAre ia
médiafina finogrossa médio grosso
Sil teArgila
PedregulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pe dr e gulho
Areia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.3 - Curva granulométrica da amostra AM-01 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
Peneira N
o
(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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.4 - Curva granulométrica da amostra AM-01 (prof. 5,25 a 5,75 metros)
AM-01
Prof. (m): 3,50 a 4,00
AM-01
Prof. (m): 5,25 a 5,75
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
143
Peneira N
o
(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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.5 - Curva granulométrica da amostra AM-01 (prof. 6,00 a 6,50 metros)
Peneira N
o
(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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPed ra
ABNT
Sil teArgila
PedregulhoAre ia
médiafina finogrossa médio grosso
Sil teArgila
PedregulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pe dr e gulho
Areia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.6 - Curva granulométrica da amostra AM-02 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
AM-01
Prof. (m): 6,00 a 6,50
AM-02
Prof. (m): 3,30 a 4,00
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
144
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.7 - Curva granulométrica da amostra AM-03 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.8 - Curva granulométrica da amostra AM-04 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
AM-03
Prof. (m): 3,30 a 4,00
AM-04
Prof. (m): 3,30 a 4,00
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
145
Peneira No (SUCS)
200
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
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.9 - Curva granulométrica da amostra AM-05 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.10 - Curva granulométrica da amostra AM-06 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
AM-05
Prof. (m): 3,30 a 4,00
AM-06
Prof. (m): 3,30 a 4,00
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
146
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.11 - Curva granulométrica da amostra AM-07 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.12 - Curva granulométrica da amostra AM-08 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
AM-07
Prof. (m): 3,30 a 4,00
AM-08
Prof. (m): 3,30 a 4,00
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
147
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.13 - Curva granulométrica da amostra AM-09 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.14 - Curva granulométrica da amostra AM-11 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
AM-09
Prof. (m): 3,30 a 4,00
AM-11
Prof. (m): 3,30 a 4,00
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
148
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.15 - Curva granulométrica da amostra AM-12 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.16 - Curva granulométrica da amostra AM-13 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
AM-12
Prof. (m): 3,30 a 4,00
AM-13
Prof. (m): 3,30 a 4,00
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
149
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.17 - Curva granulométrica da amostra AM-14 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
Peneira N
o
(SUCS)
200
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
10 0
Porcentagem retida (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Grãos (mm)
Porcentagem que passa (%)
MatacãoPedra
ABNT
SilteArgila
PedregulhoAreia
médiafin a fi n ogrossa médio grosso
SilteArgila
Pedreg ulhoAreia
média
fina grossa
2
14
3
Silte
Argila
Pedregulho
Are ia
fina grossamédia
MIT
SUCS
Figura A.I.18 - Curva granulométrica da amostra AM-15 (prof. 3,50 a 4,00 metros)
AM-14
Prof. (m): 3,30 a 4,00
AM-15
Prof. (m): 3,30 a 4,00
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
0102030
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
151
0102030
0
200
400
600
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).
0 102030
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
pó no material passante na #40).
Ct
Ct
Q
Ct I
Q
I
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
152
b) Difração de Raio X pelo Método do Pó realizada no material passante na
peneira de malha #200
0102030
2
θ
(
o
)
0
100
200
300
Leitura
Figura A.II.4 - Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros (Método do
pó no material passante na #200)
c) Difração de Raio X pelo Método do Pó realizada no material passante na
peneira de malha #400
0102030
2
θ
(
o
)
0
40
80
120
160
Leitura
Figura A.II.5 - Difratograma de Raio X da profundidade de 3,50 a 4,00 metros (Método do
pó no material passante na #400)
Ct
Q
Ct
Q
I
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
153
d) Difração de Raio X realizada em lâminas do material passante na peneira
de malha #400
0 102030
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)
0102030
2
θ (
ο
)
0
20
40
60
80
100
120
Leitura
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
154
0102030
2
θ
(
o
)
0
20
40
60
80
100
120
Leitura
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
Tensão Efetiva (kPa)
Índice de Vazios e
Figura A.III.1 – Curva σ’ x e do ensaio AEI-1
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
156
0,01
0,1
1
10
100
1 10 100 1000
Tensão Efetiva
(
kPa
)
Coeficiente de Adensamento C
V
( x 10
-3
cm²/s)
Figura A.III.2 – Curva σ’ x c
v
do ensaio AEI-1
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Variação Volumétrica m
V
(x 10
-2
m²/kN)
Figura A.III.3 – Curva σ’ x m
v
do ensaio AEI-1
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
157
0,001
0,01
0,1
1
10
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Permeabilidade k ( x 10
-6
cm/s)
Figura A.III.4 - Curva σ’ x k do ensaio AEI-1
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
158
0 20406080
Raiz Tempo (min)
8
10
12
14
16
18
20
Altura do Corpo de Prova (mm)
Ensaio de Adensamento Edométrico Convencional
ENSAIO AEI-1
Prof.: 3,50 a 4,00m
Figura A.III.5 – Curvas raiz tempo x altura do c.p. do ensaio AEI-1
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
159
• Ensaio AEA-1
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
1 10 100 1000 10000
Tensão Efetiva (kPa)
Índice de Vazios 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 10000
Tensão Efetiva
(
kPa
)
Índice de Vazios e
Figura A.III.7 – Curva σ’ x e do ensaio AEI-2
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
Tensão Efetiva
(
kPa
)
Índice de Vazios e
Figura A.III.9 - Curva σ’ x e do ensaio AEI-2
0,01
0,1
1
10
1 10 100 1000
Tensão Efetiva
(
kPa
)
Coeficiente de Adensamento C
V
( x 10
-3
cm²/s)
Figura A.III.10 – Curva σ’ x c
v
do ensaio AEI-2
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
161
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Variação Volumétrica m
V
(x 10
-2
m²/kN)
Figura A.III.11 – Curva σ’ x m
v
do ensaio AEI-2
0,001
0,01
0,1
1
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Permeabilidade k ( x 10
-6
cm/s)
Figura A.III.12 – Curva σ’ x k do ensaio AEI-2
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
162
0 20406080
Raiz Tempo (min)
8
10
12
14
16
18
20
Altura do Corpo de Prova (mm)
Ensaio de Adensamento Edométrico
com Medida de Compressão Secundária
Ensaio AEI-2
Prof.: 3,50 a 4,00m
Figura A.III.13 – Curvas raiz tempo x altura do c.p. do ensaio AEI-2
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
Tensão Efetiva (kPa)
Índice de Vazios e
Figura A.III.14 - Curva σ’ x e do ensaio AEI-3
0,01
0,1
1
10
100
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Adensamento C
V
( x 10
-3
cm²/s)
Figura A.III.15 – Curva σ’ x c
v
do ensaio AEI-3
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
164
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Variação Volumétrica m
V
(x 10
-2
m²/kN)
Figura A.III.165 – Curva σ’ x m
v
do ensaio AEI-3
0,001
0,01
0,1
1
10
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Permeabilidade k ( x 10
-6
cm/s)
k calculado
k medido
Figura A.III.17 – Curva σ’ x k do ensaio AEI-3
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
165
020406080
Raiz Tempo (min)
8
12
16
20
Altura do Corpo de Prova (mm)
Ensaio de Adensamento Edométrico
com Medida Permeabilidade
Ensaio AEI-3
Prof.: 3,50 a 4,00m
Figura A.III.18 – Curvas raiz tempo x altura do c.p. do ensaio AEI-3
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
T
e
n
s
ã
o
Ef
e
ti
v
a
(
kPa
)
Índice de Vazios e
Figura A.III.19 – Curva σ’ x e do ensaio AEI-4
0,1
1
10
100
1 10 100 1000
Tensão Efetiva
(
kPa
)
Coeficiente de Adensamento C
V
( x 10
-3
cm²/s)
Figura A.III.20 – Curva σ’ x c
v
do ensaio AEI-4
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
167
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Variação Volumétrica m
V
(x 10
-2
m²/kN)
Figura A.III.21 – Curva σ’ x m
v
do ensaio AEI-4
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
10
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Permeabilidade k ( x 10
-6
cm/s)
kcalculado
kmedido
Figura A.III.22 – Curva σ’ x k do ensaio AEI-4
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
168
0 20406080100
Raiz Tempo (min)
8
12
16
20
Altura do Corpo de Prova (mm)
Ensaio de Adensamento Edométrico
com Medida Permeabilidade
Ensaio AEI-4
Prof.: 3,50 a 4,00m
Figura A.III.23 - Curvas raiz tempo x altura do c.p. do ensaio AEI-4
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
Tensão Efetiva (kPa)
Índice de Vazios e
Figura A.IV.1 - Curva σ’ x e do ensaio AI-1
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
170
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Variação Volumétrica m
V
(x 10
-2
m²/kN)
Figura A.IV.2 - Curva σ’ x m
v
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
Tensão Efetiva
(
kPa
)
Índice de Vazios e
Figura A.IV.3 - Curva σ’ x e do ensaio AI-2
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
171
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1 10 100 1000
Tensão Efetiva (kPa)
Coeficiente de Variação Volumétrica X 10-2 m
V
(m²/kN)
Figura A.IV.4 - Curva σ’ x m
v
do ensaio AI-2
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
Figura A.V.6 - Curva s’ x
υ
para o ensaio K=0,7
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.7 - Curva s’ x
υ
para o ensaio K=0,6
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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
Figura A.V.9 - Curva s’ x
υ
para o ensaio K=0,5
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
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0410752/CA
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