Os ensaios de laboratório foram realizados no Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação da Universidade Federal do Ceará (UFC) e no Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação do Instituto Federal do Ceará (IFCE). A seguir são apresentadas os equipamentos e procedimento utilizados na realização dos ensaios geotécnicos de laboratório, de caracterização e especiais, assim como, dos ensaios de campo.
3.5.1 Ensaios de Caracterização Geotécnica
Conforme recomenda a Norma NBR 6457 (ABNT, 2016), preparam-se amostras deformadas que foram utilizadas para a realização dos ensaios de caracterização que estão listados na Tabela 3.1, bem como as respectivas normas utilizadas e o número de ensaios geotécnicos realizados.
Tabela 3.1 – Lista de ensaios de caracterização realizados
Ensaio Quantidade de Ensaios Norma
Análise granulométrica 3 NBR 7181 (ABNT, 2016)
Compactação 3 NBR 7182 (ABNT, 2016)
Densidade das partículas 3 NBR 6458 (ABNT, 2016)
Limites de Liquidez 3 NBR 6459 (ABNT, 2016)
Limite de Plasticidade 3 NBR 7180 (ABNT, 2016)
Umidade Natural 3 NBR 6457 (ABNT, 2016)
Fonte: Autor, 2018.
Conforme a Norma NBR 7181 (ABNT, 2016), o procedimento que compôs a análise granulométrica realizada consistiu no peneiramento grosso, no peneiramento fino e na sedimentação, este com auxílio de defloculante.
Os limites de Atterberg, limites de liquidez (LL) e o limite de plasticidade (LP), foram aferidos de acordo com as normas NBR 6459 (ABNT, 2016) e NBR 7180 (ABNT, 2016), respectivamente. O limite de liquidez foi realizado no aparelho de Casagrande e o limite de plasticidade utilizando-se uma tabua de vidro despolido, conforme indicação da norma.
Consoante a NBR 6458 (ABNT, 2016), a densidade dos grãos foi determinada por meio do uso do picnômetro de vidro e com baixo coeficiente de dilatação térmica.
Por fim, para a realização do ensaio de compactação, utilizou-se as normas NBR 6457 (ABNT, 2016), que trata da preparação de amostras para ensaio de compactação, e a NBR 7182 (ABNT, 2016), que trata do ensaio propriamente dito. A energia adotada foi a de Proctor Normal utilizando-se um cilindro metálico de 997 cm³.
3.5.2 Ensaios Especiais
Os ensaios especiais foram realizados em corpos de prova obtidos de amostras indeformadas retiradas nas profundidades de 60 cm e 1,10 m. Desse modo, foram realizados 2 ensaios de cisalhamentos direto e 2 ensaios de compressão triaxiais.
3.5.2.1 Ensaio de Cisalhamento Direto
O ensaio de resistência ao cisalhamento direto é um ensaio utilizado para obter parâmetros de resistência ao cisalhamento dos solos, no presente, em termos de tensões efetivas. Os ensaios realizados na presente pesquisa seguiram as recomendações da ASTM D3080 (ASTM, 2004). Os corpos de prova (cp’s) foram moldados com auxílio de um gabarito metálico de volume de 50 cm³, preservando a umidade natural e a massa específica aparente natural das amostras. A Figura 3.5 mostra a moldagem dos cp’s utilizados para a realização dos ensaios de cisalhamento direto.
O equipamento utilizado nos ensaios é mostrado na Figura 3.5. Na caixa de cisalhamento, foram dispostas pedras porosas, acima e abaixo dos cp’s moldados, as placas. Esse conjunto foi submetido a saturação por inundação, durante um período de cerca de 3 h, visto que o solo é de natureza granular e, pela elevada permeabilidade, rapidamente apresentou estabilização de deslocamentos verticais após a inundação.
Figura 3.5 – Moldagem do corpo de prova: (a) cravação do gabarito metálico e (b) retirada do solo excedente.
Fonte: Autor, 2018.
Figura 3.6 – Equipamento de cisalhamento direto: (a) vista do equipamento e (b) detalhe dos extensômetros.
Fonte: Autor, 2018.
As tensões verticais utilizadas para o adensamento foram as seguintes: 50 kPa, 100 kPa e 200 kPa. Nessa etapa, os deslocamentos verticais foram medidos em tempo dobrados até a estabilização das medidas realizadas, caracterizada por uma deformação total inferior a 10% daquela sofrida no estágio de carga anterior.
A velocidade a velocidade do ensaio de cisalhamento direto obtida de acordo com Head (1994), por meio da Equação 3.1. Onde v é a velocidade usada no ensaio de cisalhamento direto, Df consiste na deformação específica da resistência de pico, H0 é a altura inicial do corpo de prova e tf representa o tempo para atingir a resistência de pico.
𝑣 = 𝐷
𝑓. 𝐻
0100.𝑡1 𝑓 (3.1)A tensão normal específica para cada ensaio aplicada no cabeçote localizado sobre o corpo de prova. A cada incremento de 0,25 mm do deslocamento horizontal, as deformações do anel dinamométrico e a variação da altura dos corpos de prova foram anotadas. A força horizontal aplicada no ensaio é determinada pelas deformações do anel dinamométrico. Já a partir da variação da altura, obtém-se sua variação volumétrica durante a ruptura. Essa etapa, prossegue até o deslocamento horizontal de aproximadamente 5 mm no leitor do carrinho, ou seja, uma deformação de 10% em relação à dimensão inicial.
3.5.2.2 Ensaio de Compressão Triaxial
Foram realizados ensaios de compressão triaxial do tipo consolidado e drenado (CD) em cps de amostras retiradas a 60 cm e 1,10 m de profundidade conforme a localização da Figura 3.2. No ensaio, as tensões aplicadas à amostra são efetivas havendo permanente drenagem do corpo de prova, para isso, o ensaio ocorre lentamente. A velocidade de carregamento deve ser definida de forma a garantir a completa dissipação das pressões neutras.
Utilizou-se um equipamento de compressão triaxial, estático, com ar comprimido servo controlado, onde a pressão aplicada no corpo de prova é controlada por válvulas manuais e a prensa é eletrônica. Os deslocamentos e as variação volumétricas são medidos de forma eletrônica. Todo o ensaio é assistido por um software cedido pela fabricante do equipamento. Uma vista do equipamento está mostrada na Figura 3.7.
O ensaio foi iniciado com a moldagem dos corpos de prova cilíndricos de 3,5 cm de diâmetro e 7,0 cm de altura moldados utilizando-se um extrator de amostras indeformadas com auxílio de uma espátula metálica, preservando-se a umidade e a massa específica aparente natural da amostra. Depois, o cp foi envolto por uma membrana de látex de 61,8 mm de diâmetro e 240 mm de comprimento. Nas extremidades, superior e inferior do cps, foram
colocadas pedras porosas para possibilitar a drenagem interna do corpo de prova. Esse conjunto foi colocado em uma célula que foi completada por água, como mostrado na Figura 3.8.
Figura 3.7 – Equipamento de compressão triaxial utilizado.
Fonte: Autor, 2018.
Figura 3.8 – Célula do ensaio de compressão triaxial.
Fonte: Autor, 2018.
A saturação foi feita em duas etapas. A primeira consistiu na percolação de água através do corpo de prova com a válvula da célula aberta para permitir a gotejamento dessa água. O gotejamento marca o fim dessa etapa e o fechamento dessa válvula. Na segunda etapa,
a saturação dos corpos de prova foi alcançada com incrementos constantes e alternados de pressão e contra-pressão de 10 kPa até obter-se um valor do parâmetro B de Skempton (1954) igual 100%.
O adensamento iniciou-se com o acréscimo de tensão de confinamento hidrostática (σ3) ao corpo de prova específica para cada ensaio. Depois, permitiu-se a drenagem e aferiu-se a variação volumétrica em tempos dobrados até a estabilização das leituras, ou seja, que a pressão neutra fosse dissipada.
Por fim, a ruptura dos corpos de prova foi atingida com a aplicação de incrementos sucessivos de carga axial (∆σ) através do deslocamento vertical da prensa a uma velocidade constante e permitindo a drenagem do corpo de prova. Os valores de tensão e deformação foram aferidos eletronicamente pelo software.
As velocidades adotadas na fase de ruptura foram definidas com base na Equação 3.2, utilizando a relação tf/t100 recomendada por Head (1986). Onde vf é a velocidade de deslocamento, εf é a deformação específica na ruptura, H0 é a altura inicial do corpo de prova e tf é o tempo para atingir a ruptura. A velocidade adotada em ambos ensaios foram 0,03 mm/min.