Equipamento tipo B (ensaios no interior de uma perfuração prévia)

Ensaios realizados com esse tipo de equipamento são suscetíveis a erros, em razão de atritos mecânicos e da translação da palheta. Todo o esforço deve ser feito para minimizá-los. Neste sentido, a Norma Brasileira (MB 3122) apresenta as seguintes recomendações (ABNT, 1989):

- São utilizados espaçadores com rolamentos em intervalos não superiores a 3 metros ao longo das hastes de extensão. O conjunto das hastes se apoia em um dispositivo com rolamentos instalados na extremidade inferior das hastes que, por sua vez, está conectado ao tubo de proteção da haste fina. Este dispositivo permite que a rotação das hastes não seja transmitida ao tubo de proteção da haste fina, que permanece estacionário durante o ensaio. Com isso, tanto o atrito-haste como os atritos mecânicos, desalinhamento das hastes e translação da palheta são evitados ou reduzidos a valores desprezíveis.

- Todos os rolamentos devem ser bem lubrificados e vedados para evitar o ingresso de solo.

A perfuração é feita previamente, com diâmetro de 75 mm, e preferencialmente revestida para evitar desmoronamento. O conjunto palheta-espaçadores-hastes é introduzido até o fundo do furo, seguido da cravação imediata da palheta no interior do solo, sem rodá-la, em comprimento superior a 0,5 m (não inferior a quatro vezes o diâmetro do furo), e então são realizadas as medições, conforme descrito na seção 4.2.

Em decorrência das dificuldades de execução e das imprecisões nos resultados, o equipamento tipo B tem sido preterido pela prática brasileira, havendo, nas especificações técnicas contidas em projetos e procedimentos normativos de ensaios, recomendações quanto à utilização do equipamento tipo A.

Os equipamentos de palheta não apresentaram evoluções tecnológicas significativas nas últimas décadas, salvo no que diz respeito à unidade de torque (também conhecida como mesa de torque). O acionamento manual foi substituído por acionamento elétrico e o registro dos valores de torque passou a ser efetuado por meio de células de carga acopladas a sistemas de aquisição de dados. A

Fig. 4.2 apresenta exemplos de distintas unidades de torques disponíveis no mercado: com acionamento mecânico e registro de dados manual (Fig. 4.2A) e com acionamento elétrico e registro digital de dados (Fig. 4.2B,C,D). Um aspecto a ressaltar refere-se à utilização de sistema de giro livre parcial da haste fina ligada à palheta, que permite a determinação do valor do atrito na composição de hastes em cada profundidade de ensaio, eliminando a necessidade de calibrações prévias de atrito, conforme preconizado pela NBR 10905/1986.

Independentemente das inovações incorporadas à unidade de torque, a qualidade do ensaio é basicamente definida (a) pela qualidade e estado de conservação das hastes de torque e dos tubos de revestimento, (b) pela qualidade e conservação da palheta, da haste fina e do tubo de proteção, e principalmente (c) pelos cuidados na execução dos procedimentos de ensaio, incluindo a instalação da sonda/sapata, o posicionamento da palheta na profundidade de ensaio e a instalação e fixação da mesa de torque.

A instalação da composição e o posicionamento da palheta devem, preferencialmente, ser realizados com sistemas hidráulicos, similares aos utilizados no ensaio do cone. Deve-se evitar a cravação com o uso de chaves de grifo, golpes, vibrações e esforços indesejados, que podem amolgar o solo ao redor da palheta.

FIG. 4.3 Torção da haste de torque do vane

Segundo Almeida (2000 apud Oliveira, 2000), um ensaio de boa qualidade em argilas moles a muito moles deve apresentar pico de resistência para uma rotação da palheta inferior a 30º. Nascimento (1998) aponta para valores inferiores, na faixa entre 5º e 25º. Solos com maior resistência e ensaios realizados a maiores profundidades podem, no entanto, apresentar limites superiores a esses, sem comprometer a qualidade do ensaio, em decorrência da torção elástica do conjunto de hastes. A torção elástica das hastes (ɸ) é função direta do valor do torque aplicado e do comprimento da composição, e função inversa do diâmetro da haste e da qualidade do aço. Ela

pode ser calculada pela expressão (Popov, 1976):

onde T é o torque aplicado; L, o comprimento da composição de hastes; J, o momento de inércia ( ); e G, o módulo cisalhante do aço (G = 80 × 109 N/m2).

A Fig. 4.3 apresenta um esquema com as grandezas envolvidas na determinação da torção da haste no ensaio de vane. No caso da Fig. 4.4, para S_u = 20 kN/m2 (T ≈ 0 Nm), L = 7 m, d_e = 20 mm e d_i = zero, o ângulo de torção elástica é de 6,38º, o que corresponde a uma rotação real da palheta de 17º para atingir o pico de resistência.

Soma-se à torção elástica da composição das hastes, a rotação decorrente do aperto adicional nas roscas durante a aplicação do torque. Essa rotação pode ser representativa, tendo em vista que, em geral, as hastes são conectadas de metro em metro. Para minimizar esse efeito, recomenda-se que as hastes de torque sejam inspecionadas periodicamente e confeccionadas de modo que, ao final do processo manual de aperto, elas encontrem um batente, evitando rotações durante a aplicação do torque.

Em relação ao solo, a presença de pequenas quantidades de areia ou silte na matriz argilosa, ou a ocorrência de lentes arenosas, pode promover um ganho de resistência decorrente de drenagem parcial durante o tempo de rotação da palheta. Interferências produzidas por conchas, raízes e partículas granulares podem, ainda, dar origem a curvas descontínuas, com a presença de patamares localizados, sem, com isso, comprometer a qualidade do ensaio. A Fig. 4.4 apresenta uma curva típica de ensaio de boa qualidade, realizado com medida de torque junto à palheta, por meio do uso de célula de carga instrumentada. Observa-se na figura, além da curva obtida no solo natural (indeformada), a curva amolgada, determinada após dez rotações da palheta (Baroni, 2010).

A Fig. 4.5 apresenta dois exemplos característicos de curvas de torque versus rotação, executados com equipe técnica qualificada e equipamento dotado de medidas de torque junto à palheta (Baroni, 2010). Na Fig. 4.5A, destaca-se a interferência de conchas ou raízes nos resultados do ensaio, dando origem a um pico de resistência intermediário, ao passo que, na Fig. 4.5B, observa-se o aumento do ângulo de rotação, em razão da presença de uma camada ressecada.

FIG. 4.4 Curva torque versus rotação angular típica de um ensaio de vane Fonte: Baroni (2010).

Na Fig. 4.6 são apresentados resultados de ensaios já interpretados para a determinação da resistência ao cisalhamento não drenada (S_u). Nesses casos, o valor do torque medido foi

corrigido pelo atrito nas hastes (conforme indicado na figura). A Fig. 4.6A é representativa de solo argiloso, ao passo que o ensaio representado na Fig. 4.6B é característico de procedimento executado em camada argiloarenosa, onde a presença da areia induz um crescimento da resistência não drenada quase linear com a rotação da palheta. Em ambos os ensaios, a medida do torque foi executada em superfície. Destaca-se que a rotação de pico encontra-se na faixa entre 25º e 50º, que, descontada a torção elástica, resulta em valores de 17º e 11º, respectivamente.

FIG. 4.5 Curvas torque versus rotação angular Fonte: Baroni (2010).

FIG. 4.6 Curvas S_u versus rotação angular

4.2 Resultados de ensaios

Após a introdução da palheta no interior do solo, na profundidade de ensaio, posiciona-se a unidade de torque e medição, zeram-se os instrumentos e aplica-se imediatamente o torque com velocidade de 6o/minuto (MB 3122). O intervalo de tempo máximo admitido entre o fim da cravação da palheta e o início da sua rotação é de cinco minutos. Para a determinação da resistência amolgada (S_ur), imediatamente após a aplicação do torque máximo são realizadas dez revoluções completas na palheta, e refeito o ensaio. O intervalo de tempo entre os dois

ensaios deve ser inferior a cinco minutos.

Com base no torque medido é possível determinar a resistência ao cisalhamento não drenada do solo (conforme dedução apresentada na seção 4.3):

onde M é o torque máximo medido (kNm); e D é o diâmetro da palheta (m).

O valor da resistência não drenada amolgada (S_ur) é obtido pela mesma Eq. 4.2, utilizando-se, porém, o valor do torque correspondente à condição amolgada.

Medidas de S_u obtidas em um depósito de argilas moles no Rio de Janeiro (Ortigão; Collet, 1986), obtidas em vários furos de sondagem, possibilitam uma estimativa realista da variação da resistência com a profundidade (Fig. 4.7).

FIG. 4.7 Resultados de ensaios de palheta in situ em argilas do Rio de Janeiro, obtidos em vários furos próximos

Fonte: Ortigão e Collet (1986).

O valor da sensibilidade da argila (S_t) é dado por:

A classificação das argilas quanto à sensibilidade é definida com base na proposição de Skempton e Northey (1952), apresentada na Tab. 4.1. No Brasil, a sensibilidade de depósitos argilosos varia, em geral, entre baixa e média, conforme apresentado na Tab. 4.2.

TAB. 4.1 Sensibilidade de argila

Se nsibilidade S_t

Baixa 2-4

Média 4-8

Muito Alta > 16 Fonte: Skempton e Northey (1952).

Solos argilosos com presença de partículas granulares, matéria orgânica, raízes, conchas etc. podem apresentar resistências de pico variáveis e, por consequência, induzir valores de sensibilidade fora da faixa usual definida na Tab. 4.2.