Poropressão Total

Onde;

𝑢 = 𝑃𝑜𝑟𝑜𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑢 = 𝑃𝑜𝑟𝑜𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑑𝑎 𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎

∆𝑢 = 𝑃𝑜𝑟𝑜𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝐴𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

Este experimento, habitualmente é utilizado em argilas e o mesmo necessita de um conceito de resistência de solos coesivos importante, se este for saturado por completo.

A adição da tensão axial na ruptura é praticamente a mesma, autonomamente da pressão de confinamento decorrente da câmara, como pode ser explanado na Figura 49.

A envoltória de ruptura no círculo de Mohr da tensão total se torna um traço horizontal, denominando uma condição ∅ = 0, com esta condição pode se obter o local da resistência ao cisalhamento não drenado que é igual ao raio de curvatura do círculo de Mohr, sendo que este conceito somente pode ser aplicado em siltes e argilas saturadas.

Figura 49 - Círculo de Mohr da tensão Total e envoltória de ruptura

4.3.2.7 Resultado Típico

Segundo Silva (2015):

“ O critério de ruptura adotado na mecânica dos solos, com base no círculo de Mohr, assume alguns enunciados: Todo círculo de Mohr que representa certo estado de tensões, que está abaixo da envoltória representa um solo sob estado de tensões em equilíbrio, ou seja, onde pode-se admitir segurança na obra; Todo círculo de Mohr tangente à envoltória indica que o solo está na iminência de ruptura; É impossível para qualquer círculo de Mohr ultrapassar a envoltória de ruptura; Quem causa a ruptura no solo é a diferença entre as tensões principais σ1e σ3”.

Através dos valores obtidos pelo experimento, são determinados os parâmetros de resistência, com base no círculo de Mohr

O mesmo é gerado a partir das tensões (σ1 e σ3), assim, conseguindo traças suas formas para cada experimento executado. Com a tangente das envoltórias dos círculos de Mohr, se encontra os valores de coesão e ângulo de atrito. Como pode ser demonstrado na Figura 50.

Figura 50 - Envoltória de Ruptura de Mohr-Coulomb do Ensaio Triaxial.

Fonte: HIGASHI & ESPÍNDOLA (2011).

4.3.2.8 Vantagens

Com a aplicação deste ensaio, se obtém vantagens como:  Trajetórias de tensões;

 Controle de drenagem;

 Conhecimento do estado de tensão em qualquer plano;

4.3.2.9 Desvantagens

No entanto, o mesmo apresenta algumas desvantagens, tais como:  Custo elevado;

 Poucos lugares possuem o equipamento.

4.3.3 Ensaio de Campo

Os ensaios de campo, são analises realizadas no respectivo local de estudo, não tendo a necessidade de assistência laboratorial para a obtenção dos indicadores e características do solo.

Estes ensaios demonstram na prática que os solos naturais não são homogêneos, isotrópicos ou elásticos, em algumas ocasiões, a estratificação de veios, depósitos e a grosso modo acúmulos de solo, podem divergir muito na direção horizontal ou vertical, onde cada camada revela a transformação da rocha e ou matérias orgânicas em solo, através das intempéries do passar dos milhões de anos, ao qual o mesmo ficou exposto.

Os principais objetivos da exploração do solo são;

 Determinar a condição do solo local e sua estratificação;

 Obter moldes amolgados e indeformados do solo para a identificação visual;  Determinar a profundez e a natureza do leito rochoso, se quando

encontrado;

 Constatar as condições de drenagem do e para o local;

 Mensurar qualquer problema especial de construção em relação as estruturas próximas existentes;

 Definir a posição do nível do lençol freático;

O planejamento da exploração do solo pode ser dado por quatro etapas;

I. A coletânea das informações existentes relacionada a estrutura: Esta etapa envolve a coleta de dados, relacionado ao tipo de estrutura e ou utilização da mesma.

II. Coleta dos dados já existentes das condições do solo: Nesta etapa do projeto, se deve analisar as informações existentes no solo do empreendimento. Estes dados podem ser coletados por meio de; mapas de pesquisa geológica, manuais de solos publicados pelos departamentos de estradas estaduais e por fim relatórios já existentes de exploração de solos de locais ao redor do empreendimento.

As duas etapas iniciais viabilizam a primeira noção sobre o tipo de solo e problemas que o mesmo pode proporcionar.

III. Reconhecimento do local proposto: Nesta etapa, o local deve ser inspecionado visualmente, a vegetação pode demonstrar o tipo de solo que será encontrado, local de drenagem, cortes abertas próximo ao local proporcionam a visualização do perfil estratigráfico, rachaduras em estruturas próximas pode denotar a provável ocorrência de camadas de argila mole ou a ocorrência de solos de argila expansiva.

IV. Investigação acurada do local: Esta fase respalda-se na realização de diversas sondagens em diferentes profundidades, para analise visual e ensaios laboratoriais.

4.3.3.1 Métodos de Perfuração

Os orifícios de sondagem podem ser realizados no solo de múltiplas maneiras. O método mais usual é a utilização de trados, podendo ser manuais como trado Iwan e Helicoidal, que podem ser utilizados em expedições de sondagem com profundidade que varia entre três e cinco metros, o mesmo é utilizado em levantamentos de solo para estruturas pequenas e rodovias.

As informações sobre a amostra a ser analisada são oriundas do material que fica ligado ao trado, estas amostras são colhidas de uma forma deformada, no entanto as mesmas podem ser utilizadas para direcionar ensaios laboratoriais, como limites de Atterberg e determinação granulométrica.

Porém, quando necessário obter camadas mais profundas de solo, é utilizado o trado helicoidal continuo por acionamento mecânico. A perfuração é realizada por meio de sondas montadas sobre tratores e ou caminhões. As seções dos trados podem variar de um a um metro e meio, podendo ser de haste solida ou oca, sendo que os diâmetros externos são de (67;83;102;114) mm.

A mudança de solo pode ser notada através do som e velocidade da perfuração, quando a haste solida é utilizada, deve ser retirada de forma regular para a realização de outros ensaios, como o ensaio de perfuração padrão. Já para os trados de hastes ocas, não é necessário ser retirado de forma frequente para outros ensaios.

Existem também as perfurações rotativas, lavagem e percussão. A perfuração rotativa é realizada por meio de brocas que operam em alta rotação, que está cravejada na haste de perfuração em sua parte inferior triturando e rompendo o solo, dispondo de diversos modelos de brocas, este método pode ser utilizado em areias, argilas e rochas (que não estejam excessivamente fissuradas).

A perfuração por lavagem, é onde um camisa que varia entre dois e três metros é inserida nos solos, no seguinte momento, o solo que se encontrava dentro da camisa é através de uma broca de corte ou trepano. A água é inserida pela haste de perfuração se deslocando a uma alta velocidade na broca de corte em sua parte inferior, o material resultante do processo (água e solo particulado), seguem o furo transbordando, quando chega ao final do tubo o material coletado é levado para análise em laboratório.

Perfuração por percussão, é um procedimento alternativo utilizado para aprofundar determinadas perfurações, sendo utilizado especialmente em solos rígidos e rochas, neste método uma broca é erguida e em seguida é posta abaixo para transpassar o solo, os particulados de solo são retirados através da circulação da água.

4.3.3.2 Ensaio (Standart Penetration Test) SPT.

O Standart Penetration Test é o ensaio mais difundido mundialmente, como o dispositivo de investigação geotécnico, sendo empregado para a obtenção da consistência de solos granulares e consistência de solos coesivos e de rochas brandas.

No Brasil os projetos de fundações diretas e profundas, usam-se as análises quase que exclusivamente do SPT.

O método compõe-se em analisar valores de resistência dinâmica, associada a sondagem de reconhecimento. O orifício é realizado pelo sistema de tradagem e circulação de água, empregando o uso de um trepano de lavagem para escavação.

Os exemplares demonstrativos do solo a ser analisado são colhidos a cada metro de profundidade, através de um amostrador, cujo diâmetro externo é de cinquenta milímetros. A Figura 51 demonstra o equipamento.

Figura 51 - Equipamento SPT

Fonte: Fernando Schnaid; Edgar Odebrecht (2012)

4.3.3.2.1 Equipamento para o ensaio (Standart Penetration Test) SPT.

Os equipamentos que constituem o aparelho SPT, é formado pela junção de seis partes distintas, são elas;

 Amostrador, subdividido e três partes; cabeça, corpo e sapata;

 Hastes, que devem atender a NBR6884/2001 ou ASTMD1586/1999;  Martelo, que devem atender a NBR6884/2001 ou ASTMD1586/1999;  Cabeça de bater;

4.3.3.2.2 Procedimento para o ensaio (Standart Penetration Test) SPT.

Após inserir o amostrador no local de análise, o mesmo deve ser situado no fundo da perfuração, onde o mesmo atinge a profundidade de ensaio. Em seguida o martelo pesando sessenta e cinco quilogramas é acoplado a haste, então se eleva o mesmo a uma altura de setecentos e cinquenta milímetros e o libera.

Na circunstância que esse valor seja apenas demonstrativo, deve ser registrado na folha que será utilizada, para anotar os números de golpe por segmento, colocando da seguinte forma “Peso para x cm de penetração”.

Caso ainda não tenha sido realizada a cravação, se deve marcar na haste a cada quinze centímetros três vezes, totalizando quarenta e cinco centímetros, então ocorre a penetração, contando o número de golpes para cada quinze centímetros, no entanto não pode se medir com precisão em algumas situações, então se deve anotar o número de golpes aplicados efetivos.

O 𝑁 , o numero de golpes, é a soma dos valores dos últimos trinta centímetros, aditivamente, anota-se o valor obtido dos primeiros trinta centímetros.

Com a divergência no número de golpes dos primeiros e últimos trinta centímetros, pode se avaliar se ocorre o amolgamento do mesmo, ou então a insuficiência de limpeza no fundo do orifício de sondagem.

Pode ocorrer que a penetração avance os quinze centímetros, quando o solo a ser amostrado é muito mole, registrando o acontecimento da seguinte forma; “x cm de penetração para apenas um golpe”.

No caso contrário em um solo extremamente resistente, pode ser necessário além de trinta golpes para percorrer os quinze centímetros iniciais, se registra da seguinte forma “x golpes para x cm de penetração”, o número de golpes de martelo deve-se ser restringido, para evitar um lesivo esforço sobre as roscas e a linearidade das hastes.

Os valores da relação de resistência à penetração, são definidos por Terzaghi-Peck, dizendo que a somatória dos números de golpe, para fazer com que o amostrador penetre trinta centímetros no solo após a penetração inicial de quinze centímetros.

Exemplares do solo são colhidas de metro a metro percorrido, que irá completar a analise, ocasionando a composição do solo, gerando um perfil estratigráfico. Como se pode analisar na Figura 52.

Figura 52 - Perfil Estratigráfico.

Fonte: Concresolo & Copesolo Geotecnia e Fundações (2009).

A tabela 4, demonstra a Correlação entre o Índice Spt e o solo

Tabela 4 - Correlação entre Índice SPT e Natureza do Solo.

4.3.3.2.3 Resultados Típicos para o ensaio (Standart Penetration Test) SPT.

O laudo do SPT deve apresentar as seguintes informações;

 Número de golpes para cada segmento de quinze centímetros;

 Classificação e a espessura das camadas de solo que foram analisadas;  Limite do impenetrável;

 Profundidade do lençol freático;

 Cotas dos orifícios em relação ao nível referido e planta de localização dos mesmos.

A Figura 53 Exemplificando um laudo SPT.

Figura 53- Laudo SPT

4.3.3.2.4 Vantagens

 Baixo custo

 Simplicidade do equipamento

4.3.3.2.5 Desvantagens

Embora se possa aferir a natureza do solo, o mesmo demonstra muita imprecisão, pois está sujeito a falhas de origem humana, manutenção do equipamento e do próprio terreno a ser analisado.

4.3.3.2.6 Normatizações

A normatização do ensaio SPT foi incorporada no de 1958 pela Americam Society for Testing and Materials (ASTM), contemporaneamente encontra-se uma grande variedade de normas nacionais e internacionais, que divergem de nação para nação, no entanto foi elaborado um padrão internacional para ser empregado: International Reference Test Procedure (IRTP/ISSMFE, 1988b).

No caso do Brasil, existe uma normalização vigente a NBR 6484/2001, embora o uso da Norte –americana ASTM D1586/1967, não seja incomum no território nacional. No entanto, Ireland;Moretto; Vargas (1970), salientam:

“Nem o equipamento nem os procedimentos de escavação foram completamente padronizados a nível internacional no ensaio SPT. As diferenças existentes podem ser parcialmente justificadas pelo nível de desenvolvimento e investimentos de cada país. Porém, mais importantes são as adaptações das técnicas de escavação às diferentes condições de subsolo.”.

Corroborando com, Ireland;Moretto; Vargas (1970), Fernando Schnaid; Edgar Odebrecht (2012), explanam:

“Existem diferentes técnicas de perfuração, equipamento e procedimento de ensaio nos diversos países, em decorrência de fatores locais e do grau de desenvolvimento tecnológico do setor. Isso resulta em desuniformidade de significância dos resultados obtidos. As principais diferenças referem-se a fatores como método de perfuração, fluido estabilizante, diâmetro do furo, mecanismo de levantamento e liberação de queda do martelo, rigidez das hastes, geometria do amostrador e método de cravação. Além desses fatores, tem-se a influência marcante das características e condições do solo nas medidas de SPT.”

A NBR 6484/2001 é respaldada e complementada pelas seguintes normativas;

 NBR 6502:1995 – Rochas e Solos – Terminologia;

 NBR 7181:1984 – Solo – Analise granulométrica – Método de Ensaio;  NBR 8036:1983 – Programação de sondagens de simples reconhecimento;

dos solos para fundações de edifícios – Procedimentos;  NBR 13441:1995 – Rochas e solos – Simbologia.

4.3.3.3 Ensaio (Cone Penetration Test) CPT.

É tido como um dos ensaios mais confiáveis e importante ferramenta da investigação geotécnica, com as informações obtidas, pode-se medir e analisar a resistência de ponta e lateral, e calcular os parâmetros geotécnicos, como;

 Ângulo de atrito;

 Coeficiente de Adensamento;  Capacidade de Rolamento;

 Comportamento do Assentamento de uma fundação.

4.4 MÉTODOS PARA AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE DE TALUDES.

Marangon,(2009), aduz:

“Nos projetos de estabilização o fundamental é atuar sobre os mecanismos instabilizadores. Assim, sufocando a causa com obras ou soluções de alto efeito não só se ganha em tempo como efetivamente em custo e segurança”.

As análises de estabilidade têm como função, projetar taludes através do cálculo do fator de segurança, definindo ações com caráter corretivo e ou estabilizador, sendo aplicadas nas situações de rupturas reais e ou potenciais. Como fatores que influenciam a estabilidade do talude, tem-se os seguintes fatores;

 Geométrico;  Condicionante;  Geológico;  Hidrogeológicos;  Geotécnicos;

 Cargas dinâmicas;

 Variações das condições Hidrogeológicas;  Fatores Climáticos;

 Variações da geometria;

 Redução de parâmetros resistentes;

Para a determinação da estabilidade, pode ser empregado o método do equilíbrio limite que se subdivide em analises probabilística e determinística.

4.4.1 Método do Equilíbrio Limite

As analises com caráter tradicional são embasadas no método de equilíbrio limite, que resulta encontrar um fator de segurança (FS).

Comumente o FS utilizado deve seguir a NBR 11.682/2009, prezando pela segurança, no entanto os dados empregados na análise são valores médios, que usualmente não são dados representativos, pois os mesmos apresentam incertezas e principalmente as divergentes condições do substrato dos solos e nas propriedades oriunda principalmente as condições geológicas.

O equilíbrio limite é utilizado pela teoria da plasticidade para analisar o equilíbrio de um corpo, tendo como conjectura:

 A presença de uma linha de deslizamento com formas eminentes, como; circular, espiral-log ou mista, se delimitando acima dela o segmento instável do maciço, sendo que está massa de solo com caráter instável, estando sob a ação da gravidade, se mobiliza como um corpo rígido.

A análise de estabilidade é concebida no plano, considerando um segmento do maciço, que está localizada entre planos verticais e paralelos.

Segundo Marangon, (2009):

“Além do método do equilíbrio limite existe a possibilidade de análise através do método da análise limite. As formulações deste método apoiam-se no conceito de plastificação do solo, associado a uma condição de fluxo plástico iminente e considera, ainda a curva tensão x deformação do solo. O método da análise limite, apesar de sua alta potencialidade não logrou ainda uma difusão entre os meios geotécnicos como era de se prever, devido a que as soluções, particulares e cada geometria e tipo de solo, utilizam tratamentos matemáticos mais elaborados do que os processos tradicionais do equilíbrio limite”.

Os métodos de equilíbrio limite, compartilham de características comuns como;

 Ambos utilizam o mesmo conceito para o fator de segurança local FSlocal, exemplificado pela Equação 17.