Análise da capacidade de carga e recalque de solo residual da cidade de Santa Rosa - RS

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GRANDE DO SUL – UNIJUÍ

LUCAS DIEGO RISKE

ANÁLISE DA CAPACIDADE DE CARGA E RECALQUE DE SOLO

RESIDUAL DA CIDADE DE SANTA ROSA - RS

Santa Rosa 2015

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ANÁLISE DA CAPACIDADE DE CARGA E RECALQUE DE SOLO

RESIDUAL DA CIDADE DE SANTA ROSA - RS

Trabalho de conclusão de curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: Me. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs

Santa Rosa 2015

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ANÁLISE DA CAPACIDADE DE CARGA E RECALQUE DE SOLO

RESIDUAL DA CIDADE DE SANTA ROSA - RS

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.

Santa Rosa, 03 de Junho de 2015.

Prof. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs Mestre em Engenharia Civil – UFRGS - Orientador

Prof. Éder Claro Pedrozzo Coordenador do DCEEng - UNIJUÍ

BANCA EXAMINADORA Prof. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs (UNIJUÍ) Mestre em Engenharia Civil – UFRGS

Prof. Lia Geovanna Sala (UNIJUÍ) Mestra em Arquitetura e Urbanismo - UFSC

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O presente trabalho de pesquisa é dedicado aos meus pais, Marli e Ditmar, que possibilitaram minha entrada na vida acadêmica e a minha esposa Solange, que de tudo fizeram para a realização deste sonho. E acima de tudo agradeço a Deus, que sempre esteve ao meu lado no decorrer da graduação.

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Aos meus pais por estarem sempre me ajudando durante toda a graduação.

Aos meus familiares que souberam compreender as minhas ausências em várias festas, por ter que me dedicar aos estudos.

A minha esposa que sempre esteve ao meu lado ajudando, e compreendendo noites e domingos de estudo durante toda a trajetória da graduação.

A meu orientador, professor Me. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs, pela paciência, dedicação e competência durante todo o processo de realização deste trabalho.

A minha coorientadora, professora Ma. Marcelle Engler Bridi, pela paciência, dedicação e competência durante todo o processo de realização deste trabalho.

Aos meus colegas e amigos, que fizeram de todos estes anos de graduação, anos inesquecíveis e de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.

À CAPES e a INFOHAB, por disponibilizar fontes bibliográficas que contribuíram muito para a realização deste trabalho.

À Prefeitura Municipal de Santa Rosa, que disponibilizou a máquina escavadeira hidráulica PC160, para a realização do ensaio de placa.

Aos colegas de graduação Marcelo De Conti, Tiago José Fischer, Tiago Junior Gasparetto e a laboratorista da Unijuí - Campus Santa Rosa, RS, Camila Viera, que ajudaram muito na realização dos ensaios de campo e laboratório.

À Deus que esteve comigo durante todos os anos de graduação e ter colocado cada pessoa ligada a este trabalho no meu caminho, tornando a realização do trabalho viável.

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RISKE, L. D. Análise da capacidade de carga e recalque de solo residual da cidade de Santa Rosa - RS. 2015. Trabalho de Conclusão de Curso – Departamento de Ciências Exatas e Engenharias, DCEEng, UNIJUÍ, Santa Rosa, 2015.

O conhecimento da resistência do solo para uso em fundações é um dos principais desafios para a Engenharia de Fundações, sendo que uma das formas para lograr êxito neste aspecto é a realização de ensaios de placa em solos. O presente trabalho tem como objetivo analisar a capacidade de carga e recalque de um solo residual da cidade de Santa Rosa – RS, típico da região noroeste do Rio Grande do Sul. Foram realizados ensaios utilizando dois tamanhos de placa, 48 e 80 cm, para obter o comportamento real do solo. A partir de ensaios de laboratório de caracterização classificou-se o solo pelo sistema unificado de classificação, método rodoviário e MCT, além da obtenção de características de compactação e suporte do solo. Complementarmente efetuou-se sondagem SPT para conhecer o perfil geotécnico do local do ensaio. Os resultados são apresentados e diversas análises são realizadas para comparar os valores de tensão admissível estimados por diversos métodos, teóricos, empíricos e semi-empíricos. A análise considera que para este solo existe uma convergência forte de valores de tensão admissível pelos critérios de Boston, do diâmetro divisível por trinta, de Terzaghi e o limite superior de Ruver (2006).

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RISKE, L. D. Análise da capacidade de carga e recalque de solo residual da cidade de Santa Rosa - RS. 2015. Trabalho de Conclusão de Curso – Departamento de Ciências Exatas e Engenharias, DCEEng, UNIJUÍ, Santa Rosa, 2015.

The knowledge of soil resistance for use in foundations is a major challenge for Foundation Engineering, and one way to achieve success in this regard is to perform plate assay. This study aims to analyze the load capacity and discharge of a residual soil of the city of Santa Rosa. - RS, typical of northwestern of Rio Grande do Sul region. Tests were performed using two plate sizes, 48 and 80 cm, to get actual behavior of the soil. From characterization laboratory tests ranked the ground by the unified soil classification system, road method and MCT, in addition to getting compression characteristics and soil support. In addition it performed SPT survey to know the geotechnical profile location of the test. The results are displayed and various tests are performed to compare the allowable stress estimated by various methods, theoretical, empirical or semi-empirical. The analysis considers that for this soil there is a strong convergence of allowable stress values by criteria of Boston, the diameter divisible by thirty of Terzaghi and the upper limit of Ruver (2006).

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Figura 1 - Torres de Pisa e Garisenda, Itália. ... 19

Figura 2 - Mapa com os tipos de solos RS- Região de Santa Rosa ... 20

Figura 3 - Equipamento Casagrande ... 22

Figura 4 - Ensaio mais frequentes no Brasil. ... 24

Figura 5 - Esquema equipamento ensaio SPT. ... 25

Figura 6 - Tipos de ruptura do solo. ... 26

Figura 7 - Bulbo de Tensões ... 28

Figura 8 - Obtenção de Nmédio para método semi-empírico ... 33

Figura 9: Representação esquemática do delineamento da pesquisa ... 37

Figura 10 - Localização da cidade de Santa Rosa - RS ... 38

Figura 11 - Localização do local dos ensaios, dentro do perímetro de Santa Rosa- RS ... 39

Figura 12 - Molde de ensaio ISC. ... 40

Figura 13 - Aparelho Casa Grande, determinação do Limite de Liquidez ... 40

Figura 14 - Ensaio de granulometria - sedimentação ... 42

Figura 15 - Montagem do equipamento para o ensaio SPT ... 43

Figura 16 - Trado helicoidal ... 44

Figura 17 - Trado maior usado no segundo ensaio ... 44

Figura 18 - Execução da primeira leitura na superfície ... 45

Figura 19 - Amostra de solo dos - 5,00 metros de profundidade ... 46

Figura 20 - Amostra do solo dos - 6,00 metros de profundidade ... 46

Figura 21 - Identificação da mudança de solo no trado ... 47

Figura 22 - Amostra de solo dos - 7,00 metros de profundidade ... 47

Figura 23 - Local da realização do ensaio, corte de 60 cm. ... 48

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Figura 26 - Equipamento utilizado para a realização do ensaio ... 51

Figura 27 – Nivelamento da base e placas ... 52

Figura 28 - Aplicação de carga teste ... 52

Figura 29 - Instalação dos extensômetros na placa de 48 cm ... 53

Figura 30 - Instalação dos extensômetros na placa de 80 cm ... 53

Figura 31 - Começo do carregamento, acréscimo de 50 KN/cm² ao macaco hidráulico. ... 54

Figura 32 - Ruptura do solo, na placa de 48 cm. ... 55

Figura 33 - Levantamento da escavadeira hidráulica, com a placa de 80 cm. ... 55

Figura 34 - Curva granulométrica do solo ... 58

Figura 35 - Gráfico da Classificação MCT pelo método das pastilhas ... 59

Figura 36 - Gráfico Tensão x Recalque- Placa de 48 cm ... 61

Figura 37 - Gráfico Tensão x Recalque - Placa de 80 cm ... 62

Figura 38 - Gráfico Tensão x Recalque Normalizado ... 63

Figura 39 - Gráfico Tensão x Recalque da Placa de 80 cm com extrapolação ... 65

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Tabela 1 - Gráfico Limite de Liquidez ... 22

Tabela 2 - Fatores de capacidade de carga (Terzaghi) ... 30

Tabela 3 - Fatores de carga (Nc e Nq; Prandtl-Reissner, N ; Caquot-Kérisel) ... 30

Tabela 4 - Determinação da coesão do solo por Alonso (1943) ... 31

Tabela 5 - Determinação do peso específico de solos argilosos (Godoy, 1972) ... 31

Tabela 6 - Fatores de segurança para fundações superficiais. ... 32

Tabela 7 - Tensões básicas determinada pela NBR 6122/96 ... 34

Tabela 8 - Determinação da umidade natural do solo. ... 60

Tabela 9 - Dados meteorológicos do dia do ensaio - Placa de 48 cm ... 60

Tabela 10 - Dados obtidos a partir do ensaio de campo – Placa de 48 cm... 61

Tabela 11 - Dados meteorológicos do dia do ensaio - Placa de 80 cm ... 62

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Tensão que provoca na placa um recalque de 10mm. Tensão que provoca na placa um recalque de 25mm. Tensão Admissível

Tensão de Ruptura

AASHTO American AssociationState Highway Officials ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

Av. Avenida

cm Centímetro

CPT Ensaio de penetração estática (Cone Penetration Test)

CPTU Ensaio de penetração estática piezocone (Piezo Cone Penetration Test) DMT Ensaio Dilatométrico (Dilatometric Marchetti Test)

H.R.B Highway Research Board

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística INMET Instituto Nacional de Meteorologia

I.S.C Índice de Suporte Califórnia

IP Índice de Plasticidade kg Quilograma kN Quilonewton kPa Quilopascal LL Limite de Liquidez LP Limite de Plasticidade

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m² Metro quadrado

m³ Metro cubico

mm Milímetro

MPa Megapascal

NBR Denominação de Norma da (ABNT) QLT Ensaio Ciclico (Cyclic Load Test)

QML Ensaio Rápido (Quinck Maintained Load Test) S.U.C.S Sistema Unificado de Classificação de Solos SML Ensaio Lento (Slow Maintained Load Test)

SPT Standard Penetration Test

SUCS Sistema Unificado de Classificação de Solos Tf/m² Tonelada força por metro quadrado

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1 INTRODUÇÃO ... 15

1.1 MOTIVAÇÃO ... 16 1.2 CONTEXTO ... 16 1.3 PROBLEMA ... 17 1.3.1 Questões de Pesquisa ... 17 1.3.2 Objetivos da Pesquisa ... 17 1.4 DELIMITAÇÃO ... 18

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 19

2.1 TIPOS DE SOLO ... 19

2.2 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E INVESTIGAÇÃO DE SOLO ... 21

2.2.1 Ensaio de Peso específico ... 21

2.2.2 Ensaios de Consistência ... 21

2.2.3 Ensaio de Granulometria ... 23

2.2.4 Ensaio SPT ... 24

2.2.5 Ensaio de Placa ... 26

2.3 INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS ... 28

2.3.1 Métodos de obtenção da tensão admissível ... 28

2.3.1.1 Métodos Teóricos ... 29

2.3.1.2 Método Semi-Empírico ... 32

2.3.1.3 Métodos empíricos ... 33

2.3.2 Interpretação dos resultados (Ensaio de Placa) ... 34

3 METODOLOGIA ... 36

3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 36

3.2 DELINEAMENTO DA PESQUISA ... 36

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3.4.1 Ensaio de peso específico ... 39

3.4.2 Ensaio Limite de Liquidez e Plasticidade ... 40

3.4.3 Análise granulométrica ... 41

3.5 ENSAIOS DE INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA ... 42

3.5.1 Ensaio de SPT ... 42

3.5.2 Ensaio de Placa ... 48

3.5.2.1 Etapas da Realização do Ensaio ... 51

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 57

4.1 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO ... 57

4.2 CAPACIDADE DE CARGA E RECALQUE ... 59

4.2.1 Resultados do ensaio de placa ... 60

4.2.1.1 Análise dos resultados e estimativa de tesão admissível ... 63

4.2.2 Resultados do ensaio SPT ... 65

4.2.2.1 Métodos Semi-empíricos ... 66

4.2.2.2 Métodos Empíricos ... 66

4.2.2.3 Métodos Teóricos ... 66

5 CONCLUSÃO ... 67

5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS: ... 68

REFERÊNCIAS ... 70

Apêndice A – Ensaio de ISC ... 74

Apêndice B – Ensaio de Compactação na Energia Normal ... 76

Apêndice C – Ensaio Limite de Liquidez e Plasticidade ... 78

Apêndice D – Ensaio de Granulometria ... 80

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I N T R O D U Ç Ã O

Para qualquer obra de relevância na engenharia civil, segundo Russi (2007), é imprescindível o conhecimento do solo e subsolo, onde a obra se apoiará através das fundações, pois caso uma investigação do solo não seja realizada, o prejuízo financeiro e moral para o responsável técnico será muito expressivo.

Por se tratar de uma matéria prima presente na maioria das obras da construção civil, o solo é um dos materiais mais utilizados na engenharia civil, sendo um material em grande abundância tornando-se um material econômico. Na maioria das vezes esta matéria prima é utilizada como suporte de carga, sendo importante lembrar que qualquer tipo de solo quando submetido a carregamentos sofre deformação (KUBLIK, 2010).

Em Schnaid e Odebrecht (2012) mostra-se que há várias tecnologias que podem ser empregadas para executar uma investigação do solo e subsolo. A escolha por uma delas vai depender do responsável técnico, que irá fazer sua escolha baseando-se não só das características físicas e geológicas do local como da complexidade da obra a ser instalada.

Para Hachich et.al (1998) o ensaio de placa é a melhor maneira para determinar o comportamento do solo, com o qual se consegue obter as tensões admissíveis do solo de forma real, além de conseguir visualizar através do gráfico a curva tensão x recalque característica do solo e ainda consegue-se determinar o tipo de ruptura do solo.

Propõe-se neste trabalho analisar o comportamento de um solo residual argiloso da cidade de Santa Rosa- RS, típico da região noroeste do Rio Grande do Sul, analisando e comparando valores obtidos a partir de métodos empíricos, semi-empíricos e analíticos (teóricos) com os resultados obtidos do ensaio de placa.

Este trabalho de conclusão de curso está dividido em cinco capítulos:

O capítulo 1, Introdução, faz considerações sobre a importância do trabalho, seus objetivos e sua estruturação.

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O capítulo 2, Revisão Bibliográfica, aborda os diversos assuntos envolvidos na utilização de ensaios de placa para análise do comportamento de carga e recalque de solos para fundações superficiais. Os assuntos revisados são: tipos de solos no estado do Rio Grande do Sul, ensaios de caracterização e investigação de solo e interpretação dos resultados abordando diferentes métodos.

O capítulo 3, Metodologia, descreve a forma e a estratégia da pesquisa, a descrição do local do ensaio de placa, e a descrição dos ensaios de caracterização e geotécnicos.

O capítulo 4, Análise dos Resultados, apresenta os resultados dos ensaios e várias análises e comparações são realizadas.

O capítulo 6, Conclusões, expõe as conclusões do trabalho e apresenta sugestões para futuras pesquisas.

1.1 MOTIVAÇÃO

A principal motivação para o desenvolvimento deste trabalho foi a possibilidade de realizar o primeiro ensaio de placa na cidade de Santa Rosa, e poder desta forma analisar o comportamento do solo da cidade, seguindo especialmente os trabalhos de (KUBLIK, 2010), (RUSSI, 2007) e (RUVER, 2005).

Busca-se neste trabalho analisar o comportamento do solo da cidade de Santa Rosa, através de ensaio de placa, especificamente a capacidade de carga e recalque do solo, comparando-o com resultados obtidos de correlações baseadas nos resultados do ensaio de SPT e em métodos teóricos e empíricos.

A partir deste trabalho poderão ser realizados novos trabalhos, que possam estudar, ampliar e melhorar o comportamento deste solo e de outros similares.

1.2 CONTEXTO

É conveniente que ao realizar uma obra de fundação se conheça o tipo de solo e as camadas que compõem o horizonte onde a fundação será apoiada. Para isso podem ser realizados ensaios em laboratório, porém é mais adequado e usual a realização de ensaios “in situ”, ou seja, no próprio local (HACHICH, et.al. 1998). Uma das formas mais eficazes da análise do comportamento do solo é através do ensaio de placa, que já foi muito utilizado nas décadas de quarenta e cinquenta, porém acabou entrando em desuso (HACHICH, et.al. 1998).

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O ensaio de placa na maioria das vezes não é utilizado pelas construtoras por motivos de cronograma e custos, mas é a forma mais real de se identificar o comportamento e resistência de um determinado solo, analisando o comportamento tensão-recalque gerado a partir do ensaio. (RUVER, 2005).

1.3 PROBLEMA

Segundo Russi (2007), a capacidade de carga e a pressão de recalque que o solo estará sujeito pelo carregamento de uma estrutura deverão estar muito bem definidas pelo profissional para o dimensionamento da fundação.

Conforme investigação junto a empresas de construção civil da cidade, os projetos de fundações baseiam-se no máximo em ensaios de SPT (Standard Penetration Test), mas muitas vezes nem um poço de reconhecimento é realizado.

O ensaio de placa é uma das formas mais seguras de se prever o comportamento futuro de uma fundação, através dele conhece-se o comportamento da fundação em escala reduzida, podendo-se desta forma realizar um projeto com maior segurança, e com custo mais reduzido, evitando a majoração com os coeficientes de segurança. (RUSSI, 2007).

1.3.1 Questões de Pesquisa

A partir do problema, foi definida como questão geral de pesquisa:

• Qual a capacidade de carga e recalque do solo da cidade de Santa Rosa – RS? Desta questão principal, surgem outras, secundárias, como:

• Quanto o valor da tensão admissível é maior ou menor se comparado aos valores obtidos dos métodos baseados a partir do ensaio de SPT?

• Qual o tipo de ruptura apresentada pelo solo depois da aplicação de carga? 1.3.2 Objetivos da Pesquisa

O objetivo geral deste trabalho é: avaliar o comportamento do solo da cidade de Santa Rosa - RS, a partir do ensaio de placa, conhecendo sua capacidade de carga e recalque.

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• Identificar a capacidade de carga do solo e comparar com o valor obtido a partir de métodos teóricos, empíricos e semi-empíricos, obtidos dos ensaios de caracterização do solo e SPT;

• Identificar o tipo de ruptura que o solo em estudo irá apresentar depois da aplicação de carga.

1.4 DELIMITAÇÃO

Os resultados obtidos neste trabalho restringem-se ao solo analisado neste estudo. Podendo, no entanto, servir para critérios de comparação com outros solos e melhoramento do próprio comportamento do solo.

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Esta seção apresenta uma revisão da literatura sobre tipos de solo, ensaios de caracterização e investigação de solo e interpretação de resultados destes ensaios para conhecimento do comportamento de carga e recalque de solos.

Segundo Pinto (2006), todas as obras de engenharia civil são apoiadas no solo, desta forma Russi (2007), diz que é de suma importância a caracterização e definição da capacidade de carga e recalque do solo onde a fundação será apoiada, para que não aconteçam incidentes conhecidos, citados por Das (2007), como das Torres de Pisa e Garisenda na Itália (Figura 1).

Figura 1 - Torres de Pisa e Garisenda, Itália.

Fonte: Wikipédia, 2015.

Schnaid, e Odebrecht (2012), dizem que o custo para investigação do solo para se obter os dados necessários para a realização de um projeto de fundação mais eficiente, giram em torno de 0,2% e 0,5% do custo total da obra de obras convencionais. E esta investigação é realizada para efetivamente se conhecer o tipo de solo onde se apoiará por exemplo uma fundação.

2.1 TIPOS DE SOLO

Todos os tipos de solos são originários da transformação das rochas que constituíam a crosta terrestre, as quais sofreram alterações químicas e físicas, dependendo das condições atmosféricas para sua caracterização (PINTO, 2006).

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Segundo Kublik (2010), a região do sul do Brasil, apresenta uma predominância de solos lateríticos, oriundos da alteração de rochas como o basalto e arenito, no estado do Rio Grande do Sul situando-se principalmente na região do planalto, e pedologicamente esse tipo de solo é classificado como Latossolo (KUBLIK, 2010).

Segundo o IBGE (2015) (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) no estado do Rio Grande do Sul existem 14 tipos de solos distribuídos em diferentes regiões, a seguir descritos: Latossolo, Nitossolo, Alissolo, Luvissolo, Argilossolo, Espodossolo, Chernossolo, Planossolo, Cambissolo, Plintossolo, Gleissolo, Neossolo, Organissolo, Vertissolo, representados no mapa da Figura 2.

Figura 2 - Mapa com os tipos de solos RS- Região de Santa Rosa

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Analisando o mapa do IBGE (Figura 2), consegue-se definir que a região de Santa Rosa, apresenta três tipos de solo: Nitossolos Vermelhos, Nitossolos Háplicos e Latossolos Vermelhos, com predominância dos Latossolos Vermelhos. Além da classificação pedológica do solo, outras classificações auxiliam o engenheiro civil a analisar o solo para inúmeras aplicações. A maioria delas depende da execução de ensaios de caracterização e investigação do solo, sendo algumas delas fundamentais para o conhecimento do comportamento mecânico do solo.

2.2 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E INVESTIGAÇÃO DE SOLO

Existem diversos tipos de ensaios para a caracterização e investigação de solo. Serão abordados neste trabalho os ensaios para a caracterização: peso específico, índices de consistência, massa específica real dos grãos e granulometria. Já para os ensaios de investigação serão abordados os ensaios de sondagem SPT (Standard Penetration Test) e de placa.

2.2.1 Ensaio de Peso específico

Segundo Pinto (2006), o termo densidade remete a massa específica e densidade relativa e diz que é a relação entre a densidade do material e a densidade da água a 4ºC.

A densidade específica do solo é a relação entre a massa de solo seco e o seu volume, e a variação granulométrica dos solos faz com que os solos mais arenosos sejam mais densos, valores obtidos a partir do ensaio I.S.C. (Índice Suporte Califórnia) (PINTO, 2006).

2.2.2 Ensaios de Consistência

Também conhecidos como Limites de Atterberg, os ensaios de Limite de Liquidez (LL) e Limite de Plasticidade (LP) definem o índice de Plasticidade (IP), no qual o (IP) é obtido a partir da diferença entre os dois limites (PINTO, 2006).

Segundo Das (2007) e Pinto (2006) o Limite de Liquidez é medido a partir do aparelho de Casagrande, que nada mais é do que teor de umidade (%), que o solo deve ter para fechar o sulco de 2mm, numa extensão de 12,7 mm, dentro da concha, com o número de 25 golpes do aparelho, apresentado na Figura 3.

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Figura 3 - Equipamento Casagrande

Fonte: Adaptada de (DAS,2007) e (PINTO,2006).

Por mais que pareça, a determinação do teor de umidade não é simples, por este motivo são realizados vários ensaios, anotando-se o teor de umidade e o número de golpes necessários para o fechamento do sulco. A partir destes dados lança-se em um gráfico semilogarítimo, obtendo-se o teor nos 25 golpes, conforme Tabela 1. (DAS, 2007).

Tabela 1 - Gráfico Limite de Liquidez

Fonte: Autoria própria (2015)

A realização do ensaio para a determinação do Limite de Liquidez é padronizada pela NBR 6459/84, onde são descritos os materiais a serem utilizados e o passo a passo para a realização do ensaio.

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Segundo a NBR 6459/84 após a preparação da amostra de solo conforme a NBR 6457/86, deverão ser acrescentados teores de água as amostras de solo, e medidas as quantidades de golpes necessários para o fechamento do sulco aberto pelo cinzel, onde a quantidade de golpes deve ficar entre 15 e 35, no final cada amostra deverá ter o seu teor de umidade determinado pela Equação 1. Desta forma pode-se traçar o gráfico, podendo determinar o teor de umidade de solo, para os 25 golpes, onde é caracterizado o estado de Limite de Liquidez (ABNT, NBR 6459/84).

ℎ = 100 (01) Onde conforme a (NBR 6457/86):

h = Teor de umidade, em %.

M1 = Massa do solo úmido mais a massa do recipiente, em g. M2 = Massa do solo seco mais a massa do recipiente, em g. M3 = Massa do recipiente, em g.

Já o Limite de Plasticidade (LP) é o menor teor de umidade possível para se moldar um cilindro com 3 mm de diâmetro, sem que ele se desagregue, rolando-se o solo com a palma da mão (Pinto, 2006).

A realização do ensaio de plasticidade é padronizada pela NBR 7180/84, que determina todos os procedimentos a serem realizados para o ensaio além dos equipamentos e materiais a serem usados durante o ensaio. Conforme a NBR 7180/84 a preparação da amostra de solo deverá ser realizada conforme determina a NBR 6457/86, e após isso serão acrescentados teores de umidade a amostra de solo, até se atingir o teor de umidade que se consiga realizar com o solo um cilindro de 100mm de comprimento e 3mm de espessura, sem que ele se fracione. Atingindo esse resultado deverá ser coletada uma pequena amostra para determinação do teor de umidade deste solo, obtida da Equação 1 (ABNT, NBR 7180/84).

2.2.3 Ensaio de Granulometria

Segundo Pinto (2006), através do ensaio de granulometria é possível determinar a faixa de tamanho das partículas do solo, que são representados em porcentagem em relação ao peso total seco. São utilizados comumente dois ensaios normatizados pela NBR 7181/84, o de peneiramento e o de sedimentação (DAS, 2007).

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Conforme Das (2007), o ensaio de peneiramento é realizado para a parte do solo com partículas maiores que 0,075mm, consistindo na sobreposição de uma série de peneiras, a partir da 35, com abertura de 0,50mm até a 200 com abertura de 0,075mm. Entre elas são mais 9 peneiras (DAS, 2007).

Pinto (2006) e Das (2007) dizem que o restante das partículas do solo com diâmetro menor que 0,075mm, são utilizadas no ensaio de sedimentação, que consiste na sedimentação dos grãos de solo na água. Em laboratório é realizado em um cilindro de sedimentação no qual são acrescidos uma quantidade de solo seco em estufa e água destilada e hexametafosfato, (agente floculante) e a partir desta etapa realizam-se as leituras, conforme descrito na NBR 7181/84 (PINTO, 2006; DAS, 2007).

2.2.4 Ensaio SPT

Schnaid e Odebrecht (2012) em seu livro dizem que existem diversos tipos de sondagem que podem ser utilizados, entre eles o ensaio Dilatométrico (Dilatometric Marchetti Test, DMT), Standard Penetration Test (SPT), ensaio de penetração estática (Piezo Cone Penetration Test, CPTU), ensaio Pressiométrico tipo Menard (MPM), ensaio de Palheta (Vane Test, VANE), os quais se destacam com uso corrente na prática brasileira, conforme (Figura 4).

Figura 4 - Ensaio mais frequentes no Brasil.

Fonte: (SCHNAID e ODREBRECHT,2012).

Segundo Schnaid e Odebrecht (2012) o SPT é o ensaio mais reconhecido e usado no Mundo e também no Brasil, pois pode ser aplicado a diversos tipos de solo, e ter um baixo valor de aplicação. Os equipamentos e método de execução do ensaio SPT, são normatizados pela NBR-6484/2001 (ABNT, NBR-6484/2001).

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São basicamente seis partes que compõem o equipamento que é utilizado para a realização do ensaio de SPT (Figura 5): amostrador, haste, martelo, torre ou tripé de sondagem, cabeça de bater, conjunto de perfuração (todos tem suas características definidas pela NBR-6484/2001, além de cuidados e procedimentos a serem tomados) (SCHNAID e ODEBRECHT,2012).

Figura 5 - Esquema equipamento ensaio SPT.

Fonte: (PINTO,2006).

Consiste na obtenção do valor N do SPT ou Nspt, que é o número de golpes necessários para a cravação do amostrador nos 30 cm finais, de três séries de 15 cm. Porém, Schnaid e Odebrecht (2012) recomendam que sejam anotados os valores dos primeiros 30 cm, para a verificação de amolgamento de solo ou limpeza ineficiente do furo. A altura de queda do martelo de 65 kg, deve ser sempre igual a 75 cm. (PINTO, 2006).

Os resultados normalmente são expressos em um relatório que expõem entre outras especificações, o Nspt, de cada profundidade analisada, a espessura dos diferentes tipos de solo encontrados no perfil, o tipo de solo em cada camada e a profundidade do nível do lençol freático (ABNT, NBR-6484/2001).

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2.2.5 Ensaio de Placa

Décourt e Quaresma Filho (1996), dizem que a forma mais correta de se obter o comportamento carga- recalque para fundações é o emprego do ensaio de placa, que não é tão utilizado devido ao alto custo dos equipamentos e do longo tempo que deve ser desprendido para a realização do ensaio.

Segundo Caputo (1978) existe uma relação entre dimensão e forma da placa, tipo de carregamento, número de repetições de carga e os valores obtidos do ensaio de placa.

Conforme Mello e Teixeira (1968), o ensaio de placa reproduz o comportamento de uma fundação in loco. Existem dois tipos de comportamento típicos do solo adjacente a região comprimida, o de compressibilidade e outro de cisalhamento.

Na Figura 6, são representados os três tipos de ruptura no solo mencionados por Vesic (1975): Ruptura Geral (A.1), Ruptura por puncionamento (A.2) e Ruptura Local (A.3). Na primeira ocorrerá uma protuberância na superfície do terreno no entorno da fundação e a ruptura é repentina seguida da queda da estrutura, no segundo caso não existe alteração na superfície ao redor da fundação e a estrutura mantêm-se de pé, e no terceiro caso é uma situação intermediária as duas anteriores.

Figura 6 - Tipos de ruptura do solo.

(27)

Já Militisky (1991) classifica os ensaios de placa em três tipos: • Ensaio Lento – SML (Slow Maintained Load Test)

Normatizado pela (NBR 6489/84) onde a aplicação dos estágios de tensão não deve ultrapassar 20% da tensão admissível provável do solo, as leituras dos recalques deverão ser realizadas em intervalos dobrados (1,2,4,8,15,30 minutos), sendo as cargas aplicadas sempre quando o recalque entre leituras for menor que 5% do recalque total. O ensaio será conduzido nestes critérios até atingir o recalque de 25mm, ou o dobro da tensão admissível do solo. O descarregamento deverá ser realizado em estágios sucessivos onde o valor a ser descarregado é de no máximo 25% da carga total, com leituras realizadas da mesma maneira ao carregamento.

• Ensaio Rápido – QML (Quick Maintained Load Test)

Este tipo de ensaio não tem uma normatização específica e por este motivo é comumente utilizado as recomendações da NBR 1211/91- “ Estacas – Prova de Carga Estática”.

• Ensaio Cíclico – QLT (Cyclic Load Test)

Esse tipo de ensaio é bastante utilizado em pavimentos rodoviários e aeroportos, pois são realizados ciclos de carregamento de 1/3 da tensão admissível estimado do solo e descarregamentos de metade da carga, repetidos 20 vezes.

Para Cintra e Albiero (1998) o ensaio de placa não serve apenas como estimativa de recalque imediato em fundações, mas também para a determinação da taxa de trabalho do solo. Os equipamentos e procedimentos a serem realizados e utilizados para o ensaio de placa são normatizados pela NBR-6489/1984, onde utiliza-se uma placa com área mínima de 0,5 m², que será alocada na mesma cota em que será assentada a fundação. Aplica-se cargas verticais no centro da placa, em estágios e mede-se a deformação simultaneamente com o incremento da carga, resultando em um gráfico de pressão x recalque (ABNT, NBR-6489/1984).

Conforme Alonso (1991), deve-se levar em conta as camadas de solo abaixo do solo analisado (Figura 7), devido ao bulbo de tensões, pois as camadas de solo adjacentes podem ter resistência inferior a analisada na superfície da aplicação do ensaio de placa. Para esta análise das camadas adjacentes Dalla Rosa e Thomé (2004) citam o ensaio de SPT como boa alternativa.

(28)

Figura 7 - Bulbo de Tensões

Fonte: (Velloso e Lopes, 1996).

Kublik (2010), realizou ensaios de placa em solo inundado, solo compactado e solo melhorado com cimento, na cidade de Santo Ângelo - RS, onde obteve os seguintes resultados: no solo inundado a tensão de ruptura apresentada foi de 195 kN/m², no solo compactado obteve uma tenção de ruptura de 290 kN/m² e no solo melhorado com adição de cimento obteve uma tensão de ruptura de 940 kN/m².

Já Russi (2007), realizou ensaios de placa com diferentes diâmetros, em solo natural da cidade de Santa Maria – RS, onde obteve tensões de ruptura entre os valores de 1,15 e 2,41 MPa.

2.3 INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS

A interpretação dos resultados é uma das etapas que se deve ter um cuidado especial, pois por existirem diversos métodos de análise, obtém-se diferentes resultados para o mesmo solo analisado.

2.3.1 Métodos de obtenção da tensão admissível

Existem diferentes formas para obter a tensão admissível de um determinado tipo de solo, dependendo dos dados que se tem disponíveis, da complexidade da obra e da tecnologia disponível.

(29)

Conforme a NBR 6122/2010, a determinação da tensão admissível do solo pode ser determinada por métodos teóricos, semi-empíricos e empíricos. Ainda será analisado neste trabalho os valores obtidos do ensaio de placa.

2.3.1.1 Métodos Teóricos

Referente aos métodos teóricos a NBR 6122/2010 diz que:

“ Podem ser empregados métodos analíticos (teorias de capacidade de carga), nos domínios de validade de sua aplicação, que contemplem todas as particularidades do projeto, inclusive a natureza do carregamento (drenado ou não drenado) ”. (ABNT, NBR 6122/2010).

Os métodos teóricos para a determinação da tensão admissível são muito difundidos e adotados em diversos estudos, e existem diferentes combinações numéricas para a determinação destes valores, entre eles, a fórmula de Vésic (1974), Brinch Hansen (1963), além de outras, porém a mais utilizada no mundo inteiro é a equação de Terzaghi (1943), dada pela Equação 2 a seguir (RUVER, 2006):

= . + . + . . . (02)

Onde:

c= coesão do solo

q= Sobrecarga ( q = γ.D) ; γ= B = menor dimensão da sapata

, , = Fatores de capacidade de carga, podendo ser obtidos das Tabelas 2 e 3. • A equação é aplicável apenas para solos compactos ou consistentes (ruptura

geral).

• Para solos passíveis de ruptura local, deverá ser aplicada a mesma equação com redução dos parâmetros de resistência do solo de acordo com as equações 3 e 4:

c!_{= . (03)}

(30)

Tabela 2 - Fatores de capacidade de carga (Terzaghi)

Fonte: (Terzaghi, 1943).

Tabela 3 - Fatores de carga (Nc e Nq; Prandtl-Reissner, Nγ;Caquot-Kérisel)

(31)

Os valores de coesão, peso específico e ângulo de atrito interno devem ser determinados por ensaios de laboratório ou por tabelas que inferem estes valores a partir do Nspt, onde o valor de coesão pode ser determinado pela Tabela 4, o peso específico pela Tabela 5 e o ângulo de atrito pela equação 5.

Tabela 4 - Determinação da coesão do solo por Alonso (1943)

Fonte: Adaptada da aula 6, Fundações – WAYHS (2013)

Tabela 5 - Determinação do peso específico de solos argilosos (Godoy, 1972)

Fonte: Adaptada da aula 6, Fundações – WAYHS (2013)

Φ = √20. + 15° Estimativa de Φ, Teixeira (1996) (5) A NBR6122/2010 cita ainda que para fins de cálculo, que deverão ser aplicados fatores de segurança, desta forma obtêm-se a tensão admissível de cálculo. Este fator de segurança tem seus valores diferenciados em função do tipo de ensaio adotado, conforme apresentado na Tabela 6.

(32)

Tabela 6 - Fatores de segurança para fundações superficiais.

Fonte: (ABNT. NBR6122/2010). 2.3.1.2 Método Semi-Empírico

Referente aos métodos semi-empíricos a NBR 6122/2010 diz que:

“São métodos que relacionam resultados de ensaios (tais como o SPT, CPT, etc.) com tensões admissíveis ou tensões resistentes de projeto. Devem ser observados os domínios de validade e suas aplicações, bem como as dispersões dos dados e as limitações regionais associadas a cada um dos métodos. ” (ABNT, NBR 6122/2010)

Um dos métodos para a determinação da tensão admissível pelo método semi-empírico é apresentada por Mello (1975, apud Ruver,2006), apresentado pela Equação 6:

= 100. (, -./− 1), para qualquer solos entre 4≤ -./ ≤ 16 (06)

Outro método para a determinação da tensão admissível pelo método semi-empírico foi desenvolvido por Teixeira e Godoy (1996), muito conhecido no meio brasileiro, representada pela Equação 7: (HACHICH, et.al, 1998).

= 0,02. (em MPa) (07) Válido para solos em estado natural no intervalo de 5 ≤ N ≤ 20, onde N é o valor médio dentro do bulbo de tensões representado pela Figura 8.

(33)

Figura 8 - Obtenção de Nmédio para método semi-empírico

Fonte: (HACHICH, et.al, 1998).

Ruver (2005) em sua dissertação, desenvolveu um método para a determinação da tensão admissível em solos residuais, onde apresenta limite superior, inferior e médio, estes são representados nas equações 8, 9 e 10 :

= 9,54. -./,6 + 6,41. 7 -./,6 − 20,3. -./,6 + 167,3, Limite Superior (08)

= 9,54. -./,6 − 6,41. 7 -./,6 − 20,3. -./,6 + 167,3, Limite Inferior (09)

= 9,54. -./,6 , Valor médio (10)

2.3.1.3 Métodos empíricos

Após a aprovação da nova versão da NBR 6122 de 2010, o uso de métodos empíricos não é mais permitido para fins de cálculo da obtenção da tensão admissível, porém a norma diz que valores adotados de métodos empíricos somente poderão ser usados para fins de pré-dimensionamento (ABNT, NBR 6122/2010).

Na Tabela 7, apresenta-se a tabela empírica apresentada na versão anterior da NBR 6122 de 1996.

(34)

Tabela 7 - Tensões básicas determinada pela NBR 6122/96

Fonte: (ABNT, NBR 6122/96).

2.3.2 Interpretação dos resultados (Ensaio de Placa)

Conforme Milititsky (1991), existem diversas formas para identificar a ruptura do solo nos ensaios de placa, podendo-se obter diferentes valores para o mesmo solo analisado. A NBR 6489/84 não determina critério de ruptura. Desta forma usa-se vários métodos (ABNT, NBR 6489/84).

Segundo Niyama et.al (1998), os critérios de ruptura existentes podem ser divididos em quatro grupos, da seguinte forma.

• Critério de deformabilidade limite: onde a carga de ruptura do solo é identificada onde ocorrer a máxima relação entre a carga e o deslocamento.

• Critério de inserção das fases elásticas e plásticas: desta forma a carga de ruptura é identificada no ponto onde ocorrer o cruzamento das duas retas tangentes sobre o gráfico logaritmo.

• Critérios matemáticos: neste critério a carga de ruptura é obtida através de expressões matemáticas, que ajustam a curva carga x recalque.

• Critérios de limite de deslocamento: onde existe deslocamento pré-determinado da carga de ruptura.

(35)

Russi (2007), ainda menciona os limites de recalque total, citados na dissertação de Cudmani (1994):

• Absoluto: 25mm (Código de Nova Iorque) • Relativo:

10% do diâmetro (Inglaterra) d/30 (Norma Brasileira)

5% do diâmetro (Companucci e Gómez, 1980)

Já para Terzaghi (1943), a tensão admissível é dada a partir da tensão de ruptura e um fator de segurança igual a 2, conforme apresentado na Equação 11. (RUSSI, 2007).

= :;₍₁₁₎

Por último segundo Hachich (1998), o critério utilizado na cidade de Boston considera a tensão admissível como sendo o menor valor entre a tensão aos 10mm e a tensão aos 25mm dividido por 2, conforme representado na Equação 12.

(36)

3 METODOLOGIA

Este capítulo destina-se a descrever a metodologia adotada durante a realização da pesquisa, decisões adotadas e procedimentos.

3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA

A ferramenta escolhida para a obtenção dos dados necessários para realização do trabalho foi do tipo pesquisa de campo. A finalidade foi de explorar no local os dados necessários para a realização do trabalho.

A pesquisa de campo foi efetuada através de ensaios “in loco” ou com amostras de solo do local ensaiados em laboratório. Os ensaios realizados em laboratório foram os necessários para caracterização geotécnica do solo e os ensaios de investigação geotécnica “in loco” (em campo) realizados foram sondagem SPT e ensaio de placa.

Os dados foram dispostos em tabelas e em alguns casos representados em gráficos para melhor visualização e compreensão dos dados, tornando possível analisar tanto o comportamento do solo, bem como eventuais falhas na execução dos ensaios.

3.2 DELINEAMENTO DA PESQUISA

O trabalho foi dividido em quatro etapas principais, sendo que o delineamento da pesquisa está representado na Figura 9.

(37)

Figura 9: Representação esquemática do delineamento da pesquisa

Fonte: Autoria própria (2015).

Na primeira parte da pesquisa (exploratória) teve-se como objetivo entender a realização dos ensaios necessários, os procedimentos e os equipamentos, através de revisão bibliográfica sobre os assuntos.

A segunda etapa (desenvolvimento) consistiu na escolha do local para a realização do estudo, compatibilizando o mesmo com o equipamento de reação necessário para a realização do ensaio de placa, articular para a realização do ensaio SPT no local e ainda estipular uma data base para a realização dos ensaios.

Para a execução dos ensaios foi necessário uma série de colaborações conjuntas, partindo de datas disponíveis, condições climáticas e disponibilidade de equipamento.

Na última etapa foi realizado a análise dos dados obtidos dos ensaios e comparar os dados com as bibliografias e assim tirar as conclusões do trabalho.

3.3 DESCRIÇÃO DO LOCAL DO ENSAIO

A escolha do local do ensaio foi determinada pela disponibilidade de acesso dos equipamentos, especialmente a escavadeira hidráulica que serviria de cargueira e pelo perfil superficial do solo o mais homogêneo possível na região onde atua o bulbo de tensões significativos provocado pela aplicação de carga na placa.

(38)

Desta forma o local escolhido foi o prolongamento da Avenida América na cidade de Santa Rosa- RS, que se localiza na região noroeste do Estado, que segundo o IBGE (2015), possuindo uma população de 68.587 habitantes, com uma área total de 489.798 Km² e densidade demográfica igual a 140,03 hab./Km² (dados referentes ao censo de 2010). A Figura 10 mostra mapa da localização da cidade no estado.

Figura 10 - Localização da cidade de Santa Rosa - RS

Fonte: (MPSR, 2012).

Como explanado anteriormente o principal motivo para a escolha do local, foi a disponibilidade de acesso da máquina escavadeira hidráulica que serviria como reação do ensaio de placa. A máquina foi cedida pela Prefeitura Municipal de Santa Rosa. O local também possibilitaria a execução de sondagem SPT, reforçando a escolha por este local. Na Figura 11 pode-se observar a localização exata do local.

(39)

Figura 11 - Localização do local dos ensaios, dentro do perímetro de Santa Rosa- RS

Fonte: Adaptada de: (GOOGLE MAPS, 2015).

3.4 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO

Os ensaios de caracterização têm finalidade de classificar o tipo de solo analisado, desta forma é possível fazer comparações de resultados de diferentes estudos. Os ensaios de caracterização do solo foram realizados no laboratório da UNIJUI, Santa Rosa-RS.

3.4.1 Ensaio de peso específico

O peso específico do solo foi determinado a partir do ensaio de I.S.C (Índice de Suporte Califórnia), que é a determinação da relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo de prova de solo, e a pressão necessária para produzir a mesma penetração numa mistura padrão de brita estabilizada granulometricamente.

A moldagem deste corpo de prova é realizada em um cilindro padrão mostrado pela Figura 12, este solo é moldado em umidade ótima do solo, que por sua vez determinada pelo ensaio de compactação na energia normal. Os resultados dos ensaios de I.S.C e compactação estão nos Apêndices A e B, respectivamente.

(40)

Figura 12 - Molde de ensaio ISC.

3.4.2 Ensaio Limite de Liquidez e Plasticidade

O ensaio para a determinação do Limite de Liquidez foi realizado conforme determina a NBR 6459/84, onde foi preparada uma amostra de solo conforme a NBR 6457/86, em seguida acrescido uma certa quantidade de água ao solo, e medida a quantidade de golpes necessários para o fechamento do sulco aberto pelo cinzel, conforme mostra a Figura 13.

Figura 13 - Aparelho Casa Grande, determinação do Limite de Liquidez

(41)

A quantidade de golpes deve ficar entre 15 e 35, no final de cada seção de golpes foi coletada uma amostra, medido o peso do solo, e posto na estufa, após seco foi realizado outra pesagem, podendo desta forma determinar a umidade de cada amostra, com estes dados pôde-se traçar o gráfico determinando o teor de umidade de solo para os 25 golpes, onde é caracterizado o estado de Limite de Liquidez.

O ensaio de plasticidade foi realizado conforme determina a NBR 7180/84, onde foi acrescentado um certo teor de água a amostra de solo e tentado realizar um cilindro de 100mm de comprimento e 3mm de espessura, sem que ele se fracione, onde for atingido esse resultado, foi coletado uma amostra para determinar o teor de umidade deste solo. Os resultados do ensaio do Limite de Plasticidade estão representados no Apêndice C.

3.4.3 Análise granulométrica

O ensaio foi realizado conforme NBR 7181/84, onde o solo foi peneirado usando a sobreposição de uma série de peneiras a qual começa na peneira nº4 até a 200 com abertura de 0,075mm, entre elas são mais 9 peneiras. Com a parte passante na peneira nº200, foi realizado ensaio de sedimentação, consiste na sedimentação dos grãos de solo na água, em laboratório é realizado em um cilindro de sedimentação no qual foi acrescido uma quantidade de solo seco em estufa e água destilada, ainda foi acrescido hexametafosfato, (agente Floculante), (Figura 14) e a partir desta etapa foram iniciadas as leituras, conforme procedimento descrito na NBR 7181/84. Os resultados do ensaio de granulometria do solo estão no Apêndice D.

(42)

Figura 14 - Ensaio de granulometria - sedimentação

3.5 ENSAIOS DE INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA

Este capítulo do trabalho foi dividido em duas partes, apresentando primeiramente o ensaio de SPT, para análise do perfil geotécnico do terreno e apoio para estimativa da tensão admissível do solo através de métodos semi-empíricos e teóricos. Na segunda parte descreve-se o ensaio de placa em solo em condição natural, cujos resultados apredescreve-sentam o comportamento do solo e permite a obtenção da tensão admissível através de métodos e critérios.

3.5.1 Ensaio de SPT

Para a realização do ensaio de SPT, optou-se em não contratar empresa com experiência, por dois motivos: após pesquisa constatou-se que nenhuma construtora do município teria agendado nesta época ensaio SPT em suas obras, e isto inviabilizava o deslocamento de empresa executora de sondagem SPT pelo alto custo. Já o outro motivo seria a possibilidade de realizar o ensaio com equipamento adquirido por colega do curso de engenharia, que se colocou à disposição para a execução do ensaio.

Assim foi realizado o primeiro ensaio, no dia 01/05/2015, com início às 11:15 horas. A Figura 15 mostra a montagem dos equipamentos, que eram adequados segundo a NBR 6484/2001.

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Figura 15 - Montagem do equipamento para o ensaio SPT

A NBR 6484/2001 determina que as leituras sejam realizadas a partir do primeiro metro de profundidade, a partir daí sendo feito de metro em metro. Como a placa se apoia na superfície durante o ensaio de placa, as leituras da sondagem SPT foram iniciadas também a partir da superfície.

Neste primeiro ensaio, foi utilizado para a escavação o trado helicoidal, mostrado na Figura 16, que devido ao mesmo diâmetro do amostrador fazia com que o número de golpes fosse maior, devido o atrito lateral ao amostrador. Desta forma foi decidido pela realização de um novo ensaio.

(44)

Figura 16 - Trado helicoidal

O segundo ensaio foi realizado no dia 09/05/2015, com início às 9:35 horas, desta vez usando o trado mostrado na Figura 17, sendo as leituras realizadas desde a superfície. Foram aplicados golpes que eram transmitidos ao amostrador, por meio de um martelo de 65kg, caindo em queda livre de uma altura de 75cm, conforme apresentado na Figura 18, obedecendo ao prescrito na NBR 6484/2001.

Figura 17 - Trado maior usado no segundo ensaio

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Figura 18 - Execução da primeira leitura na superfície

Foram anotados os números de golpes necessários para a penetração do amostrador em 45 cm, divididos em três camadas de 15 cm. A soma do número de golpes para penetrar nos dois primeiros trechos de 15 cm, é chamada de “1ª e 2ª” e a soma dos dois últimos trechos de 15cm, é chamada de “2ª e 3ª”.

Após, foi realizado a escavação com o trado, de forma manual, até se atingir a cota de -1,00 m, realizando novamente o procedimento acima descrito. Assim, sucessivamente, foi realizado o ensaio de metro em metro.

Até a profundidade de 4,60 m, o solo apresentava-se homogêneo, como um solo residual argiloso vermelho. A partir da cota -4,60 m constatou-se uma alteração no solo da escavação pelo trado. O solo obtido do amostrador apresentava sinais de alteração de rocha ou de concreções, de cor rosa-amarelada, conforme percebe-se na Figura 19. Situação semelhante ocorreu na cota -6,00 m, apresentado na Figura 20.

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Figura 19 - Amostra de solo dos - 5,00 metros de profundidade

Figura 20 - Amostra do solo dos - 6,00 metros de profundidade

Avançando na escavação, entre 6 e 7 m constatou-se alteração de cor no solo passando a rosa acinzentado, mais precisamente na profundidade de 6,50 m (Figura 21). A amostra obtida do amostrador da profundidade de 7 m, está representada na Figura 22. Finalizou-se a escavação na profundidade de 8 m, identificando o mesmo tipo de solo da cota anterior. Pela forma da escavação e tipo de ferramenta não foi possível atingir a profundidade do impenetrável.

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Figura 21 - Identificação da mudança de solo no trado

Figura 22 - Amostra de solo dos - 7,00 metros de profundidade

O principal objetivo da realização da sondagem SPT era conhecer a resistência a penetração nas camadas de solo logo abaixo da superfície, dentro do bulbo de tensões significativo do ensaio de placa, sendo, portanto, a sondagem considerada aceitável.

Vale ainda ressaltar que se realizou uma tentativa de escavação por meio de lavagem, a partir da cota -3 m, frustrada pelo embuchamento do solo argiloso no tubo, que impedia a subida do material do fundo do furo. Não foi encontrada presença de água, portanto o nível do lençol freático não foi achado nos 8 m escavados. Os resultados estão expressos no relatório no Anexo E.

(48)

3.5.2 Ensaio de Placa

Foram realizados nesta etapa dois ensaios de placa com diâmetros diferentes, um com placa de diâmetro de 48 cm e outro com diâmetro de 80 cm pelo método lento SML.

A placa no ensaio foi apoiada na superfície do terreno. O terreno já tinha sofrido um corte de 60 cm em relação ao nível natural, conforme percebe-se na Figura 23. A NBR-6489/84 recomenda que o ensaio deve ser realizado na mesma cota que a futura fundação, desta forma a fundação hipotética real deveria ser apoiada nesta cota.

Figura 23 - Local da realização do ensaio, corte de 60 cm.

O local do ensaio da placa de 48 cm ficou posicionado a 3 m do mato e a 10 m do meio fio da Av. América e o da placa de 80 cm, 3 m na direção oeste da placa de 48 cm. A distância entre as placas foi de 3 m para evitar a interferência dos bulbos de tensões. Representa-se a posição das placas no croqui da Figura 24.

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Figura 24 - Localização das placas de ensaio

O sistema de reação escolhido para o ensaio foi utilizar escavadeira hidráulica marca Komatsu PC160LC, tendo como característica, massa de 16,56 toneladas. A utilização deste equipamento foi possível graças ao apoio da Prefeitura de Santa Rosa que disponibilizou a máquina durante o sábado da realização do ensaio. Observa-se a escavadeira naFigura 25.

(50)

Figura 25 - Escavadeira Hidráulica (sistema de reação)

A escolha deste equipamento passou por critérios de viabilidade técnica e econômica do ensaio, ou seja, o equipamento a ser utilizado deveria: não comprometer a execução ou a qualidade dos dados do ensaio e não gerar um custo muito elevado.

Quanto ao critério de viabilidade de execução do ensaio o equipamento se enquadrou muito bem, pois a máquina não possui sistema de amortecimento, permitindo ao sistema de transferência de carga, (macaco hidráulico), um curso menor, ou comprimento dentro do seu limite, além de possuir alto peso estacionário, imprescindível para o ensaio.

No critério de viabilidade econômica o equipamento adequou-se pela cessão sem custo pela Prefeitura de Santa Rosa, uma vez que a máquina estava sendo usada na execução do prolongamento da Av. América. Se o sistema de reação fosse utilizado através de estacas de reação, conforme utilizado no estudo de Russi (2007), o custo e tempo inviabilizariam este projeto.

Foram utilizados para a realização do ensaio os seguintes equipamentos, representados na Figura 26, todos pertencentes ao Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ do Campus de Ijuí (LEC):

• Três extensômetros com precisão de 0,01 mm e curso máximo de 30 mm; • Um macaco hidráulico marca Enerpac, modelo RC256, com capacidade para 25

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• Uma placa de diâmetro de 48 cm e outra de diâmetro de 80 cm, ambas com espessura de 25 mm;

• Uma viga de aço perfil I com 15 cm de altura; • Uma peça de encaixe viga/macaco (com parafuso);

• Uma régua de alumínio de 3x10x300cm, respectivamente largura x altura x comprimento e dois apoios da régua;

• Três espaçadores com 5 cm de altura e 10 cm de diâmetro para aproximação do cilindro com cursos do macaco hidráulico ao equipamento de reação;

• Três suportes maiores dos extensômetros e três suportes menores; • Um nível bolha;

• Uma picareta.

Figura 26 - Equipamento utilizado para a realização do ensaio

Fonte: Autoria própria (2015). 3.5.2.1 Etapas da Realização do Ensaio

Primeiramente o solo do local de apoio da placa foi nivelado, conferindo-se em duas direções ortogonais. Para um nivelamento mais refinado foi utilizada areia peneirada, de forma que a placa apoiasse totalmente a sua base no solo, conforme observa-se na Figura 27.

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Figura 27 – Nivelamento da base e placas

Em seguida foi aplicada uma pequena carga para verificação do nivelamento, chamada de “carga teste”, conforme a Figura 28. Após a aplicação da carga verificou-se o nível da placa, e caso não estivesse no nível, deveria realizar novamente o nivelamento da placa.

Figura 28 - Aplicação de carga teste

Passo seguinte, instalou-se a viga de alumínio em nível, para a fixação dos extensômetros, distribuídos um do outro em 120°, conforme determina a NBR 6489/84. Então,

(53)

calibrou-se os extensômetros para a medição. Na Figura 29 e na Figura 30 observa-se respectivamente a instalação na placa de 48 cm e na placa de 80cm.

Figura 29 - Instalação dos extensômetros na placa de 48 cm

Figura 30 - Instalação dos extensômetros na placa de 80 cm

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A partir desta etapa iniciou-se a aplicação de carga e anotação das medidas de recalque. A NBR 6489/84 recomenda que a aplicação de carga deve ser aplicada em estágios sucessivos de no máximo 20% da taxa admissível provável do solo. Estimou-se esta carga em 250 kN equivalentes a 1381,55 kN/m² no macaco, para a placa de 48 cm, sendo acrescido em cada estágio 50 kN. Já para a placa de 80 cm acrescido estágios de 100 kN. Foi realizado leituras imediatas após a aplicação de cada estágio a intervalos de tempo sucessivos dobrados, (1,2,4,8,15,30,60 minutos, etc.). Somente após a estabilização do recalque com tolerância máxima de 5% do recalque total do estágio passava-se a novo acréscimo de carga. A Figura 31 mostra a aplicação de carga em seu início.

Figura 31 - Começo do carregamento, acréscimo de 50 KN/cm² ao macaco hidráulico.

No término dos ensaios verificou-se o tipo de ruptura que ocorreu após o carregamento. A placa de 48 cm de diâmetro apresentou uma deformação típica de ruptura por puncionamento, conforme mostrado na Figura 32.

(55)

Figura 32 - Ruptura do solo, na placa de 48 cm.

Na placa com diâmetro do 80cm não foi possível constatar o tipo de ruptura no solo. O motivo foi a falta de massa suficiente para suportar a carga aplicada na placa, superior a massa da escavadeira, que alcançou um carregamento de 500 Kgf/cm², que corresponde a 175 kPa de tensão na placa, provocando o levantamento da escavadeira hidráulica (Figura 33).

Figura 33 - Levantamento da escavadeira hidráulica, com a placa de 80 cm.

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Percebeu-se que a carga aplicada de 88 kN é inferior a massa da escavadeira hidráulica que possui 162,4 kN, o possível motivo deste levantamento da máquina pode ser creditado a excentricidade da aplicação de carga. A carga não pode ser aplicada bem no centro de gravidade da máquina, pois a parte inferior da máquina é oca.

Por último foi realizada coleta de amostra de solo do local, para determinação da umidade natural do solo. A amostra de solo coletada foi guardada em uma caixa de isopor, revestida com papel alumínio, após tampada e revestida externamente também com papel alumínio. A amostra foi armazenada sob refrigeração, para conservá-la, até a realização do ensaio, que acorreu na segunda-feira dia 13/04/2015.

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4 ANÁLISE DOS RESULTADOS

O presente capítulo apresenta os resultados dos ensaios de laboratório de caracterização e a partir dos resultados efetuou-se a classificação do solo pelos métodos tradicionais mais consagrados (SUCS e HRB/AASHTO) e pela classificação MCT. Na sequência são apresentados e analisados os resultados dos ensaios de placa, sendo estimado a tensão admissível pelos critérios descritos na metodologia. Em seguida mostram-se os resultados do ensaio de sondagem SPT e analisa-se o perfil do solo do local estudado. Na parte final desta seção são feitas comparações dos resultados de carga e recalque obtidos nos ensaios de placa com valores calculados por métodos teóricos e semi-empíricos.

4.1 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO

O solo coletado da Avenida América teve os seguintes resultados nos ensaios de plasticidade: 51 % para limite de liquidez e 45 % para limite de plasticidade. Da diferença dos dois valores obtém-se o índice de plasticidade de 6 %. A massa específica real foi de 2,55 kg/dm³. Os ensaios do limite de liquidez e plasticidade estão no Apêndice C.

Na Figura 34 pode-se observar a curva granulométrica do solo. Percebe-se que é um solo muito fino pois 73,19 % dos grãos tem tamanho de argila, 19,61 % de silte e 5,39 % de areia fina. Com estes dados e os de plasticidade permite efetuar a classificação do solo pelo Sistema Unificado de Classificação de Solos e pelo método da HRB/AASHTO. No SUCS o solo classificou-se como um solo MH. Já na classificação rodoviária como um solo A-5 com valor de índice de grupo de 10. Ambas as classificações consideram o solo como solo de baixa qualidade para pavimentação e para uso em obras geotécnicas.

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Figura 34 - Curva granulométrica do solo

A equipe do projeto de pesquisa institucional “Estudo de Solo Laterítico Argiloso de para Uso em Pavimentos Econômicos”, dos cursos de Engenharia Civil da UNIJUÍ, vinculado ao Grupo de Pesquisa em Novos Materiais e Tecnologias para a Construção, através de ensaios classificou diversos solos pela metodologia MCT. Umas das formas de classificação é a efetuada através do método das pastilhas de acordo com Villibor e Nogami (2009). Na Figura 35 apresenta-se o gráfico de classificação MCT pelo método e um dos solos classificados é o de Santa Rosa. Percebe-se que o solo santa-rosense se encontra na região dos solos lateríticos argilosos, conhecidos pela sigla LG’. Este gráfico estará sendo publicado nos anais da 44ª RPAv – 44ª Reunião Anual de Pavimentação, tendo como autor principal o acadêmico formando Lucas Pufal.

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Figura 35 - Gráfico da Classificação MCT pelo método das pastilhas

Fonte: Pufal et al (2015)

Além dos ensaios de caracterização foram analisadas características de compactação e suporte. A umidade ótima e a massa específica aparente seca máxima obtidos no ensaio de compactação utilizando energia normal foi respectivamente de 31,85 % e 1,412 kg/dm³. Já de capacidade de suporte obteve-se 5,44 % no ensaio de Índice Suporte Califórnia (ISC), porém para uma umidade no ramo úmido de 34,04 %. Infere-se a partir de discussão com o professor orientador que o ISC próximo da umidade ótima deve situar-se por volta de 10 %. Os ensaios de ISC e compactação na energia normal, estão respectivamente nos Apêndices A e B.

4.2 CAPACIDADE DE CARGA E RECALQUE

Os resultados e análises de capacidade de carga e recalque serão apresentadas neste capitulo, mostrando primeiramente os resultados obtidos a partir do ensaio de placa, o qual representa os valores do comportamento real do solo e depois são apresentados os resultados do ensaio SPT e aplicação dos métodos teóricos, semi-empíricos e empíricos.

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4.2.1 Resultados do ensaio de placa

Os ensaios de placa foram realizados no dia 11 de abril, sábado, com tempo bom. Nas Tabela 9 e Tabela 11 apresentam-se os dados meteorológicos do dia baseados em consulta a estação meteorológica automática do INMET de Santa Rosa, respectivamente para as placas de 48 e 80 cm. A estação está localizada nas coordenadas de latitude de 27,890463º S e longitude de 54,480014º W, com altitude em relação ao nível do mar de 273 m.

Os dados da determinação da umidade natural do solo estão representados na Tabela 8 onde constatou-se uma umidade de 31,04%.

Tabela 8 - Determinação da umidade natural do solo.

Tabela 9 - Dados meteorológicos do dia do ensaio - Placa de 48 cm

AsTabela 10e Tabela 12apresentam os dados das leituras realizadas durante o ensaio das duas placas, onde temos a pressão aplicada em cada acréscimo de carga, a tensão que está atuando na superfície de contato da placa, a medida de cada um dos três deflectômetros, (R1, R2 e R3), a média dos três deflectômetros, representado por (r (médio)) e ainda na coluna r/d, tem-se a relação do r (médio) dividido pelo d (diâmetro de placa).

C C + S.u. C + S.s. 14 42,740 177,301 146,734 29,393 19 42,753 176,658 145,081 30,859 3 42,913 175,424 143,283 32,023 11 44,908 169,440 139,339 31,876 31,038 Teor de umidade natural do solo

Peso

Capsula nº Umidade (%)

Teor de umidade =

273m Temperatura(C°)Umidade ar Vel. Vento Radiação Precipitação

09:32 14,05° 89 0,8 -3,54 0

11:06 16,05° 86 0,1 258,3 0

Data da ultima Precipitação: 05/04/2015 - Precipitação de 53mm Cota da superfície:

Horario de início: Horario de término:

Consideração sobre o Clima: sol, com poucas núvens Dia: 11/04/2015 Consulta de dados da estação automática - Santa Rosa - RS

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Tabela 10 - Dados obtidos a partir do ensaio de campo – Placa de 48 cm

Fonte: Autoria própria.

As Figura 36 e Figura 37, apresentam os gráficos gerados para cada uma das placas a partir dos dados lançados, onde estão representadas as curvas do carregamento, carregamento normalizado, descarregamento e descarregamento normalizado.

Figura 36 - Gráfico Tensão x Recalque- Placa de 48 cm

PRESSÃO TENSÃO NA PLACA R1 (mm) R2 (mm) R3 (mm) r(médio) r/d

(kgf/cm²) (kPa) (mm) (mm/m) 0 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 50 49 0,01 0,11 0,01 0,04 0,09 100 97 0,66 0,91 0,80 0,79 1,65 150 146 2,21 2,43 2,38 2,34 4,88 200 194 5,31 5,54 5,62 5,49 11,44 250 243 12,76 13,01 13,08 12,95 26,98 300 292 25,35 25,73 25,80 25,63 53,39 250 243 25,35 25,73 25,80 25,63 53,39 200 194 25,21 25,47 25,69 25,46 53,03 150 146 24,54 24,94 25,01 24,83 51,73 100 97 24,81 25,18 24,30 24,76 51,59 50 49 24,52 24,93 25,00 24,82 51,70 0 0 22,79 23,03 23,33 23,05 48,02

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Tabela 11 - Dados meteorológicos do dia do ensaio - Placa de 80 cm

Tabela 12 - Dados obtidos a partir do ensaio de campo - Placa de 80 cm

Figura 37 - Gráfico Tensão x Recalque - Placa de 80 cm

Temperatura Umidade ar Vel. Vento Radiação Precipitação

13:54 26,3 50 0,6 2372 0

15:10 28 44 1,2 2748 0

Data da ultima Precipitação: 05/04/2015 - Precipitação de 53mm

Cota da superfície: Horario de início:

sol, com poucas núvens

Horario de término:

Consideração sobre o Clima:

Dia: 11/04/2015 Consulta de dados da estação automática - Santa Rosa - RS

PRESSÃO TENSÃO NA PLACA R1 (mm) R2 (mm) R3 (mm) r(médio) r/d

(kgf/cm²) (kPa) (mm) (mm/m) 0 0 0 0 0 0,00 0 100 35 0,02 0,06 0,03 0,04 0,045833 200 70 0,61 0,87 0,8 0,76 0,95 300 105 1,41 1,72 1,66 1,60 1,995833 400 140 2,67 2,97 2,55 2,73 3,4125 500 175 5,89 5,97 4,76 5,54 6,925 500 175 5,89 5,97 5,28 5,71 7,141667 400 140 5,57 5,97 5,4 5,65 7,058333 300 105 5,34 5,51 5,16 5,34 6,670833 200 70 4,56 5,09 4,76 4,80 6,004167 100 35 4,14 4,69 4,39 4,41 5,508333 sem carga 0 3,37 3,77 3,5 3,55 4,433333