THALIA KLEIN DA SILVA
ANÁLISE DE PROVAS DE CARGA EM PLACA NA DETERMINAÇÃO
DA POTENCIAL COLAPSIVIDADE DE SOLOS TÍPICOS DO
NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
Ijuí 2019
ANÁLISE DE PROVAS DE CARGA EM PLACA NA DETERMINAÇÃO
DA POTENCIAL COLAPSIVIDADE DE SOLOS TÍPICOS DO
NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Daiana Frank Bruxel Bohrer
Ijuí /RS 2019
ANÁLISE DE PROVAS DE CARGA EM PLACA NA DETERMINAÇÃO
DA POTENCIAL COLAPSIVIDADE DE SOLOS TÍPICOS DO
NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
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.
Ijuí, 18 de dezembro de 2019
Prof. Daiana Frank Bruxel Bohrer Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria - Orientador
Prof. Lia Geovana Sala Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA
Prof. Daiana Frank Bruxel Bohrer (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria - Orientador
Prof. Ricardo Zardin Fengler (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal do Rio de Janeiro
Aos meus pais Everaldo e Márcia e aos meus irmãos Kauê, Suzana e Karen. Obrigada por todo apoio. Amo vocês.
família, meus pais e irmãos que acompanharam cada passo dessa jornada. Aos meus pais Everaldo e Márcia sou eternamente grata pelo incansável esforço que empenharam não só em minha educação como a dos meus irmãos. Todas as conquistas que hoje alcanço só são possíveis porque tenho a sorte de tê-los em minha vida, jamais me esquecerei de todas as dificuldades que enfrentaram bravamente para que todos seus filhos pudessem estudar. Obrigada por se preocuparem, pelo amor incondicional, apoio e valores transmitidos. Eu amo vocês.
Os meus irmãos, por todo incentivo e auxílio durante a graduação e por sermos a principal linha de defesa e torcida organizada um dos outros. Obrigada por me suportarem, enfrentarem junto as minhas crises, por sempre acreditarem que sou capaz, pelos momentos de lazer em conjunto e por abdicarem de seu tempo e bens ao meu favor. Saibam que sempre apoiarei e defenderei vocês.
As amizades que encontrei ao longo da graduação. Em especial a Fernanda que enfrentou comigo a maioria dos obstáculos e alegrias do curso. Mesmo sendo pessoas com personalidades diferentes de alguma forma nos entendemos, obrigada por dividir comigo as dúvidas e incertezas, pelos estudos e troca de saberes pré-avaliações e por todo empenho para que conseguíssemos alcançar nossos objetivos acadêmicos, você é parte dessa conquista. À Lidiane pelos diversos momentos compartilhados durante a graduação, pelos dias de estudos e risadas, por ser essa pessoa incrível, sempre disposta a ajudar e empenhada de forma a ser aquela pessoa em que sempre pode-se confiar que as dúvidas serão respondidas com o olhar mais cuidadoso. À Andressa por todas as risadas, pela troca de ideias e pela ajuda sempre bem-vinda, obrigada por tornar as aulas mais leves e por todo companheirismo você é uma pessoa excepcional e sei que tenho sorte em conhece-la. Obrigada a vocês três, torço para que alcancem todo sucesso e realização, saibam que sempre podem contar comigo.
À minha orientadora Daiana Frank Bruxel Bohrer por ter aceitado esse desafio, pela confiança no meu trabalho e pela paciência e conselhos passados.
Ao professor Carlos Alberto Simões Pires Wayhs, por me permitir conhecer as maravilhas da pesquisa. Obrigada por transmitir seu conhecimento e dedicar seu tempo, sem hora marcada, para nos ajudar e sanar incontáveis dúvidas.
amiga, obrigada por toda a ajuda e por disponibilizar de seu tempo para auxílio nos ensaios em laboratório do TCC.
À Camillo Construções e Terraplanagens Ltda., Fernando Maders Strohhecker ME que disponibilizou a escavadeira para a realização dos ensaios em Ijuí.
À Prefeitura Municipal de Rolador em especial ao secretário de obras João Alir Zavalha que não mediu esforços para disponibilizar o local e a escavadeira hidráulica para execução dos ensaios em Rolador e ao operador da máquina Joãozinho Ribeiro Hamerski.
À Fenix Sondagens e Fundações Ltda e à 7As Construções Ltda, por disponibilizarem os relatórios de sondagem em Ijuí e Rolador consecutivamente.
Ao Laboratório de Engenharia Civil (LEC) por disponibilizar os equipamentos necessários para a execução dos ensaios de placa e ao laboratorista Luiz pela orientação, paciência e disposição em auxiliar e contribuir no aprendizado acadêmico.
À família Jaskulski que me acolheu em sua casa para que eu pudesse realizar os ensaios de placa. Em especial ao Rudinei e ao Fabiano que foram de importante ajuda na execução dos ensaios em campo disponibilizando de seu tempo.
Ao MEC/SESu por possibilitar a minha participação no Grupo PET Engenharia civil da UNIJUÍ e assim me proporcionar o contato com a iniciação cientifica.
À Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, por ter fornecido, como instituição, todas as condições essenciais à minha formação humana e acadêmica assim como ser significativa em minha família onde todos os filhos são acadêmicos ou obtiveram graduação.
Ao corpo docente que tive contato, por me apresentarem toda a amplitude e beleza da profissão, Engenheiro Civil. Em especial ao Professor Paulo Cesar Rodrigues pelas inúmeras elucidações e aconselhamentos.
À todas as pessoas que se envolveram direta ou indiretamente durante essa jornada tornando tudo possível. Agradeço profundamente a vocês!
“São as perguntas que não sabemos responder que mais nos ensinam. Elas nos ensinam a pensar. Se você dá uma resposta a um homem, tudo o que ele ganha é um fato qualquer. Mas, se você lhe der uma pergunta, ele procurará suas próprias respostas.” Patrick Rothfuss
colapsividade de solos típicos do noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2019.
A investigação geotécnica é essencial a todo projeto de fundação uma vez que fornece ao projetista o conhecimento adequado das características do terreno, permitindo a formulação prévia de soluções construtivas frente a identificação de solos de baixa resistência. Uma das metodologias mais eficazes na obtenção de parâmetros de resistência e comportamento de um solo são as provas de carga, que traduzem em escala reduzida a relação solo-fundação em fundações superficiais. Os solos colapsíveis constituem solos que quando expostos a acréscimo de saturação se deformam de forma brusca, comprometendo a estabilidade e integridade estrutural das edificações. Através da execução do ensaio de placa, na condição natural e inundada do solo, pode-se identificar a potencial colapsividade destes, em razão da perda de resistência e aumento de recalques na condição inundada frente a natural. Sob tais premissas, o presente trabalho de conclusão de curso objetivou avaliar as diferenças de comportamento do solo pertencente ao campus UNIJUÍ na cidade de Ijuí – RS e o solo pertencente ao munícipio de Rolador -RS, em provas de cargas dadas na condição natural e pré-inundada do solo para identificação destes como solos colapsíveis ou não colapsíveis em razão a segurança de execução de fundações superficiais. Para tanto, foram executas quatro provas de carga em cada localidade utilizando-se de placas de 30 e 48 cm de diâmetro ensaiadas em ambas as situações. Ademais, teve-se a realização de ensaios de caracterização granulométrica e de limites de consistência para classificação de tais solos frente ao sistema unificado SUCS e ao sistema rodoviário AASHTO, além de aplicação do método MCT. Com a SUCS o solo de Ijuí foi classificado como MH e solo de Rolador ML, com a AASHTO ambos os casos obtiveram a classificação de A-7-5, com IG de 18 para Ijuí e 10 para Rolador, e pela metodologia MCT detiveram igual classificação de LG’. Dos ensaios de placa foram identificados os valores de recalques médios totais e variação de recalques, assim como a tensão de ruptura e tensões admissíveis calculadas pela média dos critérios de Alonso (2012) e Cudmani (1994). Na comparação de valores de tensões admissíveis e de ruptura entre as duas condições de ensaio em Ijuí observou-se uma perda de 50 % da resistência, indicando tais solos como colapsíveis, enquanto em Rolador as tensões se apresentaram semelhantes, indicando estes como solos não colapsíveis. Ao fim, observa-se que a técnica adotada fornece uma excelente orientação quanto a visível diferença no comportamento dos solos frente as diferentes situações de ensaio, o que se apresenta como uma boa base na classificação inicial da colapsividade, assim como a contribuição positiva desta ferramenta de investigação geotécnica para garantia da segurança no desenvolvimento de projetos de fundação.
Rio Grande do Sul a partir de provas de carga em placa. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2019.
Geotechnical research is essential to every foundation project, as it provides to the engineer the proper knowledge about the soil characteristics, allowing the prior formulation of constructive solutions to the soils with low bearing capacity. One of the most effective methodologies to provide informations about soil strength and behavior parameters it’s the Plate-Load tests, which emulates the ground-foundation relationship into shallow foundations in a reduced scale. Collapsible soils are soils that when exposed to increased saturation deforms abruptly, compromising the stability and structural integrity of buildings. Through the execution of the Plate-Load test, in the natural and flooded condition of the soil, it is possible to identify the potential collapse of these, due to the loss of resistance and increase of repression in the flooded condition against the natural one. Under these assumptions, the present paper aims to evaluate the soil behavior differences between the soil found in UNIJUÍ’s campus in the city of Ijuí - RS and the soil coming from Rolador-RS, in load tests runed in the natural soil condition and in condition of pre flood, to identify these as collapsible or non-collapsible soils due to the safety of shallow foundations. This way, four load tests were performed in each location using 30 and 48 cm diameter plates. In addition, tests were runed out for particle size characterization and consistency limits for classification of such soils through the SUCS unified system and the AASHTO road system, in addition to the carrie of the MCT method. Through the SUCS metodology, Ijuí soil was classified as MH, and the soil from Rolador as ML; in AASHTO both cases were rated A-7-5, with IG of 18 for Ijuí and 10 for Rolador; and by MCT methodology, both had the same LG classification. From the Plate-Load tests were identified the medium values of repression and the variation of repression, as well as the rupture tension and allowable tension, been these the average values between the results obtained through Alonso (2012) and Cudmani (1994) criteria. In the comparison of allowable tension and rupture values between the two test conditions, in Ijuí a 50% loss of resistance was observed, indicating such soils as collapsible, while in Rolador the tensions were similar, indicating these as non-collapsible soils. Finally, it is observed that the adopted technique provides an excellent orientation regarding the visible difference in the behavior of the soils against the different test situations, which is a good basis for the initial collapse classification, as well as the positive contribution of this geotechnical research tool to ensure safety in the development of foundation projects.
Figura 02: Terminologia SUCS ... 31
Figura 03: Resumo da classificação SUCS ... 32
Figura 04: Gráfico de plasticidade... 32
Figura 05: Quadro de classificação HRB/AASHT ... 33
Figura 06: Gráfico da classificação MCT... 35
Figura 07: Ocorrência de solos colapsáveis no território brasileiro ... 38
Figura 08: Exemplos de modelos estruturais dos solos colapsíveis ... 40
Figura 09: Fundação superficial e fundação profunda ... 42
Figura 10: Fundação superficial e fundação profunda ... 46
Figura 11: Sistemas de reação em prova da carga em placa ... 48
Figura 12: Localização da placa: (a) superfície; (b) em cavas; (c) em furos ... 49
Figura 13: Curva tensão x recalque ... 50
Figura 14: Sistema solo-sapata. ... 51
Figura 15: Bulbo de tensões. ... 53
Figura 16: Bulbo de tensões em bases de larguras diferentes ... 53
Figura 17: Ruptura generalizada... 54
Figura 18: Ruptura local ... 54
Figura 19: Ruptura local ... 55
Figura 20: Provas de carga em placa e sapata (argila) ... 56
Figura 21: Curva carga x recalque com inundação durante o ensaio ... 60
Figura 22: Curva carga x recalque com inundação prévia ... 61
Figura 23: Delineamento de pesquisa ... 64
Figura 24: Locais Investigados ... 65
Figura 25: Canteiro de execução de provas de carga em Ijuí ... 65
Figura 26: Canteiro de execução de provas de carga em Rolador... 66
Figura 27: Preparação das amostras ... 67
Figura 28: Granulometria por Sedimentação... 68
Figura 29: Limite de Plasticidade ... 70
Figura 30: Aparelho de Casa Grande ... 70
Figura 31: Ensaio de Compactação ... 71
Figura 32: Ensaio mini-MCV (M5) ... 72
Figura 33: Ensaio de perda de massa por imersão... 73
Figura 34: Sistema de transmissão de cargas ... 75
Figura 39: Cavas ... 78
Figura 40: Nivelamento das placas ... 79
Figura 41: Curva granulométrica do solo do Campus e de Rolador ... 81
Figura 42: Gráfico de classificação MCT... 84
Figura 43: Curva carga-recalque de Ijuí com placa 30 cm em solo natural ... 87
Figura 44: Curva carga-recalque de Ijuí com placa 30 cm em solo inundado ... 88
Figura 45: Curva carga-recalque de Ijuí com placa 48 cm em solo natural ... 89
Figura 46: Curva carga-recalque de Ijuí com placa 48 cm em solo inundado ... 90
Figura 47: Curva carga-recalque de Rolador com placa 30 cm em solo natural ... 91
Figura 48: Curva carga-recalque de Rolador com placa 30 cm em solo inundado ... 92
Figura 49: Curva carga-recalque de Rolador com placa 48 cm em solo natural ... 93
Figura 50: Curva carga-recalque de Rolador com placa 48 cm em solo inundado ... 94
Figura 51: Ruptura por puncionamento ... 97
Figura 52: Comparação curvas carga x recalque nas placas de 30 cm - Ijuí ... 98
Figura 53: Comparação curvas carga x recalque nas placas de 48 cm - Ijuí ... 98
Figura 54: Curva carga x recalque placa de 30 cm - Rolador ... 99
Figura 55: Curva carga x recalque placa de 48 cm - Rolador ... 99
Figura 56: Valores de tensão de ruptura e tensão admissível ... 100
Tabela 02: Composição granulométrica das amostras ... 81
Tabela 03: Limites de Atterberg ... 82
Tabela 04: Valores de compactação ... 82
Tabela 05: Classificações tradicionais ... 83
Tabela 06: Coeficientes e classificação MCT do solo ... 84
Tabela 07: Leituras em Ijuí com placa 30 cm em solo natural ... 86
Tabela 08: Leituras em Ijuí com placa 30 cm em solo inundado ... 87
Tabela 09: Leituras em Ijuí com placa 48 cm em solo natural ... 88
Tabela 10: Leituras em Ijuí com placa 48 cm em solo inundado ... 89
Tabela 11: Leituras em Rolador com placa 30 cm em solo natural ... 90
Tabela 12: Leituras em Rolador com placa 30 cm em solo inundado ... 91
Tabela 13: Leituras em Rolador com placa 48 cm em solo natural ... 92
Tabela 14: Leituras em Rolador com placa 48 cm em solo inundado ... 93
Tabela 15: Tensão admissível ... 95
Tabela 16: Recalques médios ... 96
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ASCE American Society of Civil Engineers
ASTM American Society for Testing and Materials CLT Cyclic Load Test
CNPQ Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CRP Constant Rate of Penetration
DCEEng Departamento Ciências Exatas e Engenharias DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes FS Fator de segurança
HRB Highway Research Board
IG Índice de grupo
IIN30 Ensaio em Ijuí inundado com placa de 30 cm IIN48 Ensaio em Ijuí inundado com placa de 48 cm IN30 Ensaio em Ijuí natural com placa de 30 cm IN48 Ensaio em Ijuí natural com placa de 48 cm IP Índice de plasticidade
L Laterítico
LEC Laboratório de Engenharia Civil - UNIJUÍ LG’ Solo argiloso laterítico
MCV Moisture condition value
MEC/SESu Ministério da Educação/ Secretaria de Educação Superior
N Não Lateeítico
NBR Norma brasileira
QML Quick Maintained Load Test
RIN30 Ensaio em Rolador inundado com placa de 30 cm RIN48 Ensaio em Rolador inundado com placa de 48 cm RN30 Ensaio em Rolador natural com placa de 30 cm RN48 Ensaio em Rolador natural com placa de 48 cm
RS Rio Grande do Sul
S Recalque
SCT Swedish Cyclic Test SML Slow Mantained Load test SPT Standard Penetration Test
SUCS Sistema Unificado de Classificação do Solo
𝑏: porcentagem passante na peneira nº 200 menos 15% (válido entre 0 e 40) 𝑐: LL menos 40% (válido entre 0 e 20)
𝑑: IP menos 10% (válido entre 0 e 20)
𝑁𝑆𝑃𝑇,72 : valor considerando 72% de energia de cravação
𝑁𝑆𝑃𝑇,60 : padrão internacional de energia de cravação de 60%
𝜖 : energia potencial teórica padrão do peso do martelo pela altura de queda 𝑁𝑆𝑃𝑇: resultado do ensaio SPT (número de golpes)
𝜎: valor de tensão média
𝐵: menor dimensão da base da fundação 𝐿: maior dimensão da fundação
𝑃: força vertical aplicada
𝜌: recalque da sapata em milímetros 𝜌𝑠: recalque da sapata
𝜌𝑝: recalque da placa
𝐵𝑠: diâmetro proporcional da fundação
𝐵𝑝: diâmetro da placa 𝜎𝑎𝑑𝑚: tensão admissível
𝜎𝑟𝑚𝑒𝑑: valor médio da capacidade de carga
𝜎𝑎: tensão admissível 𝜎𝑅: tensão de ruptura
𝜎𝑑/30: tensão de recalque igual ao valor do diâmetro da placa (mm) dividido por 30 e’: índice de laterização do solo
1.1 CONTEXTO ... 20 1.2 PROBLEMA ... 22 1.2.1 Questões de pesquisa ... 23 1.2.2 Objetivos ... 23 1.3 DELIMITAÇÃO ... 24 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 25
2.1 ORIGEM DOS SOLOS ... 25
2.2 SOLOS TROPICAIS ... 27
2.2.1 Solos Lateríticos ... 28
2.2.2 Solos Saprolíticos ... 29
2.3 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS ... 30
2.3.1 Sistema unificado de classificação de solos (SUCS) ... 30
2.3.2 Sistema rodoviário de classificação da HRB/AASHTO ... 33
2.3.3 Classificação MCT- Miniatura compactada tropical ... 34
2.4 SOLOS COLAPSÍVEIS ... 36
2.4.1 Ocorrência de solos colapsíveis ... 37
2.4.2 Estrutura dos solos colapsíveis e mecanismo de colapso ... 39
2.5 FUNDAÇÕES ... 41
2.5.1 Fundações Superficiais ... 42
2.5.2 Fundações Profundas ... 43
2.5.3 Fundações em solos colapsíveis ... 44
2.6 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA ... 44
2.6.1 Ensaio SPT – Standard Penetration Test ... 45
2.6.2 Prova de Carga em Placa ... 47
2.6.2.1 Métodos de aplicação de carga ... 49
2.6.2.2 Resultados típicos do ensaio de placa ... 50
2.7 CAPACIDADE DE CARGA EM FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS ... 51
2.7.1 Distribuição das tensões ... 52
2.7.2 Mecanismos de Ruptura ... 54
2.7.3 Recalque ... 55
2.7.4 Tensão admissível ... 57
2.8 IDENTIFICAÇÃO DE SOLOS COLAPSÍVEIS ATRAVÉS DE PROVA DE CARGA ... 59
3.4 LOCAIS DE ESTUDO ... 64
3.5 ENSAIOS LABORATORIAIS ... 66
3.5.1 Preparação das amostras ... 67
3.5.2 Composição granulométrica ... 67
3.5.3 Limites de consistência ... 69
3.5.4 Ensaio de Compactação ... 71
3.5.5 Classificação geotécnica MCT (procedimento M9) ... 72
3.6 ENSAIO SPT ... 73
3.7 ENSAIO DE PLACA ... 74
3.7.1 Realização das provas de carga ... 76
3.7.1.1 Sitio de ensaio no campus Unijuí- Ijuí ... 76
3.7.1.2 Sitio de ensaio em Rolador ... 77
3.7.1.3 Procedimentos anteriores a execução das provas de carga ... 77
3.8 METODOLOGIAS DE CÁLCULO ... 79
4 RESULTADOS ... 80
4.1 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS ... 80
4.1.1 Análise granulométrica ... 80
4.1.2 Limites de consistência de Atterberg ... 81
4.1.3 Compactação ... 82
4.2 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS ... 82
4.2.1 Classificações tradicionais ... 83
4.2.2 Classificação geotécnica MCT – Procedimento M9 ... 83
4.3 ENSAIO SPT ... 85
4.4 ENSAIO DE PLACA ... 85
4.4.1 Prova de carga IN30 ... 86
4.4.2 Prova de carga IIN30 ... 87
4.4.3 Prova de carga IN48 ... 88
4.4.4 Prova de carga IIN48 ... 89
4.4.5 Prova de carga RN30 ... 90
4.4.6 Prova de carga RIN30 ... 91
4.4.7 Prova de carga RN48 ... 92
4.4.8 Prova de carga RIN48 ... 93
4.5 TENSÃO ADMISSÍVEL ... 94
5 CONCLUSÃO ... 102
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 103
REFERÊNCIAS ... 104
ANEXO A – RELATÓRIO DE SONDAGEM IJUÍ- CÂMPUS UNIJUÍ - IJUÍ ... 113
ANEXO B – RELATÓRIO DE SONDAGEM N° 6 – ROLADOR ... 114
ANEXO C – CROQUI DAS SONDAGENS SPT – ROLADOR ... 115
ANEXO D – TABELA DE LEITURAS - IN30 ... 116
ANEXO E – TABELA DE LEITURAS - IIN30 ... 118
ANEXO F – TABELA DE LEITURAS – IN48 ... 119
ANEXO G – TABELA DE LEITURAS – IIN48 ... 121
ANEXO H – TABELA DE LEITURAS - RN30 ... 122
ANEXO I – TABELA DE LEITURAS - RIN30 ... 123
ANEXO J – TABELA DE LEITURAS – RN48 ... 124
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1 INTRODUÇÃO
A pesquisa aqui apresentada possui como temática a análise do potencial de colapso de solos típicos do noroeste do estado do Rio Grande do Sul através da detecção de perda de resistência observada por meio de provas de carga em placa realizadas no estado natural e inundado do solo, visando à aplicabilidade e segurança de fundações diretas no noroeste gaúcho. Os ensaios apresentados foram executados em duas diferentes localidades, sendo elas o campus da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul (UNIJUÍ), no município de Ijuí, e no município de Rolador. O estudo limita-se a realização de ensaios de placa, com placas de 30 cm e 48 cm de diâmetro nas diferentes condições natural (referência) e inundada do solo com objetivo de verificar os desempenhos apresentados quanto à capacidade de carga e recalque de modo a analisar, comparativamente, a mudança brusca de valores de resistência e deformações. O estudo vincula-se a área de geotecnia, orientado à engenharia de fundações.
1.1 CONTEXTO
Com a evolução da civilização humana, a relação do homem com o solo também evoluiu, onde a aplicação desse material para os mais variados fins desenvolveu-se de forma natural e inevitável. No cenário da construção civil, o emprego do solo em diferentes obras de engenharia ocorre em princípio em razão deste demandar baixos investimentos e deter alta disponibilidade em meio a natureza (CONSOLI; FESTUGATO, 2015).
Pinto (2006) destaca que toda obra de engenharia civil apoia-se sobre o solo, portanto, seu comportamento deve ser sempre considerado. Terzaghi e Peck (1962) complementam, que cabe ao solo suportar os esforços solicitantes encaminhados a eles pela fundação sem ocorrência de deformações excessivas ou sua ruptura. Portanto, em fundações o solo detém especial importância, uma vez que tal estrutura, responsável pela estabilidade de obras de engenharia, tem seu desempenho diretamente afetado pelo comportamento destes, frente às solicitações oriundas da edificação.
As fundações podem ser divididas em dois grupos principais, sendo fundações superficiais e fundações profundas. O primeiro grupo é empregado quando o solo, onde a estrutura é apoiada, detém de resistência adequada, e o segundo é aplicado em situações em que tais camadas não são suficientes para o suporte das cargas empregadas (CAPUTO, 2014).
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estado do Rio Grande do Sul
Velloso e Lopes (1998, apud LUNKES, 2016) explicam que as fundações superficiais referem-se a estrutura de fundação que tem seu emprego incentivado devido a baixos custos e relativa facilidade de execução, também denominadas diretas ou rasas. Entretanto, quando o solo de fundação apresenta capacidade de suporte baixa, grandes deformabilidades e baixa resistência ao cisalhamento, o uso das fundações diretas se torna impraticável, sendo, portanto, recomendado a execução de fundações profundas, estruturas dispendiosas que comumente demandam maiores investimentos (VERTEMATTI, 2015).
Isto posto, fica claro, portanto, que para a escolha do melhor modelo de fundação, que proverá maior segurança e estabilidade a dada edificação, deve-se primeiramente conhecer o solo em que esta será estruturada pois, no sistema solo-fundação, a determinação das pressões existentes no contato entre estes são fundamentais para quantificação dos esforços internos à fundação, e portanto, seu dimensionamento estrutural (VELLOSO; LOPES, 2010). Assim, uma vez que segundo Hachich et al. (1998) os solos respondem de maneira variável, devido às grandes distinções entre si, torna-se imperativo a realização de investigações geotécnicas que determinem seus reais comportamentos frente a diferentes condições de carregamento.
Nesse sentido, Milititsky et al. (2015) afirma que a inexistência ou má execução de investigação dos solos é a causa mais frequente das patologias encontradas em fundações, pois uma vez que o solo é o responsável por resistir às cargas estruturais de uma obra, este deve ser devidamente identificado e caracterizado frente a seu real comportamento. Assim, para o autor, os solos especiais como solos colapsíveis, alvo de estudo da presente pesquisa, podem ser previamente identificados, o que possibilita na fase de projeto a escolha adequada de técnicas construtivas.
Em vista da importância da investigação geotécnica, o presente estudo surge em meio ao projeto de pesquisa “Estudo da Capacidade de Carga e Recalque de Solos Residuais do Noroeste do Rio Grande do Sul” vinculado ao Grupo de Pesquisa em Novos Materiais e Tecnologias para Construção, cadastrado no Diretório dos Grupos de Pesquisa no Brasil do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) e certificado pela UNIJUÍ. Tal grupo utilizando-se de provas de carga em placa, realizava investigações geotécnicas em solos do noroeste gaúcho objetivando determinar a capacidade de carga e recalques reais destes, e com isso, em agosto de 2018, teve-se a proposta de verificar o comportamento do solo do Campus UNIJUÍ, em Ijuí, em estado inundado, sendo que os dados obtidos fomentaram a formulação do presente
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trabalho. Isto posto, a presente pesquisa detém vínculo direto ao projeto e tem como objetivo não só apresentar os dados encontrados em Ijuí como também promover novamente tais ensaios em outra localidade (Rolador), de modo a correlacioná-los e fundamenta-los para verificação da eficácia do método e da provável colapsividade dos solos investigados, em razão a segurança de fundações rasas em solos pertencentes a região.
1.2 PROBLEMA
Cintra (1998) aponta que as fundações sobrepostas em solos colapsáveis podem ter seu comportamento modificado de forma a apresentar seu desempenho desejável por um tempo e repentinamente recalcar a níveis não considerados em projeto. Os meios de inundação do solo são em sua maioria de ocorrência provável e de certa forma esperada, como percolação de águas pluviais, ascensão do nível dos lenções freáticos, ruptura de tubulações hidráulicas e fissuras de reservatórios.
Isto posto, observa-se, portanto, que quando o solo colapsível é submetido, de alguma forma, a um acréscimo de saturação, ocorre um considerável aumento na deformabilidade deste e consequentemente o deslocamento da fundação. Logo, em edificações dispostas sob tais solos, quando não identificados previamente através de investigações geotécnicas, correm riscos a segurança, estabilidade e integridade estrutural. Entre os prováveis danos causados pelo colapso do solo aponta-se a formação de trincas e fissuras ou até rupturas que podem levar as edificações a seu parcial, ou completo arrasamento (MENDONÇA, 1990).
Considerando o risco anteriormente apresentado, a NBR 6122/2019 recomenda que quando realizam-se fundações dispostas sob solos porosos ou não saturados deve-se, como regra, analisar a ocorrência de colapso por encharcamento. Ainda, a norma pontua que inicialmente as fundações superficiais devem ser evitadas a menos que se efetue estudos da probabilidade de encharcamento e comportamento do solo inundado frente as tensões aplicadas pela “superestrutura”.
Dentre as características apresentadas por um solo colapsível orienta-se uma especial atenção quanto a sua resistência e capacidade de carga, que sofrem uma brusca redução, variada na faixa de 40 a 80%, quando inundados, em comparação ao seu estado natural (SOUZA, 2008). A partir disso, para identificar a potencial colapsividade de um solo, indica-se a execução na condição inundada de provas de carga em placa, que consistem em um ensaio de compressão in
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estado do Rio Grande do Sul
loco executado sobre o terreno, ou cota de assentamento de fundações, regulamentado pela NBR 6489 (ABNT, 2019). O método é desenvolvido pelo emprego de placas rígidas metálicas, para aplicação de carregamentos crescentes (MENEGOTTO, 2004).
Cintra (1995) afirma que existem duas formas de análise de colapso através do ensaio de placa: o primeiro consiste na inundação do solo durante o ensaio e após uma aplicação de carga objetivando a observação do recalque abrupto; já o segundo método, aplicado na presente pesquisa, consiste em realizar o alagamento do terreno ensaiado antes da realização da prova de carga, permitindo a quantificação da perda de capacidade de resistência do solo. Nesse contexto, enfatiza-se que a prova de carga em placa permite a obtenção de dados reais que garantem a correta análienfatiza-se e dimensionamento de fundações diretas, dado que pode reproduzir, em reduzida escala, o comportamento do sistema solo-fundação baseado na relação carga e recalque do solo (RUSSI, 2007).
1.2.1 Questões de pesquisa
▪ Questão principal
Existe diferença no comportamento apresentado pelos solos estudados pertencentes ao noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, quando imposto a um carregamento em condição inundada?
▪ Questão secundária
Existe algum risco a segurança de execução de fundações superficiais nesses solos, por razões de colapsividade destes?
1.2.2 Objetivos
▪ Objetivo Geral
Esta pesquisa tem como objetivo geral analisar comparativamente o comportamento apresentado pelos solos do Campus UNIJUI – Ijuí e de Rolador, em seu estado natural e inundado, visando determinar o potencial de colapso e segura aplicação de fundações superficiais em tais localidades.
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▪
Objetivos específicos- Dissertar acerca da importância de investigações geotécnicas orientadas ao reconhecimento do comportamento dos solos;
- Realizar a caracterização geotécnica do solo pertencente ao campus da UNIJUÍ de Ijuí e ao solo pertencente ao município de Rolador;
- Executar o ensaio de prova de carga em placa de 30 e 48 cm de diâmetro nos solos em seu estado natural e inundado;
- Analisar e comparar o comportamento do solo natural ao inundado;
- Verificar a classificação em colapsível ou não colapsível dos solos em razão dos valores de resistência identificados;
- Determinar a segura aplicação de fundações superficiais nos solos do noroeste gaúcho; - Observar a eficácia da prova de carga na identificação de solos colapsíveis.
1.3 DELIMITAÇÃO
A pesquisa tem como proposta análise e comparação dos valores de tensões e recalques atingidos por provas de carga praticadas na condição natural e inundada dos solos, a fim de determinar a classificação destes como solos colapsíveis ou não colapsíveis. As análises são apoiadas na devida caracterização dos materiais de estudo (solo) a partir de ensaios in situ e em laboratório e, na teoria aplicada.
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2 REVISÃO DA LITERATURA
Neste capítulo são abordados os principais tópicos relevantes ao desenvolvimento do estudo da identificação de solos colapsíveis visando a prática de fundações superficiais. Os tópicos seguintes apresentam a origem e classificação dos solos, solos tropicais, solos colapsíveis (ocorrência, estrutura e mecanismo de colapso), fundações, fundações em solos colapsíveis, investigações geotécnicas (Standard Penetration Test - SPT e ensaio de placa), capacidade de carga, mecanismos de ruptura do solo, e, métodos de cálculo de estimativa da capacidade de carga, recalques e tensão admissível dos solos e, também métodos de identificação de solos colapsíveis através de provas de carga.
2.1 ORIGEM DOS SOLOS
O solo é um elemento natural formado por compostos minerais e/ou orgânicos dados em camadas distintas de espessuras e propriedades variadas que se diferenciam do material de origem quanto características físicas, morfológicas, químicas, biológicas e mineralógicas (BIRKELAND, 1974). No campo da Engenharia Civil, a definição de solo é dita como um agregado não-cimentado composto por partículas sólidas minerais e/ou orgânicas com gás ou líquidos entre vazios aplicados como elemento de construção civil ou suporte estrutural (DAS, 2007). Aliado a isso, Vargas (1977) esclarece que o termo solo corresponde a todo componente, formador da crosta terrestre, que permite a escavação mecânica e sofre perda de resistência quando inundado por um longo período de tempo.
Em definição normativa, solo representa um material derivado da decomposição de rochas por ação de agentes físicos e químicos com presença ou não de matéria orgânica (NBR 6502, ABNT 1995). De igual maneira, Gon (2011) descreve que os fatores de formação de solos, que determinam a transformação do material original, decorrem de agentes físicos, relacionados à variação de temperatura e ação mecânica de transporte d’água e vento, e agentes químicos relacionado a processos que alteram, solubilizam e depositam os minerais de rocha. Para o autor é comum que ocorra a ação conjunta de diferentes agentes de intemperismo na formação do solo.
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Complementando o disposto, Salomão e Antunes (1998), por sua vez, acrescentam que a evolução do solo é influenciada, também, por ações climáticas, relevo, tempo e organismos de origem animal e vegetal.
O desenvolvimento do solo é explicado por Vaz e Gurgueira (2018) como produto do intemperismo, mediante degradação e decomposição da rocha subjacente, dando origem ao substrato pedogenético em suas camadas superiores. Para Pinto (2016), normalmente as partículas de solo possuem liberdade de deslocamento entre si, assim, a partir de sua origem, o substrato pedogenético pode simplesmente depositar-se no local de formação ou ser transportado por ação de forças externas. Com isso, os solos virão a ser divididos em dois coletivos diferentes relacionados a sua origem, sendo solos residuais e solos transportados (VAZ; GURGUEIRA, 2018).
Os solos residuais correspondem àqueles que não ocorrem movimentos, ou seja, os que permanecem próximo ao local de sua formação onde se organizam em uma sequência de horizontes ou camadas que repousam sobre a rocha original (VAZ; GURGUEIRA, 2018). Pinto (2016) elucida que os solos residuais apresentam horizontes com grau de intemperização decrescente, de forma que quanto mais afastado do maciço rochoso, maior é o grau de degradação visualizado. A formação de solos residuais é favorecida em regiões tropicais devido a condições climáticas favoráveis e a promoção de decomposições rápidas das rochas, o que impede seu transporte, são exemplos desse grupo os solos lateríticos, os expansivos e os porosos (também denominados colapsíveis) (CAPUTO, 1988).
Já os solos transportados, conforme pode ser identificado pela sua denominação, correspondem a todos aqueles que são levados ao local de deposição final por ação de agentes transportadores possuíndo suas características dependentes destes (PINTO, 2016). A identificação de tais solos para Vaz e Gurgueira (2018) dá-se em razão do processo de formação, possuindo como característica comum a idade recente, considerando a gênese. Os principais tipos de solos desse grupo correspondem aos aluviões e terraços fluviais (transportados por água), coluviões e tálus (ação gravitacional combinada a da água), sedimentos marinhos (ação de marés) e eólicos (ação dos ventos).
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2.2 SOLOS TROPICAIS
Os solos tropicais são essencialmente resultado da intemperização química e física de rochas ígneas, sedimentares e metamórficas influenciadas diretamente por mudanças climáticas (VAUGHAN, 1988). Vargas (1977) constata que tais solos se originam por meio de processos geológicos ou pedológicos típicos de regiões de clima quente com regime de chuvas ora intensas ora moderadas.
Conciani et al. (2015) ressalta que os solos tropicais não são descritos unicamente como aqueles dispostos entre os trópicos geográficos, mas, também, representam solos que possuem comportamentos e propriedades físico-químicas destoantes às visualizadas na tradicional Mecânica dos Solos. Para os autores, as condições de formação e evolução de tais solos atendem a conceito diferente do utilizado na Mecânica dos Solos Clássica sendo, portanto, estudados pela Mecânica dos Solos Não Saturados.
O termo tropical, para Kublick (2010), tem associado a si a imagem de um solo residual altamente intemperizado, próximo ao seu estágio final, rico em óxido-hidróxidos de ferro, alumínio, titânio e, eventualmente, manganês. Nesse meio, Cecílio Jr. e Abramento (2012 apud FERNANDES, 2016, p 68) afirmam que os solos residuais tropicais detêm fatores que os diferem dos solos residuais comuns, como, a presença de partículas de minerais de argila na fração silte, promovendo, a eles, alguma plasticidade, mesmo com baixo teor de argila.
Nogami e Villibor (1995) destacaram a necessidade de tomar um conceito objetivo de solos tropicais devido à variedade de conceitos aplicáveis e as diferenças entre os tipos de solos, assim, preocupam-se em abranger os conceitos de modelos genéticos de solos pertencentes a regiões tropicais, classificando-os em dois grandes grupos, os solos lateríticos e os saprolíticos. Ainda, Medina (1997) completa que os solos lateríticos provenientes da intemperização intensa de rochas ou saprolitos de diversas origens abrangem cerca de 70% do território brasileiro, onde os solos lateríticos e saprolíticos diferem em comportamentos e propriedades apresentadas, porém, se manifestam em igual perfil de alteração (BURGOS; CONCIANI, 2015).
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2.2.1 Solos Lateríticos
O solo laterítico caracterizam-se por ter sua ocorrência dada na superfície, originado em lugares bem drenados de locais tropicais úmidos, como produto da transformação da camada superior do subsolo devido a ocorrência de um intemperismo físico e químico (VILLIBOR; NOGAMI, 2009). Para Pinto (2016), tais solos apresentam coloração avermelhada peculiar, devido a sua fração argila ser composta em sua maioria por minerais cauliníticos, apresentando elevada concentração de ferro e alumínio na forma de óxidos e hidróxidos.
Freitas (2016) descreve que a camada de solo laterítico pode originar-se de forma residual ou transportada, possuindo como característica uma homogeneidade. Para Cozzolino e Nogami (1993), tal parcela pode atingir a espessura de 2 m, raramente ultrapassando a altura de 10 m.
No Brasil, território com características de predominância tropical, os solos lateríticos são encontrados em aproximadamente 70% de sua extensão, conforme representação dada pela Figura 01 (FREITAS, 2016). A partir do exposto, verifica-se, portanto, a importância da análise de tais solos no âmbito Nacional.
Figura 01: Abrangência de solos lateríticos no território brasileiro
Fonte: Melfi (1994) apud Freitas (2016, p.29)
Os solos lateríticos normalmente apresentam-se em condições não saturada e possuem sua estrutura porosa, com elevado índice de vazios, tal característica atribui a eles baixa capacidade de carga (PINTO, 2016). Todavia, Nogami e Villibor (1995) afirmam que, quando bem compactados, tais solos podem ter sua capacidade de suporte beneficiada, apresentando contração com o
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decréscimo do teor de água e não apresentando expansão quando inundados, o que os torna aplicáveis em obras de pavimentação.
Vargas (1973), por sua vez, aponta que a estrutura porosa, apresentada pelos solos lateríticos, resulta da ação combinada da lixiviação e da cimentação das partículas, o que produz um solo com elevado índice de vazios, elevada resistência contra a ação erosiva das águas pluviais e alta permeabilidade. No entanto, Massad (2005) destaca que os macroporos existentes podem conferir elevada compressibilidade e caracterizar solos colapsíveis, estes que sofrem bruscas deformações quando inundados sob ação de cargas.
Ainda, de acordo com Nogami e Vilibor (1995), a granulometria dos solos lateríticos varia entre amplos limites, como argilas a areias com finos argilosos podendo conter até 50% ou não de silte sem apresentar características siltosas. Quanto ao comportamento mecânico, Dias (2007) constata através de ensaios triaxiais convencionais que os solos ditos lateríticos apresentam deformabilidade inferior, no momento de ruptura, e maior resistência quando comparados a solos não lateríticos, assim como também apresentam maior massa específica e maior umidade ótima, confirmando a aplicabilidade de tais solos.
2.2.2 Solos Saprolíticos
Os solos saprolíticos resultam da decomposição e desagregação local da rocha matriz, representam solos intemperizados que se caracterizam por conservar significativa estrutura da rocha de origem, sendo localizados na parte subjacente à camada de solo laterítico, ascendendo a superfície através da erosão ou execução de obras de escavação (VILLIBOR; NOGAMI, 2009). Em meio a isso, pela NBR 6502 (ABNT, 1995), define-se que o solo saprolítico apresenta estrutura original da rocha, assemelhando-se visualmente a ela, exceto na coloração
Nogami e Vilibor (1995) ressaltam que tais solos são genuinamente residuais, onde as espessuras das camadas apresentam dimensões variadas, atingindo com frequência a altura de dezenas de metros. Conforme os autores, suas cores podem ser variadas, podendo, por exemplo, uma mesma amostra apresentar em si partes com colorações diversificadas. A constituição mineralógica dos solos saprolíticos é caracterizada pela presença frequente de grande número de
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minerais, sendo uma parcela obtida através do processo de intemperização e outra herdada da rocha matriz (COZZOLINO; NOGAMI, 1993).
2.3 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS
Em razão do comportamento apresentado, Das (2007) descreve que os diferentes solos com propriedades parecidas podem ser divididos em grupos e subgrupos, frente ao ponto de vista da engenharia. De acordo com Pinto (2016), a classificação dos solos objetiva estimar o provável comportamento do solo quando solicitado ou definir qual o melhor método de investigação de subsolo para a efetiva análise frente a uma problemática enfrentada.
Para Pastore e Fontes (1998), os sistemas convencionais de classificação geotécnica consideram em sua análise ensaios de granulometria e limites de Atterberg (Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade). Todavia, Fortes e Ferreira (2018) apontam que as classificações tradicionais foram desenvolvidas em países de clima temperado e, portanto, os resultados encontrados através delas apresentam algum grau de incompatibilidade frente aos solos tropicais. Ainda, segundo os autores, tal constatação é aceita no meio técnico e a partir dela as classificações não convencionais são propostas.
Existem variadas metodologias de classificação dos solos, em função da origem, evolução, estrutura, preenchimento de vazios e existência ou não de matéria orgânica (PINTO, 2006). Entre as diversas possibilidades, os três principais sistemas de classificação de ampla aplicação na catalogação dos solos são, segundo DNIT (2006): Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS) e classificação rodoviária, ambas de abrangência internacional, e a classificação MCT (Miniatura Compactada Tropical) desenvolvida para solos tropicais, predominantes no Brasil.
2.3.1 Sistema unificado de classificação de solos (SUCS)
A informação dada por DNIT (2006) comunica que o SUCS foi publicado em 1953 pelo Waterways Experiment Station, como produto do trabalho do Bureau of Reclamation e do Corps of Engineers, supervisionado pelo professor Arthur Casagrande da Universidade de Harvard com objetivo de assessorar a construção de campos de pouso durante a Segunda Guerra Mundial. Segundo Balbo (2007), o sistema é baseado em determinações das características dos tamanhos
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das partículas e índices físicos do solo, sendo o limite de liquidez (LL) e o índice de plasticidade (IP).
De acordo com Santos (2006), os solos dentro desse sistema são divididos em 15 grupos representados por duas letras que correspondem as iniciais das palavras de origem inglesa, tal simbologia pode ser visualizada na Figura 02. A primeira letra é definida conforme a granulometria e a segunda letra devido a plasticidade.
Figura 02: Terminologia SUCS
Fonte: DNIT (2006, P.62)
Através do método são identificadas três grandes divisões do solo, como: solos de granulometria grossa, solos de granulometria fina e solos orgânicos (BURGOS; CONCIANI, 2015). Pinto (2016) explica que primeiramente considera-se o material passante na peneira nº 200 (0,075 mm), sendo que se a porcentagem for menor que 50% o solo é considerado de granulometria grosseira (G ou S) e se for maior que 50% é tido como solo fino (M, C ou O). A Figura 03 apresenta os 15 diferentes grupos de solos classificados por tal sistema conjuntamente à metodologia de classificação e definições dadas a cada grupo.
Pinto (2006) orienta que na classificação dos solos de granulometria grossa é necessário calcular os coeficientes de uniformidade (Cu) e de curvatura (Cc) o que identifica a boa ou má graduação das partículas do solo. Também, apontado pelo autor, quando os solos grossos apresentarem a parcela de finos maior que 5% é necessário a definição em relação à carta de plasticidade.
_____________________________________________________________________________________________ Figura 03: Resumo da classificação SUCS
Fonte: DNIT (2006, p. 59)
Ainda, Pinto (2006) chama a atenção quanto aos solos de granulação fina que são classificados de acordo com a Carta de Plasticidade (Figura 04), um diagrama cartesiano que leva em consideração a relação entre o Índice de Plasticidade do solo e o Limite de Liquidez. Tal carta permite também a caracterização de solos grossos com mais de 5% de finos em sua constituição (DNIT, 2006).
Figura 04: Gráfico de plasticidade
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2.3.2 Sistema rodoviário de classificação da HRB/AASHTO
O sistema AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) de classificação do solo teve seu desenvolvimento em 1929 com o sistema de Administração de Estradas Públicas dos Estados Unidos da América, após foi submetido a diversas revisões sendo atualmente aplicada a versão proposta pelo Comittee on Classification of Materials for Subgrades and Granular Type Roads da Highway Research Board, de1945 (DAS, 2013). Para Pinto (2006) o sistema AASHTO é orientado pela porcentagem de material passante na peneira nº 200, onde os solos com parcelas inferiores a 35% passantes em tal malha são denominados grosseiros, pertencentes aos grupos A-1, A-2 e A-3, e quando a porcentagem passante for superior a tal valor estes são pertencentes aos grupos A-4, A-5, A-6 e A-7. As delimitações exigidas a cada grupo de solos são determinadas com o uso do quadro apresentado na Figura 05.
Figura 05: Quadro de classificação HRB/AASHTO
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A análise do quadro da Figura 05 ocorre no sentido da esquerda para a direita através do critério de eliminação quando não condizente aos dados em posse, onde a classificação correta é encontrada no primeiro momento em que todos os valores estiverem em faixas aplicáveis (DNIT, 2006).
Das (2007) apresenta que, além da granulometria do solo, essa classificação leva em análise a plasticidade do material a partir dos limites de Atterberg, onde as porções finas do solo com índice de plasticidade de 10 ou menos são chamadas de siltosas, e as com índices de 11 ou mais de argilosas. Ainda, em tal metodologia, a qualidade do solo como material de subleito de rodovias é definida pelo índice de grupo (IG) calculado pela Equação 01 (VARGAS, 1977).
𝐼𝐺 = 0,2 ∗ 𝑎 + 0,005 ∗ 𝑎 ∗ 𝑐 + 0,01 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑 (01) Onde:
IG válido entre 0 e 20;
a = porcentagem passante na peneira nº 200 menos 35% (válido entre 0 e 40) b = porcentagem passante na peneira nº 200 menos 15% (válido entre 0 e 40) c = LL menos 40% (válido entre 0 e 20)
d = IP menos 10% (válido entre 0 e 20)
2.3.3 Classificação MCT- Miniatura compactada tropical
Constitui uma classificação geotécnica não-convencional proposta por Nogami e Villibor (1981) que não utiliza em sua análise critérios de granulometria e limites de Atterberg (PASTORE; FONTES, 1998). O desenvolvimento do método, indicado por Villibor e Nogami (2009), dá-se frente à necessidade de uma eficaz classificação aos solos tropicais, e propõem a identificação de solos com propriedades adequadas ao uso como camada de base em pavimentos.
A metodologia MCT baseia-se em ensaios de compactação e perda de massa por imersão de corpos de prova cilíndricos para determinar propriedades mecânicas e hidráulicas de solos tropicais (PASTORE E FONTES, 1998). Ainda em DNIT (2006), complementa-se que o método avalia ao todo as propriedades de expansão, contração, permeabilidade, coeficiente de penetração d’água, coesão, capacidade de suporte e curvas de compactação.
Os ensaios desenvolvidos referem-se à execução de corpos de prova com dimensões de 50 mm de diâmetro (Mini-MCV) ou 36 mm (subminiatura) e ensaios de perda por imersão
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(PASTORE; FONTES, 1998). Nesse contexto, Villibor e Nogami (2009) definem que a classificação MCT desenvolve-se por meio dos ensaios M5 - Compactação Mini-MCV, orientado por DNER-ME 258/94, M8 – Perda de Massa por Imersão, orientado por DNER-ME 256/94, e M9 – Classificação Geotécnica MCT que propõem a separação dos solos entre dois grupos, um correspondente aos que apresentam comportamento laterítico (L) e outro ao comportamento não laterítico (N), para a classificação é utilizado o gráfico apresentado pela Figura 06.
Figura 06: Gráfico da classificação MCT
Fonte: Villibor e Nogami (2009, p. 54)
Como limitação do método é apontado a análise apenas de grãos passantes na peneira de 2,00 mm o que impossibilita o estudo de solos com granulometria grosseira podendo apenas realizar a classificação da parcela fina destes (PASTORE; FONTES, 1998). Todavia, Balbo (2007) declara que mesmo que a metodologia ainda não possua aceitação internacional esta apresenta-se no meio técnico rodoviário brasileiro como eficiente no estudo de solos de comportamento laterítico e não laterítico.
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2.4 SOLOS COLAPSÍVEIS
Apresentado inicialmente por Vargas (1970), os termos colapsível e colapsibilidade definiam solos porosos de arenito onde os grãos grossos de areia uniforme são ligados por um colóide argiloso onde quando saturado este comprime-se e colapsa. Atualmente, a definição mais aceita deve-se a Cintra (1998), que traduz os solos colapsíveis como solos não saturados que sofrem grande redução de volume quando submetidos ao umedecimento em razão da reorganização de suas partículas, podendo ocorrer a ruptura com ou sem adição de carregamento.
Regnatto e Ferreiro (1973) citam que os solos colapsíveis dividem-se em duas classificações distintas, sendo elas os solos “verdadeiramente colapsíveis” e os solos “condicionados ao colapso”, os primeiros têm como característica a incapacidade de suportar seu próprio peso quando inundados, sofrendo redução de volume sem aplicação de esforços externos, enquanto os pertencentes ao segundo grupo têm seu colapso frente ao nível de tensões a que são submetidos somado ao estado de inundação. Acerca do exposto, para Gon (2011), o fenômeno de colapso ocorre de forma mais frequente pela combinação do efeito de sobrecarga ao acréscimo de umidade, sendo, portanto, raro somente à ação individual de um desses vetores.
Relativo ao grau de umidade responsável por provocar o colapso, Cintra e Aoki (2009) destacam que o solo não precisa apresentar-se totalmente saturado para que ocorra a ruptura, pois, atingindo um certo nível de umidade, particular à cada solo, tem-se o cenário propício para a ocorrência de tal recalque abrupto. Nesse contexto, Vilar et al (1981) apresentam que as propriedades básicas que caracterizam os solos potencialmente colapsáveis e, portanto, são congestionadas ao colapso, devem-se ao solo apresentar estrutura porosa, com alto volume de vazios, possuir condição não saturada e com baixo grau de saturação. Ainda, Souza Neto (2004) destaca que não existe faixa granulométrica específica que espelhe solos colapsíveis, onde em maioria caracterizam-se por estruturas fofas com granulometria variada entre silte e areia fina, geralmente visualizada como uma mistura de silte, argila e areia fina, com predominância desta última.
Davies (2000), por sua vez, destaca que para que o solo apresente deformação por colapso é necessário, também, uma estrutura metaestável em que as partículas maiores se ligam por vínculos que lhe conferem resistência aparente. Sobre isso, Rodrigues e Lollo (2008) apresentam que os principais fatores que conferem a resistência temporária devem-se a forças eletromagnéticas
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de superfície, sucção e substâncias cimentantes, como óxidos de ferro e carbonatos, onde quando ocorre o umedecimento, ou aumento de tensões, tem-se variações na sucção, equilíbrio magnético e ligações cimentares, ocasionado, assim, o colapso.
Os solos potencialmente colapsíveis tem como característica a ocorrência de ruptura com o aumento de umidade, podendo ocorrer após um longo período de tempo uma vez que podem resistir à aplicação da carga inicial colapsando bruscamente somente quando condicionado a um estado de saturação (CHRIST, 2014). Para Macacari (2001), a fonte de água responsável pelo encharcamento do solo pode ocorre de variadas formas, previsíveis ou não, como, por exemplo, devido a rompimento de tubulações hidráulicas, esgoto, infiltração de águas pluviais, trincas em reservatórios subterrâneos, ascensão do lençol freático, entre outros.
Cintra (1998) salienta que os danos provocados pelos recalques para as edificações podem variar de trincas a fissuras generalizadas, que exigem reparações custosas que se repetem após cada novo período anual de chuvas. Além de danos a edificações, o colapso se manifesta com rupturas de aterros, danos estruturais em pavimentos, deslizamento de taludes e de túneis, grandes deformações de maciços compactados em barragens, entre outros (GUTIERREZ, 2005).
2.4.1 Ocorrência de solos colapsíveis
Clemence e Finbarr (1981) declaram que os solos colapsíveis são encontrados principalmente em regiões áridas e semiáridas, abrangendo uma grande variedade de matérias geológicos. No entanto, Vilar et al (1981) explicam que tais solos não se restringem apenas a climas áridos e semiáridos, sendo, portanto, visualizados em diferentes regiões climáticas, com origem e tipologias dissemelhantes.
Sabe-se atualmente que os solos com propriedades de colapso são encontrados em diferentes países do globo, com solos de formações aluviais, eólicas, coluvionares, residuais, vulcânicas, aterros compactados ou lessos (GON, 2011). Diante disso, Agnelli (1997) apresenta que os solos colapsáveis já foram encontrados na África do Sul, Angola, Argentina, Austrália, Brasil, Chile, Equador, Espanha, Estados Unidos, França, Ilhas Canárias, Israel, Luanda, Rússia, entre outros.
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Vilar et al (1981) apontam que as regiões de clima tropical detêm de condições propícias para desenvolvimento de solos colapsíveis, para o autor, isso ocorre principalmente devido a lixiviação de finos na superfície, alternância de épocas destoantes, de seca e cheia, e solos deficiente em umidade formados em regiões áridas. Sobre o anteriormente apresentado, Ferreira (2005) complementa que a alternância de estações de chuva configura o cenário da ocorrência de lixiviação dos finos na superfície, o que torna os primeiros horizontes com estrutura porosa e não saturada.
No Brasil, os primeiros solos colapsíveis foram identificados em São Paulo por Vargas (1977; 1993), atualmente tem-se a ocorrência registrada em demais localidades, com seu maior volume concentrado na região centro-sul do País (FERREIRA; LACERDA, 1995). Macacari (2001) pontua que os solos colapsíveis estão espalhados em diversas regiões em território brasileiro onde comumente são relacionados a depósitos jovens, de origem coluvionar, aluvionar e residual que sofrem intensa lixiviação. Segundo Guimarães Neto (1997), os estados brasileiros com registro de ocorrência de solos colapsíveis são: Amazonas, Bahia, Ceará, Distrito Federal, Goiás, Mato Grosso, Minas Gerais, Paraná, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Sul e São Paulo. A Figura 07 ilustra as localidades com ocorrência de solos colapsíveis em território nacional.
Figura 07: Ocorrência de solos colapsáveis no território brasileiro
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Conforme Rodrigues e Lollo (2008) existem quatro diferentes processos de formação do solo colapsível, sendo eles:
▪ Aterro Compactado: Dados em aterros mal compactados, a colapsividade deve-se as condições de alta compressibilidade dos materiais que compõem o aterro capazes de proporcionar ao maciço deformações significativas quando solicitados e umedecidos.
▪ Depósitos de Origem Eólica: Os solos colapsáveis são formados por grãos de areia e silte depositados pela ação do vento que, devido sua uniformidade produzem perfis de solos pouco coesivos, de baixa massa específica, com elevada porosidade e de boa drenagem.
▪ Depósitos de origem aluvial: Os perfis de solos colapsíveis apresentam materiais mal consolidados, com elevada porosidade, baixa massa específica e considerável teor de argila, tal origem é comumente visualizada em regiões que apresentam períodos curtos de intensa precipitação pluviométrica e longos períodos de estiagem.
▪ Perfis de Solos Residuais: A estrutura potencialmente colapsível é gerada pela lixiviação das camadas superficiais de degradação da rocha, gerando camadas com elevada porosidade e baixa massa específica.
2.4.2 Estrutura dos solos colapsíveis e mecanismo de colapso
Os solos colapsíveis detém de uma estrutura porosa onde as partículas maiores são interligadas por vínculos que lhe conferem uma resistência adicional temporária atribuídas pela sucção e materiais cimentantes como óxidos de ferro e carbonetos (GUTIERREZ, 2005). A estrutura de solos colpsíveis pode ser separada em três grupos, Dudley (1970) explica que a estrutura dos solos do primeiro grupo, considerado pelo autor com maior importância, mantem-se estável por forças capilares, no segundo grupo os maiores grãos (silte e areia) são ligados por partículas menores (silte e argila) e no terceiro, a estabilidade é propiciada por ação dos agentes cimentantes.
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Para Conciani (1997), de forma geral, todos os modelos se baseiam na configuração de grãos maiores mantidos em condição metaestável, ocorrendo a diferenciação apenas pelo agente de fixação dessas partículas. Na Figura 08 são visualizados alguns modelos estruturais dos solos colapsíveis confirmados pela bibliografia.
Figura 08:Exemplos de modelos estruturais dos solos colapsíveis
Fonte: (CLEMENCE; FUNBAR, 1981), apud Souza Neto (2004 p. 14)
Soares (2018) descreve que a hipótese mais aceita para o mecanismo gerador de colapso corresponde ao solo em estado natural, com umidade baixa e alto índice de vazios, possui partículas maiores (areias ou siltes) envoltas por partículas menores (silte e argila) e água, gerando uma estrutura estável e de elevada resistência, quando é aumentado o nível de umidade, conjuntamente ou não com acréscimo de tensão, essa configuração se rompe, e os grãos escorregam sob o efeito da tensão de cisalhamento, diminuindo o volume do solo. Em elucidação, Agnelli (1997) explica que o agente externo (geralmente água), uma vez infiltrado no solo, reduz ação dos mecanismos de suporte, fazendo com que os grãos deslizem uns sobre os outros, preenchendo os espaços vazios entre os contatos, o que provoca a deformação visualizada.
Em esclarecimento, Gutierrez (2005) explica que a água presente na interface dos grãos encontra-se submetida a esforços de tração (poropressão negativa), tornando a tensão efetiva maior
______________________________________________________________________________________________ Análise de provas de carga em placa na determinação do potencial colapsividade de solos típicos do noroeste do
estado do Rio Grande do Sul
que a total aplicada pela carga, o que aumenta a resistência aparente do solo, no entanto, com a inundação, os efeitos benéficos das tensões capilares são destruídos. Ainda, conforme o referido autor, em estruturas com vínculos desenvolvidos por silte, a estrutura é formada por forças de contato silte com silte e areia com silte, e quando os grãos maiores (areia e silte) são envoltos por argila tem-se uma variedade de arranjos. Para a referência, em solos colapsíveis com estruturas formadas por óxidos de ferro, carbonatos de cálcio, silicatos, aluminatos, gipsita ou sais a ruptura por colapso depende das propriedades dos contaminantes dissolvidos na água de inundação e da característica de solubilidade dos agentes cimentantes.
De forma geral, o colapso dependerá dos tipos e combinações de ligações que mantém a estrutura do solo (GUTIERREZ, 2005). No entanto, em solos colapsáveis os veículos estruturais são, em sua totalidade, suscetíveis a ação da água em adição, provocando sua ruptura com o aumento de sua umidade (DUDLEY, 1970; CINTRA, 1998).
2.5 FUNDAÇÕES
A fundação constitui a parte do sistema de engenharia de construção responsável por transmitir ao solo ou rocha em que se apoia as cargas provenientes do sistema estrutural adicionadas ao seu peso próprio (BOWLES, 1997). Alonso (2003) atenta que as fundações devem ser projetadas e executadas de forma a garantir, quando solicitadas, condições mínimas de segurança, funcionalidade e durabilidade.
Caputo (2015) ressalta que o estudo de fundações é dividido em duas fases distintas, sendo em primeira fase o desenvolvimento de cálculos das tensões aplicadas sobre a fundação e, a segunda, a análise do comportamento e propriedades do terreno. Após obtenção dos dados necessários, o autor descreve que se pode prosseguir ao desenvolvimento o projeto de fundação considerando as seguintes observações: as cargas estruturais devem ser transmitidas às camadas de terreno capazes de suportá-las sem ruptura (NBR 8681, estado limite último); deformações das camadas de solo subjacentes devem ser compatíveis com as da estrutura (NBR 8681, estado limite de utilização); execução das fundações não deve causar danos às estruturas vizinhas e, somado aos critérios técnicos, a escolha do tipo de fundação deve atentar para o aspecto econômico.
