Determinação de curvas de comportamento geomecânico de aterro sobre solos moles a partir da relação tensão versus deformação

(1)

KELVIN MACHADO DE OLIVEIRA

DETERMINAÇÃO DE CURVAS DE COMPORTAMENTO GEOMECÂNICO DE ATERRO SOBRE SOLOS MOLES A PARTIR DA RELAÇÃO TENSÃO VERSUS

DEFORMAÇÃO.

Tubarão 2019

(2)

DEFORMAÇÃO.

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: Prof. Esp. Ismael Medeiros

Tubarão 2019

(3)

DEFORMAÇÃO.

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Engenheiro Civil e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina.

(4)

(5)

AGRADECIMENTOS

Primeiramente gostaria de agradecer a Deus por me proporcionar momentos como este e por incluir-me em uma ótima família, que me acompanhou e auxiliou durante toda esta caminhada, hoje vejo a importância de tê-los em minha vida.

Aos meus pais João e Eliete por todo amor, carinho e confiança em mim depositados.

Aos meus avós Horácio e Maria, por me mostrarem que posso realizar meus sonhos, desde que eu tenha calma e perseverança.

Gostaria de deixar expressa também minha imensa gratidão à minha companheira Letícia Westphal e seus pais por não me permitirem perder o foco e conseguir finalizar com êxito mais esta etapa.

Ao meu professor e orientador Ismael Medeiros, pelo assessoramento prestado no decorrer da pesquisa, sempre muito compreensivo e prestativo.

À geóloga Thaynara Loch Fornasa pelo auxílio prestado quanto a manipulação dos softwares de análises geotécnicas.

Ao professor Rennan Medeiros, pelas dicas e assessoramentos, quanto a formatação da pesquisa.

A todos os meus amigos que de alguma forma me apoiaram e deram forças para continuar mesmo em momentos difíceis.

(6)

“Toda ação humana, quer se torne positiva ou negativa, precisa depender de motivação.”

(7)

RESUMO

O presente estudo aborda o comportamento do solo no novo acesso norte da cidade de Tubarão/SC. A Rodovia Ivane Fretta Moreira, como foi chamada, atrai olhares de acadêmicos e profissionais da engenharia pelo seu local de execução, isso porque a região em que foi implementada é conhecida pela sua grande predominância de solos moles extremamente saturados. Com isso o tema central deste estudo é observar as curvas de comportamento geomecânico em função da relação tensão versus deformação. O comportamento será estimado em função dos levantamentos geotécnicos feitos na região e medidas para estabilização destes aterros não serão abortadas, somente será dissertado sobre o comportamento do solo em função dos carregamentos ao longo de suas diferentes profundidades. Como resultado deste trabalho, pôde-se observar os fatores de segurança atuais e projetados, verificando que o eixo da rodovia encontra-se estável e praticamente no limite de segurança de ruptura, o que reflete em cuidados especiais dos carreamentos circundantes futuros.

(8)

ABSTRACT

This study addresses the behavior of soil at the new north access to the city of Tubarão,SC. The Ivane Fretta Moreira Highway, as it was called, attracted attention of both college students and engineering professionals for its place of execution, because the region in which it was implemented is known for its large predominance of extremely saturated soft soils. Therefore, the main objective of this study is to observe the geomechanical behavior curves derived from tension versus deformation relationship . The behavior will be estimated in geotechnical survey functions made in the region and measures to stabilize these unabated landfills will not be approached, It will only be addressed the behavior of soil in loading functions along its different depths. As a result of this work, it was observed the current and projected safety factors verifying that the road axle is stable and virtually on the breakaway safety limit, which demands special attention to future surrounding buildings.

(9)

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 - Interpretação de ensaios de campo ... 21

Figura 2 - Equipamento de sondagem ... 22

Figura 3 - Ponteiras (da esquerda para a direita: 2 cm², 10 cm², 15 cm², 40 cm²) ... 24

Figura 4 - Equipamento tipo A - Sem perfuração prévia ... 25

Figura 5 - Equipamento tipo B - Com perfuração prévia ... 26

Figura 6 - Representação esquemática da célula de adensamento ... 28

Figura 7 - Esquema da câmara de ensaio triaxial ... 29

Figura 8 - Esquema do equipamento ... 31

Figura 9 - Analogia mecânica de Terzaghi ... 33

Figura 10 - Distribuição da pressão neutra através dos tubos piezométricos ... 33

Figura 11- Placa de recalque em aterro ... 36

Figura 12- Piezômetro elétrico de corda vibrante ... 37

Figura 13 - Inclinômetro ... 38

Figura 14 - Fluxograma do processo de estudo ... 40

Figura 15 - Perfil estratigráfico longitudinal SP - 01 a SP - 03 ... 43

Figura 16 - Perfil estratigráfico longitudinal SP - 04 e SP - 05 ... 43

Figura 19- Perfil estratigráfico longitudinal SP - 11 e SP - 12 ... 46

Figura 20 – Disposição das placas de recalque ... 47

Figura 21- Gráfico de correlação - Estaca 0+900 ... 50

Figura 22 – Definição da função ... 50

Figura 23 - Valores de recalque total a partir das funções obtidas ... 51

Figura 24 - Segmento A, ponto crítico analisado com suas profundidades de solo. ... 55

Figura 25 - Análise global do ponto crítico no segmento A com sua geometria completa. ... 56

Figura 26 - Análise global do ponto crítico no segmento A com as bermas de equilíbrio alteradas. ... 57

Figura 27- Segmento B, ponto crítico analisado com suas profundidades de solo. ... 58

Figura 28 - Análise global do ponto crítico no segmento B com sua geometria completa. ... 59

Figura 29- Análise global do ponto crítico no segmento B com as bermas de equilíbrio alteradas. ... 60

(10)

Figura 31- Análise global do ponto crítico no segmento C com sua geometria completa. ... 62 Figura 32 - Análise global do ponto crítico no segmento C com as bermas de equilíbrio alteradas. ... 63 Figura 33 - Segmento D, ponto crítico analisado com suas profundidades de solo. ... 64 Figura 34 - Análise global do ponto crítico no segmento D com sua geometria completa. ... 64 Figura 35 - Análise global do ponto crítico no segmento D com as bermas de equilíbrio alteradas. ... 65

(11)

LISTA DE GRÁFICOS

(12)

LISTA DE TABELAS

Tabela 1- Placa de recalque do eixo: estaca 0+900 ... 48

Tabela 2 - Cálculo dos segmentos homogêneos ... 52

Tabela 3 - Velores obtidos para os segmentos gerados. ... 53

(13)

LISTA DE ABREVEATURAS E SIGLAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas DNER – Departamento Nacional de estrada e Rodagem

DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes NBR – Norma Brasileira Regulamentadora

(14)

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 17 1.1 JUSTIFICATIVA E PROBLEMA ... 17 1.2 OBJETIVO ... 18 1.2.1 Objetivo geral ... 18 1.2.2 Objetivos específicos ... 18 2 REVISÃO DE LITERATURA ... 19

2.1 ATERRO SOBRE SOLO MOLE ... 19

2.2 PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO DO SOLO ... 20

2.2.1 Ensaios de campo ... 20

2.2.1.1 Ensaio SPT – Standard Penetration Test ... 22

2.2.1.2 Ensaio de Piezocone ... 23

2.2.1.3 Ensaio de palheta ou Vane test ... 24

2.2.2 Ensaios de laboratório ... 27

2.2.2.1 Amostragem do solo para ensaios de laboratório ... 27

2.2.2.2 Ensaio de adensamento oedométrico ... 28

2.2.2.3 Compressão triaxial ... 29

2.2.2.3.1 Teste consolidado drenado (CD) ... 30

2.2.2.3.2 Teste consolidado não drenado (CU) ... 30

2.2.2.3.3 Teste não consolidado não drenado (UU)... 30

2.2.2.4 Cisalhamento direto ... 31

2.3 COMPRESSIBILIDADE EM SOLOS ... 32

2.3.1 Recalque imediato, elástico ou por adensamento lateral (𝜹𝒊) ... 34

2.3.2 Recalque por adensamento primário (∆𝒉𝒑) ... 34

2.3.3 Recalque por adensamento secundário(∆𝒉𝒔𝒆𝒄)... 34

2.4 INSTRUMENTAÇÃO E ACOMPANHAMENTO GEOTÉCNICO ... 35

2.4.1 Placas de recalque ... 35 2.4.2 Piezômetros ... 36 2.4.2.1 Piezômetro elétrico ... 36 2.4.2.2 Piezômetro Casagrande ... 37 2.4.3 Inclinômetro ... 38 3 MATERIAL E MÉTODOS ... 39 3.1 A INVESTIGAÇÃO ... 39

(15)

3.1.1 Instrumentos de coleta ... 39

3.2 O PROCESSO ... 40

4 RESULTADOS E DISCUSÕES ... 41

4.1 ASPECTOS DA ÁREA EM ESTUDO ... 41

4.2 ASPECTOS DO SOLO DA REGIÃO ... 41

4.3 MONITORAMENTO GEOTÉCNICO ... 42

4.4 ANÁLISE COMPORTAMENTAL DO SOLO ... 47

4.4.1 Monitoramento de recalques ... 47

4.4.2 Análises estatísticas ... 48

4.4.3 Divisão dos trechos ... 51

4.4.4 Modelagem e análise de tensões ... 53

5 CONCLUSÃO ... 66

(16)

1 INTRODUÇÃO

A engenharia civil tem tido papel de suma importância para o desenvolvimento do país e por sua vez tem proporcionado que o homem avance cada vez mais suas construções, até mesmo em lugares que antes seriam impensáveis, obras de grande porte, como rodovias e ferrovias estão sendo executadas. Isso só se torna possível devido a grande evolução dos métodos de planejamento e execução.

No empreendimento em questão, a Rodovia Ivane Fretta Moreira é um grande exemplo de ousadia na infraestrutura rodoviária Catarinense. Por se tratar de uma obra em um local de grande predominância de solo mole, diversas constantes devem ser avaliadas, deste modo, nenhuma delas deve ser deixada de lado, pois um simples erro, seja ele na parte de planejamento ou na execução, causaria grandes danos tanto para a população quanto para cidade de Tubarão/SC.

Visando a complexidade da obra em questão, a presente pesquisa tem ênfase em acompanhar o comportamento dos aterros utilizados para a estabilização da rodovia, na tentativa de responder aos seguintes questionamentos: Quais os cenários tendenciais encontrados na região? Qual o comportamento da rodovia após a liberação do tráfego e em relação as novas construções em seu entorno? Apenas com a geometria pré-estabelecida em projeto, é possível atingir os parâmetros mínimos para a estabilização dos aterros?

1.1 JUSTIFICATIVA E PROBLEMA

Atualmente a utilização de locais com solos moles para construção civil tem crescido vertiginosamente, isso porque o crescimento populacional e o grande número de veículos em circulação, tem feito com que medidas preventivas como rodovias alternativas e construção de loteamentos venha sendo cada vez mais frequente.

Uma construção sobre solo mole, não pode prescindir de um completo levantamento geotécnico, fazendo com que todas as informações sobre o solo sejam determinadas, isso será de suma importância para a definição da possibilidade de ruptura do solo de fundação, deslocamentos totais ou diferenciais que se enquadrem ao tipo de obra em estudo além de outros problemas.

O monitoramento de aterros sobre solos moles deve ser feito de forma contínua, sem que nenhuma constante seja deixada de lado, sua baixa resistência ao cisalhamento e sua

(17)

grande compressibilidade ao solo de fundação, fazem com que diferentes concepções sejam geradas para as soluções de problemas geotécnicos.

Em Tubarão-SC, esse contexto não se altera, fazendo com que medidas construtivas como as citadas acima sejam colocadas em prática, dando forma a um novo acesso na região norte da cidade, com previsão de entrega para o final do segundo semestre de 2019.

Com isso, a questão central desta investigação fica estabelecida: quais os

cenários tendenciais de comportamento do corpo de aterro estradal do novo acesso norte do Município de Tubarão/SC?

1.2 OBJETIVO

O presente item tem como finalidade descrever os objetivos geral e específicos da pesquisa.

1.2.1 Objetivo geral

Monitorar as deformações ao longo do eixo da rodovia considerando as deformações previstas e medias, a partir do início do período de utilização, visando observar o comportamento da rodovia.

1.2.2 Objetivos específicos

a) Realizar o monitoramento contínuo da rodovia;

b) Realizar modelagem geotécnica a partir dos valores medidos; c) Elaborar cenários tendenciais a partir dos valores medidos;

(18)

2 REVISÃO DE LITERATURA

Visando a compreensão total dos itens elencados neste estudo, bem como temas e termos científicos, foram utilizadas literaturas de autores que atestam de forma concisa os embasamentos técnicos e teórico descritos ao longo do estudo, subsidiando as futuras análises objeto deste estudo.

Serão excluídos parâmetros que fogem á alçada da área em estudo, uma vez que o estudo visa entender o comportamento da rodovia, isso não se faz necessário.

2.1 ATERRO SOBRE SOLO MOLE

Solos moles são alvos de diversas construções podendo ser citadas algumas como, aterros para rodovias, construções de indústrias, ferroviários, entre outras. A definição do tipo de solo se dá a partir dos procedimentos previstos na NBR 6484, que rege os tipos de sondagens para simples reconhecimento com SPT, nela estão descritos alguns procedimentos que devem ser executados para uma definição concisa sobre os tipos de solo presentes na região onde pretende-se aplicar o projeto, com isso a norma tem como finalidade determinar os tipos de solo e suas respectivas profundidades, a posição do nível d’água e os índices de penetração a cada metro.(ABNT, 1997).

Solos moles possuem como principais características, a baixa capacidade de suporte, alta plasticidade, elevado índice de vazios e alto grau de compressibilidade, o que dificulta a parametrização de processos em relação as construções sobre este tipo de cenário. Segundo Dunniclif (1993), mesmo com todo os estudos sobre esse tipo de solo, ainda existe uma grande dispersão entre a geometria que se deseja em projeto e o que realmente encontrado no local da obra. Considerando as dificuldades encontradas em campo, quanto a execução de aterros sobre solos moles, se faz necessário um programa de investigação do solo bem executado, a fim de esclarecer as condições reais do solo em questão.

(19)

2.2 PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO DO SOLO

De forma sucinta, a engenharia geotécnica visa a solução de problemas inerentes ao fator solo. Entender os fenômenos envolvidos e criar modelos que sejam base para real situação encontrada, são imprescindíveis para a solução deles. (CERNICA, 1995). Tendo essa visão como base, se faz obrigatória a obtenção exata sobre as condições do local estudado, tais como, propriedades físicas e mecânicas, natureza das partículas, condições hidrológicas e a sua disposição. (LUNNE; ROBERTSON; POWELL ,1997).

Diversas formas são utilizadas para chegar a uma parametrização geotécnica adequada, a mescla entre amostras de campo e laboratório são a chave para que isso ocorra. (MAINE; CHRISTOPHER; DeJONG,2001).

Em função das condições elencadas acima, será apresentado uma breve explicação quanto aos tipos de ensaios de campo e laboratório.

2.2.1 Ensaios de campo

Ensaios de campo, ou “in situ”, são os ensaios executados no local onde se pretende executar a obra e tem como finalidade ceder as informações necessárias para a definição dos parâmetros do solo, bem como informações para futuros dimensionamentos. (MASSOCCO, 2013). Os ensaios de campo podem seguir duas linhas metodológicas de interpretação, a saber: direta e indireta, como demostra a Figura 1.

(20)

Figura 1 - Interpretação de ensaios de campo

Fonte: Schnaid e Odebrecht (2014)

Contudo pode-se evidenciar a análise dos resultados para fins de projeto em duas abordagens:

Métodos diretos: de natureza empírica ou semiempírica, têm fundamentação estatística, a partir da qual as medidas de ensaio são correlacionadas diretamente ao desempenho de obras geotécnicas. O SPT constitui-se no mais conhecido exemplo brasileiro de uso de métodos diretos de previsão, aplicado tanto à estimativa de recalques quanto à capacidade de carga de fundações. Métodos indiretos: os resultados de ensaios são aplicados à previsão de propriedades constitutivas de solos, possibilitando a adoção de conceitos e formulações clássicas de Mecânica dos Solos como abordagem de projeto. (SCHNAID; ODEBRECHT, 2014, p. 17).

Em face dos métodos citados, é válido evidenciar que o tipo de abordagem a ser usada depende de diversas particularidades como técnicas de ensaio utilizadas, solo investigado, normas, códigos específicos, entre outras. Definir qual o tipo de abordagem é mais adequado é tarefa do engenheiro, uma vez que esteja ciente da real situação a ser analisada.

(21)

2.2.1.1 Ensaio SPT – Standard Penetration Test

Este ensaio comumente utilizado na Engenharia Civil, objetiva esclarecer quanto os parâmetros inerentes ao solo, trazendo informações como, a determinação dos tipos de solos em suas respectivas profundidades, a posição do nível d’agua e os níveis de penetração de cada metro. (MASSOCCO, 2013).

Um sistema de soldagem SPT é constituído basicamente por 6 equipamentos, sendo eles: amostrador; hastes; martelo; torre ou tripé de soldagem; cabeça de bater e conjunto de perfuração, como demostra a Figura 2.

Figura 2 - Equipamento de sondagem

(22)

O ensaio expressa o índice de resistência a penetração (N), que tem por finalidade determinar o número de golpes correspondente a cravação de 30 cm do amostrador, após a cravação inicial de 15 cm, como evidência a NBR 6484. (ABNT, 1997). Para Schnaid e Odebrecht (2014) este ensaio tem como vantagem em relação aos demais a sua simplicidade de aparelhagem, custo relativamente baixo e grande influência na tomada de decisão quanto aos parâmetros de projeto a serem seguidos.

2.2.1.2 Ensaio de Piezocone

Conhecido também como CPT (Cone Penetration Test), este ensaio é mundialmente conhecido como uma das ferramentas mais importantes para a prospecção geotécnia em solos moles. (SCHNAID; ODEBRECHT, 2014).

O ensaio elencado neste tópico tem por finalidade esclarecer quanto as características dos solos e suas classificações, informações como o comportamento dos solos, definição do perfil contínuo da resistência não drenada e obtenção dos coeficientes de adensamento do solo, são informações cedidas por ele. (ALMENIDA, 2010).

Os principais atrativos do ensaio são o registro contínuo da resistência à penetração, fornecendo uma descrição detalhada da estratigrafia do subsolo, informação essencial à composição de custos de um projeto de fundações, e a eliminação da influência do operador nas medidas de ensaio. (SCHNAID; ODEBRECHT, 2014, p.68).

O procedimento de ensaio é simples, consistindo basicamente na cravação de uma ponteira cônica no terreno a uma velocidade constante de 20mm/s ± 5mm/s. (ABNT, 1991). Em equipamentos mais robustos a seção do cone pode variar de 15cm² a 40cm², em condições especiais usa-se 5cm² ou menos, porém, a seção mais utilizada é de 10cm². A figura 3 a seguir ilustra alguns tipos de ponteiras utilizadas.

(23)

Figura 3 - Ponteiras (da esquerda para a direita: 2 cm², 10 cm², 15 cm², 40 cm²)

Fonte: Schnaid e Odebrecht (2014)

Padronizam-se os procedimentos deste ensaio, porém, seus equipamentos são classificados em três tipos: cone mecânico, o qual caracteriza-se pela medida na superfície, por meio de transferências mecânicas nas hastes, dos esforços essenciais para que a ponta cônica 𝑞𝑐 seja cravada e do atrito lateral 𝑓𝑠; cone elétrico, por meio de células de cargas

instrumentadas eletricamente possibilita que 𝑞_𝑐 e 𝑓_𝑠 sejam medidos diretamente na ponteira; e piezocone, permite o monitoramento contínuo das pressões neutras geradas durante o processo de cravação, além de medir também 𝑞𝑐 e 𝑓𝑠. (SCHNAID; ODEBRECHT, 2014).

2.2.1.3 Ensaio de palheta ou Vane test

Visando determinar a resistência não drenada “in situ”, o ensaio utiliza de uma palheta com seção em forma de cruz, que após ser cravada em argilas moles, é submetido a um torque, cisalhando o solo por rotação em condições não drenadas. (ABNT,1989). Tendo em vista que o ensaio deve ser feito em argilas saturadas de consistência mole a rija, é necessário ter conhecimento prévio quanto ao solo da região onde será aplicado o ensaio. (SCHNAID; ODEBRECHT, 2014).

(24)

A aparelhagem utilizada no ensaio pode ser definida em dois tipos, como prevê a MB-3122, sendo elas tipo A, sem necessidade de perfuração prévia e tipo B, que necessitam perfuração prévia. As figuras 4 e 5 demonstram os tipos de aparelho. (ABNT, 1989).

Figura 4 - Equipamento tipo A - Sem perfuração prévia

(25)

Figura 5 - Equipamento tipo B - Com perfuração prévia

Fonte: ABNT (1989)

Schnaid e Odebrecht (2014, p.128) afirmam que “Embora o ensaio possa ser executado em argilas com resistências de até 200 kPa, a palheta especificada na Norma Brasileira apresenta desempenho satisfatório em argilas com resistências inferiores a 50 kPa”.

(26)

Alguns fatores devem ser considerados quanto a usabilidade deste tipo de ensaio, sendo assim deve-se atentar quanto a ausência de lentes de água (definido anteriormente nos ensaios de penetração); matriz predominante argilosa, deve ser maior que 50% passando na peneira #200, limite de liquidez maior que 25 (LL>25) , índice de plasticidade maior que 4 (IP > 4); 𝑁𝑠𝑝𝑡 menor ou igual a 2, associado a resistência de penetração (𝑞𝑐) menor ou igual a 1.000

kPa.

2.2.2 Ensaios de laboratório

Os ensaios de laboratório têm como finalidade complementar os ensaios de campo, uma vez que com eles são obtidos valores importantes para a caracterização completa dos solos, tornando possível algumas análises e determinações quanto ao solo amostrado. Algumas análises e demonstrações são: análise granulométrica por peneiramento e sedimentação; a determinação dos limites de liquidez e plasticidade; e a determinação da massa específica dos grãos. Tais informações são de suma importância para ensaios oedométricos e tri axiais (ALMEIDA; MARQUES, 2010).

2.2.2.1 Amostragem do solo para ensaios de laboratório

A coleta de amostra tem grande influência na execução de ensaios laboratoriais, isso porque sua qualidade influência diretamente o resultado dos ensaios a serem feitos. As amostras indeformadas, como são conhecidas tais coletas, envolvem “[..] um número variado de operações que variam o estado de tensões e induzem amolgamento do solo[...]”. (ALMEIDA; MARQUES, 2010, [s.p.]).

A retirada de amostras indeformadas é regida pela NBR 9820, que objetiva fixar as condições de coleta exigíveis, acondicionamento e transporte de solos de baixa consistência em furos de sondagem.(ABNT, 1997).

(27)

2.2.2.2 Ensaio de adensamento oedométrico

Os ensaios de adensamento oedométrico ou unidimensional, é comumente utilizado para a previsão de recalques e seu processo de crescimento com o tempo, isso porque ele visa a determinação das características de adensamento e a magnitude das deformações, por meio de confinamento lateral do solo e carregamento e drenagem axial. (ABNT, 1990).

Para que os ensaios sejam feitos com precisão a MB 3336, prevê a utilização de um dispositivo chamado célula de adensamento, que contêm o corpo de prova e proporciona meios para a aplicação de cargas verticais, independente da variação de altura do corpo de prova e sua possível submersão. Ele é formado basicamente por uma base rígida, um anel que contêm o corpo de prova durante aplicação de carga, pedras porosas e um cabeçote rígido de carregamento. O anel pode ser classificado em duas categorias, sendo elas do tipo fixo, onde ele não se desloca em relação a base rígida e os do tipo flutuante, que se deslocam em relação a base rígida e são suportados pelo atrito lateral entre o corpo de prova e o anel. A figura 6 representa duas células de adensamento, sendo uma com anel fixo e outra com anel flutuante.

Figura 6 - Representação esquemática da célula de adensamento

Fonte: ABNT (1990)

Quanto à aplicação das cargas, usa-se um sistema popularmente chamado de prensa de adensamento, que deve obrigatoriamente permitir a manutenção das cargas nos períodos previamente estipulados e ter uma precisão de 0,5% em relação a carga aplica. (ABNT,1990).

(28)

A carga vertical máxima a ser aplicada deve ser deve ser definida de acordo com o histórico de tensões do depósito e da altura do aterro a ser desenvolvido no local. Em casos de argilas muito moles, Almeida e Marques (2010) afirmam que as tensões verticais devem ser baixas, iniciando em 1,5 ou 3 kPa, sendo dobrada sucessivamente, até que a tensão vertical máxima seja atingida, sendo ela de no mínimo 400kPa mesmo em aterros baixos.

Os ensaios de adensamento unidimensional na maioria dos casos tem duração de duas semanas, sem a avaliação de recalques secundários e tem como obrigação expressar a curva de índice de vazios, em função do logaritmo da pressão aplicada; curvas de adensamento para todos os estágios de pressão; curva do coeficiente de adensamento; curva do logaritmo do coeficiente de permeabilidade (para ensaios que foi feita a determinação do coeficiente de permeabilidade).(ABNT, 1990).

2.2.2.3 Compressão triaxial

O ensaio de compressão triaxial tem como característica principal a aplicação de um estado hidrostático de tensões e de um carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico do solo. Para que o ensaio seja executado, é preciso dispor de uma câmara de ensaio, para confinar o solo e aplicar as tensões necessárias. (PINTO, 2006). A figura 7 representa o esquema de uma câmara.

Figura 7 - Esquema da câmara de ensaio triaxial

(29)

Para Ortigão (2007) explica que o ensaio dispõe de duas fases, onde na primeira aplica-se uma tensão confinante isotrópica e na segunda, chamada fase de cisalhamento, mantém-se a tensão confinante e aumenta-se a tensão axial por meio da aplicação da tensão desvio ou desviatória. Baseando-se na esquemática citada anteriormente, ficam definidos dois trechos para a trajetória de tensões: o trecho correspondente à compressão isotrópica, sendo ele horizontal e outro inclinado 45° à direita, em função do aumento da tensão desvio. Este ensaio serve tanto para o estudo de relações de tensões quanto para o de resistência, seu custo é acessível na maioria dos laboratórios e com base em seus resultados é nomeado o ensaio-padrão da Mecânica dos Solos.

Para tal ensaio três condições de carregamento são comumente utilizadas, tais como, condição consolidado drenado (CD), consolidado não drenada (CU) e não consolidado não drenado (UU).

2.2.2.3.1 Teste consolidado drenado (CD)

Conhecido como S teste ou teste lento, este ensaio consiste na consolidação do corpo de prova para uma determinada função efetiva. Numa segunda etapa a amostra é cisalhada de modo drenado, ou seja, a velocidade de cisalhamento deve ser suficientemente baixa para que não ocorra excesso de pressão neutra.(HOLTZ; KOVACS, 1981).

2.2.2.3.2 Teste consolidado não drenado (CU)

Após a consolidação da amostra na primeira etapa a amostra é cisalhada em condições não drenadas. A amostra estando saturada não ocorrerá variação de volume na segunda fase. A velocidade de ensaio é rápida, no entanto, deverá permitir a uniformização do excesso de pressão neutra no interior da amostra. O ensaio também é conhecido como ensaio rápido ou ensaio R (rapid).(HOLTZ; KOVACS, 1981).

2.2.2.3.3 Teste não consolidado não drenado (UU)

Neste ensaio o teste é ensaiado nas mesmas condições de campo. Ao ser retirada a amostra do campo, ela não expande devido à baixa permeabilidade, logo não há drenagem e

(30)

consequentemente não deve haver consolidação nem drenagem durante o cisalhamento. (HOLTZ; KOVACS, 1981).

O ensaio UU é aplicado para solos moles, os quais, em geral, possuem baixa permeabilidade. Nestes casos a amostra, após ser retirada do campo, “tende” a expandir, mas devido a sua baixa permeabilidade gera uma pressão neutra negativa (não ocorre a drenagem interna) e o índice de vazios não varia.

2.2.2.4 Cisalhamento direto

Conhecido como o ensaio mais antigo empregado à verificação de tensões no solo, o ensaio de cisalhamento direto baseia-se no critério de coulomb, estudado em 1776, e permite a determinação da resistência ao cisalhamento. (ORTIGÃO, 2007).

Para a aplicação do ensaio utiliza-se uma caixa com duas partições, onde primeiramente uma força vertical N é aplicada e em seguida aplica-se uma força tangencial T na parte superior da caixa, causando assim um deslocamento horizontal em relação a parte inferior e a ruptura da amostra. As tensões normal e cisalhante, podem ser expressas por 𝜎 = 𝑁

𝑎

⁄ e 𝜏 = 𝑇 𝑎⁄ , no qual, 𝑎 é igual a área da sessão transversal da amostra. (PINTO,2006). A figura 8 demonstra a esquemática da caixa bipartida e do processo citado.

Figura 8 - Esquema do equipamento

Fonte: Pinto (2006)

O ensaio é muito prático, mas a análise do estado de tensões durante o carregamento é bastante complexa. O plano horizontal, antes da aplicação das tensões cisalhantes,

(31)

é o plano principal maios. Com a aplicação das forças T, ocorre rotação dos planos principais. As tensões são conhecidas apenas num plano. Por outro lado, ainda que se imponha que o cisalhamento ocorra no plano horizontal, ele pode ser precedido de rupturas internas em outras direções. (PINTO,2006, [s.p.]).

Em geral o ensaio de cisalhamento direto é considerado menos interessante que o ensaio de compressão triaxial. No entanto, é muito utilizado quando se deseja obter a resistência e ter o conhecimento da resistência residual.

2.3 COMPRESSIBILIDADE EM SOLOS

A NBR6502 define a compressibilidade em solos como sendo a “Propriedade de um solo relativa à sua suscetibilidade de diminuir de volume sob efeito da aplicação de uma carga, que pode ser externa ou interna” (ABNT, 1995, p.11). Solos são materiais particulados, e como tal tendem a se compactar ao sofrerem aplicação de pressão externa. Em solos moles muito compressíveis, tal fenômeno tende a levar mais tempo para ocorrer, devido à demora para expulsão de água dos vazios. (FORMIGHERI, 2003). A compressibilidade nos solos é uma das maiores causas de recalques, isto é, a diminuição do volume em função de uma aplicação de carga. Essa condição fica conhecida como recalque por adensamento, ou recalques por consolidação. Tal fenômeno é mais bem compreendido na figura 9 pela analogia mecânica de Terzaghi, onde as molas funcionam como o corpo sólido do solo e os furos capilares, os vazios contidos nele. Com a expulsão da água pelos furos ou até mesmo pelos poros do material, a pressão na mola tende a aumentar e simula com precisão o que ocorre em um solo submetido a essas condições. A figura 10 representa um esquema de tubos piezométricos instalados à fim de medir a distribuição das pressões neutras em solos, A curva chamada isócrona na imagem liga os níveis d’água em função do tempo (𝑡). (CAPUTO H.; CAPUTO A., 2016).

(32)

Figura 9 - Analogia mecânica de Terzaghi

Fonte: Caputo H. e Caputo A. (2016)

Figura 10 - Distribuição da pressão neutra através dos tubos piezométricos

Fonte: Caputo H. e Caputo A., (2016)

Segundo Caputo (2016) com a expulsão da água na camada compressível, o índice de vazios diminui, causando assim uma diminuição no volume do solo, como está confinado lateralmente, essa diminuição de volume se dará em função altura, que fica conhecida como recalque por adensamento.

O mecanismo de compressão dos solos denominado recalque fica dividido basicamente em três parcelas, tais como, recalque imediato, recalque por adensamento primário e recalque por adensamento secundário. Os tópicos a seguir explicam de forma sucinta o que é cada um dos tipos de recalque citados anteriormente.

(33)

2.3.1 Recalque imediato, elástico ou por adensamento lateral (𝜹𝒊)

Esta parcela de recalque ocorre logo em seguida ao solo ser submetido a aplicação de pressão externa. Também denominado como recalque não drenado, recebe este nome por acontecer com o solo em estado saturado, ou seja, sem que a expulsão da água dos vazios aconteça. Nesta etapa o solo não sofre variação de volume, isso acontece pelo seu estado saturado, onde seus vazios encontram-se preenchidos com água, impedindo assim este tipo de variação. (FORMIGHERI, 2003).

2.3.2 Recalque por adensamento primário (∆𝒉𝒑)

Conhecido também por recalque de adensamento, acontece basicamente com a expulsão de água nos vazios, ocasionando assim uma variação no volume do solo, essa expulsão de água ocorre até que o valor de água nos poros tenda a zero. Neste momento a parcela de recalque por adensamento primário (∆ℎ_𝑝) termina. (FORMIGHERI, 2003).

De acordo com o princípio das tensões efetivas, não deveria haver mais deformações no solo, no entanto ainda ocorre mais uma parcela denominada recalque por adensamento secundário.

2.3.3 Recalque por adensamento secundário(∆𝒉_𝒔𝒆𝒄)

Tendo pouca relevância na maioria dos solos, devido a sua magnitude ser inferior aos demais tipos de recalque, o recalque secundário assume resultado significativo em argilas moles e solos orgânicos. Isso acontece em decorrência das tensões efetivas constantes, que são resultado da relação entre índice de vazios e tensão efetiva em função do tempo, ou seja, o índice de vazios continua diminuindo em função das tensões aplicadas sobre o solo, causando ainda mais deformações no mesmo. (FORMIGHERI, 2003).

(34)

2.4 INSTRUMENTAÇÃO E ACOMPANHAMENTO GEOTÉCNICO

Para toda obra sobre solo mole é imprescindível uma boa instrumentação e um bom acompanhamento, pois durante e após a finalização do empreendimento se faz necessário saber as condições reais do solo para se ter certeza de que tudo está de acordo com o projeto e para que eventuais problemas durante a execução possam ser detectados previamente, facilitando a tomada de decisão quanto as possíveis soluções.

O DNIT/DNER-PRO 381(1998) objetiva que um programa de instrumentação visa:

a) acompanhar os recalques e verificar o tempo de permanência de uma sobrecarga temporária;

b) monitorar poropressões gerada durante a construção e a sua velocidade de dissipação;

c) acompanhar os efeitos de deslocamento horizontais provocados por um aterro sobre solo mole;

d) monitorar a estabilidade da obra em casos críticos; e) verificar a adequação de um método construtivo.

A frequência de leitura é definida de acordo com a etapa em que a obra se encontra, sendo diária para a fase de execução de aterro, com ao menos uma leitura para cada camada de aterro executada. Após a execução e durante a fase de sobrecargas temporárias, as leituras são semanais. Com a retirada da sobrecarga, as leituras passam a ser quinzenais por pelo menos 4 meses (DNER,1998). A seguir serão descritos alguns dos principais instrumentos utilizados para monitoramento.

2.4.1 Placas de recalque

A fim de monitorar os deslocamentos verticais as placas de recalque são implantadas antes do lançamento do aterro. A figura 11 demonstra uma placa de recalque em um aterro.

(35)

Figura 11- Placa de recalque em aterro

Fonte: do autor adaptado de DNER/DNIT-PRO 381 (1998)

Constituída por placas de aço ou madeira com dimensões de 50x50x1cm, ligadas a uma haste que atravessa o aterro. “A haste é revestida por um cano de PVC à medida que o aterro sobe e permite o nivelamento topográfico da sua extremidade superior e a obtenção dos recalques”. (DNER,1998, p.26).

2.4.2 Piezômetros

Visando a medição de poropressões os piezômetros são instalados, podendo ser colocado em diversas profundidades. Múltiplos tipos de piezômetros são encontrados no mercado, porém neste estudo serão abordados apenas dois tipos, tais como, o piezômetro elétrico e o piezômetro Casagrande, os quais são inerentes à pesquisa.

2.4.2.1 Piezômetro elétrico

O piezômetro elétrico de corda vibrante é comumente utilizado em solos moles. Esta prática se instaurou devido à sua capacidade de resposta rápida em solos moles de baixa permeabilidade.

(36)

Figura 12- Piezômetro elétrico de corda vibrante

Fonte: DNER/DNIT-PRO 381 (1998)

“Os piezômetros devem ser instalados em furos de 75mm ou 100 mm de diâmetro e colocados em um bulbo de areia grosa lavada. Sobre este bulbo executa-se um selo de bentonita-cimento”. (DNER,1998, p.26). A figura 12 ilustra a esquemática de um piezômetro elétrico de corda vibrante. Visando a integridade do instrumento os piezômetros devem estar a salvo de descargas elétricas, para isso deve-se aterrar a carcaça do mesmo e instalar no seu interior um equipamento chamado varistor, que tem função de descarregar as tensões mais elevadas que atinjam o instrumento para o aterro.

2.4.2.2 Piezômetro Casagrande

O piezômetro Casagrande ou piezômetro de tubo aberto, é o mais utilizado por se tratar de um equipamento muito simples. Formado por um tubo vertical, perfurado em suas extremidades, permitindo o fluxo de água entre o solo e o tubo até que as tensões da água

(37)

estejam equilibradas. (FORMIGHERI, 2003). A leitura deste equipamento é realizada com indicador elétrico de nível d’agua. (DNER,1998).

2.4.3 Inclinômetro

O inclinômetro tem por finalidade medir os deslocamentos horizontais. Este instrumento é constituído por um tubo de acesso e um torpedo sensor para leituras periódicas.

Figura 13 - Inclinômetro

Fonte: DNER/DNIT-PRO 381 (1998)

O tubo de acesso deve ser de alumínio ou plástico com cerca de 80 mm de diâmetro dispondo de quatro ranhuras diametralmente opostas que servem para guiar a descida do sensor. Devem ser instalados em furos de pelo menos 100 mm de diâmetro. O tubo deve ser verificado antes da instalação quanto a desalinhamentos das ranhuras. Para tal basta montá-lo no chão com todas suas seções ao longo de todo o seu comprimento e verificar se as ranhuras estão alinhadas. (DNER,1998, p.28).

A figura 13 demonstra como é implantado um inclinômetro em solo mole e ilustra um torpedo, para melhor entendimento da esquemática e funcionamento do instrumento.

(38)

3 MATERIAL E MÉTODOS

3.1 A INVESTIGAÇÃO

A investigação realizada caracterizou-se como de abordagem quantitativa, de nível descritivo e sob método de procedimento tipo estudo de campo. A contribuição empírica foi evidenciada com a necessidade de descrição de resultados imediatos com o sistemático monitoramento da rodovia e suas possíveis deformações considerando a instabilidade do solo onde foi construída.

Através da delimitação da hipótese principal do estudo (problema) descreveu-se variáveis que foram devidamente acompanhadas durante o processo. A variável independente, o tipo de solo estradal, foi totalmente controlada pelo investigador. Kerlinger (1979, p. 94), atenta para o fato de que os estudos experimentais caracterizam "uma pesquisa onde se manipulam uma ou mais variáveis independentes e os sujeitos são designados aleatoriamente a grupos experimentais".

Investigações de origem quantitativa permitem grande relevância ao conhecimento de base empírica. Isso pois, quando aspectos qualitativos não forem suficientes para atestar um fenômeno, é na experiência que estas comprovações se realizam. Nesse sentido, a pesquisa de campo foi a escolhida pelo pesquisador, amparado pela descrição de Spink (2003) que admite ser este tipo de estratégia a mais adequada para o estudo realizado.

3.1.1 Instrumentos de coleta

Os dados para a investigação foram coletados a partir das análises realizadas em campo e apostas em tabela própria. Também foram utilizados artigos científicos que tratavam da temática em estudo. Esses artigos foram obtidos em bases de dados científicas e analisados previamente por especialistas. Imagens e vídeos também se constituíram em instrumentos de coleta.

(39)

3.2 O PROCESSO

O presente estudo tem como objetivo observar o comportamento do corpo estradal do novo acesso norte da cidade de Tubarão/SC, à fim de verificar as curvas de comportamento em cada trecho analisado. Serão coletados os dados a partir das placas de recalque instaladas na rodovia. O fluxograma a seguir expressa o processo que será seguido para a obtenção dos resultados.

Figura 14 - Fluxograma do processo de estudo

Fonte: do autor (2019)

A partir do monitoramento das placas de recalque, os dados obtidos serão analisados, para que valores sem utilidade sejam descartados. Com base nos dados analisados, hipóteses estatísticas serão criadas, à fim de definir o comportamento do solo em cada uma das placas de recalque. Feito tais definições, os valores obtidos serão apostos em tabela própria, para que assim novos trechos com base no comportamento de cada uma das estacas medidas sejam criados. Com tais trechos definidos, serão criados cenários tendenciais, os quais serão utilizados para a análise de tensões.

(40)

4 RESULTADOS E DISCUSÕES

4.1 ASPECTOS DA ÁREA EM ESTUDO

O município de Tubarão/SC teve seu nascimento em 27 de maio de 1870, onde foi desmembrado de Laguna/SC pela lei n°. 635. Ele está localizado na região sul de Santa Catarina, à cerca de 140 km da capital do estado, Florianópolis.

Com uma população estimada de aproximadamente 104.937 pessoas, segundo IBGE, e um volumétrico fluxo de automóveis circulando em seu sistema rodoviário, em muitos casos advindos de municípios vizinhos ou a até mesmo da BR-101 que intersecta a cidade, medidas construtivas para a diminuição de engarrafamentos no centro da cidade estão sendo tomadas.

No intuito de melhorias na mobilidade urbana, a implantação da Rodovia Ivane Fretta Moreira apresentar-se-á como importante elemento de ligação entre as Rodovias BR 101 e SC 370. Ainda, sua implantação permitirá que o fluxo de tráfego pesado que hoje acessa a Rodovia SC 370 por dentro do bairro Humiatá de Cima, gerando pontos de congestionamento junto ao tráfego local, possa ser realizado a partir de áreas circundantes, ou seja, sem interferência no tráfego local. Com o surgimento do novo acesso, a região está sendo visada por indústrias e congêneres, o que aponta um grande crescimento populacional no entorno da rodovia, o que preocupa um pouco as autoridades, por desconhecerem qual será o comportamento do corpo estradal em relação as novas construções. O local onde a Rodovia será executadageotecnicamente é composto por solo sedimentar de argila mole de sedimentos marinhos. Como características principais, estes tipos de solos apresentam elevada plasticidade, baixa capacidade de suporte além de alto grau de hidro morfismo.

4.2 ASPECTOS DO SOLO DA REGIÃO

Para toda construção é de suma importância conhecer os tipos de solo e suas particularidades, isso terá papel primordial para que sejam definidas as diretrizes do projeto, sendo essas definidas por um Geólogo e um Engenheiro com experiência. Ter conhecimento sobre a mecânica dos solos é indispensável para que tais diretrizes sejam definidas, vale ressaltar que a mecânica dos solos não é de simples aplicabilidade como a mecânica voltada à estruturas, isso devido a sua gama de hipóteses, muitas vezes inconclusivas, mas o engenheiro tendo plena consciência de suas incertezas, envolvidas nas suposições fundamentais de seus

(41)

cálculos, será capaz de antecipar a natureza e prever as diferenças que podem existir entre a realidade e a sua concepção da situação original (TERZAGHI, 1973).

Segundo Higashi (2006), os solos encontrados nas regiões de expansão e próximos ao centro urbano de Tubarão, ficam divididos em dois grupos Cambissolos e Podzólicos Vermelho-Amarelos, provindos de rochas graníticas e pelas argilas moles compostas por solos Orgânicos e Gleis, que serão o foco da pesquisa, uma vez que foi constatado a presença desses dois tipos de solo na região em que a rodovia está sendo construída.

O tipo de solo em destaque é caracterizado pelo seu alto grau de compressibilidade ao solo de fundação e por sua baixa resistência ao cisalhamento, por isso é imprescindível que cada fase do projeto seja minuciosamente verificada, para que nenhum problema venha a ocorrer durante e depois da execução da obra.

4.3 MONITORAMENTO GEOTÉCNICO

Durante toda a execução da obra foram feitas medições, à fim de acompanhar o comportamento da rodovia, definindo assim a velocidade com que a obra seria executada e se os parâmetros de projeto definidos previamente estavam surtindo efeito positivo para o andamento da obra.

Diversas instrumentações foram utilizadas para que nenhuma constante fosse deixada de lado e para isso toda a extensão da rodovia foi segmentada, facilitando a tomada de decisão quanto as medidas a serem tomadas durante o processo de construção. As figuras a seguir, mostram o perfil estratigráfico da rodovia, nele estão contidos os pontos onde os ensaios de SPT e CPT-U foram executados e com tais medições pôde-se definir os tipos de solo e suas devidas profundidades.

(42)

Figura 15 - Perfil estratigráfico longitudinal SP - 01 a SP - 03

Fonte: cedido por colaborador da pesquisa (2019).

Com base na imagem acima é possível mensurar a complexidade e a necessidade de um ótimo planejamento e monitoramento para a execução deste empreendimento. Neste trecho, iniciam-se as pesquisas para caracterização do solo e suas devidas profundidades e com ele observa-se a grande concentração de argila muito mole a mole escura, chegando a uma profundidade máxima de 46,80 metros. Este tipo de solo é o grande problema encontrado na região, necessitando de paciência e excelência na estabilização do aterro que virá sobre ele.

Figura 16 - Perfil estratigráfico longitudinal SP - 04 e SP - 05

(43)

Seguindo análise do solo, tem-se o segundo trecho, que é caracterizado basicamente por três tipos: turfa, argila muito mole e argila mole a média, respectivamente. A profundidade máxima encontrada neste trecho, foi de 22,47 metros, onde grande parte é constituída de argila mole a média.

O terceiro trecho analisado, mostra mais um cenário alarmante, seguindo a mesma estruturação do trecho anterior, tem-se os tipos de solo, turfa, argila muito mole e argila mole a média, porém a profundidade máxima encontrada é de 40 metros.

(44)

Dando sequência ao estudo, o quarto trecho é ilustrado acima. Nele temos um cenário mais ameno em relação aos demais, porém o solo predominante mais uma vez é de argila mole a média. Vemos que ele está estruturado em 4 tipos para SP – 08, sendo eles turfa, areia média com pedregulhos muito compactada, silte compacto esverdeado e argila muito mole a média. A diferença entre SP-08 e SP-09 é a ausência de areia média com pedregulhos muito compactada e a presença de argila muito mole a mole escura. As profundidades máximas encontradas no trecho foram de 7,49 metros em SP-08 e 4,68 metros em SP-09.

(45)

Figura 19- Perfil estratigráfico longitudinal SP - 11 e SP - 12

A presença de argila muito mole a mole escura tem destaque no quinto e último trecho. Composto basicamente por turfa e argila muito mole a mole escura em SP-11 e areia média com pedregulhos muito compacta em SP-12, a dificuldade mais uma vez está em estabilizar o trecho de argila muito mole a mole escura.

Após analisar todos os segmentos/trechos elencados acima, pôde-se afirmar que são muitos os pontos críticos nesta região, necessitando de atenção redobrada no monitoramento de cada trecho.

Por tratar-se de uma região com grande predominância de solo mole, sobrecarga temporária e geodrenos verticais foram utilizados para a aceleração de recalques, causando consolidação no solo por meio de poropressões, expurgando a água e fazendo com que o solo ganhe resistência. (DNER, 1998).

(46)

4.4 ANÁLISE COMPORTAMENTAL DO SOLO

4.4.1 Monitoramento de recalques

A partir do monitoramento de recalques é possível acompanhar se as soluções geotécnicas empregadas estão surtindo efeito e por sua vez, estabilizando o solo de fundação. Tal monitoramento foi feito a partir de leituras nas placas de recalque instaladas em cada segmento da rodovia. Ao longo de toda a extensão da rodovia, foram instaladas 42 placas de recalque, divididas em 14 estacas, sendo 3 por estaca. A figura 20 a seguir mostra como foram dispostas as placas em cada segmento.

Figura 20 – Disposição das placas de recalque

Divididas entre o lado esquerdo, eixo e lado direito, as placas de recalque foram periodicamente monitoradas e camadas de aterro para aceleração de recalques foram sendo aplicadas durante todo o período de monitoramento. Após medidos, os valores de cada placa de recalque foram colocados em tabelas, à fim de avaliar o comportamento do subleito em relação as medidas tomadas periodicamente.

Com base nos dados de monitoramento, análises estatísticas foram utilizadas, à fim de entender o comportamento do solo em cada um dos locais com placa de recalque

(47)

instalada, tais análises serão explicadas em seguida e possibilitaram segmentar a rodovia em 4 trechos.

4.4.2 Análises estatísticas

As análises estatísticas tiveram suma importância no decorrer da pesquisa, uma vez que com base nelas pôde-se explicar o comportamento do solo em cada uma das placas de recalque, isso foi possível da seguinte forma: Com os valores de recalque total medidos e colocados em tabela própria, organizados em ordem cronológica crescente, testes de correlação foram aplicados para cada conjunto de dados. A tabela a seguir exemplifica como estavam dispostos os dados aplicados.

Tabela 1- Placa de recalque do eixo: estaca 0+900

DATA C. ATERRO (M) RECALQUE TOTAL ( CM ) ESTACA 19/02/2016 3,6930 0,0 PR ESTACA 0+900 19/02/2016 3,6980 0,0 PR ESTACA 0+900 01/03/2016 3,6410 0,6 PR ESTACA 0+900 19/09/2016 4,8490 0,6 PR ESTACA 0+900 22/09/2016 4,9330 1,0 PR ESTACA 0+900 28/09/2016 5,0680 2,5 PR ESTACA 0+900 03/10/2016 5,0570 3,6 PR ESTACA 0+900 10/10/2016 5,0570 4,2 PR ESTACA 0+900 13/10/2016 5,0480 4,7 PR ESTACA 0+900 24/10/2016 5,0430 5,7 PR ESTACA 0+900 28/10/2016 5,0400 5,8 PR ESTACA 0+900 01/11/2016 5,0390 7,0 PR ESTACA 0+900 03/11/2016 5,0340 7,0 PR ESTACA 0+900 07/11/2016 4,8415 6,9 PR ESTACA 0+900 08/11/2016 4,8501 6,9 PR ESTACA 0+900 09/11/2016 4,9115 6,9 PR ESTACA 0+900 17/11/2016 4,9088 7,0 PR ESTACA 0+900 21/11/2016 4,9092 7,1 PR ESTACA 0+900 28/11/2016 4,9188 7,8 PR ESTACA 0+900 29/11/2016 4,9201 7,9 PR ESTACA 0+900 30/11/2016 4,9211 7,9 PR ESTACA 0+900 05/12/2016 4,9222 8,0 PR ESTACA 0+900 07/12/2016 4,9228 8,0 PR ESTACA 0+900 12/12/2016 4,9234 8,0 PR ESTACA 0+900 13/12/2016 4,9230 8,1 PR ESTACA 0+900 15/12/2016 4,9222 8,2 PR ESTACA 0+900 16/12/2016 4,9218 8,2 PR ESTACA 0+900

(48)

19/12/2016 4,9255 8,5 PR ESTACA 0+900 21/12/2016 4,9262 8,6 PR ESTACA 0+900 22/12/2016 4,9259 8,6 PR ESTACA 0+900 05/01/2017 4,9512 8,6 PR ESTACA 0+900 11/01/2017 4,9495 8,6 PR ESTACA 0+900 12/01/2017 4,9487 8,8 PR ESTACA 0+900 18/01/2017 5,0052 9,0 PR ESTACA 0+900 19/01/2017 5,0057 9,1 PR ESTACA 0+900 25/01/2017 5,0042 9,0 PR ESTACA 0+900 26/01/2017 5,0050 9,1 PR ESTACA 0+900 30/01/2017 5,0000 9,1 PR ESTACA 0+900 08/03/2017 5,0562 9,9 PR ESTACA 0+900 30/03/2017 4,9937 9,9 PR ESTACA 0+900 27/05/2017 5,0252 10,9 PR ESTACA 0+900 08/06/2017 4,9804 12,1 PR ESTACA 0+900 29/06/2017 4,9689 13,0 PR ESTACA 0+900 19/07/2017 4,9608 14,6 PR ESTACA 0+900 30/08/2017 5,0204 15,9 PR ESTACA 0+900 29/09/2017 4,9669 16,8 PR ESTACA 0+900 27/10/2017 4,9770 17,3 PR ESTACA 0+900 08/12/2017 4,9676 17,3 PR ESTACA 0+900 12/12/2017 4,9754 17,6 PR ESTACA 0+900 30/01/2018 4,9597 19,2 PR ESTACA 0+900 02/03/2018 3,9310 20,6 PR ESTACA 0+900 Fonte: do autor (2019)

A tabela mostra os valores de recalque total medidos na estaca 0+900, tais valores foram aplicados em gráficos de correlação e com isso funções matemáticas com base em métodos estatísticos, foram criadas para explicar o comportamento do solo em cada estaca. O gráfico e as funções matemáticas foram criados com auxílio do software Past3, nele foi possível verificar em qual situação estatística cada seção se enquadrava melhor. A figura abaixo mostra o gráfico de correlação da estaca.

(49)

Figura 21- Gráfico de correlação - Estaca 0+900

Com base no teste de hipótese de normalidade, admite-se em nível de 95% de significância, 75,97% dos dados é explicado pelo modelo gerado. Seguindo o roteiro de análise, obteve-se as funções utilizadas para explicar o comportamento de cada seção e com isso definir qual função estatística se enquadrava melhor para explicar cada caso.

Figura 22 – Definição da função

No caso da estaca 0+900 a função que mais abrangeu o conjunto de dados foi a de Gaussian e a partir dela o comportamento do trecho pode ser previsto. Isso foi feito para todas

(50)

as estacas e cada uma teve a sua função definida, abaixo segue o método empregado para cada estaca e suas respectivas funções.

Figura 23 - Valores de recalque total a partir das funções obtidas

ESTACA MÉTODO FUNÇÃO

VALORES Y A B C X 0+300 Von Bertalanffy 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 16,1583 34,0290 58,6800 0,9432 5 0+500 Quadrática 𝑦 = 𝑎𝑥2_{+ 𝑏𝑥 + 𝑐} 12,7800 11,4130 -91,0370 182,640 5 0+700 Gaussian 𝑦 = 𝑎𝑒− (𝑥−𝑏)² 2𝑐² 27,6552 74,7420 6,2144 0,8612 5 0+900 Gaussian 𝑦 = 𝑎𝑒− (𝑥−𝑏)² 2𝑐² 13,2405 13,2520 4,9769 -0,5537 5 1+260 Gaussian 𝑦 = 𝑎𝑒− (𝑥−𝑏)² 2𝑐² 38,3314 89,7690 6,3402 1,0273 5 1+700 Logística _{𝑦 =} 𝑎 1 + 𝑏𝑒𝑐𝑥 30,8786 137,7600 20987,00 1,7420 5 2+000 Gaussian 𝑦 = 𝑎𝑒− (𝑥−𝑏)² 2𝑐² 39,9839 63,0660 5,2732 0,2868 5 2+100 Gaussian 𝑦 = 𝑎𝑒− (𝑥−𝑏)² 2𝑐² 42,8599 121,3100 5,6019 0,4173 5 2+500 Gaussian 𝑦 = 𝑎𝑒− (𝑥−𝑏)² 2𝑐² 96,9793 180,7700 5,5681 0,5091 5 3+030/049 Michaelis _{𝑦 =} 𝑎𝑥 𝑏 + 𝑥 0,7501 0,9654 1,4347 X 5 3+250 Gaussian 𝑦 = 𝑎𝑒− (𝑥−𝑏)² 2𝑐² 10,8107 28,3000 6,5624 1,1262 5 3+400 Gompertz 𝑦 = 𝑎𝑒𝑏ⅇ𝑐𝑥 _10,7938 _10,7940 _-_{470600000000000} _-8,9095 ₅ 3+550 Linear 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 1,5581 -0,0781 1,9286 X 5 3+700 Quadrática 𝑦 = 𝑎𝑥2_{+ 𝑏𝑥 + 𝑐}_{28,4800 21,7700} -288,5900 927,180 5 Fonte: do autor (2019)

4.4.3 Divisão dos trechos

Após definidas todas as funções de comportamento, os resultados obtidos foram dispostos em tabela própria, à fim de subdividir toda rodovia e verificar quais trechos se

(51)

comportavam de forma semelhante, para isso utilizou-se do método dos segmentos homogêneos, como mostra a tabela e o gráfico abaixo.

Tabela 2 - Cálculo dos segmentos homogêneos

ESTACA RECALQUE

(CM)

DMÉDIO ΔLI ƩΔLI AI ƩAI ZI

300 16,15831 - - - - - - 500 12,78000 14,46915397 200 200,00 2.894 2.894 -3669,197255 700 27,65524 20,2176218 200 400,00 4.044 6.937 -6188,700944 900 13,24047 20,44785886 200 600,00 4.090 11.027 -8662,157223 1260 38,33138 25,78592758 360 960,00 9.283 20.310 -11192,67378 1700 30,87855 34,6049659 440 1.400,00 15.226 35.536 -10405,1505 2000 39,98392 35,43123657 300 1.700,00 10.629 46.165 -9620,3216 2100 42,85994 41,42193265 100 1.800,00 4.142 50.308 -8759,64236 2500 96,97925 69,91959783 400 2.200,00 27.968 78.275 6082,140673 3030 0,75014 48,86469825 530 2.730,00 25.898 104.174 14588,40642 3250 10,81067 5,780404379 220 2.950,00 1.272 105.445 8640,764525 3400 10,79378 10,80222392 150 3.100,00 1.620 107.066 5338,827075 3550 1,55810 1,5581 150 3.250,00 234 107.299 650,2710373 3700 28,48000 28,48 150 3.400,00 4.272 111.571 1,45519E-11 Fonte: do autor (2019) Gráfico 1 - Segmentos homogêneos

Fonte: do autor (2019) (15.000,00) (10.000,00) (5.000,00) 5.000,00 10.000,00 15.000,00 20.000,00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

(52)

A tabela expressa os valores utilizados para verificação e o gráfico o comportamento de cada trecho. Com eles foram obtidos 4 segmentos, nominados A, B, C e D, respectivamente. A tabela a seguir mostra por quais estacas cada trecho é constituído.

Tabela 3 - Velores obtidos para os segmentos gerados.

A

ESTACAS MÉDIA DESVIO PADRÃO

0+300 - 0+900 17,459 6,960

B

1+260 - 1+700 34,605 5,270

C

2+000 - 3+400 33,696 35,389

D

3+550 - 3+700 15,019 19,037

Junto com o conjunto de estacas de cada trecho estão contidos também as médias e o desvio padrão de cada trecho, tais valores são baseados nos valores de recalque total obtidos em cada estaca por meio das funções estatísticas. A cota de recalque utilizada para a análise foi de 5,00 metros.

4.4.4 Modelagem e análise de tensões

Seguindo o processo da pesquisa, foram feitas as análises de tensões por meio da análise global do solo em cada um dos segmentos, a fim de verificar os fatores de segurança para o ponto mais crítico de cada um dos segmentos. Foram aplicados dois tipos de geometria, em um primeiro instante, ela estará com a sua geometria completa, com as bermas de equilíbrio em suas laterais e em um segundo momento, será analisada com as bermas sobrepostas, simulando possíveis aterros em seu contorno. Abaixo será explicado quanto os parâmetros adotados para cada camada de solo e através de imagens geradas pelo software GeoStudio, será mostrado o comportamento dos aterros em cada uma das situações.

(53)

Tabela 4 - Parâmetros aplicados para cada tipo de solo

TIPO DE SOLO 𝜸_𝒏𝒂𝒕 𝝓′ 𝒄′

ARGILA MUITO MOLE _{15,43 kN/m³} _- _7,2kPa

AREIA MÉDIA A FINA _{19 kN/m³} _25° _-

ATERRO _{18,57 kN/m³} _25° _18kPa

TURFA _{15,43 kN/m³} _- _7,2kPa

A tabela 3 mostra os parâmetros aplicados para cada um dos tipos de solo encontrados e utilizados para as análises. As camadas de pavimento foram consideradas como sobrecargas aplicadas sobre o aterro, sendo utilizados 18kN/m³ para o pavimento asfáltico e 26,54kN/m³ para brita graduada e macadame seco. Além do pavimento, foram consideradas cargas de 40,1kN, simulando um caso de tráfego pesado. A seguir será analisado a primeira situação encontrada, onde por meio da análise global, será mostrado o ponto de ruptura do aterro, bem como seu fator de segurança.

(54)

Figura 24 - Segmento A, ponto crítico analisado com suas profundidades de solo.

Acima tem-se o primeiro ponto analisado, sendo ele no segmento A, as geometrias com a cor verde expressam argila muito mole a mole escura, a azul areia fina a média e a cor marrom o aterro. As setas indicam os pontos de tráfego na pista de rolamento, sendo aplicado os valores de carga citados anteriormente. Pode-se observar a grande faixa de solo mole nessa região, chegando a 45m de argila muito mole.

(55)

Figura 25 - Análise global do ponto crítico no segmento A com sua geometria completa.

A figura 25, representa a análise global do ponto mais crítico do segmento A, nele pode-se verificar o ponto de ruptura e o fator de segurança (FS) gerado para este aterro. O valor de FS obtido foi de 1,59 e é admissível para o tipo de aterro, uma vez que o FS mínimo para o aterro analisado é de 1,3, por se tratar de um aterro de classe II, segundo DNER/DENIT-PRO 381 (1998). De forma complementar, avaliou-se o a influência de carregamentos circundantes à rodovia, simulando um carregamento rápido como o cenário mais provável. Nesta configuração, o novo aterro sobrepõe-se as bermas de equilíbrio da rodovia, fazendo com que elas percam sua finalidade primária.

(56)

Figura 26 - Análise global do ponto crítico no segmento A com as bermas de equilíbrio alteradas.

Com a análise global da geometria feita, observou-se a queda no valor de FS, onde o mesmo para essa situação ficou estabelecido em 1,157, um valor 27,23% menor em

(57)

relação a primeira situação e abaixo do FS mínimo estabelecido para o aterro. Os valores encontrados, chamam atenção para a importância do acompanhamento posterior a finalização da obra e os cuidados que devem ser tomados ao se construir em seu entorno.

A seguir será verificado o ponto crítico do segmento B.

Figura 27- Segmento B, ponto crítico analisado com suas profundidades de solo.

Neste ponto, tem-se uma camada menor de solo se comparado ao anterior. Nele observou-se uma profundidade de 2,5m de turfa e 23m de argila muito mole a mole escura. A altura de aterro utilizada em todas as análises foi de 4,5m.

(58)

Figura 28 - Análise global do ponto crítico no segmento B com sua geometria completa.

A figura 28, expressa a análise global do ponto mais crítico do segmento B, onde o valor de FS obtido foi de 1,599, se mantendo acima do mínimo estabelecido para o aterro. A seguir será analisado o aterro nas mesmas condições da análise anterior.

(59)

Figura 29- Análise global do ponto crítico no segmento B com as bermas de equilíbrio alteradas.

O valor de FS obtido para esta situação ficou em 1,024, um valor bem abaixo do FS mínimo estabelecido para o aterro e 35,96% menor em relação ao obtido na análise anterior, com a geometria completa. Mais uma vez é nítido verificar a importância dos cuidados a serem tomados ao entorno da rodovia.

Seguindo as análises, será analisado o segmento C, este é o segmento com maior extensão e grande concentração de solo mole, assim como no segmento A.

(60)

Figura 30 - Segmento C, ponto crítico analisado com suas profundidades de solo.

Neste ponto observa-se mais uma vez os tipos de solo turfa e argila muito mole a mole escura, solos bastante suscetíveis a variação de volume por meio de cargas aplicadas sobre eles.