ESTUDO DA R~SISTÊNCIA AO CISALHAMENTO E DENSIDADE RELATIVA DAS AREIAS E

CORRELAÇÕES COM O SPT

EDWARD BARROS PACHECO

TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇAO DOS PROGRAMAS DE PÕS-GRADUAÇAO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSARIOS A OBTENÇAO DO

GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS (M.Sc.)

Aprovada por: -•

Lacerda

PS ~dLe., A:'.'.l ~"" {-e.J..,L o....;

' Dirceu de Alencar . ,·Velloso

Rio de Janeiro, RJ Brasil

Abril de 1978

I

PACHECO, EOWARO BARROS ESTUDO DA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO E DENSI -

DADE RELATIVA OAS AREIAS E CORRELAÇÕES COM O

SPT /Rio de Janeiro/ 1978

VII , 119 p. 29j'cm ( COPPE - UFRJ, M. Se. , En9enho-

·ria Civil, 1978).

TESE - UNIVERSIDADE' FEDERAL 00 RIO DE JANEIRO -

FACULDADE DE ENGENHARIA.

!. CISALHAMENTO I. COPPE /UFRJ JI. TITIJLO{slríe).

II

A La 1 a A Andrê Luiz A Andrêa Patrícia

III

A G R A D E C I M E N T O S

 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS, e particularmente aos Professores Arlindo Cabús e Fernando Cardoso Gama.

A todos os docentes do Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ, permitindo-se, o autor, citar os Professores Mauro Lucio Guedes Werneck, Wil Jy Alvarenga Lacerda, Dirceu de Alencar Ve 11 aso, Mãrci o Miranda Soares e Mãrio Mãrcio Alvarenga.

Aos colegas Carlos Emanuel de Melo, Ney Maranhao, Fernando Antonio Milito e Urbano Hermann de Rocha Nery Heine, cujas discuss&es muito contribuíram para a melhoria do presente trabalho.

Aos amigos Maurilucio Martiniano dos Santos e Teodorico de. Almeida Rocha, pelo apoio e incentivo com que sempre nos brindaram.

A eficiente equipe de Laboratôri s tas da COPPE., composta por Antonio Jorge De 11 e Vi anna, Sêrgi o IÕri o, A l varo Jorge De 11 e Vi anna, Gil son Fernandes .e Imaculada Conceição Soares, pelo apoio na realização dos ensaios de l aboratõri o.

As Srtas. Ângela Maria Bezerra Soares e Vanda Ferradeiro Veiga e Sra. Anna Maria da Conceição França, pelos serviços datilogrâficos e à Lucimar Alves de Morais e Jose Carlos Aranzate, pela confecção dos desenhos e tabelas do presente trabalho.

O autor agradece ainda o apoio recebido das Empresas COEPE Consultoria, Estudos e Projetos de Engenharia Ltda., ROMANI-GOUVEIA Engenharia de Solos Ltda. e Estacas FRANK! Ltda.

IY R E S U M O

Na primeira parte do presente trabalho sao analisa­dos vârios ensaios de laboratõrio, visando a escolha de pro­cedimentos para a determinação das densidades mâximas e mi­nimas das areias, culminando com a adoção da compactação d! nãmica, utilizando um equipamento reduzido, para determina­ção da densidade mâxima e do metodo de Kolbuszewski para a obtenção das de~sidades minimas.

Na segunda parte, os dados obtidos, apos ensaios de caracterização e cisalhamento direto em nove areias, possi­

bilitou a verificação da influencia de algumas caracterist! cas granulometricas das areias na resistencia ao cisalhamen to e na dilatãncia. Apresenta-se ainda um procedimento que parece permitir a obtenção da relação ângulo de atrito x de~ sidade relativa, a partir apenas de uma seqüencia de ensaios de cisalhamento direto em uma unica densidade.

Finalmente, na terceira parte, sao analisadas algu­mas proposições existentes para avaliação da densidade rel~ tiva e ângulo de atrito interno das areias, em função dos r~ sultados de sondagens a percussão, verificando-se que a pro­posição de Bazaraa (1967), para avaliação da densidade rel~ tiva, foi a que mais se aproximou dos resultados de campo.

Evidencia-se, ainda, que podem ser correlacionados o ângulo de atrito, SPT e profundidade, porem parece não haver uma relação unica vâlida para qualquer areia.

y

ABSTRACT

The first part of this paper presents the analysis of the laboratory tests developed to choose the procedure for the determination of ''maximum" and "minimum" density of sand and finishes, adopting "dynamic compactation'' and the Kolbuszewski 's Method'' to obtain the maximum and minimum density respectively.

The second part, the characterization and "dire~t shear'' tests performed on nine different kinds of sand are analysed. The. resultant datas enables us to verify the influence of some ''granulometric characteristics" of sand on "shear resist­ance'' and "dilatance''. It is also presented a procedure which permits to obtain the correlation "friction angle" X "relative density", performing an unique serie of shear test at constant density.

Finall~, in the third part, some existing proposi­tions are,1analysed to evaluate the relative density and friction angle of sand, starting from the datas obtained from Standard Penetration Test. It was shown that ''Bazaraa Position''(l967), to evaluate the relative density, was the only one that got more close to the field datas.

It is evident, therefore, that it can be correlated "fri~tion angle", "SPT" and ''Depness'', although, it seems not to exist only one function for different kinds of sand.

Cap. I.

Cap. II Cap. III Cap. IV Cap. V Cap. VI

VI r N D I C E

I ·N T R O D U Ç li O

PRIMEIRA PARTE

ESCOLHA DE PROCEDIMENTOS PARA DETERMINAÇM DE DENSIDADES M1\XIMA E MfNIMAS DAS AREIAS

- Introdução - Revi são da Literatura - Discussão - Estudos Experimentais para Escolha de um Procedimento - Verificação Experimental dos Procedimentos Escolhidos - Conclusões

SEGUNDA PARTE

RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS AREIAS

3

4

11

13 22 26

Cap. I. - Genera 1 idades 27 I. 1 - Introdução. 27 I.2 - Tensões nos Solos 27 l.3 - Resistência ao Cisalharnento dos Solos 30 I.4 - Critério de Ruptura de Mohr - Coulomb 31 I. 5 - Determinação em Laboratório da Resistência ao Cisa 1 ha-

mento dos Solos 32

Cap. II - Caracterização das Amostras Estudadas II.1 - Ensaios Realizados Il.2 - Resumo

Cap. III Anãlise do Comportamento llngulo de Atrito x Densidade Relativa para as Areias

Ill.1 - Resistência ao Cisalhamento das Areias III.2 - Influência da Granulometria III.3 - Anãlise dos Dados Obtidos Ill.4 - Comportamento llngulo de Atrito x Densidade Relativa

34 34 34

36

36

38

41 45

VII

Cap. IV - Influência da Granulometria das Areias na Dilatância IV.1 - Dilatância IV.2 - Verificação da Influência da Granulometria

Cap. V - Conclusões

TERCEIRA PARTE

CORRELAÇÕES COM O SPT

Cap. I - Introdução

Cap. II - Descrição Sumãria do Ensaio 11.1 - Perfuração 11.2 - Amostragem 11.3 - Medida da Resistência a Penetração

Cap. III - Fatores que influenciam a Medida da Resistência a Penetração

51

51

53

58

59

59

59

60 61

61

Cap. IV - Trabalhos Experimentais 69

Cap. V - Obtenção da Densidade Relativa das Areias a partir do SPT 71

Cap. VI - Obtenção do Ângulo de Atrito Interno das Arei as a partir do SPT 79

Cap. VII - Conclusões

A. l

A. 2

A.3

A N E X O S

Referências Bibliogrãficas Sugestões para Pesquisas Proposta para Normalização dos Procedimentos para

82

83 88

Determinação das Densidades Mãximas e MTnimas das Areias 89 A.4

A.5

A.6

Procedimento Adotado para Determinação das Densidades "IN SITU" Sugestão para Normalização das Sondagens a Percussão Resultados dos Ensaios de Cisalhamento Direto

93 95

107

INTRODUÇÃO

l I N T R O D U Ç A O

O objetivo original do presente trabalho seria ava­

liar os resultados de sondagens a percussão, no sentido de c~

racterizar a resistência ao cisalhamento e densidade relativa

das areias e eventualmente outros parâmetros.

Apôs a revisão bibliogrâfica, seriam procedidas va­

rias sêries de ensaios de campo - densidade ''in situ'' e SPT -e de laboratõrio - cisalhamento direto e determinação das den sidades relativas - com o intuito de se verificar a validade de algumas das proposições existentes, correlacionando os pa­

râmetros mencionados com os resultados das sondagens.

Observou-se, porêm, que a resistência do cisalhamen

to dos solos arenosos estã intimamente ligada~ sua densidade

relativa, e o câlculo desta ê altamente dependente de suas densidades limites, cujas determinações ainda não foram norma

lizadas entre nõs.

Como a linha de estudos, adotada inicialmente, teria a sua validade dependendo de procedimentos, para determinação

das densidades mâximas e mínimas das areias, que fossem de fã

cil execução e oferececem boa reprodutibilidade, houve neces­

sidade de dedicar-se parte dos trabalhos a serem desenvolvi­dos, ã escolha de tais procedimentos.

Uma outra abordagem que despertou muito interesse, ã luz da bibliogrãfia consultada, foi a relação entre a resi~ tência ao cisalhamento e a densidade relativa das areias, e a influência de suas características granulomêtricas na dilatân ci a.

Desta forma, e com sacrifício dos objetivos perse­guidos originalmente, resolveu-se reestruturar os trabalhos desenvolvidos, em três partes, com a seguinte distribuição:

2 Primeira Parte

Ap6s adequada revisão bibliogrãfica, procedeu-se um estudo visando a escolha dos procedimentos para determina­ção das densidades mãximas e minimas das areias. Os procedi-

• .

mentas escolhidos foram devidamente testados em laborat6rio,

verificando-se inclusive a sua reprodutibilidade quando envol

vendo operadores diferentes.

Segunda Parte A anãlise dos resultados de ensaios de caracteriza­

ção e cisalhamento direto, em nove areias com caracteristicas granulometricas diferentes, perseguiu a verificação do com­portamento das areias quanto a relação entre a resistencia ao cisàlhamento e a densidade relativa, bem como a influência de suas caracter,sticas granulometricas na dilatãncia.

Terceira Parte Com base na rev1sao da literatura tecnica, são ana­

lisadas algumas das proposiçiies existentes para avaliação da densidade relativa e resistência do cisalhamento das areias, a partir dos resultados de sondagens a percussão. Complemen­

tarmente, alguns ensaios de campo e laborat6rio foram reali­zados com o objetivo de se obter comparaçôes qualitativas en­tre as proposiçôes abordadas.

PRIMEIRA PARTE

ESCOLHA OE PROCEDIMEN­TOS PARA OETERMIN~ÇÃO OE DENSIDADES MAX/MAS E MINIMAS DAS AREIAS

3

. PRIMEIRA PARTE

. ·EsCOLHA.DE.PROCEDIMENTOS.PARA.DETERMINAÇAO.DE

DENSIDADES MÃXIMAS E.MÍNIMAS DAS AREIAS

I. INTRODUÇ)\O

Esta primeira parte da presente pesquisa tem sua justificativa fundamentada na necessidade da escolha de um procedimento para detenninação das densidades mãximas e minimas das areias, uma vez que no Brasil não existem ainda métodos nonnalizados para tais fins e pelo fato de não ser de uso comum entre nõs os equipamentos recomendados pela Norma ASTM-D-2049-69 "STANDARD. METHOD OF TEST FOR RELATIVE DENSITY OF. COHESIONLESS SOILS".

Considerou-se ainda que no desenvolvimento das etapas posteriores a reprodutibilidade dos resultados dos métodos utilizados na obtenção dos pari metros bãsicos das areias assume importãncia vital.

4

II. REVISAO DA LITERATURA

Kolbuszewski, (1948), desenvolvendo um estudo experimental sobre a determinação das porosidades mãximas e minimas observa que vertendo-se rapi­damente uma mesma quantidade de areia, através do ar, em um determinado reci­piente obtem-se porosidades maiores que aquelas obtidas mediante a colocação lenta. Passa então a pesquisar a influencia da velocidade de colocação e da altura de queda usando areias de granulometrias distintas, variando de grossas

a finas.

Os resultados obtidos por Kolbuszewski, nesta primeira fase, mos­traram uma tendéncia generalizada para todas as areias estudadas, observando que a porosidade cresce com o decréscimo do tempo de colocação da amostra, verificando-se que a porosidade mãxima acontece quando o tempo ·Se aproxima de zero.

Sugere então um procedimento para a determinação da porosidade mãxima (densidade minima), bastante simples e de boa repetitividade de resul­tados, verificada apôs vãrios testes, consistindo do seguinte: - .colocar 1000 gramas de areia seca em um cilindro de 2000cc e 7,5cm (3") de

diãmetro, tamponando o topo do mesmo.

- emborca-se o cilindro e rapidamente volta-o a sua posição vertical original, tomando-se cuidado para não provocar impactos no sistema e gastando um inte.r:_ valo de tempo de cerca de 1 segundo;

- com base na altura media apresentada pela amostra, apos os procedimentos ante riores, determina-se a porosidade mãxima.

Os resultados obtidos com este procedimento aproximaram-se razoa­velmente daqueles encontrados anteriormente para t aproximando-se de zero.

quisa foi - caso 1 - caso 2 - caso 3

- caso 4

Para a determinação da porosidade minima {densidade mãxima) a pes-desenvolvida por Kolbuszewski utilizando os seguintes procedimentos:

- vibração manual; - compactação em cilindro proctor; - mesa vibratõria, utilizando cilindro proctor; - martelo vibratõrio elétrico ou pneumãtico.

Os resultados obtidos permitiram observar a melhor eficiência do martelo vibratõrio quando trabalhando uma amostra submersa.

5

Apesar de nao especificar freqUências e amplitudes de vibração dos equipamentos utilizados, Kolbuszewski conclui seus trabalhos sugerindo a adoção da seguinte sequência para determinação da porosidade mTnima (densidade mãxima): - utilizar um cilindro tipo proctor, colocado submerso em um tanque com agua; - colocar a areia em 3 camadas, vibrando cada camada da areia submersa durante

15 minutos utilizando um martelo vibratõrio; - determinar a porosidade.

Dada a importância assumida pelos valores das densidades mâximas e mTnimas na determinação da densidade relativa das areias, Pettibone e Hardin, (1964), desenvolveram uma pesquisa buscando verificar os parâmetros que inter­ferem na determinação daqueles valores quando os mêtodos adotados utilizam equj_ pamentos vibratõrios durante os ensaios.

Reportam-se inicialmente ãs pesquisas anteriormente desenvolvidas pelo Bureau of Reclamation, complementando-as, usando para isto o seguinte equj_ pamento e solos: - 2 vibradores eletromagnêticos, tipo mesa vibratõria, com frequência de 3600cpm

e amplitude variãvel atravês de um reostato graduado de O a 100, sendo um p~ queno (n9 9) e o outro maior (n9 10).

- 2 recipientes de 0,1 e 0,5 pês cúbicos, para as medições de volume.

solos: - areia n9 7, com pedregulho e Dmax = 3''

- areia n9 10, fina, com 10% de silte e argila.

areia 3" 1 1/2'' 3/~ 3/8" 4 8 16 30 50 100 200 7 100 90 78 63 50 33 17 8 3 2 o

10 100 99 93 64 22 10

Apõs uma sistemãtica serie de ensaios, Pettibone e Hardin, (1964) observaram que entre as variãveis intervenientes a amplitude foi a mais signi­ficante, obtendo-se maiores densidades mãximas para amplitudes crescentes (fai­xa trabalhada entre 0,13mm e 0,025mm).

A utilização de sobrecargas mortas (que acrescem o peso total do conjunto a ser vibrado) faz com que a densidade do solo decresça com o incre­mento destas alem de um determinado valor.Uma vez que tais pesos causam varia­ções na amplitude de vibração do conjunto, conclui-se que maiores densidades

6

deverão ser obtidas usando-se medidores de pequenas dimensões, para os quais uma determinada "sobrecarga" pode ser obtida com pesos relativamente pequenos que pouco influenciam a amplitude.

Para um tempo de vibração de 12 minutos a densidade inicial parece nao ter efeito significante nas densidades mãximas obtidas, recomendando porem a colocação inicial da areia de acordo com os procedimentos previstos pelo me­todo ASTM-D-2049-69 para determinação de densidade minima.

Finalmente Pettibone e Hardin (1964) observam que com relação ao tempo Õtimo de vibração tudo parece indicar que este situa-se entre 8 e 10 mi­nutos, uma vez que as variações obtidas para os valores das densidades mãximas com tempos superiores foram insignificantes.

Youd, (1973), pesquisando os fatores controlantes das densidades mãximas e minimas para as areias, reporta-se inicialmente a estudos desenvolvi­dos anteriormente por diversos pesquisadores comentando a validade dos resul­tados por eles apresentados em vista a métodos inadequados, poucos dados impos­

sibilitando observações conclusivas e o fato de não levarem em conta parâmetros importantes como a forma dos graos e outros.

Em suas investigações procura considerar as seguintes propriedades fisicas das areias: - aspecto da curva granulometrica; - diãmetro medio (D50 ); - coeficiente de uniformidade (Cu); - forma dos grãos; - peso especifico dos graos.

Entre os procedimentos adotados por Youd (1973) vale salientar as seguintes fases: - determinação de densidades minimas adotando o que prescreve o metodo AST;

ASTM-D-2049-69, usando porem moldes menores que os normalizados; - a determinação das densidades mãximas foi realizada mediante aplicação de deformações cisalhantes ciclicas, utilizando um "Simple Shear Aparatus", como

descrito por Youd (1971), modificando-se alguns detalhes como numero de ciclos e valores de tensões normais aplicados em relação a proposição original para levar em conta amostras com diferentes resistencias a quebra dos grãos.

7

Com tal procedimento Youd (1973) observou que, em todas as areias, os incrementas de partículas passando na peneira nQ 200 (adotada como um bom índice de quebra dos grãos) foi menor que 1,5% do peso total da amostra, e o mãximo incremento de partículas em qualquer peneira foi, em geral, inferior a 2%.

Apõs vãrios ensaios e anãlises dos dados disponíveis no que diz respeito aos fatores controlantes das densidades mãximas e mínimas, Youd apre­senta as curvas generalizadas, mostradas na Figura 1, vãlidas para areias com curvas granulomêtricas de normais a moderadamente assimêtricas. -

º-! ~ "' E :E ai 1~,

" -o ;::; '!1 12 ... "

FIG. l - CURVAS PARA ~

DETERMINAÇÃO -~ DE .A max. E Jmin.

06

---·------

COEFICIENTE OE UMFORMIDAOE

------~---~~-,, Conclui as pesquisas afirmando que os principais fatores contro~

lantes das densidades limites são a forma das partículas, faixa de dimensões e forma da curva granulomêtrica, contrariando inclusive trabalhos anteriores que prescrevem que as dimensões das partículas, por si sõ, não teriam influ­

ência significante nos valores limites.

Desenvolvendo um extenso programa de testes comparativos para avaliar a acurãcia nas medições da Densidade Relativa, programa este que envo_l veu diversas entidades públicas e privadas, Tavenas e outros, (1973), usaram areia fina e outra grossa contendo pedregulhos, observando inicialmente que a influência da compactação na granulometria parece não ser significante, sendo porém um pouco mais acentuada para as areias com pedregulhos.

8

Pesquisaram a seguir a variabilidade e reprodutibilidade dos re­sultados obtidos com o método ASTM-D-2049-69 "Standard Method of Test for Relative Density of Cohesionless Soils", na determinação de densidades mãximas e mínimas para as duas areias em estudo.

Com relação a variabilidade, os resultados sumarizados no Qaadro I, mostram-,se bastante satisfatõrios, com coeficientes de variação da ordem de 2,5%, que são menores que os usualmente observados na maioria dos ensaios da Mecãnica dos Solos.

número de ensaios média desvio padrão mãximo ~ . mrn1mo

faixa coeficiente deva­

riação (%)

numero de ensaios média desvio padrão mãximo ~ . mrn1mo

faixa coeficiente deva­riação (%)

Densidade Mínima

(T/m3J

62 1,530 0,030 1 ,580

1 ,470 o, 110

1,960

Areia Fina

Areia Pedregulhosa

63 1,830 0,040 1,930 1,740 O, 190

2,190

Densidade Mãxima

(T/m3)

58 1,840 0,040

1,930 1 , 700 0,230

2, 170

59 2,140 0,070 2,260 1,900 0,360

3,270

QUADRO I - VARIABILIDADE DOS RESULTADOS OBTIDOS COM O MtTODO ASTM-D-2049-69

Para verificação da reprodutividade foram desenvolvidos vãrios pares de testes pelos diversos participantes da pesquisa, e sobre os resultados foi procedida uma anãlise dos valores absolutos das diferenças entre testes du plicados, diferenças estas que dão a indicação da reprodutibilidade dos ensaios,

9 observando-se que, apesar da heterogeneidade dos operadores envolvidos, os resultados foram perfeitamente satisfatõrios. ·

Entre os pesquisadores envolvidos no trabalho reportado por Tavenas e outros (1973), 17 usaram metodos diferentes do ASTM-D-2049-69, o que possibilitou uma verificação da variabilidade entre os resultados ofere­cidos pelos diferentes metodos. A descrição dos metodos não e apresentada no texto, mas são ressaltadas as principais diferenças verificadas entre os mes­mos, consistindo basicamente de utilização de diferentes funis e moldes, va­riados modelos de mesas vibratõrias, adoção de vibradores adicionais nos mol­des, vibrações por camadas, etc.

O tratamento estatístico aplicado aos resultados e sumarizados no Quadro II, mostra grande semelhança com aqueles obtidos com os resultados apre­sentados pelo metodo ASTM-D-2049-69, notando-se entretanto que a maior influ­ência das tecnicas de ensaio nao ocorrem sobre os valores medios, e sim nos desvios padrões e faixas.

Densidade Mínima

(T /m3) Jlreia ~ina

numero de ensaios 32 media l ,51 O desvio padrão 0,034 mãximo l ,560 ~ . l ,410 mrn,mo

faixa 0,154 coeficiente deva-riação (%) 2,250

Areia Pedre ulhosa numero de ensaios 25 media 1,830 desvio padrão 0,042 - . 1,890 max,mo ~ . 1,740 mrn,mo

faixa 0,150 coeficiente deva-riação (%) 2,300

QUADRO II - VARIABILIDADE DOS RESULTADOS OBTIDOS POR DIVERSOS MtTODOS

Densidade Mâxima

(TLm3J

38 1,830 0,130 2,220 l ,640 0,580

7,100

27 2,090 O, 110 2,250 l ,830 0,420

5,260

10

Tavenas e outros (1973) concluem afirmando que em relação a dete_!:. minação de densidades mãximas e minimas das areias, o metodo ASTM-D-2049-69 constitui-se em Õtimo processo e que ainda fornece boa reprodutibilidade, mesmo em laboratõrios diferentes.

III.

11

DISCUSS1\0

Com base no exposto no capitulo anterior algumas observações sao

oportunas: - o ãbaco apresentado na Fig. I, proposto por Youd (1973) parece vãlido para

uma ampla gama de areias, porem, apresenta o inconveniente de envolver um parãmetro de dificil e imprecisa determinação, que ê a forma dos graos, nao sendo portanto de aplicação prãtica;

- As conclusões obtidas por Pettibone e Hardin (1964) dão ênfase a influência da amplitude e tempo de vibração na determinação da densidade mãxima;

- Releva-se bastante satisfatõria a reprodutibilidade dos resultados obtidos .com o mêtodo ASTM-0-2049,69, mesmo quando envolvendo diversos operadores e promovendo variações no equipamento;

- são alarmantes as incorreções na determinação da densidade relativa quando erros de mais ou menos 5 a 6% ocorrem na determinação das densidades limites, como ilustrado na Fig. 2, apresentada tambêm por Tavenas e outros (1973).

2,30

2,20

FIG.2-ERROS NA DE­TERMINAÇÃO

2'00

DA DENSIDADE 1,90

RELATIVA.

<! 170 u w V>

<! 1,60 ;;:;

_;,:: ::;; 1,00

w o <! 1,40 g V> z w 1,30 o

1,20

1,10

1,00

K) 20 30 40 !50 60 70 00 90

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1 ,00

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1 ,50

1 ,20

1 ,10

po

z w o

10 20 30 40 00 eo 70 ao 90 100

DENSIDADE RELATIVA , %

12

Se a estas observçções associarmos a não disponibilidade, para

uso corrente, do equipamento recomendado pelo método ASTM-D-2049-69 e a difi­culdade de se encontrar equipamentos vibratõrios com controles de amplitudes e freqUência, principalmente nas faixas recomendadas pelo método citado, tor­na-se imperativa a escolha de procedimentos para a determinação das densidades máximas e mínimas das areias.

Os procedimentos perseguidos deverão atender a alguns requisitos básicos, tais como: - conduzir a densidades compatíveis com as faixas normais de trabalho, sem

que as areias sofram alterações de suas características; - apresentar boa reprodutibilidade e mínima variabilidade.

13

IV. ESTUDOS EXPERIMENTAIS PARA A ESCOLHA DE UM PROCEDIMENTO

Duas linhas de testes foram desenvolvidas visando ã determinação das densidades mãximas. A primeira, testes vibratôrios, mediante a utilização de um peneirador mecãnico vibratôrio, dotado de um reostato com escala de O a 100, sem indicação numérica de amplitudes e freqtlências.

Procedeu-se a uma série de ensaios combinando-se posição de reos­tato e tempo, além de algumas verificações da influência do tamanho dos mol­

des e ação de sobrecargas.

A segunda linha de testes consistiu de compactação dinâmica. Como uma das maiores preocupações era a reprodutibilidade dos resultados de ensaios, optou-se pe 1 a não utilização dos equipamentos convencionais de compactação, pois em tais equipamentos a repeti bi 1 idade dos ensaios depende da perT ci a dos operadores em uniformizarem a distribuição dos golpes aplicados. Os testes fo­ram então desenvolvidos utilizando-se o "equipamento reduzido para moldagem de corpos de prova de solo-aditivo", mostrado no Anexo 1 e introduzido no Brasil pelo Professor Carlos de Souza Pinto (ver Pinto, 1965). Foram feitas vãrias co_!!! binaçoes de numero de golpes e camadas, e apôs a aplicação dos Ültimos golpes o colar era retirado, possibilitando o razamento da parte superior das amostras compactadas que em seguida eram pesadas cuidadosamente para determinação das densidades.

Para o desenvo 1 vimento dos testes foram uti 1 i zadas duas arei as, cu­jas curvas granulométricas são mostradas na Fig. 3, sendo a areia grossa prove­niente do Rio Guandu e a fina das escavações do Metrô-Rio, Estação Uruguaiana. Todas as amostras foram preparadas através de quarteamento sucessivo, apôs se­cadas ao ar.

Os resultados obtidos com os testes vibratôrios são mostrados na Fig.4, e parecem indicar que: - a densidade mãxima cresce com o tempo de vibração, contrariando Pettibone e

Hardin (1964) que estimam entre 8 e 10 minutos o tempo ôtimo; - apesar de poucos ensaios para verificação da influência da sobrecarga, os r~

sultados mostram-se coerentes com os autores acima citados no que diz respej_ to a altas sobrecargas serem prejudiciais;

- em que pese não haver influência significativa quanto ao tamanho dos moldes utilizados (CBR e cilindro proctor normal) os resultados parecem favorecer a

·, Silte--s,,f-­PENEIRAS N2 270 200

Areia fina :: Jc 140 100 60 50 40

Areia média 30 20 16

I Areia

~ grossa +-PedreguU,o

f,O

o

20

.g ; 30 ~

E 8t 40 .:? e

" ~ 5 o o o..

60

7 o

8 o

90

100

10 4 3/8

J 1/

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1/ I

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~ ij .. /

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/ / J

/ -V .11 o.o !5 0.075 0.15 0.3 -0.42 Q.6 1.2 20 4.8 9.5

Diâmetro das partículas em mm

, , FIG. 3 - ANALISE GRANULOMETRICA DAS AREIAS

·· TESTADAS.

'ºº 90

80

70

60

50

40

30

20

10

o

o " e o .. l!l o.

E " "' o e

" '-' :; o..

1,70

1,66 • o E

>,,.

1,64

1,62

1,60

MOLDE CBR

REOSTATO EM ZERO 1

SEM SOBRECARGA

~~ 1 . /r

/ __ .... .1----

____ ,, ,,_-

o 10 15 :o 25 Tempó (min.) A

MOLDE CBR _ O MOLDE PROCTOR

- NORMÁL - D. TEMPO : 10 mill 1· SEM SOBRECARGA

' ,/[ .. ~ V

~ v-----./ .,,.

--_.e-.~ --~--e_

---.... --· e-

i--

o ~--ro 20 30 40 B so 60 70 80 90 100 Posicdo do Reostato

ft)~ 1,68 o ..._ ~

--; 1,66 • o

~

1,60

1,58

1,56

REOSTATO EM ZERO

TEMPO : 10 min.

CILINDRO CBR

-...._

' '--...._..._

'--...._..._ r-e

.

•.

2 • 7 8 9 10 e Cargo ( Kg )

"

AREIA GROSSA- o AREIA FINA ô -----

,, FIG. (4 .,. VERIFICAÇÃO DO MÉTODO VIBRATÓRIO iPARA

DETERMINAÇÃO DE t max.

16

uti 1 i zação do cilindro maior, pe 1 o menos para o tempo de vibração ensaiado

de 10 minutos;

- a densidade cresce com a posição do .reostato, havendo uma leve indicação que

a posição ma.is favorãvel estaria situada entre 60 e 90, pelo menos para o

equipamento. uti 1 i zado;

- os resultados obtidos. mostraram-se coerentes para as duas areias ensaiadas.

Durante a-realização dos testes observou-se uma nitida segregaçao

das particul.as· menores em direção a parte. inferior da amostra, sendo tal efeito

mais pronunciado na areia A, por apresentar. distribuição granulomêtrica mais

·favoravel a segregaçâo, como mostrado na Fig. 5, atravês das curvas mêdias de

3 ensaios da areia A,. com molde CBR e tempo de ·vibração de 10 minutos.

Os resultados obtidos com a compactaçâo.dinãmica, usando o equi­

pamento reduzi do, mostraram. como era. de .se esperar, o crescimento da dens_i dade

com o numero total de .golpes, como pode ser verificado pelos resultados plota­

dos nas Figs. 6 e 7, alêm de que a tendênci.a foi generalizada para as duas

areias estudadas .. A preocupação maior nesta fase foi com relação ao efeito de

quebra dos. grâos., em que a areia A foi tambêm mais sensível.

Foram entâo desenvolvidos .pelo-menos três ensaios, na maior parte

das combinaçôes ensaiadas, e realizados ensaios de granulometrias apôs os de

compactaçâo, sendo as curvas mêdias de cada ensaio plotadas (fig. 8) para com

paraçâo com. aquela apresentada pe 1 a arei a .. virgem, · observando-se que:

- em que pese as imprecisões dos ensaios de granulometria (Marinho, 1976),

observa~se, em termos. de curvas mêdi as,. a tendência das amostras apôs compa_f

taçâo apresentarem granul ometri as ligeiramente mais finas;

- apesar .de observada a quebra de:grâos; nota-,se que as vari açôes verificadas

para a penei'ran9 200 não ultrapassaram a 2% do .peso total da amostra, e que

as maiores .. variaçôes foram verificadas nas peneiras n9s 20 e 40, porêm nao

ultrapassaram.a 12% do peso total;

- as curvas .granul omêtri cas obtidas mostram-se em. gera 1 coerentes no que diz

respeito a quebra dos grãos, associada com.o numero de golpes e camadas.

Na Fig. 9 ê apresentada a evoluçâo da densidade mãxima com os di­

versos testes realizados. Uma anãlise global dos resultados conduziu a escolha

do procedimento a ser adotado, como segue:

- compactaçao·dinâmica, utilizando o equipamento reduzido;

" ----------+-- Areia fino -----+- Areia média~ Areia s_l__. ·-o grossa~

?O

!, jw

' • r

o .. 80 ! • o

~

80 • ' o

40 • • ' o • ,.

' 1- 1 ...

:,o 1

20

10

o 0.0,0075 0,15 0,3 0,42 0,6 •••

Oi à metro das partículas em mm

FIG. 5 - VERIFICAÇÃO DA SEGREGAÇÃO DAS PAR- 1 ' . . TICULAS FINAS NO METODO VIBRJITT>RIO.

" E u

"' X

"' X o

~

'":'

1,78

1,11

1,74

t,72

1,70

J,68

1,66

1,64

1,62

1,60

1,se

1,56

,,,4

l 1 0 --i ---1

. _ ___,

© -~

---i 1

1 -- --- - -----------J

r."I EM 3 CAMADAS COM \.:.1 !5 ,10 e 20 GOLPES.

@ EM 3 CAMADAS COM !5,10 e 15 GOLPES.

:1

' '

e --t---:-----::----+---1-----!----1-~--·1

10 1!5 20 2i,. 30 =--:....=·

N" OI IIOI..Pf:S lcAM-

FIG. 6 - DETERMINAÇÃO DE Y max. ( COMPACTA-- ~ ÇAO DINAMICA UTILIZANDO O EQUIPA-

MENTO REDUZIDO).

NUMERO TOTAL DE GOLPES DISTRIBUI DO EM:

Camada dnica 2 Camadas 3 Camadas 3 Camadas c/5,10 e 15 QOlpea 3 Camadas c/5,10 e20 golpes

AREIA A AREIA F

o ô o • •

# Granulometria após o ensaio • Método escolhido

-----~----~---~-------- --~---·-------------

" l,?Bí==t===j====t====t===j====;!====t==~if::====r::::::::::::::t:===1::=j "e ~ 1178 ~ l / "' 1,74 -1------l------l------l-----+-----l--__,./----,,..L-=;:c:,...~--l---_/----,,,,::__-1------1------+----+---

- -- ---- ------.. +-----_+----___.-- '1"""'::___ __ +-; 1,72 ----­

E ..

1170 ---·- ··----- ai::.:;;l====t====1~===t====t===~== )o 1,ea 1--~---r------ ·---1 1

:::: ~->Lz=r-----~-----_-__ -__ -_f----_-_-_-__ -_t--~:-~::;;::_..--:,::-c___--:~:~!:::::~_:-_~_~_,.....~---:-:.,~~·:~~~~~~~~!~~:::::·-_----1-t---::~~::~= __ ·---'1-l=-1" __

,t; ~---- ll 11e2t--+----+-----:::::d:~=--"f":,::c___ ___ +------t----+----+------t-----_..-1,aot---+----,1,;;;-=---j----+----+------j----+---------·-·-----+-----'------+----l ---~ 1,158 -----i----~~-+------· ~---------- -l--------------11ae +----"--- - -------'------+--~ 11e4+----+----+------+-----+- ------+-

'º ,. 20 .. IO •• 40 "º 80

N9 TOTAL OE GOLPES

FIG. 7 - DETERMINAÇÃO DE b' max ( COMPACTAÇÃO DINÂMICA UTILIZANDO O EQUIPA -MENTO REDUZIDO).

19

L_s·tt I A · t· ~~-'--Areiamédia--+G~~!:i+-Pedre~lho 1-

1

:ENEIRAS N; 4

zoo rei~ o~no 60 40 30 20 K> a 4 3 318 112H 100

11 !

1 1 CD - Areia A, virQem.

! !

1 ! 3 !

f-® -ApOI compactac:ão em camada única,com ! 1

20 golpn. ! 1

1

6 @ -A..;. COfflllCIClacãa em 2 camadae,com 10

~ l(lipH por camada. I -@ -Apáe compactac:ila em 2 com-, com 20

1 90lpu par camada. 1

@ -ApcÍI compactaclo em 3 camada•, co,n - 20 QOIPH por camada.

® -ApÓ, compactat:4o em 3 camadao com 5, 10 e 20 QOlpH 1

1 !

! !

1

!

1 1

--

!

1

1

~ - 1

1 1

1 i

! !

!

i

1

i 1 1

!

1-, - ! ---i 1

! 1 1 1

1 i 1

1 !

1

1

1 _J 1

1

p--- 1

º" 0,01 o.o& op74 O,,!IO O, 200 O,'°" 0,09 º"" Diâmetro das part(cultis em mik'mltros

FIG. 8 - ANÁLISES •

GRANULOME TRICAS

1 ~

, i

~

"'® 1 -@

i

1

!

1 !

!

i

1 !

1

1

1 !

1 ! !

1

90

00

70

o ... 00 e

" • • " CL

E !IO &

2

40

llO

20

1 o

o

e • " :; CL

21) 2,51 4,78 S,51S 3.52 12,7

..,, G)

(O

1

ITI § E ~I

o ITI

~ a )C

o i o C/)

31;. :o g "'tJ

~ o ITI

º 3: ITI z g -1 ITI C/)

i;I g

Reostato em !l. 1 cil. CBR sem so­brecarga. tempo= 5min.

ll' ma, (g/cm5 )

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ • à • 0 N ~ ~ a O N ~ - a

_j_

! Reoolata em O, cil. CBR com salJre carga• 5,2 Kg. temf><>'l0min. lll-+---,...--+-l-1

1 l-,-.j__+--1

i

@!) • ;e G)

~- à 1 D ~

Reostato em O,cil. CBR sem sobr9· carga. tempo= IOmin. l\lf--+--+~f--+-1-4+--+-+ o " o. e

o õ !:' ~ 3 :IC !!. !!. : !.· a a -o o Q.

Reost. em 01 cil. PROCTORnormal.

sem sobrecarga. tempo= IOmin.

Reostato em 0 1 cil. CBR sobre -corga=2,3 Kg. tempo= IOmin.

1

• 3 • • n -o :::, ;õ' D

ii'. a o ...

O,

.,, > g,º e i" N Dn

o "O 3 -· ... a" o !l

D 1 l Reostato em O, cil. CBR sem so- Í\ 1

brecarga. tempo= 15min. I\·• ---i-"--+--+---+->-+---1

• o

• " • D

'& o

Camada único com 10 golpes

Reostato O, c:il. CBR sem sobre­carga. tempo= 20min.

Reostato em 30.cil. PROCTOR normal.aem sobrecarga.

tempo= IOmin.

Camada Única com 15 golpes

Reostato em 30. cil. CBR sem sobrecarga. tempo= IOnin.

Reostato em 60. cil.CBR sem sobrecarga. tempo= IOmin.

Camada Único com 20 golpes

Roostoto em 90. cil. PROCTOR normal. sem sobrecarga.

tempo= 10 min.

Fieostoto em 60. cil. PROCTOR normal. sem sobrecarga.

tem.eo= IOmin.

Reostato em 90. cil. CBR. sem sobrecarga. tempo= 10 min.

Em 3 camadas 5golpes/camo­da

Em camada Unica 25 golpes/ camada

Em 2 camadas IOgolpes/camo­do

Em 3 camadas com 5, !0e 15 golpes em coda

Em 2 camadas 15golpes/ camadas

Em 3 camadas 10 golpes/ camada

Em 2 camadas 20 golpes/ camada

Em 3 camadas com 5, IO e 20 golpes em cada

Em 3camodas 15golpes/

camada

Em 3 camadas 20golpes/ca­mada

[\

' 1 1 l . \ \

1 1 : 1 '

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i 1

21

- numero de camadas - 3;

- numero de golpes: 1~ camada - 5 golpes, 2~ camada -10 golpes e 3~ camada -20 golpes;

realização de pelo menos 3 ensaios, adotando-se o maior valor obtido.

Com relação ã densidade minima, foram testados dois métodos, o ASTM-D-2049-69 e o proposto por Kolbszewski (1948) e os resultados, como mos­tra a Fig. 10 nos permitiu optar pela adoção do procedimento proposto por

Kolbszewski.

6 _ 1,6

ll)E 1164 u ~ 1,62

1,60

" ·e 1,5 e )o

1,0

1,50

1,4

1,46

\44

1,42

1,4

1,38

2

e

o

,,_. -·-· ,.,.... ,!, -

/ _,,,. -/,,,. / ---

.{ ~;

7// ' /i/

Areia 9ro1sa 0

. 'l/ Areia fina 8

/;/ Valores mínimos

/.'/ obtidos

,·;/ -- . -;::-:... Valores mÍdios ----r7'º - - :::,......-,-- \Jalores maxi mos V- de Ymin obtidos -·-·-.

' • 1 ;;- MÉTODO u o: l!l

52 wo

~-<{

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o 3: CD "' o: o: w u > o <t o o u o ~ w 'ºº ,,!' > o

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CD N De,: 1-- ...J D ...J a_ "'- 1-- + 1-- ...J D

'W o ' Z:O V 'W ...J w -w z ::E " ::!E::,o:: . V ::, z D ::, ::,

~LL..O_JO) "-cn,z <t 11 ::,

<!U:J~~ "-

- , FIG.10-VERIFICAÇAO DOS METODOS PARA AVALI-

AÇÃO DE ~min PARA AREIAS.

22 V. VERIFICAÇ~O EXPERIMENTAL DOS PROCEDIMENTOS ESCOLHIDOS

Objetivando uma verificação dos procedimentos escolhidos, vãrios ensaios foram desenvolvidos em laboratõrio, por 9 operadores diferentes entre laboratoristas, estagiãrios e mestrandos. Cada operador realizou em media 3 ensaios para cada areia testada e para cada densidade (mãxima e minima).

Uma vez que os procedimentos escolhidos sugerem a realização de pelo menos tres ensaios, adotando-se os valores maiores ou menores obtidos, conforme o caso, foram desenvolvidas as seguintes anãlises sobre os testes

realizados pelos operadores:

- Variabilidade - esta foi verificada através da aplicação de tratamento estatistico em dois grupos de resultados para cada C-ª_

so, o primeiro levando em conta os maiores ou menores valores obtidos por cada operador e o segundo conside­rando todos os resultados obtidos;

- Reprodutibilidade - para esta verificação considerou-se os valores absolu­tos das diferenças entre pares de valores combinados por operador, e sobre os mesmos foi aplicado o trata­mento estatistico;

- Precisão e Acurãcia - nesta verificação foram considerados apenas os valores mãximos ou minimos, obtidos por operador e tomando-se como "valores reais" aqueles obtidos quando da fase de escolha do procedimento.

Os resulta dos obtidos são suma ri zados nos quadros seguintes e na

Fig. 11.

Admitindo que numa seqUencia de ensaios de cisalhamento, o ãngu­lo de atrito residual corresponda a densidade relativa zero, plotou~se as cur vas fxe e (}"pico - y:'resi dua 1) x e, Fig. 12, obtendo-se va 1 ores para emax com pativeis com aqueles obtidos pelo metodo de Kolbszewski, 1948.

23

A R E I A li R O S S A

- . todos os diferença max1mos valores

entre ~arei valores de va ore'

media l , 75 1 ,74 0,02

désvi o pad rãa 0,03 0,02 0,019 - . l , 79 l ,79 0,06 max1mo T • l , 71 l ,68 o rnrn1rno

faixa 0,08 O, 11 0,06

coeficiente de variação(%) 1 , 71 1 , 15 -

F I N A - . max1mos todos os

valores valares

l ,65 l ,64 0,02 0,02

l ,67 1,67

1 ,63 l ,61

0,04 0,06

l , 21 1 ,21

dif.entr pares d va 1 ores

0,01 0,02 0,06

o 0,06

-

e e

QUADRO III - VARIABILIDADE E REPRODUTIBILIDADE DO PROCEDIMENTO ESCOLHIDO PARA DETERMI~AÇÃO DA DENSIDADE MÃXIMA

media desvio padrao - . rnax1rno

T • rnrn1rno faixa coeficiente de variação(%)

A R E I A G R O S S A F I N A

~ . ! todos os diferença T • dif.entr

mrntrnos entre pares m1 nirnos todos os pares d valores valores de valores valores valores valores

1 ,41 1 ,44 0,03 1 ,41 1 ,42 0,02

0,03 0,04 0,03 0,02 0,02 0,02

l ,47 1 ,52 O, 12 l ,43 1 ,46 0,07

1,38 l ,38 o l ,39 1 ,39 o 0,09 O, 11 O, 12 0,04 0,07 0,07

2, 13 2,78 - 1 ,42 1 ,41

QUADRO IV - VARIABILIDADE E REPRODUTIBILIDADE DO PROCEDIMENTO ESCOLHIDO PARA DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE M1NIMA

e e

.. E u

' "'

1,90

5

1,80

• 1,70

• 1,60

5

1,50

5

,.~o

• l,30

o AREIA GROSSA ' AREIA FINA 1,90

1

• CONVENÇÃO

e -·--·--·-,..._ - . -< ----·--·--·----- 1,80 <, VALORES REAIS

' --- MÉDIAS e o • -·-·- MEDIA :!: (T

-·-,....._ -·-"·- ·-·-· -· -· -·----~

1,70 ' '

'

-·-E >-·-· - --1 --->--. --·-,-.- ·- -·--. • - - - - - -- ~. e -- ---·--·-·- ·- ·-·- -·-' b-.-"·- ·-·-

' • ' 1,eo

• '

1

1,00

Q

5 --·-·- ·- -· -· -~· -·-... _ ·-·- -·-· --·--·-

·-( >--·--·- -·- - . ---e -·--·- ·-· --- - ·- ,.._-< -~ ··~"- ..---< , __

--· - . -- -- ------ --lo- __ ..,.

1,40

1---. --- . - -·--·-~----J-- ·-·· -· -·~ ~-- -.

• '

1,30

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 0.4 05 06 07 08 09 10

NQ DO PARTICIPANTE N Q DO PARTICIPANTE

FIG. 11 .,.. VERIFICAÇÃO DA PRECISÃO E ACURÁCIA DOS PROCEDIMENTO ADOTADOS PARA DETERMINAÇÃO DE lrmax e límin.

' (º)

40 N--- -.... ;---.... . - --..... ,a-•

30

20

1 .

25

AREIA GROSSA

e, f PICO X VALORES MÉDIOS

• f RESIOUAL

- :::- I"""'-

;l-t· -'!.

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"' <!. 1

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10

•

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015? qoo 0,70 (),80 0,90 ,,oo 0,0 0,6 07 0,8 .

I.SO 1,75 1,70

o)

40

! .a. l!I '

-30

~-

20

\38 1,40 1i30 1,50

' 1'(ofen,') 17ª 1i9D ' "' 1,70

AREIA FINA

~ ~

-X ..... ._ • . li!: r:-

1 1

o o l[

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•

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' 1,60 1,50

\. \

\ !il

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' O max ' ' 7 .... ' o,, IP

J,38 . Ô{g/cm3)

1,40. 1,'0

l l ~mox 19.. Jmr

0,50

.,P 1

0160 0,70 0,80 0,90 ,po 0,0 0,6 0,7 0,1 .. . ' ' 1,50 '·"°

FIG. 12 - DETERMINAÇÃO DE Jl max. A PARTIR DO ENSAIO DE CISALHAMENTO. DIRETO.

"' 0/l ,po

~40 1,38 1,30 6"(c;i:/cnf)

26

VI. · CONCLUSÕES

Os procedimentos adotados apresentaram alguns aspectos interessan

tes:

- conduziram a densidades nao excessivamente altas, compativeis com as faixas

usuais na prãtica;

a alteração das caracteri s ti cas das arei as (quebra de grãos) nao chegou a

ser significante;

- com relação a variabilidade e reprodutibilidade, os resultados obtidos apr~

sentaram-se melhores que aqueles reportados por Pettibone e Hardin (1964);

- os termos densidades mãximas e minimas não parecem coerentes, pois que, fa­talmente, as mâximas seriam obtidas com alterações das caracteristicas das areias, e em faixas não condizentes com as usuais na prãtica;

- tendo em vis ta que e encontrado com freqüenci a na Literatura Tecni ca refe­rências ã densidades relativas maiores que 100%; parece ser mais lÕgico a adoção de termos como densidades de referência .(superior e inferior) para cãlculo de densidades relativas das areias;

com base nos resultados obtidos, e considerando a simplicidade do equipamen­to envolvido, no Anexo 3 e apresentada uma Proposta de Normalização dos Pro­cedimentos para Determinação das Densidades Mãximas e Minimas das Areias.

SEGUNDA PARTE

RESISTÊNCIA AO CISALHA -MENTO DAS AREIAS

27

SEGUNDA PARTE

RESISTtNCIA AO C!SALHAMENTO DAS AREIAS

I. GENERALIDADES

I. l INTRODUÇ/íO

Nos capitulas subseqüentes ê pesquisada a·influência da distri­buição granulomêtrica, na resistência ao cisalhamento das areias, determinada no ensaio de cisalhamento direto.

Dois aspectos são abordados especificamente: - influência da granulometria das areias no comportamento x DR, buscando,

inclusive, a possibilidade de serem formados grupos de areias-tipo em fun­ção desse comportamento.

- influência de granulometria na dilatância (variação de volume da amostra durante o .ensaio), uma vez que parte do trabalho aplicado ao sistema ê con­sumido por este fenômeno.

1.2 TENSÕES NOS SOLOS

Em um ponto de um plano qualquer, no interior de uma massa de solo, atuam tensões que podem sempre ser decompostas em tensões que atuam ao longo do plano e tensões normais ao plano. As primeiras são denominadas ten­sões de cisalhamento e as outras tensões normais. Num ponto qualquer, estas tensões variam com o plano considerado.

Entretanto, por qualquer ponto considerado passam três planos, ortogonais, nos quais não ocorrem tensões de cisalhamento. Esses planos sao denominados Planos de Tensões Principais, e, conseqüentemente, em função dos Valores das Tensões Normais, tem-se:

- Tensão Principal mafor ir.

- Tens.ão Principal intermediãria ir.

- Tensão Princí.pa l menor 0-3

28

Geralmente e considerado o Estado Plano de Tensões, no qual des­

preza-se o efeito da Tensão Principal Intermediãria.

No estado plano de tensões, se as tensões principais em um ponto, e os respectivos planos, são conhecidos, pode-se determinar as tensões normais e cisalhantes em qualquer plano que contenha este ponto, através da decomposi­ção das forças resultantes das tensões principais nas direções normal e tangen­cial ao plano considerado, como e mostrado na Figura 13.

4 I --.> ""li; ()

(1) - '% I --.>

~I -e w - ~I; ~ -ci --.> e ~~ --.> s

<1ã tttltl!1tttu;

D. cos 0

a) SITUAÇÃO GENE RICA

'v Q)

"d' <:).

(1)

(,< ~ o o

P'- ci '·o , b .,,&

º"' &

b) DECOMPOSlçÃo DA RESUL­

TANTE DE /Tj .

11"2 D sen e

"' ., . () ·, .,,&

ºq,e

e) DECOMPOSIÇÃO DA RESU L -

TANTE DE Oâ .

FIG. 13 - TENSÕES EM UM PLANO QUALQUER.

Tem-se então: Força normal ao plano A-B D. v"n = 'U'.j. D , cos2 e + o; . o . sen2 e

Força cisalhante no plano A-B

, · -C:.-0 = "Oj'.o. sen9.cos e +a;. O.sen9.c.os8

o que apos desenvolvido obtem-se:

(ín ' ([, + <G

2

C:, (í, + IJ3 2

+ (f, - (í, . cos2 e 2

. sen 2 e

( l )

( 2)

(3)

(4)

Num sistema de coordenadas, em que as abcissas são as tensões normais e as ordenadas as tensões cisalhantes, as equações .3 e 4 definem um

29 circulo, conhecido como Círculo de Mohr, cujo centro estã no eixo das abcissas e intercepta o mesmo eixo em -a; e 'tlj·

As tensões normais e cisalhantes num plano qualquer, que forme um ângulo e com o plano principal maior, são no Círculo de Mohr, respectivamente, a abcissa e a ordenada da interseção do círculo com a reta que passa pelo centro e forma um ãngulo igual a 28 com o eixo das abcissas, como mostra a Figura 14.

~-!_; I t -}J I; Gn ~!; (h r, (í ~~

{J;

tlt!llllllttf, o;; FIG. 14 - CIRCULO DE MOHR

Como os solos são constituídos por partículas sõlidas, ãgua e ar, as tensões no seu interior são transmitidas pelas 3 fases, dependendo das pro­porções entre elas. No caso dos solos saturados, os dois agentes fundamentais são as partículas sõlidas e ãgua, sendo vãlido os conceitos seguintes: - Tensão neutra(µ) - e a pressão hidrostãtica que atua nos vazios do solo,

e e constante em um mesmo ponto, qualquer que seja o plano considerado.

- Tensão efetiva(~ ou Ü) - e a tensão resistida pela estrutura sõlida do solo, e e transmitida através dos contatos entre os grãos sõlidos.

- Tensão total (,o-}- e a tensão total que atua em um ponto da massa de solo, numa determinada direção.

Um dos princípios fundamentais da Mecânica dos Solos e o Princípio das Tensões Efetivas, introduzido por Terzaghi, (1948), e que postula, para os solos saturados, que a tensão efetiva e igual a diferença entre a tensão total e a tensão neutra.

1í' = 'li- µ (5)

Com base nesse princípio, observa-se que:

30

o Círculo de Mohr das tensões efetivas, em um ponto qualquer, situa-sedes­locado em relação ao círculo das tensões totais, de um valor igual a tensão neutra no ponto considerado. Este deslocamento poderã ocorrer para a esqueL da ou para a direita, uma vez que as tensões neutras poderão ser positivas

ou negativas.

- as tensões cisalhantes em um ponto, qualquer que seja o plano considerado, dependem apenas das tensões efetivas, uma vez que a ãgua não transmite ten­

soes cisalhantes.

1.3 RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS

A resistência ao cisalhamento de uma massa de solo ê a mãxima tensão de cisalhamento que a massa pode suportar sem que ocorra a ruptura, ou a tensão de cisalhamento no solo no plano de ruptura, no momento em que esta

ocorre.

Essa resistência e devida a duas parcelas, coesão e atrito, que dependendo da natureza do solo e das condições de solicitação, podem manifes­

tar-se isoladamente ou em conjunto.

Atrito - analogamente ao problema do deslizamento de um sÕlido em uma superfície plana horizontal, teremos, para um plano qualquer no inte­

rior do solo:

?;~-parcela de resistência ao cisalhamento devido ao atrito a:.-tensão normal mãxima admissivel no plano considerado

)0-ãngulo de atrito interno do solo.

( 6)

Coesão (C) - esta parcela da resistência independe do estado de tensões e ê prõpria da natureza do solo, sendo devida a atração elêtrica ou eletroquímica e a cimentação de PªL tícul as.

Hã que se considerar ainda a coesao aparente, que manifesta-se graças a tensão capilar da ãgua em solos Ümidos não saturados, e que deixa de existir ao secar-se ou saturar-se o solo.

De um modo geral tem-se, para a resistência ao cisalhamento dos

solos,

e; = e. + f (rr) ( 7)

31

Para as areias secas, C = o, tem-se,

G = J(u) (8)

I.4 ÇRITtRIO DE RUPTURA DE MOHR - COULOMB

Entre os critérios de ruptura existentes, o critério de Mohr -Coulomb é o mais utilizado e atende as necessidades da engenharia como um in dicador da resisténcia do solo.

Segundo o critério de Mohr-Coulomb,a ruptura no interior de uma massa de solo não é causada por valores extremos de tensões normais ou cisa­lhantes no plano de ruptura, mas sim por uma combinação critica de ambas.

A curva que traduz as combinações criticas de tensões normais e cisalhantes é denominada EnvoltÕria de Mohr na Ruptura, e, apesar de curva, e associada a uma reta (Harr, 1966), e a função (8) toma a forma mais usual.

(, = e ... O".,_ . f:t r (9)

A interseção da EnvoltÕria de Mohr com o eixo das ordenadas de­termina a coesão do solo e sua inclinação o ângulo de atrito interno.

A figura seguinte ilustra, de forma simplificada, o critério de Ruptura de Mohr - Coulomb.

ENV. OE MOHR

SITUAÇÃO QUE PROVOCA A RUPTURA

a-,

~///

/

c:,,,c +- (Jii,.tgtf

PLANO DE

RUPTURA

/ /

/ /

/

FIG. 15 - CRITtRIO DE RUPTURA DE MOHR - COULOMB.

I.5 32

DETERMINAÇÃO EM LABORATORIO DA RESISTtNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS

O principal objetivo perseguido na determinação da resistência ao cisalhamento ê a obtenção da envoltÕria na ruptura, que corresponde a rela­ção "G x ô na ruptura. Os testes de 1 aboratõri o mais utilizados são o ensaio de cisalhamento direto e o ensaio triaxial.

Ensaio de Cisalhamento Direto Neste ensaio o solo ê acondicionado numa caixa de cisalhamento,

que e constituída de duas partes e dotada de pedras porosas para permitir a drenagem da amostra.

T

FIG. 16 - ESQUEMA DO ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO

Durante o ensaio ê aplicada a força normal na amostra e em se-guida uma força horizontal T, crescente, numa das metades da caixa, de forma a produzir o deslocamento de uma metade em relação a outra, determinando então o plano potencial de ruptura da amostra, ao longo de a-a, na figura acima. A resistência oferecida pelo solo a esse deslocamento ê a sua resistência ao cisalhamento para a força normal aplicada.

O resultado do ensaio ê registrado graficamente pela variação da tensão de cisalhamento (e;,) e a variação da altura da amostra, ambas plotadas em função da deformação, como ê mostrado na Fig.17.

0

FIG. 17 - REGISTRO TTPICO DE ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO

33

Geralmente considera-se a resistência ao cisalhamento na ruptura, correspondente a mãxima tensão cisalhante resistida pelo corpo de prova. Porem em muitos casos a resistência a ser considerada depende de valores admissíveis para a deformação, podendo inclusive vir a ser considerada a resistência resi­dual.

Para obtenção da envoltõria de resistência na ruptura, realiza-se uma serie de ensaios, com valores de N diferentes. Os pares de valores ten­sões normais e tensões cisalhantes mãximas, de cada ensaio1, determinam pontos de envoltõria.

o ensaio de cisalhamento direto e dos mais simples e pelo fato de nao permitir a determinação de tensões neutras durante o ensaio, e utilizado mais frequentemente para as areias.

Ensaio Triaxial O ensaio triaxial e o mais versãtil ensaio para determinação da

resistência ao cisalhamento, e graças a sua aparelhagem mais sofisticada não cria um plano potencial de ruptura, propiciando que esta ocorra ao longo do plano natural de fraqueza da amostra em função das tensões principais aplicadas.

O ensaio pode ainda ser realizado com medidas das tensões neutras desenvolvidas, com ou sem drenagem, etc.

Os tipos mais comuns de ensaios triaxiais são: Ensaio CD - adensado-drenado ou ensaio lento Ensaio cµ - adensado sem drenagem ou ensaio rãpido. Quando ê me­

dida a pressão neutra durante o ensaio a denominação passa a ser cµ

Ensaioµµ - não adensado e não drenado e quando as tensões neutras são medidas a denominação ê µµ.

O Ensaio Triaxial e mais utilizado em materiais argilosos, de baixa permeabilidade, sendo pouco utilizado, entre nos para solos arenosos, salvo em casos especiais.

34

II. CARACTER!STICAS DAS AMOSTRAS ESTUDADAS

11.l ENSAIOS REALIZADOS

Foram coletadas amostras de nove areias, de origens diferentes, que foram submetidas aos seguintes ensaios de caracterização:

- anãlise granulometrica; determinação do peso especifico dos graos; e

- determinação das densidades mãximas e mínimas

Foram seguidos os procedimentos de ensaios preconizados por Lambe, 1951, com exceção da determinação das densidades mãximas e mínimas,quan­do foram adotados os procedimentos escolhidos na primeira parte do presente tra balho.

II. 2 RESUMO

A Fig. l~ e o quadro V, apresentados a seguir,resumem as ca­racteristicas das areias estudadas.

5 ·11 A · 1. "'I"' A . 'd· 1 Areia, 1 _ ~- 1 e reia 1na reia me 10 ~grossa~ Pedregulho -PENE-IRAS N2 270 200 14'0 100 $0 eo 40 30 20 IS 10 4 !/tfJ/2" ;j/4" 1"

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Diâmetro das partículas em mm

FIG. 18 - ANÁl!.ISE GRANULOMÉTRICA

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1.2 2.0 4.8 li 25

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- - ··-- ., --·-. ' ~

íl '., IJENS~DES(g/cm3)

-· .. --VAZIOS GRANULOMtTRIA 1 :·

!AREIA CLASSI FICAÇÀO VISUAL 1 ' < 1

! · I{ g 1smox. Ys mn. R.. max. .R.min. d;Jmm) 1Jmm c\i~m":) d50 Cu . • 1

A Rio Guandu~ fino, media e grossa 1 quartzosa com pouco felospato e graos ongu1osos ' . "!'I, '• ,_

""' 0,91 e irregulares. 1 2,64 1,75 J,38 0,51 0,25 1,00 2,20 0,70 4,00

B Rodovia Rior~Santos_ fina a média, quortzosa ,com grãos sub-arredondados e sub-angulares, 2,66 1,71 1,43 0,86 0,56 0,30 0,50 0,64 0,50 1,67

Metro- Est. Urugumana_ fina ,quartzosa com pouco mica e feldspato e grãos em geral e sub- arredondados. 2,64 1,69 1,35 0,96 0,56 0,18 0,26 0,31 0,24 1,44'

' 1--- -,

D Rodovia Rio-Santos_ fina e médio 1 quartzosa com algumas palhetas de mico . Grõos em

geral sub- arredondados. 2,66 1,73 1,47 0,81 0,54 0,26 0,43 0,54 0,42 1,65

-·~- -F Metro- Est. Uruguaiano_ fina,quar1zosa , contendo mica e feldspato branco. •: 2,66 1,66 1, 38 0,93 0,60 0,12 0,20 0,27 0,20 1,67

H Rodovia Rio-Santos_ fina e médio, quartzosa com pouco feldspato e grãos em geral 2,64 1, 72 1 ,43 0,85 0,53 0,26 0,43 0,54 0,42 1,65

sub- arredondados e sub·angulares.__ -I Rodovia Rio- Santos_ fina, quartzosa contendo feldspato e grãos sub- arredondados. 2,65 1, 74 1,49 0,78 0,52 0,30 0,36 0;40 0,32 1,20

-- --· .. -.. ·-- ..

J Rio Guandu....::.média e fina,quortzosa contendo feldspato e rnlca e grãos irregulares. 2,64 1, 73 1,45 0,82 0153 0,34 0,55 0,72 0,52 1 ,62 - '

Rio Magé_ areia fina, médio e grossa I quartzoso com pouco feldspato e mico. Grãos em 1' 2;9411 K geral angulosos.

2,63 1, 72 1,35 0,95 0,53 0,34 1,00 2,00 0,82

" ----- '

QUADRO J[ CA~ACTERIZAÇÃO DAS AREIAS ESTUDADAS

36 III. AN~c!SE DO COMPORTAMENTO ÂNGULO DE ATRITO X DENSIDADE RELATIVA

III. l RESISTtNCIA AO CISALHAMENTO DAS AREIAS

Nos maciços arenosos em geral, a alta permeabilidade não permite

o desenvolvimento de excessos pressões neutras, durante o processo de cisalha­menta razão pela qual os ensaios de resistência ao cisalhamento das areias nor malmente sao drenados.

Comportamentos típicos das areias durante ensaios de cisalhamento são mostrados na .figura abaixo.

õ

Fofa

é

Compacto .

o) TRIAXIAL b) CISALHAMENTO DIRETO

FIG. 19 - ENSAIOS DE CISALHAMENTO

No estado compacto a areia apresenta maior resistância que no estade fo~o, pois enquanto a areia fofa oferece resistência devido apenas ao deslizamento, no estado compacto esta resistência e sensivelmente aumentada gra­ças ao maior entrosamento das partículas.

Observa-se ainda que no estado compacto a resistência cresce com a deformação ou deslocamento ate atingir um valor mãximo ~ ,resistência de pico -e a seguir inicia um processo de diminuição, atingindo valores,de resistência - resistência residual - compatíveis com aquelas apresentadas pelas areias fofas.

37 Isto se explica pelo fato de que a dilatação experimentada pelo corpo de prova compacto, durante as deformações ou deslocamentos, ocorre ao longo do plano de ruptura, de tal forma que com o prosseguimento da deformação, apõs a ruptura, a compacidade nas imediações deste plano se aproxima do estado fofo.

A realização de ensaios de resistência ao cisalhamento em uma mesma areia, evidenciou, segundo Lambe & Whitman (1969), que os ângulos de atrito obtidos nos ensaios de cisalhamento direto são em geral ligeiramente maiores que aqueles obtidos em ensaios triaxiais.

Como o ângulo de atrito das areias depende de seus índices de vazios e como estes índices variam sensivelmente de uma areia para outra, ado~ ta-se como parâmetro comparativo entre elas a Densidade Relativa, definida pela relação seguinte:

DR= (li- 6min.) . lfmax. ( lrmax.- lrmin.) li (10 )

Entre as características das areias que mais influem na resis-tência do cisalhamento, destacam-se:

Formato dos Grãos

Embora o formato dos graos de areia seja de difícil determinação, nele estando envolvida sua esfericidade, arredondamento e rugosidade, tem-se verificado (Pinto, 1974) que as areias constituídas de partículas esféricas e arredondadas têm ângulos de atrito sensivelmente menores do que as areias cons tituídas de graos angulares.

A maior resistência das areias de grãos angulares é devida ao maior entrosamento entre os grãos. Mesmo no estado fofo ou para grandes deformações, quando a resistência residual estâ sendo solicitada, as areias com graos angu­lares apresentam maior ângulo de atrito interno (Pinto, 1974).

Res-i stênci a dos Grãos

Considerando-se que as tensões s·e transmitem de grão a grão pe 1 as suas bordas ê de se esperar que nas arei as compactas constituí das de grãos frã­gei s, estes têm suas bordas moídas durante a ruptura, reduzindo a contribuição do entrosamento dos grãos na resistência ao cisalhamento.

38

Segundo Pinto, (1974), a fragilidade dos graos ê uma das causas que justificam a curvatura da envoltÕria de Mohr para as areias compactas, uma vez que a influência da quebra dos grãos cresce com as tensões aplicadas, de tal forma que a curvatura da envoltõria ê tanto mais,acentuada quanto mais com­pacta ê a areia e mais frãgeis os seus grãos.

tulo seguinte.

II l.2

III .2.1

Distribuição Granulomêtrica e Tamanho dos Grãos

A influências dessas características das areias e tratada no capl

VERIFICAÇAO DA INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA DAS AREIAS NA RELAÇAO ÂNGULO DE ATRITO X DENSIDADE RELATIVA

REVISAO BIBLIOGRAFICA

Reportando-se a trabalho de Alpan, não publicado na epoca, Sanglerat (1967) evidencia a influência de granulometria, com base em resulta­dos empíricos que, ver Fig. 26, indicam, para uma ampla variedade de areias, ser possível relacionar ângulo de atrito, compacidade e granulometria por uma relação da forma

e.tg'f'=f(Cul ( 11)

vãl ida para os índices de vazios compreendi dos entre e:. max e e: mi n.

Em 1957, Pl antema propõe que a correlação /"x '-. depende da distribuição granulomêtrica da areia considerada, como mostra a Fig. 20, por ele apresentada e que concorda com as afirmações da maioria dos .;i,utores, Pinto (1974), no que se refere ao ângulo de atrito ser maior nas areias com granulometrias mais bem distribuídas.

39 • o

45 iO z "' uJ t- 40

LI A"i• fi,o -+-,."" mediat A<,lo ·I grossa

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35

30

v Areia tipo I -+ Areia tipo lI

1--7'---J----,,L------jl-,L--"----- • Areia tipo m o Areia tipo 12: a Areia tipo Jr

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2s ,.ro 1,60 1.70 1.80 t/m" DENSIDADE APARENTE SECA

o ó ó ó ó 6 ó 6 o 6 ~ 't .. N

DIÂMETRO DAS PARTléULAS EM MM

GRANULOMETRIA

FIG. 20 - INFLUtNCIA DA GRANULOMETRIA NA RESISTtNCIA·A-0 CISALHAMENTO DAS. AREIAS

'

'

.. ..

Com relação ao tamanho dos grãos, Pinto (1974), reunindo dados apresentados por diversos autores (Figura 26 ) , concl ue ter pouca i nfl uênci a na resistência ao cisalhamento das areias, ressaltando entretanto a tendência das areias mais grossas apresentarem-se em geral com compacidades relativas mais elevadas e, em conseqüência, essas areias apresentam maiores ângulos de atrito interno em seus estados naturais.

Jack W. Hilf (1975), reportando-se a resistência ao cisalhamento das areias e pedregulhos compactados, apresenta em um mesmo grâfico, diversas curvas que resumem os resultados obtidos por diversos pesquisadores na anãlise do comportamento fx DR, onde se observa, com poucas exceções, que para cada curva apresentada associa-se areia com caracteristicas granulomêtricas distintas das demais,

Numa primeira tentativa de universalizar uma relação vâlida para qualquer areia,Victor de MellÓ (1971), apôs tratamento estatistico, conclue que uma relação da forma tg f =A/e pode ser vãlida, observando entre­tanto que:

- os resultados obtidos, em termos de mêdia com 95% de limite de confiança sao muito extensos;

- a faixa com 95% de limite de confiança para pontos isolados, e absurdamento ampla e;

os resultados parecem ser vãlidos para as areias do USBR.

Victor de Mello alerta ainda que para o espalhamento dos dados tra­balhados, contribuem diversos fatores, tais como:

40

- processos de obtenção de E max e E min, que ê um dos pontos discutíveis; - confusões correntes quanto a definição da Densidade Relativa; - os valores dos ângulos de atrito são passiveis de muitas discussões, princi-

palmente quanto a procedimentos e interpretação de ensaios.

IIl.2.2 COMENTJIRIOS

Dada a importância do ângulo de atrito interno e da densidade relativa das areias na prãtica da engenharia, tornam-se oportunas e necessãrias pesquisas que visem determinar o parâmetro. ou grupo de parâmetros, que governa a relação:

'f = f (DR) ( 12)

Tentativas, razoavelmente bem sucedidas, foram desenvolvidas por Moreira (_1973) no sentido de se estabelecer relações 'f'= f (DR), levando em conta apenas a porcentagem de finos contida nas areias, observando-se porêm que em alguns casos areias, de locais diferentes, com as mesmas porcentagem de finos exibiram relações diferentes.

Por outro lado, trabalhando-se os dàdos apresentados por Plantema (_1957), obtem-se para as areias I·e IV os resultados mostrados na figura abaixo, na qual observa~se:

•• - . :,!, ~ 2

"'}- 40

• 6

• 2

'º

---

20 30 40 50 60 70 80 90 roo

DR (%)

FIG. 2-1 VERIFICAÇ110 DA INFLUtNCIA DO COEFICIENTE DE 'UNIFORMIDADE NA RELAÇ110 p x DR

- as duas areias têm coeficientes de uniformidade bem prõximos e mostram relações diferentes para 'f = f (DR);

41

- para o coeficiente de uniformidade variando de 1 ,7 para 2 e densidades rela­tivas de 60%., o valor de 'f cresce de 34° para 40°, contrariando o âbaco apr~ sentado por Alpan, reportado por Sanglerat (1967), no qual se o coeficiente de uniformidade cresce, para uma mesma densidade relativa, ~ decresce.

Das publicações reportadas, associadas aos comentãrios acima, depreende-se haver grande influência da granulometria na resistência ao cisalha menta das areias e entretanto parece não haver uma relação Ünica f = f (DR), vãlida para qualquer areia.

III. 3 ANJILISE DOS DADOS OBTIDOS

Os resultados dos ensaios realizados são mostrados nas Figuras 22, 23 e 24 e no quadr,o VI , apresentados a seguir:

42

' 45

40

35

30

25

201+--+-----+--+--1---+------1 20

-+---+---+--+--+--+--+-e 0,60 o;ro 0,80 0,90 1/)0

FIG. 22 AN8ULO OE ATRITO x INDICE DE VAZIOS

~40f------<

' 1~ roj----+--+

Oiãmct;c das ponicu10, e';' mm FIG. 24-- ANALISE GRANl.fi..OME:TRICA

C:Uisn\OES(t/cm1)

AREJA LOCAL i, .~. Ysmn.

' '" l.'c~,,' 2,63 1, 72 1 ,35

A Fhc G<md.l 2,C4 1, 75 1,38 .

Rio Guond~ 2,6< 1, 73 1,45

D Es!rfflXl RI<> - somos 2,6S 1, 73 t,47 ~- ---~<!coio Aic - SCT!a• 2,66 1, 71 1,43

f ,..at,ô •Rio· E,t U,,,,,,..,::ia'O 2,66 .... 1, 31! ---·--------- - --·-·- --H Es1rcdq Ric - SQl'llos 2,64 1, 72 1 ,43

., Est:000 Ric - Sonlos 2,55 '· 74 l ,'•9

e !41rÔ - ($1. Urv~ 2,(;4 1,69 l,~5

QUADRO :ia: - CARACTER(STICAS

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Fl0. 2 3 -ANGULO DE ATRITO x DENSIDADE RELATIVA

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" ; ·to: g .. ' wi • •

1 ' ' 1

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.. ~

1

" • u ,., •• " " e

VAZIOS GRANI.I.OMETRIA

R.ma1. J.,,,,,,_ ~rmd w- <',k= dm e.

0,95 0,53 0,34 1,00 2,00 0,82 , .... 0,!li 0,5! 0,25 1,00 2,20 0,70 '·"' 0,132 0,53 º·" 0,55 o, 72 0,52 l ,62

-. 0,8! 0,5<; 0,26 0,43 0,54 0,42 '·" O,SG 0,56 0,30 D,50 0,64 0,5Q 1,67

0,93 0,60 0,12 0,20 o, 27 0,20 l ,67

º·" 0,5:0 !),26 . ., 0,54 0,42 l,65

0,1B c,~2 0,30 0,36 Ot!O 0,32 1,2C

º·" 0,56 0,IB "" 0,3J 0,24 1 •""

DAS AREIAS ESTUCADAS

III.3.1 43

DISTRIBUIÇAO GRANULOMrTRICA

Associando-se as Figuras 22, 23 e 24, nota-se que as areias com granulometrias mais bem distribuídas tendem a apresentar ângulos de atrito maiores, como também que a resistência ao cisalhamento ê maior nas areias gros­sas, observações estas que concordam com a maioria dos autores (Pinto, 1974 e Plantema, 1957)_.

III.3.2 TAMANHO DOS GRAOS

A anâlise do Quadro VI ·e das figuras 22 e 23, evidencia a influ­ência do tamanho dos grãos, notando entretanto que, entre os vârios diâmetros usualmente referidos (d60 , d50 , d85 , etc,), o diâmetro médio das partículas ê que apresentou maior evidência de sua influência na resistência ao cisalha­menta das areias, uma vez que esta parece crescer com Dm, ao menos nos resul­tados obtidos e para a faixa de diâmetros médios trabalhada.

!!.. +-

'

50

~- -- uniforme t--- --- bem graduadas

••• r-- -·-·- grãos arredondados Pinto Areias

1 (1974) Testadas

1

40

30

25

201+------.---r---i-----r--+-...--.----,----,---.----,,......,..1 O.OI QOS 0.076 O.IS o.s 0.42 0.6 1.2

Diâmetro das Partículas em mm

2.0 4.8 9.0 19 25

Dm

FIG. 25 - VAF,IAÇÃO DE 0 NAS AREIAS EM FUNÇÃO DO DIÂMETRO MEDIO.

III .3.3 44

COEFICIENTE DE UNIFORMIDADE

Com base nos resultados obtidos não parece haver influência mar­cante do coeficiente de uniformidade na resistência ao cisalhamento das areias.

Na Figura 20 ê p 1 atada a re 1 ação t g 'f' x índice de vazios, 1 evando em conta o coeficiente de uniformidade das areias, observando-se que os resul~ tados obtidos contrariam aqueles apresentados por Alpan (referido por Sanglerat, 1967).

C> f-

4,5

, o •• o,e

,7 o

o •• 0,5

,45 o

o

o

,4

,35

0,3

i ,K /

" " ~ ', " ,""-:;, ,rs..

" ~ ' ', i..."- ' ,'<:: ,,

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1 1~ "' ~...,,

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1 '\. 1 'I

D

0125 ~ 0-3,5 Of' 0/fS OI!, 0,6 0,7 0/J O{'

Alpon,relerido por Sanglerat (1967). Dados obtidos.

AREIA Cu dm (mm)

A 4,0 0,70

D 1,65 o, 42

F ,1,67 0,20

I. 1,20 0,32

K 2,94 0,82

FIG. 26 - VERIFICAÇAO DA INFLUtNCIA DO COEFICIENTE DE UNIFORMIDADE DAS AREIAS NA RESISTtNCIA AO CISALHAMENTO

IIJ.4

45

COMPORTAMENTO ANGULO DE ATRITO INTERNO X DENSIDADE RELATIVA

Em função dos ensaios realizados sobre as areias estudadas, Fig. 23, parece não haver uma relação Ünica i X D.R., vãlida para qualquer areia.

A exemplo do enfoque dado por Cornforth, 1973, para a resistên­cia ao cisalhamento das areias, obtida nos ensaios Triaxiais e de Defonnação Plana, e que culminou com as curvas apresentadas na Fig. 27, que, segundo o autor, são vãlidas para ampla gama de areias, procurou-se analisar o compor-tamento das areias no ções [( .;/ cr) pico /

53º

52° 51° 50°

o 49°

~ 48° 47° 46° 45° 44' 43° 42° 4ͺ

40° 39°

38° 37° 36° 35° 34° 33° 32° 31° 30°

29° o

28 100 90 80

ensaio de Cisalhamento Direto verificando-se ( -r./ a-) residual] X Densidade Relativa.

- DEFORMAÇÃO PLANA - COMPRESSÃO TRIAXIAL

> o

o/ ..J <[

is 36º 1n

35° Ili

70 60 28°

50 40 30 20 10 O

DensidadeRelativaSeca (R.0.0.) = 11-<l'min % Õmax. ~min.

FIG. 2 7 - CURVAS RESISTÊNCIA x DENSIDADE BASEADAS NOS FATORES DE DENSIDADE (CORNFORTH,1973)

as rela-

46

Os resultados obtidos evidenciaram o mesmo comportamento na re­lação ("G/ã) pico/(õ/o) residual X D.R., para todas as areias, permitindo, em principio, a formação de dois grupos, sendo um formado pelas areias D,I e J, e o outro agrupando as areias A, B, C, F e K, como mostra a Fig. 28, onde se observa ainda que a areia H apresentou uma relação diferente dos dois grupos mencionados.

õ , V • ~ ~ i;'

" o o 4

~ ' lJ

• AREIAS

o AREIA l,80

Q AREIAS

1,60

1,40

FIG.28-INFLUÊNCIA DA O.R. NA RELAÇÃO

( r: /0-) pico/ ( Z-/0-) residual

D,I 1 J

H

A181C,FeK

47 As caracteristicas granulomêtricas das areias estudadas, apõs

anâlise, parece nao influirem no comportamento apresentado na Fig.28~ indican­do que fatores outros, tais como forma e rugosidade das particulas, dureza dos grãos, etc., ê que deverão governar o comportamento verificado.

Admitindo, como hi pÕtese, que as arei as possam ser agrupadas em função da re 1 ação C?o/ (f") pi co/(õ /<r )res i dua 1 X D. R.) uma familia de cur vas serã obtida como mostrado na Fig. 29.

1 1,90

······ AREIAS D,IeJ

1,80 - -- INTERPOLACÃO

-- AREJAS A,B,C,FeK

' -;·, ..• ·· ..

'· ' ·., f'-,_ ', '-~··· ••••

~ °'$'' ·· .... "-.:' ,, ·•. ' ão.. ''· • ••• ~. ·,· ,',>, ,··· ... ,,,,·.,.

1,40

~---·{>. -::::_..::- i <. ·,

~ ..... ·, '-,~· .... -.......; ~:"'· ;:::,-...; ...

~~:-,....,~·.::·~-~~~~- 1

--..... i 10

. . . ' ' ' ' 00 DR(%) o

, FIG. 29- CURVAS HIPOTETICAS

Para cada uma das curvas hipotêticas apresentadas na Fig.29, seria construido o conjunto de curvas que traduziria o comportamento ~ X D.R., oara cada grupo de areias, como ê exemplificado na.s figuras 30 e 31, para areias que se enquadrem nos Grupos I e II, da figura anterior.

48 ·- .~

•• •• 44

43

4.

41

40

"" > 38

o " 37 a.

-:;-- 30 36

35 .. 34 34

33 33 , -32 32 ij

~r 31 ., ,, -

ao 30

"' •• 29

•• •• ,..

27 27

•• •• •• 25

24 •• 23 23

·oo "" E.O 40 zo o

DENSIDADE RELAT'VA (%)

FIG.31- lf x D.R. AREIAS COMPORTA­MENTO (r/v) pico / (i:/cr) re .. sidual x D.R. SEMELHANTE A CURVA II. .

FIG. 30 - 1# x D.R. AREIAS COM COM­PORTAMENTO (eya-) pico / (!:/ a-) residual x D.R. SEME -LHANTE A CURVA I .

o

o

" a: -:,-

K>O eo 60 40 20 o

DENSIDADE RELATIVA (%)

38

ao 34

33 -32

o

., ª " ,:,

30 ·.;

" <r 29 ':)o

28

27

26

•• •• 23

49

A aplicação das curvas hipotêticas apresentadas nas Figs. 29, 30 e 31 possibilitaria que, com apenas a seqüência de ensaios em uma densidade relativa, fosse identificado o grupo a que a areia pertence atravês da relação ("ló/lT") pico/("~ /a-) residual X D.R. na Fig. 29 e, apôs, com o valor derresi­dual conhecido, seria obtida a curva'{' X D.R. para a areia ensaiada mediante aplicação de curvas do tipo daquelas apresentadas nas Figs. 30 e 31.

A tTtulo de uma primeira verificação da validade da hipÕtese admitida, aplicou-se o critêrio à duas areias, 101 e 103, cujas caracterTsti­cas são apresentadas na Terceira PJrte do presente trabalho, e os resultados sao encontrados nas Figs. 32a e 32b.

uouf.NClA IIASE " 1r1ri_;z;, [MSAIO ,:Jrl ......

". ,,.,. 1,011

". so "º ! ,19

". 70% ! ,2 8

". ~ti')~ ! '! D

CONPôl!TAt,m,ro 08Tl:)0 [M LA-AfÓl!IO Cm.SIDERA~ TODOS 09 ENUIOS l!EAUU.00$

CONV[f'IÇÃO

------

-··-··-··-

20 40 'º 10 ,co º·"· 1%)

FIG,3êA-APUCAÇÃO DO CRITÉRIO PARA A AREIA 101.

lmJUCU IAS[ flt ·-· 011 • 50 %

01! • DO%

011 • TO %

º". 'º %

CVt"I~ T ,_..1,..., CONYE~

1 , 1 J

l,U

1, 3 Z

1, eo

COlilPORT.U.IIENTO OBTIDO EM lASORAJÓRIO CONSIOEIIA~ T000S OS [NS,,JOS REALllAOOS

20 40 60 80 100 º-" (%1

FIG.32-B-APL-=:AÇÂO DO CRITÉRIO PARA A AREIA 103.

Com base na anãlise das figuras acima, pode-se concluir que o cri têri o apresentado, baseando-se nas curvas hi potêti cas, parece ser vãl i­do, carecendo entretanto de pesquisas adicionais, no sentido de analisar se

50

o mesmo seria vãlido para algumas areias em particular, ou se para todas, e que parâmetros governam o comportamento verificado, uma vez que, ã luz dos dados obtidos, não e notada a influencia das características granulometricas

das areias.

51

IV.5 VERIFICAÇÃO DA INFLUtNCIA DA GRANULOMETRIA NA DILATÃNCIA

IV.5.l Oi l atãnci a

Segundo Pinto, ( 1974), nas arei·as compactas, o acréscimo de tensâo axial provoca inicialmente uma aproximação das particulas, levando a areia a um estado mais compacto com ligeira diminuição de volume. A se­guir, a diferença entre as tensões pri nci pais provoca um i n'Í cio de cisa l hi mento, o que, devido ao entrosamento entre as partículas, sõ pode ocorrer se estas deslizarem umas em relação às outras, com um conseqüente aumento de volume. Este fato. ê denominado Dilatância.

Segundo Rowe, 1962 e Lee e outros (1967), a resistência ao cisalhamento nos materiais granulares ê constituida de tres parcelas:

Figura 33.

- resistência mobilizada devida ao atrito de deslisamento; - resistência desenvolvida pela energia requerida para o

rearranjo e reorientação das particulas, e - resistência desenvolvida pela energia requerida para causar

a dilataçâo ou expansão do material.

A distribuição esquemâtica dessas três parcelas e mostrada na

ATRITO DE DESLISAMENTO

- '

D.R.

FIG. 33- DISTRIB_UICAO ESQUEMATICA DAS PARCELAS DA RESISTENCIA DAS AREIAS .

52

Abordando a distribuição das componentes da resistência ao cisa lhamento das areias, Rowe e outros (1966), aplicam o seguinte tratamento por avaliação da parcela devi da ao efeito de dil atãnci a.

A força cisalhante S, pode ser dividida em 3 componentes: s1 - devida ao trabalho durante a dilatãncia contra a força normal s2 - devida ao trabalho interno adicional da fricção durante a dilatãncia s3 - devida ao trabalho realizado pelo atrito interno, sem dilatãncia.

N

s

tiv e

FIG. 34- AVALIAÇÃO DA PARCELA DA RESISTÊNCIA AO CISA-. ~

LHAMENTO DAS AREIAS DEVIDA A DILATANCIA.

S = s1 + s2 + S3 S1 -ó"ll.=J:·Í. ô y

s2. cose - tensão cisalhante, paralela ao plano de escorreg~ mento

s. sena força normal total

1f ângulo de atrito na superfície de deslizamento.

52.cose = s.sene.:t9 ff . ·. s2 "s. t

9e . -tg 1f

Se não for considerada a dilatância, tem-se: 53 = JJ. 'Cg lf f s .,,Jf. ·r,i + s · -tg '{f + ][- 1:g rf s -r s

ji"' = -g9 + if . tg9 . ·tg 'ff + tg if f

l- g g f f 'f=yf+e 'f f = lf - Are g ( f; )

IV.5.2

53

INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA

Aplicando o desenvolvimento apresentado acima aos ensaios de cisalhamento direto realizados nas areias testadas, obteve-se as curvas

apresentadas na Figura 35.

54

1,90 0,90 0,00 0,40 .li. fC--"".;.__..c,c.;_....c.,..;_.....;.i..;_....c.,;_---,

Ô 50

9-

-•O o

10

!. !O 9-

20

'º 20

o

o

1,00 0,,0

o

AREIA A

50 100

AREIA B

00 100 OR (%)

AREIA C

2,0

I 2

"" 100

o.ao 0,10 oµ, o~ o,.a ~

40

o -~ 30

20

10

o

- 40 o

9- 30

20

10

o

o 40

9--30

20

o

s-40

,o

20

AREIA H

o 00

AREIA :I

O 00

,,o 2,0

100 OII(%)

1,0

2,0

100 DR(%)

1,0

0,40 ..e.

EZ23 EFEITO DA DILATÂNCIA

REARRANJO E FRICÇÃO

DETERMINADO EM LAB~ATÓRIO

DEDUZIDO O EFEITO DE DILATÂNCIA

A -FIG. 35 - DILATANCIA NA RESISTENCIA AO CISALHAMENTO

55

Expressando-se a parcela da resistencia ao cisalhamento devida

a dilatancia como percentagem da resistencia total obteve-se os resultados

apresentados nas figuras abaixo:

o 2

>

50

40

30

20

10

o

--- e 6 DR= 50%, <r n = 80 Kg/cm2

------ e 8 DR= 70, (J"n = 8,0 Kg/cm 2

-·-·- e e DR= 50, (J'"n = 0,5 Kg/cm•

··········· 1 0 DR= 70 ,(J'"n = 0,5 Kg/cm2

-...

,•' o o o .>··o

• .-·· .-· .. - --- . .9 .... ... ·· '4

t,-. .....

.. ···ó . - • . . --15 • __ _. -----e, "' ----..:..., o---1 IÍ-- f!J ___ -0--;;- ., .•

f!J o li .K --- •" H

• e

' ' ' ' ' ' ' º·º l,O Dm(mm)

FIG. 36- INFLUÊNCIA DO DIÂMETRO MÉDIO ( 0501 DAS PARTICULAS NA DILATÂNCIA.

56

o o ~.._-------------------~

---- DR 50% 45 .,____________,______ 1----l

---DR 70%

25

ao

o 5 'º CTn I Kg/cm2)

FIG.37- INFLUÊNCIA DA DENSIDADE RELATI\J\ E TENSÃO NORMAL A

NA DILATANCIA NOS ENSAIOS DE CISALHAMENTO DIRETO.

57

A anãlise das Figuras 36 e 37, permite observar que: - ê marcante a influencia da densidade relativa na dilatãncia,

i nfl uenci a esta evidenciada para todas as arei as, concordan­do com Pinto (1974), Rowe e outros (1966) e Lee e outros

(1967);

- como era de se esperar, a dilatãncia decresce com o aumento da tensâo normal, uma vez que, a altas pressoes deverã ocor­

rer maior quebra de grãos;

- a i nfl u~nci a do diâmetro mêdi o das partículas e evidenciada (fig. 36}, sendo mais pronunciada a baixas tensoes normais e com o crescimento da densidade relativa;

- o espalhamento verificado nos dados obtidos parece ser devido a fatores não pesquisados, tais como, dureza e forma das par­

tículas.

58

V. CONCLUSÕES

Apôs as considerações desenvolvidas nesta segunda parte do pre­

sente trabalho, conclui-se:

areias com diâmetro mêdio maior tendem a apresentar resistência ao cisalha mento maior, ao menos na faixa trabalhada.

quanto mais bem distribuida a granulometria das areias, maior e a sua re­sistência ao cisalhamento;

- o coeficiente de uniformidade, ao contrãrio do que reporta Sanglerat (1967),

nao parece ser um fator condicionante da relação ângulo de atrito x indice de vazios;

não parece ser as caracteristicas granulomêtricas das areias o grupo de fa­tores determinante da ·relação ângulo de atrito x densidade relativa, assu­mindo maior influência outros fatores, tais como forma e rugosidade das paE_

ticulas, dureza e outros;

parece ser vãl ido o cri têri o introduzi do, baseado nas curvas ( .. / <r) pico / (_-C: J r) residual X DR, e que possibilita com apenas os ensaios realizados em uma Ünica densidade a obtenção da relação 'f'X DR;

- evidenciou-se a influência da densidade relativa na dilatãncia;

- como era de se esperar, a dilatância decresce com o aumento da tensão nor­mal;

a influência do diâmetro médio das particulas na dilatância e mais pronun­ciada a baixas tensões normais;

- dependendo dos valores de tensão nonnal, densidade relativa e diâmetro médio das part1culas, a dilatância responde por uma parcela considerâvel da resis­tência ao cisalhamento das areias.

TERCEIRA PARTE

CORRELAÇÕES COM O SPT

I. INTRODUÇÃO

59

TERCEIRA PARTE

CORRELAÇÕES COM O SPT

Na prãtica da engenharia a solução de problemas tais como projeto de fun­dações, anãlises ou estabilizaçôes de taludes, aterros, etc. requer o conhecimento das características do subsolo, e para tanto dispõe-se de processos de investiga­ções dos mais variados, entre os quais citamos: - sondagens de simples reconhecimento; - exploração através de poço para retirada de amostras indeformadas em bloco, para

posterior ensaio em laboratõrio; - extração de amostras i ndeformadas medi ante uso de amostradores apropria dos; - .. . - prospecçao s1sm1ca; - ensaios "in situ" e outros.

O programa de investigação, bem como os processos a serem empregados, de­pendem diretamente do tipo, porte e valor da obra a ser projetada, associados ã disponibilidade de equipamento, tempo e mão-de-obra apropriada para a natureza dos serviços.

O processo mais difundido e utilizado é o Ensaio de Penetração Dinâmica constituido da Sondagem de Simples Reconhecimento ou Sondagem a Percussão, razão pela qual esta terceira parte do presente trabalho é dedicada a este tipo de sondagem e algumas de suas correlações no caso das areias.

ir. DESCRIÇÃO SUMÃRIA DA SONDAGEM A PERCUSSÃO

A sondagem a percussão é desenvolvida através da perfuração do subsolo atê a profundidade de interesse, com coleta de amostras para classificação dos solos encontrados e com medidas da resistência â penetração em vãrios níveis. Estas fases são descritas a seguir, e podem ser vistas com maiores detalhes no Anexo 5 onde ê transcrita a proposta de normalização apresentada por Teixeira, 1974.

II.l Perfuração A perfuração ê desenvolvida inicialmente com utilização de um trado cavadeira atê que seja atingido o nível d'ãgua, ou seja evidenciado o desmoronamento das paredes do furo justificando a introdução de

60 tubos de revestimento,em geral de 2" ou 2 1/2" de diâmetro interno, passando a perfuração então a ser executada com o trado espiral. Ao atingir-se o nivel d'ãgua subterrâneo, passa-se a adotar a perfu­ração com circulação d'ãgua, na qual a ãgua e injetada ate o fundo do furo através de uma haste e retorna a superfície removendo o pro­duto da perfuração através do espaço existente, entre a haste injetora e as paredes internas do furo. Devi do ã maior facilidade de execução e me 1 hor produtividade, hã uma tendência quase generalizada entre a maioria dos sondadores de prefe­rirem a perfuração com circulação d'ãgua em relação ã perfuração a seco com trados, o que em alguns casos poderã mesclar os resultados e

dificultar a determinação do nivel d'ãgua, principalmente nos solos argilosos devido â sua baixa permeabilidade.

II. 2 Amostragem A amostragem na sondagem a percussão e feita através da cravação de amostradores padronizados, em geral, constituidos de duas meias canas solidarizadas por uma sapata em sua extremidade inferior,e na parte superior por uma luva que e tambem fixada na haste que lhes permitem ser levados ate a profundidade a ser amostrada. No caso das areias, devido a não existência de coesão, hã dificuldade neste tipo de amostragem, sendo então identificado o material no re­torno da ãgua de circulação. No Brasil são utilizados os três tipos de amostradores cujas dimensões são apresentadas abaixo, sendo que todos eles têm comprimento de 45cm e são cravados mediante a aplicação de golpes de um peso de 65kg caindo da altura de 75cm,com exceção do amostrador tipo IPT cujo peso de cravação e de 60kg.

-- -

AMOS -T R A D O R TERZAGHI-PECK MOHR-GEOTtCNICA

diâmetro externo 51mm (2") 41mm (1 5/8") 45mm diâmetro interno 35mm {l 3/8") 25mm (l") 38mm

Entre os amostradores apresentados acima, o mais utilizado e o TERZAGHI-PECK.

IPT (l 13/16" (1 1/2")

61

II.3 Medida da Resistência ã Penetração A cravação do amostrador ê feita em três estãgios de 15cm, anotando-se o numero de golpes necessãrio ã penetração de cada estãgio. A resistência ã penetração ê traduzida pelo numero de golpes necessã­rio ã cravação de 30cm do amostrador, observando-se que quando se uti liza o amestrador TERZAGHI-PECK, deve ser considerado o numero de golpes necessãrio aos dois ultimos estãgios de 15cm, enquanto para os demai,s amostradores considera-se os dois primeiros estãgios. Com a finalidade de evitar confusões quanto ao uso dos amestradores, a nomenclatura normalmente adotada ê a seguinte: a) Amestrador TERZAGHI-PECK, penetração considerada dos 15 aos 45cm,

nomenclatura adotada N ou SPT, proveniente de "STANDARD PENETRATION TEST" como ê conhecida internacionalmente esta sondagem quando uti­lizado este tipo de amostrador;

b) Amestrador MOHR-GEOTtCNICA, penetração considerada nos primeiros 30cm e nomenclatura adotada M.G. ou IRP de Tndice de Resistência ã Penetração;

c) ,Amostrador tipo IPT, penetração considerada nos primeiros 30cm e nomenclatura usual IRP.

III. FATORES QUE INFLUENCIAM A MEDIDA DA RESISTtNCIA 'A PENETRAÇÃO

Segundo MELLO e MAGALHJ\ES, 1957, as informações minimas que deverão ser obtidas em uma investigação do subsolo são: a) Determinação dos tipos de solo que compõem o perfil atê a profundidade de in­

teresse do projeto. Esta informação ê ohtida através da anãlise tãctil-visual das amostras extrai das e, quando ,necessãrio, da realização.de ensaios de caracterização em labo-= ratõrio com o material proveniente da amostragem.

b) Determinação das condições em que tais solos ocorrem, traduzidas pela compaci­dade no caso das areias e consistência no caso das argilas. Este requisito ê satisfeito nas sondagens a percussão mediante utilização de correlações empiricas entre o numero de golpes para a penetração padrão e a compacidade ou consistência do solo, conforme o caso. Entre as correlações de uso mais consagrados, destacamos as apresentadas no quadro a seguir:

62

/\MOSTRADOR TIPO SOLOS DENOMINAÇ110

MOHR-GEOTtCNICA .IPT TERZAGHI-PECK

Arei as muito fofa 0-2 5 0-4 u.J

e o fofa 3-5 - 4-10 e,: o

Si 1 tes - media 6-11 5-1 O 10-30 u e,: Arenosos e.. densa 12-24 10-25 30-50 :,s:

o u muito densa 24 25 50

Argilas mui to mole 1 - 2 e e,: · mole 2-3 4 2-4 -u Si ltes z: media 4-6 4-8 4-8 lu.J .

1-Argila~ t/l rija 7-11 8-15 8-15 -SOS

t/l z: muito rija o 12-15 - 15-30 u

dura 25 15 30

REFERÊNCIA Vargas, Milton (sem data) TERZAGHI-PECK ( 1948)

c) Determinação da espessura e orientação das camadas que constituem o subsolo. A determinação da espessura das camadas e obtida através da observação do tipo de solo que e retirado durante a perfuração, anotando-se as profundidades em que ocorrem variações. A avaliação da orientação das camadas e feita posteriormente quando da anãlise dos vãrios furos de um programa de sondagem visando a determinação de perfis do subsolo.

d} Determinação do nível d'ãgua no subsolo. O N.A. e obtido simultaneamente com o avanço da sondagem no caso de perfuração a seco. Quando a perfuração e desenvolvida com circulação d'ãgua, esta determinação e dificultada no caso das argilas sendo procedimento comum fazer a verificação do N.A. apõs 24 horas do ensaio concluído.

63

Se associannos ao acima exposto, as Teorias de Capacidade de Carga dos Solos para determinação das pressões admissiveis e avaliação de recalques, bem como as fÕrmulas empiricas, ãbacos e tabelas de uso prâtico envolvendo are sistência ã penetração (ver por exemplo TERZAGHI, 1943, Peck, Hansen e Thor!! burn, 1953; Lambe & Whitman, 1969; Bazaraa, 1967 e outros) verifica-se que não poderão as equipes têcnicas,envolvidas com a realização das sondagens e respec­tivas anâlises e interpretações, desconhecerem os fatores que influenciam a me­dida da resistência ã penetração, fatores estes que são minuciosamente discuti­dos por FLETCHER, 1965; TEIXEIRA, 1974 e Ireland, e outros, 1970.

de N: Três grupos de fatores se sobressaem como influenciadores dos valores

Fatores operacionais Fatores ligados ao equipamento Caracteristicas do solo a ser amostrado.

Por serem bem si tua dos e abrangentes, são transcritos a seguir os co­mentâri os apresentados por Teixeira, 1974, no Relato sobre o TEMA Ido V Congre~ so Brasileiro de Mecânica dos Solos.

" Na têcni ca operaci ona 1 tem-se a considerar os seguintes pontos pri n­ci pais: a) Problema de mão de obra: o baixo nível intelectual do pessoal

empregado na execução das sondagens, sem duvida reflete-se na qualidade dos serviços; esta deficiência ê suprida pelos fis­cais volantes que, por s·ua vez, deverâ ser pessoal de boa qua­lificação e largo treino para conhecer os problemas operacionais em todos os seus pormenores.

b) Altura de queda do martelo ("peso de bater"): a tendência nor­mal dos operadores ê de não levantar o peso na altura desejada, reduzindo, portanto, a energia de cravação e, conseqüentemente, aumentar o valor "N" medido.A solução correta seria a de auto­matizar o aparelhamento para garantir uma constância da altura de queda. Todavia, esta solução vem normalmente afetar a queda livre do peso de bater.

c) Queda livre do martelo: ê sem duvida um dos fatores mais mar­cantes sobre o valor da resistência ã penetração, sendo que es­ses fatores sempre restringem a queda livre, por motivos vãrios, aumentando significativamente o valor "N". Quando a elevação do martelo ê feita manualmente e por dois operadores, ambos devem

64

soltar simultaneamente a corda para que a queda do martelo se­ja totalmente livre.

d) Limpeza do furo de sondagem: quando a perfuração estã sendo rei lizada por circulação d'ãgua {lavagem), e, ao atingir-se a cota de nova amostragem, a operação de limpeza do furo demanda al­gum tempo para que a ãgua fique isenta dos residuos da escava­ção. Este periodo de tempo deve ser observado pelo operador, principalmente no caso da sondagem ter alcançado profundidade incompativel com a capacidade de recalque ou com o estado da bomba d'ãgua em uso. A imperfeição dessa limpeza, deixando-se lama no fundo do furo, pode acarretar a obturação da vãlvula existente na cabeça do amestrador com conseqüente aumento do indice de resistência â penetração (pois impede-se a entrada do solo no interior do amestrador ou a saída da ãgua que ai se encontra).

e) Desmoronamento das paredes da perfuração quando esta nao esti­ver revestida: ao descer-se a composição haste-amestrador no interior do furo ela deve alcançar o fundo deste sem encontrar obstãculos atê a profundidade previamente perfurada. Caso haja obstãculo na descida da composição em cotas mais elevadas ê sj_ nal de que houve desmoronamento das paredes do furo e a tenta­tiva de se forçar a composição atê alcançar a cota desejada provocarã naturalmente o aumento do valor "N", pois o amostra­dor poderã jã estar cheio de solo e haverã a contribuição do atrito entre o solo e a parede externa do amestrador.

f) Alargamento do diâmetro do furo apôs a colheita da amostra an­terior.e abertura do furo atê a cota da amostragem subseqüente, por meio de trado ou por peça de ·lavagem (trêpano) com diâme­tros maiores do que o diâmetro externo do amestrador: o amostri dor deve descer livremente atê apoiar-se no fundo do furo. Qua!!_ do o amestrador ê descido acumulando atrito lateral, o valor-N pode aumentar de atê 50%.

g) Erros nas tomadas de medi das dos comprimentos das hastes e do revestimento: descuido na contagem do numero de golpes e na me dida dos comprimentos de penetração do amestrador. Um erro na medida do comprimento do revestimentos pode fazer com que ele seja descido alêm da profundidade perfurada, ocasionando um aumento considerãvel do Índice de resistência â penetração quando da amostragem desse trecho. Outrossim, pelo motivo de se contar o numero de golpes separadamente para a penetração

65

sucessiva de cada 15 cm do amostrador e, como um golpe não pode ser subdividido, o operador pode distribuir o total do número de golpes erroneamente para cada penetração de 15cm. (por exem­plo: anotando 3/15-4/15-6/15 em vez de 2/15-5/15-6/15, resulta!!_ do um indice 10 ou 11, que no caso de argilas mudaria sua con­sistência de media para rija).

h) Diferença no indice de resistência ã penetração,. quando conside­ra-se o número de golpes para cravação dos 30cm iniciais do amostrador ou aquele necessãrio ã cravação dos 30cm finais do amostrador: em virtude da perturbação do solo logo abaixo do fundo do furo (causada, por exemplo, pela operação de perfura­ção por circulação d'ãgua), ou pelo alivio de tensões (tanto mais pronunciado quanto maior for o diâmetro da perfuração) ou pela migração d'ãgua intersticial na região, esse solo ofere­cerá uma resistência ã penetração do amostrador bem menor do que o solo menos perturbado localizado logo abaixo. Natural­mente, o número de golpes do peso necessário ã penetração dos 15cm iniciais do amostrador serã sensivelmente menor do que a­quele para penetrar os restantes 30cm. Para um certo total do número de golpes para fazer penetrar os 45cm do amostrador, cerca de 23% são para cravar os 15cm iniciais, 33% para cravar os 15cm intermediãrios e 44% para os 15cm finais. Resulta, pois, no segundo caso, um Índice cerca de 1,4 vezes superior ao primeiro critério.

Com relação aos fatores que afetam o valor "N",ineren­tes ao instrumental empregado nas sondagens,tem-se a comentar o seguinte: a) Configuração do amostrador: ê intuitivo que quanto maior as

dimensões transversais do amostrador, ou mais espessa a sua parede, maior serão indice de resistência ã penetração, ma!!_ tidas constantes as demais variáveis operacionais e de apar~ lhamento. Considerando o número de golpes para penetrar a totalidade do amostrador (45cm) a resistência ã penetração do amostrador Raymond ê cerca de 1,3 a 1,7 vezes maior (de­pendendo do tipo de solo amostrado) do que a correspondente obtida pelo amostrador tipo l.P.T.

b) Tipos das hastes de perfuração: há uma enorme variedade de tipos de hastes empregadas, passando de tubos de aço de l" de diâmetro (que por sua vez são encontrados comercialmente

66

em sete tipos diferentes, com pesos variados de 2,19 kg/m ate 2,23kg/m), para haste A (5,64 kg/m), haste B (6,82 kg/m) e ate haste N (7,28 kg/m), ou ainda, conforme tendência re­cente, haste AW (6,52, kg/m). Devido a inercia das bastes, e de se esperar que, aumentando as suas dimensões, maior e­nergia serã dispendida para uma mesma penetração de amostr~ dor no terreno e conseqüente maiores serão os Índices der~ sistencia medidos. Este fator serã, então, mais sensível quanto mais profundas forem as sondagens.

c) Características do martelo de cravação: como o peso estã sus penso por uma corda que por sua vez passa através de uma rol dana, hã sempre resistências atuando (maiores quando a corda for nova) ou quando o diâmetro da corda não condiz com aquele do sulco da roldana. Um fato de enorme importância e a atual tendência dese mecanizar o equipamento fazendo com que o peso seja erguido mecanicamente com auxilio da corda enrolada no cabrestante de um guincho; este vinculo impede que o peso te­nha uma queda livre, tendo como conseqüência ·a obtenção de v~ lares "N" aumentados de 50 ate 100% quando a corda e enrolada uma ou duas vezes no cabrestante, respectivamente. Algumas normas chegam a proibir o emprego de guinchos para elevação do peso de bater (por exemplo, New York State Departament of Public Works). Outro pormenor de importância neste item e a configuração do martelo: uns sao formados por um bloco maciço (de forma cilín­drica ou cúbica) que cai sobre a composição de perfuração guiado por um varão de pequeno diâmetro solidãrio ã face infe­rior do peso; ;.outros são b 1 ocos ci 1 indri cos anel ares - que caem guiados por um tubo-guia que estã solidãrio a haste da compos1çao. Neste Último tipo de martelo as ãreas de contato potencial,onde pode se desenvolver atrito.e de cerca de 30Dcm2·

2 ' --contra 30cm no primeiro martelo. Neste formato, caso o eixo do

tubo-guia não esteja absolutamente centrado com o eixo do martelo, hã durante a sua queda grande perda da energia po­tencial pelo desenvolvimento de atrito.

Cumpre observar que para se obter uma uniformização da altura de queda do martelo, o tipo anelar se adequa mais do que o martelo maciço, parecendo haver uma tendencia nesse sentido.

67

Um martelo desse tipo, por exemplo, ê o Pilcon.

Outro fator ligado ãs características do martelo - refere­se a existência de coxim de madeira engastado na sua parte inferior (no caso do martelo maciço),e que ê a parte que se choca diretamente com a cabeça da composição. Sabe-se que o emprego desse coxim de madeira não ê de uso generalizado, porêm, atê o momento, não hã nenhuma pesquisa feita paras~ ber-se qual a sua influência sobre o Índice de resistência ã penetração. Outrossim, tambêm não ê de.uso generalizado o uso de um pequeno capacete ("cabeça de bater") rosqueado no topo da haste.

dl Diâmetro do tubo de revestimento: entre nõs e mais freqUente o uso de tubo de 2 1/2" de diâmetro, porêm hã casos de seu­sar diâmetros de 4" e 6" (quando preve-se tambêm a extração de amostras indeformadas na sondagem) ou diâmetro NX (88,9mm) e HX (114,3mm), quando a exploração estã associada com perf.!!_ ração rotativa. Na Inglaterra chega-se a utilizar perfura­ção de 8 a 12" de diâmetro. Quanto maior o diãmetro,maior serã a perturbação do solo imediatamente abaixo do fundo do furo, justamente aquele que vai ser amostrado (as proprieda­des mecânicas desse solo são alteradas pela prppria operação de perfuração, pelo alivio de tensões e pela migração de ã­gua), tendo como conseqUência a diminuição da resistência ã penetração. Nas sondagens mais profundas o uso de dnãmetros maiores e hastes mais delgadas aumenta o Índice de resistência ã penetração, pois haverã maior perda de energia devido a maior flambagem das hastes de perfuração. Quando emprega-se tubo de revestimento de menor diãmetro,este impede um maior deslocamento lateral das hastes e conseqUentemente haverã me nor perda de energia Útil.

Relativamente a inflúência das características peculia­res do solo sobre o valor "N" tem-se a comentar o seguinte: a) Em areias finas puras e siltes grossos de baixa compaci­

dade e saturados: o efeito dinâmico de cravação tende a causar localmente, e prÕximo ã ponta do amostrador, o fe­nõmel'IO-da liquefação, resultando um Índice de resistência ã penetração baixo;

68

b) Em argilas muito sensíveis o efeito do amolgamento causado pela prÕpria penetração do amostrador tende a diminuir o valor ".N";

cJ Quando empregam-se hastes muito pesadas na exploração de argi­las de baixa consistência, o peso prõprio da composição provo­ca a penetração do amostrador na argila de uma dezena de cen­t'ímetros o que vem posteriormente modificar o valor "N" aumen tando-o.

d) A presença de pedregulhos esparsos em areias de baixa compacj_ dade pode alterar notavelmente o valor do Índice de resistên­cia ã penetração, causando interpretações errõneas quanto a compacidade do solo principal. Quanto maior for a textura dos pedregulhos portanto, quanto menor a possibilidade dele ser amostrado, maior serão erro do Índice medido;

e) Em solos com alto teor de mica o seu efeito lubrificante ten­de a facilitar a penetração do amostrador, diminuindo o valor "N" independentemente da real compacidade do solo;

f) Em solos colapsíveis o emprego de ãgua na operaçao de perfura­ção diminui sensivelmente o índice de resistência ã penetração podendo alcançar reduções de atê 50%:

Finalmente, o aspecto comercial-econõmico também faz-se refletir na qualidade dos resultados das sondagens executadas (ou executadas parcialmente, quando, então, o problema passa a ser de aspecto moral-policial). Nestes casos é impossível esta­belecer-se se o SPT aumenta ou diminui."

69

IV. TRABALHOS EXPERIMENTAIS

Com a finalidade de se verificar algumas correlações com os valo­res de N para obtenção da densidade relativa e ângulo de atrito interno das a­reias (Capitulos V e VI), foi procedido o acompanhamento das escavações para construção de dois prédios com subsolos, em depõsitos de areia com formações idênticas, e desenvolvida

- • 1' • • -em var,os n1ve1s e pos,çoes em que se dispunha de sondagens, foi a seguinte seqüência de trabalhos:

a) Determinação da densidade "in situ" b) Coleta e caracterização de amostras e) Determinação em laboratõrio do comportamento ângulo de atrito

interno x densidade relativa, sendo os ângulos de atrito obtj_ dos no ensaio de cisalhamento direto. (Ver grãficos dos en­saios no Anexo 6).

Foram adotados os procedimentos de ensaios preconizados por Lambe (1951), com exceção da determinação da densidade "in situ", cujo processo ê des crito no Anexo A.4.

Os resultados obtidos sao apresentados a seguir.

70

-- Silfe Areia fino --1--Areio media -~g~~~~ºa+- Pedregullo -PENEIRAS N9 270200 1,00 100 60 eo 40 30 20 16 10 4 3/~1/2" a~ 1"

" ..,

o

10

20

ao

4--

50

70

1

1

!

1 ' ' I i 1 I

' i I i 1

' 1 /,

I I

I 1 '/ '·, " ,

!1 1,-!

' '

! i 1 1

1

1

'

1

100

90

10

70 o .., e

60 ~

20

10

~

" o.

90

ij/ -1-:::

100 O.OI 0050.075 0.15

a) Análise granulométnca

AREIA CONVENÇÃO

101

103 --- ---

b ) Cara e terização

50

o - 40 ~

ao ~

20

'º

o o 20

-- ~---~ ~

~

--'

40 60 ao NlO

DR%

o o.s 042 o.e 1.2 2.0 4.9 9.& 19 25

DEN&IWlES (g/cm3) VAZIOS GRANULOMETRIA

Kv r;.max r. min. 1. max. .(min. ~.Jmlll ~(- dJmm d50 Cu

2,66 1,78 1,54 o, 73 0,49 0,27 0,55 0,95 0,50 2,00

2,65 1,64 1156 1, 70 0,44 0,25 0,45 0,65 0,42 1,80

- ... FIG.38-CARACTERIZAÇAO E RESISTENCIA /JO CISALHAMENTO DAS AREIAS TESTADAS.

e) Ângulo de atrito x densidade relativa

71

V. OBTENÇAO DA DENSIDADE RELATIVA DAS AREIAS A PARTIR DO S.P.T

Em 1957, Gibbs e Holtz desenvolveram uma pesquisa em laboratõ­ri o procurando obter corre l açoes entre os valores de SPT e Densidade Relativa, levando em conta a influencia da sobrecarga vertical. A pesquisa foi conduzida utilizando um tanque de prova, no qual procuraram reproduzir as condiçoes de campo. Foram testados dois tipos de areia, cujas granulometrias são apresen­tadas abaixo, e durante os testes variaram inclusive a umidade ate a satura­çao, verificando que:

- para arei as secas e Ümi das, a relação DR = f ( N, ff) independe da granul ome­tri a, e

- para as areias saturadas hã uma redução no valor de N, porem nao e aconse­lhãvel a adoção de correçoes para não sobrestimar a Densidade Relativa.

FIG. 39-GRAMJLOMETRIA

DAS AREIAS UTILI· ZADAS POR GIBBS E HOLTZ (1957)

PENEIRAIS

60 19 4 1 200 100 eo !,O 16 8 4 3/8 3/4 11/2 3

'º o >C /~ ..-,

8 o

"' e

~ 6 .. o a.

4

o

o

o

2

o • • O<l05 O.OIO

1

/ 1

' Areia fino , ' I ' I

' ' , 1/

/ ' Areia qrouo

' ' V , e .

--· ' ' 010 10 10

Diôme tro das porticulos

•

20 o "'

40 ~ o:

60 ;fl.

80

1 00

'lã-2 mm

As pesquisas culminaram com a elaboração de um grãfico que cor­relaciona DR= f (N, C), apresentado na figura 40 e que teve modificada sua for­ma de apresentaçao original por COFFMAN (1960), tornando-a mais apropriada para aplicações prãticas, como e mostrada na figura 41.

Schultza e Melzer (1965), apõs 67 ensaios de laboratõrio, tam­bem desenvolvidos em tanques de prova, propõem um outro âbaco para determina­çao da Densidade Relativa em função dos valores de N e da sobrecarga vertical, vãlido para cr = ?Í.H variando entre O e 1,2 kg/cm2, não verificando entretan­to boa concordância com o proposto por Gibbs e Holtz.

72

5 100,----,----,----,---,----,-----, o - ., -- Areia seca ao ar e por -

cialmente dmida. FIG!40- RELAÇAO ENTRE';;; DR, SPT E SO- { ao,i---+--+----+--f---------c

-- - - - Dados do tanque de lobo-BRECARGA (GJBBS

100

lratdrio poro oreio grassa soturada.l 1

E HOLTZ, 1957 ) f so - - - Dados do tanque de labora-·-+--+--+--+-------, êii tório para areia fina satu-

FIG. 41-RESULTADOS DE GIBBS E HOLTZ, COMO APRESEN­TADO POR (COF­FMAN 1960)

~ roda. e. o

~ 4011---+---+---+---P e ~ ~ ~

Terzaghi and Peck(l948 )

.:! 20>1---+---+--

o o 20 40 60 eo 100

Densidade relativa o 15 35 •• 85 100

1 ~f'aº J fofo 1 médio l densa 1 ~:'~:, 1

õ o

~

~ 1sl------1rt-\----\--+----\-~c\--c---!J---+---",----1--+--- I

SPT ( golpes/30cm)

Segundo os dados obtidos por Schultze e Melzer, a relação entre D.R., N e ô.H pode ser traduzida pela relação seguinte:

DR= 0,317. log.N- 0,226 .~. H ! 0,067 ( 13)

Bazaraa (1967), inicialmente apresenta os diversos critêrios disponíveis para correlacionamento entre Densidade Relativa e a resistência a penetração (N), independente dos efeitos de sobrecargas, e que são resumidos no quadro a seguir apresentado.

73

DENSIDADE RELATIVA N

Terzaghi & Peck Burmi ster - U S B R Meyerhof

o - 4 muito fofa - 15% 20% 4 - 10 fofa, 40% 15% - 30% 20% - 40%

1 O - 30 media 40% - 70% 35% - 65% 40% - 60% 30 - 50 densa 70% - 90% 65% - 85% 60% - 80%

50 muito densa 90% 85% 80%

QUADRO VIII - AVALIAÇAO DA DENSIDADE RELATIVA A PARTIR APENAS DO SPT, SEGUNDO DIVERSOS AUTORES

A seguir analisa o efeito da sobrecarga, jã apresentado por ou­tros pesquisadores, observando a boa concordância er:i.tre os resultado~ .. de Gibbs e Holtz (1957) e os de Schultze e Menzenbach (1961).

Bazarra analisou algumas series de dados, provenientes de regiões diferentes, verificando que a relação de incrementos de N com a profundidade varia de uma regi ão para outra, dependendo, como ê evidente, da densidade re-1 ativa.

Observando o ãbaco de Gibbs e Holtz (1957), Bazaraa verifica que o mesmo pode ser traduzido aproximadamente pela fÕrmula

N = 20.DR2•5 ; 10.DR2.p-- ( 14 ) d k . / ~2 sen_o p em 1ps pe .

No entanto esta fÕrmula prevê, para p = 1,5 kips/pê 2, um valor

mãximo de N = 35, não condizente com os, resultados. pvãti cos.

Com base em suas observações, Bazaraa propõe a equação abai_xo, que concorda me 1 hor com os dados de campo:.

2 N = 20.DR .(1 + 2.p) (15)

Notando que a relação DR x N proposta por Terzaghi & Peck (1948) corresponde a sobrecargas entre 1 e 2 Ksf, e observando a existência de muitas Densidades Relativas acima de 100%,quando previstas oelo critêrio de Gibbs e

74

Holtz ~ que sua proposição sobrestima a DR para altas sobrecargas, introduz

as seguintes correções na equação;

2 . / -2 N = 20,DR .(1 + 2.p) para p < 1,5 k1ps pe ( 16 )

N = 20.DR2.(3,25 + 0,5.p) para p)l,5 kips/pê2 ( 17 )

O conjunto das equações corrigidas acima moldou-se melhor aos dados de campo, e ê apresentado graficamente na Figura 42, juntamente com as curvas apresentadas por Gibbs e Holtz.

Finalmente Bazaraa (1967) verifica que o mêtodo proposto apre­senta resultados mais coerentes com os dados reais que aqueles obtidos com o

mêtodo de Gibbs e Holtz (1957).

No "State-of-the-Art" apresentado ao IV Congresso Panameri cano

de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, em Porto Rico, 1971, Victor de Mello, analisando os testes desenvolvidos por Gibbs e Holtz (1957), aborda o aspecto SPT e (í' como indicativos da Densidade Relativa para as duas areias

ensaiadas.

Acredita o autor que para uma dada areia haverâ uma relação 'f = f( DR), e que para duas arei as ,que sejam similares em 'f' = f( DR1 qual quer fenômeno que seja dependente de 'f' serã facilmente correlacionâvel para DR e vâlido para as duas areias.

Com relação a hipõtese de que, por analogia, (SPT, <r) para areias similares fornecerão a mesma relação para a Densidade Relativa, Victor de Mello põe em evidência, para quaisquer testes semelhantes ao de Gibbs e Holtz (1957), as seguintes questões;

- atê que ponto os valores de cr aplicados são anâlogos aqueles que prevalecem na base de uma sondagem no momento da medida do SPT;

- atê que ponto são os<rv significativos para a resistência a penetração do amostrador, uma vez que as mais importantes tensões em jogo devem ser as horizontais e que podem ser afetadas por prê-compressão, etc., e

- atê que ponto o SPT, medido nos testes com zero hastes são anâlogos ao SPT em vârias profundidades numa sondagem real.

,. ~

U)

!; ;:: UJ IL UJ

U) .. <O o:: .. u UJ o:: 1D

2

75

SPT (golpes/30cm)

O O 4 10 20 30 40 60 60 80 100

o 7,!

,o

15

20

25

!O

!5

----•o1, M'édlo ' \ 'e ~nsa ' Muito Densa '\.

\ ~•1(0%

"\.

1 1 \',, ', \ 1 \ \ ', \

-- e-l++-+-r+----1---\-h-<15-%----___:._,.-!--''<---~1 \ \ \ \ •,, V i,.~%

' 1 1

' las% 1

\ 1 1 \ss% Valores ao lado das curvas 1

401--11-+----++---+--+-+--+--t----; denotam densidades relativa

l--4-ll-1-41---1-----+--l-----+--II - - -Gibbs - Holtz (1957) 1 • s 1--Curvas propostas .

,s, \ 50L-Jc__J__ _ _]_ _ _L _ ___. __ _.l __ L..._~~-----"

FIG. 4 2 - PROPOSIÇAO DE BAZARAA ( 1967) PARA AVALIAÇP(J DE D.R.

76

Apôs comentar os itens acima, apresenta o grafico de Gibbs e Holtz, no qual sâo lançados dados de sondagens em areias com !f = f(DR) anâlo­go as areias de Gibbs e Holtz, observando que, para uma mesma Densidade Rela­tiva, os valores de SPT reais sâo mais baixos que os previstos com utilizaçâo do grãfi co.

Finalmente, com relaçâo a hipÕtese que por analogia (SPT, <í)

serã indicativo da Densidade Relativa de depositas naturais de areias em ge­ral, Victor de Mello observa que o fato de algumas areias permitirem satisfa­tõrio uso da relaçâo DR= f(SPT, (") nâo constitui uma prova da dependência do SPT em DR como principal parâmetro, pois que qualquer areia com uma relaçâo 'f'= f(DR) parecida, facilmente se enquadraria nos resultados.

Por outro 1 ado, se os parâmetros predominantes forem de res is­tenci a ao cisalhamento, e ao que parece nâb hã uma relação 'f = f(DR) universal, nâo poderã ser satisfatôria uma função DR= f(SPT, 6") para todas as areias.

Gibbs (1971), propondo-se a uma revisâo dos critêrios disponí­veis para determinação da Densidade Relativa das areias, a partir do SPT, tece inicialmente comentãrios gerais a cerca da aceitaçâo universal de sua propos..!_ ção original (Gibbs e Holtz, 1957), e apresenta resultados que parecem reafir­mar sua.validade, concluindo que as comparações desenvolvidas mostram nâo ha­ver razões para modificações no critêrio original e nâo recomendando quepes­quisas sejam desenvolvidas no sentido de refinã-lo com complicações que levem em conta efeitos de pequenas variações, tais como graduaçâo e umidades das arei as.

Sobre as correlações DR= f(N,0-), os pontos chaves, atê o pre-sente, sao:

- as proposições de Gibbs e Holtz (1957); - as modificações propostas por Bazaraa (1967), e - interpretações de Victor de Mello (1971), que poem em duvida o fato de ser

ou nao a Densidade Relativa o fator determinante de N x q-".

Foram entâo conduzidas duas sêries de medidas da densidade "in situ" em vãrios níveis das escavações em dois depÕsitos naturais de areia e coletadas amostras para ensaios de caracterizaçao, determinaçâo de 'fmax, ~mine cãlculo das Densidades Relativas.

77

As densidades relativas obtidas nos vãrios nTveis das escavações foram associadas aos perf1s de sondagens, e o conjunto de valores N,<fe DR, quando plotados nas formas apresentadas por Gibbs e Holtz (1957) e Bazaraa (1967), como mostrado na Figura 43, evidenciou que, ao menos para as areias ensaiadas (areias 101 e 103), as Densidades Relativas determinadas nos depõsi­tos naturais apresentaram melhor concordância com aquelas previstas a partir das modificações introduzidas por Bazaraa na proposição original de Gibbs e Holtz.

Por outro lado, os dados obtidos apresentaram- mais coerentes com o critêrio adotado pelo U.S.B.R. para avaliação da densidade relativa levando

em conta apenas os valores do SPT.

As observações acima, juntamente com os comentãrios de Victor de Mel lo, se associadas ao fato evidenciado na 2~ parte do presente trabalho, de que parece não haver uma relação f=f(DR) vãlida para todas as areias, indicam não ser precisa a determinação da Densidade Relativa a partir dos valores de SPT e~- Entretanto, dentre os critêrios disponTveis, parece ser mais indicado o proposto por Bazaraa (1967).

Os poucos dados manipulados e o fato das duas areias serem prove­nientes de depõsitos semelhantes, não são suficientes para responderem a ques­tões tais como:

- não serão ambos os critêrios vãlidos, Gibbs e Holtz (1957) e Bazaraa (1967),

dependendo das caracterTsticas das areias e/ou do processo de formação do depõsi to;

- serã da Densidade Relativa o fator determinante da relação entre SPT e (f, e - qual o grau de influência, nos resultados obtidos, dos processos envolvidos

na determinação de Õ "i n s itu", o max e õ min, se ê sabido ( Tavenas e outros, 1973) que pequenas variações nos valores desses parâmetros acarretam varia­çoes sensTveis na Densidade Relativa.

Alem disto, a bibliografia reportada sugere que as pesquisas, no sentido de determinar provãveis correlações entre DR,SPT e ,devem ser conduzi­das com dados reais de campo e tornam imprescindíveis a normalização dos ensaios ênvolvidos,bem como da prÕpria Sondagem a Percussão,que ê uma das razões pela

qual a Proposta de Normalização apresentada por Teixeira (1974) deve ser endos sada.

78

•

11 --+--+-----+-+H~ 1 \; \ ! \ ~ ,\ \ \ \

12 -1------f---------'f--+.Jfl----l·-l----~t-r--~--\--!---~--\-\--+----;--~\-+-~~----f.~-;------l

; • '1 \' \ \\ \ \ \ \

13--1--l-------l-+-4+-~++-~---+ . -- , \- \ ,I\ ·1--'-\--1-~~'\-=--=-:-=-:\: 14 ~

~. 1 \ \ ·~ \ .\ \ \ 10~--l....~.J..4--.J.L-..L.J...----f.---'L___~J---L---'--~-f,~>---l'---j------"~--+--~~-"l

o 10 20 30 40 60

FIG. 43-VERIFICAÇÃO DAS PROPOSIÇÕES DE GIBBS E HOLTZ (1957) E BAZARAA ( 1967) PARA

AVALIAÇÃO DA DENSIDADE RELATIVA DE AREIAS.

70

SPT

VI

79

OBTENÇAO DO ÃNGULO DE ATRITO INTERNO DAS AREIAS A PARTIR DO

S.P .T.

Apõs comentar os testes desenvolvidos por Gibbs e Holtz (1957),

Victor de Mello (1971) observa

"O incremento na resistência a penetração, resultante de um in­cremento da sobrecarga, parece ser relacionado com a resistência ao cisalha.­menta, uma vez que esta cresce nas areias proporcionalmente a sobrecarga"

e assumindo que o SPT possa ser interpretado com relação a uma equação de resistência da forma s = e + <r.Tg 'f , para valores de ir variã­veis, obtem apõs tratamento estat1stico dos dados disponiveis, a seguinte e­

quaçao:

SPT = 4 + 0,015.~g~ [tg2( :+ ir12i 1.Tg'f_ ,] +(". Tg2 (,~ + 'f/2) .P-

11· tg Y\ 8,7

( 18)

Comenta a seguir o espalhamento de dados verificados quando se compara 'f = f(SPT, <r ), com o valor obtido em ensaios Triaxiais, observando que, se vãlidas, as correlações apresentadas tendem a sobestimar os valores

do. ãngulo de atrito. Moreira (1973), desenvolvendo pesquisas na COPPE - UFRJ, obteve

os resultado mostrados na figura 44, e apresenta os fundamentos teõricos, descritos a seguir, para a relação entre SPT, profundidade e ãngulo de atrito interno de solos arenosos.

Sendo o valor do S.P.T., em uma certa profundidade, representatj_ vo da energia necessãria para vencer o atrito entre as paredes de um tubo e o solo quando aquele penetra 30 centimentros, ê de se esperar as seguintes

relações:

S.P.T = B.p a

P a= Ph tg 'f de

Ph= KPv 1/'dc= n 'f

S.P.T = B K Pv tg (n ~, S.P.T = D pvtg (n t) onde D= B.K Sendo D, B e n = constantes a determinar que dependem do equipa-

mento, do amestrador e do prõprio solo.

80

P a = tensão cisalhante media que ocorre devido ao atrito entre a parede do amostrador e o solo

Ph = pressão horizontal media na parede do amostrador K = coeficiente de empuxo Pv = pressão efetiva vertical ºde = ângulo de atrito mobilizado entre o amostrador e o solo o = ãngulo de atrito interno do solo.

Da ~quaçâo l og SPT

p, V

proposta teremos:

= log D+ log (tg n•)

Por outro lado pode ser verificado que para o intervalo de ângulos de atrito entre 20 e 40°a função:

onde

teremos:

ou

l og ( tg n 'f) = e + E ( n ~)

C e E são as constantes da reta obtida neste grâfico. Desta forma

l SPT og

log

Pv SPT

pv

= log D+ e+ E n ~

= F + G f - (Relação a ser definida).

Note-se que ao introduzir constantes que dependem do equipamento e do solo, Moreira (1974) admite que mesmo para areias com iguais porcentagens de finos (silte + argila) a relação poderã ser ou não unica.

Plotando-se os dados obtidos para as areias 101 e 103, obteve-se boa concordância com a formulação acima apresentada, Figura 44, observando-se que as curvas medias são distintas para cada areia e diferentes daquelas re­sultantes do trabalho original, constituindo-se em boa indicação de que, sen­do valida a formulação, a relação Y'= f(SPT, Cf') não serâ unica, mesmo para areias com iguais porcentagens de finos como e o caso das areias 101 e 103.

A tentativa de plotar os mesmos dados no sentido de verificar a equaçao ( 18), apresentada por Victor de Mello, conduziu a um espalhamento tal que impossibilitou qualquer evidencia que favorecesse a sua validade.

Finalmente, ã luz dos dados analisados, parece ser coerente o tipo de formulação apresentada por Moreira (1974) visando a obtenção do ângulo de atrito interno dos solos arenosos a partir do SPT e da profundidade.

46

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42

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38

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1.--'" 7 o - AREIA METRÕ·RIEl i---- '"' o / (MOREIRA, 1973)

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FIG.44-TENTATIVA DE OBTENÇÃO DE lf A PARTIR DO SPT, CONHECENDO-SE A PRESSÃO VERTI­CAL EFETIVA.

SPT

cr !

-

-

82 VII. CONCLUSÕES

O tema Correlações com o SPT e bastante polemico e carece de es­tudos bastante profundos.

No entanto, hâ uma tendencia, no meio pratico, de adotar a pro­posiçã·o de Gibbs e Holtz (1957), para avaliação,das densidades relativas, tal vez ate por ser esta proposição mais difundida e explorada que outras.

Por outro lado, os poucos dados de campo trabalhados, ofereceram resultados que mais se aproximaram daqueles estimados de acordo com as modifj_ cações propostas por Bazaraa .(1967), porem estes dados, por si sõ, não são su­ficientes para se constitui rem em indicação conclusiva quanto a proposição mais coerente.

Ainda sobre a avaliação da densidade relativa das areias, resta a possibilidade de serem vãl idas as proposições, Gi bbs e Ho ltz ( 1957) e Bazaraa ( 1967) ,e que esta va: li dade pode rã depender das caracteristi cas das arei as e/ou do processo de formação do depõsito arenoso.

A avaliação do ângulo de atrito interno das areias, a partir do SPT, trata-se de um dos aspectos menos enfocados, e no entanto a anãlise dese.!! volvi da parece evidenciar a possi bi 1 idade de correlações com este objetivo.

Um outro aspecto que merece ser observado, afim de se evitar erros acumulados, e que as correlações devem ser tentadas visando o parâmetro de interesse, evitando-se, por exemplo, que se obtenha o ângulo de atrito das areias a partir da densidade relativa estimada pelos resultados de sondagens, pois erros ou imprecisões nesta estimativa refletem-se diretamente no valor de r, o que não e desejâ ',e l .

Finalmente, acredita-se ser bastante oportuno um estudo teórico completo, analisando inclusive que parâmetros ou características das areias governam o. fenômeno dinâmico da. penetração do amostrador e ate que ponto os fa­tores que influenciam a medida da resistencia a penetração podem comprometer as vârias formas de correlações.

ANEXOS

ANEXO l

REFERÊNCIAS 8/Bl!OGRAFI­CAS

83

A N E X O 1

REFERtNCIAS B IBLI OGRÃF I CAS

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- ARCE, C.M., TORRES, F.L. ANO VERCELLI, H.J. (1971) "Experiências Comparadas com El E.N.P." - Proceedings, 4th Pan­american Congress on Soil Mechanics and Foundation Engineering,

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- ASTM, (1969) "Standard Method of Test for Relative Density of Cohesionless Soils" - Designation: D-2049-69

- CAPUTO, H.P. (1973) "Mecância dos Solos e Suas Aplicações" - Livros Têcnicos e Cien­tíficos Editora S/A, 3~ ed., Rio de Janeiro

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84

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4th Panamerican Congress on Soil Mechanics and Foundation

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85

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- NOWATZKI, E.A., (1971)

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- OSTERBERG, J.O. AND VARAKSIN, S., (1973)

"Determination of Relative Density of Sand Below Groundwater

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Role in Geotechnical Projects involving Cohesionless Soils,

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- PETTIBONE, H.C. AND HARDIN, J., (1964)

"Research on Vibratory Maximum Density Test for Cohesionless

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- PINTO, C.S., (1974)

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- REGINATTO, A.R., (1971)

"Standard Penetration Tests in Collapsible Soils" - Proceedings

4th Panamerican Congress on Soil Mechanics and Foundation

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- RODI N, S. ET AL. , ( 197 4)

"Penetration Testing in United Kingdom" - State-of-the-Art,

Proceedings Esopot, Stockholm, Vol. I, 139-146

86

- ROWE, P.W., L. BARDEN, ANO I.K. LEE, (1964)

"Energy Components duri ng the Tri axi a 1 ce 11 and Oi rect shear

Tests" - Geotechnique, Vol. 14, nQ 3

- SANGLERAT, G., (1967)

"El Penetrometro y el Reconocimiento de los Suelos" - Servicio

de Publicaciones, Ministêrio de Obras Publicas, Madrid

- SANGLERAT, G., (1974)

"Penetration Testing in France" - Proceedings Esopot, Stockholm,

Vol. I, pp. 47-57

- SCHMERTMANN, J. H. , (197 4)

"Penetra ti on Tes ti ng i n U. S .A." - State-of~the-Art, Proceedi ngs

Esopot, Stockholm, Vol. I, pp. 217-218

- SELIG, E.T, ANO LADO, R.S., (1973)

"Evaluation of Relative Density Measurements and Applications",

ASTM-STP-523 - Evaluation of Relative Density and its Role in

Geotechnical · Projects involving Cohesionless Soils", pp. 487-504

STEFANOFF, G., ANO BEJKOFF, M., (1974)

"Penetration Testing in Bulgâria" - State-of-the-Art, Proceedings

Esopot, Stockholm, Vol. I, pp. 19-25

- SUGUID, K., (1973)

"Introdução ã Sedimento 1 ogi a" - Editora Edgard B1Uchr L tda.,

Ed. da Universidade de São Paulo, SP

- TASSIUS, T.P. & ANAGNOSTOPOULOS, A.G., (1974)

"Penetration Testing in Greece" - State-of-the-Art, Proceedings

Esopot, Stockholm, pp. 65-68

- TAVENAS, F.A., LADO, R.S., ANO LA ROCHELLE, P., (1973)

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Compara tive Tes t Program" - ASTM-STP-523 - Eva 1 uati on of

Relative Density and its Role in Geotechnical Projects involving

Cohesionless .soils, pp. 18-60

87

- TEIXEIRA, H.T., (1974) "A Radronização da Sondagem de Simples Reconhecimento" - Anais do V Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos - São Paulo, SP

- TERZAGHI, K., ANO PECK, R., (1967) "Soil Mechanics in Engineering Practice", 2nd ed., John Wiley &

John Wiley & Sons, Inc., New York

- WADELL, H., (1932) "Volume, Shape and Roundness of Rock Particles" - Journal of Geology, nQ 40, pp. 443-451

- WEBB, D.L., (1974) "Penetration Testing in South Africa" - State-of~the-Art, Proceedings Esopot, Stockholm, Vol. I, pp. 201-215

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ANEXO 2

SUGESTÕES PARA PESOUl­·SAS

l.

88

ANEXO 2

SUGESTOES PARA PESQUISAS

Pesquisa para normalização dos métodos para determinação das de~ sidades mãximas e mínimas das areias, verificando inclusive o efeito dos golpes e tamanho do molde em areias contendo pedregulho.

2. Verificar a va 1 idade para outras arei as do cri têri o para ava 1 ia-ção do comportamento ângulo de atrito x densidade relativa, a partir da sugestão apresentada.

Para as areias estudadas analisar a influencia de características tais como forma, dureza e rugosidade dos grãos.

3. Analise teõrica da penetração do amostrador nas sondagens a per­cussao, levando em conta tratar-se de fenômeno dinâmico e considerando todos os

- -

fatores que interferem na medida da resistência a penetração. Bons pontos de partida são os trabalhos de E.A. Nowatzki - "A theoretical Assessment of the SPT" e o "Sta te of the Art", de Victor F. B. de Me 11 o, ambos apresentados ao 49 Congresso Panamericano de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, em 1971 - Porto Rico.

ANEXO 3

PROPOSTA DE NORMALIZA­ÇÃO DE PROCEDIMENTOS PARA DETERMINAÇÃO DAS DENSIDADES MAX/MAS E M/NIMAS DAS AREIAS

1.

89

ANEXO 3

PROPOSTA DE NORMALIZAÇIIO DE PROCEDIMENTOS RARA DETERMINAÇIIO DAS DENSIDADES MJ\XIMAS E MfNIMAS DAS AREIAS

OBJETIVO

Descrever o equipamento e processos de execuçao de ensaios e cãl culos para determinação das densidades mãximas e mínimas das areias.

2.

2. 1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

3.

3. l

3,2

EQUIPAMENTOS

Proveta de 2.000cm3, graduada.

Equipamento reduzido para moldagem de de solo-aditivo (Fig.1).

Balança com capacidade de 5.000g e sensível a O,lg.

Colher de jardineiro.

Rêgua de aço.

Quarteador de amostras.

PREPARAÇIIO DAS AMOSTRAS

Deixar secar a areia em condições naturais.

Atravês de quarteamento sucessivo, preparar as amostras, de acorido com as seguintes quantidades e objetivos.

3.2.1 Preparar uma amostra com l .00Dg, para determinação da densidade mãxima.

3.2.2 Preparar três amostras, de aproximadamente 200g cada, para deter­minação da densidade mãxima.

4.

4. 1

4. 1 • l

4. 1. 2

ENSAIO

Determinação da densidade mãxima.

Colocar a amostra, de l.OOOg, na proveta graduada de 2,000cm3.

Tampa-se a proveta.

4. l . 2

4. 1.3

4.1.4

4. 1.5

4.1.6

4.2

4.2.l

4.2.2

4.2.3

4.2.4.

4.2.5

4.2.6

4.2.7

4.2.8

4.2.9

5.

5. l

90

Tampa-se a proveta.

Emborcar a proveta, contendo a amostra, e, em seguida, volta-a ·ã sua posição original, sem provocar impacto no sistema e gastando nesta operação aproximadamente um segundo.

Em seguida registrar o volume mêdio da amostra na proveta (Ym), atravês da leitura direta da escala em cm3 da prôpria proveta.

Repetir as operaçoes descritas em·4.l.3 e 4.1.4, por mais duas vezes.

Anotar o maior dos 3 volumes mêdios obtidos nas operações ante­ri ores (Vm ) . . ·max

Determinação da densidade mãxima

romar uma das amostras de 200g, preparadas em 3.2.2.

Desta amostra, colocar 60 a 70g ( l? camada) no cilindro molde do equipamento reduzido.

Com o soquete próprio do equipamento (Fig.l), compactar a primeira camada com 5 golpes.

Colocar mais 60 a 70g da amostra no cilindro (2? camada) e com­pactar com 10 golpes do soquete prõprio.

Colocar a ultima camada, 60 a 70g, no cilindro e compactar com 20 golpes do soquete.

Retirar o colar do cilindro.

Com a regua de aço razar o topo superior da amostra.

Pesar a areia compactada no cilindro.

·Repetira seqUência 4.2.l a 4.2.8, para as outras duas amostras, e anotar o maior dos pesos (Ps max), obtidos apõs completar a se­qUência com as 3 amostras.

CÃLCULOS

Câlculo da densidade m·ínima.

5.2

91

Dividir o peso da amostra (l.OOOg) pelo maior volumemêdio (Vm max) obtido em 4.1.

os . =.l.OOOg mm

v~ax Vm max em cm3

Câlculo da densidade mãxima 3 Dividir o Ps max, obtido em 4.2., pelo volume de 98,13cm, corres-

pondente a amostra compactada.

õ' s = Ps max rnax 98, l 3crn3 '

Ps max em g.

o o <X>

"' --y-

1

o "' "'

-'-

92

A

.f) 20

~i~ BASE DE MOLDAGEM

1, 5

1 1

lo

240

90 1 90 1 1

/"wy.sO 1~ DETALHE DA PEÇA A

íill --

1

o "' -

PESO

o MOVEL _.,_

<X> 2.250 g

@) i: "' 40 ,._

A CILINDRO E SOQUETE

1,5 COLAR 1, 25

· EQUIPAMENTO REDUZIDO PARA MOLDAGEM

DE SOLO-ADITIVO .

FIGURA l

ANEXO 4

PROCEDIMENTO ADOTADO PARA DETERMINAÇÃO DAS DENSIDADES " IN SITU "

93

ANEXO 4

Procedimento adotado para determinação da densidade "in situ" das areias, com emprego de Õleo.

l - Aparelhagem: a) Prove'ta de 1000 ml. graduada. b) Bandeja quadrada de alumínio, com cerca de 30cm de lado e bordos com

5cm de altura, possuindo um orifício circular no centro de 12cm de diâ­metro.

c) Colher de jardineiro d) Espãtula e) Nível de pedreiro f) Õleo SAE 50 g) Balança com capacidade de 5000gr sensível a 0,lg. h) Estufa i) Frascos de vidro para guarda de amostra.

2 - Procedimento: a) A superfície escolhida para receber a bandeja era nivelada, de modo a

tornã-la o quanto possível plana e horizontal. b) A bandeja. era a.ssentada na superfÍ ci e preparada e, com o auxilio da

colher de jardineiro, era procedida a abertura da cavidade limitada pelo orifício central da bandeja, recolhendo-se o material extraido e acondicionando-o no frasco de vidro. A cavidade obtida tinha de 10 a 15cm de profundidade.

c) Vertia-se o Õleo na proveta e aguardava-se o seu assentamento, o que ocorria em torno de 15min,anotando-se o nível do Õleo inicial na proveta.

d) Vertia-se parte do Õleo da proveta na cavidade preparada, ate que este se nivelasse com a superfície preparada apôs o que colocava-se a proveta em repouso aguardando mais uma vez o assentamento do Õleo, e registrando­se o nível final do Õleo.

e) A diferença entre os níveis inicial e final, fornecia o volume da cavidade.

94

f) O material recolhido e acondicionando no frasco de vidro era colocada na estufa e aprox. 105°c, durante 24 horas, apos o que procedia-se a sua pesagem.

g) A divisão do peso seco do material extraído pelo volume da cavidade fornecia a densidade aparente seca da areia.

'

ANEXO 5

SUGESTÃO PARA NORMALI­ZAÇÃO DAS SONDAGENS A PERCUSSÃO

95 A N E X O 5

M[TODO DE EXECUÇAO DE SONDAGENS DE SIMPLES RECONHECIMENTO DOS SOLOS

(PROPOSTA DE NORMALIZAÇAO APRESENTADA POR ALBERTO HENRIQUE TEIXEIRA EM 1974, AO V CONGRESSO BRASILEIRO DE MECÂNICA DOS SOLOS).

l. OBJETIVO

2.

2. l

O método descreve o equipamento e o processo de execução de sondagens de simples reconhecimento, também denominadas de sondagens a percussao, cuja finalidade é a exploração, amostragem e identificação dos solos por perfuração para fins da Engenharia Civil.

EQUIPAMENTO

O equipamento padrão deverã ser composto dos seguintes elementos prin­cipais: tripé com roldanas, tubos de revestimento, hastes, barriletes­amostradores, martelo para cravação do amestrador, bomba d'ãgua motor.:!_ zada, peso saca-tubos, baldinho, trêpano de lavagem, trado concha, tri do espiral, medidor de nível d'ãgua, metro de balcão, recipientes para amostras e ferramentas gerais necessãrias ã operação normal do equipa­mento. Opcionalmente, o equipamento poderã ter guincho motorizado e Si rilho manual.

2.2 Os tubos de revestimento deverão ter diâmetro interno mínimo de 66,5mm {diâmetro nominal do tubo de 2 1/2").

2.3 O trado concha deverã ter 100mm de diâmetro, no mínimo.

2.4 O trado espiral deverã ter diâmetro mínimo de 58mm e mãximo de 62mm.

2.5 O trépano, também denominado peça de lavagem, serã constituído por pe­ça terminada em bisele dotado de duas saídas laterais para ãgua. O d.:!_ âmetro do trépano ser-a de 62mm.

2.6 A composição de perfuração serã constituída por haste "A" (tubo de aço de diâmetros externo e interno de 41,3mm e 28,6mm, respectivamente, e

96

peso de 5,6kg/m). As hastes deverão estar bem retilíneas, dotadas de roscas em bom estado e com os niples bem apertados, quando em uso. As hastes serão utilizadas, tanto acopladas ao amos trador como ao trepa­no de lavagem.

2.7 O barrilete amostrador a ser utilizado, .de diâmetro externo de 50,8mm deverã ter rigorosamente a forma e dimensões indicadas na Figura 1. A sapata ou bico do amostrador sera de aço duro, devendo ser substitui­do sempre que se encontrar danificado. A cabeça do amostrador deverã ter dois orifícios de 12,5mm de diâmetro e conter interiormente, vãl­vula constituída por esfera de aço inoxidãvel. O corpo do amostrador sera bi-partido.

2.8 O martelo para cravação da composição (peso de bater) consistirá de.!!. ma massa de 65kg, conforme pormenorizado na Figura 2. Encaixado na Pª.!: te inferior do martelo haverã um coxim de madeira dura. O martelo te-

3.

3 .1

rã uma haste maciça fixada a sua tralização de sua queda, na qual

parte inferior para assegurar a cen-haverã uma

de 75cm, contados a partir da base do peso. marca visível, distante Sobre o topo da haste de

perfuração serã colocada a cabeça de bater, a qual receberão impacto direto do martelo.

PROCESSO DE PERFURAÇAO

As sondagens serão iniciadas utilizando-se o trado concha ate a profu.!1._ didade de lm, seguindo-se a instalação de um primeiro segmento do tubo de revestimento ate essa profundidade.

3.2 O trado espiral serã utilizado no avanço posterior do furo ate se atin giro nível d'ãgua. Em casos especiais, quando o avanço da perfuração com emprego do trado espiral for inoperante, passa-se para o metodo de perfuração por circulação de ãgua ou lavagem.

3.3 Abaixo do nível d'ãgua a perfuração sera procedida por circulação dei gua (ou por lavagem), utilizando-se o trepano de lavagem e a bomba d'i gua. A operação consistirá da elevação do trepano de cerca de 30cm e sua queda serã acompanhada de movimento de rotação imprimido manualme.!1. te pelo operador. Toda vez que a composição for descida no furo de son

97

dagem ela deverã ser medida com a precisão de um centímetro.

3.4 Caso a parede do furo se mostre instãvel, é obrigatõria para amostra­gens subseqUentes, a descida do tubo de revestimento ate onde se f':i.zer necessãri o. Os tubos de revestimento quê forem' sendo ,conectados,, devem ser medidos com precisão de um centímetro. Atenção especial deve ser dada para não descer o tubo de revestimento a profundidades abaixo do fundo do furo aberto. Em casos especiais de sondagens profundas em solos instãveis, onde a descida e/ou a posterior remoção dos tubos de revestimento for problemãtica, poderão ser empregadas lamas de estabi­lização em lugar do tubo de revestimento.

3.5 Durante a operação de perfuração deverão ser anotadas pelo operador as profundidades das transições de camadas detectadas por exame tãctil-vi, sual e da mudança de coloração dos materiais trazidos pelo trado espiral ou do produto de lavagem, na boca do furo.

3.6 Durante todas operações da sondagem deve-se manter o nível d'ãgua no interior do furo em nível igual ou superior ao nível do lençol freãtico. Atenção especial deve ser dada quando da retirada da composição das has­tes do interior do furo.

3. 7 Nos equipamentos mecanizados o guincho ou o cabres tante serão uti 1 i zados somente para as operações descritas nos Artigos 3.3 e 3.4, durante are­tirada do tubo de revestimento acionando o peso saca-tubos e durante a descida ou subida da composição das hastes.

4.

4. 1

AMOSTRAGEM E ENSAIO DE PENETRAÇAO

A cada metro de perfuração, a contar de 1 metro de profundidade, serao obtidas amostras dos solos por meio de barrilete amestrador. O amostra­dor deverã penetrar livremente no furp previamente executado até a cota de amostragem pelo uso do trado espiral ou por circulação de ãgua, e até ser apoiado suave~ente no fundo do furo. Deve-se assegurar que a extre­midade inferior do amestrador se encontre na cota desejada de amostragem. Para tanto a composição das hastes deve ser medida com precisão de um centímetro cada vez que ela é descida no furo.

4.2 O martelo serã apoiado suavemente sobre a composição das hastes, anotan

98

4.2 O martelo será apoiado suavemente sobre a composição das hastes, ano­tando-se a eventual penetração observada.

4.3 O martelo será erguido manualmente com auxílio de corda flexível e rol dana ate a marca de 75cm existente na sua haste. Os eixos de simetria verticais do peso de bater e da composição de hastes deverão ser rigo­rosamente coincidentes.

4.4 O ensaio de penetração consistirã na cravação no solo, do barrilete amostrador através de quedas sucessivas do martelo. Não tendo ocorrido penetração igual ou maior do que 45cm no procedimento descrito no Arti­go 4.2, inicia-se a cravação do barrilete através da queda livre do martelo. Cada queda livre do martelo corresponderã a um golpe e serão aplicados tantos golpes quantos forem necessários ã cravação de 45cm do amostrador. Será anotado separadamente o numero de golpes necessãrio ã cravação de cada 15cm do amostrador. Para tanto, serão assinaladas com giz, o trecho da composição de hastes que permanece acima do topo do tubo de revestimento, tres segmentos de 15cm cada um, a contar da boca do tubo de revestimento. Caso ocorra penetração maior do que 15cm, sob a ação de um sõ golpe, esta será anotada.

4.5 Precauções especiais deverão ser usadas para se evitar perdas de energia de cravação por atritos, sendo vedado o emprego de guincho ou de cabres­tante para elevação do martelo.

4.6 A penetração obtida conforme descrito no Artigo 4.2 corresponderã a zero golpes.

4.7 O processo de perfuração por lavagem associado aos ensaios penetrometri­cos serã utilizado ate onde se obtiver nesses ensaios o total de 60 gol­pes por ensaio, observadas as seguintes condições: a) a sondagem avançarã ate o máximo de lm em solo quando a penetração

do amostrador for inferior a 15cm em cada ensaio; b) a sondagem avançarã ate o máximo de 2m em solo quando a penetração

do amostrador for entre 15 e 30cm em cada ensaio; c) a sondagem avançará ate o máximo de 3m em solo quando a penetração

do amostrador for entre 30 e 45cm em cada ensaio. Caso haja necessidade técnica de se continuar a investigação do sub-solo em maiores profundidades, a perfuração será prosseguida por metodo rota­tivo apõs entendimentos entre as partes interessadas.

99 4.8 As amostras obtidas serão acondicionadas em recipientes dotados de ta_!!!

pas herméticas, e de dimensões tais que permitam receber, pelo menos, um cilindro de solo de 8cm de altura colhido "intacto" do interior do amos trador.

4.9 Não havendo recuperaçao da amostra pela operação descrita no Artigo 4.1,

na operaçao imediata de avanço do furo~por lavagem deverã ser colhida separadamente uma porção da âgua de circulação na boca da sondagem e, por sedimentação, colher a amostra resultante.

4.10 Ocorrendo camadas distintas na coluna de solo amostrado serão colhidas amostras representativas e colocadas em recipientes distintos tal como

descrito no Artigo 4.8.

4.11 Os recipientes serão providos de duas etiquetas, sendo uma colada exter­namente e outra colada no interior do recipiente. Nas etiquetas deverão constar, com tinta indelevel, as seguintes informações: a) designação da obra; b) local da obra; c) numero da sondagem; d) numero-da 0 amostra; e) profundidade.

4.12 Os recipientes de cada sondagem serão acondicionados em caixas especiais com etiquetas onde deve constar a designação da obra e o numero da son­dagem. As caixas deverão estar continuamente abrigadas, não devendo ficar expostas ã chuva e ao sol.

5. ENSAIO DE AVANÇO POR LAVAGEM

5.1 Uma vez atingidas as condições de penetração descritas no Artigo 4.7 e apos a retirada do amostrador do interior do furo, serã executado a se­guir um ensaio de avanço por lavagem.

5.2 O ensaio de avanço por lavagem consiste no emprego do processo descri­to no Artigo 3.3. O ensaio terã duração de 30 minutos, anotando-se os avanços do trepano obtidos ã cada período de 10 minutos.

100 5.3 Quando no ensaio de avanço por lavagem forem obtidos avanços inferiores

a 5,0cm por período, em três períodos consecutivos de 10 minutos, a son dagern serã considera da encerrada.

5.4 A execução do ensaio de avanço por lavagem sõ serã executado quando hou­ver solicitação previa e expressa do interessado.

5.5 Caso haja necessidade técnica de se continuar a investigação do sub-solo em maiores profundidades do que aquela fixada pelo artigo 5.3, a perfu­ração serã prosseguida por mêtodo rotativo apôs entendimentos entre as partes interessadas.

6.

6 .1

OBSERVAÇÃO DO NTVEL D'ÃGUA

Durante a perfuração com o auxílio do trado espiral, o operador deverã estar atento a qualquer aumento aparente da saturação do solo indicati­vo da presença prõxima do nivel d'ãgua, bem como um indício mais forte, tal como, de estar molhado um determinado trecho inferior do trado es­piral, comprovando ter sido atravessado o nível d'ãgua freãtico.

6.2 Nesta oportunidade interrompe-se a operação de perfuração, passando-se a realizar observações da subida do nível de ãgua no fundo atê sua esta bilização relativa. Corno o tempo de estabilização ê função da permeabi­lidade do solo, recomenda-se um mínimo de 30 minutos de observação.

6.3 Sempre que ocorrerem paralizações na execução das sondagens, antes do seu reinicio, serã obrigatõria a medida da posição do nível d'ãgua.

6.4 Apõs decorrida uma hora do termino da execução da sondagem serã reali­zada nova leitura antes da retirada do tubo de revestimento. Quando pos­sível, serã procedida nova leitura apõs a retirada do tubo de revesti­mento.

6.5 Em cada leitura de nível d'ãgua deverã ser anotada a posição do tubo de revestimento.

6.6 Deverã ser anotada tambêm a profundidade do furo em que ocorre eventual perda de ãgua.

l 01 6.7 Quando do termino de execução da sondagem, e estando o furo cheio com

ãgua de lavagem, serã utilizado o baldinho para esgotamento do furo. Apõs esta operação serã medida a posição do lençol freãtico, conforme descrito no Artigo 6.4

7. RELATÕRIO DE CAMPO

Na folha de anotações de campo deverão constar os seguintes elementos: a) nome da empresa; b) nome do cliente; c) identificação numêrica do trabalho d) local do terreno ou da obra e) numero da sondagem f) cota da boca do furo em relação a uma referência fixa bem definida g) data de inicio e de termino da sondagem h) profundidades do tubo de revestimento concomitantes com a profundidade

do furo i) método de perfuração empregado j)

k)

1 )

profundidade das passagens das classificação tãctil-visual da numeração das .amostras

m) profundidades das amostras

e profundidade respectiva camadas e do final do furo textura e côr do solo amostrado

n) anotação dos casos quando a amostra não foi trazida ã superficie pelo amostrador e obtidas, conforme descrito no Artigo 4.9.

o) numero de golpes necessãrio ã penetração de cada 15cm do amostrador ou conforme descrito nos Artigos 4.6, 4.7 e 5.2.

p) tabela contendo as anotações da posição do nivel de ãgua: data, hora, profundidade do nivel d'ãgua, profundidade do revestimento

q) outras observações colhidas durante a execução das sondagens e julgadas de interesse.

8. APRESENTAÇAO DOS RESULTADOS

8.1 Os resultados das sondagens de simples reconhecimento serão apresentados em relatório ou certificado, numerado, datado e assinado por engenheiro ou geólogo de engenharia responsãvel têcnico pelo trabalho.

l 02

8.2 No memorial do relatõrio deverão constar: a) localização da obra b) descrição dos serviços realizados e suas quantidades c) descrição sumãria do método e dos equipamentos empregados na realização

das sondagens d) declaração de que foram obedecidas as normas brasileiras relativas ao

assunto (NB-12, TB-3, etc.) e) outras observações e comentãrios julgados importantes f) referências dos desenhos constantes do relatõrip.

8.3 Anexo ao relatõrio deverã constar um desenho (formato A-4 da ABNT), con­tendo uma planta cotada, e em escala conveniente, da locação do terreno ou da obra devidamente caracterizado, amarrada a logradouros públicos, acidentes geogrãficos ou a marcos topogrãficos, de forma a não deixar dúvida quanto ã sua localização. O desenho conterã a locação das sonda­gens executadas cotada em relação a elementos fixos e bem definidos no terreno, de forma a poder-se restituir a qualquer momento, e sem dúvidas, essa locação no campo. A planta conterã a posição da referência de nivel (R.N.) tomada para o nivelamento das bocas das sondagens, bem como descri ção sumãria do elemento fisico tomado como R.N .. Não se dispondo da cota absoluta da referência de nivel, esta serã tomada arbitrariamente igual a zero.

8.4 Os resultados das sondagens serão apresentados em desenhos (formato A-4 da ABNT) numerados contendo o perfil individual de cada sondagem na esca­la de 1:100, conforme o modelo constante da Fig. 3, anexa. Caso as sonda­gens tenham alcançado grande profundidade o desenho poderã ser apresenta­do em outra escala sem que venha, todavia, a prejudicar a apresentação dos resultados ou dificultar a sua interpretação. Nos desenhos apresenta­dos no tamanho A-4 da ABNT, deverão constar: a) o nome da firma executora das sondagens, o nome do interessado, o local

da obra, seu número de identificação e o visto de aprovação do enge­nheiro ou geÕlogo de engenharia responsãvel;

b) diâmetros do tubo de revestimento e do amostrador empregados; c) numero da sondagem; d) a cota da boca do furo de sondagem, com precisão de um centimetro; e) coluna cotada em relação a referência de nivel (R.N.); f) posição das amostras colhidas, devidamente numeradas; as amostras nao

recuperadas deverão ser indicadas; deverão ser indicadas as amostras por lavagem;

103

g) as profundidades, em relação a boca do furo, das transições de cama­das e do final da sondagem;

h) os números de golpes determinados conforme descrito nos Artigos 4.4, 4.6 e 4.7;

i) identificação e classificação dos solos amostrados utilizando a Ter­minologia de Rocha e Solos - TB-3 da ABNT; a essa terminologia serã acrescentada a cor do solo amostrado conforme anotação do operador na folha de campo;

j) ã classificação dos materiais serã acrescentada a designação relativa ã compacidade das areias e ã consistência das argilas obtida atravês da tabela seguinte:

·-·

Solo fnàicc de Resistencia Designação a Penetraçao

<4 fofa(o) areias e siltes 4 - 10 pouco compacta(o)

arenosos 10 - 30 n .. ,di anate compacta(o) 30 - 50 compacta(o)

> ~J muito compacta(o) < 2 mui to mole

2 - 4 mole argilas e siltes 4 - ü média(o)

argilosos 8 - 15 rija(o) 15 - 30 mui to ri ja(o)

> 30 dura(o)

O indice de resistência ã penetração constante da tabela acima serã considerado como o numero de golpes necessãrios ã penetração no solo dos 30cm finais do amostrador.

1) a classificação do material deve obedecer a seguinte seqUência: de­signação do solo predominante, designação do solo secundãrio, desig­nação auxiliar (porosa, plãstica, friãvel, marinha, orgânica, tur­fosa), compacidade ou consistência conforme a tabela do item (j), cor, origem, (no caso de ser solo residual);

m) o nivel d'ãgua final e outros niveis caracteristicas encontrados e as respectivas datas de observação;

n) convenção grâfica dos solos que compõem as camadas do subsolo; serã utilizada a convenção apresentada no desenho nQ 2;

o) datas de inicio e termino da execução da sondagem; p) avanços sucessivos da parte inferior do tubo de revestimento; q) indicação das profundidades atê onde foram empregados sucessivamente

os vãrios processos de perfuração (TC-trado concha; TE-trado espiral; L-lavagem).

104

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ATERRO ARGILOSO

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ATERRO SILTOSO

ATERRO AR! NOSO

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orgonico)

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MATERIA ORGANICA

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ARGILOSA ARGILOSA

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SILTOSA OULOS DE ARGILA PECREGULHOS rA SILTOSA ARENOSA

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106

SONDAGEM N~ DATA DE INÍCIO : ..

DA TA DE TERMINO:

COTAS NIYEL 1ml D'MUA

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OBSER\AÇOES:

OESENtlSlA ESCALA VERTICAL

ENGEN-EM DATA

~""' ''"""E

ENSAIO DE PENETRAÇÃO

(golpes/cm)

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-3 o 1 3 4 ~ iõ i5 Í5 iõ

' 1

1

N9 00 REL. CLIENTE:

N2 DO DES. LOCAL :

DIÂMETRO NOMINAL DO REVESTIMENTO ...

DIÂMETROS DO AMOSTRADOR: D0... . D;.

CLASSFICAÇ&l DO MATERIAL

•

NOME DA Et.f'RESA

FIGURA 3

ANEXO 6

RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CISALHAMENTO DIRETO

l 07 AREIA-H

e=0,75 DR=JO% DRS=26,J%

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109

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AREIA-F

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AREIA-e

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