MONTAGEM E EXECUÇÃO DE ENSAIOS DE PLACA EM LABORATÓRIO

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1 MONTAGEM E EXECUÇÃO DE ENSAIOS DE PLACA EM LABORATÓRIO Rafael Batezini Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, rafaelbatezini@gmail.com Maciel Donato Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, mdonato@upf.br Antônio Thomé Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, thome@upf.br Nilo Cesar Consoli Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil, consoli@ufrgs.br RESUMO: A realização de ensaios de placa em laboratório tem como objetivo eliminar a variável climática do campo, evitando possíveis atrasos nas obras de engenharia. Uma caixa de madeira foi construída para acomodação do solo com dimensões necessárias para representar bem um meio homogêneo, sem que houvesse interferência das paredes e do fundo da caixa na propagação das tensões. Concomitantemente à execução das camadas de solo foram espalhadas pequenas porções de areia tingida para visualização das deformações após o ensaio a partir de exumações no corpo de prova. Após a realização do ensaio determinou-se que as tensões lidas no fundo e nas paredes da caixa são insignificantes. Dessa maneira, conclui-se que as dimensões da caixa representam bem um meio homogêneo e que a utilização da areia tingida foi de grande valia para a compreensão da propagação das tensões no solo. PALAVRAS-CHAVE: Ensaio de Placa, Tensões, Deformações. 1 INTRODUÇÃO Segundo COSTA (1999), a prova de carga é um ensaio estático de campo, realizado na superfície ou em profundidade cujas principais finalidades residem na verificação do comportamento mecânico de um determinado solo em estudo. Este teste é considerado o mais antigo ensaio in situ de compressão, podendo ser admitido como multissecular na história da engenharia (BARATA, 1984). Segundo TEIXEIRA & GODOY (1996), o mesmo nasceu antes mesmo do surgimento das primeiras conceituações da Mecânica dos Solos. Em uma prova de carga convencional, medese o recalque ao longo do ensaio o qual varia de acordo com estágios crescentes de tensões aplicadas. Em cada estágio, a tensão é mantida constante até a estabilização dos recalques. Esse tipo de ensaio, por ser realizado in situ, está sempre submetido às condições climáticas do local em questão, ocorrendo, muitas vezes, desperdício de tempo durante a construção. O ensaio de placa em laboratório vem a coloborar nesse sentido, elimando a variável climática e evitando atrasos nas obras. 2 METODOLOGIA 2.1 Montagem do ensaio Para acomodação do solo em estudo, foi projetada e construída uma caixa de madeira, reforçada com cantoneiras de aço, com dimensões necessárias para garantir, do ponto de vista prático, um meio homogêneo, no caso o

2 solo, sem interferência das paredes e do fundo da caixa (Figura 1). Figura 2. Caixa apoiada no pórtico Figura 1. Montagem da caixa O sistema de reação e transmissão de carga utilizado foi composto por um pórtico com carga de trabalho de até 250 kn, desenvolvido pelo Laboratório de Ensino de Sistemas Estruturais (LESE) da Universidade de Passo Fundo o qual limitava as dimensões da caixa em 1,20 m de altura por 2,00 m de largura. Sendo que a placa utilizada possui 30 cm de diâmetro, a altura mínima necessária foi determinada segundo a teoria da elasticidade a qual defende que a profundidade de influência de um carregamento circular atinge o valor de dois diâmetros do carregamento aplicado, ou seja, 60 cm. Então a caixa foi construída com 1,00 m de altura interna. A largura foi admitida como a máxima possível. A figura 2 mostra a caixa apoiada no sistema de reação. O sistema de aplicação de carga se deu através do uso de um macaco hidráulico com carga máxima de 250 kn, juntamente com uma bomba hidráulica manual. O sistema de medição dos carregamentos foi composto por uma célula de carga com capacidade de 100 kn. Além dessa, foram instaladas células de pressão na placa (Figura 3) e no interior do corpo de solo. Figura 3. Células de pressão acopladas na placa O deslocamento da placa foi monitorado através de réguas resistivas com curso de 50 mm e 0,01 mm de precisão. Para os deslocamentos externos foram utilizados defletômetros digitais. Previamente à execução dos ensaios foi realizada uma calibração dos medidores de deslocamento, bem como das células de pressão e de carga. O esquema do sistema completo para o ensaio pode ser observado na figura 4. Os dados foram digitalizados através de uma placa conversora A/D, onde foram monitorados cargas, recalques e tensões totais. A figura 5 mostra um detalhe do ambiente de ensaio, para uma melhor visualização dos sistemas de preparação, reação e aquisição de dados. Notase o posicionamento da bomba hidráulica para o acionamento manual da carga.

3 Figura 4. Distribuição dos equipamentos Figura 6. Mistura da areia com água Figura 5. Esquema do ensaio montado 2.2 Processos de mistura e construção das camadas Inicialmente foi realizada a mistura do solo e água a fim de atingir a umidade de projeto para realização do ensaio. Para tanto, foi utilizada uma betoneira de 350 litros (Figura 6). A areia e água foram pesadas com auxílio de uma balança com 100 g de precisão. A compactação foi realizada manualmente com um soquete em camadas de 10cm de espessura cada uma (Figura 7). O soquete foi suficiente para alcançar um valor de compacidade relativa na ordem de 50%, gerando assim uma areia com média compacidade. Foram realizadas um total de 8 camadas obtendo-se um corpo de prova com um total de 80cm de altura. Figura 7: Compactação manual A instalação das células de tensão no interior do solo se deu concomitantemente à execução das camadas. Foram utilizadas três células acopladas na placa, uma no fundo da caixa, três na camada central de solo e mais uma na segunda camada. Os cabos das células foram protegidos por um tubo de PVC. Além disso, pequenas porções de areia tingida foram adicionadas na superfície de cada camada, a fim de verificar as deformações geradas no solo após o ensaio (Figura 8). Durante a execução das camadas, foi realizado o controle de umidade para cada uma. Para tanto, foi utilizado um cilindro de metal para extração das amostras de solo. A faixa de valores de umidade monitorada foi entre 9,8% e 10,9%. Após finalizadas as camadas, a caixa foi coberta por uma lona plástica com a finalidade de evitar a perda de umidade do solo.

4 as deformações ocorridas no solo devido ao uso das finas camadas de areia tingida espalhadas durante a execução das camadas. Devido à sucção existente no solo úmido foi possível executar um corte de 90 da primeira até a última camada, como pode ser observado na figura 9. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Figura 8. Instalação das células 2.3 Método de ensaio A aplicação do carregamento foi realizada manualmente e em estágios sucessivos. Os valores dos incrementos de carga seguiram as recomendações da NBR 6489 (ABNT, 1984-b), que limita o valor do incremento em no máximo 20% da carga de ruptura prevista. A aplicação de um novo estágio de carregamento só era realizada após ser verificado o critério de estabilização dos recalques do estágio anterior, proposto pela MB 3472 (ABNT, 1991-a). O ensaio somente foi finalizado quando ocorreu a ruptura do solo. Após a ruptura do solo, fez-se as leituras das células de pressão e foi verificado que as tensões se dissiparam ao longo da profundidade e largura do corpo de prova. Tanto a célula que estava posicionada a 45cm do centro do corpo de prova e a célula do fundo obtiveram leituras insignificantes. Então, foi verificado que as dimensões da caixa representam bem um meio homogêneo, sem interferência das suas paredes e fundo na propagação do bulbo de tensões. Além disso pode-se verificar a partir da exumação no corpo de prova e visualização da areia tingida que as maiores deformações não se aproximam dos extremos (Figura 10), comprovando as leituras realizadas pelas células. Figura 10. Deformação das camadas de solo Figura 9. Posicionamento das células de tensão Ao final do ensaio foi realizada a exumação do corpo-de-prova, onde foi possível visualizar 4 CONCLUSÃO Após a realização do trabalho pode-se notar uma grande facilidade na execução do ensaio de placa em laboratório. Além disso, a partir das leituras de tensões realizadas, ficou

5 comprovado que as dimensões da caixa são suficientes para garantir a homogeneidade do solo. Deve-se destacar também que o uso da areia tingida foi de grande valia, pois pode-se verificar claramente o comportamento do solo quando submetido a carregamentos nas diferentes profundidades do corpo de prova. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio financeiro para a realização desta pesquisa. Além disso, agradecimentos são devidos a Universidade de Passo Fundo e a Universidade Federal do Rio Grande do Sul pelo trabalho em parceria. REFERÊNCIAS Associação Brasileira de Normas Técnicas (1984). NBR 6489 Prova de Carga Direta Sobre Terreno de Fundação. Rio de Janeiro. Associação Brasileira de Normas Técnicas (1991). MB 3472 Estacas Provas de Carga Estática. Rio de Janeiro. Barata, F. E. (1984). Uma introdução ao Projeto de Fundações. Rio de Janeiro. Livros Técnicos e Científicos. Teixeira, A. H.; Godoy, N. S. (1996). Análise, Projeto e Execução de Fundaçoes Rasas. In: Hachich et al. Eds. Fundações Teoria e Prática. São Paulo, PINI. Cap. 7, p