Variabilidade dos Parâmetros de Deformabilidade do Solo da Cidade de Londrina/PR

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1 Variabilidade dos Parâmetros de Deformabilidade do Solo da Cidade de Londrina/PR Emerson Takashi Komori YTICOM, Londrina-PR, Brasil, Raquel Souza Teixeira Universidade Estadual de Londrina, Londrina-PR, Brasil, Carlos José Marques da Costa Branco Universidade Estadual de Londrina, Londrina-PR, Brasil, Tatiana Tavares Rodriguez Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora-MG, RESUMO: O comportamento de deformação do solo é avaliado por meio de parâmetros obtidos de ensaios de adensamento, realizados em laboratório, que por sua vez é baseado na teoria de Terzaghi. Este trabalho tem por objetivo analisar a variabilidade dos parâmetros de deformabilidade do solo tropical, laterítico e não saturado do Campo Experimental de Engenharia Geotécnica (CEEG) da Universidade Estadual de Londrina (UEL). Foram realizados ensaios de adensamento, segundo NBR MB336/90, usando amostras indeformadas retiradas à 2 metros de profundidade. Este solo é classificado como argila siltosa de cor vermelha, laterítica e colapsível para determinados níveis de tensão. No total foram utilizados 12 corpos de provas, 6 inundados e 6 não inundados. Dos resultados desses ensaios foram obtidos os parâmetros de deformabilidade : tensão de préadensamento, coeficiente de adensamento, índice de compressibilidade e razão de sobre adensamento (σ a, c v, c c e RSA) nas condições de inundação e não inundação. Uma análise estatística para avaliar as características físicas dos corpos de prova, usados nos ensaios de adensamento, e a variabilidade dos parâmetros de deformabilidade dos corpos de provas foi realizada para obter: média, desvio padrão e coeficiente de variação. Os corpos de prova mostraram uma variabilidade aceitável. A partir dos coeficientes de variação, dos resultados dos parâmetros de deformabilidade do solo do CEEG, foi possível verificar variabilidade média, em geral, com valores de coeficientes de variação abaixo de 10 % e entre 10 % e 20 %. PALAVRAS-CHAVE: Adensamento, Deformabilidade, Parâmetros,Variabilidade. 1 INTRODUÇÃO Na Engenharia Civil, em grande parte de suas obras utilizam como apoio para suas fundações o solo, o que demanda a realização de estudos sobre as características e o comportamento do mesmo. Dentre estas várias informações que podem ser obtidas através de ensaios de laboratório ou em campo, a análise da deformabilidade do solo é um quesito essencial para a realização dos projetos de fundações de uma obra. De acordo com Souza Pinto (2006), a deformabilidade do solo varia de acordo com o tipo e as condições de estado em que o solo se encontra, podendo possuir uma deformação rápida ou lenta após a aplicação de cargas ao longo do tempo. O ensaio de compressão edométrica ou ensaio de adensamento é realizado para o estudo do comportamento de deformabilidade do solo,

2 cujo os resultados possibilitam a realização dos cálculos da previsão de recalque do solo através dos parâmetros de deformabilidade: tensão de pré-adensamento, coeficiente de adensamento, índice de compressibilidade (σ a, c v, c c ), além da razão de sobre adensamento (RSA). O objetivo deste estudo é analisar a variabilidade dos parâmetros de deformabilidade do solo do Campo Experimental de Engenharia Geotécnica (CEEG) da Universidade Estadual de Londrina por meio de ensaios de adensamento e estudos estatísticos. O CEEG possui um subsolo composto por 4 camadas distintas de solo residual de basalto, o foco do trabalho foi o solo pertencente na primeira camada, em amostras do segundo metro de profundidade. Esta camada constituída de solo argilo siltoso, porosa, laterítica e colapsível. (Teixeira et al, 2004 e Teixeira at al, 2006). Os resultados obtido irão complementar os estudos de investigação que envolve o CEEG, de modo a auxiliar na compreensão do comportamento e parâmetros de deformabilidade do solo característico da cidade de Londrina/PR. 2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Materiais Segundo Branco et al (1998) o solo superficial da região de Londrina é composto por uma argila siltosa porosa vermelha escura com consistência variável de mole à média. Este solo apresenta-se com baixo grau de saturação (em torno de 50%) eelevada porosidade (em torno de 60%), o que lhe confere características de um solo colapsível. Os índices físicos do solo foram obtidos através de estudos realizados (Lopes, 2002, Teixeira et al, 2006 e Beraldo et al 2011,sendo o valor da massa específica dos sólidos de 3,03 g/cm³,massa especifica do solo de 1,40 g/cm³ e índice de vazios de 2, Métodos Para execução dos ensaios de laboratório foi utilizada uma amostra indeformada do solo coletada em uma cava, na profundidade aproximada de dois metros, no CEEG/UEL. A amostra foi retirada em um bloco de dimensões aproximadas de 35 x 35 x 35 cm. A determinação dos parâmetros de deformabilidade foi realizado o ensaio de adensamento seguindo o método de ensaio MB 3336/1990. Os corpos de prova foram moldados a prtir do bloco de amostra indeformada, usando um anel de 8 cm de diâmetro e 3,2 cm de altura. A bateria de ensaios se iniciou pelos corpos de provas não saturados, ou seja, sem a inundação da célula de adensamento, sendo realizados quatro ensaios. Depois foram realizados quatro ensaios na condição inundada antes do início dos estágios de carregamento. Nestes ensaios os estágios de carregamento tiveram início após 24 horas da inundação dos corpos de prova. Os estágios de carregamento foram realizados em um período de 24 hs e a partir do último estágio de carregamento, iniciou-se o processo inverso, ou seja, descarregamento do corpo de prova, porém este foi realizado com o tempo reduzido para 15 min em cada estágio. A determinação da tensão de préadensamento foi realizada utilizando o método Pacheco Silva (1970). O coeficiente de adensamento foi determinado utilizando o método de Taylor, para a tensão aplicada mais proxíma da tensão de pré-adensamento. Também foram obtidos os parâmetros de índice de compressão. Lopes (2002) também realizou estudo da deformabilidade nas seis primeiras camadas camadas do perfil de solo do CEEG, usando amostras coletas no mesmo local das amostras deste trabalho e moldadas em anel de diâmetro 2,0 cm e altura 7,2 cm. Os resultados encontrados pela autora, para a amostra de dois metros de profundidade, foram incluídos nas análises apresentadas. 3 RESULTADOS 3.1 Carcaterísticas físicas dos corpos de prova usados nos ensaios de adensamento As características físicas dos corpos de prova

3 estão na Tabela 1. Também estão apresentados os índices físicos obtidos por Lopes (2002). Porém, para o índice de vazios e grau de saturação dos corpos de prova de Lopes (2002) estão apresentados apenas antes do ensaio, uma vez que, foi feita inundação na tensão de 10 kpa (CP 11* e CP 12*) e 1280 kpa (CP 05* e CP 06*). Todos os dados de Lopes (2002) estão identificados com um asterisco (*) Os corpos de provas foram identificados da seguinte forma: CP 01 até CP 06* os corpos de prova dos ensaios na condição não inundada e CP 07 até CP 12* os corpos de prova ensaiados na condição inundada. Tabela 1. Índices físicos dos corpos de prova usados neste trabalho e por Lopes (2002). Corpos de prova ω i (%) e i Sr i (%) g i (g/cm³) e f Sr f (%) CP 01 42,71 2,15 60,19 1,37 1,06 95,23 CP 02 45,97 2,22 62,69 1,37 1,23 87,45 CP 03 45,72 2,11 65,5 1,42 1,04 102,12 CP 04 47,47 2,18 66,1 1,41 1,05 100,19 CP 05* 35,5 2,04 53,12 1, CP 06* 35,42 2, , CP 07 51,02 2,03 76,19 1,51 1,02 102,43 CP 08 48,66 1,98 74,66 1,51 1,27 84,6 CP 09 47,98 1,93 75,38 1,53 0,96 108,33 CP 10 44,41 1,97 68,16 1,47 1,13 95,17 CP 11* 35,15 2,07 51,73 1, CP 12* 35,2 1,85 58,1 1, Não Inundados Inundados *Lopes (2002) Observa-se pela Tabela 1 que os valores iniciais dos índices físicos (teor de umidade e grau de saturação) das amostras de Lopes (2002) são inferiores aos valores deste estudo, uma vez que as condições do solo em campo foram diferentes no momento das coletas da amostras indeformadas embora a profundidade de coleta foram próximas. Sendo assim, os valores dos índices físicos de Lopes (2002) para a análise estatística serão desconsiderados. A diminuição dos teores de umidade finais dos CPs não inundados, pode ser justificado devido a perda de umidade para o ambiente durante o ensaio, uma vez que a célula de adensamento não foi vedada e também pelo contato do papel filtro mais a pedra porosa com os CPs. Os teores de umidade dos CPs inundados mostra uma queda, ocasionada pela expulsão da água no interior dos vazios do solo devido ao efeito de compressão. 3.2 Curvas e Parâmetros dos Ensaios de Adensamento A Figura 1 apresenta as curvas de adensamento referentes aos dados dos ensaios de adensamento sem inundação. Essas curvas foram normalizidas, onde o índice de vazios final de cada estágio é dividido pelo índice de vazios inicial, de modo que as curvas tem origem pelo mesmo ponto (e i / e o ). Figura 1.Curvas de adensamento normalizadas para os CPs não inundados. Verifica-se a partir da Figura 1 que as trajetórias das curvas dos CP 05* e 06* de Lopes (2002) estão ligeiramente acima dos CPs deste estudo. Este comportamente era esperado, uma vez que os CPs de Lopes (2002) apresentam um teor de umidade inicial menor. A Figura 2 apresenta as curvas de adensamento, referentes aos ensaios com inundação, também normalizadas. Observa-se pela Figura 2 que a trajetória da curva do CP 12* está acima do restante dos CPs, motivo que pode ser justificado pelo valor do índice de vazios ser menor em relação aos outros CPs resultando em uma menor deformação. A Tabela 2 apresenta os parâmetros de adensamento encontrados a partir dos dados obtidos com os resultados dos ensaios sem

4 inundação e a Tabela 3 apresenta os parâmetros de adensamento para os ensaios inundados. corpos de prova usados neste estudo (razão diâmetro/altura = 2,5). A diferença na razão diâmetro/altura pode ter influenciado nos valores obtidos. 3.3 Análise da variabilidade dos parâmetros de deformabilidade obtidos dos ensaios de adensamento Na análise dos índices físicos foram considerados apenas os valores obtidos nos ensaios realizados, descartando os valores encontrados por Lopes (2002). A Tabela 4 apresenta uma análise relacionada aos valores dos índices físicos iniciais encontrados nos ensaios. Tabela 4. Resultados estatísticos dos índices físicos iniciais dos ensaios. Figura 2. Curvas de adensamento normalizadas para os CPs inundados. Tabela 2. Parâmetros de adensamento dos ensaios sem inundação. Corpos de prova σ'a (kpa) Cc Cv (cm 2 /s) RSA CP ,76 1,67E-01 2,13 CP ,72 1,56E-01 2,22 CP ,76 1,57E-01 1,67 CP ,77 1,57E-01 1,65 CP 05* 81 0,75 8,50E-02 2,98 CP 06* 77 0,79 8,15E-02 2,83 Tabela 3. Parâmetros de adensamento dos ensaios com inundação. Corpos de prova σ'a (kpa) Cc Cv (cm 2 /s) RSA CP ,67 1,40E-02 1,39 CP ,66 1,45E-02 1,80 CP ,65 1,87E-02 1,51 CP ,97E-02 1,53 CP 11* 54 0,71 5,26E-03 2,03 CP 12* 86 0,67 7,39E-03 4,03 Observa-se das Tabelas 2 e 3 uma variação dos parâmetros de adensamento, isto pode ser justificado pela diferença na altura dos corpos de provas, 2,0 cm usados por Lopes (2002) (razão diâmetro/altura = 3,57) e 3,2 cm dos Medidas Estatísticas ω i (%) e i Sr i (%) g i (g/cm³) Média 46,7 2,07 68,6 1,45 Desvio padrão 2,6 0,11 6,1 0,07 Coef. Variação (%) 5,6 5,3 8,9 4,5 Embora tenha ocorrido uma pequena variação de umidade da amostra indeformada durante a execução dos ensaios, os coeficientes de variação (CV) foram no máximo de 9% (grau de saturação). A partir dos CV pode-se classificar as amostras como representativas, pois os índices físicos mostraram baixa dispersão de acordo com Pimentel Gomes (1990). Este aotor classifica utiliza com referencial de variabilidade valores de CV menores de 10 % são consideradas amostras de baixa dispersão, entre 10 % a 20 % de média dispersão, entre 20 % a 30 % de alta dispersão e acima de 30% muito alta. As Tabela 5 e 6 apresentam análises dos índices físicos finais, após os ensaios nas condições não inundados e inundados. Tabela 5. Resultados estatísticos dos índices físicos finais dos ensaios não inundados. Medidas Estatísticas ω f (%) e f Sr f (%) g f (g/cm³) Média 34,6 1,09 96,3 1,95 Desvio padrão 1 0,09 6,5 0,08 Coef. Variação (%) 2,8 8,5 6,8 3,9 Tabela 6. Resultados estatísticos dos índices físicos finais

5 dos ensaios inundados. Medidas Estatísticas ω f (%) e f Sr f (%) g f (g/cm³) Média 35 1,1 97,6 1,96 Desvio padrão 0,6 0,14 10,2 0,12 Coef. Variação (%) 1,7 12,5 10,5 6 foram influenciados pela variação de umidade e as dimensões diferentes dos corpos de prova de Lopes (2002) em relação aos usados neste trabalho, influenciaram nos valores. Verifica-se nas Tabelas 5 e 6 que os valores das médias dos índices físicos não inundados e inundados embora estivessem em situações iniciais diferentes ficaram próximos no final dos ensaios. Outra observação é o e f apresentou CV ligeiramente maior em relação aos outros índices, ou seja, a deformação dos corpos de prova não foram semelhantes, visto que esta variação é comum para as amostras heterogêneas. Para os parâmetros de adensamento foram consideradas duas simulações: uma incluindo os valores de Lopes (2002) e outra apenas com os valores obtidos neste estudo. A partir dos parâmetros de deformablilidade foi realizado um estudo estatístico como média, desvio padrão e coeficiente de variação (relação entre o desvio padrão e média). Foram consideradas duas simulações: uma incluindo os valores de Lopes (2002) e outra apenas com os valores obtidos neste estudo. As Tabelas 7 a 10 apresentam as análises estatisticas dos parâmetros de adensamento. Tabela 9. Resultados estatísticos dos parâmetros de adensamento dos ensaios com inundação e os ensaios de Lopes (2002). Média 54,8 0,67 1,34E-02 Desvio padrão 16,3 0,03 5,88E-03 Coeficiente de Variação (%) 29, Tabela 10. Resultados estatísticos dos parâmetros de adensamento dos ensaios com inundação e sem os ensaios 05* e 06* de Lopes (2002). Média 46,9 0,65 1,67E-02 Desvio padrão 5,2 0,02 2,91E-03 Coeficiente de Variação (%) 11,2 2,3 17,4 As Tabelas 8 e 10 mostram valores do coeficiente de variação abaixo de 15% para os parâmetros de deformabilidade, com execessão do c v, com inundação e sem os corpos de prova de Lopes (2002). Tabela 7. Resultados estatísticos dos parâmetros de adensamento dos ensaios sem inundação e os ensaios de Lopes (2002). Média 69,5 0,67 1,42E-02 Desvio padrão 25,8 0,02 7,88E-03 Coeficiente de Variação (%) 37,1 3,7 55,6 Tabela 8. Resultados estatísticos dos parâmetros de adensamento dos ensaios sem inundação e sem os ensaios 05* e 06* de Lopes (2002). Média 53,3 0,65 1,90E-02 Desvio padrão 7,3 0,02 3,08E-03 Coeficiente de Variação (%) 13,7 3,6 16,2 Observa-se das Tabelas 7 e 9 valores elevados para os coeficientes de variação de σ' a e C v. Estes valores do coeficiente de variação 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Este estudo foi motivado pela ausência de uma investigação referente a variabilidade dos parâmetros de deformabilidade do solo da região de Londrina. Embora sendo amostras coletadas em profundidades semelhantes e do mesmo local estudado, não fora considerado a comparação dos valores de índices físicos obtidos da amostra usada neste estudo com os valores de Lopes (2002), devido à variação das características físicas (índices de vazios e umidade) entre as amostras dos dois trabalhos. Os índices físicos dos corpos de prova desse estudo (não inundados e inundados) apresentaram uma variabilidade baixa de acordo com estudos estatísticos, onde o coeficiente de variação ficou abaixo de 10 %, execeto para e f

6 dos corpos de prova inundados. Durante a análise dos parâmetros de adensamento observou-se que a diferença da razão diâmetro/altura do corpo de prova do estudo de Lopes (2002) e por este estudo pode ter influenciado nas diferenças dos valores encontrados. Após a realização dos estudos estatísticos verificou-se que variabilidade dos parâmetros de adensamento foi perceptível quando adicionado os parâmetros do estudo de Lopes (2002), mesmo sendo em amostras do mesmo local e profundidade. Neste caso a variabilidade ocorreu em função da variação do índice de vazios e umidade, entre as amostras. O estudo estatístico dos parâmetros de adensamento obtidos a partir dos ensaios realizados neste (não inundados e inundados), sem os resultados de Lopes (2002) mostrou variabilidade média, em geral, com valores de coeficientes de variação abaixo de 10 % e entre 10 % e 20 %. Londrina/PR. In: Solos Não Saturados, 5 Simpósio Brasileiro de Solos Não Saturados, São Carlos SP, p Teixeira, R.S.; Sobrinho, V.R.M.; Branco, C.J.M da C. (2006) Avaliação do Perfil Estratigráfico Obtido por meio de SPTs, CPTs e DMTs Executados em Solo Laterítico da Cidade de Londrina/PR. Congresso Brasileiro de Mecânica do Solos e Engenharia Geotécnica, Curitiba-PR, ABMS, CR-ROM. AGRADECIMENTOS Aos graduanado do curso de engenharia civil da UEL e alunos de iniciação científica que participaram da coleta de amostra indeformada, acompanharam os ensaios de adensamento e auxiliaram nos cálculos realizados ao longo deste trabalho. REFERÊNCIAS Associação Brasileira de Normas Técnicas. MB 3336 (1990): Ensaio de Adensamento Unidirecional. Rio de Janeiro. Beraldo, F. M. (2011) Caracterização física, capacidade de compactação e permeabilidade do lodo de ETA. Anais do XX EAIC 20 a 22 de outubro de 2011, UEPG, Ponta Grossa PR, CD-ROM, p Lopes, Fabiana Flore, (2002) Avaliação do Comportamento Colapsível da Camada de Solo Superficial da Região de Londrina/PR. Trabalho de Conclusão de Curso Departamento de Construção Civil, Engenharia Civil. Universidade Estadual de Londrina, 114 p. Pimentel Gomes, F. (1990) Curso de Estatística Experimental. 12.ed. Piracicaba: Nobel, 467p. Teixeira, R. S.; Belincanta, A.; Lopes, F. F.; Gutierrez, N.; Branco, C. J. M. C.(2004) Avaliação do colapso do solo da camada superficial da cidade de