3 Programa experimental

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1 3 Programa experimental 3.1 Considerações iniciais O programa experimental deste trabalho consiste em duas etapas: na primeira, inicialmente foram definidas as porcentagens de cinza adotadas para as misturas com base em trabalhos realizados anteriormente, descritos na revisão bibliográfica. Posteriormente, foram realizados ensaios de caracterização física dos materiais (areia, argila, cinza volante, misturas destes com a cal), com o objetivo de conhecer a granulometria dos mesmos e obter os valores de densidade real dos grãos. Para a areia e as misturas, também foram realizados ensaios com o objetivo de determinar os índices de vazios, com base na densidade relativa da areia correspondente a 50%, definida através da análise de trabalhos anteriores. A umidade ótima adotada nos ensaios de cisalhamento da areia e das misturas foi definida através da execução de ensaios de cisalhamento direto da areia a diferentes umidades, tendo sido escolhida aquela cujo comportamento apresentouse melhor. Na segunda etapa, foram realizados ensaios de caracterização mecânica (ensaios de compactação e ensaios de cisalhamento direto). Os ensaios de compactação foram realizados para todas as misturas com argila, a fim de se determinar a umidade ótima e o peso específico seco máximo para a moldagem de cada corpo de prova para o ensaio de cisalhamento direto. Foi executada uma sequência de ensaios de cisalhamento direto para as misturas solo-cinza e solo-cinza-cal, tendo sido adotada a cura apenas para as misturas com areia e cal, por motivos de disponibilidade de tempo. Na Tabela 3.1, encontra-se a descrição de todos os ensaios realizados.

2 58 Tabela 3.1: Descrição dos ensaios. Etapa Material Ensaio Quantidade* Densidade real dos grãos 3 Areia Cinza volante Caracterização física Misturas com areia e cinza Misturas com areia, cinza e cal Misturas com argila e cinza Misturas com argila, cinza e cal Misturas com areia e cinza Misturas com areia, Caracterização cinza e cal mecânica Misturas com argila e cinza Misturas com argila, cinza e cal *Quantidade de ensaios por material e/ou mistura. Análise granulométrica 1 Índice de vazios máximo e mínimo 3 Densidade real dos grãos 3 Análise granulométrica 1 Densidade real dos grãos 3 Análise granulométrica 1 Índice de vazios máximo e mínimo 3 Densidade real dos grãos 3 Densidade real dos grãos 3 Análise granulométrica 1 Densidade real dos grãos 3 Cisalhamento direto 3 Cisalhamento direto 3 Compactação 1 Cisalhamento direto 3 Compactação 1 Cisalhamento direto 3

3 Materiais Solo Solo argiloso O solo utilizado é um solo maduro, de origem coluvionar, argilo-arenoso, não saturado, proveniente do Campo Experimental II da PUC-Rio (Soares, 2005). O material foi retirado de uma profundidade de aproximadamente 2 metros a partir da superfície da encosta. A Figura 3.1 mostra a localização do Campo Experimental II, e a caracterização deste material está presente no Capítulo 4. Cabe ressaltar que a escolha deste material foi feita em função de o local de retirada ser de fácil acesso e de existir em muitos trabalhos anteriores sobre ele, como os de Sertã (1986), Lins (1991), Daylac (1994), Beneveli (2002), Ramírez (2012) e Quispe (2013). Figura 3.1: Localização do Campo Experimental II da PUC-Rio (Soares, 2005). De acordo com Sertã (1986), embora não existam afloramentos rochosos no Campo Experimental, o embasamento local é constituído por um gnaisse formado principalmente por minerais como quartzo, feldspato e biotita, e por

4 60 minerais acessórios como a muscovita e a granada. Sua tonalidade é vermelha com trechos amarelados, devido à presença de óxidos de ferro e alumínio resultantes do processo de intemperismo dos minerais primários. A Figura 3.2 mostra o aspecto do solo em estudo. Figura 3.2: Solo argiloso. Baseando-se no perfil morfológico feito por Daylac (1994), mostrado na Figura 3.3, o solo utilizado encontra-se na camada superior do perfil, conformado por colúvio. No local da coleta, foi observada ainda a presença de alguns pedregulhos de quartzo e uma grande quantidade de raízes. Daylac (1994) também sintetizou os resultados da análise mineralógica do solo do campo experimental, realizada por Sertã (1986). A Tabela 3.2 mostra a mineralogia do solo a 3 m de profundidade. A presença de minerais como a caulinita, a gibsita e a goetita, e o perfil morfológico apresentado revelam o elevado grau de intemperismo do solo em estudo.

5 PUC-Rio - Certificação Digital Nº /CA 61 Figura 3.3: Perfil morfológico do Campo Experimental da PUC-Rio (Daylac, 1994).

6 62 Tabela 3.2: Mineralogia para a profundidade de 3m (Sertã, 1986). Fração do solo Mineral Quantidade / observações Pedregulho Areia Silte Argila Quartzo Granada alterada Quartzo Granada muito alterada Agregados Ferruginosos Magnetita Quartzo Caulinita Goetita Caulinita Goetita grãos arestados de coloração transparente a leitosos alguns fragmentos grãos arestados correspondem a aproximadamente 5% da amostra total pequenos traços presença presença presença presença marcante alguns traços Areia A areia foi coletada na Praia da Barra da Tijuca, localizada na zona oeste da cidade do Rio de Janeiro/RJ. Foi escolhida uma areia de praia no intuito de avaliar o comportamento mecânico de misturas com este material, analisando individualmente o papel das cinzas e da cal na resistência das misturas, tendo em vista que esta areia foi considerada material inerte. O local da coleta foi escolhido em função da presença de uma areia de granulometria fina, sendo ela realizada entre os postos 5 e 6 (Figura 3.4). O material foi coletado a cerca de 40 cm de profundidade, evitando que eventuais impurezas também fossem coletadas, e posteriormente, armazenado em sacos

7 63 plásticos. A Figura 3.5 ilustra este solo, e a sua caracterização é apresentada no Capítulo 4. Figura 3.4: Localização do ponto de coleta de areia. Figura 3.5: Areia Cinza volante A cinza volante é originária do processo de queima do carvão mineral no Complexo Termelétrico Jorge Lacerda, situado no município Capivari de Baixo, no estado de Santa Catarina (Figura 3.6). Foi transportada para o Rio de Janeiro

8 64 por meio da SATC Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa Catarina, e foi disposta em tonéis no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. Figura 3.6: Localização do Complexo Termelétrico Jorge Lacerda (Leandro, 2005). A caracterização da cinza volante está presente no Capítulo 4. Na Figura 3.7, podem ser observados com detalhe os aspectos desta cinza. Figura 3.7: Cinza volante. O Complexo Termelétrico Jorge Lacerda é considerado o maior complexo termelétrico movido a carvão mineral da América Latina. Pertence à Companhia

9 65 Tractebel Energia, que integra o Grupo Franco-Belga GDF-Suez e engloba um conjunto de usinas termelétricas, como pode ser visto na Figura 3.8. A Figura 3.9 mostra a vista da área de depósito das cinzas desta termelétrica. O complexo é composto pelas usinas termelétricas A, B e C com capacidade de produção instalada de 857 Megawatts. De acordo com Pozzobon (1999 apud Lopes, 2011), com base na classificação da Portaria 100/87 do Conselho Nacional do Petróleo, as três utilizam o carvão mineral do tipo CE 4500, com baixo teor calorífico, e um elevado teor de cinzas. A Tabela 3.3 apresenta as especificações do carvão mineral utilizado. Dentre as principais atividades envolvidas na geração de energia termelétrica neste Complexo, destacam-se a mineração do carvão e seu transporte até as usinas onde ocorre a geração de energia elétrica, gerando um abastecimento das indústrias, residências e estabelecimentos comerciais em torno de 35%. Dos resíduos produzidos da queima do carvão mineral, são produzidas cerca de 70% de cinzas volantes, alocadas em silos e vendidas para indústrias de cimento. Quanto à cinza de fundo, uma pequena parte está sendo utilizada em áreas degradadas pela mineração de carvão; enquanto a maior parte gerada é destinada às bacias de decantação (Ubaldo, 2005). Figura 3.8: Usinas pertencentes à Companhia Tractebel (Tractebel Energia, 2010 apud Lopes, 2011).

10 66 Figura 3.9: Vista geral do Complexo Jorge Lacerda (Tractebel Energia, 2010 apud Lopes, 2011). Tabela 3.3: Especificações dos carvões energéticos brasileiros (Portaria 100/1987-CNP apud Lopes, 2011). Características CE6000 CE5900 CE5200 CE4700 CE4500 CE4200 CE3700 CE3300 CE3100 Poder calorífico superior mínimo base seca (kcal/kg) Granulometria (mm) 35X0 50X0 (*) 50X0 (*) 50X0 50X0 50X0 75X0 Umidade máxima total (%) Conteúdo máximo de cinza (%) Conteúdo máximo de 6,5 1,5 2,5 1,5 3,5 1,5 1,5 1,5 1,0 enxofre (%) Índice de fechamento (FSI) - - <2 - < Cal A cal utilizada nas misturas é a cal hidratada calcítica, conhecida comercialmente por cal hidratada Itaú. A Norma NBR 7175 (2003) - Cal hidratada para argamassas apresenta as suas especificações físicas e químicas, expostas no Quadro 1.

11 67 Quadro 1: Exigências físicas e químicas para a cal (NBR 7175). Exigências físicas Compostos Limites CH-I CH-II CH-III Finura (% retida acumulada) Peneira 0,600mm 0,5 0,5 0,5 Peneira 0,075mm Retenção de água Incorporação de areia 3,0 2,5 2,2 Estabilidade Ausência de cavidades ou protuberâncias Plasticidade Exigências químicas Anidrido carbônico Fábrica (máx) 5% 5% 13% Depósito (máx) 7% 7% 15% Óxidos de cálcio e magnésio não hidratado calculado (CaO + MgO) (máx) Óxidos totais na base de não voláteis (CaOt + MgOt) (mín) 10% 15% 15% 90% 88% 88% Misturas solo-cinza-cal Para as misturas com areia, foram ensaiadas as porcentagens de 15%, 30% e 40% de cinza volante, a fim de determinar o teor ótimo deste material para a mistura, no que se refere à melhoria dos parâmetros de resistência do solo (coesão e ângulo de atrito interno). Para as misturas com solo argiloso, foram ensaiadas as porcentagens de 15% e 30% de cinza volante. Vale ressaltar que estas porcentagens de cinza foram definidas com base na análise dos teores utilizados em pesquisas anteriores.

12 68 O teor de cal utilizado foi arbitrado em 3%, em substituição ao peso seco das cinzas, também tendo sido escolhido com base em trabalhos anteriores. A Tabela 3.4 apresenta os teores de cada material utilizado nas misturas, assim como as siglas que as descrevem. Durante o tempo de cura, os corpos de prova foram armazenados em câmara úmida, a temperatura (22 C) e umidade (10%) constantes, sendo que para uma melhor conservação dos mesmos, eles foram vedados em plásticos. Os tempos de cura empregados para cada mistura estão especificados na Tabela 3.5. Tabela 3.4: Teores e símbolos utilizados para os materiais. Cinza Material/Mistura Solo (%) volante Cal (3%) Símbolo (%) Areia A Solo argiloso S Cinza Volante CV Mistura A60/CV37/C3 Mistura A70/CV27/C3 Mistura A85/CV12/C3 Mistura A60/CV40 Mistura A70/CV30 Mistura A85/CV15 Mistura S70/CV27/C3 Mistura S85/CV12/C3 Mistura S70/CV30 Mistura S85/CV15

13 69 Tabela 3.5: Tempos de cura empregados para cada mistura. Mistura Cura (dias) A85/CV12/C A70/CV27/C A60/CV37/C Métodos e procedimentos de ensaio Ensaios de caracterização física Os ensaios de caracterização física das amostras de solo foram realizados no intuito de se determinar as suas propriedades-índice, e envolveram os ensaios de análise granulométrica, densidade específica dos grãos e limites de Atterberg. Todos estes ensaios foram realizados no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio, e seguiram as metodologias prescritas nas normas a seguir: -NBR 6457 (1986) Amostras de Solos Preparação para ensaios de compactação e caracterização; -NBR 7181 (1984) Análise granulométrica; -NBR 6508 (1984) Determinação da densidade real dos grãos; -NBR 6459 (1984) Solo Determinação do limite de liquidez; -NBR 7180 (1984) Solo Determinação do limite de plasticidade. -NBR (1990) Solo Determinação do índice de vazios máximos de solos não coesivos;

14 70 -NBR (1991) Solo Determinação do índice de vazios mínimos de solos não coesivos; -NBR 7182 (1986) Solo Ensaio de compactação Limites de Atterberg Os ensaios para a determinação dos limites de liquidez e plasticidade foram realizados conforme as normas NBR 6459 (1984) e NBR 7180 (1984), respectivamente. Através dos resultados obtidos, é possível determinar o índice de plasticidade do solo, expresso pela equação eq. (3.1): % = % % eq. (3.1) Densidade real dos grãos A densidade real dos grãos dos materiais foi determinada de acordo com o especificado na norma NBR 6508 (1984). Do material passante na peneira #40, utilizou-se cerca de 120 g para as misturas com areia e 100 g para as misturas com solo argiloso. Em seguida, foram colocados 30 g das misturas com areia e 25 g das misturas com solo argiloso em três picnômetros de 250 ml. Estes picnômetros foram, então, preenchidos com água destilada e, em seguida, procedeu-se ao processo de deaeração, utilizando uma bomba de vácuo Análise granulométrica A análise granulométrica dos solos e das misturas com cinza foi determinada de acordo com a norma NBR 7181 (1984). Peneiraram-se 1000 g de material arenoso e 600 g de material argiloso na peneira #40, sendo que o retido foi lavado e seco em estufa a 110 C. Após 24 horas, realizou-se o peneiramento grosso com estes materiais. Do material passante na peneira #40, utilizou-se 70 g para a sedimentação, que foi realizada

15 71 com o auxílio do defloculante hexametafosfato de sódio. Depois desta etapa, todo o material foi lavado na peneira #200 para proceder com o peneiramento fino. Vale ressaltar que, no caso da cinza volante, a análise granulométrica englobou apenas a sedimentação, por ela apresentar somente frações finas Índice de vazios máximo e mínimo O índice de vazios máximo foi determinado para a areia e as misturas deste com a cinza volante, de acordo com a norma NBR (1990). Para fins práticos, estes ensaios não foram realizados para as misturas com cal. Para elas, foi empregado o resultado da mistura solo-cinza correspondente. Por exemplo, para a mistura A85/CV12/C3, foi utilizado o resultado obtido para a mistura A85/CV15. Com o auxílio de um funil, o solo foi sendo colocado uniformemente em um cilindro, seguindo trajetórias da borda em direção ao centro do mesmo. Foram colocadas 3 camadas de solo, de modo que ficasse sobrando cerca de 2 cm de solo no topo do cilindro. Este excesso foi então retirado com o auxílio de uma régua de aço biselada. Este procedimento foi repetido 3 vezes, e em cada uma, foi pesado o conjunto cilindro+solo. O índice de vazios mínimo foi determinado para os mesmos materiais e seguiu os procedimentos da norma NBR (1991). O solo é colocado da mesma forma; e a cada camada, ele é vibrado por cerca de 1 minuto. Em seguida, o conjunto é pesado, sendo este procedimento repetido 3 vezes, obtendo-se a média Ensaios de caracterização química e ambiental Na medida em que a proposta deste trabalho é reutilizar a cinza volante para outras aplicações, foram feitos ensaios de caracterização química e ambiental no intuito de verificar a viabilidade do emprego deste resíduo, sem causar danos à saúde humana e ao meio ambiente. Estes ensaios foram realizados no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio em conjunto com o Departamento de Química, e no

16 72 laboratório TASQA Serviços Analíticos Ltda., de acordo com as metodologias das seguintes normas: -NBR (2004) Classificação de Resíduos Sólidos; -NBR (2004) Lixiviação de Resíduos Sólidos; -NBR (2004) Solubilização de Resíduos Sólidos; -NBR (1996) Determinação do teor de matéria orgânica por queima a 440 C Composição química Os ensaios de composição química da cinza volante foram realizados por Lopes (2011), que utilizou em sua pesquisa o mesmo material. Portanto, apenas foi necessário realizar estes ensaios para as misturas. Foi utilizada a técnica de espectrometria de fluorescência de raios-x por energia dispersiva (EDX), sendo o EDX um instrumento que determina qualitativa e semi-quantitativamente os elementos presentes em uma determinada amostra, através da aplicação de raios-x na superfície da amostra e da análise dos fluorescentes raios-x emitidos. Por ser uma técnica não destrutiva para todos os tipos de amostras (sólidos, líquidos ou pós), é considerada interessante para a caracterização dos materiais. Foram armazenados 50 g de cada mistura em sacos plásticos para a execução dos ensaios químicos, contudo, foi introduzida no equipamento uma quantidade inferior, devido ao fato de o mesmo conseguir trabalhar com poucas quantidades de material Ensaios de solubilização e lixiviação Estes ensaios também foram realizados por Lopes (2011), cujos resultados encontram-se no capítulo seguinte. Eles foram feitos pelo laboratório TASQA Serviços Analíticos Ltda., com o objetivo de classificar o resíduo em estudo. As amostras foram enviadas em caixas plásticas herméticas, contendo cerca de 3 kg de material, para o Laboratório localizado em Paulínia, São Paulo.

17 Ensaios de caracterização mecânica Ensaio de compactação Proctor Standard Os ensaios de compactação foram realizados para o solo puro e as misturas com os teores de 12%, 15%, 27% e 30% de cinza volante, com a finalidade de determinar a umidade ótima de compactação e o peso específico seco máximo dos materiais. Estes ensaios seguiram as metodologias da norma NBR 7182 (1986), utilizando-se a energia de compactação Proctor Normal e com reuso de material. Depois de ser seco em estufa a 60 C, o material foi destorroado e passado na peneira #4, como determina a norma NBR 6457 (1986). Em seguida, foi adicionada uma determinada quantidade de água ao material, de forma que ele ficasse com cerca de 5% de umidade abaixo da umidade ótima. O ensaio de limite de plasticidade permite estimar com maior precisão este valor, por apresentar um resultado que pode ser próximo da umidade ótima. Após a adição do volume de água às misturas do solo argiloso com as diversas porcentagens de cinza, homogeneizou-se bem o material. Passada esta etapa, inseriu-se o material dentro do mole cilíndrico pequeno (cilindro Proctor), aplicando 26 golpes com um soquete pequeno para cada camada de solo introduzida, totalizando três. Para se conseguir uma boa aderência entre as camadas compactadas, escarificou-se bem cada uma delas antes de se compactar a camada sobrejacente. Devido ao emprego de um anel complementar, atinge-se uma altura de solo maior que a do molde, sendo este excesso removido com o auxílio de uma régua biselada. Finalizada a compactação, pesa-se o cilindro juntamente com o solo, e são retiradas três amostras da região central do corpo de prova com o objetivo de se obter a sua umidade média após secagem em estufa, e o seu peso específico seco correspondente. Após esta etapa, é preparado um novo corpo de prova, com uma quantidade maior de água, aumentando-se a umidade da mistura em aproximadamente 2%, prosseguindo-se uma nova compactação e obtendo-se um novo par de valores de umidade e peso específico seco.

18 74 Todo este processo foi repetido cinco vezes para cada mistura, a fim de se obter cinco pares de valores (dois no ramo seco e dois no ramo úmido da curva de compactação). Com todos os pontos obtidos, plota-se a curva de compactação, de onde se extraem os valores de umidade ótima e peso específico seco máximo, correspondentes ao ponto máximo das curvas, e utilizados para a moldagem dos corpos de prova utilizados nos ensaios de cisalhamento direto Ensaio de cisalhamento direto Os ensaios de cisalhamento foram realizados para os dois tipos de solo em estudo. Para as misturas com areia, utilizou-se 15%, 30% e 40% de cinza volante. Empregando-se 3% de cal, as porcentagens de cinza adotadas foram 12%, 27% e 37%, sendo as misturas submetidas a 0, 30, 100, 125 e 140 dias de cura. Para as misturas com solo argiloso, utilizou-se 15% e 30% de cinza volante. As misturas com cal contaram com a presença de 12% e 27% de cinza, contudo não foram submetidas ao processo de cura, devido à disponibilidade de tempo. Estes ensaios foram realizados com o objetivo de determinar a resistência ao cisalhamento do solo através da obtenção dos parâmetros coesão e ângulo de atrito. Dessa forma, buscou-se analisar a influência do teor de cinza e do tempo de cura nestes parâmetros, verificando a viabilidade do emprego destes materiais para aplicações geotécnicas. Os procedimentos para a execução dos ensaios estão descritos na norma ASTM D 3080 (2004). Devido às particularidades de cada solo em estudo, as técnicas de moldagem do corpo de prova deles foram diferentes, como é descrito a seguir. - Preparação dos corpos de prova de areia Para a confecção dos corpos de prova de areia e misturas desta com os teores de cinza determinados, a compactação do material foi realizada diretamente na caixa de cisalhamento, uma vez que a areia é um material não coesivo, não sendo possível moldá-lo fora do equipamento. Esta compactação foi realizada manualmente, de maneira uniforme, e de modo que a areia não ficasse muito

19 75 densa. Com o auxílio de um gabarito, foi possível ajustar a altura do material na caixa de cisalhamento. A Figura 3.10 ilustra um esquema com essas etapas. A fim de garantir que o material ficasse com todas as propriedades adequadas, calculou-se a quantidade de material seco a ser adicionado à caixa de cisalhamento, acrescido de certo teor de umidade, com o objetivo de auxiliar no processo de moldagem. A umidade ótima adotada para a areia e as misturas foi de 10%, definida com base na execução de ensaios de cisalhamento direto da areia sob as umidades de 5, 10, 15 e 20%, tendo sido escolhido este valor pelo fato de, entre as umidades estudadas, a de 10% ter sido a que apresentou melhores resultados. Os valores do peso específico seco da areia e das misturas foram calculados com base nos ensaios de índices de vazios máximo e mínimo, e de densidade real dos grãos. A densidade relativa adotada para a areia e as misturas foi de 50%, pelo fato de este valor ter sido utilizado em pesquisas anteriores, demonstrando bons resultados. Figura 3.10: Processo de moldagem do corpo de prova arenoso.

20 76 -Preparação dos corpos de prova do solo argiloso Para a confecção dos corpos de prova do solo argiloso e das suas misturas, primeiramente, compactou-se um corpo de prova cilíndrico na energia Proctor Normal com umidade ótima e peso específico seco máximo obtidos por meio dos ensaios de compactação. Devido às dimensões da caixa de cisalhamento (10,2 cm x 10,2 cm x 2,5 cm), a compactação do corpo de prova foi realizada no cilindro grande, de dimensões 15,08 cm x 17,78 cm (diâmetro x altura), utilizando-se o soquete grande (4,53 kg) e ajustando-se o número de golpes e o número de camadas para que a energia de compactação fosse igualada à aplicada no cilindro pequeno. Assim, foram feitas 5 camadas, e aplicados 12 golpes em cada uma, conforme a norma NBR 7182 (1986). Obtido o cilindro compactado, moldaram-se 3 corpos de prova para o ensaio de cisalhamento direto. O procedimento de moldagem consiste na cravação de um anel metálico, com aproximadamente as mesmas dimensões da caixa de cisalhamento, no cilindro obtido. A cravação é feita uniformemente, escavando-se as laterais para o alívio de tensões. Antes da cravação do anel, é importante que suas laterais sejam untadas com vaselina para que o corpo de prova não se danifique ao ser transferido para o equipamento. Por fim, com o auxílio de um cap de acrílico, o corpo de prova é então transferido para a caixa de cisalhamento. A Figura 3.11 mostra o processo de moldagem do corpo de prova argiloso.

21 77 Figura 3.11: Processo de moldagem do corpo de prova argiloso. A caixa de cisalhamento é dividida horizontalmente em duas metades e a força normal é aplicada no corpo de prova a partir do topo da caixa de cisalhamento. A força de cisalhamento é aplicada movendo-se uma metade da caixa em relação à outra para provocar a ruptura. As caixas superior e inferior são distanciadas de 5,0 mm antes de iniciar a fase de cisalhamento do ensaio, para que o deslocamento relativo entre elas possa ocorrer. Acima e abaixo do corpo de prova, são colocadas placas ranhuradas que fornecem atrito ao solo, impedindo que este deslize quando aplicada a força horizontal. Também são colocados papéis filtro para impedir o carreamento de partículas, e pedras porosas para que a drenagem possa ocorrer livremente, estando o corpo de prova completamente ou parcialmente saturado. O ensaio de cisalhamento direto realizado ocorreu com o controle da deformação, onde uma taxa constante de deslocamento cisalhante é aplicada na metade superior da caixa por um motor que atua por meio de engrenagens, a uma velocidade determinada por um fator que vai de acordo com a carga aplicada verticalmente. Essa velocidade é calculada através dos dados da fase inicial do ensaio, chamada fase de adensamento, onde o corpo de prova é submetido somente à tensão vertical, sendo medida a variação de altura com o tempo, até que esta se estabilize. Através de um gráfico de deslocamento vertical versus raiz do

22 78 tempo (t), obtém-se o valor de t 100, correspondente a 100% do adensamento, e calcula-se a velocidade a ser adotada na fase de cisalhamento. Para as misturas com o solo argiloso, o tempo de adensamento foi estipulado em 24 horas; já para as misturas com areia, o adensamento é praticamente imediato, tendo sido adotado o tempo de 20 minutos para melhor estipulação da velocidade de ensaio a ser adotada. Na fase de cisalhamento, a ruptura sofrida pelo corpo de prova ocorre ao longo do plano de divisão da caixa. O deslocamento horizontal da metade superior da caixa é medido por um LVDT (Linear Variable Differential Transformer) horizontal, que funciona como um sensor para medição de deslocamento linear. As variações da altura do corpo de prova, ou seja, as variações do volume do mesmo ao longo do ensaio são obtidas através das leituras no LVDT vertical. O anel de carga mede a força horizontal variável à qual o corpo de prova está sendo submetido. Os ensaios foram repetidos em três tensões distintas, em corpos de prova similares, para cada solo e mistura. No caso da areia, adotaram-se os valores de 50, 150 e 300 kpa para as tensões normais aplicadas. Para o solo argiloso, aplicou-se 200 kpa ao invés de 150 kpa. Através do gráfico da Tensão Cisalhante Máxima, que indica o momento da ruptura, versus Tensão Normal, pré-definida, determinam-se as envoltórias de ruptura e os parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo. A Figura 3.13 ilustra o equipamento de cisalhamento direto utilizado na presente pesquisa. Figura 3.12: Prensa utilizada para os ensaios de cisalhamento direto.