15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

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1 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental ANÁLISES LABORATORIAIS DE UMA AMOSTRA INDEFORMADA DE SOLO NO MUNICÍPIO DE SÃO LEOPOLDO - RS Caroline Momoli de Carli Rosenbach 1 ; Mirela Miorim 2 ; Karina Escandiel 3 ; Tiago E Schuck 4 Resumo Os ensaios laboratoriais de caracterização do solo constituem um dos componentes de grande relevância na engenharia geotécnica. Sendo assim, foram realizados ensaios para verificar as suas condições, através disso a caracterização é fundamental para obter os parâmetros básicos para se conhecer um solo, tais como, índices físicos, Limites de Atterberg, massa específica real dos grãos, análise de granulometria, e parâmetros de resistência como cisalhamento direto e compressão simples. Este trabalho tem como objetivo principal realizar ensaios de caracterização geotécnica do solo do município de São Leopoldo/RS, e a partir dos resultados obtidos neste estudo, permitir que outras pessoas do município ou outra localidade tenham acesso ao trabalho. Existem outros tipos de ensaios que não foram realizados neste momento, como por exemplo as investigações geotécnicas e que podem ficar de complemento para trabalhos futuros. Abstract Laboratory of soil characterization tests are one of the components of great importance in geotechnical engineering. There fore, tests were carried out to verify their conditions, thereby characterization is essential for the basic parameters to meet a ground such as physical indexes, Atterberg limits, specific mass of grains, grain size analysis, and strength parameters as direct shear and compressive. This work is aimed at providing geotechnical characterization tests of the soil of São Leopoldo/RS, and from the results obtained in this study, allow others to the municipality or elsewhere have access to work. Other types of tests were not performed at this point, such as the geotechnical investigations that may be supplement for future work. Palavras-Chave caracterização; ensaios; solo; Engenheira Civil (UNISINOS): São Leopoldo-RS, carolmomoli@gmail.com Estudante de Engenharia Civil (UNISINOS): São Leopoldo-RS, mirela.miorim@gmail.com Estudante de Engenharia Civil (UNISINOS): São Leopoldo-RS, karinaeescandiel@gmail.com Estudante de Engenharia Civil (UNISINOS): São Leopoldo-RS, tiagoschuck@yahoo.com.br 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1

2 1. INTRODUÇÃO O munícipio de São Leopoldo/RS, localiza-se na região metropolitana de Porto Alegre, popularmente chamado de Vale dos Sinos. Estudar e avaliar as condições do solo preliminarmente para verificar as suas propriedades e características são de fundamental importância, caso houver algum interesse mais tarde de construção já haverá um estudo preliminar naquele local e na região. O local de estudo foi realizado na Rua Otávio Caruso da Rocha, número 292, bairro São João Batista, bem próximo a Universidade do Vale do Rio dos Sinos, suas coordenadas em UTM são 22 S ; , segundo o Google Earth. A Figura 1 apresenta o local de coleta e a figura 2 o solo sendo retirado. Figura 1 Planta baixa local de coleta Figura 2 - Foto da amostra de solo 2. GEOLOGIA DA REGIÃO Esta região de estudo está localizada na Bacia do Paraná, popularmente chamado a Bacia Sedimentar do Paraná, assim localizada na porção sul da plataforma sul-americana, é caracterizada pela presença de um espesso pacote constituído por derrames de rochas vulcânicas básicas e ácidas, eventualmente com intercalações de arenitos, mas abaixo dessa primeira camada, está a formação dos arenitos eólicos da formação do Botucatu, muito predominante por essa região que tem como principal formação as rochas sedimentares, e utilizadas para fazer as famosas pedras grês. Segundo Pinto (2006), todos os solos originam-se da decomposição das rochas que constituíam inicialmente a crosta terrestre. A decomposição decorrente de agentes físicos e químicos. Variações de temperatura provocam trincas, nas quais a água penetra, atacando quimicamente os minerais. O congelamento da água das trincas, entre outros fatores, exerce elevadas tensões, do que decorrer maior fragmentação dos blocos. A presença da fauna e flora promove o ataque químico, através da hidratação, hidrólise, oxidação, lixiviação, troca de cátions e carbonatação. O conjunto desses processos, que são muito mais atuantes em climas quentes do que em climas frios, leva á formação dos solos que, em consequência, são misturas de partículas pequenas que se diferenciam pelo tamanho e pela composição química. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 2

3 3. METODOLOGIA A metodologia utilizada foi baseada em pesquisas bibliográficas relacionadas ao assunto proposto no presente trabalho. A escolha do local de estudo foi definida em função de estar localizado em um morro e por existirem vários imóveis na área, inclusive alguns sendo construídos. Definido o local da coleta da amostra indeformada de solo, iniciou-se a sua extração. Primeiramente, foi removida a vegetação superficial e em seguida, partiu-se para a escavação em todo o contorno da amostra, até que se obteve um cubo com 25 cm de aresta, ficando ligado ao terreno apenas pela parte inferior, de onde foi cortado e removido. Depois de retirada a amostra, foi realizada a sua proteção, envolvendo-a em um plástico filme PVC. Preparada a amostra, foi colocada em uma caixa de madeira de forma cúbica com 30 cm de aresta, sendo o vazio entre a amostra e a madeira preenchida com serragem úmida, inclusive na parte superior e fechado à tampa da caixa. Posteriormente, foram marcadas na caixa de madeira, as faces correspondentes ao topo e uma lateral. A natureza do solo é designada como residual, procurando-se retirar a amostra mais próximo do horizonte designado como B, que fica abaixo dos 55cm da superfície do terreno. Então, a amostra coletada foi encaminhada ao Laboratório de Mecânica dos Solos da Universidade do Vale do Rio dos Sinos para a realização dos ensaios geotécnicos. Vale ressaltar que foram realizados os principais ensaios utilizados para a determinação das propriedades físicas e mecânicas do solo, entretanto, há outros ensaios que podem ser executados com a finalidade de complementar o estudo de um determinado solo. 4. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA E BREVE DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS Os ensaios geotécnicos compreenderam aqueles de caracterização física, tais como: teor de umidade ( ), peso específico aparente natural ( nat ), peso específico real dos grãos ( s ), análise granulométrica (sedimentação e peneiramento), Limite de Contração (LC), Limite de Plasticidade (LP), Limite de Liquidez (LL) e aqueles de caracterização mecânica, tais como: ensaios de cisalhamento direto e compressão simples. A determinação do teor de umidade ( ) do solo foi realizada através da secagem do material em estufa e a preparação da amostra de solo para os ensaios de análise granulométrica, LC, LP e LL, foram regidas pela norma NBR 6457/1986 (ABNT, 1986). Os ensaios para a determinação do LC, LP e LL do solo foram realizados conforme os procedimentos descritos nas normas NBR 7183/1982 (ABNT, 1982), NBR 7180/1984 (ABNT, 1984) e NBR 6459/1984 (ABNT, 1984), respectivamente. Para o LC foi necessário moldar um corpo de prova, cujo teor de umidade correspondeu a 10 golpes do aparelho de Casagrande. Após seco na estufa, determinou-se o seu volume a partir do volume deslocado do mercúrio contido na cuba de vidro. No LP foi preciso moldar cinco corpos de prova, quando estes fissuraram com 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm de comprimento. Já o LL foi determinado através do aparelho de Casagrande. A partir dos valores obtidos de números de golpes e das umidades correspondentes, no intervalo compreendido entre 15 e 40 golpes foi traçado a linha de escoamento do material e extraído o teor de umidade para 25 golpes. Segundo Pinto (2006), os limites se baseiam na constatação de que um solo argiloso ocorre com aspectos bem distintos conforme o seu teor de umidade. Quando muito úmido, ele se comporta como um líquido; quando perde parte de sua água fica plástico; e quando mais seco torna-se quebradiço. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 3

4 Análise granulométrica NBR (7181), o ensaio é constituído em duas partes, sedimentação e peneiramento, após realizado os dois ensaios é necessário fazer uma curva granulométrica para determinar o percentual de cada solo. Massa específica real dos grãos NBR (6508), ensaio para determinar o peso específico real dos grãos sem a presença de água ou do ar na amostra de solo. Cisalhamento Direto ASTM (D3080), foi realizado a moldagem de três corpos de prova indeformados, de dimensões 5x5x2 (cm) para poder aplicar diferentes tipos de carga, para assim, poder ver a tensão normal e a tensão de cisalhamento. Não foi realizado o ensaio simulando a forma saturada, apenas o ensaio simulando a situação real. Compressão Simples NBR (12770), moldagem de um corpo de prova da amostra indeformada, de dimensões 5 cm de diâmetro por 10 cm de altura, indicando onde é o topo, para assim poder rompê-lo. 5. RESULTADOS Os índices físicos do solo estão indicados na tabela abaixo: Tabela 1 Índices físicos do solo ωe (%) 14,32 ωf (%) 16,89 ωs (%) 13,80 (cm³) 1,75 d (cm³) 1,53 s (cm³) 2,67 e 0,737 η (%) 42,42 S (%) 51,72 Fonte: Elaborado pelo autores Onde: (ωe) umidade média da estufa; (ωf) umidade frigideira; (ωs) umidade speedy; ( ) peso específico natural; ( d) peso específico aparente seco; ( s) peso específico real dos grãos; (e) índices de vazios; (η) porosidade; (S) grau de saturação. O gráfico do Limite de Liquidez está representado na Figura 3 Figura 3 Gráfico Limite de Liquidez 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 4

5 O valor encontrado para o Limite de Plasticidade já com a média dos valores foi de 19%. Já o Limite de Contração é obtido junto do ensaio de Limite de Liquidez, o valor obtido foi de 17,30%. A tabela 2 abaixo mostra a relação dos limites com seus respectivos índices. Tabela 2 - Índices de Atterberg Limites Umidade (%) Índices (%) LL 23,21 IL -1,11 LP 19,00 IP 4,21 LC 17,30 IC 2,32 Onde: (LL) Limite de Liquidez; (LP) Limite de Plasticidade; (LC) Limite de Contração; (IL) Índice de Liquidez; (IC) Índice de Consistência; (IP) Índice de Plasticidade. Sendo assim, o IL indica solo excessivamente pré-adensado, IC indica solo mole, e IP solo fracamente plástico. Feito os procedimentos indicados pela norma foi realizado a curva granulométrica. As frações de cada solo foram de 15% para argila, 16% de silte e a soma de todas as areias 69%. Sendo assim foi feita a classificação do solo, pelo sistema trilinear, o qual apresentou ser uma areia siltosa. A Figura 4 demostra os valores obtidos. Figura 4 - Curva Granulométrica Para o ensaio de cisalhamento direto, os valores estão mostrados abaixo, tensão normal ( ) e tensão de cisalhamento ( ) para cada uma das três amostras. A tabela 3 representa os resultados. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 5

6 Tabela 3 - Tensão normal e de cisalhamento Amostra Tensão Normal (σ) (kpa) Tensão de Cisalhamento (τ) (kpa) A partir dos valores obtidos, foi elaborado um gráfico para determinar os parâmetros do cisalhamento direto, que são o ângulo de atrito interno e a coesão. Utilizando a ferramenta do excel foi colocado os pontos, após isso foi adicionado uma linha de tendência o qual cruza os pontos, gerando assim uma equação y= 0,9686x + 2 e juntamente dessa reta, foi adicionado o R² que apresentou 0,9864, um valor bem razoável, sendo o melhor valor a ser apresentado é 1. O R² representa a uniformidade entre os pontos colocados e seus respectivos valores, a figura 5 representa o processo descrito acima. Figura 5 Cisalhamento Direto No ponto em que a linha de tendência corta o eixo das ordenadas, tem-se o valor de coesão (c) do solo e o ângulo que esta linha forma com o eixo das abcissas é chamado ângulo de atrito interno do solo ( ). A coesão obtida foi de 2 kpa e o ângulo de atrito interno do solo ( ) foi de 44,05, encontrando a partir de uma relação de triângulos. Para x = 0; c=0,9654x0 + 2= 2 Para x = 200; c= 0,9654x = 195,49 195,49-2= 193,49 ϕ= arctg 193,49/200= 44,05 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 6

7 Para a compressão simples a partir dos valores coletados na máquina, foi colocado em uma tabela o menor e maior valor de tensão normal. Tabela 4 - Tensão Normal ( ) e Tensão de Cisalhamento ( ) (kpa) 0 0 (kpa) 32,5 32, Realizado a tabela acima, realiza-se o Círculo de Mohr indicando o valor de tensão cisalhante máxima. A figura 6 apresenta o descrito acima. Figura 6 Círculo de Mohr 6. CONCLUSÕES Com o término deste estudo pode-se dizer que existe uma boa caracterização do local, e que pode ser mais aprofundado realizando outros ensaios, como mencionado no começo. Espera-se que profissionais da área geotécnica e a população possam ter acesso aos resultados e usarem em algum trabalho ou projeto mais tarde, tornando assim mais completo. Os índices físicos apresentaram valores esperados devidos as suas composições mineralógicas da região de estudo. A umidade média da estufa apresentou 14,32 %, umidade frigideira 16,89 %, umidade speedy 13,80 %, peso específico natural 1,75 g/cm³, peso específico aparente seco 1,53 g/cm³, peso específico real dos grãos 2,67 g/cm³, índices de vazios 0,737, porosidade 42,42 %, grau de saturação 51,72%. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 7

8 O Limite de Liquidez obteve valor de 23,10%, Limite de Plasticidade 19% e Limite de Contração 17,30%, com base nesses valores foram relacionados com uma tabela para identificar os índices, que apontaram o IL indica solo excessivamente pré-adensado, IC indica solo mole, e IP solo fracamente plástico. A curva granulométrica apresentou como seu maior valor a areia siltosa com 69%, a partir disso foi usado o sistema trilinear para classificação o qual apresentou como areia siltosa. O cisalhamento direto como esperado a medida que a tensão normal foi aumentando a tensão de cisalhamento também foi, chegando a 199 kpa. Já o seu ângulo de atrito interno apresentou um valor de 44,05º, quase chegando ao plano de 45º. A coesão por sua vez apresentou o valor de 2 kpa. Por fim, o ensaio de compressão simples apresentou uma tensão normal ou (RCS) de 65 kpa e sua tensão de cisalhamento de 32,5 kpa. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Laboratório de Mecânica dos Solos pelo espaço concedido pela Unisinos, no trabalho acadêmico realizado durante a cadeira de mecânica dos solos. Ao dono do terreno que permitiu a coleta da amostra, sem ele o trabalho não poderia ser realizado. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6502 Rochas e Solos Terminologia p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7181 Solo Análise Granulométrica p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7180 Solo Determinação do Limite de Plasticidade p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459 Solo Determinação do Limite de Liquidez p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7183 Solo Determinação do Limite e Relação de Contração dos Solos p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6457 Amostras de Solo Preparação para Ensaios de Compactação e Ensaios de Caracterização p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6508 Grãos de solo que passam na peneira de 4,8mm Determinação Da Massa Específica p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR solo coesivo Determinação da Resistência à Compressão não Confinada ASTM D Standard Test Method For Direct Shear Test Of Soils Under Consolidated Drained PINTO, Carlos Souza. Curso básico de mecânica dos solos. 3ª ed. São Paulo: Oficina de Textos, Pág e pág º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 8