Universidade Federal do Rio de Janeiro
O USO DO PENETRÔMETRO DINÂMICO LEVE (DPL) PARA INVESTIGAÇÃO
GEOTÉCNICA EM PROJETOS DE HABITAÇÃO DE INTERESSE SOCIAL
Lucas Scoralick Coimbra Naveira
2019
ii
O USO DO PENETRÔMETRO DINÂMICO LEVE (DPL) PARA INVESTIGAÇÃO
GEOTÉCNICA EM PROJETO DE HABITAÇÃO DE INTERESSE SOCIAL
Lucas Scoralick Coimbra Naveira
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Civil da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro Civil.
Orietadores: Prof. Fernando Artur Brasil Danziger
e Profª Graziella Maria Faquim Jannuzzi
Rio de Janeiro
Março de 2019
iii
O USO DO PENETRÔMETRO DINÂMICO LEVE (DPL) PARA INVESTIGAÇÃO
GEOTÉCNICA EM PROJETO DE HABITAÇÃO DE INTERESSE SOCIAL
Lucas Scoralick Coimbra Naveira
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Examinada por:
___________________________________________________________________
Prof. Fernando Artur Brasil Danziger, D. Sc.
___________________________________________________________________
Profa. Graziella Maria Faquim Jannuzzi, D. Sc.
___________________________________________________________________
Prof. Leandro Torres di Gregório, D. Sc.
___________________________________________________________________
Prof. Claudio Pereira Pinto, M. Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
MARÇO de 2019
iv
Naveira, Lucas Scoralick Coimbra
O Uso do Penetrômetro Dinâmico Leve (DPL) para
Investigação Geotécnica em Projetos de Habitação de
Interesse Social / Lucas Scoralick Coimbra Naveira – Rio de
Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica: 2019.
xvii, 96 p.: il.; 29,7cm.
Orientadores: Fernando Artur Brasil Danziger e
Graziella Maria Faquim Jannuzzi
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/
Engenharia Civil , 2019.
Referências Bibliográficas: p. 85-91.
1. Ensaio de Campo. 2. Investigação Geotécnica. 3. DPL. 4.
Fundação
I. Danziger, Fernando Artur Brasil. II. Jannuzzi, Graziella
Maria Faquim. III. Universidade Federal do Rio de Janeiro,
Escola Politécnica, Engenharia Civil. III. O Uso do
Penetrômetro Dinâmico Leve (DPL) para Investigação
Geotécnica em Projetos de Habitação de Interesse Social.
v
DEDICATÓRIA
À Luciana Veneziani Peixoto, por todo o amor e apoio inclusive nos momentos mais
difíceis e maior fonte de motivação e inspiração na ciência e na vida.
À Leila Scoralick Coimbra, professora dedicada, mãe orgulhosa e exemplo de
persistência e força.
À Therezinha F. Bauer Naveira (in memoriam), a pessoa mais devotada a tudo que
considerou uma missão em sua vida.
vi
AGRADECIMENTOS
A realização e em especial a finalização deste Projeto Final de Curso teve a
contribuição especial de pessoas que acreditaram nas ideias desenvolvidas e,
principalmente, valorizaram todo trabalho feito até aqui. A estas pessoas, que citarei
abaixo, dou o meu muito obrigado, desejando também que tenham muito sucesso em
suas trajetórias de vida.
Agradeço à Luciana Peixoto Veneziani, a cientista com quem namoro e construo
uma vida há dois anos e que me deu todo o apoio moral para prosseguir com este
trabalho, por mais pesadas e difíceis que fossem as adversidades encontradas durante
todo esse caminho. Também por ser um exemplo de competência profissional,
dedicação à ciência e assertividade que acompanho e admiro muito e com quem desejo
cada dia mais continuar a construir uma história de vida.
Agradecimentos a minha mãe, Leila Scoralick Coimbra, e a meu pai,
Alexandrino José Bauer Naveira, por terem oferecido todas as condições materiais,
intelectuais, morais e éticas que ajudaram a me constituir como pessoa e a chegar até a
esse ponto na minha vida. Por terem acreditado, desde a minha infância, e terem
dedicado todo seu tempo, amor e recursos na construção de meu caráter e educação,
apesar de todas as dificuldades que encararam.
Aos meus orientadores, professores Fernando Artur Brasil Danziger e Graziella
Maria Faquim Jannuzzi, pela confiança depositada desde o início do Projeto Final de
Graduação, quando discutimos o arcabouço do projeto, passando pelo desenvolvimento
do projeto, com correções, referências bibliográficas imprescindíveis e a confiança
depositada em vários momentos desde que esse projeto teve seu início até o seu fim.
Ao engenheiro Roney Moura Gomes, pelo apoio e dedicação durante o ensaio
realizado no campo experimental deste trabalho.
Agradecimentos também ao pessoal técnico do Laboratório de Ensaios de
Campo e Instrumentação, um dos Laboratórios de Geotecnia Professor Jacques de
Median da COPPE/UFRJ, ao senhor Roberto Marinho e ao Edgard Bispo por estarem
sempre apoiando as atividades durante os ensaios, oferecendo as suas experiências e
propondo soluções para o desenvolvimento deste trabalho e aprimora-lo.
A amigos que fiz na graduação em Engenharia Civil: Ana Beatriz Porto, Júlia
Lôbo, Gabriela Lauria, Caio Maia, Rebeca Maffra, André Moura, Rafaela Lopes, Lucas
vii
Trapani, Gabriel Stelling, Wallace Farias e Mateus Bernardes. Seguimos juntos desde a
disciplina de Elementos de Mecânica Estrutural, passando por diversas outras matérias,
estágios, trabalhos e projetos em grupo, onde todos sempre se ajudaram e foram
parceiros. Que a nossa amizade continue ativa por muito tempo.
Aos colegas de laboratório, mestrandos e doutorandos do Programa de
Engenharia Civil da COPPE/UFRJ, em especial Rhamira Pascual, Roberto Mazzarone,
George Teles, Arthur Veiga, Felipe Alves e Cid Dieguez pelas contribuições em
referências utilizadas neste trabalho e também por conselhos oferecidos durante o
desenvolvimento do projeto do equipamento para a realização do ensaio DPL.
Às secretárias Rita de Cássia e Maria Alice pela proatividade, dedicação e
compreensão durante etapas deste trabalho, auxiliando na resolução de questões
administrativas.
À empresa Transcional Indústria e Comércio de Metais Ltda e seu administrador
e engenheiro mecânico Diego por toda a disposição, expertise e sugestões necessárias
para a fabricação do equipamento de forma simples, eficaz e eficiente.
Meus agradecimentos à Pró-Reitoria de Assuntos Estudantis (PR7) por
implementar e manter na Universidade Federal do Rio de Janeiro a Política Nacional de
Assistência Estudantil (PNAES), permitindo a permanência de estudantes nos cursos de
graduação e o desenvolvimento adequado de suas atividades acadêmicas.
viii
“Quem duvidará das más consequências
que advirão do fato:
de inteligências criadas livres por Deus
serem obrigadas a se submeterem
servilmente a uma vontade externa?
de sermos ensinados a renegar nossas
intuições e submetê-las ao capricho de
outros?
de pessoas sem competência serem
arvoradas em juízes de competentes e terem
autoridade assegurada para tratá-las a seu
arbítrio?
Estas, sim, são inovações capazes de
arruinar comunidades e subverter o
Estado.”
Galileo Galilei
ix
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
O Uso do Penetrômetro Dinâmico Leve (DPL) para Investigação Geotécnica em Projeto
de Habitação De Interesse Social
Lucas Scoralick Coimbra Naveira
Março/2019
Orientadores: Fernando Artur Brasil Danziger e Graziella Maria Faquim Jannuzzi
Curso: Engenharia Civil
O Penetrômetro Dinâmico Leve (DPL) é um ensaio de campo de fácil realização, que
mede o número de golpes para a penetração de 10 cm (N10) de uma ponteira cônica de
10 cm2 de área projetada sob a ação de uma massa de 10 kg caindo de uma altura de
50 cm. Obtém-se um gráfico do número de golpes N10 versus profundidade. A
resistência dinâmica da ponteira cônica (qD) pode ser obtida a partir do emprego de
fórmulas dinâmicas de cravação de estacas, visando diversas aplicações de engenharia.
Sua principal utilização é a de controle de execução de fundações superficiais e de
aterros. No caso do projeto de extensão Sistema Habitacional Simples (SHS), foi
sugerido como a investigação de melhor custo benefício, de vez que o equipamento é de
baixo custo e pode ser executado, com pouco treinamento, pela equipe de construção
das casas. No presente trabalho são analisadas as correlações existentes entre o DPL e
outros ensaios de campo, fabricado um equipamento de DPL e realizados os primeiros
ensaios na areia da praia de Copacabana. A continuidade da pesquisa é proposta, através
da realização de ensaios na câmara de calibração NGI-COPPE/UFRJ.
Palavras-chave: Ensaio de Campo, Investigação Geotécnica, DPL, Fundação
x
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/ UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Civil Engineer.
The Use of Dynamic Probing Light (DPL) for Geotechnical Investigation in Housing of
Social Interest Projects
Lucas Scoralick Coimbra Naveira
March/2019
Advisors: Fernando Artur Brasil Danziger and Graziella Maria Faquim Jannuzzi
Course: Civil Engineering
The Dynamic Probing Light (DPL) measures the number of blows to drive a cone
10 cm2 in area into the soil. A hammer of mass 10 kg falling 0.5 m is used for that
purpose. The equipment is simple to operate, and provides a chart N10 versus depth. The
dynamic resistance (qD) can be derived from dynamic formulas, used for a number of
engineering applications. Shallow foundations inspection and compaction control are
the main purposes of the test. For its simplicity and the possibility to be operated by the
construction team, it was chosen to be used as the main geotechnical investigation in the
Simple Housing System (SHS) project. The present work analyses correlations between
DPL and other in situ tests. An equipment was produced and initial tests have been
performed at Copacabana beach sand. The continuity of the research is suggested with
the use of calibration chamber testing.
Keywords: Field test, Geotechnical Investigation, DPL, Foundation
xi
SUMÁRIO
1. Introdução.................................................................................................................. 1
1.1. Motivação do trabalho ....................................................................................... 1
1.2. Objetivos Gerais................................................................................................. 3
1.3. Metodologia ....................................................................................................... 3
1.4. Organização do Trabalho ................................................................................... 5
2. Revisão da Literatura ................................................................................................ 6
2.1 A Importância da Realização dos Ensaios Geotécnicos .................................... 6
2.2 Histórico do Desenvolvimento do Penetrômetro Dinâmico Leve (DPL) .......... 7
2.3 Os Parâmetros Mecânicos que Podem Ser Obtidos pelo DPL ........................ 18
2.4 A Caracterização de Solos Granulares ............................................................. 19
2.5 Correlações entre Resultados de Ensaios e Parâmetros Mecânicos do Solo ... 22
2.5.1 A Importância das Correlações na Prática de Engenharia ............................... 22
2.5.2 Correlações Estabelecidas entre os Ensaios DPL e SPT ................................. 24
2.5.3 Correlações Estabelecidas entre o DPL e o CPT ............................................. 27
3. Materiais e Métodos ................................................................................................ 31
3.1 Ensaio na Câmara de Calibração ..................................................................... 31
3.1.1 Caracterização das Areias a Serem Empregadas ............................................. 31
3.1.1.1 A Areia de Hokksund....................................................................................... 31
3.1.1.2 A Areia da Praia de São Francisco (Niterói/RJ) .............................................. 35
3.1.2 A Câmara de Calibração NGI-COPPE/UFRJ .................................................. 39
3.1.2.1 O Processo de Formação do Corpo de Prova na Câmara de Calibração ......... 45
xii
3.1.2.2 O Carregamento do Corpo de Prova na Câmara de Calibração ....................... 48
3.2 Caracterização do Campo Experimental na praia de Copacabana ................... 50
3.3 A Verificação para Atendimento do Critério Mínimo de Dimensionamento de
Fundação Usando o Ensaio DPL .................................................................................... 57
4. A Fabricação do Equipamento e Realização do Ensaio DPL no Campo
Experimental ................................................................................................................... 62
4.1 Processo de Fabricação do Equipamento DPL ................................................ 62
4.1.1 Projeto do Equipamento DPL .......................................................................... 62
4.1.2 Resultado Final da Fabricação do Equipamento DPL ..................................... 63
4.1.3 Verificação de Dimensões e Massas após a Fabricação .................................. 68
4.2 Realização dos Ensaios com o DPL no Campo Experimental de Copacabana 69
4.2.1 Localização do Campo Experimental e Descrição do Ensaio ......................... 69
4.2.2 – Realização do ensaio ..................................................................................... 71
5. Apresentação e análise dos Resultados ................................................................... 75
6 Conclusões e Sugestões para Futuras Pesquisas ..................................................... 83
6.1 Conclusões ....................................................................................................... 83
6.2 Recomendações para Trabalhos Futuros ......................................................... 83
Referências Bibliográficas .............................................................................................. 85
ANEXO I ........................................................................................................................ 92
xiii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 - Triângulo de Burland. Fonte: BURLAND (1987) ........................................ 8
Figura 2.2 - Penetrômetro usado por Paproth em 1943 com alteração na massa do
martelo para 10kg. Fonte: BROMS e FLODIN (1988) .................................................. 10
Figura 2.3 - – Esquema com as partes componentes do equipamento do ensaio DPL
[adaptado de SOUZA et al (2008)] ................................................................................ 12
Figura 2.4 – Dimensões e formato do cone do penetrômetro dinâmico dos alemães
conforme resolução de comissão da ISSMFE em 1963. Fonte: SANGLERAT (1972) . 13
Figura 2.5 – Detalhe da ponteira cônica do DPL (Fonte: ISSMFE, 1989)..................... 15
Figura 2.6 – Categorias de angulosidade dos grãos de areia. Fonte: LAMBE e
WHITMAN (1969) ......................................................................................................... 21
Figura 3.1 – Envoltória de resistência obtida em Ensaio de Cisalhamento Direto com a
areia de Hokksund Fonte: TELES(2013) ....................................................................... 34
Figura 3.2 – Variação de volume nos corpos de prova a diferentes compacidades
relativas em função da deformação axial. Fonte: OLIVEIRA FILHO (1987) ............... 37
Figura 3.3 – Envoltória de ruptura segundo critério de Mohr-Coulomb para a areia da
praia de São Francisco. Fonte: OLIVEIRA FILHO (1987) ........................................... 38
Figura 3.4 – Esquema da câmara de calibração doada pelo NGI à COPPE/UFRJ. Fonte:
SANTANA, 2015 ........................................................................................................... 40
Figura 3.5 – Detalhe relacionando os componentes da câmara de calibração e sua
disposição. FONTE: SANTANA (2015), adaptado de ZOHRABI (1993). ................... 41
Figura 3.6 – Corte A-A representado na figura 3.5, demonstrando a composição do
tambor. Fonte: SANTANA (2015) ................................................................................. 43
Figura 3.7 – Esquema do pluviador da câmara de calibração NGI-COPPE/UFRJ. Fonte:
SANTANA (2015) ......................................................................................................... 47
xiv
Figura 3.8 –Reservatório de ar e água de pressão lateral (à esquerda); reservatório de ar
e água de pressão vertical (à direita). Fonte: ALVES (2019) ......................................... 49
Figura 3.9 – Esquema da configuração convencional do cone elétrico. Fonte:
JANNUZZI e DANZIGER (2017), adaptado de SCHAAP e ZUIDBERG (1982) ....... 51
Figura 3.10 – Resultados de resistência de ponta e de atrito lateral obtidos em ensaio
CPTU na areia da praia de Copacabana. Fonte: GOMES (2016) .................................. 52
Figura 3.11 – Curvas granulométricas das amostras da areia de copacabana obtidas por
GOLDBACH (2016), em conjunto com a curva obtida por PINTO (2006). Fonte:
GOLDBACH (2016) ...................................................................................................... 53
Figura 3.12 – Curvas granulométricas de amostras de areia da praia de Copacabana,
altura do Leme. Fonte: GOMES (2016) ......................................................................... 54
Figura 3.13 – Gabarito para classificação da angulosidade dos grãos, proposta por F. J.
Pettijohn. Fonte: LAMBE e WHITMAN (1969) ........................................................... 55
Figura 3.14 – Mapa geológico para a região do campo experimental na praia de
copacabana. Fonte: CUNHA e SILVA (2001) ............................................................... 56
Figura 3.15 – Planta de módulo habitacional do SHS onde é representada a disposição
das paredes na casa. Fonte: BENVENUTI JÚNIOR et al. (2018) ................................. 58
Figura 3.16 – Tabela da NBR 6122 estabelecendo os valores para estimativa das
pressões básicas para 15 tipos de solos. Fonte: NBR 6122:1996 ................................... 59
Figura 3.17 - Esquema do bloco corrido empregado no projeto de um dos modelos de
habitações do projeto SHS. Fonte: BENVENUTI JUNIOR et al. (2018) ...................... 61
Figura 4.1 – Ponteira cônica (à esquerda) e cabeça de bater (à direita) do equipamento
DPL fabricado conectadas à haste .................................................................................. 64
Figura 4.2 – Ponteira (à esquerda) e cabeça de bater (à direita) separadas das hastes.
Detalhe do rosqueamento do equipamento ..................................................................... 64
xv
Figura 4.3 – Detalhe da marcação realizada nas hastes a cada 10cm para facilitar a
identificação e registro do N10 ........................................................................................ 65
Figura 4.4 – Adaptação fabricada para ligação das hastes do equipamento DPL .......... 65
Figura 4.5- Martelo e guia do equipamento DPL fabricado ........................................... 66
Figura 4.6 – Verificação da altura de queda no equipamento de DPL montado ............ 66
Figura 4.7 – Equipamento DPL montado com todos os componentes associados......... 67
Figura 4.8 – Pontos de referência dos ensaios realizados no campo experimental ........ 69
Figura 4.9 – Localização dos ensaios retirados a partir do programa Google Earth ..... 70
Figura 4.10 – Croqui elaborado com a posição dos dois ensaios DPL realizados,
comparado com a localização do ensaio CPTU realizado por GOMES (2016) ............. 70
Figura 4.11 – Realização do ensaio DPL no campo experimental localizado na praia de
Copacabana, altura do Leme .......................................................................................... 72
Figura 5.1 – Medida do segmento de conexão entre as duas hastes ............................... 75
Figura 5.2 – Gráfico relacionando o N10 com a profundidade para DPL-01.................. 76
Figura 5.3 – Gráfico relacionando o N10 com a profundidade para DPL-02.................. 77
Figura 5.4 – Gráfico comparando os resultados de N10 obtidos nos ensaios DPL-01 e
DPL-02 ........................................................................................................................... 78
Figura 5.5 – Gráfico comparativo da resistência de ponta obtida nos ensaios com o DPL
(qD) e da resistência de ponta do cone (qC) obtida por GOMES (2016)......................... 79
Figura 5.6 - Correlação entre o N10 obtido no ensaio DPL-01 sem a correção pelo
método das diferenças de TUKEY (1977) com a resistência de ponta de cone obtida por
GOMES (2016)............................................................................................................... 80
Figura 5.7 - Correlação entre o N10 obtido no ensaio DPL-01 corrigido pelo método das
diferenças de TUKEY (1977) com a resistência de ponta de cone obtida por GOMES
(2016).............................................................................................................................. 81
xvi
Figura 5.8 – Correlação entre o N10 obtido no ensaio DPL-02 corrigido pelo método das
diferenças de TUKEY (1977) com a resistência de ponta de cone obtida por GOMES
(2016).............................................................................................................................. 81
xvii
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 2.1 - Especificações de equipamento que realiza ensaio DPL segundo a
Referência Internacional da ISSMFE ............................................................................. 16
Tabela 2.2 - Relação entre compacidade relativa e resistência à penetração conforme
proposta de NILSSON (2013) ........................................................................................ 17
Tabela 2.3 - Classificação das areias segundo TERZAGHI e PECK (1948), citado por
PINTO (2006) ................................................................................................................. 22
Tabela 2.4 - Correlações entre os ensaios DPL e SPT ................................................... 25
Tabela 3.1 - Resultados dos ensaios de caracterização da areia de Hokksund
(MARQUES e OLIVEIRA, 2009) ................................................................................. 32
Tabela 3.2 - Resultados obtidos em ensaio de Cisalhamento Simples com a areia de
Hokksund por TELES (2013) ......................................................................................... 35
Tabela 3.3 – Condições de contorno para ensaios em câmaras de calibração (GHIONNA
e JAMIOLKOWISKI, 1991) .......................................................................................... 50
Tabela 4.1 – Dimensões e tolerâncias adotadas no projeto de equipamento DPL ......... 68
Tabela 5.1 - Resultados de N10 no ensaio DPL-01 ......................................................... 75
Tabela 5.2 - Resultados de N10 no ensaio DPL-02 ......................................................... 76
1
1. Introdução
1.1. Motivação do trabalho
Este trabalho foi motivado a partir de um projeto de extensão coordenado pelo
professor Leandro Torres Di Gregório intitulado SHS – Solução Habitacional Simples.
Foi abordado o tema de investigação geotécnica com o emprego do Penetrômetro
Dinâmico Leve (DPL), desenvolvido pela professora Graziella Maria Faquim Jannuzzi.
Surgiu então a ideia de propor o uso do DPL, por sua facilidade de transporte,
montagem e operação. Esta proposta visa apresentar uma opção simples e de baixo
custo para o conhecimento da estratigrafia do subsolo, bem como planejar as ações
necessárias para validar o projeto de fundações desenvolvido para os módulos
habitacionais propostos pelo projeto SHS.
O projeto de extensão Sistema Habitacional Simples (SHS) possui como
objetivo o desenvolvimento de uma metodogia de reconstrução de moradias e de outras
edificações de pequeno porte, como postos médicos e escolas. Tem por base o sistema
de organização da produção por mutirão, composto por pessoas residentes de
comunidades afetadas por conflitos humanos e desastres naturais. Alinhado com a
Agenda 2030 da Organização das Nações Unidas (ONU) para o Desenvolvimento
Sustentável, propõe utilizar recursos naturais disponíveis na região para a construção de
alvenaria estrutural de solo-cimento. Procura-se assegurar, assim, que o custo de
construção seja baixo, o impacto ambiental reduzido, e a segurança estrutural das
edificações seja garantida conforme as normas vigentes. As informações completas
sobre o projeto podem ser encontradas no seguinte sítio de Internet:
www.shs.poli.ufrj.br.
2
O ensaio do penetrômetro dinâmico leve é mais conhecido pela expressão em
inglês Dynamic Probing Light e por sua sigla nesse idioma (DPL). Os resultados são
obtidos de forma contínua durante o ensaio, ao contrário do SPT,cuja normatização no
Brasil estabelece que a cada metro sejam registrados o número de goples necessários
para a penetração correspondente a uma camada de 45 cm no solo.
Para regiões com ocorrência de sismos, os solos devem ser investigados com
emprego de outros ensaios de campo, como o SPT, o CPTU (piezocone) e o dilatômetro
(DMT), para avaliar-se especialmente se existe risco de liquefação de solos granulares.
Nos dias atuais, busca-se desenvolver soluções sustentáveis de Engenharia para
garantir que a degradação ao Meio Ambiente seja controlada e a viabilidade econômica
dos empreendimentos torne-se otimizada, racionalizando-se o consumo de insumos e de
fontes de energia. A indústria da Construção Civil é reconhecida como um dos setores
produtivos que mais consomem recursos naturais, como minérios, combustíveis fósseis
e água. Este impacto ocorre em todas as fases do ciclo de vida das edificações, gerando
grandes quantidades de resíduos que dispendem elevado custo para disposição adequada
(CONSELHO BRASILEIRO DE CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL, 2009).
Além disso, a igualdade de condições básicas de desenvolvimento humano,
expressas na garantia do direito à moradia, no acesso à saúde, educação e saneamento
básico de qualidade, vem se tornando uma demanda urgente, dado o crescimento da
população mundial. A desigualdade sócio-econômica existente também é um desafio,
especialmente em países como o Brasil e o Haiti, onde existe a pretensão de se
implantar a metodologia desenvolvida no projeto SHS por parte do Engenheiro Civil
Jac-ssone Alerte. O Brasil possui o 75º Índice de Desenvolvimento Humano (IDH) e o
3
Haiti, o 163º de um total de 188 países estudados pelo Programa das Nações Unidas
para o Desenvolvimento (PNUD, 2015).
1.2. Objetivos Gerais
A utilização do DPL é adequada para o conhecimento de camadas superficiais e
em terrenos onde se pretende instalar fundações rasas do projeto SHS.
Este trabalho busca mostrar a aplicabilidade do DPL como ensaio de campo
capaz de dar bases quantitativas para possibilitar o emprego de fundações superficiais,
tendo como caso específico uma de construção de baixo custo, no âmbito de
empreendimentos de habitações de interesse social. Foi desenvolvido um projeto de
equipamento DPL baseado no estabelecido pela referência internacional da ISSMFE
(1989) e pela norma ISO 22476-2. Foi planejada a realização de ensaios com o DPL
fabricado na câmara de calibração NGI-COPPE/UFRJ com as areias de Hokksund e da
praia de São Francisco, caracterizadas por ensaios de laboratório por TELES (2013) e
OLIVEIRA FILHO (1987), respectivamente. Procurou-se realizar um ensaio DPL com
o equipamento desenvolvido em campo experimental, localizado na praia de
Copacabana, onde foram desenvolvidos trabalhos de caracterização física e mecânica do
solo a partir de ensaios de campo e laboratório por GOMES (2016) e GOLDBACH
(2016).
1.3. Metodologia
Inicialmente, estava proposta a realização de um ensaio na câmara de calibração
da COPPE-UFRJ, doada pelo Instituto Norueguês de Geotecnia (NGI) na década de
1990. Foram levantados dados acerca dos solos arenosos presentes no Laboratório de
4
Ensaios de Campo e Instrumentação Prof. Márcio Miranda Soares (LACI) que tivessem
caracterização adequada na literatura através de ensaios de laboratório. No entanto, não
foi possível realizar o ensaio na câmara de calibração para esse trabalho, pela
dificuldade de se fabricar o DPL na presente pesquisa.
Propôs-se também realizar ensaio com o equipamento desenvolvido em campo
experimental localizado na praia de Copacabana, onde foram feitos ensaios in situ. A
caracterização física do material ensaiado com o DPL no campo experimental foi
estudada na literatura para entender o comportamento do solo durante a realização do
ensaio.
Optou-se, no presente trabalho, por fabricar o equipamento de DPL conforme as
especificações técnicas (ISSMFE, 1989), sendo necessário desta forma detalhar o
projeto para a fabricação (Anexo 1) em oficina de usinagem. Foram levantados os
custos e prazos para a realização desses serviços, sendo então escolhida a empresa
Transcional Indústria e Comércio de Artefatos de Metais Ltda., localizada na zona norte
da cidade do Rio de Janeiro.
O trabalho contou com a colaboração imprescindível da equipe técnica do
Laboratório de Ensaios de Campo e Instrumentação Professor Márcio Miranda Soares,
um dos Laboratórios de Geotecnia Professor Jacques de Medina da COPPE/UFRJ, em
especial do técnico em eletromecânica Edgar Bispo, do senhor Luiz Roberto Marinho e
também da professora Graziella Maria Faquim Jannuzzi e do engenheiro Roney de
Moura Gomes nas tarefas relativas à fabricação do equipamento e ensaio no campo
experimental da praia de Copacabana.
5
1.4. Organização do Trabalho
Segue-se a esta Introdução o capítulo 2, que se refere à Revisão Bibliográfica e
no qual é realizado um breve histórico do equipamento, a sua aplicação e considerações
sobre a resistência de ponta e de como evitar o atrito lateral durante o ensaio com o
DPL. Além disso, é mostrada a importância das correlações entre os resultados de
diferentes ensaios, e são citados estudos de caso de correlações na literatura entre o DPL
e outros ensaios de campo largamente aplicados, a saber: SPT e CPT.
O capítulo 3 descreve a metodologia, detalhes sobre os materiais a serem
empregados tanto na câmara de calibração quanto no campo experimental, e
planejamento de operações da câmara de calibração instalada na COPPE-UFRJ para
realização de ensaio com o equipamento DPL projetado e fabricado, além de
caracterização do campo experimental e planejamento para o ensaio de campo usando o
DPL.
O Capítulo 4 diz respeito ao processo de fabricação do equipamento que realiza
o ensaio DPL e às características do mesmo, além de apresentar os resultados do ensaio
realizado no campo experimental da praia de Copacabana.
As conclusões do trabalho e sugestões para pesquisas futuras são apresentadas
no capítulo 5. Em seguida encontram-se listadas as referências bibliográficas.
6
2. Revisão da Literatura
2.1 A Importância da Realização dos Ensaios Geotécnicos
Para se conhecer o solo de um terreno destinado a intervenções como obras de
terra e de edificações, a Engenharia Geotécnica emprega ensaios para analisar o
substrato. Segundo ROBERTSON (2012), procura-se obter dados e parâmetros que
expliquem o estado natural, a resistência, a compacidade (para solos arenosos) e
consistência (para solos argilosos), a compressibilidade e a condutividade hidráulica dos
solos encontrados na investigação geotécnica. Para essa atividade, são empregados
ensaios de campo e de laboratório.
De acordo com BASTOS (2016) existem diferentes métodos de ensaios de
campo realizados atualmente e normatizados por órgãos cuja abrangência pode ser
nacional, regional ou internacional. O objetivo e onde são obtidos os dados são os
pontos em comum entre os ensaios de campo. Independente da metodologia, procura-se
obter valores adequados in situ, para se conhecer o estado e a composição do solo a ser
utilizado para fins geotécnicos.
Os diferentes métodos de ensaios de campo possuem entre si características que
os diferenciam, apresentando suas respectivas vantagens e desvantagens, bem como as
suas aplicações e limitações específicas. De acordo com diversos fatores, como a
predominância de determinado tipo de solo, o enfoque em obter determinados
parâmetros geotécnicos e limitações financeiras e de equipamentos, por exemplo, levam
à preferência por um método de ensaio de campo em detrimento dos demais. (SANTOS,
2017)
7
Os recursos financeiros são uma variável importante neste processo decisório do
empreendimento. A literatura reporta que em situações usuais no Brasil, esta fase
representa de 0,2% a 0,5% do custo total das obras (SCHNAID, F. ODEBRECHT,
2012). De acordo com levantamento, de 85% a 90% das campanhas de sondagem para
o dimensionamento de fundações convencionais na América do Norte e do Sul utilizam
o Standard Penetration Test (SPT) (BOWLES, 1997).
Surge então na Geotecnia a necessidade de realizar correlações entre os
resultados obtidos em diferentes métodos, procurando confrontar suas semelhanças e
diferenças. Nesta revisão serão destacadas correlações com os ensaios DPL, SPT e CPT.
Além disso, serão descritos o histórico e o uso corrente de equipamentos que realizam o
ensaio DPL e serão abordados os procedimentos de caracterização dos solos granulares.
2.2 Histórico do Desenvolvimento do Penetrômetro Dinâmico Leve (DPL)
De maneira geral, a avaliação da carga de ruptura de uma fundação é baseada na
Teoria da Plasticidade, visto que as tensões encontradas em algumas regiões do solo
estão completamente mobilizadas. Enquanto isso, na avaliação dos recalques, considera-
se que o solo apresenta um comportamento de material elástico, e assim o estado de
tensões do solo pode ser estimado com base na Teoria da Elasticidade (DANZIGER,
2014).
Ambas as teorias geralmente abordam problemas de tensões baseados na
consideração de que o solo é homogêneo e isotrópico. Segundo AZEVEDO (2015),
citado por CAVALCANTI (2019), apesar de o solo ser um material com partículas
discretas que apresentam diversas formas e orientações, grande parte dos problemas
envolvendo esse material são baseados na Mecânica do Contínuo, em que os princípios
8
da Física são descritos usando equações diferenciais, e os efeitos da constituição do
material são considerados de forma macroscópica.
De acordo com BURLAND (1987), existem quatro aspectos fundamentais na
Mecânica dos Solos: as características do solo, que podem ser obtidas através de
investigação de campo ou a partir de ensaios de laboratório; seu comportamento
mecânico, analisada através de experimentos e medições em campo ou em laboratório; a
mecânica aplicada, fundamentada em teorias e modelos físico-matemáticos; e a
experiência prática, aspecto inevitável devido ao caráter complexo do solo como
material, inclusive havendo o desenvolvimento de práticas de projeto e construção. No
entanto o autor recomenda uma atitude cautelosa, visto que expressões empíricas não
podem violar as leis fundamentais. Na figura 2.1 está representado o triângulo de
Burland, que mostra a interconexão entre as três áreas de estudo e o empirismo,
aspectos da Mecânica dos Solos destacados pelo autor.
Figura 2.1 - Triângulo de Burland. Fonte: BURLAND (1987)
9
Os ensaios de campo constituem ferramentas importantes para o
desenvolvimento do projeto geotécnico. No Brasil, o Standard Penetration Test (SPT) é
largamente empregado, havendo a norma NBR 6484 (ABNT, 2001), o emprego de
energia de referência (ISSMFE, 1989) e correlações empregadas para projetos
geotécnicos, como por exemplo o trabalho de DÉCOURT e QUARESMA (1982) para
estimativa de carga de estacas.
Os penetrômetros dinâmicos, segundo BROMS e FLODIN (1988), são usados
nos projetos geotécnicos nos países europeus durante a fase preliminar de
reconhecimento do subsolo, onde é importante determinar a localização e espessura das
camadas de solo, e também em investigações detalhadas localizadas para estimar a
resistência ao cisalhamento e a compressibilidade das mesmas. Pode também oferecer
uma noção da capacidade de carga do solo.
De acordo com esses autores, o primeiro a utilizar um método de penetração
dinâmica foi Goldman, em 1699 na Alemanha. Uma marreta era usada para empurrar a
haste e o avanço a cada golpe era registrado. A contribuição de Goldman, no entanto,
foi desconsiderada até o final do século XIX. Foram encontrados registros de ensaios
com hastes de seção quadrada de lado igual a 25 mm realizados em projetos em
Estocolmo. O método era empregado para determinar as espessuras de solo e o
comprimento de estacas. Os autores relatam o conteúdo de um folheto informando a
listagem do equipamento comercializado: 20 hastes com um metro cada, duas pontas
também com um metro, uma cabeça de bater, uma marreta de madeira, além 20 de
adaptadores em formato de tronco cônico para a redução do atrito. Para se obter uma
ideia da resistência do solo, recomendava-se a medição do avanço das hastes a cada 20
golpes.
10
Segundo HASHMAT (2000), os equipamentos que realizam sondagem contínua
foram desenvolvidos no período entre as duas Grandes Guerras Mundiais e então foram
sendo aplicados como ensaio de campo para obtenção de dados para projetos de
fundações na Europa. BROMS e FLODIN (1988) citam que em 1936 Künzel
desenvolveu e lançou um penetrômetro denominado de “Prüfstab”. Era um
equipamento simples, com hastes de cinco a oito metros e com diâmetro de 20 mm. Um
peso de 5 a 6 kg era lançado de uma altura de 50cm para o avanço do conjunto das
hastes. Eram registrados e plotados graficamente o avanço a cada 10 golpes ou o
número de golpes necessário para o avanço a determinada distância, em geral de 10 cm.
De acordo com SANGLERAT (1972) e HASHMAT (2000), depois da
Segunda Guerra Mundial, em 1945, o uso desses instrumentos tornou-se mais
conhecido e divulgado em outras partes do mundo, disseminando-se especialmente no
continente europeu. BROMS e FLODIN (1988) apontam que em 1943 Paproth usou o
penetrômetro de Künzel, aumentando o peso do martelo para 10 kg. Na figura 2.3 está
representado o penetrômetro usado por Paproth.
Figura 2.2 - Penetrômetro usado por Paproth em 1943 com alteração na massa do
martelo para 10kg. Fonte: BROMS e FLODIN (1988)
11
A Sociedade Internacional de Mecânica dos Solos e de Engenharia Geotécnica
(ISSMFE) criou em 1957 uma comissão para estudar, aprimorar e normatizar os
métodos até então existentes de ensaios envolvendo penetração estática e dinâmica,
presidida pelo professor e pesquisador brasileiro Milton Vargas. Em 1963 foi realizada
uma conferência europeia, onde foi redigido um projeto de recomendações para
normatizar os penetrômetros dinâmicos da Alemanha, o ensaio de cone estático
holandês e os métodos suecos de sondagem.
Segundo SANGLERAT (1972), os ensaios de penetração dinâmica são
executados da seguinte forma: a composição de hastes é conectada a uma ponteira
cônica, e o avanço desse conjunto se dá através dos golpes de uma massa que cai de
uma altura constante. O ensaio é iniciado a partir da superfície do terreno, de uma
escavação ou pré-furo realizado no mesmo. Em contraste, o ensaio SPT necessita de um
pré-furo de pelo menos 75 cm de profundidade (sendo que a norma brasileira
recomenda um metro) para que esteja assegurado que o ensaio com obtenção de
amostras se realize em solo não alterado. Desta forma, os ensaios DP não são
empregados para a obtenção de amostras representativas do solo ensaiado.
De acordo com SOUZA et al. (2008), o DPL consiste na cravação de um cone
metálico de forma dinâmica. O seu objetivo é medir o número de golpes necessário para
o avanço de 10 cm de um cone de 10 cm² de área projetada de através do solo,
usualmente designada de N10, e assim chegar a parâmetros de resistência que sejam
compatíveis com a resistência do solo. O cone é rosqueado com um cojunto de hastes
metálicas, permitindo o avanço a profundidades até oito metros. O processo de cravação
consiste em repetidos golpes de um martelo com massa de 10 kg. A altura de queda
deste martelo é de 50 cm. O martelo golpeia uma cabeça de bater, que é uma base
12
cilíndrica metálica que está rosqueada na primeira haste imediatamente acima do nível
do solo. A figura 2.3 apresenta esquematicamente o equipamento.
O cone empregado no DPL possui uma área que corresponde a cerca de um
terço do amostrador padrão usado no SPT. A energia transmida para a ponta do cone
também é menor do que a verificada no SPT. O DPL, portanto, envolve uma escala de
energia e de volume de solo menores em comparação ao SPT. Essas diferenças permite
ao DPL a vantagem de perceber pequenas variações que não são verificadas em ensaios
com maior robustez, como o SPT (SOUZA et al., 2008), assim como apresenta valores
a cada 10 cm. Por outro lado, apresenta limitações, tais como a impossibilidade de se
Figura 2.3 - – Esquema com as partes componentes do equipamento do ensaio
DPL [adaptado de SOUZA et al (2008)]
13
obterem amostras do solo ensaiado e também estar restrito a profundidades de até 8 m.
Dessa forma, o ensaio pode servir para análise complementar de campo, estando
associado a sondagens que realizam ensaio SPT e a ensaios CPT e com piezocone
(CPTU).
A resolução de comissão específica da ISSMFE de 1963 traz as seguintes
recomendações para os penetrômetros dinâmicos leves: que a massa tenha 10 kg e caia
de uma altura de 50 cm; que a ponteira possua uma seção transversal de 10 cm2,
diâmetro de 35,6 mm e ângulo de 60°; e que as hastes devam ter diâmetro de 22 mm. A
ponta recomendada pelo autor, com formato e relações entre dimensões está
representada na Figura 2.4. O avanço do conjunto deve se dar a uma velocidade de 30
golpes por minuto, e preferencialmente sem interrupções. Segundo a referência
internacional, deve ser registrado o número de golpes a cada 20 cm (N20).
]
Figura 2.4 – Dimensões e formato do cone do penetrômetro dinâmico dos alemães
conforme resolução de comissão da ISSMFE em 1963. Fonte: SANGLERAT (1972)
14
BROMS e FLODIN (1988) destacam que a simplicidade do equipamento e do
ensaio tornam os penetrômetros dinâmicos atrativos do ponto de vista econômico e com
grande facilidade de execução. Foram propostas maneiras para diminuir a influência do
atrito lateral ao longo das hastes durante a realização do ensaio, como tornar o diâmetro
do cone maior do que nestas partes, colocando uma proteção na área lateral do cone,
aplicando um torque a cada 20cm ou injetando acima do cone lama bentonítica ou água.
Aconselha-se que durante o ensaio não haja interrupções, especialmente quando é
realizado em solos argilosos e saturados.
A ISSMFE estabeleceu em 1989 uma referência mundial para os penetrômetros
dinâmicos. O documento publicado pela ISSMFE reconhece quatro diferentes tipos de
equipamentos, o DPSH, o DPH, o DPM e o DPL. Este último apresenta a menor escala
de massa do peso de bater, sua altura de queda e das dimensões da ponteira desse tipo
de equipamento, e costuma ser utilizado para projetos de fundações cuja área de
influência não alcance uma profundidade maior do que 8m; para projetos de
pavimentações, devido a sua facilidade de transporte e operação, visto que o peso dos
equipamentos é menor em comparação a outros usados em ensaios em que é feita a
sondagem em solo; e também para o controle de qualidade de execução de obras de
construção civil.
Outras referências de normas para a execução de ensaios utilizando o método da
sondagem dinâmica, além da Referência Internacional (ISSMFE, 1989), são a norma
alemã DIN-4094-3, lançada em 1990 e atualizada em 2002, e também a norma da
International Organization for Standardization (ISO) ISO-22476-2, cuja primeira
edição foi lançada em 2005. O Brasil ainda não possui normatização que procure
padronizar os procedimentos para este ensaio. Na figura 2.5 está representado o cone
15
conforme padronização da ISSMFE (1989), sendo seguidas as diretrizes estabelecidas
em estudos e conferências anteriores.
O
ensaio é conduzido pela prospecção do subsolo, penetrando-se a haste no solo usando a
energia dinâmica da queda do peso de bater com dimensões padronizadas de uma altura
pré-determinada, com velocidade de 15 a 30 golpes por minuto. A cada metro de avanço
do ensaio, recomenda-se que seja realizado um giro de uma volta e meia na composição
de hastes usando uma chave de grifo para eliminar a influência do atrito lateral nessa
parte do equipamento. O total de golpes necessários para o avanço da haste é registrado
usualmente a cada 10 cm, sendo esta variável designada como N10. O Dynamic Probing
Light (DPL) é o mais utilizado dentre os quatro tipos de penetrômetros dinâmicos, por
ser de fácil operação e transporte, requerendo apenas um operador, possui produtividade
média diária de 60 m cravados e o custo com o equipamento é baixo. Na tabela 2.1
estão apresentadas as características do equipamento utilizado segundo (ISSMFE,
1989).
Figura 2.5 – Detalhe da ponteira cônica do DPL (Fonte: ISSMFE, 1989)
16
Tabela 2.1 - Especificações de equipamento que realiza ensaio DPL segundo a Referência
Internacional da ISSMFE
Martelo
Massa (kg) (10,0 ± 0,1)
Altura de queda (mm) (500 ± 10)
Relação entre o comprimento (L) e o
diâmetro(D)
1 ≤ L/D ≤ 2
Cabeça de Bater
Diâmetro (d) (mm) 100 ≤ d ≤ 0,5D
Massa com a composição de hastes até 6 kg
Ponteira
Diâmetro (D) (mm) (35,7 ± 0,3)
Área de base (cm2) 10
Altura do cone (mm) (35,7 ± 1,0)
Ângulo do tronco cônico 11°
Ângulo no cone 90°
Hastes
Massa linear (kg/m) ≤ 3
Comprimento (m) (1,00 ± 0,01)
Desvio máximo, até 5 m prof. 0,1%
Desvio máximo, abaixo de 5 m prof. 0,2%
Diâmetro externo (mm) (22,0 ± 0,2)
Diâmetro interno (mm) (6,0 ± 0,2)
Intervalo representativo de golpes 3 a 50
Energia específica por golpe (m*g*H/A)
(kJ/m²)
50
Fonte: ISSMFE (1989)
17
A profundidade para cravação depende da resistência do solo e raramente supera
os 8,0 m. NILSSON (2004) sugere critérios de interrupção do ensaio, tais como: N10 =
100; N10 = 80 em três vezes consecutivas; e N10 = 60 em cinco vezes consecutivas.
NILSSON (2013) apresenta uma correlação para correlação do critério de
compacidade relativa a partir do N10 fornecido pelo ensaio DPL. Os resultados são
mostrados na tabela 2.2.
Tabela 2.2 - Relação entre compacidade relativa e resistência à penetração conforme
proposta de NILSSON (2013)
Resistência à Penetração medido pelo N10 Compacidade Relativa do Solo
N10 ≤ 1 Muito fofo
1 < N10 ≤ 7 Fofo
7 < N10 ≤ 83 Medianamente compacto
N10 > 83 Compacto
Fonte: NILSSON (2008), citado por AZEVEDO e GUIMARÃES (2009)
O intervalo de valores de N10 para a compacidade média dos solos arenosos é, no
entanto, bastante extenso, podendo não representar adequadamente esta propriedade
física das areias analisadas pelo ensaio DPL. Cabe também ressaltar que, assim como no
caso do SPT e do CPT, este quadro deve ser considerado com ressalvas, pois a
18
compacidade não depende só do número de golpes, mas também do estado de tensões
do solo.
2.3 Os Parâmetros Mecânicos que Podem Ser Obtidos pelo DPL
A referência internacional da ISSMFE (1989) recomenda o uso da resistência
dinâmica para ensaios como o DPL, a partir da fórmula dos holandeses expressa na
equação 1, onde N é o número de golpes, M a massa do martelo caindo livremente de
uma altura H sobre o conjunto com as massas da cabeça de bater (B), pela composição
de hastes (i.V) e da ponteira cônica (com área S), necessário para vencer o comprimento
de penetração A, igual a 10cm.
(1)
Além disso, segundo a referência internacional da ISSMFE (1989) e a norma
ISO 22476-2 (2005), a ponteira cônica associada à composição das hastes pode ou não
ser recuperável. Esta norma também prevê o emprego de um torquímetro, com
capacidade máxima de 200 N.m e com sensibilidade de 5 N.m. Este medidor deve ser
acoplado às hastes a cada metro de avanço do equipamento no subsolo. O conjunto
deverá ser rotacionado lentamente, e o torque, medido. A norma prevê apenas o registro
do torque, mas não o seu emprego em cálculos posteriores, conforme apontado por
BASTOS (2016).
NILSSON (2008), citado por BASTOS (2016), afirma que o atrito lateral (fs)
atuante na ponteira cônica do DPL pode ser calculado pela fórmula abaixo, em que M é
o torque máximo medido, Al a área lateral da ponteira em contato com o solo e l o
respectivo braço de alavanca, compreendido pelo raio médio da parte cônica e pelo raio
19
da parte cilíndrica da ponteira. O valor de l foi arbitrado em 16 mm e o produto Al · l foi
aproximado desta forma para 100cm² x cm.
(2)
Para uma medida de fs em kPa, converte-se 100cm² x cm para m² x m,
concluindo-se que:
(3)
Estimado o atrito lateral, pode-se obter uma estimativa da resistência de ponta
dinâmica descontando-se o valor de fs da resistência dinâmica obtida pela fórmula dos
holandeses (destacada na equação 1), usada conforme recomendação da ISSMFE
(1989). Mesmo assim, NILSSON (2008) indica que o conjunto de valores de N10 em
função da profundidade como determinados no ensaio pode servir como estimativa do
comportamento do solo ao longo da profundidade.
2.4 A Caracterização de Solos Granulares
Essa denominação compreende os solos de origem sedimentar cujo processo de
formação ocorreu por interperismo físico ou químico. Suas partículas são eletricamente
pouco ativas, portanto não é verificada interação com a água, sendo dessa forma não
coesivas e não-plásticas. A força de interação entre os grãos é devida ao peso das
partículas.
A classificação da textura da areia é padronizada pela NBR 6502:1995, se dando
de acordo com o ensaio padronizado pela NBR 7181:2016, onde a fração grossa é
separada por peneiras de abertura 1” a 3/8” (agregados graúdos), #4 a #200 (agregados
miúdos). Já quando é detectada uma fração de finos (silte e argila), esta é separada por
sedimentação. São registrados os percentuais retidos e passantes em cada faixa de
20
diâmetro de partículas e essas informações são apresentadas na forma de uma curva
granulométrica. Desta curva, podem ser inferidos dados como o diâmetro efetivo (D10) e
o diâmetro médio das partículas (D50). O primeiro permite associações que descrevem a
permeabilidade do solo e o segundo, o tamanho predominante dos grãos da amostra,
correspondente aos 50% do solo que possui diâmetro inferior a esse valor.
De acordo com LAMBE e WHITMAN (1969) e SANTOS (2017), os grãos
podem ser também classificados pela sua angulosidade. Esta característica indica o
processo de formação geológica por qual o solo passou. Num extremo, os grãos mais
angulosos estão mais associados a solos residuais e em outro, grãos mais arredondados
sugerem solos sedimentares que sofreram processo de transporte. A angulosidade, cuja
classificação é mostrada na figura 2.6, influencia no atrito entre grãos. O formato dos
grãos determina o arranjo de suas partículas, expressa pelo índice de vazios (e) do solo.
Quando o mesmo é submetido a carregamentos externos ou vibrações, ocorre uma
mudança de arranjo dos grãos. Essas reacomodações são fenômenos importantes para se
identificar e prever seu comportamento, já que influenciam diretamente no
comportamento de estruturas de fundações assentes sobre esses solos. Arranjos fofos de
solos granulares são os mais suscetíveis a causar danos e recalques, visto que sua
estrutura é mais instável. O arranjo do solo é avaliado pela Compacidade Relativa (CR),
mostrada na equação 4.
21
(4)
Correspondem emáx e emín, respectivamente, ao índice de vazios máximo e
mínimo do solo. TERZAGHI e PECK (1948) sugeriram uma classificação das areias
segundo sua compacidade relativa, a qual foi citada por PINTO (2006). A classificação
é representada na tabela 2.3.
Figura 2.6 – Categorias de angulosidade dos grãos de areia.
Fonte: LAMBE e WHITMAN (1969)
22
Tabela 2.3 - Classificação das areias segundo TERZAGHI e PECK (1948), citado por
PINTO (2006)
Classificação Compacidade Relativa do Solo
Areia fofa CR < 33%
Areia de média compacidade 33% ≤ CR < 66%
Areia compacta CR ≥ 66%
FONTE: TERZAGHI e PECK (1948) apud PINTO (2006)
Os solos granulares também são conhecidos pela sua alta permeabilidade. Isso
implica em uma dissipação rápida do excesso de poropressão, já que os vazios são
maiores e não existe interação elétrica entre os grãos. A resistência do solo é expressa
então em termos das tensões efetivas.
2.5 Correlações entre Resultados de Ensaios e Parâmetros Mecânicos do Solo
2.5.1 A Importância das Correlações na Prática de Engenharia
A análise estatística na Engenharia, especialmente de fenômenos que apresentam
variações a cada observação, apresenta grande utilidade na prática deste ofício. Segundo
MONTGOMERY et al. (2001), é necessário identificar os fatores que possam
influenciar nos resultados do problema a ser estudado. Esta análise pode ser realizada de
forma mecanística, em que o modelo é construído a partir de conhecimento científico
sobre o assunto, ou de forma empírica, quando o modelo é baseado nas observações. Os
dados são coletados através de experimentos seguindo um protocolo definido de etapas
23
e, finalmente, procede-se ao tratamento dos dados e indicação do modelo adequado para
entender a questão em estudo.
De acordo com SANTOS (2017), deve ser definida a amostragem do banco de
dados, isto é, uma quantidade suficiente de observações do fenômeno estudado que
garanta a representatividade daquilo que está sendo estudado. Prossegue-se, de acordo
com a recomendação de MONTGOMERY(2001), ao detalhamento das características
das amostras, procurando diminuir a influência de resultados tendenciosos. O
tratamento qualitativo dos dados, de onde se obtém as medidas estatísticas de dispersão
dos dados em relação ao valor médio, a saber, o desvio padrão (σ) e o coeficiente de
correlação (CV). A análise quantitativa dá-se por meio do diagrama de dispersão, gráfico
onde os dados de entrada e os obtidos são dispostos por meio de coordenadas de eixos
cartesianos. As fórmulas 5 e 6 apresentam o conceito do desvio padrão e do coeficiente
de correlação, respectivamente, onde i é o dado observado e μ, a média do conjunto de
observações.
(5)
(6)
Para correlacionar gráfica e matematicamente as variáveis aleatórias x
(independente) e y (dependente), utiliza-se o Método dos Mínimos Quadrados
Ordinários, desenvolvido pelo matemático Carl Gauss, no século XVIII. É traçada uma
reta cujos coeficientes linear (b) e angular (a) são constantes de ajustes e também os
resíduos (ei) que simulam o comportamento das variáveis que não consegue ser
entendido pelo modelo estatístico formulado. O método procura minimizar a soma
desses resíduos (como demonstrado na equação 7), para então serem obtidos os
24
parâmetros da reta através dos conjuntos amostrais x e y, bem como de suas respectivas
médias. As equações 8 e 9 apresentam as expressões para os coeficientes. (RUGGIERO,
2008)
(7)
(8)
(9)
A regressão obtida pode ser analisada pelo coeficiente de determinação (R2),
definido por:
(10)
Este valor, que varia de 0 a 1,0, determina a fração que as observações (y)
sofrem variações em função de novos valores da variável independente x. De acordo
com SANTOS (2017), o coeficiente apresenta, no entanto, limitações em expressar esta
credibilidade, ainda que seja largamente empregado no meio científico para avaliar
qualitativamente a correlação encontrada.
2.5.2 Correlações Estabelecidas entre os Ensaios DPL e SPT
Existe um número considerável de correlações entre o DPL e o SPT. Pode-se
visualizar na tabela 2.4, os autores, as correlações entre os ensaios SPT e DPL, bem
como para que tipo de solo a correlação foi elaborada, portanto, onde esta pode ser
empregada.
25
Tabela 2.4 - Correlações entre os ensaios DPL e SPT
Autores Correlação Tipo de solo e Observações
NILSSON (2004) N10 = 2,5NSPT
Argila siltosa e silte
argiloso com areia de
Campinas/SP.
AZEVEDO e
GUIMARÃES (2009) N10 = 1,02 -2,11NSPT
Solo residual de rochas
graníticas e arenitos de
Linha de Transmissão entre
Vilhena e Jauru/RO.
LINGWANDA et al.
(2015)
NSPT = 1,03N10 ou
NSPT = 1,01N10 +0,44
Areia argilosa da Tanzânia
em pequenas
profundidades.
OPUNI et al. (2017) NSPT = 0,6243N10 + 1,9644
Solos arenosos e siltosos
de Gana para N10 < 40
golpes.
Segue abaixo um resumo com as principais conclusões dos trabalhos citados na
tabela 2.4.
AZEVEDO e GUIMARÃES (2009) afirmam que a correlação
encontrada é afetada pela quantidade de observações (n = 10), apesar de
terem obtido bom coeficiente de correlação (R2
= 0,872). Propuseram a
adoção da interpretação para solos granulares segundo NILSSON (2008),
citada no quadro 2.2 deste trabalho. O conhecimento do solo em questão,
por métodos variados de ensaio, é destacado como fator importante para
garantir menor incerteza e riscos, implicando na diminuição do fator de
segurança do projeto. Pela experiência adquirida, destacam que solos
com N10 menor do que 8 merecem maior atenção, solos com 4 < N10 < 25
26
são fáceis de escavar e N10 acima de 70 apresentam boa condição de
assentamento. O autor do presente trabalho questiona que no intervalo de
4 < N10 < 8 encontra-se na intercessão de duas faixas, ou seja, seriam
solos que merecem maior atenção e são fáceis de escavar? Já para o
intervalo de 25< N10<70 não foram efetuadas recomendações. Além
disso, a fórmula da correlação resulta em valores de N10 negativos, o que
não é condizente com a realidade.
LINGWANDA et al. (2015) utilizaram o método de diferenças em
relação à média de Tukey (TUKEY, 1977; ALTMAN e BLAND, 1983;).
Este método seleciona dados cuja diferença não supere o dobro do desvio
padrão em relação à média obtida. Desta forma, o coeficiente de
correlação fica mais próximo a 1,0, melhorando a qualidade da
correlação. No caso da correlação entre SPT e DPL, foi apontada uma
diminuição no R2, mas a incerteza na conversão entre o N10 e o NSPT foi
diminuída por ter havido uma queda no erro padrão de estimativa. As
equações de correlação encontradas são aplicadas para N10 encontrados
entre 10 e 50. Esses autores perceberam que há maior dispersão nos
dados para valores de N10 maiores e a correlação para solos argilosos
consistentes com percentual significativo de areia é menos confiável. Os
pesquisadores destacam como semelhança entre o SPT e o DPL a energia
transmitida pelos golpes, constratada pelo fato do DPL analisar
continuamente o solo, o que o faz perceber com maior sensibilidade as
variações neste meio.
OPUNI et al. (2017) analisaram dados de 31 pares de ensaios SPT e
DPL. Encontraram inicialmente uma correlação moderada, de R² =
27
0,5588, relativa à reta de equação NSPT = 0,4737N10 + 1,6288. Os
pesquisadores perceberam um aumento na dispersão para N10 > 40 e
fizeram uma filtragem para os dados onde N10 < 40. Chegaram à equação
NSPT = 0,6243N10 + 1,9644, e o R2
encontrado foi consideravelmente
maior, igual a 0,8239. Concluíram que a correlação ficava mais confiável
para este intervalo de dados de N10.
2.5.3 Correlações Estabelecidas entre o DPL e o CPT
De acordo com HASHMAT (2000), MARCU (1995) apresentou uma correlação
entre resultados do ensaio de penetração de cone (CPT) e o DPL em solos arenosos da
Romênia. A equação da reta encontrada é representada na tabela 2.5, onde qc é a
resistência de ponta, obtida pela razão da reação do solo normal ao cone pela área
projetada do mesmo. Na tabela 2.5 podem ser visualizados os autores, as correlações
entre o DPL e o CPT, bem como para que tipo de solo elas podem ser empregadas.
Tabela 2.1 - Correlações entre os ensaios DPL e CPT
Autores Correlação Tipo de solo e Observações
MARCU (1995) Areias da Romênia.
LINGWANDA e
colaboradores (2015)
Areia argilosa da Tanzânia
até 7,0m de profundidade.
MARTINS e MIRANDA
(2003)
Solos residuais de Granito
do Norte de Portugal. qC é
dado em kgf/cm². DPL
registrou número de golpes
a cada 20cm (N20).
28
CORDEIRO (2004)
Areias sedimentares de
Vitória/ES. Correlação
logarítimica. qd calculado
pela fórmula dos
holandeses com N20.
SANTOS (2017) cita LINGWANDA et al. (2015), MARTINS e
MIRANDA(2003) e CORDEIRO (2004) como trabalhos em que foram desenvolvidas
correlações entre o DPL e o ensaio de cone (CPT). As medidas do CPT são obtidas a
cada 10 mm (LINGWANDA; LARSSON; NYAORO, 2015), e há evidências de que o
DP apresentem melhor correlação com o CPT do que com o SPT. De forma corrente, a
resistência de ponta dos equipamentos que realizam DP pode ser comparada à do CPT
(WASCHKOWSKI, 1983).
Entretanto, VIANA DA FONSECA (1996) ressalta que os procedimentos de
ensaio são diferentes, sendo o primeiro realizado de forma dinâmica e o último, de
forma estática. Assim, geralmente os solos se comportariam de modos distintos, pois
são solicitados distintamente pelos ensaios de campo. Ambos, porém, são ensaios de
campo que fazem registros continuamente ao longo do solo. Desta maneira, segundo
este autor a correlação de WASCHKOWSKI (1983) somente seria válida quando as
camadas de solo fossem homogêneas e este seja de origem sedimentar. Adicionalmente,
CASTELLO et al. (2001), citados por SANTOS (2017) afirmam que ainda não existem
estudos no Brasil para confirmar a hipótese de WASCHKOWSKI (1983).
LINGWANDA et al. (2015) afirmam que até 7,0 m de profundidade é possível
comparar os resultados dos ensaios realizados na Universidade de Dar Es Salaam, na
Tanzânia obtidos pelo DPL e pelo CPT. As tendências mostram o aumento da
29
resistência do solo conforme a profundidade cresce. Para profundidades maiores, no
entanto, o N10 apresenta um aumento maior do que o apresentado nos valores da
resistência de ponta do cone do CPT. De qualquer maneira, a explicação para esta
diferença não se torna viável, visto que o ensaio DPL termina em profundidades
menores do que o CPT. Foi encontrada uma boa correlação entre os resultados de
ambos os ensaios, levando-se em consideração o atrito lateral (fs) no ensaio de cone.
Dessa forma, se chegou à correlação com 40 pares de dados de ensaios, apresentado R²
igual a 0,718 e, com o método de TUKEY (1977), o R² aumenta para 0,794, sendo
desconsideradas duas observações.
MARTINS e MIRANDA (2003) realizaram ensaios em solos residuais
graníticos em áreas urbanas do Norte de Portugal, apresentando correlações obtidas
entre os ensaios CPT e DPL. Os pesquisadores fizeram o registro do número de golpes a
cada 20 cm, porque caso fosse registrado o N10 nos primeiros metros de profundidade
para os solos graníticos pouco compactos, o valor não seria bem definido (1 a 2 golpes).
Esses autores analisaram 507 casos, encontrando a correlação apresentada no quadro
2.5. O coeficiente de determinação encontrado foi igual a 0,869 utilizando como
aplicativo para tratamento dos dados em computador SPSS (Statistical Package for
Social Sciences), havendo confiança de 95% no resultado de R². Ressaltam que a
correlação é válida para o equipamento de DPL utilizado na campanha de ensaios, que
não atende à padronização do EUROCODE 7 (1997), a qual é baseada em ISSMFE
(1989). Os resultados podem ser convertidos para a norma caso sejam consideradas as
razões entre as energias transmitidas por golpe; entre as áreas das bases do cone; e entre
os comprimentos de penetração entre cada registro.
CORDEIRO (2004) realizou campanha de ensaios de campo em Vitória, no
Espírito Santo. O solo é de origem sedimentar, composto predominantemente por areias
30
finas a médias, com nível de lençol freático localizado a aproximadamente 2 m de
profundidade. Esta camada de solo granular atinge 7 m de profundidade, sendo que a
sondagem chegou a alcançar profundidades de até 15 m. Nessas camadas inferiores, foi
identificada areia média a fina, confinada por camadas de argila arenosa e siltosa. A
pesquisa procurou identificar os efeitos do sobreadensamento no subsolo causados pela
construção de um aterro, que foi removido após 90 dias, e incluiu ensaios de laboratório
do material arenoso, destacando-se o cisalhamento direto nas compacidades relativas de
15%, 60% e 90%.
Antes da construção do aterro, foram feitos cinco ensaios DPL e dois CPT, e
depois, quinze e quatro ensaios, respectivamente. Os ensaios de cone foram realizados
conforme o preconizado na norma brasileira 12069 da ABNT. O DPL utilizado, no
entanto, apresentava diferenças em relação ao estabelecido pela normatização da
ISSMFE (1989) e o registro do número de golpes era feito a cada 20 cm. Foi necessário
realizar uma compatibilização dos resultados segundo a profundidade analisada para
cada equipamento, visto que a resistência de ponta é obtida a cada 25 cm (neste ensaio).
Na correlação entre as resistências qd e qc, não foi obtido um ajuste ideal na regressão
linear, de forma que o pesquisador experimentou uma correlação logarítmica, com R²
igual a 0,52. O resultado, entretanto, seguiu a média das observações analisadas.
Portanto, este trabalho não apresenta uma correlação de uso prático, mas apresenta uma
primeira tentativa no Brasil de relação entre qd e qc, e não com o N10, como visto
anteriormente nas demais pesquisas citadas.
31
3. Materiais e Métodos
3.1 Ensaio na Câmara de Calibração
Uma das propostas desenvolvidas neste trabalho é a realização de ensaios para
calibração do equipamento de DPL com areias cujas propriedades físicas e mecânicas
sejam conhecidas. Esta etapa, no entanto, não foi realizada, sendo sugerida para futuros
trabalhos. Conhecendo-se as características do material, é possível fazer o ensaio DPL
sob condições de contorno definidas e que se aproximem das encontradas in situ. O
procedimento será realizado utilizando-se a Câmara de Calibração da COPPE/RJ, que é
abordada com maiores detalhes neste capítulo. As areias de Hokksund e de São
Francisco foram consideradas nesta abordagem. São materiais existentes no laboratório
de Ensaios de Campo e Instrumentação Professor Marcio Miranda Soares, um dos
Laboratórios de Geotecnia Professor Jacques de Medina da COPPE/UFRJ e a literatura
apresenta boa caracterização dos materiais, como detalhada nos próximos subitens.
3.1.1 Caracterização das Areias a Serem Empregadas
3.1.1.1 A Areia de Hokksund
Segundo PARKIN e LUNNE (1982), citados por TELES (2013), a areia de
Hokksund provém da cidade homônima da Noruega. É uma areia de granulometria
média e uniforme e possui origem fluvio-glacial. Sua composição mineralógica é de
45% de feldspato, 35% de quartzo, 10% de mica e os demais 10% de outros
componentes. A densidade real dos grãos é de 2,70, apresentando peso específico seco
entre 13,9 e 17,2 kN/m³. A angulosidade dos grãos é elevada, cujas dimensões variam
entre 0,1 a 1,0 mm. Para o peso específico máximo foi obtido um ângulo de atrito (φ’)
32
igual a 46° e para o peso específico mínimo, de 42°, mantendo-se a compacidade
relativa entre 80 e 90%.
O Laboratório Professor Márcio Miranda Soares da COPPE/UFRJ importou
alguns tonéis dessa areia para determinar seus parâmetros de resistência e de
deformabilidade no Brasil, servindo como estudos preliminares para posteriores ensaios
envolvendo areias originadas no país. O Laboratório de Mecânica dos Solos Fernando
Emmanuel Barata, ligado à Escola Politécnica da UFRJ, realizou ensaios conforme
normas da ABNT para a determinação dos índices de vazios mínimo e máximo, da
caracterização granulométrica a partir do peneiramento e da determinação da densidade
real dos grãos. Foram realizados também ensaios de cisalhamento direto (CD) e
cisalhamento simples (DSS), compressão triaxial e oedométrica a diferentes estados de
tensões do material ensaiado. MARQUES e OLIVEIRA(2009) obtiveram via ensaios de
cisalhamento direto com equipamento convencional os resultados apresentados na
tabela 3.1.
Tabela 3.1 - Resultados dos ensaios de caracterização da areia de Hokksund
(MARQUES e OLIVEIRA, 2009)
Índice mínimo de vazios (emin) 0,528
Índice máximo de vazios (emax) 0,854
Ângulo de atrito efetivo (φ’) para CR = 57% 34,2°
Ângulo de atrito efetivo (φ’) para CR = 80% 39,6°
33
Ângulo de atrito efetivo (φ’) para CR = 98% 46,2°
Densidade real dos grãos (GS) 2,70
TELES (2013), por sua vez, realizou ensaios utilizando equipamento
automatizado Shear Trac-II. Estes ensaios consideraram a areia nos estados fofo,
medianamente compacto e compacto. A envoltória de resistência obtida via
cisalhamento direto está exposta na figura 3.1, a compacidade relativas de 50%, 73% e
95%. Esses valores foram determinados conhecendo-se a densidade real dos grãos e os
resultados obtidos para emin e emax. Foram aplicados cinco tensões normais diferentes, de
25, 50, 100, 200 e 400 kPa.
34
Para o ensaio de Cisalhamento Simples, foi realizada uma adaptação do Shear
Trac-II. Foram feitos cinco ensaios buscando maior compacidade. No entanto, alguns
corpos de prova obtiveram compacidade relativa superior a 100%, o que significa que
os índices de vazios dessas amostras foram menores do que o índice de vazios
encontrado por MARQUES e OLIVEIRA (2009), conforme padronizado pela norma
MB 3398:1991. A própria norma adverte que o índice de vazios mínimo absoluto não é
necessariamente obtido pelo procedimento. Os resultados obtidos por TELES (2013)
estão expostos na tabela 3.2.
Figura 3.1 – Envoltória de resistência obtida em Ensaio de Cisalhamento Direto com a
areia de Hokksund Fonte: TELES(2013)
35
Tabela 3.2 - Resultados obtidos em ensaio de Cisalhamento Simples com a areia de
Hokksund por TELES (2013)
Tensão Normal aplicada
(σ)
Compacidade Relativa
(CR)
Índice de Vazios (e)
25 kPa 110% 0,496
50 kPa 97% 0,538
100 kPa 104% 0,515
200 kPa 95% 0,544
400 kPa 101% 0,526
Adaptado de TELES (2013)
3.1.1.2 A Areia da Praia de São Francisco (Niterói/RJ)
A areia da praia de São Francisco, localizada no município de Niterói (RJ), foi
ensaiada e caracterizada por OLIVEIRA FILHO (1987). Segundo o autor, a formação
deste material se deu por carreamento pelo vento. A areia foi peneirada, selecionando
material de faixa granulométrica entre 0,149 mm e 0,297 mm, correspondentes às
peneiras #100 e #50, respectivamente. Procedeu-se desta maneira para obter um
material fino e uniforme, para fins do ensaio proposto neste trabalho. Foi removida a
parcela residual de finos e impurezas através da lavagem da areia. A composição
mineralógica do material indica origem de gnaisses, rocha que é predominante na região
geológica onde a localidade está inserida. Há presença significativa de quartzo, assim
como de mica biotita. Em menor quantidade, foram identificados minerais escuros,
como a hematita.
36
O autor também caracterizou fisicamente o material. A angulosidade dos grãos
dessa areia é média, variando de subangular a subarredondada. A densidade real dos
grãos foi determinada a partir da média de três ensaios, com pequena dispersão nos
resultados, utilizando o picnômetro. Obteve-se o valor de 2,632, próximo do encontrado
para a areia de Hokksund. Na determinação do índice de vazios mínimo, foram
considerados procedimentos que fossem substitutivos à norma americana ASTM
D2049:1969. Em um destes ensaios, foi empregado um vibrador de peneiras, obtendo
valor para emáx igual a 0,622, enquanto o outro foi baseado na compactação do corpo de
prova em três camadas, chegando a um valor para emin de 0,593. Para determinar o
índice de vazios máximo, o pesquisador utilizou o método estabelecido de
KOLBUSZEWSKI (1948), o qual à época era considerado o ensaio padrão. Obteve-se o
valor para emax de 0,80. O diâmetro médio das partículas é de 0,22 mm.
OLIVEIRA FILHO (1987) procurou entender a relação entre o comportamento
da tensão aplicada, deslocamentos observados e resistência da areia de São Francisco. A
campanha de ensaios para determinação das propriedades mecânicas foi extensa, com
aproximadamente 60 ensaios de compressão triaxial na condição drenada. Os corpos de
prova foram moldados no formato cilíndrico. As relações entre a altura e diâmetro
empregadas foram de 2:1 e de 1,2:1, sendo os diâmetros de 5 ou 10 cm,
respectivamente. Em alguns destes corpos de prova foi empregada lubrificação nas
extremidades. As tensões confinantes aplicadas variaram de 25 a 785 kPa. Foram
apontadas as seguintes observações:
A variação volumétrica esteve associada com a compacidade das amostras. Nos
corpos de prova com areia fofa houve uma deformação axial da ruptura
significativamente maior do que o percebido nas areias medianamente
compactas e compactas. A expansibilidade da areia fofa ainda é destacada pelo
37
autor, pois foi observado a continuidade da mesma durante o ensaio, enquanto a
literatura prevê outro padrão de comportamento, onde esta variação volumétrica
seria esperada em valores pequenos da tensão desviadora. O autor aponta que
essa areia apresenta quantidade significativa de quartzo – sendo então
denominada de quartzosa. O pesquisador cita os trabalhos de LEE e SEED
(1964) e de DATTA et al. (1979) com areias muito quartzosas, onde foram
obtidos resultados semelhantes. A figura 3.2 mostra como se deu a influência da
compacidade relativa na variação volumétrica durante a realização do trabalho
de OLIVEIRA FILHO (1987).
Figura 3.2 – Variação de volume nos corpos de prova a diferentes compacidades relativas
em função da deformação axial. Fonte: OLIVEIRA FILHO (1987)
O uso das extremidades lubrificadas foi mais eficiente nos corpos de prova com
relação altura/diâmetro de 1,2:1 nas amostras compactas. Isso permitiu que estes
não fossem interrompidos previamente, com a deformação axial menor do que a
verificada nas amostras fofas. A interrupção se deveu à perda do formato
38
cilíndrico do corpo de prova, o que indica que as deformações e tensões do
mesmo não são uniformes.
As envoltórias de ruptura, considerando os critérios de Mohr-Coulomb foram
ajustadas para segmentos de retas tangentes os círculos de Mohr-Coulomb para
as tensões nos planos de ruptura. Desta forma, a envoltória a baixas tensões está
mais inclinada, registrando-se um valor de φ’ de aproximadamente 42°. Até a
tensão de ruptura igual a 650 kPa, provocada pela aplicação de pressão igual a
392 kPa, a curva é retilínea e obtém-se o ângulo de atrito efetivo de 35,5°,
enquanto que em valores superiores de tensão o valor obtido foi inferior, de 34°,
havendo entre os dois trechos uma curva de transição. Esta curva, segundo o
autor, é devido à diminuição da dilatância da areia a tensões confinantes
maiores. Sendo a areia fina e quartzosa, a quebra de grãos nessa faixa de valores
não ocorre ou não influencia considerávelmente. Na figura 3.3 está representada
uma das envoltórias de ruptura estabelecidas para o material.
Figura 3.3 – Envoltória de ruptura segundo critério de Mohr-Coulomb para a areia da
praia de São Francisco. Fonte: OLIVEIRA FILHO (1987)
39
3.1.2 A Câmara de Calibração NGI-COPPE/UFRJ
As Câmaras de Calibração são dispositivos que procuram simular as condições
de campo para a realização de ensaios que sejam capazes de obter resultados
compatíveis com os realizados in situ. CHAPMAN (1974) cita dois tipos de câmara de
calibração: as com paredes rígidas e as de paredes flexíveis. O primeiro tipo está
condicionado a não permitir deformações laterais do corpo de prova presente em seu
interior. Isso faz com que o ensaio realizado nesse tipo de câmara seja mais oneroso,
visto que para o efeito de fronteira não influenciar nos resultados, é necessário que as
dimensões sejam grandes o suficiente, demandando maior espaço e disponibilidade do
solo a ser ensaiado, incluindo também a preparação deste corpo de prova.
CHAPMAN (1974) e HOLDEN (1971) afirmam que as câmaras de calibração
com paredes flexíveis, além de apresentarem menores dimensões, possuem condições
de contorno que se aproximam das verificadas em campo, tornando o seu uso mais
aplicável para a situação de interesse. A Câmara de Calibração utilizada está instalada
na COPPE/UFRJ e for cedida na década de 1990 pelo Instituto Norueguês de Geotecnia
(NGI na sigla em inglês). Apresenta paredes flexíveis, quando vazia pesa cerca de 13
kN, sendo capaz de comportar um corpo de prova cilíndrico de diâmetro igual a 1,21 m,
altura de 1,47 m, resultando num volume útil de aproximadamente 1,7 m3. O esquema
da câmara instalada na COPPE é demonstrado na figura 3.4.
40
Figura 3.4 – Esquema da câmara de calibração doada pelo NGI à COPPE/UFRJ. Fonte:
SANTANA, 2015
ZOHRABI (1993) afirma que este tipo de câmara de calibração é composta
pelos seguintes elementos: a base, o pistão e cilindro, o tambor, as membranas, a placa
de topo e a tampa junto com a estrutura de reação. Na figura 3.5 está representado um
corte mostrando a relação e disposição dos componentes.
41
Figura 3.5 – Detalhe relacionando os componentes da câmara de calibração e sua
disposição. FONTE: SANTANA (2015), adaptado de ZOHRABI (1993).
Os trabalhos de SANTANA (2015) e ALVES (2019) foram realizados na
câmara de calibração instalada na COPPE-UFRJ e descrevem detalhes do
funcionamento deste dispositivo. A base da câmara de calibração é composta de uma
placa de seção circular de aço cuja espessura é de 40 mm. Sobre esta, um cilindro de
aço está fixado, sendo que em seu interior há um pistão de aço inoxidável com curso de
115 mm que consegue se movimentar livremente. O corpo de prova é envolvido pelo
tambor, composto de duas paredes cilíndricas e coaxiais, feitas de chás de aço com 6,5
mm de espessura e separadas entre si pela célula de cavidade ao longo do seu
42
comprimento e sendo unidas nas extremidades superior e inferior. Estima-se o
deslocamento lateral médio através da injeção ou expulsão de volume da água nesta
célula de cavidade. Acompanhando sua revolução, há um sulco e um chanfro no topo e
na base, respectivamente. Em cada um desses, está instalado um anel de vedação,
denominado o-ring.
Na face da parede interna, estão fixadas tiras de borracha com seção transversal
de (6 x 6) mm² dispostas ao longo da direção vertical e espaçadas entre si em 14 mm,
formando cinco regiões concêntricas e estanques. A função destas tiras é fornecer
rigidez axial ao corpo de prova equivalente a qual o corpo de prova teria numa situação
real de massa infinita de solo. As dimensões e rigidez apresentadas por estas tiras foram
determinadas através de experimentos realizados com a areia de Hokksund.
Para uniformizar a distribuição de tensões nas laterais do corpo de prova, é
colocada uma cortina de neoprene de 19 mm de espessura, que também separa as tiras
de borracha e outra membrana de neoprene com 2 mm de espessura, que é conhecida
como membrana lateral. A cortina de neoprene possui também a função de moldar o
corpo de prova, sem haver riscos de causar danos à membrana lateral. Entre esta e a
parede interna está situada a célula lateral, a qual possibilita a alteração das tensões
laterais atuantes no corpo de prova através da variação de pressão provocada pelo
preenchimento desse espaço por água. Na figura 3.6 está ilustrada a composição descrita
do tambor.
43
Figura 3.6 – Corte A-A representado na figura 3.5, demonstrando a composição do
tambor. Fonte: SANTANA (2015)
Há outra membrana fina de neoprene de 3 mm de espessura, que é denominada
de membrana de base. Suas bordas são fixadas ao pistão usando-se parafusos de fixação
e um anel metálico. Esta membrana separa a base do corpo de prova, com função
semelhante à membrana lateral. O neoprene que compõe estas membranas é um
material cujas propriedades mais úteis para a finalidade para a qual as membranas foram
projetadas é a impermeabilidade e a flexibilidade. Desta maneira, assegura-se que o
corpo de prova não sofra deformações e não tenha o seu teor de umidade alterado pela
colocação de água na célula lateral.
O espaço entre as cinco áreas concêntricas e a membrana de base é conhecido
como célula de base. Através de mangueiras conectadas a um manômetro, é possível
uniformizar e medir as tensões na base do corpo de prova, anulando os riscos de danos à
membrana de base. Além disso, o objetivo de uniformizar as tensões de base é evitar
que o pistão se incline quando este componente for levantado na operação da câmara.
Uma placa de topo, feita de madeira dura, é colocada entre o corpo de prova e a
tampa da câmara para transferir a esta o carregamento imposto ao corpo de prova. Há
44
uma vedação, semelhante à membrana lateral, na placa de topo, evitando que o corpo de
prova sofra variações em sua umidade provindas da célula lateral, como pode ser
visualizado na figura 3.6. Internamente, existe uma placa circular de neoprene de 19
mm de espessura sobre as regiões concêntricas e outras sob as tiras de borracha que as
delimitam no topo da câmara de calibração. A fixação entre essas e a placa de topo é
feita com parafusos. Há também um orifício central destinado ao acesso de
equipamentos que realizam ensaios de cravação. Além da função de vedação, as palmas
de neoprene uniformizam as tensões distribuídas e moldam o corpo de prova,
possibilitando que as demais membranas não sejam danificadas.
A tampa da câmara de calibração constitui-se numa placa rígida de metal com
um furo no centro para a realização de ensaios. Entre o topo do tambor e a tampa, há
uma interface selada com um anel de borracha. Logo, a tampa da câmara promove a
vedação final da célula lateral.
Há possibilidade de o pistão causar um carregamento axial que supere o peso do
corpo de prova, o que compromete a segurança do ensaio. É utilizada então uma
estrutura de reação para solucionar o problema. A tampa é conectada a essa estrutura
através de um par de macacos hidráulicos cuja alimentação por um multiplicador
hidráulico equilibra o carregamento. Esta estrutura de reação, representada na figura
abaixo, pode também servir como apoio para o sistema de cravação de alguns ensaios
realizados em que seja necessário fazer uso dessa ferramenta, visto que a estrutura de
reação é basculante e está ancorada no piso.
A operação da câmara de calibração baseia-se em três fases: a formação do
corpo de prova, o seu carregamento e o ensaio a ser realizado com o equipamento do
DPL fabricado conforme normatização e procedimentos descritos no capítulo 2.
45
3.1.2.1 O Processo de Formação do Corpo de Prova na Câmara de Calibração
A tampa da câmara deve ser primeiramente retirada com o auxílio da ponte
rolante. Os manômetros instalados na base são saturados, assim como as mangueiras
responsáveis pela alimentação dos mesmos. As bolhas de ar presentes no interior das
mangueiras e do manômetro devem ser desfeitas, e para isso se faz necessária a
circulação de água no sistema, fechando-se os registros da célula de base. O pino de
vedação da válvula central da membrana de base é retirado e é ligada a bomba de vácuo,
que auxilia na expulsão das bolhas de ar e faz aumentar a aderência da membrana com o
sistema de manômetros e o gradiente hidráulico. Com isso, a velocidade de percolação
também é aumentada e se abrem os registros da célula de base, que causa o
extravasamento da água pela válvula central da célula de base.
A pressão de vácuo não deve ultrapassar o valor de 30 kPa para não danificar a
célula de base. O manômetro deve estar com o seu registro fechado para isolá-lo e
prevenir falhas. Deve ser assegurado também que o reservatório da bomba de vácuo não
acumule quantidades significativas de água, visto que o funcionamento da bomba pode
ser comprometido pela entrada de água.
Para auxiliar no processo de retirada do ar, pisoteia-se a base da câmara até que
se consiga lograr esse objetivo. Feito isso, volta-se a fechar os registros e a colocar o
pino da válvula central para saturar a célula de base.
Para a colocação de areia na câmara, recorre-se ao método de pluviação.
Segundo OLIVEIRA FILHO (1987), este procedimento visa verter areia por um
recipiente cuja abertura esteja pré-selecionada. Com esse método, é possível definir a
compacidade relativa do corpo de prova em função de dois fatores principais: abertura
do recipiente (mais influente) e altura de queda da areia. Maiores valores de
46
compacidade do corpo de prova serão obtidos quanto menor for a abertura do recipiente
e/ou maior for a altura de queda da areia. A técnica não é recomendada para solos
granulares cujo coeficiente de não uniformidade seja superior a 5, para não haver riscos
do corpo de prova apresentar regiões de segregação durante a sua formação
(OLIVEIRA FILHO, 1987).
O pluviador da câmara de calibração instalada na COPPE/UFRJ é composto do
alimentador, chapas perfuradas, base e difusor. O desenho em corte que mostra o
esquema do pluviador é mostrado na figura 3.7. Os furos das duas chapas que estão sob
o alimentador estão inicialmente defasados o que faz a areia acumular no mesmo e seja
pluviada na câmara de calibração. Para que efetivamente ocorra a pluviação é
empregado um macaco pneumático para realizar o deslocamento horizontal da chapa
perfurada inferior necessário para que os eixos dos seus furos sejam alinhados com os
da chapa perfurada superior. Isso é obtido aplicando-se uma pressão de ar comprimido
na ordem de 200 a 500 kPa. O procedimento inverso é utilizado após a pluviação,
movendo a chapa inferior móvel para a sua posição inicial.
47
Figura 3.7 – Esquema do pluviador da câmara de calibração NGI-COPPE/UFRJ. Fonte:
SANTANA (2015)
Há disponíveis cinco tipos de chapa superior, cada qual com o seu respectivo
valor de diâmetro dos furos. Dessa forma, é possível formar corpos de prova com cinco
valores de compacidade relativa distintos entre si. A areia atravessa a base do pluviador
na forma de jatos, caindo de uma altura em torno de 75 cm, atingindo o difusor. Esse
componente é formado por duas telas circulares com malha retangular fina e afastados
entre si em 20 cm, havendo também uma defasagem de 45° entre ambas. Esse arranjo
promove a dispersão dos grãos de areia, permitindo a homogeneização do corpo de
48
prova. Quanto menor o diâmetro da chapa superior, maior será a duração do processo de
pluviação, que pode demorar até uma hora.
A areia é inserida no pluviador colocando-a em sacos de aproximadamente 5 kN
de peso cada. Para cada saco deve-se realizar o seguinte procedimento de verificação do
peso com o auxílio do dinamômetro. Este deve ser instalado sobre o saco de areia e sob
o gancho da ponte rolante, que segue e arreia o saco, deixando-o apoiado no chão para
determinar o zero da leitura do dinamômetro. Novamente se ergue o saco,
posicionando-o na altura do olho da pessoa que efetua a medição. Recomenda-se
realizar três leituras para cada saco, registrando-se a constante do dinamômetro e a
identificação do saco de areia. O peso efetivamente inserido na câmara de calibração é
resultado da média aritmética das três medidas menos o peso do saco contendo a areia
excedente do processo de pluviação, a qual é medida também através três leituras com o
dinamômetro, e também da perda estimada em 0,01 kN a cada ensaio. Conhecido o
volume útil da câmara de calibração, é possível determinar o peso específico do corpo
de prova. Estima-se que esse procedimento demande cerca de uma hora e meia.
Terminada a pluviação, o topo do corpo de prova deve ser rasado, deixando-o no
nível 6 cm abaixo do bordo superior da câmara de calibração. A tampa é recolocada
cuidadosamente com o auxílio da ponte rolante e da chave inglesa. A estrutura de
reação é empregada para impedir a movimentação da tampa. Para isso, são conectados
macacos hidráulicos entre a tampa e a estrutura de reação e acionado o multiplicador
hidráulico que alimenta esses macacos.
3.1.2.2 O Carregamento do Corpo de Prova na Câmara de Calibração
É utilizada água para preencher a célula de base do pistão, a célula lateral e a
célula de cavidade. Permite-se a percolação da água por um intervalo de tempo e para
49
isso é empregada uma bomba de vácuo conectada aos orifícios de saída de ar de cada
uma das células enumeradas, visto que a presença de bolhas de ar não é recomendável
para a realização do carregamento. Os orifícios são conectados a manômetros, que por
sua vez devem ser isolados quando é aplicado vácuo para não danificá-los. Outra
precaução mencionada na etapa de formação e que deve ser repetida na fase de
carregamento é evitar o acúmulo de água no reservatório da bomba de vácuo. O
processo de saturação é demorado: para a célula de base dura cerca de três horas e para
as demais células citadas, duas horas.
A pressão na célula de base pode ser alterada através de uma célula preenchida
com água. Esta recebe pressão de ar comprimido e a transmite para o fluido contido em
seu interior. Desta maneira, é denominada de reservatório de ar e água de pressão
vertical. Já a pressão das células lateral e de cavidade é alterada por meio de outra célula
com princípio de funcionamento igual ao descrito anteriormente, recebendo entretanto
outro nome: reservatório de ar e água de pressão lateral. Ambos possuem pressão de
operação de 1000 kPa e sua alimentação deve ser realizada de modo a deixar água
percolando de forma a eliminar quaisquer bolhas de ar no interior das mesmas. Na
figura 3.8 estão ilustrados os reservatórios mencionados.
Figura 3.8 –Reservatório de ar e água de pressão lateral (à esquerda); reservatório de ar e
água de pressão vertical (à direita). Fonte: ALVES (2019)
50
GHIONNA e JAMIOLKOWSKI (1991) citam que existem quatro condições de
contorno válidas para ensaios em câmaras de calibração, as quais são apresentadas na
tabela 3.3. No que está associado ao acréscimo de tensão radial no solo provocado pelo
ensaio, as condições de contorno 1 e 3 representam, respectivamente, os limites inferior
e superior relativos à condição de campo, segundo ZOHRABI (1993). O autor também
afirma que para a deformação radial no solo, a condição de contorno 1 representa o
limite superior da condição de campo e a 3, a inferior.
Tabela 3.3 – Condições de contorno para ensaios em câmaras de calibração (GHIONNA e
JAMIOLKOWISKI, 1991)
Condição de Contorno Restrição Lateral Restrição de Base
1 Tensão Constante (Δσr = 0) Tensão Constante (Δσv =0)
2 Deformação Nula (εr = 0) Deformação Nula (εv = 0)
3 Deformação Nula (εr = 0) Tensão Constante (Δσv =0)
4 Tensão Constante (Δσr = 0) Deformação Nula (εv = 0)
3.2 Caracterização do Campo Experimental na praia de Copacabana
A escolha da praia de Copacabana como campo experimental deve-se ao
interesse por parte do Laboratório de Ensaios de Campo e Instrumentação Professor
Márcio Miranda Soares em desenvolver pesquisas em solos granulares, o que resultou
na produção de trabalhos de componentes do Laboratório de Ensaios de Campo e
Instrumentação neste local, dada a sua importância geográfica e cultural.
GOLDBACH (2016) desenvolveu um banco de dados composto de sondagens à
percussão e ensaios de piezocone (CPTU), realizado com equipamento que associa ao
cone do CPT transdutores capazes de medirem a poropressão na camada de solo. Foram
51
realizados três ensaios SPT e dois de piezocone, em região próxima à rua Princesa
Isabel. As 29 amostras representativas obtidas nos ensaios SPT realizados foram
submetidas a ensaios de determinação do teor de umidade, da densidade real dos grãos,
da granulometria, da angulosidade e mineralogia dos grãos. A campanha de ensaios foi
realizada no Laboratório Fernando Emmanuel Barata e no Laboratório de Geotecnia
Prof. Jacques de Medina.
GOMES (2016) realizou campanha de ensaios de deformação com o dilatômetro
de Marchetti (DMT), e ensaios de resistência com o piezocone (CPTU) em região
próxima, tendo seu campo experimental na praia de Copacabana, altura do bairro do
Leme. Este último ensaio oferece dados referentes à resistência de ponta (qc) e atrito
lateral (fs) através de células de carga acopladas ao cone, que são mostradas na figura
3.9. Nessa configuração, denominada de convencional, a célula de carga de ponta
trabalha à compressão, enquanto que a de atrito funciona à tração.
Figura 3.9 – Esquema da configuração convencional do cone elétrico. Fonte: JANNUZZI e
DANZIGER (2017), adaptado de SCHAAP e ZUIDBERG (1982)
Os dados obtidos por GOMES (2016) de resistência de ponta e de atrito lateral
no ensaio com o piezocone são apresentados, em forma de gráfico, na figura 3.10.
52
Figura 3.10 – Resultados de resistência de ponta e de atrito lateral obtidos em ensaio
CPTU na areia da praia de Copacabana. Fonte: GOMES (2016)
A densidade real dos grãos foi obtida por GOLDBACH (2016) através de ensaio
com o picnômetro para cada amostra. Foram encontrados valores típicos de 2,64 a 2,66.
De acordo com LAMBE e WHITMAN (1969), essa faixa de valores corresponde à
densidade de minerais como o quartzo. Assim como a areia da praia de São Francisco,
estudada por OLIVEIRA FILHO (1987), o material da praia de Copacabana pode ser
classificada como uma areia quartzosa. Os ensaios granulométricos foram realizados no
Laboratório Fernando Emmanuel Barata, sendo realizado apenas o peneiramento fino,
pois 100% do material das amostras era passante na peneira #10 (2,00 mm). A curva
granulométrica plotada corresponde à curva de uma areia média, apresentando D50
médio de 0,30 mm como pode ser verificado na figura 3.11, em que é comparada a
curva granulométrica da areia de Copacabana de acordo com PINTO (2006) às curvas
cujos pontos são as amostras obtidas em cada ensaio SPT realizado por GOLDBACH
(2016).
53
Figura 3.11 – Curvas granulométricas das amostras da areia de copacabana obtidas por
GOLDBACH (2016), em conjunto com a curva obtida por PINTO (2006). Fonte:
GOLDBACH (2016)
GOMES (2016), por sua vez, realizou classificação granulométrica usando
amostras coletadas sob placas de 30 cm, 60 cm e 80 cm destinadas à provas de carga. O
campo experimental considerado nesta pesquisa estava em localização diferente, mas
próxima do campo utilizado por GOLDBACH (2016). A curva obtida está exibida na
figura 3.12.
54
Figura 3.12 – Curvas granulométricas de amostras de areia da praia de
Copacabana, altura do Leme. Fonte: GOMES (2016)
A areia empregada por GOMES (2016) também é média, mas verifica-se que o
D50 é ligeiramente maior do que a areia estudada por GOLDBACH (2016). A areia de
Copacabana também é considerada muito compacta.
A classificação dos grãos de areia quanto à sua angulosidade foi determinada por
GOLDBACH (2016) usando imagens de microscopia digital associadas ao gabarito
proposto por F. J. Pettijohn e exposto em LAMBE e WHITMAN (1969), o qual está
representado na figura 3.13. Nesta figura, A corresponde à classificação de grãos
angulares e E, a de grãos bastante arredondados. Neste estudo, concluiu-se que os grãos
possuem formato subarredondado (C) a arredondado (D).
55
Figura 3.13 – Gabarito para classificação da angulosidade dos grãos, proposta por F. J.
Pettijohn. Fonte: LAMBE e WHITMAN (1969)
A classificação mineralógica das amostras foi realizada no Laboratório de
Amostras Geológicas do Departamento de Geologia da UFRJ. Para identificar os
elementos formadores das amostras obtidas, realizou-se separação para posterior
classificação das frações pesadas. As frações leves são compostas de quartzos em pelo
mais 90% da composição da areia amostrada. Por isso procedeu-se à separação das
proções quartzosas para classifical o material quanto à sua gênese. Na fração pesada foi
detectada a predominância de hematita e magnetita. Em comparação, na areia da praia
de São Francisco foi verificada predominância de hematita e biotita.
Geologicamente, a região da praia de Copacabana está cercada de afloramentos
rochosos incluídos na suíte Rio de Janeiro (Nγ2r) e no complexo Paraíba do Sul –
unidade São Fidélis (MNps), segundo CUNHA e SILVA (2001). De acordo com os
autores, a suíte inclui rochas metamórficas granitóides foliados e ortognaisses
resultantes da derivação crustal dos granitos: Pão de Açúcar (pa) e Corcovado (co),
56
além do leucogranito gnáissico Cosme Velho (cv). Os granitos constituem um dos
principais plútons expostos da região Sudeste, estendendo para Niterói, onde se situa a
praia de São Francisco. Já MNps, presente no contato transicional entre as rochas
metamórficas e o granito Pão de Açúcar, compreende metassedimentos detríticos:
granada-biotita-silimanita e gnaisses quartzo-feldspáticos.
A região da praia de Copacabana está também inserida num depósito fluvio-
lagunar (Qhfl), formado por episódios de avanço de cursos d’água em um ambiente
transicional ou marinho raso, possivelmente decorrente de variações climáticas,
glaciares ou do nível médio do mar. Em termos litológicos, corresponde a uma área de
sedimentação superficial de areias, localizadas acima de areias biodetríticas e
sedimentos argilosos de fundo lagunar. A carta para a região onde está situado o campo
experimental está representada na figura 3.14.
Figura 3.14 – Mapa geológico para a região do campo experimental na praia de
copacabana. Fonte: CUNHA e SILVA (2001)
57
3.3 A Verificação para Atendimento do Critério Mínimo de Dimensionamento
de Fundação Usando o Ensaio DPL
A norma brasileira 6122:1996 estabelece os critérios para o projeto e execução
de estruturas diversas, incluindo as edificações destinadas às moradias do projeto
Solução Habitacional Simples (SHS). Nas fundações superficiais, consideradas para o
projeto de fundações considerado, a carga é transmitida pelas tensões distribuídas sob a
área da base da fundação. Uma característica importante desses elementos é que a
profundidade de assentamento é inferior ao dobro da menor dimensão.
A carga deverá ser admissível em relação a dois fatores: a resistência e o
deslocamento máximo. Para a sua determinação, é preciso levar em conta a
profundidade da fundação, bem como suas dimensões e forma da mesma, assim como o
conhecimento adequado das camadas de terreno abaixo do nível da fundação. Também
deve-se compatibilizar a carga admissível com a rigidez apresentada pela estrutura e os
recalques admissíveis para o projeto estrutural da edificação.
O tipo de fundação considerado neste projeto é do tipo bloco corrido, cuja
projeção no solo tem formato retangular e um dos lados é muito maior do que o outro.
Desta maneira, a carga é distribuída linearmente, ao longo da maior dimensão. Nessa
tipologia de fundação, deve-se assegurar no dimensionamento que as tensões de tração
atuantes sejam resistidas pelo concreto, sem a necessidade de armar a estrutura feita
deste material. O bloco é constituído de concreto com aditivo impermeabilizante,
misturado no local da obra manualmente ou com betoneira. Há também uma camada de
regularização com concreto magro de 5 cm. A mistura é lançada nas valas destinadas às
fundações cujas formas utilizadas são incorporadas. Segundo a NBR 6122, o bloco pode
ter suas faces escalonadas, inclinadas ou verticais, optando-se pela última forma.
58
No projeto desenvolvido no âmbito do SHS, desenvolvido por BENVENUTI
JUNIOR, DANZIGER e DI GREGÓRIO (2018), procurou-se associar paredes que
apresentassem mesmo alinhamento para determinar as cargas distribuídas linearmente
que serão transferidas a um bloco de fundações. Foi considerado também o caso de
edificações geminadas. Desta maneira, definiu-se que a carga distribuída de cada
alinhamento é o somatório da carga das paredes que compõem o alinhamento, dividido
pelo comprimento do mesmo. A figura 3.15 apresenta a disposição das paredes para um
módulo habitacional proposto pelo projeto SHS.
Figura 3.15 – Planta de módulo habitacional do SHS onde é representada a disposição das
paredes na casa. Fonte: BENVENUTI JÚNIOR et al. (2018)
Para comportar as hipóteses de projeto, como a não necessidade de armação na
fundação e o fato de que a maior parte dos solos apresente capacidade de carga
suficiente para atender aos requisitos estabelecidos pela norma brasileira, adotou-se uma
59
tensão básica de trabalho das fundações igual a 40 kPa. A NBR 6122 na sua edição de
1996 estabelece valores para se ter uma ideia inicial da faixa de valores correspondentes
para dados tipos de solos. A tabela relacionando estes valores em MPa, correspondentes
a 1000 kPa, é apresentada na figura 3.16. Destaca-se que o menor valor apresentado, de
100kPa, é 250% maior do que a pressão básica definida.
Figura 3.16 – Tabela da NBR 6122 estabelecendo os valores para estimativa das
pressões básicas para 15 tipos de solos. Fonte: NBR 6122:1996
A largura das fundações foi pré-dimensionada a partir da razão entre a carga
distribuída atuante e a pressão básica de trabalho. A menor largura encontrada foi de
10,22 cm e a maior, de 38,00 cm. As larguras adotadas devem ser iguais ou superiores
aos valores encontrados no pré-dimensionamento, e isso se dá em função de fatores de
ponderação usados no cálculo da carga de ruptura.
60
De acordo com as premissas adotadas, considera-se para fins de projeto que o
solo possui baixa capacidade de carga. Optou-se pelo método de Vesic
(WINTERKORN e FANG, 1975), pois o modo de ruptura pode ser localizada ou
generalizada, e o método empregado avalia os efeitos da compressibilidade do solo, sem
que seja necessário partir-se de uma hipótese de como a fundação poderá se romper. A
análise desprezou a coesão do solo, considerou um ângulo de atrito de 28° e um peso
específico do solo de 17 kN/m³. A profundidade de assentamento foi definida em 35
cm.
Foram adotadas larguras de 40, 50 e 55 cm, considerando-se os seguintes
fatores: capacidade de carga, forma, excentricidades nas cargas horizontais e verticais
atuantes. Por ausência de dados, a compressibilidade foi considerada de forma muito
conservadora e os efeitos da profundidade de assentamento foram desconsiderados no
cálculo final a favor da segurança. As cargas de ruptura encontradas foram maiores do
que a tensão de trabalho, resultando num fator de segurança maior ou igual a 3,0, que é
o valor mínimo considerado pela norma brasileira para atestar que a fundação atende ao
estado limite de ruptura. Um esquema da fundação em blocos corridos do projeto SHS
está representado na figura 3.16.
61
Figura 3.17 - Esquema do bloco corrido empregado no projeto de um dos modelos de
habitações do projeto SHS. Fonte: BENVENUTI JUNIOR et al. (2018)
Propões-se o uso do DPL para a realização de ensaios, visando a validação do
projeto de fundações para a implantação do empreendimento SHS. Considera-se que o
equipamento possua as dimensões padronizadas, dentro das tolerâncias estabelecidas
pela referência internacional da ISSMFE (1989) e pelas normas aplicáveis: a DIN 4094
da Alemanha e a ISO 22476-2 (2005). Da mesma forma que as dimensões, a operação
do equipamento também deve seguir essa padronização. Considerou-se a medição do
número de golpes para o avanço a cada 10 cm (N10).
Para que seja considerada uma tensão básica no solo de 50 kPa, é preciso que
seja satisfeita a seguinte condição: o N10 registrado deve ser de no mínimo seis golpes
numa faixa de solo que possua até 5 m de profundidade. Destaca-se que esse valor de
tensão básica, ainda que maior do que na análise do projeto SHS, corresponde à metade
do valor mínimo que consta na tabela da NBR 6122 (versão de 1996) apresentada na
figura 3.16. Desta forma, mantém-se a aplicabilidade do projeto de habitação para
grande parte dos solos encontrados, garantindo às casas segurança estrutural e
garantindo que as fundações da casa sejam dimensionadas respeitando a capacidade de
carga do solo.
62
4. A Fabricação do Equipamento e Realização do Ensaio DPL no
Campo Experimental
4.1 Processo de Fabricação do Equipamento DPL
4.1.1 Projeto do Equipamento DPL
Primeiramente, buscaram-se fornecedores do equipamento no exterior ou no
Brasil. No entanto, constatou-se que:
A maioria dos fornecedores no Brasil comercializam equipamentos cujas
especificações não atendem ao disposto na referência internacional da
ISSMFE (1989) ou das normas DIN 4094 e ISO 22476-2, não sendo então
possível o emprego desses equipamentos segundo a finalidade deste
trabalho.
Caso fosse buscado o fornecimento do equipamento conforme as normas
citadas, os custos de importação seriam superiores ao custo do equipamento.
Também poderia haver uma restrição quanto ao prazo de entrega, cuja
possibilidade de ser prorrogado é bastante alta.
Desta forma, optou-se por desenvolver o projeto do equipamento conforme a
normatização citada e descrita neste trabalho, seguindo os critérios dimensionais e
respectivas tolerâncias conforme descritas no quadro 2.1.
A referência internacional da ISSMFE (1989) recomenda que o material das
hastes deve conter aço de alta resistência, devidamente temperado para evitar desgaste
devido aos sucessivos golpes. Deve apresentar resistência a altas temperaturas e também
resistência à fadiga. As hastes devem ser retas, cada uma tendo comprimento igual a um
metro. A referência recomenda que as hastes contenham um furo nas regiões próximas a
63
seu eixo, para reduzir o peso e permitir a injeção de lama bentonítica para eliminar a
influência do atrito lateral durante a realização do ensaio. No entanto, a fabricação ou
fornecimento de uma haste com furação de uma ponta a outra pode se tornar dificultosa,
devido ao próprio processo de usinagem desta peça. Assim sendo, a referência em
questão permite o uso de barras sólidas como hastes, o que também está consolidado no
uso corrente deste equipamento. Desta forma, o aço utilizado na fabricação do
equipamento utilizado neste trabalho foi o aço SAE 1045, temperado. Este aço
apresenta um custo competitivo atingindo bons patamares de resistência mecânica (entre
570 e 700 MPa), além de médio teor de carbono.
4.1.2 Resultado Final da Fabricação do Equipamento DPL
O projeto das peças do equipamento fabricado, a saber: ponteira cônica,
composição de hastes, cabeça de bater, martelo e guia, está apresentado com detalhes no
no ANEXO 1 deste trabalho. Como a profundidade da câmara de calibração a ser
empregada na validação proposta por este trabalho é de 1,50 m, optou-se pela
fabricação inicial de duas hastes, cada uma com um metro. A cabeça de bater e a
ponteira, ambas conectadas à haste estão apresentadas na figura 4.1.
64
Figura 4.1 – Ponteira cônica (à esquerda) e cabeça de bater (à direita) do equipamento
DPL fabricado conectadas à haste
Também procurou-se atentar para detalhes que ajudassem na operação adequada
do equipamento. Considerou-se a conexão das peças que constituem o equipamento.
Optou-se por empregar roscas quadradas e na conexão das hastes foi dimensionado um
conector para a associação das hastes. Na figura 4.2 estão representados os componentes
desassociados das hastes, assim como a configuração para a rosca adotada.
Figura 4.2 – Ponteira (à esquerda) e cabeça de bater (à direita) separadas das hastes.
Detalhe do rosqueamento do equipamento
65
Segundo a referência internacional da ISSMFE (1989), deve ser respeitada uma
precisão na medida da profundidade alcançada durante o ensaio de 0,02m. O
equipamento fabricado também conta com marcações a cada 10cm para auxiliar na
contagem do número de golpes necessários para o avanço deste valor no subsolo. A
figura 4.3 apresenta a marcação e verificação de seu comprimento.
Figura 4.3 – Detalhe da marcação realizada nas hastes a cada 10cm para facilitar a
identificação e registro do N10
Foi também criada uma peça de adaptação para a associação das hastes, que está
representada na figura 4.4. Essa peça foi projetada para oferecer uma ligação firme entre
as hastes, permitindo a ligação necessária para a boa realização do ensaio.
Figura 4.4 – Adaptação fabricada para ligação das hastes do equipamento DPL
O conjunto do martelo e a guia para a queda está apresentado na figura 4.5. O
suporte para levantamento do martelo foi dimensionado para permitir segurança e boa
realização do ensaio, procurando otimizar o processo de queda do martelo. A guia
possui uma folga de aproximadamente 2mm, permitindo centralidade no processo de
queda e redução do atrito entre guia e martelo, assegurando uma transmissão eficiente
66
de energia potencial. Desta forma, busca-se um controle da energia por golpe, conforme
estabelecido na referência internacional da ISSMFE. Por sua vez, na figura 4.6 é
representada a verificação da altura de queda de (50±1)cm no guia do martelo.
Figura 4.5- Martelo e guia do equipamento DPL fabricado
Figura 4.6 – Verificação da altura de queda no equipamento de DPL montado
67
Por fim, na figura 4.7 estão representadas todas as partes do equipamento
montadas e devidamente conectadas, da forma como é operado durante o ensaio em
campo com o uso de uma haste.
Figura 4.7 – Equipamento DPL montado com todos os componentes associados
68
4.1.3 Verificação de Dimensões e Massas após a Fabricação
Após ter recebido o equipamento da oficina, procedeu-se à verificação
dimensional e de massas de componentes específicos do equipamento. Esse
procedimento teve como objetivo avaliar a conformidade do equipamento com as
diretrizes estabelecidas em projeto. Levaram-se em conta também o estabelecido na
referência internacional da ISSMFE e na norma alemã DIN 4094 e sua respectiva ISO
(22476-2).
Na tabela 4.1 estão apresentados os parâmetros que passaram por esta avaliação.
Confirmou-se a conformidade com o projeto elaborado, consideradas as tolerâncias
estabelecidas. Foram utilizados instrumentos de medida do Laboratório Marcio Miranda
Soares, tais como o paquímetro digital, balança eletrônica e trena.
Tabela 4.1 – Dimensões e tolerâncias adotadas no projeto de equipamento DPL
Martelo e guia
Massa do Martelo 10 ± 0,1 kg
Diâmetro 101,4 ± 1,0 mm
Comprimento 155 ± 1 mm
Massa da guia < 1 ± 0,1 kg
Diâmetro 12 ± 2 mm
Comprimento 800 ± 50 mm
Cabeça de Bater
Massa 0,99 ± 0,01* kg
Diâmetro 51,0 ± 1,0 mm
Comprimento 68 ± 1 mm
Composição de Hastes
Massa (haste) 3,00 ± 0,01* kg
Diâmetro Externo 22,0 ± 0,2 mm
Roscas Quadradas
Ponteira Cônica
Ângulo do Vértice 90 ± 1 °
Diâmetro 35,7 ± 0,3 mm
Comprimento antes da inclinação 35,7 ± 1 mm
Inclinação 11 ± 1 °
69
4.2 Realização dos Ensaios com o DPL no Campo Experimental de
Copacabana
4.2.1 Localização do Campo Experimental e Descrição do Ensaio
Foram realizados dois ensaios com o equipamento DPL fabricado no campo
experimental na praia de Copacabana, que também foi utilizado por GOMES (2016). A
escolha do local foi prevenir o choque do equipamento com pedras, que foram
encontradas neste trabalho na região estudada por GOLDBACH (2016). Além disso,
foram comparadas a resistência de ponta da ponteira do DPL (qD) e a resistência de
ponta do piezocone (qC) no ensaio realizado por GOMES (2016).
Os ensaios foram realizados no dia 17 de março de 2019, tomando dois pontos
como referência: uma lixeira fixa e um poste. Ambos estão representados na figura 4.8.
Na figura 4.9 está representada a localização dos ensaios usando o programa Google
Earth. Leva-se em conta o alinhamento com os pontos de referência, estando os pontos
onde foram realizados os ensaios espaçados em cerca de 3m. Ressalta-se que as imagens
são do ano de 2018. um croqui esquemático da localização dos ensaios.
Figura 4.8 – Pontos de referência dos ensaios realizados no campo experimental
70
Figura 4.9 – Localização dos ensaios retirados a partir do programa Google Earth
Foi também elaborado um croqui esquemático do ensaio, que é mostrado na
figura 4.10. Observou-se que houve mudanças desde que foi realizado a campanha de
ensaios por GOMES (2016). As traves de uma quadra de vôlei de praia foram retiradas
e deslocadas. Além disso, quando foram realizados os ensaios deste trabalho, havia uma
barraca de comércio de alimentos, cujo centro estava alinhado à nova posição das
traves. Foi acrescentado ao croqui a localização do ensaio de piezocone realizado por
GOMES (2016).
Figura 4.10 – Croqui elaborado com a posição dos dois ensaios DPL realizados,
comparado com a localização do ensaio CPTU realizado por GOMES (2016)
71
4.2.2 – Realização do ensaio
Os ensaios foram realizados de acordo com a referência internacional da ISSMFE
(1989). As etapas são resumidas a seguir:
1) A cravação do cone se dá por meio de repetidos golpes do martelo de massa 10
kg.O martelo tem um furo que passa pelo eixo longitudinal com folga de 1,0 mm. A
queda deste martelo é de uma altura de 50 cm. O martelo golpeia uma base metálica
cilíndrica (cabeça de bater) rosqueada na primeira haste imediatamente acima do nível
do solo.
2) Conta-se o número de golpes para que o cone penetre 10 cm no solo. Esse valor
é anotado na planilha de campo com o nome de N10.
3) A cravação do cone deve ocorrer continuamente no solo. A velocidade de
cravação deve ser mantida constante entre 15 e 30 golpes por minuto.
4) Toda interrupção deve ser anotada. Todos os fatores que podem influenciar a
resistência à penetração (por exemplo correto rosqueamento das hastes, verificação das
hastes serem retilíneas, etc.) devem ser checados.
5) As hastes devem ser giradas de uma volta e meia a cada metro para manter o
furo na vertical e retilíneo durante a cravação e para reduzir o atrito lateral.
A figura 4.11 ilustra a realização do ensaio de DPL na areia de Copacabana.
72
Figura 4.11 – Realização do ensaio DPL no campo experimental localizado na praia de
Copacabana, altura do Leme
A realização dos ensaios no campo experimental apresentou problemas quanto à
execução, aos quais são apontadas sugestões para a otimização do ensaio. Esses
aspectos são, a saber:
A adaptação para conexão das hastes acarretou num segmento de 11 cm,
como pode ser vista na figura 4.12. o que foi corrigido no ensaio a partir
da chegada do ensaio ao primeiro metro de profundidade, como pode ser
verificado nas tabelas 4.1 e 4.2. Essa correção evitou a propagação de
erros, mas não é desejável na prática experimental com o equipamento,
devendo ser reavaliado o desenho dessa conexão entre as hastes;
Percebeu-se a necessidade de uma guia, composta de uma chapa com
furo de diâmetro um pouco maior que as hastes que é posicionada no
nível do furo para garantir que a verticalidade das hastes seja mantida, o
que influencia na aplicação centrada da força referente ao peso do
martelo em queda. Sugere-se fabricar a guia para para os próximos
ensaio com este equipamento;
73
A adaptação da conexão entre as hastes provocou pequena inclinação do
conjunto composto pela segunda haste e a cabeça de bater. Essa
inclinação provoca uma excentricidade no ponto de aplicação da força
em relação ao eixo central do equipamento, ao qual a ponta do
equipamento está alinhada. A garantia de centralidade é fundamental
para a geração de um conjunto de dados que esteja condizente de forma
total com a realidade do comportamento da resistência dinâmica do solo.
Propõe-se mudar a configuração das pontas das hastes. Deverá ser
prevista haste que possua uma extremidade macho e a outra, fêmea;
A retirada do equipamento depois da realização do ensaio foi dificultosa,
pela ausência de uma chave de grifo ou de um braço de alavanca capaz
de superar o atrito da parte cilíndrica do cone com um material arenoso
de elevada compacidade relativa. Foi necessário preencher
completamente o furo com água de forma a reduzir as tensões de
cisalhamento geradas naquela parte e ir puxando as hastes rotacionando-
as em torno do eixo central. Esse procedimento mostra-se muito
dificultoso e prejudicial à vida útil do equipamento, sendo necessário
realizar a retirada com instrumentos adequados;
O rosqueamento da ponteira cônica com a primera haste foi danificado
ao final do segundo ensaio. Estava prevista a realização de mais um
ensaio até a profundidade de 1 m após os dois ensaios (DPL-01 e DPL-
02) a 2 m de profundidade, o que não foi possível devido aos danos na
rosca. Está previsto o conserto dessa rosca, assim como se propõe
melhorar o sistema de rosqueamento nessa parte do equipamento, visto
que esse fator mostrou-se crítico na realização do ensaio.
74
75
5. Apresentação e análise dos Resultados
Os dados de N10 para os ensaios foram tabelados e plotados. No primeiro ensaio
realizado (DPL-01), registrou-se uma descida de 10 cm só com o peso próprio do
equipamento. Já no segundo ensaio, a descida registrada foi de 5 cm. Além disso, a
adaptação entre as duas hastes, mostrada na figura 4.4, criou um segmento de 11 cm, o
que pode ser verificado na figura 5.1. Dessa forma, registrou-se o número de golpes
para a descida dessa diferença para que fossem propagados os erros. Os dados referentes
a DPL-01 são mostrados na tabela 5.1 e a DPL-02, na tabela 5.2. Os gráficos
correspondentes são exibidos nas figuras 5.2 e 5.3, respectivamente. Também é
apresentado um gráfico comparando os resultados dos dois ensaios realizados na figura
5.4.
Figura 5.1 – Medida do segmento de conexão entre as duas hastes
Tabela 5.1 - Resultados de N10 no ensaio DPL-01
Profundidade (m) N10
0,10 0
0,20 2
0,30 4
0,40 8
0,50 8
0,60 10
0,70 10
0,80 10
0,90 11
76
1,00 10
1,10 12
1,20 15
1,21 17
1,31 12
1,41 9
1,51 12
1,61 14
1,71 15
1,81 18
1,91 23
2,01 21
Figura 5.2 – Gráfico relacionando o N10 com a profundidade para DPL-01
Tabela 5.2 - Resultados de N10 no ensaio DPL-02
Profundidade (m) N10
0,10 1
0,21 2
0,30 4
0,40 5
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0 5 10 15 20 25
Pro
fun
did
ade
(m)
N10
77
0,50 5
0,60 7
0,70 8
0,80 8
0,90 8
1,00 10
1,01 12
1,11 12
1,21 9
1,31 12
1,41 13
1,51 12
1,61 11
1,71 17
1,81 20
1,91 21
2,01 21
Figura 5.3 – Gráfico relacionando o N10 com a profundidade para DPL-02
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0 5 10 15 20 25
Pro
fun
did
ade
(m)
N10
78
Figura 5.4 – Gráfico comparando os resultados de N10 obtidos nos ensaios DPL-01 e DPL-
02
Buscou-se também estabelecer comparações dos resultados do ensaio DPL
realizados para este trabalho com os dados de resistência de ponta obtidos por GOMES
(2016). O gráfico comparativo é mostrado na figura 5.5. O cálculo da resistência de
ponta do ensaio DPL foi calculada a partir da fórmula dos holandeses, conforme
recomendação da referência internacional da ISSMFE (1989) e mostrada na equação 1
deste trabalho. Ressalta-se que enquanto a resistência qD é referente a um ensaio
dinâmico, a resistência qC está associada a um ensaio estático (VIANA DA FONSECA,
1996), mas que costuma-se correlacionar os parâmetros qD e qC (WASCHKOWSKI,
1983). Segundo o primeiro autor, a hipótese deste trabalho é válida para solos
homogêneos e de origem sedimentar.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0 5 10 15 20 25
Pro
fun
did
ade
(m)
N10
DPL-01
DPL-02
79
Figura 5.5 – Gráfico comparativo da resistência de ponta obtida nos ensaios com o DPL
(qD) e da resistência de ponta do cone (qC) obtida por GOMES (2016)
Também procurou-se obter a razão entre a resistência de ponta do cone obtida
por GOMES (2016) com o N10, procurando-se obter uma correlação entre os dois
ensaios. Este resultado é apresentado nos gráficos das figuras 5.6, 5.7 e 5.8 junto com a
equação da reta e o coeficiente de correlação (R²) correspondentes. Também foi
realizada filtragem nos dados usando o método das diferenças de TUKEY(1977),
empregado por LINGWANDA et al. (2015). Para DPL-01, foram excluídos dois valores
por estarem distanciados em relação à média superior ao dobro do desvio padrão,
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
0,0 5000,0 10000,0 15000,0
Pro
fun
did
ade
(m)
qc e qd (kPa)
CPT-01 (GOMES, 2016)
DPL-01 (2019)
DPL-02 (2019)
80
referentes às profundidades 0,10m (N10 = 0) e 1,91m (N10 = 23). Já para DPL-02, todos
os dados foram utilizados, pois atendiam ao critério estabelecido pelo método das
diferenças de Tukey.
Figura 5.6 - Correlação entre o N10 obtido no ensaio DPL-01 sem a correção pelo método
das diferenças de TUKEY (1977) com a resistência de ponta de cone obtida por GOMES
(2016)
qc= 0,7591N10 + 0,1977 R² = 0,8205
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
qc (
MP
a)
N10
81
Figura 5.7 - Correlação entre o N10 obtido no ensaio DPL-01 corrigido pelo método das
diferenças de TUKEY (1977) com a resistência de ponta de cone obtida por GOMES
(2016)
Figura 5.8 – Correlação entre o N10 obtido no ensaio DPL-02 corrigido pelo método das
diferenças de TUKEY (1977) com a resistência de ponta de cone obtida por GOMES
(2016)
Os coeficientes de correlação obtidos estão entre 0,80 e 0,90, relativamente
próximos de 1, podendo ser indicativo de uma boa correlação. No entanto, não há um
qc = 0,6646N10 + 1,4226 R² = 0,8998
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 5 10 15 20
qc (
MP
a)
N10
qC = 0,7379N10 + 1,233 R² = 0,8128
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 5 10 15 20 25
qc (
MP
a)
N10
82
consenso internacional de uma escala referencial para interpretação do coeficiente de
correlação e o coeficiente não necessariamente demonstra a credibilidade da correlação
encontrada, visto que relações que não sejam lineares podem apresentar altos valores de
R², segundo SANTOS(2017).
Ressalta-se também que a partir dos gráficos expostos nas figuras 5.2 e 5.3
verificou-se uma variação dos valores de N10 na faixa de profundidade entre 1,00m e
1,50m. Neste intervalo, tanto em DPL-01 quanto em DPL-02, verificou-se uma redução
em N10, seguida de aumento. Verificou-se também que essa variação foi mais discreta
no ensaio de piezocone realizado por GOMES (2016), ocorrendo entre as profundidades
de 1,30m a 1,50m.
Esse fato pode ser indicativo de alguma mudança nas propriedades mecânicas do
solo, podendo o CPTU apresentar maior sensibilidade na percepção dessa
descontinuidade em relação ao ensaio DPL realizado. Há também a possibilidade de ser
um indício de que esta variação é mais acentuada próximo a DPL-01 e menor em CPT-
01, sendo DPL-02 um ponto intermediário. Para verificar essa hipótese, faz-se
necessária a realização de mais ensaios neste campo experimental, além da análise de
areias localizadas especificamente nessa profundidade para entender a sua composição
física e seu comportamento mecânico. O fenômeno pode ser decorrente de falhas na
execução do ensaio, que necessita de aprimoramentos, os quais são abordados na
próxima seção deste capítulo.
83
6 Conclusões e Sugestões para Futuras Pesquisas
6.1 Conclusões
Foi sugerido para o projeto de extensão Sistema Habitacional Simples (SHS) o
ensaio de Penetrômetro Dinâmico Leve (DPL) como a investigação de campo de melhor
custo benefício, de vez que o equipamento é de baixo custo e pode ser executado, com
pouco treinamento, pela equipe de construção das casas.
No presente trabalho foi fabricado um equipamento de DPL, o qual foi ensaiado
na areia da praia de Copacabana, e onde haviam sido realizados vários outros ensaios de
campo. O ensaio de DPL revelou-se de fato prático e versátil, porém o equipamento
fabricado apresentou dois problemas:
i. a conexão entre as hastes mostrou-se incapaz de garantir a perfeita
verticalidade do equipamento durante o ensaio;
ii. a retirada do equipamento, após o ensaio, revelou-se de grande
dificuldade, no caso do material muito compacto ensaiado.
As correções para a resolução de tais problemas foram apresentadas. As duas
verticais de ensaio apresentaram boa repetibilidade. Os ensaios de DPL mostraram a
mesma tendência de variação com a profundidade do ensaio de cone (CPT) realizado.
Correlações dos ensaios de DPL com outros ensaios de campo foram analisadas. A
continuidade da pesquisa com a realização de ensaios em câmara de calibração foi
detalhada, conforme exposto no capítulo 3.
6.2 Recomendações para Trabalhos Futuros
Acerca do uso do DPL conforme estabelecido pela referência internacional, é
sugerido o desenvolvimento e aprimoramento nos seguintes sentidos:
84
1. A realização de ensaios na câmara de calibração com o equipamento DPL
fabricado e aprimorado e também com outro ensaio de campo, tal como o
cone elétrico ou o piezocone para ser estabelecido maior conjunto de dados
capaz de correlacionar esses ensaios e contribuir no conhecimento do
comportamento mecânico dos solos abordados neste trabalho;
2. A realização de campanha de ensaios de campo tais como o DPL, o SPT e o
CPT em uma edificação onde sejam empregadas fundações rasas, havendo a
comparação com provas de carga e medidas de deslocamento durante e
posteriormente ao processo construtivo;
3. Realização de ensaios DPL e SPT associados com ensaios de laboratório
como o ensaio triaxial, de cisalhamento simples (DSS), caracterização
granulométrica e análise física e mineralógica de solos arenosos que
apresentem percentuais de finos (silte e argila).
4. Propõe-se a realização de mais ensaios de campo, usando o DPL e o
piezocone, considerando-se a hipótese de se assentar o bloco corrido a
profundidades que sejam 10 a 20 cm maiores do que as definidas
inicialmente em casos em que o valor mínimo de N10 esteja abaixo da
profundidade de assentamento. Sugere-se também a realização de provas de
carga para a verificação das hipóteses de projeto e dos resultados do ensaio,
compreendendo assim os três aspectos destacados pelo triângulo de Burland,
exibido na figura 1.1.
85
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92
ANEXO I
Nas pranchas das páginas a seguir, estão representadas as dimensões das peças
do equipamento DPL fabricado, conforme desenho realizado no programa AutoCAD.
90°
4
5
°
17
.9
03
5.3
6
35
.8
62
0.0
0
11°
ESC.: 1:1
1
PONTEIRA CÔNICA - VISTA FRONTAL
ESC.: 1:1
2
PERSPECTIVA PONTEIRA CÔNICA
0,2 (COR 40)40
0,0511
0,2 (RED)10
0,77
0,66
0,55
0,44
0,33
0,22
0,11
Cor
Espessura
(mm)
0,05 (COR 8)8
0,05 (COR 9)9
OBSERVAÇÕES:
- Medidas em milímetros;
- Todas as dimensões seguem padronização da ISSMFE (1989), norma alemã DIN 4094-3 (2002) e ISO 22476-2 (2005);
- Material: aço 1045 temperado;
- Rosca quadrada.
ESCOLA POLITÉCNICA E COPPE/UFRJ
equip_recover_recover.dwg
C:\Users\Lucas\Documents\ARTIGOS_PROPOSTA TCC
43.47
30.83
20.43
21.27
7
0
°
ESC.: 2:1
1
VISTA FRONTAL
51.00
43.96
34.14
22.16
ESC.: 2:1
2
VISTA LATERAL
ESC.: 1:1
3
PERSPECTIVA CABEÇA DE BATER
0,2 (COR 40)40
0,0511
0,2 (RED)10
0,77
0,66
0,55
0,44
0,33
0,22
0,11
Cor
Espessura
(mm)
0,05 (COR 8)8
0,05 (COR 9)9
OBSERVAÇÕES:
- Medidas em milímetros;
- Todas as dimensões seguem padronização da ISSMFE (1989), norma alemã DIN 4094-3 (2002) e ISO 22476-2 (2005);
- Material: aço 1045 temperado;
- Rosca quadrada.
ESCOLA POLITÉCNICA E COPPE/UFRJ
equip_recover_recover.dwg
C:\Users\Lucas\Documents\ARTIGOS_PROPOSTA TCC
ESC.: 1:4
1
PERSPECTIVA HASTE
Ø22
ESC.: 1:1
3
DETALHES EXTREMIDADES DAS HASTES
ESC.: 2:1
2
CORTE DA HASTE
0,2 (COR 40)40
0,0511
0,2 (RED)10
0,77
0,66
0,55
0,44
0,33
0,22
0,11
Cor
Espessura
(mm)
0,05 (COR 8)8
0,05 (COR 9)9
OBSERVAÇÕES:
- Medidas em milímetros;
- Todas as dimensões seguem padronização da ISSMFE (1989), norma alemã DIN 4094-3 (2002) e ISO 22476-2 (2005);
- Material: aço 1045 temperado;
- Rosca quadrada;
- Marcações finas de 0,05mm a cada 100mm no material da haste.
ESCOLA POLITÉCNICA E COPPE/UFRJ
equip_recover_recover.dwg
C:\Users\Lucas\Documents\ARTIGOS_PROPOSTA TCC
Ø
1
4
.
9
9
Ø
1
0
1
.4
0
102.53
ESC.: 1:2
2
VISTA SUPERIOR
66
.8
4
12
.7
0
74
.7
4
ESC.: 1:2
3
VISTA LATERAL
ESC.: 1:4
1
PERSPECTIVA MARTELO E GUIA
0,2 (COR 40)40
0,0511
0,2 (RED)10
0,77
0,66
0,55
0,44
0,33
0,22
0,11
Cor
Espessura
(mm)
0,05 (COR 8)8
0,05 (COR 9)9
OBSERVAÇÕES:
- Medidas em milímetros;
- Todas as dimensões seguem padronização da ISSMFE (1989), norma alemã DIN 4094-3 (2002) e ISO 22476-2 (2005);
- Material: aço 1045 temperado;
- Rosca e porca comerciais na guia do martelo;
- Martelo com 10kg de massa;
- Braços do martelo engastados.
ESCOLA POLITÉCNICA E COPPE/UFRJ
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