5. Discussion
5.3.1 Effect of anthocyanins on dementia relevant mechanisms
O maciço da pilha será alteado pela disposição ascendente do estéril em camadas de no máximo 2m de espessura até alcançar as elevações topográficas previstas no desenho de arranjo geral, mantendo nas faces desconfinadas os ângulos de repouso do material lançado e bermas com larguras provisórias de aproximadamente 14m. Alcançada a cota prevista para o banco, o talude será ajustado para o ângulo previsto 1 (V) : 2 (H), e a berma para os
7,50m, de largura.
A implantação do dreno de pé, preenchendo toda a calha do talvegue compreendida entre as elevações 950m e 958m, constituído por blocos de rocha sã (quartzito, obtidos das escavações da Mina), compactado através de passadas de trator de esteira, em camadas com espessura variando entre 60cm a no máximo 70cm, com remoção dos materiais de baixa resistência da fundação do maciço de enrocamento, no pé da Pilha.
O acabamento superficial da berma, com caimento no sentido de ambas as ombreiras, terá inclinação de 1,0% no sentido longitudinal e de 3,0% no transversal. A crista de cada talude individual terá proteção contra transbordamento de água pluvial por uma leira contínua, em material terroso não compactado. No pé de cada talude, ao longo de sua extensão a berma deverá terminar em uma sarjeta, de seção triangular; cujos revestimentos (tanto da berma, quanto da sarjeta) serão em solo (arenoso-argiloso) compactado, com graus de compactação de 90% e 96% da densidade máxima do Proctor normal, respectivamente, as camadas inferior com 0,50m de espessura e superior com 0,15 m. Todas as superfícies expostas terão proteção anti-erosiva com revestimento vegetal.
Em função da relocação da Ferrovia na cota 1023 metros, a implantação da Pilha do Correia sofreu alterações no seu arranjo, sendo finalizada na cota 995,00 metros.
Figura 3.8 – Arranjo geral da Pilha do Correia expandida. 1: Pilha 2: Colúvio 3: Enrocamento 5: Solo Residual 6: Saprolito SM10 SM14 SM12 SM17 Distância (m) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 E le v a ç ã o ( m ) (x 1 0 0 0 ) 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00 1.01 1.02 1.03
CAPÍTULO
4
–
DEFINIÇÃO
DOS
PARÂMETROS GEOTÉCNICOS
4.1. INTRODUÇÃO
Para a análise da estabilidade é importante conhecer as características dos materiais constituintes do maciço e da estrutura de contenção, além das condições do projeto. No entanto, é comum a observação de diversos materiais envolvidos na estabilidade de uma estrutura. Este fato associado às dificuldades experimentais para determinação do grande número de parâmetros envolvidos na análise de estabilidade, evidencia a impossibilidade de uma avaliação precisa da estabilidade de uma estrutura.
Foram executadas investigações geotécnicas e ensaios de laboratório para fornecer subsídios à definição dos parâmetros geotécnicos. Os principais parâmetros geotécnicos de interesse na engenharia geotécnica, citado por Bowles (1988), são:
parâmetros de resistência e deformabilidade: ângulo de atrito - e coesão – c, módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson - .
parâmetros de compressibilidade: índice de compressão - Cc e índice de recompressão - Cr.
características físicas: peso específico - s; densidade real dos grãos - Gs; porosidade – n ; índice de vazios - e; teor de umidade natural - ws; limite de liquidez - LL e limite de plasticidade – LP.
parâmetro de condutividade: condutividade hidráulica - k.
Rico e Castillo (1984) sugerem que os parâmetros geotécnicos podem variar segundo fatores inerentes ao maciço ou inerentes à determinação experimental. Dentre os diversos fatores pode-se destacar:
condições inerentes ao maciço: ocorrência geomecânica não detectada durante a prospecção; variação do nível d’água; tipo de solo; relevo; profundidade das escavações ou altura do aterro; histórico de tensões experimentado pelo solo; anisotropia ou heterogeneidade; interferências antrópicas (terraplenagens, obras, redes de esgoto e água, edificações);
condições inerentes à determinação experimental: reprodução das condições de campo em laboratório; procedimento de ensaio; amolgamento; condições de drenagem; trajetória de tensões; tipo e velocidade de cisalhamento.
Nas investigações, as sondagens SPT, mistas e a trado foram executadas a partir da pilha e do terreno de fundação.
As sondagens a trado executadas nestas investigações atingiram pequena profundidade, servindo exclusivamente para conhecimento do horizonte superior do terreno que será a fundação do aterro a ser construído e da superestrutura da ferrovia.
Foram coletadas amostras deformadas e indeformadas de solo nos poços perfurados e sobre elas foram efetuados ensaios de caracterização do material e de definição dos parâmetros geotécnicos de resistência e de deformabilidade que serão utilizados nas análises de estabilidade da Pilha do Correia expandida.
4.2. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS 4.2.1. Estrutura dos Solos
Estrutura de um solo é o termo que designa a situação do arranjo das partículas no interior da massa de solo. Variando-se o arranjo, varia a estrutura do solo, a qual depende fundamentalmente do tamanho e da forma dos grãos, bem como dos minerais constituintes dos grãos.
Segundo Terzaghi, os principais tipos de estrutura são: granular simples, alveolar ou em favo e floculenta; posteriormente, agregou-se a elas uma estrutura denominada esqueleto (Figura 4.1).
Estrutura granular simples
Quando os grãos de areia com diâmetro maior que 0,02mm, em suspensão em água, entram em processo de deposição, a sedimentação avança lentamente.
Suponhamos que já se tinha processado parte da sedimentação e que, sobre uma superfície muito irregular do sedimento de fundo assente uma partícula recém chegada. Seu movimento, até então vertical, é perturbado, ao tocar no grão já sedimentado, por duas novas forças: a resistência do sedimento à penetração e o atrito inicial que age no ponto de contato entre as partículas e o sedimento. Se os grãos são de areia, o atrito inicial é desprezível, comparado com o peso do grão.
O peso e a reação formam um binário que rola a partícula até ela encontrar, numa depressão adjacente, o seu equilíbrio, o seu repouso. Forma-se, então, um sedimento com estrutura granular simples (Figura 4.1a) na qual cada grão toca em diversos grãos vizinhos.
Figura 4.1 – Tipos de estruturas, segundo Terzaghi.
Nas condições indicadas, forma-se uma estrutura fofa; por um processo posterior, de vibração, por exemplo, estas estruturas podem tornar-se compactas. A estrutura granular fofa ou compacta é própria das areias e pedregulhos.
Estrutura alveolar ou em favo de abelha
Se as partículas que sedimentam são suficientemente pequenas, com diâmetros menores que 0,02 mm, o atrito inicial é da mesma ordem de grandeza ou menor que o peso próprio, o que pode impedir as partículas de rolarem; assim, elas permanecerão na posição do primeiro contato e o sedimento tornar-se-á esponjoso, como mostrado na Figura 4.1b. Esta estrutura em que cada lamela toca em poucas lamelas dos grãos vizinhos é denominada de alveolar ou em favo de abelha. Trata-se de estrutura estável, característica das argilas.
Estrutura floculenta
Sendo as partículas com tamanho coloidal. Sabe-se que essas partículas são carregadas de eletricidade, quase sempre negativa, o que impede a aglutinação das mesmas no seio da suspensão, devido à repulsão mútua. Em virtude do seu reduzido tamanho estas partículas tenderiam a permanecer indefinidamente em suspensão, como é característico dos colóides, sendo dotadas de um estado de agitação permanente denominado de movimento browniano.
Se esta suspensão entra em contato com um eletrólito, o que pode acontecer quando as águas de um rio atingem as águas salgadas do mar os cátions de eletrólito neutralizam as cargas negativas das partículas. Como o movimento browniano das partículas continua, não havendo mais repulsão, as partículas passam a colidir; entra em ação o atrito inicial e elas passam a depositarem-se juntas.
Começam a depositarem-se, não mais partículas isoladas, mas flóculos esponjosos que se agregam durante o processo de sedimentação. Formam-se, assim, sedimentos esponjosos semelhantes aos da estrutura alveolar, porém com flóculos em lugar das lamelas ou grãos; portanto, uma estrutura ainda mais porosa que a alveolar. Esta estrutura é denominada
estrutura floculenta ou floculada (Figura 4.1c).
Estrutura esqueleto
A estrutura floculenta é raramente encontrada nos solos naturais, pois sendo gradualmente carregada pelo material que se deposita em cima dela, tende a desagregar, transformando-se numa estrutura alveolar. Esta estrutura, por sua vez, devido aos mesmos fatores de carregamento, tenderia a se transformar em estrutura simplesmente granular. Entretanto, como as frações mais finas dos solos estão sempre associadas com porções de partículas mais grossas, estas últimas formam o arcabouço ou esqueleto que suporta a maior parte das cargas, provocando, então maior concentração de pressões em determinados pontos. Isto torna possível que as porções mais finas retenham permanentemente sua estrutura alveolar. O conjunto forma, então, o que se denomina estrutura esqueleto (Figura 4.2).
Amolgamento
Amolgamento é a operação de destruição da estrutura original do solo, com a conseqüente perda de sua resistência, mantido seu teor de umidade original. A influência da estrutura do solo em suas propriedades é pesquisada através de ensaios realizados com amostras indeformadas.
As estruturas, quando mais complexas, menos estáveis são e, uma vez destruídas, não poderão mais ser recompostas.
O efeito do amolgamento é o de destruir qualquer aglutinação nos pontos de contato dos grãos e, portanto, a estrutura, de forma a transformar o solo numa massa de grãos dispersos. Uma série de efeitos eletroquímicos, envolvendo a atração entre os grãos, dá lugar, então, a uma redução da resistência. A Figura 4.3 mostra as curvas tensão-deformação obtidas no ensaio numa mesma amostra de solo antes e depois de remoldado. O índice de sensibilidade, como definido por Skempton, é o seguinte:
s s s t I R R S ' (4.1) onde, St = Is Índice de sensibilidade,
Rs Resistência à compressão simples,
R’s Resistência à compressão simples após a moldagem.
Para Is = 1, as argilas são ditas insensíveis, para Is entre 2 e 4, são de pequena a média sensibilidade, para Is entre 4 e 8, são consideradas extra-sensíveis.
Quando maior o índice de sensibilidade mais sofrem as argilas o efeito da remoldagem, pois resulta disso uma redução da resistência e aumento da compressibilidade e diminuição da condutividade.
4.2.2. Determinação dos Materiais
A etapa preliminar aos estudos de análise da estabilidade constitui-se na identificação dos materiais existentes, enfatizando os materiais potencialmente geradores da Pilha.
Cuidados foram tomados no processo de preparação das amostras, normatizando os procedimentos de ensaios e procurando manter o máximo a representatividade das amostras evitando, desta forma, que a qualidade dos ensaios fosse comprometida. A preparação das amostras para os ensaios foi conduzida conforme as prescrições das normas da ABNT.
Os ensaios executados, a saber, foram:
Condutividade “in situ”;
Umidade natural;
Massa especifica aparente seca natural;
Triaxial CU com medida de poro-pressão;
Adensamento edométrico.
Figura 4.3 – Curvas tensão-deformação, obtida no ensaio da compressão simples.
Tensão
Os ensaios foram executados no laboratório de empresas especializadas.
4.3. INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA
Visando apresentar os subsídios aos estudos deste projeto, foram executadas sondagens a percussão e mistas na região da implantação da ferrovia. As sondagens foram executadas a partir das pilhas existentes e do terreno de fundação, com o objetivo de avaliar o solo de fundação e suas características de resistência, bem como as condições de nível de água.
Nos boletins de investigações de campo, as sondagens expuseram que:
A fundação é constituída de Depósito Paleogênico Terciário, caracterizado por um solo de textura argilo – siltosa pouco arenosa, com pedregulhos de cor marrom, apresentando consistência média a dura, com número de golpes para penetração dos 30cm finais (Nspt médio) de 10 golpes. Os horizontes mais resistentes manifestam número de golpes - Nspt, acima de 28 golpes, tendo sido observado também a condição impenetrável ao número de golpes (Nspt).
O nível de água não foi detectado nas sondagens à percussão (SPT).
A relocação da Pêra Ferroviária, com extensão aproximada de 1,3km, estará sendo implantada no aterro compactado que será construído sobre a Pilha de Estéril do Correia, no ponto de estudo desta dissertação e num corte que será executado na Pilha de Estéril Sudoeste.
Na área de interesse para os estudos desta dissertação foram executadas 06 sondagens mistas e 05 poços de inspeção e de coleta de amostras. Na inspeção realizada na superfície da Pilha foi observado materiais heterogêneos, de granulometria variável, compreendendo desde frações finas (argilosas, siltosas e arenosas) até blocos rochosos (em menor porcentagem). No nível do fundo dos vales naturais estavam sendo dispostos materiais granulares, permeáveis, com a finalidade de drenar as águas de percolação subterrânea.
4.3.1. Sondagem Mista
As sondagens foram executadas por empresa contratada. Estas indicaram que as Pilhas são constituídas essencialmente por material de granulometria fina (argila, silte e areia), podendo conter porcentagens variáveis de minério e pedregulho. A presença de blocos rochosos é pouco freqüente, como verificado no nível da fundação, possivelmente constituindo a camada drenante.
Os valores de resistência à penetração são na grande maioria elevados em toda profundidade onde se realizou as investigações de campo, com exceção de alguns intervalos que apresentaram baixa consistência.
4.3.2. Ensaios de condutividade “in situ”
Nestas sondagens executadas, foram realizados 60 ensaios de infiltração, para determinação dos valores dos coeficientes de condutividade (condutibilidade hidráulica) em várias profundidades. Os ensaios foram executados por empresa
4.3.3. Sondagem à Trado e Poço de Inspeção
As sondagens a trado executadas atingiram pequena profundidade, servindo exclusivamente para conhecimento do horizonte superior da Pilha que será a fundação do aterro a ser construído e da superestrutura da ferrovia.
Foram coletadas amostras deformadas e indeformadas de solo nos poços de inspeção e nelas foram executados ensaios de caracterização e de definição dos parâmetros geotécnicos de resistência e de deformabilidade que serão utilizados nas análises de estabilidade. Na Pilha do Correia executou-se os poços denominados de PI-11, PI-14, PI-16, PI-4 e PI-5.
4.4. DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA
4.4.1. Introdução
A condutividade hidráulica ou simplesmente condutividade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento de água através dele. A determinação do valor da condutividade é muito importante em algumas obras de engenharia, principalmente, na estimativa da vazão que percolará através do maciço e da fundação.
Portanto, os mais graves problemas de construção estão relacionados com a presença da água. O conhecimento da condutividade e de sua variação é necessário para a resolução desses problemas. A condutividade pode ser determinada através de ensaios de laboratório em amostras indeformadas, reconstituídas ou por meio de ensaios “in situ”.
O solo é um material complexo, constituído por grãos minerais e/ou matéria orgânica, constituindo uma fase sólida, envolvidos por uma fase líquida. Há uma terceira fase, eventualmente presente; o qual preenche parte dos poros dos solos não inteiramente saturados de água. No caso das areias, o solo poderia ser visto como um material constituído por canalículos, interconectados uns aos outros, nos quais ou há água armazenada, em equilíbrio hidrostático, ou água flui através desses canalículos, sob a ação da gravidade. Nas argilas esse modelo simples do solo perde sua validade, uma vez que devido ao pequeníssimo diâmetro que teriam tais canalículos e as formas diferentes dos grãos, intervêm forças de natureza capilar e molecular de interação entre a fase sólida e a líquida. Portanto, o modelo de um meio poroso, pelo qual percola à água, é precário para as argilas, embora possa ser perfeitamente eficiente para as areias.
4.4.2. Fatores que influenciam a condutividade
De acordo com as notas de aula da professora Denise Gerscovich (2007), os principais fatores que influenciam na condutividade são:
Granulometria - O tamanho das partículas que constituem os solos influencia no valor de “k”. Nos solos pedregulhosos sem finos (partículas com diâmetro superior a 2mm), por exemplo, o valor de “k” é superior a 0,0001 m/s; já nos solos finos (partícula com diâmetro inferior a 0,074mm) os valores de “k” são bem inferiores a este valor.
Índice de vazios - A condutividade dos solos está relacionada com o índice de vazios, logo, com a sua porosidade. Quanto mais poroso for um solo, maior será o índice de vazios, por conseguinte, mais permeável.
Fluído - O tipo de fluído que se encontra nos poros. Nos solos, em geral, o fluído é a água com ou sem gases (ar) dissolvidos.
Macro-estrutura (Figura 4.4) - Principalmente em solos que guardam as características do material de origem (rocha mãe) como diaclases, fraturas, juntas, estratificações. Estes solos constituem o horizonte C dos perfis de solo, também denominados de solos saprolíticos.
Figura 4.4 – Condutividade vs índice de vazios.
P er m ea bilid ad e a 20 o C ( m /s ec )
Composição mineralógica (Figura 4.5) - A predominância de alguns tipos de minerais na constituição dos solos tem grande influência na condutividade. Como exemplo, argilas moles que são constituídas, predominantemente, de argilo minerais (caulinitas, ilitas e montmorilonitas) possuem um valor de “k” muito baixo, que varia de 10-9 a 10-10m/s. Já nos solos arenosos, cascalhentos sem finos, que são constituídos, principalmente, de minerais silicosos (quartzo) o valor de “k” é da ordem de 0,001 a 0,0001m/s.
Estrutura (Figura 4.6) - É o arranjo das partículas. Nas argilas existem as estruturas isoladas e em grupo que atuam forças de natureza capilar e molecular, que dependem da forma das partículas. Nas areias o arranjo estrutural é mais simplificado, constituindo-se por canalículos, interconectados onde a água flui mais facilmente.
Figura 4.5 – Condutividade devido à composição do solo.
Coeficiente de permeabilidade, k (cm/sec – escala logarítmica) Ín di ce d e va zi os
Temperatura - Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade d’água, portanto, maior a condutividade, isto significa que a água mais facilmente escoará pelos poros do solo.
4.4.3. Ordem de grandeza da condutividade
Na Figura 4.7 e 4.8 (Vargas, 1977) apresentam-se valores médios típicos dos coeficientes de condutividade em função dos solos arenosos e argilosos. Consideram-se solos permeáveis, ou que apresentam drenagem livre aqueles que têm condutividade superior a 10-7 m/s. Os
demais são solos impermeáveis ou com drenagem impedida.
A Tabela 4.1 apresentam alguns resultados de ensaios de condutividade em solos residuais brasileiros (Vargas, 1977). Este autor verificou também a influência dos diferentes estados do solo no valor da condutividade.
Permeabilidade Tipo de solo k (cm/s)
Alta Pedregulho > 10-3
Alta Areias 10-3 a 10-5
Solos permeáveis
Baixa Siltes e argilas 10-5 a 10-7
Muito baixa Argila 10-7 a 10-9
Solos impermeáveis
Baixíssima Argila < 10-9
Tabela 4.1 – Valores típicos da condutividade.
Figura 4.7 – Correlações k x e para o mesmo solo em estados diferentes
4.4.4. Determinação da condutividade
Para determinação da condutividade da expansão da Pilha do Correia foram executadas 07 sondagens mistas (SM). Com relação à condutividade dos materiais atravessados, obtida através de ensaios de condutividade “in situ”, observou-se que para o horizonte superior a condutividade variou entre 10-5 a
10-6m/s; já os solos de origem nitidamente residual, as condutividades obtidas foram em geral mais
baixas, variando entre 10-6 a 10-7 m/s, predominantemente.
Os resultados do ensaio de condutividade são apresentados na Figura 4.9 referente à seção critica na Pilha definida pelas sondagens mistas SM 10, SM 12, SM 14 e SM 17.
Nos furos de sondagem da Figura 4.9, foram executados 29 ensaios de infiltração, com a finalidade de determinar os valores dos coeficientes de condutividade nas várias profundidades da seção considerada crítica. Os seus resultados apresentados nas Tabela 4.2 e 4.3 mostram condutividade variando de 3,05x10-4 m/s até 9,86x10-6 m/s, com valor médio de 4,65x10-5m/s. Observou-se que em algumas profundidades dos furos SM 15 e SM 16, não foi possível a realização do ensaio de infiltração devido à perda total d’água, indicando que a condutividade é muito alta. Estas características de condutividade indicam que no maciço da Pilha deve haver zonas de boa dissipação de poro-pressões geradas, contribuindo para melhorar as condições de estabilidade global dos taludes. O terreno da fundação da Pilha é constituído de solos residuais e coluvião, com características argilosas e consistência elevada.
SM 10
Profundidade - metros Coeficiente de permeabilidade - k (cm/s)
2,00 a 3,00 9,86 x 10-6 5,00 a 6,00 7,87 x 10-5 8,00 a 9,00 4,76 x 10-5 11,00 a 12,00 1,87 x 10-5 14,00 a 15,00 1,92 x 10-5 17,00 a 18,00 3,05 x 10-4 20,00 a 21,00 1,48 x 10-5 2300 a 24,00 3,26 x 10-5 26,00 a 27,00 1,56 x 10-5
SM 12
Profundidade - metros Coeficiente de permeabilidade - k (cm/s)
2,00 a 3,00 6,96 x 10-5 5,00 a 6,00 8,04 x 10-5 8,00 a 9,00 3,07 x 10-5 11,00 a 12,00 1,87 x 10-5 14,00 a 15,00 1,37 x 10-5 17,00 a 18,00 1,59 x 10-5 20,00 a 21,00 1,61 x 10-5
SM 14
Profundidade - metros Coeficiente de permeabilidade - k (cm/s)
2,00 a 3,00 6,33 x 10-5 5,00 a 6,00 1,66 x 10-5 8,00 a 9,00 5,05 x 10-5 11,00 a 12,00 4,37 x 10-5 14,00 a 15,00 3,51 x 10-5 17,00 a 18,00 2,93 x 10-5 20,00 a 21,00 1,00 x 10-5 2300 a 24,00 8,35 x 10-5 26,00 a 27,00 1,37 x 10-5 29,00 a 30,00 1,68 x 10-5 32,00 a 33,00 1,67 x 10-5
SM 17
Profundidade - metros Coeficiente de permeabilidade - k (cm/s)
2,00 a 3,00 1,45 x 10-4
5,00 a 6,00 8,12 x 10-5
4.5. ADENSAMENTO
4.5.1. Introdução
A compressibilidade é uma característica de todos os materiais apresentam quando submetidos a forças externas (carregamentos) se deformar. O que difere o solo dos outros materiais é que ele é um material natural, com uma estrutura interna a qual pode ser alterada, pelo carregamento, com deslocamento e/ou ruptura de partículas. Portanto, devido a estrutura própria do solo (multi-fásica), com uma fase sólida (grãos), uma fase fluída (água) e uma fase gasosa (ar) confere-lhe um comportamento próprio, tensão-deformação, o qual pode depender do tempo.
A Figura 4.10, apresenta um elemento de solo saturado submetido a um acréscimo de