Utilização dos testes estatísticos Kruskal-Wallis e Mann-Whitney para avaliação de sistemas de solos reforçados com geotêxteis

Use of Kruskal-Wallis and Mann-Whitney statistical tests to evaluate geotextile-reinforced soil systems

RESUMO

Esta pesquisa teve por objetivo principal avaliar a influência do tipo de geotêxtil de reforço, solo, posição de inserção do reforço geossintético e energia de compactação no comportamento mecânico de solos reforçados com geotêxtil. Esta avaliação foi baseada nos resultados dos ensaios de Resistência à Compressão Não Confinada (RCNC) e de Resistência ao Cisalhamento Direto (τ_pico). Para a avaliação da influência desses fatores no comportamento mecânico, utilizaram-se testes não-paramétricos, conforme o número de amostras de cada fator. Foram aplicados os testes de Kruskal-Wallis para os fatores “solo” e “tipo de geotêxtil” e de Mann-Whitney para os fatores “posição de inserção do geotêxtil” e “energia de compactação”. De um modo geral, os resultados não mostraram diferenças significativas de RCNC dos solos reforçados comparativamente aos não reforçados. Para o cenário que envolveu a avaliação do comportamento de diferentes solos reforçados, a diferença entre os resultados foi dependente da mobilização do reforço. Em relação aos distintos geotêxteis aplicados e às diferentes posições de localização destes elementos, notou-se que tais fatores não exerceram efeitos estatisticamente significantes sobre o parâmetro RCNC. Quando analisadas as diferentes energias de compactação, observou-se que o aumento dessa energia levou ao incremento do contato do geossintético com o solo, aumentando as forças de atrito de interface e gerando maiores acréscimos de RCNC. Quando analisados os resultados referentes aos ensaios de resistência ao cisalhamento direto, percebeu-se que as mudanças de energia de compactação, solo e tipo de geotêxtil não apresentaram diferença estatisticamente significante sobre o parâmetro τ_pico e que a inserção de diferentes geotêxteis nos distintos solos estudados não promoveu completa interação entre os materiais, proporcionando a deficiência do atrito de interface.

Palavras-chave
Testes não-paramétricos; Solo-geotêxtil; Comportamento Mecânico

ABSTRACT

The main objective of this research was to evaluate the influence of the type of reinforcement geotextile, soil, geosynthetic reinforcement insertion position and compaction energy on the mechanical behavior of geotextile-reinforced soils. This evaluation was based on the results of the Unconfined Compressive Strength (UCS) and Direct Shear tests. In order to evaluate the influence of these factors on the mechanical behavior, non-parametric tests were used, according to the number of samples of each factor. The Kruskal-Wallis tests were applied for the factors “soil” and “type of geotextile” and the Mann-Whitney tests for the factors “position of insertion of the geotextile” and “compaction energy”. In general, the results did not show significant differences in UCS of reinforced soils compared to unreinforced ones. For the behavior of different reinforced soils, the difference between the results was dependent on the reinforcement mobilization. Regarding the different geotextiles applied and the different location positions of these elements, it was noted that such factors did not exert statistically significant effects on the UCS parameter. When the different compaction energies were analyzed, it was observed that the increase in this energy led to an increase in the contact of the geosynthetic with the soil, increasing the interface friction forces and generating greater increases in UCS. When analyzing the results referring to the direct shear strength tests, it was noticed that the changes in compaction energy, soil and type of geotextile did not present a statistically significant difference on the parameter and that the insertion of different geotextiles in the different soils studied did not promote complete interaction between the materials, providing the deficiency of interface friction.

Keywords
Non-parametric tests; Soil-geotextile; Mechanical Behavior

1. INTRODUÇÃO

Nos últimos anos, a procura por materiais que visam proporcionar o reforço de solos tem crescido consideravelmente. Esse crescimento se deve à constante busca pela superação de desafios na implantação de grandes obras civis em locais ou terrenos que apresentam características geotécnicas inadequadas. Neste contexto, os materiais geossintéticos ocupam espaços significativos, unindo as características de simplicidade construtiva às suas múltiplas funções de atuação [¹,²,³,⁴,⁵].

Embora os geossintéticos tenham sido introduzidos no Brasil na década de 1970, apenas duas décadas depois começaram a ser usados mais amplamente em obras de infraestrutura na engenharia civil [⁶,⁷]. Atualmente, esses materiais são cada vez mais utilizados devido às vantagens que proporcionam. Em comparação com as soluções tradicionais, tais como as técnicas de remoção e substituição de solos de baixa capacidade de suporte, de aceleração do adensamento por drenos verticais de areia e de melhoramento de suas propriedades com a inserção de agentes cimentantes, os aspectos que conduzem ao aumento do uso de geossintéticos incluem versatilidade, facilidade de uso, excelente desempenho funcional e baixo custo [⁸,⁹].

Dentre os geossintéticos, cita-se a classe dos geotêxteis, subdivididos em tecido, não tecido e tricotado, os quais podem ser caracterizados pelo arranjo textural entre as fibras e/ou filamentos componentes de sua estrutura, pela natureza do polímero presente em sua composição, pela tecnologia de fabricação e pelas suas aplicações geotécnicas [⁹,¹⁰]. Considerando-se particularmente o potencial de aplicação geotécnica de goetêxteis como elemento de reforço, BENJAMIM [¹¹] afirma que os tecidos e não-tecidos são os mais frequentemente empregados para esse fim e que o processo de reforço consiste na inserção, no maciço de solo, desses elementos geossintéticos geralmente dotados de elevada resistência à tração. A utilização de elementos geotêxteis de reforço leva a uma redistribuição das tensões e deformações do maciço de solo, podendo resultar em um sistema mais resistente e menos deformável comparado ao constituído pelo solo natural [¹²,¹³,¹⁴,¹⁵,¹⁶,¹⁷,¹⁸].

O desempenho global de um solo reforçado com geotêxtil está relacionado a fatores como as propriedades do solo, do reforço geossintético e da interface solo-geossintético, sendo a interação solo-reforço fundamental para o eficiente comportamento das estruturas de solo reforçado. Essa interação pode ser muito complexa, dependendo da natureza e propriedades do solo e do elemento geossintético de reforço [¹,¹⁹,²⁰,²¹,²²].

Diversos estudos afirmam que a estabilidade de estruturas de solo reforçado com geotêxtil depende da interação entre o solo e o material de reforço [²³–²⁵]. FERREIRA [²⁶] conclui que estruturas de solo reforçadas com geotêxteis possuem dois principais mecanismos de falha, sendo eles o deslizamento na interface solo-reforço e a ruptura (rasgamento) do elemento de reforço, ressaltando que a mobilização da resistência ao cisalhamento entre solos e geotêxteis é um fenômeno bidimensional fortemente afetado pela extensibilidade dos geotêxteis. LOPES [²⁷] afirma que um maior grau de deformação do geotêxtil leva a uma mobilização menos eficaz da resistência de interface. Sendo assim, a estabilidade do solo reforçado está fortemente relacionada com a eficácia da transferência de tensão do solo para o reforço, proporcionada pela mobilização da resistência ao cisalhamento ao longo da interface solo-geotêxtil [²²,²⁸].

No que concerne ao solo, tradicionalmente, materiais granulares de drenagem livre são recomendados para estruturas reforçadas com geossintéticos [²⁹,³⁰,³¹,³²]. Essas diretrizes são baseadas na má drenagem de solos de granulação fina, que pode levar à perda de resistência ao cisalhamento do solo. Porém, solos com granulometria fina reiteradamente apresentam bons parâmetros de resistência ao cisalhamento [³³,³⁴,³⁵], realçando a necessidade de estudos que avaliem a utilização de solos não granulares em estruturas reforçadas com geossintéticos.

Para os geotêxteis, suas propriedades mecânicas internas (resistência e rigidez à tração) e superficiais (resistência ao cisalhamento de interface) intervêm no comportamento de uma estrutura solo-reforço [³⁶]. Os parâmetros mecânicos intervenientes dependem do material sintético utilizado na sua confecção e do processo de fabricação da manta geotêxtil. Geralmente, geotêxteis tecidos, cuja manta assume uma configuração estrutural ordenada, transmitem os esforços de tração diretamente aos fios, apresentando uma resposta mais rápida às solicitações impostas, e não gerando grandes deformações iniciais. Em contrapartida, os geotêxteis não-tecidos, devido à configuração aleatória dos fios, admitem uma deformação inicial até que os seus fios resistam efetivamente ao esforço aplicado [³⁷,³⁸,³⁹].

JONES [⁴⁰] concluiu que geotêxteis mais rígidos levam a maiores tensões no solo e no reforço, já que o equilíbrio de tensões é atingido com menores deformações. MENDES et al. [⁴¹] também verificaram uma profunda influência da rigidez do reforço nas propriedades de estruturas reforçadas, indicando que, correntemente, a maior rigidez do reforço leva a uma maior mobilização de forças de tração. ZHENG et al. [⁴²] constataram que a rigidez à tração do reforço interfere fortemente nas características dos solos reforçados por geossintéticos.

Segundo MONTE [⁴³], o uso do reforço se mostra eficiente quando este é posicionado em regiões que apresentam deformações devidas aos esforços de tração e quando orientado na direção principal destas deformações. SIERA [⁴⁴] ainda afirma que, para que haja o correto melhoramento do desempenho do solo, o geotêxtil deve ser solicitado à tração devido às tensões impostas.

Em estruturas de solo reforçado, as características de compactação do sistema podem influenciar na mobilização do reforço. TEIXEIRA [⁴⁵] e FERREIRA [⁴⁶] constataram em seus estudos que a elevação do grau de compactação do solo causa um aumento progressivo na resistência ao cisalhamento de estruturas solo-reforço. Isto ocorreu porque houve uma melhora do contato do geossintético com o solo, incrementando as forças de atrito de interface. OLIVEIRA et al. [⁴⁷], através de ensaios de resistência à compressão não confinada, mostraram que o acréscimo de resistência devido à inserção do reforço não foi proporcional ao aumento da energia de compactação. KAKUDA [⁴⁸] constatou em sua pesquisa que o aumento no grau de compactação proporciona maiores valores de resistência ao arrancamento em estruturas solo-reforço e que maiores valores no grau de compactação resultam em maiores deslocamentos localizados para arrancar um elemento de reforço.

Na literatura técnico-científica sobre o assunto, observa-se que pesquisas analisaram, a partir de métodos estastitíscos paramétricos, a influência que a inserção de geotêxteis leva aos parâmetros mecânicos de solos reforçados [⁴⁹,⁵⁰]. Outros estudos avaliaram a influência das propriedades do solo, do reforço geossintético e da interface solo-geossintético nas características destes sistemas [²⁴,²⁵,⁴⁰]. Porém, identifica-se a ausência de estudos que analisem, a partir de métodos estatísticos não paramétricos, as implicações resultantes da adoção de diferentes fatores em sistemas solo-geotêxtil. Com base na importância de se conhecer parâmetros quantificadores das respostas mecânicas de sistemas de solos reforçados por geotêxtil e de se avaliar os fatores intervenientes que influenciam o desempenho dessas estuturas, o presente trabalho teve como objetivo geral analisar, a partir de testes estatísticos, a influência do tipo de geotêxtil de reforço, solo, posição de inserção do reforço geossintético e energia de compactação no comportamento mecânico de solos reforçados com geotêxtil.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

No programa experimental desta pesquisa foram utilizados três diferentes solos, sendo eles:

• Solo BR: solo residual maduro coletado do horizonte B de um talude de corte localizado à margem da Rodovia BR 120, nas proximidades do trevo de acesso ao campus Viçosa da Universidade Federal de Viçosa (UFV).

• Solo VS: solo residual jovem (saprolítico) coletado de um talude de corte localizado na Vila Secundino, no campus Viçosa da UFV.

• Solo AERO: solo residual jovem coletado do horizonte C de um talude de corte localizado à margem da Rodovia BR 120, nas proximidades do Aeroporto de Viçosa – MG.

Os geotêxteis empregados nesta pesquisa corresponderam a duas amostras de geotêxteis tecidos biaxiais constituídos de laminetes de polipropileno, denominados por meio das siglas T55 (Figura 1a) e T25 (Figura 1b), e uma amostra de geotêxtil não tecido agulhado de poliéster, denominado pela sigla NT10 (Figura 1c).

Figura 1.
Geotêxteis empregados na pesquisa (aumento de 10x).

(a) Geotêxtil tecido T55 (b) Geotêxtil tecido T25 (c) Geotêxtil não tecido agulhado NT10

As características tecnológicas destes geotêxteis, fornecidas pelo fabricante, são apresentadas na Tabela 1.

Tabela 1.
Propriedades dos geotêxteis empregados na pesquisa.

PROPRIEDADE		T55	T25	NT10
Espessura Nominal (mm)		0,93	0,66	1,99
Massa por unidade de área (g/m2)		244	117	210
Resistência à tração nominal (kN/m)	Direção longitudinal	55	25	10
	Direção transversal	55	25	9
Deformação na resistência à tração nominal (%)	Direção longitudinal	≤ 15	≤ 15	>50
	Direção transversal	≤ 15	≤ 15	>50

Foram coletadas amostras deformadas representativas dos solos BR, VS e AERO, de acordo com a NBR 9604 [⁵¹]. Posteriormente, foram preparadas amostras conforme as recomendações da NBR 6457 [⁵²] para a realização dos ensaios de caracterização e classificação geotécnica. Para tal caracterização, foram realizados os ensaios de Análise Granulométrica, segundo a NBR 7181 [⁵³], Massa Específica dos Sólidos, conforme a ME 093 [⁵⁴], e Limite1s de Liquidez e de Plasticidade, de acordo com a NBR 6459 [⁵⁵] e NBR 7180 [⁵⁶], respectivamente.

Os solos foram classificados, ainda, de acordo com sua textura (NBR 6502 [⁵⁷]) e com os sistemas tradicionais de classificação geotécnica, a saber, Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS) (D 2487 – 11 [⁵⁸]) e Transportation Research Board (TRB) (M 145 – 91 [³⁰]). Considerando-se as peculiaridades dos solos tropicais, também foi aplicada a metodologia de classificação MCT – Miniatura Compactado Tropical, de acordo com a norma CLA 259 [⁵⁹].

Os corpos de provas investigados, correspondentes aos solos compactados com e sem reforço geotêxtil, foram moldados nas respectivas umidades ótimas dos solos compactados nas energias Proctor normal e Proctor modificado. Para tal, seguiu-se o protocolo prescrito pela NBR 7182 [⁶⁰]. As características relacionadas ao ensaio de compactação são apresentadas na Tabela 2.

Tabela 2.
Propriedades de compactação dos solos empregados na pesquisa.

SOLO	ENERGIA DE COMPACTAÇÃO	TEOR DE UMIDADE ÓTIMO (%)
BR	NORMAL	27,73
VS		14,04
AERO		33,57
BR	MODIFICADO	23,68
VS		11,55
AERO		27,42

Os ensaios de Resistência à Compressão Não-Confinada (RCNC) foram realizados para as amostras compactadas de solo, reforçadas e não reforçadas, conforme a NBR 12770 [⁶¹]. Para os solos reforçados, variou-se a posição de colocação dos geotêxteis, os quais foram inseridos entre as camadas compactadas em duas configurações distintas: entre a primeira e a segunda camadas compactadas (Figura 2b), isto é, a 1/3 da base do cilindro (H/3); após a segunda camada compactada, a 2/3 da base do cilindro (2H/3) (Figura 2c). Para tanto, decidiu-se compactar tanto as amostras sem reforço quanto as reforçadas em três camadas.

Figura 2.
Posicionamento do geotêxtil no interior dos corpos de prova do ensaio de Resistência à Compressão Não-Confinada.

(a) corpo de prova sem geotêxtil (b) geotêxtil posicionado à 1/3 da base do corpo de prova (H/3) (c) geotêxtil posicionado à 2/3 da base do corpo de prova (2H/3)

Os ensaios de resistência ao cisalhamento direto foram realizados para as amostras compactadas de solo, não reforçadas e reforçadas por geotêxtil (Figura 3), conforme a norma D3080 [⁶²]. Para os solos reforçados pela inserção do geotêxtil, foi determinada a resistência ao cisalhamento de pico (τ_pico) correspondente à interface solo-geotêxtil. Antes do início do carregamento cisalhante, o sistema foi inundado, visando a saturação do corpo de prova, seguido da etapa de adensamento. As tensões normais utilizadas nas etapas de adensamento e de ruptura foram de 50, 100 e 200kPa, sendo realizadas no mínimo duas repetições de ensaio para cada uma delas. A taxa de carregamento aplicada (velocidade de cisalhamento) foi de 0,75 mm/min, já o deslocamento horizontal máximo medido foi de 19 mm (deslocamento máximo do equipamento).

Figura 3.
Posicionamento do geotêxtil no interior dos corpos de prova do ensaio de resistência ao cisalhamento direto.

(a) corpo de prova sem geotêxtil (b) geotêxtil posicionado à metade da altura do corpo de prova

Para a determinação das análises estatísticas, inicialmente realizou-se a verificação da Normalidade dos dados de RCNC e de τ_pico por meio do teste de Normalidade de Kolmogorov-Smirnov, através da utilização do software estatístico Minitab 16®. Na interpretação destes testes, verificou-se o valor-p, que pode ser interpretado como a medida do grau de concordância entre os dados e a hipótese nula (H0), sendo H0 correspondente à distribuição Normal, de modo que: (i) se valor-p ≤ α, rejeita-se H0, ou seja, não se pode admitir que o conjunto de dados em questão tenha distribuição Normal, e nesse caso os dados são não paramétricos; (ii) se valor-p > α, não se rejeita H0, ou seja, a distribuição Normal é uma distribuição possível para o conjunto de dados em questão. O teste de Normalidade foi realizado com grau de confiança de 95% [nível de significância (α) de 5%].

Para verificar se houve diferença significativa entre as medianas dos parâmetros analisados [Resistência à Compressão Não-Confinada (RCNC) e Resistência ao Cisalhamento de Pico (τ_pico)], considerando-se a interveniência dos fatores “solo” e “tipo de geotêxtil”, foi realizado o teste Kruskal-Wallis. O teste de Kruskal-Wallis é um método não paramétrico utilizado para comparar três ou mais populações. Ele é usado para testar a hipótese nula de que todas as populações possuem funções de distribuição iguais contra a hipótese alternativa de que ao menos duas das populações possuem funções de distribuição diferentes. Se o valor-p ≤ 0,05, então a hipótese nula pode ser rejeitada.

O teste de Mann-Whitney é baseado nos postos dos valores obtidos combinando-se duas amostras. Se o valor-p for menor ou igual ao nível de significância (0,05), rejeita-se a hipótese nula e conclui-se que a diferença entre as medianas da população é estatisticamente significativa. Neste aspecto, o teste de Mann-Whitney foi realizado para verificar se houve diferença significativa entre as médias dos parâmetros analisados [Resistência à Compressão Não-Confinada (RCNC) e Resistência ao Cisalhamento de Pico (τ_pico)], considerando-se a interveniência dos fatores “posição de inserção do geotêxtil” e “energia de compactação aplicada”, pois estes apresentam duas amostras.

3. RESULTADOS

3.1. Caracterização e classificação geotécnicas dos solos

Na Tabela 3 apresenta-se o resultado da caracterização geotécnica dos solos empregados na pesquisa.

Tabela 3.
Caracterização geotécnica dos solos pesquisados.

CARACTERÍSTICA GEOTÉCNICA	SOLO
FRAÇÕES GRANULOMÉTRICAS (%)	BR	VS	AERO
Grossa 0,6 ≤ ∅ < 2,0 mm Areia Média 0,2 ≤ ∅ < 0,6 mm Fina 0,06 ≤ ∅ < 0,2 mm Silte 0,002 ≤ ∅ < 0,06 mm Argila ∅ < 0,002 mm	3 16 9 7 65	15 40 26 16 3	1 5 19 42 33
Peso específico dos sólidos – γs (kN/m3)	27,43	25,32	29,53
Limite de Liquidez – LL (%)	66	26	70
Limite de Plasticidade – LP (%)	37	23	35
Índice de Plasticidade – IP (%)	29	3	35

A classificação textural e as classificações geotécnicas tradicionais dos solos (SUCS e TRB) encontram-se na Tabela 4.

Tabela 4.
Classificações textural e geotécnicas tradicionais dos solos pesquisados.

CLASSIFICAÇÃO	SOLO
	BR	VS	AERO
TEXTURAL	Argila arenosa com um pouco de silte	Areia média siltosa com vestígios de argila	Silte argilo-arenoso
SUCS	CH (argila com areia)	SM (areia siltosa)	MH (Silte argiloso de alta compressibilidade)
TRB	A-7-5 (17)	A-2-4 (0)	A-7-5 (20)

A partir dos resultados apresentados, percebe-se que o solo BR possui características texturais predominantemente argilosas, o solo VS arenosas e o solo AERO siltosas. Sabe-se que o desempenho da estrutura de solo reforçado depende do atrito ou aderência entre o solo e o material de reforço, portanto a eficiência no desempenho do elemento de reforço depende do tipo de solo [³³,⁴⁸,⁶³].

Pelo SUCS, os solos BR e AERO possuem expansibilidade elevada, capacidade de suporte (CBR) de campo baixa e drenagem de moderada a praticamente inexistente. Logo, são solos pouco indicados como materiais de aterro e para compor as camadas subjacentes dos pavimentos. O solo VS tem seu uso indicado para subleitos, necessitando de algum tipo de estabilização para compor bases de pavimentos [⁵⁸].

Pelo TRB, os solos BR e AERO se enquadram no grupo A-7-5, acrescidos dos índices de grupo (17) e (20), respectivamente, categorizando-os como argilas plásticas de alta compressibilidade, altamente elásticas e propensas a sofrerem grandes variações volumétricas [⁶⁴]. Segundo esta classificação, os solos estudados têm aptidão de fraca a pobre para serem utilizados como materiais de fundação em pavimentos. O solo VS (A-2-4) deverá apresentar um bom comportamento como subleito e excelente capacidade de suporte sob boas condições de drenagem e compactação [³⁰].

Tem-se ainda que solos não granulares, a exemplo dos solos BR e AERO, podem possuir insuficiência de desempenho devido ao fato de que um baixo ângulo de atrito interno resulta em maiores forças horizontais resistidas pelo material de reforço, levando a um menor atrito de interface [¹²,²²].

Os resultados relacionados à classificação MCT para os solos utilizados na pesquisa encontram-se na Tabela 5.

Tabela 5.
Resultados da classificação MCT para os solos da pesquisa.

SOLO	CLASSIFICAÇÃO MCT
BR	LG’ (Laterítico Argiloso)
VS	NA’ (Não – Laterítico Arenoso)
AERO	NG’ (Não – Laterítico Argiloso)

Em relação à classificação MCT dos solos estudados, observa-se que o solo BR é um solo laterítico, enquanto os solos VS e AERO são solos não lateríticos. Sabe-se que solos tropicais, sobretudo os de comportamento laterítico, quando devidamente compactados na umidade ótima e peso específico aparente seco máximo da energia adotada, adquirem baixa permeabilidade e elevada capacidade de suporte. Esses solos ainda, comumente, apresentam elevadas resistência mecânica e estabilidade química [³³,⁶⁵,⁶⁶].

Pelo MCT, o solo BR foi classificado como Laterítico Argiloso (LG’). Neste subgrupo, encontram-se as argilas e argilas arenosas, que constituem o horizonte B dos solos pedologicamente conhecidos por latossolos, solos podzólicos e terras roxas estruturadas. Quando devidamente compactado na umidade ótima da energia adotada, solos do grupo LG’ adquirem elevada resistência mecânica e baixa permeabilidade, sem perda significativa da sua capacidade de suporte e sem aumento da expansão volumétrica, quando submerso. O solo AERO enquadra-se como Não Laterítico Argiloso (NG’), pertencente às categorias de solos superficiais pedogenéticos não lateríticos, como vertissolos, assim como muitos solos transportados. A ocorrência de caulinita na fração silte destes solos, sobretudo quando compactados, pode contribuir na expansão. Além disso, a má cristalização da caulinita e sua associação com materiais micáceos (ou como pseudomorfos de biotita) podem também ser responsáveis pelos maiores índices de expansibilidade observados nestes solos [⁶⁷].

Os solos do grupo NA’, tal como o solo VS, caracterizam-se por serem os tipos mais representativos de solos saprolíticos, originados de rochas ricas em quartzo, tais como granitos e gnaisses. Quando bem graduados e a natureza (argilominerais não expansivos) e porcentagem de finos seguem às especificações das classificações tradicionais (% de finos < 50%), os solos desse grupo podem apresentar propriedades adequadas para compor camadas de pavimentos [⁶⁴,⁶⁷]. Contudo, NOGAMI E VILLIBOR [⁶⁷] respaldam que, se mal graduados e os finos não obedecerem às condições supracitadas, ou, ainda, se contiverem, na fração areia ou silte, mica e/ou macrocristais de caulinita, uma avaliação mais criteriosa da sua capacidade de suporte e de suas características expansivas deve ser realizada na ocasião da sua classificação. Estes solos, em função da sua heterogeneidade, podem ser muito expansivos e elásticos (baixo módulo de resiliência), sendo desaconselhável seu uso para bases de pavimentos.

3.2. Resistência à compressão não confinada

As Figuras 4, 5 e 6 apresentam, respectivamente, os resultados de RCNC para as amostras de solo BR, VS e AERO compactadas nas energias Proctor normal e Proctor modificado, para as condições previstas neste trabalho.

Figura 4.
Comparação entre os resultados de RCNC do solo BR.

(a) Solo BR compactado na energia Proctor Normal (b) Solo BR compactado na energia Proctor Modificada

Figura 5.
Comparação entre os resultados de RCNC do solo VS.

(a) Solo VS compactado na energia Proctor Normal (b) Solo VS compactado na energia Proctor Modificado

Figura 6.
Comparação entre os resultados de RCNC do solo AERO.

(a) Solo AERO compactado na energia Proctor Normal (b) Solo AERO compactado na energia Proctor Modificado

A Tabela 6 apresenta o resultado do teste de Mann-Whitney, visando avaliar estatisticamente a influência da inserção de geotêxteis na RCNC, enquanto a Tabela 7 apresenta os resultados dos testes de Kruskal-Wallis e Mann-Whitney, visando avaliar estatisticamente a influência dos fatores “energia de compactação”, “solo”, “posição de inserção do geotêxtil” e “tipo de geotêxtil” na RCNC.

Tabela 6.
Teste de Mann-Whitney para RCNC: avaliação da influência do reforço geotêxtil.

FATOR	VALOR-P
INSERÇÃO DO GEOTÊXTIL	0,306

• * Nível de significância de 5%, valor-p ≤ 0,05.

Pelo resultado da Tabela 6, percebe-se que as diferenças entre as medianas de RCNC dos corpos de prova com e sem a inserção de geôtexteis não possuem diferenças estatísticas significativas (valor-p >0,05). Nota-se ainda, ao analisar os resultados da Tabela 7, que a diferença entre os valores de RCNC é estatisticamente significativa (valor-p ≤ 0,05) em relação aos fatores “energia de compactação” e “solo”, isto é, estatisticamente, esses fatores interferem ou influenciam a RCNC. Para a “posição de inserção do geotêxtil” ou o “tipo de elemento de reforço”, os valores-p foram maiores que 5%, evidenciando que os dois fatores não exerceram efeitos estatisticamente significantes sobre o parâmetro RCNC.

Tabela 7.
Testes de Kruskal-Wallis e Mann-Whitney para RCNC: avaliação da influência dos fatores.

FATOR	TESTES DE KRUSKAL-WALLIS VALOR P	TESTES DE MANN-WHITNEY VALOR-P
Energia de compactação	–	0,000*
Solo	0,009*	–
Posição	–	0,558
Geotêxtil	0,542	–

• * Nível de significância de 5%, valor-p ≤ 0,05.

Considerando os ensaios de RCNC, sabe-se que a ruptura do maciço é caracterizada pela formação de uma superfície de cisalhamento contínua na massa de solo. Portanto, existe uma camada de solo em torno da superfície de cisalhamento que perde suas características durante o processo de ruptura, formando assim a zona cisalhada. Inicialmente, há a formação da zona cisalhada e, em seguida, desenvolve-se a superfície de cisalhamento [⁶⁸].

Avaliando os ensaios de RCNC para amostras reforçadas, sabe-se que, quando estas estão submetidas a uma tensão vertical, há a tendência de induzir o sistema à ruptura por cisalhamento. Quando tais estruturas são submetidas a solicitações de compressão, ocorrerá uma transferência de esforços entre o solo e o reforço, gerando tensões de tração no geotêxtil. Quando o geotêxtil possui adequada aderência com o solo e ancoragem compatível com a solicitação, tal processo de interação permite que as tensões transferidas pelo solo sejam completamente mobilizadas pelos reforços, incrementando as tensões suportadas [⁶⁹,⁷⁰].

Considerando-se que o reforço deve estar suficientemente ancorado no solo para resistir aos esforços de tração impostos ao maciço e, para que ocorra a devida ancoragem e o consequente desenvolvimento dos mecanismos de reforço, é necessário que se tenha um comprimento de ancoragem fora da área carregada, em um ensaio RCNC o comprimento disponível para a ancoragem é aquele onde o geotêxtil não é solicitado [¹,⁴⁵,⁷¹].

Assim, infere-se que a não diferença estatística entre as RCNCs, para os corpos de prova não reforçados e reforçados por diferentes geotêxteis em distintas posições, ocorreu devido à transmissão incompleta de tensões do solo para o geotêxtil. Observam-se, nas Figuras 7 a 9, as imagens de ensaios RCNC dos sistemas investigados para os solos não reforçados e reforçados, respectivamente, com indicação da mudança dos planos de ruptura para as configurações supracitadas.

Figura 7.
Planos de ruptura de ensaio RCNC para corpos de prova de solo BR.

(a) Solo BR não reforçado (b) Solo BR reforçado

Figura 8.
Planos de ruptura de ensaio RCNC para corpos de prova de solo VS.

(a) Solo VS não reforçado (b) Solo VS reforçado

Figura 9.
Planos de ruptura de ensaio RCNC para corpos de prova de solo AERO.

(a) Solo AERO não reforçado (b) Solo AERO reforçado

A Figura 10 mostra o diagrama de caixa comparando a variabilidade do RCNC para as duas energias de compactação utilizadas nesta pesquisa. A partir deste diagrama, pode-se concluir que as amostras compactadas na energia de compactação Proctor modificado apresentaram maior variabilidade no parâmetro RCNC do que aquelas compactadas na energia Proctor normal. Tem-se que uma solicitação menor ou menos eficiente do reforço em solos reforçados compactados a elevados níveis de energia de compactação pode resultar da maior severidade dos danos superficiais provocados durante a compactação do solo sobre o geotêxtil [⁷²].

Figura 10.
Diagrama de caixa com os resultados da RCNC para as energias Proctor modificado e Proctor normal.

Infere-se então que a maior variabilidade da RCNC constatada nos ensaios envolvendo corpos de prova compactados na energia Proctor modificado ocorre devido às distintas características granulométricas dos solos estudados, que possivelmente implicaram em diferentes danos superficiais aos geotêxteis quando compactados a uma energia de compactação de maior magnitude (Figura 11). Quando os geotêxteis sofrem danos, estes perdem suas características originais de resistência à tração, conduzindo a uma mobilização menos eficiente de sua função de reforço [⁷³].

Figura 11.
Danos superficiais de amostras de geotêxteis de reforço exumadas após ensaio de RCNC: (a) geotêxtil NT10; (b) geotêxtil T55.

A partir do diagrama de caixa, apresentado na Figura 12, observa-se, ao comparar os solos utilizados nesta pesquisa, que as amostras de solo BR e AERO apresentaram maior variabilidade no parâmetro RCNC do que as amostras de solo VS. Nesse sentido, cabe ressaltar que, em solos de alta permeabilidade, a drenagem interna do sistema solo-geotêxtil é alcançada pelo próprio solo e que em solos de baixa permeabilidade a variação dos geotêxteis influencia no processo de interação solo-reforço. Adicionalmente, sabe-se que diferentes geotêxteis fornecem distintas funções de drenagem e que a ausência da adequada drenagem resulta em armazenamento adicional de umidade na interface solo-geossintético e consequente prejuízo no processo de interação solo-geotêxtil [⁶⁹,⁷⁴]. Assim, acredita-se que a maior variabilidade no parâmetro RCNC apresentada pelos solos AERO e BR, moldados na condição não saturada, resulta das distintas interações solo-reforço geradas pelas diferentes drenagens internas proporcionadas pelas características dos geotêxteis.

Figura 12.
Diagrama de caixa comparando a variabilidade da RCNC para os três solos utilizados nesta pesquisa.

3.3. Resistência ao cisalhamento direto

As Figuras 13 e 14 apresentam os resultados dos ensaios de resistência ao cisalhamento direto (τ_pico) para as amostras de solo BR e solo VS compactadas nas energias Proctor normal e Proctor modificado, respectivamente.

Figura 13.
Resistência ao cisalhamento de pico (τ_pico) para os corpos de prova do solo BR.

(a) Solo BR compactado na energia Proctor Normal (b) Solo BR compactado na energia Proctor Modificada

Figura 14.
Resistência ao cisalhamento de pico (τ_pico) para os corpos de prova do solo VS.

(a) Solo BR compactado na energia Proctor Normal (b) Solo BR compactado na energia Proctor Modificada

A Tabela 8 apresenta o resultado do teste de Mann-Whitney, visando avaliar estatisticamente a influência da inserção de geotêxteis na τ_pico, enquanto a Tabela 9 apresenta os resultados dos testes de Kruskal-Wallis e Mann-Whitney, visando avaliar estatisticamente a influência dos fatores “energia de compactação”, “solo”, e “tipo de geotêxtil” na τ_pico.

Tabela 8.
Teste de Mann-Whitney para τ_pico: avaliação da influência do reforço geotêxtil.

FATOR	VALOR-P
INSERÇÃO DO GEOTÊXTIL	0,063

• * Nível de significância de 5%, valor-p ≤ 0,05.

Tabela 9.
Testes de Kruskal-Wallis e Mann-Whitney para τ_pico: avaliação da influência dos fatores.

FATOR	TESTES DE KRUSKAL-WALLIS VALOR P	TESTES DE MANN-WHITNEY VALOR-P
Energia de compactação	–	0,826
Solo	0,296	–
Geotêxtil	0,683	–

• * Nível de significância de 5%, valor-p ≤ 0,05.

Nota-se que a inserção de diferentes geotêxteis não influenciou significativamente nos parâmetros de resistência ao cisalhamento dos sistemas estudados. Percebe-se ainda que, para as mudanças de solo, tipo de geotêxtil e energia de compactação, os valores-p foram maiores que 5%, evidenciando que os três fatores não exerceram efeitos estatisticamente significantes sobre o parâmetro τ_pico.

Sabe-se que a interação solo-geotêxtil é fundamental para a mobilização da resistência ao cisalhamento de interface e que, em um ensaio de cisalhamento direto, a resistência de interface é mobilizada pelo deslizamento da massa de solo em relação ao geossintético [⁷⁵,⁷⁶]. Assim, conclui-se que a inserção de diferentes geotêxteis nos distintos solos estudados não promoveu completa interação entre os materiais, proporcionando a deficiência do atrito de interface e consequente insuficiência na mobilização da resistência ao cisalhamento, resultando no não acréscimo de τ_pico para os diferentes sistemas estudados. Essa deficiência pode ter sido causada pela inadequada aderência na interface solo-reforço. A ausência de aderência na interface pode atuar como um plano de deslizamento potencial. Isso pode ser entendido observando-se o fato de que os valores do coeficiente de atrito da interface são tipicamente menores que a unidade para muitos tipos de geotêxteis [²⁵,³⁵].

4. CONCLUSÕES

Baseado nos resultados deste estudo, que teve como objetivo avaliar o efeito do geotêxtil e de outros fatores no comportamento mecânico de solos reforçados com geotêxtil, confirmou-se a hipótese de que os testes estatísticos Kruskal-Wallis e Mann-Whitney podem auxiliar a avaliação de sistemas de solos reforçados com geotêxteis.

Além disso, foi possível identificar quais fatores exercem influência nos parâmetros mecânicos, RCNC e tpico, dos solos reforçados. Deste modo, concluiu-se que a inserção do geotêxtil não promove diferença estatisticamente significativa em ambos os parâmetros.

Em relação aos solos reforçados, o tipo de solo e a energia de compactação nos solos levam a diferenças significativas entre os parâmetros mecânicos. Entretanto, o tipo de geotêxtil aplicado não exerce diferença significativa nos parâmetros analisados.

Pelo protocolo de análise estatística proposto, verifica-se que, uma vez definida a significância estatística dos fatores intervenientes no comportamento mecânico dos solos, é possível simplificar a compreensão da relação entre causa e efeito nesse comportamento.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos as instituições de ensino (Universidade Federal de Viçosa e Instituto Federal do Espírito Santo de Nova Venécia) por terem proporcionado a estrutura necessária para que pudéssemos realizar tal pesquisa.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  17 Jun 2022
• Data do Fascículo
  2022

Histórico

• Recebido
  26 Jul 2021
• Aceito
  04 Abr 2022