Embed Size (px)
DESCRIPTION
Aterros sobre solos moles: Caracterizações Gerais e Aplicações.
Citation preview
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO...............................................................................................................................................4
2. ATERROS SOBRE SOLOS MOLES................................................................................................................... 5
3. MÉTODOS CONSTRUTIVOS.......................................................................................................................... 5
3.1 ATERRO CONVENCIONAL COM SOBRECARGA TEMPORÁRIA.......................................................................................53.2 ATERROS CONSTRUÍDOS EM ETAPAS, COM BERMAS LATERAIS E REFORÇADOS..............................................................63.3 ATERRO SOBRE DRENOS VERTICAIS......................................................................................................................63.4 ATERROS LEVES...............................................................................................................................................7
4. ESTRUTURA DOS SOLOS.............................................................................................................................. 8
3.1 NÍVEL DE TENSÕES...........................................................................................................................................83.2 GRAU DE SATURAÇÃO......................................................................................................................................93.3 HISTÓRIA DE TENSÕES E TENSÃO DE PRÉ-ADENSAMENTO.......................................................................................9
3.3.1 SOLO NORMALMENTE ADENSADO ¿ =σ ' om ).............................................................................................10
3.3.2 SOLO PRÉ-ADENSADO (σ ' vm > σ ' om)...................................................................................................113.4 RECALQUES...............................................................................................................................................11
3.4.1 ANALOGIA HIDROMECÂNICA...............................................................................................................113.4.2 CÁLCULO DE RECALQUES.....................................................................................................................143.4.3 RECALQUE SECUNDÁRIO.............................................................................................................................17
3.5 ACELERAÇÃO DE RECALQUES...................................................................................................................183.5.1 DRENOS VERTICAIS...................................................................................................................................183.5.2 DRENOS DE AREIA.....................................................................................................................................203.5.3 DRENOS FIBROQUÍMICOS............................................................................................................................213.5.4 SOBRECARGA TEMPORÁRIA.........................................................................................................................233.5.5 ADENSAMENTO A VÁCUO...........................................................................................................................25
5. ANÁLISE DE ESTABILIDADE........................................................................................................................ 25
5. ATERROS SOBRE ESTACAS E COLUNAS................................................................................................................. 27
5.1 SOLOS MOLES..............................................................................................................................................275.2 CONSTRUÇÃO DE ATERROS SOBRE SOLOS MOLES................................................................................................285.3 ATERROS SOBRE ESTACAS................................................................................................................................305.4 ATERROS SOBRE COLUNAS..............................................................................................................................32
5.4.1 COLUNAS DE MATERIAL GRANULAR.............................................................................................................335.4.2 COLUNAS DE BRITA...................................................................................................................................33
6 MONITORAMENTO DE ATERROS SOBRE SOLOS MOLES............................................................................................34
6.1 MEDIDORES DE DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS E VERTICAIS..................................................................................346.2 RESISTÊNCIA NÃO DRENADA DA ARGILA..............................................................................................................36
6. CONCLUSÃO............................................................................................................................................. 37
7. REFERÊNCIAS............................................................................................................................................ 37
1
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - ATERRO SOBRE DRENOS VERTICAIS..............................................................................6
FIGURA 2 - BLOCOS DE EPS............................................................................................................7
FIGURA 3 - CONFIGURAÇÃO DOS GRÃOS.........................................................................................8
FIGURA 4 - CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO - SOLO ARENOSO.........................................................9
FIGURA 5 - GRÁFICO "HISTÓRIA DE TENSÕES".............................................................................10
FIGURA 6 - SITUAÇÕES DE CARREGAMENTO E TRANSFERÊNCIA DE TENSÕES..............................13
FIGURA 7 - SITUAÇÕES DE RECALQUE...........................................................................................14
FIGURA 8 - RECALQUE DE SOLO NORMALMENTE ADENSADO........................................................15
FIGURA 9 - RECALQUE DE SOLO PRÉ-ADENSADO...........................................................................15
FIGURA 10 - COEFICIENTE DE ADENSAMENTO SECUNDÁRIO........................................................19
FIGURA 11 - DRENOS VERTICAIS INSTALADOS..............................................................................20
FIGURA 12 - CONFIGURAÇÃO DOS DRENOS VERTICAIS..................................................................20
FIGURA 13 - SENTIDOS DE DRENAGEM..........................................................................................21
FIGURA 14 - DISPOSIÇÃO DOS DRENOS.........................................................................................22
FIGURA 15 - PROCESSO DE CAVAÇÃO DOS GEODRENOS...............................................................23
FIGURA 16 - APLICAÇÃO DE SOBRECARGA TEMPORÁRIA SOBRE SOLOS MOLES............................24
FIGURA 17 - EMPREGO DE SOBRECARGA TEMPORÁRIA SOBRE SOLOS MOLES...............................25
FIGURA 18 - SISTEMA DE ADENSAMENTO A VÁCUO......................................................................26
FIGURA 19 - ESFORÇOS NA SUPERFÍCIE.........................................................................................28
FIGURA 20 - EXEMPLO DE SOLO MOLE..........................................................................................29
FIGURA 21 - GEOMETRIAS REAL E IDEAL DE ATERROS.................................................................30
FIGURA 22 - REPRESENTAÇÃO DE ATERRO SOBRE ESTACAS.........................................................32
FIGURA 23 - ATERRO SOBRE ESTACAS...........................................................................................32
FIGURA 24 - REPRESENTAÇÃO DE RECALQUES EM ATERROS SOBRE ESTACAS..............................33
FIGURA 25 - ATERRO SOBRE COLUNAS DE MATERIAL GRANULAR................................................34
FIGURA 26 - ATERRO SOBRE COLUNAS DE BRITA..........................................................................35
FIGURA 27 - INCLINÔMETRO..........................................................................................................36
FIGURA 28 - PALHETA - VANE TEST..............................................................................................37
Tabela 1 - Correlações empíricas para obtenção de Cc........................................................................16
2
LISTA DE EQUAÇÕES
EQUAÇÃO 1 - RAZÃO DE PRÉ-ADENSAMENTO.................................................................................9
EQUAÇÃO 2 - CÁLCULO DE RECALQUE DE SOLO NORMALMENTE ADENSADO...............................13
EQUAÇÃO 3 - CÁLCULO DE RECALQUE DE SOLO PRÉ-ADENSADO.................................................13
EQUAÇÃO 4 - EXPANSÃO DO SOLO................................................................................................14
EQUAÇÃO 5 - CÁLCULO DO RECALQUE..........................................................................................16
EQUAÇÃO 6 - EQUAÇÃO DE KJELLMAN.........................................................................................20
EQUAÇÃO 7 - RECALQUE SECUNDÁRIO.........................................................................................29
3
1. INTRODUÇÃO
Construir aterros sobre solos moles e compressíveis é um desafio que se apresenta
com uma frequência crescente a engenharia. Para a construção sobre solos de baixa
capacidade de suporte ou “solos moles” como são comumente conhecido, duas condições
deve ser respeitadas; a primeira delas é a garantia da estabilidade evitando a ruptura total ou
parcial das fundações e a segunda é a manutenção de suas deformações, sejam elas verticais
ou horizontais. Existema algumas alternativas que garantem a diminuição de recalques
construtivos e melhoram as características gerais da obra: construir aterros sobre estacas que
impactam positivamente no tempo de execução; e aterros sobre colunas que reduzem
substancialmente as possibilidades de recalque. Apesar disso, a alternativa mais comum para
este problema é a execução de drenos verticais, estes são inseridos dentro da camada de solo
mole com o propósito de promover a redução dos recalques após a construção, acelerar o
ganho de resistência ao cisalhamento e da capacidade de carga devido ao adensamento ao
diminuir o caminho máximo de drenagem dentro da camada de solo que esta sofrendo a
drenagem vertical.
A fim de que haja uma melhoria na parte de projeto visando eliminar quaisquer
problemas durante a execução, deve-se fazer um constante monitoramento. Os tipos mais
comuns estão relacionados aos deslocamentos verticais e horizontais e à resistência não-
drenada da argila.
4
2. ATERROS SOBRE SOLOS MOLES
Os solos moles quando encontrados em obras de movimentação de terras, para espessuras
inferiores a 4,00 m devem ser removidos e depositados em forma de bota-fora. Para espessuras
superiores a 4,00 m devem ser estabilizados para possibilitar seu emprego como terreno de
fundação dos aterros. A necessidade de remoção de solos moles deve ser indicada na fase de
projeto, definindo as espessuras das camadas a remover.
Os solos moles são compostos por sedimentos argilosos com valores de SPT ≤ 4, ou seja,
argilas moles, areias argilosas fofas de deposição recente, depósitos de solos orgânicos e solos
hidromórficos, em geral, existentes em zonas baixas, alagadiças, mangues e brejos; várzeas de
rios; antigos leitos de cursos d'água; e planícies de sedimentação marinha. Os solos argilosos
moles são caracterizados pela sua baixa resistência, uma compressibilidade muito acentuada
(devido ao teor em água e índice de vazios muito elevados) e uma permeabilidade muito baixa, o
que leva a que a expulsão de água seja tipicamente muito demorada, fazendo com que os
assentamentos das superfícies do terreno ocorram por períodos de tempo muito dilatados. Estas
características dificultam as construções, tornando necessário adotar técnicas que permitam
ultrapassar essas dificuldades, através da redução da compressibilidade edo aumento da
permeabilidade do solo.
3. MÉTODOS CONSTRUTIVOS
3.1 ATERRO CONVENCIONAL COM SOBRECARGA TEMPORÁRIA
Consiste em um aterro executado sem dispositivos de controle de recalque ou de
estabilidade. O mais comum é que o aterro convencional tenha sobrecarga temporária para
aumentar a velocidade dos recalques primários e compensar os recalques secundários. Apesar
disto, este método construtivo tem um prazo elevado para estabilização dos recalques e
necessita de um grande volume de terraplanagem associado a empréstimo e bota-fora.
5
3.2 ATERROS CONSTRUÍDOS EM ETAPAS, COM BERMAS LATERAIS E REFORÇADOS
Quando a resistência não drenada das camadas superiores do depósito mole é baixa,
torna-se necessária a redução da altura do aterro. Para isso, pode-se construir o aterro em
etapas, permitindo o paulatino ganho de resistência da argila. Outra solução está na utilização
de bermas de equilíbrio, que permite aumentar o fator de segurança quanto à ruptura e
distribuir melhor as tensões. Após o uso de bermas, os geossintéticos para reforço estrutural
devem ser instalados para evitar danos mecânicos à estrutura.
3.3 ATERRO SOBRE DRENOS VERTICAIS
Também conhecidos como geodrenos, consistem em um núcleo plástico com ranhuras
em forma de canaleta, envolto em um filtro de geossintético não tecido de baixa gramatura.
Nos aterros feitos sobre geodrenos, executa-se inicialmente a camada drenante e os drenos
são solidarizados à sapata de cravação. Em geral, são associados a sobrecargas temporárias,
ou seja, instalam-se drenos verticais e aplica-se um vácuo neste sistema.
Figura 1 - Aterro sobre drenos verticais
6
3.4 ATERROS LEVES
Esta técnica consiste no uso de materiais leves no corpo de aterro, reduzindo a
magnitude dos recalques. Tem como vantagem a melhoria nas condições de estabilidade
desses aterros, permitindo também a implantação mais rápida da obra e diminuindo
recalques diferenciais. Atualmente há grande emprego do Poliestireno expandido. A
técnica consiste na substituição parcial do aterro tradicional por blocos de EPS de alta
densidade. Fácil de manipular, biologicamente inerte, extremamente leve e com alta
resistência mecânica, sobretudo à compressão, o EPS é um material celular plástico que
consiste de pequenas partículas de forma esférica. Com estrutura microcelular contendo
aproximadamente 98% de ar, o poliestireno expandido tem peso específico da ordem de
1% em relação aos solos, mas com boas propriedades mecânicas. Dessa forma, quando
devidamente aplicado, pode reduzir as possibilidades de deformações das camadas moles
do terreno.
As vantagens do uso de EPS nas obras são sua baixa densidade, baixa absorção de
água, resistência mecânica, resistência à compressão, fácil manuseio, versatilidade de
tamanhos e formatos e redução de prazos. São utilizados os blocos de EPS substituindo o
solo que seria usado no aterro, em seguida, é executada uma camada protetora de
concreto para redistribuir as tensões sobre o EPS e evitar o puncionamento desse
material.
Figura 2 - Blocos de EPS
7
4. ESTRUTURA DOS SOLOS
A estrutura dos solos é um fator importante na definição da sua compressibilidade. Solos
granulares podem ser arranjados em estruturas fofas, densas e favo de abelha (solos finos),
conforme mostrado na Figura abaixo. Considerando que os grãos são admitidos como
incompressíveis, quanto maior o índice de vazios, maior será a compressibilidade do solo.
Figura 3 - Configuração dos grãos
3.1 NÍVEL DE TENSÕES
O nível de tensões a que o solo está sendo submetido interfere na sua compressibilidade
tanto no que diz respeito à movimentação relativa entre partículas, quanto na possibilidade de
acarretar em processos de quebra de grãos.
A figura abaixo ilustra a influência do nível de tensões. Nesta figura, quanto mais vertical
é a tangente à curva, maior é a compressibilidade do material. Quando, por exemplo, um solo
arenoso fofo é comprimido, as partículas vão se posicionando em arranjos cada vez mais densos,
diminuindo a compressibilidade do solo. A medida que o nível de tensões é aumentado, elevam-
se as tensões intergranulares acarretando em fraturamento e/ou esmagamento das partículas.
Com a quebra de grãos, a compressibilidade aumenta sensivelmente.
8
Figura 4 - Curva Tensão-Deformação - solo arenoso
3.2 GRAU DE SATURAÇÃO
No caso de solos saturados, a variação de volume ocorre por uma variação de volume de
água contida nos vazios (escape ou entrada). No caso de solos não saturados, o problema é mais
complexo uma vez que, ao contrário da água, a compressibilidade do ar é grande e pode interferir
na magnitude total das deformações.
3.3 HISTÓRIA DE TENSÕES E TENSÃO DE PRÉ-ADENSAMENTO
No caso da utilização da curva e x log 𝜎’v (Figura 5), observa-se, diferentemente dos
outros gráfico, uma mudança brusca de inclinação da tangente à curva de compressibilidade.
Este fato se dá porque este tipo de gráfico permite observar claramente quando o solo muda de
comportamento. No trecho inicial, de menor compressibilidade, o solo está, na realidade, sendo
submetido a um processo de recompressão.
No trecho seguinte, o solo está sendo carregado, pela primeira vez, para valores de
tensão efetiva maiores do que os máximos que o depósito já foi submetido (Figura 2.10). Assim
sendo, o limite entre os dois trechos é definido por um valor de tensão efetiva correspondente à
máxima tensão efetiva que o solo foi submetido em toda sua história. A esta tensão efetiva dá-se
o nome de tensão efetiva de pré-adensamento (𝜎’vm).
9
Figura 5 - Gráfico "História de Tensões"
Originalmente, acreditava-se que o trecho de compressão virgem pudesse ser
representado por uma reta. Entretanto, com os avanços das técnicas de amostragem e preparação
de corpos de prova para realização de ensaios; isto é, com a melhoria da qualidade das amostras,
tem-se verificado a não linearidade do trecho de compressão virgem. Há uma redução da
compressibilidade (cc) com o aumento do nível de tensão efetiva. Este comportamento pode ser
atribuído à indução de alinhamento das partículas com o aumento da tensão efetiva vertical. Com
isso, gera-se uma mudança na estrutura e, consequentemente, na compressibilidade do material.
O conhecimento do valor de σ’vm é extremamente importante para o estudo do comportamento
dos solos, pois representa a fronteira entre deformações relativamente pequenas e muito grandes.
Na prática, a relação entre a tensão efetiva de pré-adensamento (σ’vm) e a tensão efetiva vertical
de campo (σ’vo ) pode se dar de duas maneiras:
3.3.1 SOLO NORMALMENTE ADENSADO ¿¿ =σ ' om )
Neste caso, o solo nunca foi submetido a uma tensão efetiva vertical maior a atual. Para
esta condição diz-se que o solo é normalmente adensado e sua Razão de Pré-Adensamento
(RPA) ou OCR (“Over Consolidation Ratio”), definida como sendo:
10
RPA=σ ' vm
σ ' om
Equação 1 - Razão de pré-adensamento
é igual à unidade (RPA = 1,0).
Durante a formação de um solo sedimentar, por exemplo, as tensões vão crescendo
continuamente com a deposição de novas camadas. Nesses casos, nenhum elemento foi
submetido a tensões efetivas maiores do que as atuais.
3.3.2 SOLO PRÉ-ADENSADO (σ ' vm > σ ' om)
Se a tensão efetiva de pré-adensamento (σ’vm) é maior que a tensão efetiva vertical de
campo (σ’vo), conclui-se que, no passado, o depósito já foi submetido a um estado de tensões
superior ao atual. A Razão de Pré-Adensamento (RPA) será sempre maior do que 1 e a este
material dá-se o nome de solo pré-adensado.
3.4 RECALQUES
3.4.1 ANALOGIA HIDROMECÂNICA
Quando um solo saturado é submetido a um carregamento, parte da carga é transmitida
para o arcabouço sólido e parte é resistida pela água. A forma como esta divisão acontece na
prática pode ser visualizada a partir da analogia hidromecânica apresentada na figura abaixo.
A Figura abaixo (a) mostra um cilindro de solo saturado com uma pedra porosa no topo,
que permite passagem de água. Considerando o arcabouço sólido como uma mola e a existência
de uma válvula que regule a passagem de água pode-se observar o comportamento das duas fases
em separado. Quando uma carga é transmitida ao conjunto mola (solo) / água, as parcelas que
serão resistidas, respectivamente, pela água e pelo arcabouço sólido irão depender da velocidade
com que a água escapa. Imediatamente após a aplicação da carga (t = 0), toda a carga é suportada
pela água. À medida que ocorre o escape da água (t = 0+), as cargas vão sendo transferidas para
a mola, até que, ao final do processo (t = ∞), toda a carga passa a ser resistida pela mola,
chegando-se a uma condição de equilíbrio. Nesta analogia, o deslocamento do pistão representa
o recalque observado na superfície do solo devido à aplicação de uma tensão vertical. A este
11
recalque dá se o nome de recalque por adensamento ou primário.
O processo gradual de transferência de tensões entre a água (poropressão) e o arcabouço
sólido (tensão efetiva) é denominado de Adensamento ou Consolidação. Ao observar este
processo, verifica-se que a magnitude do deslocamento do pistão depende exclusivamente da
compressibilidade da mola e não do conjunto mola + água. Respeitando-se a analogia, conclui-
se, portanto que a compressibilidade de um solo está associada exclusivamente à variação das
tensões efetivas e não das tensões totais (σ=σ '+u).
É interessante ressaltar que o modelo mostrado na Figura a seguir, incorpora a condição
de deformação horizontal nula. Na prática, essa situação ocorre quando a área carregada é muito
superior à espessura da camada. Em outras palavras, o carregamento é considerado infinito e
tanto as deformações quanto o fluxo de água como o fluxo de água são exclusivamente verticais.
Em situações de carregamento finito, após a aplicação da carga, o solo sofre tanto
deformações verticais quanto horizontais, como mostra o segundo conjunto de figuras abaixo.
A existência de deformações horizontais faz com que parte do carregamento seja
transmitida ao arcabouço sólido e parte à água. Assim sendo, os excessos iniciais de poropressão
gerados pelo carregamento não se igualam à variação de tensão vertical (∆ u ≠ ∆ σ ). A parcela que
é transmitida instantaneamente à mola, equivale a uma variação da tensão efetiva. Em face desta
variação de tensões efetivas, o solo varia de volume resultando em recalques denominados
iniciais ou não drenados.
12
Figura 6 - Situações de Carregamento e Transferência de Tensões
13
Figura 7 - Situações de recalque
Assim sendo, para carregamentos finitos, inicialmente ocorrem recalques devido aos
deslocamentos horizontais do solo da fundação (recalques iniciais) e, numa segunda fase, tais
recalques só ocorrerão se houver a expulsão de água de forma análoga à analogia do
carregamento infinito. A este recalque dá se o nome de recalque por adensamento ou primário.
Em geral, esses dois tipos ocorrem simultaneamente, preponderando em determinadas condições
um ou outro.
A única diferença entre os recalques de adensamento para as situações de carregamento
finito x infinito está no valor do excesso de poropressão inicial a ser transmitido para o
arcabouço sólido.
3.4.2 CÁLCULO DE RECALQUES
De maneira geral os recalques podem ser divididos em 3 categorias como mostra a Figura
8. Além dos recalques inicial e de adensamento, observa-se uma última fase, denominada de
recalque secundário. O Recalque total (σ T) é, então, determinado somando-se todas as parcelas.
14
Figura 8 - Recalque de solo normalmente adensado
Equação 2 - Cálculo de recalque de solo normalmente adensado
Caso a tensão efetiva vertical final ultrapasse a tensão efetiva de pré-adensamento; isto é,
se σ ' vf > σ ' vmtem-se:
Figura 9 - Recalque de solo pré-adensado
Equação 3 - Cálculo de recalque de solo pré-adensado
Quando esta situação ocorre, a tensão efetiva de pré-adensamento, que representa a
máxima tensão efetiva que o elemento foi submetido na história do depóstito, passa a ser igual à
tensão efetiva final induzida pelo carregamento ¿ = σ ' vm).
Para situações de descarregamento, a expansão do solo é calculada em função da
compressibilidade definida pela inclinação Cs, da curva de compressibilidade; isto é:
15
Equação 4 - Expansão do solo
3.4.2.1 ESTIMATIVA DO PARÂMETRO DE COMPRESSIBILIDADE CC
Na ausência de ensaios de laboratório, os valores de Cc podem ser estimados
preliminarmente, por correlações empíricas (Tabela 1).
Tabela 1 - Correlações empíricas para obtenção de Cc
3.4.3 RECALQUE SECUNDÁRIO
O recalque secundário, também chamado de fluência (‘creep”) está associado a
deformações observadas após o final do processo de adensamento primário, quando as tensões
16
efetivas já se estabilizaram. Com isso, ao contrário dos recalques imediato e de adensamento, a
consolidação secundária ocorre para tensões efetivas constantes. Este processo pode ser atribuído
a uma mudança no posicionamento das partículas em busca de um arranjo mais estável, após a
dissipação dos excessos de poro pressão. O fenômeno do adensamento secundário é encontrado
em todos os solos, mas se mostra mais pronunciado naqueles que contêm matéria orgânica.
Segundo Ladd, as deformações durante a compressão secundária ocorrem pelo fato das
partículas de solo, ao final do adensamento primário, estarem posicionadas em um equilíbrio
instável. Assim sendo, estas continuam a se movimentar se restabelecer uma estrutura estável.
Num tempo infinito, a compressão secundária tende a zero.
O adensamento secundário constitui uma redução do índice de vazios enquanto a tensão
efetiva se mantém constante. Desta forma, se o coeficiente de adensamento secundário for
constante para todas as tensões efetivas, pode-se representar no gráfico e vs. log 𝜎’, curvas
correspondentes a diversos tempos de adensamento secundário, paralelas à reta virgem.
Considerando que o recalque secundário independe da variação de tensões efetivas, sendo
função exclusiva do intervalo de tempo, a expressão para cálculo do recalque normalmente usada
na prática é:
Equação 5 - Cálculo do recalque
onde eo e Ho são, respectivamente, o índice de vazios e espessura da camada iniciais, Cα o
coeficiente de compressão secundária (Figura 3.15), tt o tempo final e tp o tempo correspondente
ao final do adensamento primário. Em geral tf corresponde ao tempo associado à vida útil da
obra.
17
Figura 10 - Coeficiente de Adensamento Secundário
3.5 ACELERAÇÃO DE RECALQUES
3.5.1 DRENOS VERTICAIS
A instalação de drenos verticais tem por finalidade acelerar os recalques através da
redução dos comprimentos de drenagem. Como a distância entre drenos passa a ser
necessariamente inferior ao comprimento de drenagem vertical, o processo de adensamento é
acelerado, havendo uma predominância de dissipação do excesso de poropressão no sentido
horizontal-radial (Figuras 11 e 12).
18
Figura 11 - Drenos Verticais instalados
Figura 12 - Configuração dos drenos verticais
Pelo fato da distância entre drenos ser necessariamente inferior ao comprimento de
drenagem vertical, o processo de adensamento é acelerado, havendo uma predominância de
dissipação do excesso de poro pressão no sentido horizontal-radial e fazendo com que a
drenagem vertical tenha menor importância.
19
3.5.2 DRENOS DE AREIA
Drenos de areia são instalados abrindo-se furos verticais na camada argilosa e
preenchendo-os com solo granular. O diâmetro dos drenos varia entre 0,20 m a 0,60 m. O
diâmetro dos grãos de areia deve ser especificado de forma a evitar a colmatação dos drenos
(entupimento dos drenos por carreamento dos finos). Materiais geossintéticos têm sido muito
utilizados em substituição aos drenos granulares ou mesmo como elementos de filtragem para
evitar a colmatação.
Figura 13 - Sentidos de Drenagem
O espaçamento dos drenos dependerá da permeabilidade da camada e do tempo
necessário para se atingir a um determinado grau de adensamento. Espaçamentos típicos variam
da ordem de 2 m a 5 m. Em planta, os drenos podem ser localizados segundo arranjos
quadrangulares ou triangulares, conforme é apresentado na Figura 9.6. Dependendo da
configuração adotada, o raio de influência do dreno (R) fica definido em função do seu
espaçamento (S). No caso de malhas quadrangulares R=0,56S e para malhas triangulares
R=0,53S.
20
Figura 14 - Disposição dos Drenos
3.5.3 DRENOS FIBROQUÍMICOS
Um pré-dimensionamento do efeito causado pelos drenos fibroquímicos verticais em um
processo de adensamento pode ser realizado a partir do método proposto por Kjellman, que é
expresso pela equação:
Equação 6 - Equação de Kjellman
Onde: t = período de adensamento; D = diâmetro do cilindro de solo drenado (m); ch =
coeficiente de adensamento horizontal (m²/ano); d = diâmetro equivalente da 1ª faixa drenada
(m); e Uh = grau de adensamento médio.
A equação foi colocada em forma de ábaco (Figura 6), que relaciona o grau de
adensamento, o tempo disponível para a adensamento e o coeficiente de adensamento horizontal.
A partir do ábaco, obtém-se o espaçamento entre drenos, que deve ser usado para a definição de
uma malha triangular.
A instalação dos drenos fibroquímicos (ou geodrenos) de membranas plásticas, com cerca
de 10 cm de largura por 5 mm de espessura, envolvidas por geomembranas (Figura 9.9) é o da
cravação. A cravação é feita por meio de lanças verticais, que podem atingir cerca de 30 metros
21
de profundidade (Figura 9.10). Após a cravação, segue-se com a aplicação de aterro provisório,
de sobrecarga.
Figura 15 - Processo de Cavação dos Geodrenos
3.5.4 SOBRECARGA TEMPORÁRIA
Consiste na aplicação de uma sobrecarga temporária (em geral, da ordem de 25% a 30%
do peso do aterro), com a finalidade de aceleração dos recalques. Com a sobrecarga, a magnitude
dos recalques totais aumenta fazendo que se atinja, em menor tempo, o valor previsto para o
22
recalque total. O tempo de permanência da sobrecarga é determinado por estudos de
adensamento e, posteriormente, verificado no campo através do monitoramento de recalques e
poropressões. Quando o recalque esperado de projeto é atingido, a sobrecarga é removida. A
Figura 9.11 ilustra esta técnica.
Figura 16 - Aplicação de sobrecarga temporária sobre solos moles
Um exemplo de aplicação da técnica de uma sobrecarga temporária de 2,0 m, em aterro
de 3,0 m de altura (sob uma camada de solo mole) para acesso a uma ponte é apresentado na
Figura 9.12. Prevendo-se a inauguração da obra em 6 meses, o recalque estimado somente para o
aterro rodoviário, seria de 22 cm, havendo ainda um recalque pós-obra de 8 cm. Este recalque
acarretaria em desnivelamento da pista em relação ao tabuleiro estaqueado, o que seria
prejudicial à segurança do tráfego. Com a execução de um pré-carregamento de 2,0 m de aterro,
em pouco mais de 4 meses de obra, o recalque seria de 30 cm. No final da obra, após a remoção
da sobrecarga, todo o recalque já terá ocorrido.
23
Figura 17 - Emprego de sobrecarga temporária sobre solos moles
A aplicação da alternativa de pré-carregamento pode ser eficaz em solos silto-arenosos,
mas é pouco eficaz em solos argilosos de baixa permeabilidade, especialmente se a espessura da
camada mole for grande. Nesse caso, esta alternativa só é eficaz se combinada com o uso de
drenos verticais ou geodrenos.
Por fim, quando o aterro é construído diretamente sobre a camada de argila mole, faz-se
necessária a execução de um tapete drenante arenoso, no contato com o solo compressível, de
modo a disciplinar o escoamento da água expelida pelo adensamento da camada de solo mole.
3.5.5 ADENSAMENTO A VÁCUO
Esta técnica consiste na aplicação de vácuo em um sistema de drenos verticais, como
mostra o esquema da Figura 18. A técnica se aplica a aterros com altura máxima de 4 m, quando
a camada de argila estiver na superfície do terreno.
24
Figura 18 - Sistema de adensamento a vácuo
5. ANÁLISE DE ESTABILIDADE
A análise da estabilidade dos taludes de aterros apoiados diretamente sobre solos moles
diferencia-se dos outros casos de taludes pelo fato da segurança contra a ruptura estar associada
principalmente à resistência do solo da fundação. Nestes casos, ângulos de taludes utilizados
com freqüência pelos práticos em terraplenagem (inclinação 3h:2v, por exemplo) perdem
totalmente o significado, pois a reduzida resistência do solo da fundação passa a preponderar
sobre a resistência o solo do aterro como condicionante da estabilidade. O problema de
estabilidade de aterro sobre solo mole é equivalente a problema de capacidade de carga de
fundação.
Em análises de estabilidade da fundação, as cargas aplicadas ao subsolo por um aterro
reforçado podem ser comparadas àquelas aplicadas a uma sapata. Dessemodo, as análises são
tratadas como um problema de capacidade de carga dafundação e, assim, permitem o uso de
soluções baseadas na teoria da plasticidade.Para a resistência ao cisalhamento, Su, são
considerados dois perfis a seremanalisados: resistência crescente linearmente com a
profundidade, e resistência uniforme, porém, com profundidade limitada por camada resistente.
O fator de capacidade de carga da sapata, para os dois perfis deresistência, depende se
esta é lisa ou rugosa. Na base da sapata rugosa, são geradas tensões cisalhantes que resistem à
movimentação do solo, o que nãoacontece na base da sapata lisa, justificando a diferença entre
valores do fator de capacidade de carga.
O aterro não-reforçado aplica, à fundação, cargas verticais combinadas comtensões
cisalhantes desenvolvidas pelo deslocamento lateral do aterro. Essastensões cisalhantes reduzem
25
a capacidade de carga da fundação. O reforço,colocado na interface aterro-fundação, melhora a
estabilidade, atuando de duas formas: reduzindo as forças que causam a ruptura, opondo-se às
tensõescisalhantes derivadas do aterro (assim a fundação só suporta cargas verticais)
eaumentando as forças que resistem à ruptura, gerando tensões cisalhantes e,conseqüentemente,
melhorando a capacidade de carga da fundação.
Métodos de equilíbrio limite são comumente aplicados em análises deestabilidade de
aterros sobre solos moles. Em aterros reforçados, algumasconsiderações referentes à influência
da força de tração mobilizada no reforço, emrelação aos métodos de equilíbrio limite, devem ser
feitas.
A força no reforço pode atuar de duas formas na estabilidade: como forçaindependente
que aumenta o momento resistente sem alterar a resistência do soloe, através da componente
normal, aumentando a resistência do solo do aterro. Asegunda forma é geralmente adotada para
aterros reforçados com várias camadasde reforço, não sendo recomendada para aterros com uma
única camada de reforço.
No cálculo da força máxima no reforço, requerida para obter um determinado fator de
segurança, efetuada através do método de equilíbrio limite, é necessárioassumir uma orientação
para a força no reforço em relação à superfície de ruptura. O reforço é, em muitas vezes,
instalado na direção horizontal, mas, próximo dacondição de ruptura, o reforço se deforma junto
com o aterro e a fundação. Assim,três diferentes direções para a força no reforço, em relação à
superfície de ruptura,são estudadas: horizontal, tangencial a superficie de ruptura e bissetorial em
relação à superfície de ruptura.
Figura 19 - Esforços na superfície
26
Nos métodos de equilíbrio limite, a análise de estabilidade é feitaconsiderando
possíveis mecanismos de colapsoe calculando o equilíbrio estático dos blocos que compõem o
mecanismo. O modelo rígido-plástico descreve ocomportamento do solo.
Existem algumas diferenças entre os métodos propostos de equilíbrio limite,como por
exemplo, a consideração do tipo de superfície de ruptura a ser analisada. A escolha da superfície
de ruptura depende da geometria do aterro e da fundação. No caso de um aterro extenso sobre
uma camada de solo mole deprofundidade limitada por uma camada resistente, é melhor
considerar o mecanismode blocos deslizantes. A superfície circular é bem aplicada em camadas
profundas.
5. ATERROS SOBRE ESTACAS E COLUNAS
5.1 SOLOS MOLES
Além de ser um tipo de solo sedimentar que apresenta baixa resistência à penetração a
percussão, número de golpes no SPT (Standard Penetration Test) maior que 4, solos moles são
materiais de baixa capacidade de suporte, baixa permeabilidade e elevada compressibilidade.
Tamém podem ser definidos como depósitos de solos com predominância de partículas siltosas,
com formação geológica recente. São compostos por uma camada de argila, composta por argilas
moles e areias argilosas fofas, que possui grande compressibilidade e coesão. Geralmente se
encontram em estado normalmente adensado ou ligeiramente préadensado, com algumas
exceções principalmente nas partes superficiais, devido ao ressecamento decorrente da oscilação
do lençol freático ou devido à existência de aterros ou camadas sobrejacentes que produzem
sobrecarga.
27
Figura 20 - Exemplo de solo mole
As principais características desses solos são:
a) Grande compressibilidade
b) Baixa resistência
c) Pequena Permeabilidade
d) Baixa Consistência
Podem apresentar uma considerável variação espacial de susas propriedades físicas, tais como:
a) Resistência não-drenada
b) Umidade
c) Granulometria
d) Índice de vazios
5.2 CONSTRUÇÃO DE ATERROS SOBRE SOLOS MOLES
Várias obras de engenharia envolvem a construção de aterros sobre solos moles. A
construção de aterros sobre este tipo de solo requer cuidados quanto à definição dos parâmetros
geotécnicos, tipo de análise e seqüência construtiva adotada. A rápida construção de aterros pode
levar o solo de fundação à ruptura, sob condições não drenadas. Várias obras de engenharia
envolvem a construção de aterros sobre solos moles. Dentre estas, citam-se: aterros rodoviários,
ferroviários, aterros para construções industriais e barragens de terra, entre outros. Esse tipo de
28
obra, apesar de muito estudada, ainda surpreende projetistas e executores, tanto no que diz
respeito às condições de estabilidade ou aos níveis de deslocamentos verticais e horizontais
observados no campo. A figura seguinte mostra um exemplo do contraste entre a geometria
típica de aterro sobre solo mole, concebida no projeto, e a geometria resultante no campo.
Figura 21 - Geometrias real e ideal de Aterros
Os principais pontos a serem observados em aterros sobre solos moles são:
Estabilidade, seguem em uso os métodos de equilíbrio bidimensional com superfícies
circulares e poligonais. Dependendo da importância, os coeficientes de segurança
utilizados podem ser de 1,4 a 1,5.
Magnitude do recalque primário, que é estimado utilizando parâmetros obtidos de ensaios
de adensamento, ou na falta deste, usar correlações entre parâmetros de
compressibilidade e a umidade natural.
Recalque secundário, considerado como finito, pode ser estimado, no caso específico dos
solos moles, com o auxílio da seguinte expressão:
Equação 7 - Recalque Secundário
29
Onde ra = recalque secundário, Hsm = espessura da camada de solo muito mole e [Cc
1+e] = índice
de compressão virgem da camada de solo muito mole.
Velocidade do recalque; tem que se estabelecer qual será a evolução do adensamento
com o tempo, sejam primários e secundários.
5.3 ATERROS SOBRE ESTACAS
No aterro sobre estacas com reforço de geogrelhas, utilizam-se capitéis para transferir
a carga do aterro e do tráfego para as estacas e para camadas de solo com maior capacidade
de carga, conforme mostrado a seguir. As geogrelhas são utilizadas na base do aterro para
redistribuir os esforços do aterro e tráfego para os capitéis e, consequentemente, para as
estacas. Parte da carga vai para os capitéis, e parte dela para a geogrelha.
Figura 22 - Representação de aterro sobre estacas
30
Figura 23 - Aterro sobre estacas
31
A técnica apresenta como principal vantagem a significativa redução dos recalques
construtivos quando comparados a obras de aterros convencionais ou sobre drenos verticais.
Outro fator importante é a diminuição do tempo de execução do aterro, já que não há
necessidade de aguardar a dissipação do excesso de poropressão e conseqüente mobilização da
resistência na argila mole para o alteamento do aterro, podendo este ser feito em uma só etapa, já
que não há preocupação com a instabilidade da argila mole.
A desvantagem seria a necessidade de se garantir que haja o efeito de arqueamento do
aterro. Para tanto, a razão entre a espessura de aterro acima da geogrelha e o espaçamento entre
faces de capitéis adjacentes deve superior ao limite de 0,7. Com isso, evita-se que ocorram as
deformações no topo do aterro em função da deformação na geogrelha, conforme apresentado na
figura 3, que podem conduzir a necessidade de manutenções periódicas da via. As outras
desvantagens estão relacionadas aos custos dos equipamentos necessários à cravação das estacas
e confecção dos capitéis, bem como ao custo da aquisição e instalação da geogrelha.
Figura 24 - Representação de recalques em aterros sobre estacas
5.4 ATERROS SOBRE COLUNAS
32
5.4.1 COLUNAS DE MATERIAL GRANULAR
A técnica de utilização de colunas de material granular pode ser utilizada quando se
pretende aumentar a capacidade de carga do solo mole de fundação e ao mesmo tempo
reduzir a magnitude dos recalques. A introdução destas colunas em um depósito mole é
responsável por um acréscimo de estabilidade dos aterros, uma vez que as superfícies de
ruptura passam a interceptar estas estruturas que apresentam características geomecânicas
superiores às do solo de fundação. Salienta-se também, que além do incremento em termos de
estabilidade do aterro, estas colunas também proporcionam uma maior velocidade de
drenagem das pressões neutras durante a fase de execução da obra.
Figura 25 - Aterro sobre colunas de material granular
5.4.2 COLUNAS DE BRITA
A técnica de reforço de solos com colunas de brita em solos é uma das mais usadas quando se
pretende aumentar a capacidade de carga e reduzir e acelerar assentamentos. É indicada
especialmente para fundações de aterros, bem como para quaisquer outras situações com cargas
relativamente modestas que permitam tolerar assentamentos apreciáveis. A introdução de
colunas de brita em solos moles é responsável por um aumento da estabilidade de aterros
33
executados sobre os mesmos, uma vez que as superfícies de deslizamento passam a interceptar as
referidas colunas que apresentam características mecânicas superiores às dos solos. Para além do
aumento de resistência, também se tira partido da grande aceleração dos assentamentos
processados, que ocorrerão na sua quase totalidade durante a fase de construção da obra.
Figura 26 - Aterro sobre colunas de brita
6 MONITORAMENTO DE ATERROS SOBRE SOLOS MOLES
O monitoramento do aterro é importante para o adequado dimensionamento e
desempenho geral para a obra. Isso devido à ocorrência de recalques de magnitude acentuada. A
deformabilidade pode ser fator para limitação de uso. Devido as possíveis discrepâncias
existentes entre o comportamento previsto e o comportamento real de campo, é de suma
importância o monitoramento do aterro, a fim de ajustes, caso necessário, sejam realizados
durante o período construtivo.
6.1 MEDIDORES DE DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS E VERTICAIS
Existem vários instrumentos para acompanhamento de deslocamentos vertical e
horizontal, tanto superficial quanto em profundidade. Os inclinômetros são os instrumentos
34
mais utilizados para medir os deslocamentos horizontais em solos. Um tubo de plástico ou
alumínio, com ranhuras diametralmente opostas (que servem de guia), é inserido em um furo
de sondagem e os deslocamentos são monitorados por uma sonda representada na figura. A
base do tubo deve ser instalada em uma camada rígida (em geral rocha), mantendo-se fixa ao
longo do tempo. Os deslocamentos horizontais são registrados em duas direções ortogonais,
ao longo do comprimento do instrumento. Atualmente estão disponíveis no mercado
inúmeros tipos de inclinômetros, com características distintas.
Figura 27 – Inclinômetro
Os deslocamentos verticais podem ser monitorados superficialmente ou em profundidade.
Os marcos superficiais são os instrumentos mais simples para registro dos deslocamentos
verticais. Elementos metálicos ou de concreto, de pequena dimensão, são instalados em pequenas
valas na superfície do aterro. Estes elementos possuem um pino, visível, que servirá como mira.
O monitoramento dos deslocamentos é feito por acompanhamento topográfico.
35
6.2 RESISTÊNCIA NÃO DRENADA DA ARGILA
O Ensaio de palheta é o método mais utilizado no mundo para a determinação “in situ” da
resistência não drenada de argilas moles saturadas. O ensaio surgiu devido à dificuldade da
retirada de amostras e determinação dos parâmetros de resistência e sensibilidade destas argilas
em laboratório, e foi desenvolvido por engenheiros que necessitavam implantar projetos em
áreas sujeitas a este tipo de material.
A normalização dos procedimentos é feita no Brasil pela NBR 1095 da ABNT “Ensaios
de Palheta in situ” e nos Estados Unidos pela ASTM D 2573-01 “Standard Test Method for Field
Vane Shear Test in Cohesive Soil”.
Figura 28 - Palheta - Vane Test
36
O ensaio de palheta visa determinar a resistência não-drenada de solos argilosos “in situ”,
utilizando palheta de secção cruciforme, a qual é cravada no terreno e submetida ao torque
necessário para cisalhar o solo ao seu redor por rotação.
6. Conclusão
7. Referências
A sustentabilidade na mobilidade. (n.d.). Retrieved from <http://rodoviasverdes.ufsc.br/files/2010/05/Geotecnia-Ambiental-Parte-1.pdf>
Alexandre Paschoalin Filho, J., Vanzolini Moretti, G., & Kenhiti Suzuki, D. (n.d.). Análise de estabilidade de um aterro apoiado sobre estacas de brita executadas em solo mole . Retrieved from <http://www.morettiengenharia.com.br/txt/pub/Anál100622142712.pdf>
Cabral, M. P., Vargas, C. A. L., & Viana, P. M. F. (n.d.).AvaliaÇÃo do desempenho mecÂnico de aterro reforÇado em solo mole: Estudo de caso . Retrieved from <http://www.sbpcnet.org.br/livro/63ra/conpeex/mestrado/trabalhos-mestrado/mestrado-murilo-pacheco.pdf>
D. (n.d.). Mais informações - damasco penna. Retrieved from <http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:60QQi3DZH8wJ:www.damascopenna.com.br/src-pt/download-files.php?file=infoVane.pdf &cd=1&hl=en&ct=clnk&gl=br>
DNER. (n.d.). Existem vários instrumentos para acompanhamento de deslocamentos vertical e horizontal, tanto superficial quanto em profundidade. os inclinômetros são os instrumentos . Retrieved from <http://www1.dnit.gov.br/anexo/Anexo/Anexo_edital0004_02-00_0.pdf>
Lambda, M. (n.d.). Aterros sobre solos moles. Retrieved from <http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio.br/4261/4261_3.PDF>
37
