Revista Recuperar, edição 89 (4ª Matéria)

RECUPERAR • Maio / Junho 200928

Tradicionalmente, técnicos e enge-nheiros deixam de dar a atenção necessária ao solo de suas fundações.

Frequentemente, elaboram-se projetos com dados antigos ou com base em experiências tomadas em outras regiões nada representa-tivas ou, comumente, com suposições acer-ca das propriedades do solo. Queremos falar de solos de baixa resistência, em particular os chamados solos moles. Sob este ponto de vista dois aspectos são importantes. O primeiro é que, ao menor esforço alteram-se suas propriedades. O segundo, é a presença da água. Sabemos que, em qualquer projeto de engenharia, torna-se necessário conhecer as propriedades dos materiais submetidos

a esforços que se produzem tanto na fase sólida quanto na líquida. Podemos garantir que exatamente na fase líquida é que se encontra o problema, quando se depara com solos moles. Sua mudança de volume, ocasionada por alterações no carregamen-to, costuma provocar o sinistro recalque nas estruturas. Deformações no solo são o resultado do excesso de esforço cortante atuante, vital para a capacidade de carga do solo de fundação.

O esforço ou tensão efetiva

A reação do solo aos esforços ou tensões atuantes provenientes de carregamentos

Continua na pág. 30CCCCCCConCConConConConCoConConnnnnnnCCConConCConnnnnnCCConConnnConnnnCCConnnnnConnConC nnConConnnnnnnnnConnnnnnConConnnnConnnnnnnConnnnnCononnnnnonConConConConnnnononnnnnConCoCConnnnnCCConnnCCoCoCooononnonCConoooonnnnConnCCConooooooCoCCCoooooonCCCConntttttttttitiniiiiintininnnnnnintintinttttttttiiiiititinttttttittinitinninnntinntintttittttt ntintintttttitinttiinnntttttititittininntinnnttttiinitinnnntintttininintitinnttttintintintintinnnntttttintinntinnnnnntttintinnninnnnntttttitinnntt ninnttttinttt nnnttttiiinnnttt nnntttinttttinininnnnnttiinnuauauauauauuauuauuuuauauauauauauaauauaaa aa uauauuuauaa uuuuuauauauauauauaaauaaauauauauua aaaaaau na nana nnanannannaanaanana nannananana págpágpppágpágpágpágpágpágpáágáá . 3. 3. . 3. 3. 3000000

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O manômetro

informa a pressão total

aplicada.

O piezômetro a pressão ne

utra.

Serviços de Consolidação Profunda Radial (CPR)para melhoria do solo mole, com análise simultânea da pressão total e pressão neutra.

Verifi cação da pressão neutra pela leitura do piezômetro de cordas vibrantes, na mesma profundidade em que está sendo formado o

bulbo de compressão no solo mole, pela técnica de Consolidação Profunda Radial (CPR). Repare a pressão total no manômetro.

Tub

solo

O ma

O m

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é o fator mais importante para o projeto de fundações, aterros, taludes e estruturas de sustentação. Sua fase sólida é relativamente incompreensível e suporta bem os esforços cortantes ali atuantes. Sua fase água também é relativamente incompreensível. No entanto, sua resistência ao esforço cortante dever-se-á apenas à sua inerente viscosidade, totalmente dependente do tempo. E, por último, sua fase gasosa é compressível e tem pouquíssima resistência ao esforço cortante. Cada fase do solo reage de maneira distinta ao carregamen-to imposto. Daí a necessidade de se determinar a distribuição dos esforços entre as fases, de modo a estabelecer o efeito, no solo, como um todo. Assim, uma carga, q, uniformemente distribuída sobre uma camada de esferas, com espaços vazios, não se distribui integralmen-te, havendo valores máximos nos pontos de contato (veja figura ao lado). O valor exato do

esforço, em qualquer ponto, dentro da fase só-lida é indeterminado, exceto para o caso mais simples, na figura 1a. Desta forma, o esforço, na fase sólida, expressa-se em termos de área bruta ou total, A, e o esforço ou tensão total, σ, suportado ali, será igual a Q/A.

O esforço ou pressão neutra

Nesta matéria, a ação ou efeito de compri-mir água chamaremos de pressão, deixando o termo tensão para a ação sobre sólidos. A presença da água nos interstícios do solo

é bem acompanhada por uma pressão, u. Assim, qualquer carga, Q, aplicada será

Solos molesApresentam baixa resistência à penetra-ção, ou seja, valores de SPT inferiores a 5 golpes, em que a fração argila imprime características de solo coesivo e compres-sível. São argilas moles ou areais fofas. Os depósitos ou ambientes de deposição va-riam desde fl uvial, quer dizer, aluviais nas várzeas dos rios, até o costeiro, passando por mangues, com a ocorrência de argilas orgânicas e turfas.

Figura 1 - Distribuição de uma carga, Q, sobre grãos do solo.

GLOSSÁRIO

Esforço cortante ou tensão cisalhante – ação ou tensão resultante de forças aplicadas que causam ou tendem a causar a separação, por deslizamento, de duas partes de uma massa seguindo uma direção paralela ao seu plano de contato.Tensão ou pressão – forma por unidade de área exercida sobre uma superfície. Medida da força por unidade de área epxressa em kg/cm2, MPa ou comu-mente, em solos, por KPa. 1kg/cm2 = 100KPa.

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O termo u é denominado de pressão neutra, poropressão ou pressão intersticial, porque é incapaz de suportar esforços cortantes ou cisalhentes.

O significado do esforçoou tensão efetiva

Suponha-se que a tensão total no solo, a uma profundidade z, é aumentada de σ0 para σ1. Caso não haja drenagem, ou seja, adensamento ou consolidação, mesmo com o aumento da tensão para σ1, ainda não ha-verá ganho de resistência ou tensão efetiva. Durante o carregamento, havendo processo de drenagem, que confunde-se com o pro-cesso de consolidação ou adensamento, a pressão neutra aumentará e tenderá a se dis-sipar. Esta diminuição da pressão neutra será numericamente igual ao aumento da tensão

suportada pelo misto A.u. Para não deixar dúvidas, imaginemos um cilindro fechado, uma mola e uma carga, Q, atuante (figura 2). Se a carga total é Q, a área dos poros (ou do cilindro) é Aρ e a pressão dentro dos poros (ou do cilindro) é u, a carga total será distribuída assim:

Q = Q’ + u.Aρ

Carga Q sobre um pistão, suportada parcialmente pela pressão neutra, U, e pela mola.

Efeitos das trocas de esforços atuantes e da pressão neutra no comportamento da escavação em um solo mole e uma situação particular de construção de rodovia.

Nesta expressão Q é a carga total atuante e Q’ é parte da carga suportada pela mola (fase sólida) e u.Aρ é parte da carga suportada pela água. Dividindo todos os termos da ex-pressão por A, que é a área total, ter-se-á

σ = σ’ + u Aρ A

Esta é a equação do esforço por tensão efetiva fundamental para a compreensão do comportamento do solo submetido a esforços ou tensões.Como no solo a área de contato entre grãos é pequena e a relação Aρ/A é praticamente igual a 1, a expressão anterior dá lugar à conhecida equação:

σ = σ’ + u

GLOSSÁRIO

Adensamento ou consolidação – redução pro-gressiva do volume de uma massa de solo mole oufofo com consequente perda d’água, sob o efeito do seu próprio peso e/ou de um acréscimo de tensões na massa do volume do solo provocadas pelas técnicas de estabilização com geodrenos/aterro temporário ou geodrenos/compactação profunda radial (CPR). A quantidade de compressão aplicada por um dos dois processos, em qualquer período de tempo, não se relaciona apenas às cargas desenvolvidas mas, principalmente, à quantidade de tensões transmitidas no contato das partículas, ou seja, à diferença entre a tensão imposta e o excesso de poropressão, quer dizer, a tensão efetiva.

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importante da engenharia geotécnica, pois controla a compressibilidade e a resistência do solo ao cisalhamento, o que significa dizer que controla a tensão lateral do terreno em estruturas de contenção, a capacidade de carga do solo, o recalque das fundações e a estabilidade dos taludes. A tensão efetiva aumentará ou diminuirá, dependendo da direção da percolação d’água.

A compressibilidade do solo

Aumentos da tensão em um solo de funda-ção, devido a sobrecargas na construção, significam compressão nas camadas do solo sob os elementos de fundação, que implicam em deformações, deslocamentos e fuga da água/ar por entre as partículas do solo. Em resumo, deformação do solo e recalque no elemento de fundação. O recal-que que ocorre em solos argilosos pouco ou totalmente saturados, orgânicos ou não, se manifestam de maneira bem característica,

efetiva. Só se ganha tensão efetiva com per-da da pressão neutra. Em síntese, a tensão efetiva é, aproximadamente, a força por unidade de área suportada pelo esqueleto do

solo, que controla sua mudança de volume e resistência. Aumentar a tensão efetiva induz o solo a mudar para um estado e, natural-mente, mais resistente. É o conceito mais

GLOSSÁRIO

Fundação – parte da estrutura em contato direto com o solo. Tem a função de transmitir a carga da estrutura para o solo.Estaca – peça longa de concreto armado/protendido ou de aço introduzida ou executada no solo.Recalque – movimento de descida da fundação ou do aterro.Fundação rasa – elemento de fundação, geralmen-te de concreto armado, no qual sua profundidade é menor ou igual a sua largura. Um exemplo é a sapata.Tensão – relação entre a força aplicada sobre uma área.Tensão de tração – resultante das tensões de tração que atuam e é considerada negativa na mecânica dos solos. A tensão de compressão é considerada positiva.

Análise da pressão neutra, através da leitura do piezômetro de cordas vibrantes, durante um serviço de CPR, para melhoramento de solo mole.

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seja sob um aterro para pavimento ou sob um elemento de fundação, decompondo-se em três sinistros componentes: o imediato, o primário (ou de consolidação) e o secun-dário. Vamos a eles.

Recalque imediato(também chamado elástico ou

inicial)

Ocorre tão logo a carga provocada pelo elemento de fundação ou do aterro que irá servir de base para o pavimento seja assen-tada sobre o solo. Assumindo-se que suas ações sejam instantâneas, manifestar-se-ão de maneira bem interessante, de acordo com os tipos de carregamento a serem aplicados, seja a uma, duas ou três dimensões. Um exemplo de carregamento a uma dimensão são aqueles aterros construídos sobre gran-des áreas. O que ocorre neste caso? São

deformações verticais apenas, que costu-mam se manifestar não tão imediatamente. Aí é que está o perigo. Um exemplo de carregamento a duas dimensões é a sapata corrida, muito empregada em conjuntos habitacionais. As deformações ocorrerão na direção vertical e também na perpendicular ao eixo longitudinal da sapata. Não haverá deformação na direção longitudinal da sa-pata corrida. Ou seja, deformações apenas em duas direções. Agora, um exemplo de carregamento a três dimensões. É a popular sapata, seja com área quadrada, retangular ou circular. Um exemplo para este último caso são as bases de tanques industriais: as deformações no solo aparecerão nas três dimensões.

De qualquer maneira, o recalque imediato produz tanto tensões cisalhantes quanto au-mento da pressão neutra no solo. A primeira faz com que o solo deforme lateralmente. Quanto a segunda, costuma demorar para que haja drenagem, quer dizer, para que diminua Como entendemos que o carre-gamento atua de maneira instantânea, não haverá tempo suficiente para esperar que a pressão neutra homeopaticamente perca valor. Em resumo, o recalque imediato, que ocorre em solos argilosos moles, pouco ou totalmente saturados, é causado apenas por tensões cisalhantes não drenadas. Entenda que, como não estamos considerando a drenagem da água, que permitirá diminuir a pressão neutra, não haverá alteração no

GLOSSÁRIO

Adensamento ou consolidação – ação que faz a água sair dos poros do solo, permitindo que suas partículas fiquem mais juntas ou unidas, diminuindo o índice de vazios.Capacidade de carga do solo – tensão máxima aplicada em um solo de fundação por elementos de fundação ou aterros sem que cause ruptura por cisalhamento.Coesão – força cimentante entre partículas do solo, promovida pela argila.Módulo elástico – uma importante característica do solo determinada pela divisão entre a tensão aplicada e a consequente deformação sofrida, expressa em kg/cm2.Aterro – camada de solo adicionada para obter-se o nível desejado para a obra.Elemento de fundação – usualmente de concre-to armado, tem a função de distribuir a carga da construção sobre uma área do solo de fundação, promovendo um aumento da capacidade suporte do solo.

Terreno com 8m de solo mole sendo sondado com CPT dinâmico, de modo a se obter a resistência ao cisalhamento não drenado antes dos serviços de CPR.



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Para ter mais informações sobreSolos.

do solo a diversas profundidades e subme-tendo-as a tensões verticais e horizontais no teste triaxial, equivalente ao carrega-mento a ser imposto. Por último, através do ensaio de carga sobre placa, que muitas vezes o subestima, se feito sobre camada de areia ou sobre camada de argila dura ou superconsolidada. Ou seja, poder-se-á obter valores pouco significativos pelo fato de se conseguir diminutos bulbos de pressão.

Como impediro recalque imediato?

Há diferentes maneiras de impedi-lo. A primeira e mais comum é empregar fun-dação profunda através de estacas. Outra forma é empregar aterro temporário, de modo a aumentar sua resistência. Esta técnica, além de consumir muito tem-po, costuma induzir grande quantidade de recalque imediato, causando sérios problemas a estruturas vizinhas. Para camadas espessas de solo mole desacon-selhamos utilizar este método. A técnica mais segura e eficiente de neutralizar o recalque imediato é assegurar que a argila adensará, de maneira rápida, aumentando sua rigidez e diminuindo os níveis de tensões cisalhantes no solo de fundação. O método, patenteado, de Consolidação Profunda Radial (CPR) é a técnica suge-rida para tal.Na próxima edição apresentaremos o re-calque primário ou de consolidação, que detonou o fantástico estudo da teoria da consolidação nas argilas pouco ou total-mente saturadas.

REFERÊNCIAS• Jorge L. F. de Almeida é professor e engenheiro

de fundações.

volume do solo. Assim, evidentemente, todo e qualquer recalque imposto ao elemento de fundação ou ao aterro será totalmente compensado por deformações laterais, com ou sem fluxos ou deslocamentos plásticos do solo de fundação. Agora, onde e quando se manifesta o recalque imediato? Exata e imediatamente sobre solos moles, aflorando na superfície ou sob uma camada de areia ou aterro “resistente”, particularmente quando o carregamento é aplicado de forma rápida e que haja baixo fator de segurança. Na práti-ca, costuma-se ignorar o recalque imediato para as seguintes situações:• Fundações profundas com fator de se-

gurança correto impedem que ocorram deformações laterais na camada de argila sob a ponta do elemento de fundação.

• Fundações rasas, apoiadas sobre solo re-sistente, porém lá embaixo há uma camada de solo mole. O fato da fundação não fazer contato com a argila restringe ou impede que hajam deformações laterais do solo.

• Quando há presença de camadas alterna-das de areia e argila, a primeira impede que hajam deformações ou fluxos late-rais.

Conhecendo o recalque imediato

Há diferentes maneiras de prognosticar ou prever o recalque imediato. Uma delas é

conhecer o módulo de elasticidade (Eu) do solo a partir do teste, feito em labora-tório, de compressão triaxial não drenado, medindo-se a pressão neutra. Obtido o Eu, calcula-se o recalque imediato através de uma fórmula conhecida.Outra maneira de conhecê-lo, em labo-ratório, é através do método da trajetória das tensões, com a obtenção de amostras

Este prédio, durante sua construção, sofreu recal-que imediato...

... devido a uma profunda camada de solo argiloso orgânico mole. O recalque imediato provocou des-locamento lateral do solo de fundação, ocorrendo levantamento na casa vizinha. Repare que as pare-des apresenta-se curvas. O prédio tem como fun-dação uma espessa laje radier.

A ocorrência dos recalques em um solo argiloso.


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