Análise da Eficiência do Reforço de Solo Mole, com aTécnica CPR, para duplicações da BR-135 e FerroviaTransnordestina, em Campo de Perizes-MA.

Eduardo de Oliveira Macedo 1Engegraut Engenharia e Geotecnia, Rio de Janeiro, Brasil, eduardo@engegraut.com.br

Joaquim Rodrigues 2Engegraut Engenharia e Geotecnia, Rio de Janeiro, Brasil, joaquim@engegrautcom.br

RESUMO: Este trabalho exibe resultados e análises de monitoramento com placas de recalque,extensômetros magnéticos ou aranhas magnéticas, piezômetros e ensaios pressiométricos realizadosapós tratamento geotécnico de solo mole com a técnica CPR (Consolidação Profunda Radial). Otratamento ocorreu para viabilizar tecnicamente a duplicação da rodovia BR-135 além de umaferrovia existentes, em Campo de Perizes-MA. A região apresenta, no perfil geológico, espessacamada de solo mole, de alta compressibilidade. Sobre a camada tratada foi construído aterro, comdimensões descritas no item 3. A seção instrumentada, na altura da estaca 1994+0,00, foimonitorada por período mínimo igual a 2 meses. O objetivo deste estudo foi verificar a eficiênciado tratamento geotécnico, analisando a magnitude do recalque, tempo de adensamento e a rigidezdo solo de fundação antes e após o tratamento.

PALAVRAS-CHAVE: Solo mole, tratamento geotécnico, monitoramento.

1 INTRODUÇÃO

Ao logo da BR-135, no interior doMaranhão, entre a capital e o município deBacabeira-MA, há na formação geológicaespessos depósitos de solos moles, muitocompressíveis. Estudos básicos foramnecessários para caracterizar o solo deinfraestrutura, de modo a adotar soluçãogeotécnica para viabilizar obras deduplicação de ferrovia ou rodovia, com 18km de extensão.

Segundo a NBR 6484, (ABNT, 2001) aterminologia mole é para solos com SPTmenor do que 5 golpes/30 cm. ParaSandroni (2010) existem ainda os solos"extremamente moles" com SPT menor ouigual a 1 e/ou resistência não-drenadamenor do que 12 kPa.

Em alguns casos, como no projeto citado,seria impossível alterar o traçado do projetogeométrico, como tentativa de “evitar” odepósito de solo mole. Desta forma, foi adotadasolução de tratamento geotécnico para reduzir a

compressibilidade do solo de fundação, demodo a minimizar ou eliminar o recalqueperante às cargas de projeto, atendendo aocusto e ao cronograma físico da obra.

A técnica adotada pelo DNIT foi o CPR.O trabalho foi desenvolvido entre as estacas1968+0,00 e 1996+0,00, em trecho com500m de extensão e 30m de largura,adjacente a ferrovia Carajás. Durante oprocedimento executivo foi necessárioconstante monitoramento geotécnico.

Este trabalho apresenta resultados domonitoramento com placas de recalque,com extensômetros magnéticos (aranhasmagnéticas), piezômetros e ensaiospressiométricos para avaliar o desempenhoda técnica citada.

2 TRATAMENTO GEOTÉCNICO

Tratamentos geotécnicos melhoram aresistência não-drenada (Su), reduzem amagnitude do recalque e aumentam a

estabilidade global, melhorando arigidez/resistência de solos compressíveis. Amaioria das técnicas de tratamento consisteem inserir materiais ou agregados,distribuídos em malha triangular ou quadrada,em forma de colunas verticais.

Solos moles tratados, geralmente, sãointerpretados como compósitos híbridossemirrígidos, menos deformáveis quandocomparados à condição original.

2.1 A Técnica Consolidação ProfundaRadial (CPR)

O CPR, basicamente, é a expansão decavidades em meio drenante artificial.Consiste, após a utilização de geodrenos,em inserir tubos no solo para formar bulbosde compressão, via expansão de cavidades,de baixo para cima, a cada metro deprofundidade e com pressão e volumecontrolados, além do completo controle doexcesso de poropressão gerado.

A etapa inicial consiste em fazer pré-furos, para cravar geodrenos ou drenosfibroquímicos para, em seguida, introduzirgeogrout (massa solo-cimento) formandobulbos de compressão no solo, de baixopara cima, a cada metro de profundidade,com pressão e volume controlados. Noprocesso executivo, os bulbos de geogrout –de elevada rigidez – geram excesso deporopressão que é dissipado por geodrenos,provocando adensando do solo argiloso. Oresultado é um solo híbrido de baixacompressibilidade, formado por bulbos degeogrout e argila adensada.

Adota-se o conceito de célula unitária,usual em projetos de solos moles (Almeidae Marques, 2010), onde o solo tratado écomposto por duas partes: bulbos degeogrout e bulbos de solo adensado,mostrado na figura 1. Cada uma destaspartes representa um percentual da célulaunitária que, juntas, formam o compósitosemi-rígido, onde a rigidez é caracterizadapelo módulo de elasticidade equivalente.

Figura 1. Esquema de célula unitária CPR, mencionadano item 2 (Almeida e Marques, 2010).

As figuras 2 a 4 mostram a sequênciaesquemática do CPR e os detalhes dos bulbosde geogrout formados após o tratamento CPR.

Figura 2. Etapa I: execução de pré-furos.

Figura 3. Etapa II: cravação de geodrenos.

Figura 4. Etapa III: Inserção de geogrout no interior dacamada mole.

Figura 5. Destaque em foto: geogrout proveniente dosbulbos de geogrout formados após tratamento CPR.

Como critério de execução, aoconfeccionar-se o bulbo, via expansão decavidades, são monitorados a deformaçãoprovocada (volume) e a tensão gerada nosolo. O controle geotécnico do excesso edissipação da poropressão, assim como odesenvolvimento do módulo de cisalhamentodá números ao desempenho do tratamento.

3 O ESTUDO DE CASO

Este estudo exibe resultados do monitoramentogeotécnico do tratamento CPR, na duplicação daBR-135 / ferrovia anexa existente, em Camposde Perizes-MA. O projeto executivo tem 18 kmde extensão e 30 m de largura, onde apenas otrecho crítico com 0,5 km foi tratado com CPR.No local havia solo mole compressível comcerca de 10m à 13m de espessura.

Figura 6. Seção ilustrativa de projeto da região tratada.Aterro com 1,90m de altura. O NA está próximo àsuperfície do terreno.

Características do solo mole, antes dotratamento: =Peso específico argila = 14 kn/m3

e0 = índice de vazios = 2,6LL = Limite de Liquidez = 90%LP = Limite de Plasticidade = 25%σ'vm = Tensão de pré adensamento = 20 KPaCr = Índice de Recompressão = 0,2Cc = Índice de Compressão = 1,4Cv = Coef. de Adensamento Vertical = 1 E-4 cm²/s

O terreno, antes do tratamento,apresentava três camadas distintas:. Profundidade 4 a -0 m: de solo muito mole;. Profundidade -0 a -11 m: argila mole;. Profundidade maior que -11m: soloresistente.

Estudos, de maio/2013, realizados porconsultores da construtora, baseados emresultados CPT-U, relatam que o recalquemédio estimado, sem tratamento, seria de1,16m. As figuras 7 e 8 apresentam osresultados dos ensaios de campo realizados.

Figura 7. Resultados de ensaios CPT-U pré-tratamento,de maio/2013, realizados por consultores.

Figura 8. Resultados de ensaios Vane Test: Su e Sur,pré-tratamento.Su = resistência não drenadaSur = resistência não drenada residual

O CPR foi executado em meio drenanteartificial previamente instalado com malhatriangular de 1,5m x 1,5m, seguido de bulbosde geogrout distribuídos em malha triangular,com espaçamento igual a 3m x 3m, queatingiram cerca de 10m de profundidade,tratando toda a camada mole. Sobre o CPRfoi lançado 1,95 m de aterro, sendo omonitoramento feito com placas de recalque(PR), aranha magnética vertical (AM),piezômetro (PZ) e pressiômetro (PMT). Aseção monitorada foi na altura da 1994+0,00,onde foram instaladas 5 (cinco) PRs, 01(uma) vertical com 07 (sete) AMs, 01 (um)

PZ e 02 (dois) ensaios pressiométricos (PMT)antes e após tratamento. A tabela 1 apresentaos parâmetros do solo após o tratamento CPR.

Tabela 1. Parâmetros do solo após tratamento.Parâmetro Valor

hs 11,0mL 3,0 mAT 16,0 m²g 1,20 mEs 4.000 kPaEg 180.000 kPaYg 18 kN/m³Ys 14 kN/m³

ac = Ag / AT 0,13yeq = yg x ac + ys x (1-ac) 14,5 kN/m3

yacr = yeq - ys 0,50 (aprox.)hs, – espessura de solo mole tratadoL – distância entre bulbos geogroutAT – área unitária tratadaAg – área do bulbo geogroutg – diâmetro do geogroutEs – módulo pressiométrico do solo tratadoEg - módulo pressiométrico do bulbo geogroutys – peso específico da argila tratadayg – peso específico do geogroutyeq – peso específico do solo compósito (tratado)yacr – acréscimo de peso específico devido ao geogroutNOTA: Conforme conceito de célula unitária (Almeidae Marques, 2010) os módulos pressiométricos podemser utilizados para determinar o módulo do solocompósito (híbrido geogrout-argila).

4 RESULTADOS

4.1 Placas de recalque (PR)

O aterro construído após o tratamento atingiude 1,95m de altura. A tabela 2 apresenta oresumos dos resultados. Na figura 9, pode-seobservar os resultados das placas de recalquesem forma de gráfico (recalque x tempo).

Tabela 2. Resultado de placa de recalque (PR).Item CPRrmax. 77 mmvat 1,5 mm/diaef 93,3%t 30 dias

rmax = recalque máximo monitoradovat = velocidade de recalque durante aterrot = tempo para estabilização: velocidade de recalque zero.ef = eficiência do tratamento para redução de recalque.ef = (recalque monitorado)/(recalque teórico semtratamento).

Figura 9. Resultados de PRs após tratamento CPR.

4.2 Aranha Magnética Vertical (AM)

A instrumentação AM, pouco usual no Brasil,consiste em dispositivo eletromagnético que éintroduzido em pré-furo revestido, para mensurarrecalque em subcamadas de solo. Essedispositivo, que possui garras semelhantes a umaaranha, desce dentro de um tubo derevestimento.

Ao ultrapassar limite do tubo, a aranhafica ancorada (presa) no solo. As leituras sãofeitas por um torpedo que desce por um tuboguia e, ao encontrar cada AM, dispara sinalsonoro. O esquema de instalação de AM éapresentado na figura 10.

Figura 10. Esquema de instalação de AM.

Os resultados de Ams (figura 11) mostramque a maior magnitude de recalque, pós-tratamento, ocorreu nas camadas superiores,cerca de 2,5 m sob à interface do solo tratado-aterro. Nesta profundidade, o recalquemonitorado foi 35 mm.

Figura 11. Resultados de AMs após CPR.

4.3 Piezômetro (PZ)

O piezômetro, do tipo corda vibrante, foiinstalado antes da construção do aterro, à 5mabaixo da interface do solo tratado-aterro. Osresultados, apresentados na figura 12, mostramque os excessos de poropressão gerados durantea formação dos bulbos de compressão do soloforam completamente dissipados.

Figura 12. Resultados de piezômetro.

4.3 Pressiômetro (PMT)

Este ensaio é um teste de carregamentoexecutado em campo, dentro de um furo desondagem. Uma sonda cilíndrica inflável éposicionada nas profundidades de ensaio,dentro do pré-furo executado. Oequipamento pressiométrico utilizado foi oTEXAN, que possui unidade de controlehidráulico durante o carregamento,monitorando a resposta do solo ensaiado.

Os dados coletados definem a relaçãotensão-deformação (ou volume / pressão) dosolo com a profundidade. Com os dadosextraídos do ensaio pressiométrico, determinou-se a pressão limite e o módulo pressiométrico.

Estes ensaios foram feitos antes e depois dotratamento com CPR para avaliar o ganho derigidez no solo tratado. A pressão limite(equação 1) no solo, obtida no ensaio, é:

HLL σP=P 0, (1)

Onde, PL* - pressão limite líquidaPL – pressão limite H,0 – tensão horizontal do solo, no repouso

O módulo cisalhante (G) é determinado notrecho de recarga, obtido no gráfico Pressão xVolume, pela equação 2:

V

VPG L

*

(2)

Onde,V – volume da cavidadeV – acréscimo de volume

O módulo de deformação longitudinal (E) éobtido como na equação 3.

12GE (3)

Onde, - coeficiente de Poisson

A tabela 3 apresenta classificação dossolos, quanto à consistência, conformemódulo pressiométrico e pressão limite.

Tabela 1. Ensaio pressiométrico PMT, Briaud (1992).

Tipo de solo

Pressãolimite

líquidaPL

* (kPa)

Módulopressiométrico

E (kPa)

Argila mole 0 – 200 0 – 2500Argila média 200 – 400 2500 – 5000Argila rija 400 – 800 5000 – 12000Argila muito rija 800 –

160012000 – 25000

Argila dura >1600 >25000Areia fofa 0 – 500 0 – 3500Areia medianamentecompacta

500 –1500

3500 – 12000

Areia compacta 1500 –2500

12000 – 22500

Areia muito compacta >2500 > 22500

Os resultados obtidos antes e após tratamentosão mostrados na tabela 4 e figura 13.

Tabela 2. Resultados de ensaios PMT:

EnsaioProf.

Ensaio(m)

PL

(kPa)PL

*

(kPa)E

(kPa)

Condição Pré-CPR

PMT-014,0 90 46,0 433,07,0 188 114,0 918,0

Condição Pós-CPRPMT-01b

4,0 258 214,0 2.525,07,0 654 580,0 5.916,0

PMT-02b

4,0 383 339,0 2.8797,0 878 804,0 5.013,0

Condição Geograut

PMT-gr1,0 1921 1.921,0 160.300,01,0 830 830,0 202.750,0

Logo,Es,pós = 4.083,0 kPa – valor médio.Eg = 181.525,0 kPa – valor médio

Figura 13. Resultados de ensaio PMT.

O módulo pressiométrico do solo tratadoou solo compósito (Eeq), foi determinadoconforme equação 4.

Eeq = 85% Es + 15% Eg (4)Eeq = 25.373,0 argila dura (Briaud, 1992).

5 ANÁLISE DOS RESULTADOS

Com base nos resultados obtidos, conclui-se:

i) A estimativa de recalque teóricosem tratamento seria 1,16 m, baseado emensaios CPT-U. Com o tratamento CPRverificou-se que a eficiência da redução derecalques foi 93%, com tempo deestabilização de 30 dias. A magnitudemédia de recalque atingida foi 7,5 cm.

ii) Os recalques em subcamadas,monitorados com AMs, mostram que osmaiores adensamentos ocorreram próximo àinterface aterro-solo tratado. Os resultadospara a profundidade até 5m foram 3,5 cm.

iii) Foi verificado que o excesso deporopressão gerado durante a formação dosbulbos de compressão foi completamentedissipado pelos geodrenos, mostrado no item4.2.

iv) Comparando-se os módulospressiométricos antes e após o tratamento,pela método da célula unitária, o solo defundação que possuía consistência mole,adquiriu, após tratado, consistênciaequivalente a de uma argila rija.

Os resultados mostram que o desempenhoCPR foi prognosticado, com diminutorecalque e rápido adensamento.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos aos colegas de trabalho quecontribuíram para realização desse estudo.

REFERÊNCIAS

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMASTÉCNICAS. (2001) NBR 6484: Solo - Sondagemde simples reconhecimento com SPT - Método deensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 2001.

Almeida, M. S. S. e Marques, M. E. S. (2010). AterrosSobre Solos Moles – Projeto de Desempenho. Ed.Oficina de Textos.

Briaud, J. L. (1992). The Pressurometer. Published by:Taylor and Francis/Balkema. p.50.

EBGEO (2010). Recommendation for design andanalysis of Earth structures using geosyntheticreinforcements.

Sandroni, S. S. (2010). Sobre a prática da engenhariageotécnica com dois solos difíceis: os extremamentemoles e os expansivos. Proc. XV CongressoBrasileiro de Mecânica dos Solos e EngenhariaGeotécnica, Gramado. pp. 97-187.