i ndice 1.Introduo ....................................................................................................................... 1 PARTE 1 COMPORTAMENTO DOS SOLOS MOLES .......................................................... 2 2.Resistncia e deformabilidade ........................................................................................ 4 3.Fundaes em solos moles ............................................................................................ 4 3.1.Assentamento de solos moles ................................................................................. 4 3.1.1.Assentamentos imediatos .................................................................................... 7 3.1.2.Teoria da consolidao unidimensional ................................................................ 8 3.1.3.Teorias da consolidao multidimensional ......................................................... 20 3.1.4.Previso do assentamento ................................................................................. 23 3.2.Consideraes finais ............................................................................................. 32 PARTE 2 PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SOLOS MOLES ....................................... 33 4.Estabilizao de solos .................................................................................................. 34 4.1.Estabilizao de solos por mistura de aditivos qumicos ........................................ 34 4.2.Estabilizao trmica de solos ............................................................................... 40 5.Reforo de solos ........................................................................................................... 46 5.1.Injeco de solos ................................................................................................... 47 5.2.Estacas de brita ..................................................................................................... 50 5.3.Micro-estacas ........................................................................................................ 61 5.4.Pregagem de solos ................................................................................................ 64 5.5.Terra armada ......................................................................................................... 69 6.Compactao profunda ................................................................................................. 70 7.Acelerao da consolidao ......................................................................................... 79 7.1.Acelerao da consolidao por electro-osmose ................................................... 81 7.2.Pr-cargas ............................................................................................................. 85 7.2.1.Pr-cargas por vcuo ......................................................................................... 87 7.2.2.Pr-cargas com aterros ...................................................................................... 89 ii 7.3.Drenos verticais ..................................................................................................... 94 7.3.1.Introduo .......................................................................................................... 95 7.3.2.Mtodos de clculo ............................................................................................ 95 7.3.2.1.Hipteses de clculo ....................................................................................... 95 7.3.2.2.Teorias de consolidao radial ....................................................................... 95 7.3.2.3.Mtodos numricos ........................................................................................ 95 7.3.2.4.Mtodos probabilsticos .................................................................................. 95 7.3.2.5.Resultados prticos ........................................................................................ 95 7.3.3.Dimensionamento prtico de drenos verticais .................................................... 95 7.3.4.Experimentao em verdadeira grandeza .......................................................... 95 7.3.5.Tipos e modos de execuo de drenos .............................................................. 95 7.4.Outros mtodos ..................................................................................................... 95 PARTE 3CONCEPTUALIZAO DE UM MODELO A UTILIZAR ...................................... 96 8.Mtodos de tratamento de solos considerados ............................................................. 96 9.Modelos de anlise a adopter ....................................................................................... 96 10.Calibrao dos modelos a aplicar.............................................................................. 96 PARTE 4ANLISE DO CASO DO TERMINALDE MATRIAS PRIMAS DA SIDERURGIA NACIONAL .......................................................................................................................... 97 11.Objectivos da obra .................................................................................................... 97 12.Caracterizao da situao de referncia ................................................................. 97 13.Concepo da soluo. Mtodos aplicados. ............................................................. 97 14.Execuo e observao do aterro experimental ........................................................ 97 15.Comportamento do terrapleno ................................................................................... 97 PARTE 5 CONSIDERAES FINAIS ................................................................................. 98 16.Concluses ............................................................................................................... 98 Bibliografia ........................................................................................................................... 99 iii ndice de Figuras Figura1Comparaodaprevisoeobservaodaspressesintersticiaisdagua(segundo (Tavenas, et al., 1980)) ........................................................................................................................... 5 Figura2Anliseconvencionalunidimensionalpara0calculodosassentamentos:a)erros cometidos; b) importncia relativa dos assentamentos imediatos (segundo da consolidaco,1968) .... 6 Figura 3 Ensaio edomtrico esquemtico. Notao e terminologia................................................... 10 Figura 4 - Curvas tempo assentamentos para aterros em argilas moles: A) altura do aterro 0.30m; B) altura do aterro 6.0m, segundo Olson e Ladd, (1979). ......................................................................... 13 Figura5-EsquematizaodomtododeBjerrumparaclculodosassentamentosprimrioe secundrio segundo BJERRUM (1973). ............................................................................................... 14 Figura6Clculocomparativo,usandoateoriadeTerzaghieomtodoCONMULT,de:a) assentamento total; b) tenses verticais na base do provete (segundo LEROUEIL e TAVENAS, 1981). ............................................................................................................................................................... 15 Figura7AssentamentosobservadosecalculadospelomtodoCONMULTsoboaterro experimental de St. Alban (segundo Leroueil e Tavenas, 1981). ......................................................... 16 Figura8Anlisegrficadeassentamentosbaseadanomodeloauto-regressivodeAsaoka:a) discretizao da curva de assentamentos; b) dados usados na construo de Asaoka; c) Diagrama da construo de Asaoka (segundo ASAOKA e MATSUO, 1980). ........................................................... 19 Figura 9 Resultados tpicos da anlise de Asaoka no caso de carregamento em duas fases de um estrato compressvel do solo, com consolidao secundria (segundo ASAOKA e MATSUO, 1980). 20 Quadro 1 Resumo das equaes da consolidao bsicas, para as teorias de Terzaghi-Rendulic e de Biot. .................................................................................................................................................. 22 Figura 10 Comparao dos resultados das teorias de Terzaghi-Rendulic, e de Biot: a) evoluo do excesso de tenso intersticial; b) evoluo da tenso octadrica efectiva (segundo VIGIANI, 1970). 23 Figura 11 Exemplo elementardo mtodo do caminho das tenses. K1 representa a envolvente de rotura. .................................................................................................................................................... 25 Figura 12 Coeficiente de assentamento de Skempton-Bjerrum, em funo do coeficiente de presso neutra, para sapatas contnuas e circulares (segundo SCOTT, 1963)................................................. 27 Figura 13 Exemplo de aplicao da teoria do estado crtico. Caminho de tenses efectivas possvel pelo carregamento com um aterro. ....................................................................................................... 29 Figura14Limitesdeaplicacao00svariostwosdetratamentoemfuncaodagranulometriados solos (segundo Mitchell 1981)............................................................................................................... 34 iv Figura15Execuodeumaestacadecalpelomtodosueco:a)Execuodaestaca;b)Estaca pronta; c) Misturador. ............................................................................................................................ 36 Figura 16 Esquema do clculo de assentamentos, para cargas elevadas, no caso de estacas de cal (segundo BROMS, 1985). ..................................................................................................................... 37 Figura17Esquemadoclculodosassentamentosemsolostratadoscomestacasdecal,para cargas reduzidas (segundo BROMS, 1985). ........................................................................................ 38 Figura 18 Condutividade trmica do solo (segundo Mitchell, 1981, adaptado de Kersten, 1949). ... 41 Figura19Esquemaparatratamentotrmicoemprofundidade(segundoLitvinov,1960,citadopor Mitchell, 1981). ...................................................................................................................................... 42 Figura 20 Efeito da heterogeneidade dos estratos geolgicos na forma da zona congelada (segundo Schuster, 1972). .................................................................................................................................... 43 Figura 21 Curvas de fluncia para uma argila siltosa orgnica (segundo Sanger e Sayles, 1979). . 45 Figura 22 Mtodos correntes de congelao de solos (segundo Schuster, 1972). ........................... 46 Figura23-Limitesdeaplicacaodevariostiposdecaldaemfunodagranolometriadossolose propriedades dos solos tratados (segundo mighell,i981) ..................................................................... 47 Figura 24 Tipos de injeces ............................................................................................................. 48 Figura 25Tipos de malhas de distribuio de estacas: a)malha hexagonal; b)malha triangular;c) malha quadrada(segundo Cristvo, 1985). ....................................................................................... 52 Figura 26 Tipos de rotura de estacas de brita(segundo Bergado et al,, 1984). .............................. 53 Figura27Curvastensesdeformaesradiais,determinadacombaseemensaios pressiomtricos (adaptado deBergado et al., 1984). .......................................................................... 53 Figura28a)Deslocamentovertical,emprofundidade;b)Deslocamentoradialdopermetroda estaca/raio inicial da estaca, com a profundidade (segundo Hughes e Withers, 1974). ...................... 54 Figura29Comparaodatensomxima,numaestacadebrita,emfunodongulodeatrito interno(segundo Cristvo, 1985). ...................................................................................................... 56 Figura 30Curvas cargaassentamento para vriasestacas de brita,e paraosolo sem tratamento (segundoBergado et al., 1984). ........................................................................................................... 58 Figura31Comparaodosfactoresdemelhoramentodosolodeacordocomvriosautores(segundo Cristvo, 1985). ................................................................................................................... 58 Figura 32 Factor de reduo das deformaes em regime elstico (segundoGoughnour, 1983). . 61 Figura 33Factorde reduo das deformaes em regime plstico: a)estaca=45, Ko=0.4 e 0.5; b) estaca = 40, Ko = 0.4 e 0.5 (segundoGoughnour, 1983). ................................................................... 61 Figura 34 Curvas de tenso deformao para sapatas em solo virgem, e sobre grupos de estacas verticais ou inclinadas com base de areia ou tout-venant (segundo Plumelle, 1984). ......................... 63 v Figura 35 Esquema conceptual da instalao dos pares de micro estacas e nodo de funcionamento dessas micro estacas(segundo Pitt e Rhodes, 1984). ........................................................................ 64 Figura 36 Execuo de pregagens estabilizando um talude de escavao(segundo Stocker et al., 1979). .................................................................................................................................................... 65 Figura 37 Mecanismos de rotura possveis num muro de escavao pregado(segundo Stocker et al., 1979). ............................................................................................................................................... 66 Figura 38 Esquema de clculo de estabilidade de um muro de suporte pregado(segundo Stocker et al., 1979). ........................................................................................................................................... 66 Figura 39 bacos de pr dimensionamento de pregagens (segundo Bangratz e Gigan, 1984). .... 69 Figura 40 Relao entre o peso e a alyura da queda, na compactao dinmica (segundo Mayne et al., 1984). ........................................................................................................................................... 72 Figura41Representaodocomportamentodosolo:a)quandosobaaplicaodeumacarga esttica;b)quandosobaacodecargarepetidanaconsolidaodinmica.(segundoMnarde Boise, 1975). ......................................................................................................................................... 75 Figura42Dissipaodastensesintersticiais.ExemplodeBotlek(segundoMnardeBoise, 1975). .................................................................................................................................................... 75 Figura43Relaoentreaprofundidadeaparentemximadeinflunciaeaenergiaporpancada (segundo Mayne et al., 1984). ............................................................................................................... 76 Figura44Esquemadebacodedimensionamentodecompactaodinmicaparaespessura constante da camada a tratar (segundo Jesseberger e Beine, 1981). ............................................... 77 Figura 45 Velocidade das partculas em funo de um factor de energia (segundo Mitchell, 1981). ............................................................................................................................................................... 79 Figura 46 Tratamento por electro-osmose sobre a argila mole de AS: ............................................. 84 a)variaes do teor em gua ................................................................................................................. 84 b) variao da coeso no drenada ...................................................................................................... 84 (segundo Bjerrum et al, 1967). .............................................................................................................. 84 Figura47melhoriadacoesonodrenadaCudeumaargilaremoldadatratadaporelectro-osmose: ................................................................................................................................................. 85 a) electro-drenagem;b) electro-injeco de silicato de sdio (35%);c) electro-injeco de cloreto de amnia (10%);(segundo Caron, 1971). ............................................................................................. 85 Figura 48 Tipos de prcarga: a) Construo com sobrecarga; b) Construo por fases. ................. 86 Figura 49 Mtodo de pr carga por vcuo: a) Processo de Kjellman (1952); b) Processo do poo.88 Figura50Compensaodoassentamentodevidoconsolidaoprimrianumaaplicaode sobrecarga. ............................................................................................................................................ 91 vi Figura51Clculodograudeconsolidaosobasobrecarganecessriaparacompensaro assentamento da consolidao primria sob a carga de servio (segundo PILOT, 1977). ................. 92 Figura52Distribuiodastensesintersticiaisdaguaapsaremoodasobrecarga,parao momento t=t1 (segundo MITCHELL, 1981). .......................................................................................... 93 1 1.Introduo 2 PARTE 1 COMPORTAMENTO DOS SOLOS MOLES A noo de "solo mole" no tem, at ao momento, uma definio quantitativa precisa. De um pontodevistaqualitativo,podemosdizerquesolosmolesseroaquelesemque qualquer construo-aterro,edifcioououtro-,mesmotransmitindocargasreduzidasaosolode fundao,podeprovocarroturasouassentamentosimportantes,sendonecessriotomar em conta estes factos a nvel de projecto. Apesarde,ataomomento,nohaverumadefinioquantitativaprecisa,hvrias caractersticas geralmentereconhecidas aos solos moles. Assim, os solos molesso solos deformaomuitorecente,deorigemsedimentaremmeioaquoso,(porviamecnicaou qumica)constitudosessencialmenteporpartculasfinas,classificando-se,dopontode vistagranulomtrico,emargilas,argilassiltosasounoextremo,siltesargilosos;asua formao recente leva as que sejam solos normalmente consolidados, ou ligeiramente sobre consolidados,eventualmenteaindasubconsolidados,excepodacrostasuperficial, onde os ciclos de molhagem e secagem provocaram geralmente uma camada apresentando fortesobreconsolidao;sosolosapresentandoelevadograudosaturao,baixoindice de consistncia (Ic< 0.5, podendo eventualmente apresentar valores negativos); apresentam elevada deformabilidade, e baixa permeabilidade. Estaltimacaracterstica,elevadadeformabilidadeassociadaabaixapermeabilidade,faz com que os grandes assentamentos que se verificam neste tipo de solos se processem em geral ao longo de espaos de tempo bastante dilatados, corn os inevitveis inconvenientes para a construo e explorao de obras de engenharia civil. Por ltimo, outra das importantes caractersticas apresentadas por este tipo de solos a sua baixaresistnciaaocorte,comosinevitveisproblemasdeestabilidadedasobrasa construir.Noentanto,quantoaestacaracterstica,aescola"ocidental"aaescolarussa diferemnoslimitesconsiderados.Assim,paraaescolarussa,solomolesertodoaquele queapresentarumapelomenosdasseguintescaractersticas((Evgeniev,etal.,1976)e (Abelev, 1977)): 1)Resistncia ao corte determinada por ensaio de molinete "in situ" menor que 75 KPa;2)Deformao sob uma carga de 250 KPa superior a 50 mm/m.3 A escola "ocidental" define, do ponto de vista de resistncia ao corte sem drenagem o limite de25KPa(CORREIA,R.P.,1982,FLODIN,N.eBROMS,B,1981).Deacordocomesta definiopodemossub dividirestessolos, quantoaconsistncia,emmolesamuitomoles (LNEC 1968 a, b). Aparticularidadedagnesedossolosmolesreflecte-senasualocalizao.Assim, podemosestarconfrontadoscomfundaesemsolosmolesempraticamentequalquer regio, junto a rios, pntanos, lagos, plancies aluvionares, junto linha da costa de mares existentes, ou nas zonas at recentemente ocupadas por mares. Como se disse atrs, os problemas postos pelos solos moles, quando servem de fundao a obras de engenharia, so essencialmentededois tipos:-assentamentos excessivos-capacidade de carga insuficiente.Verifica-seumoutroproblema,nasquepoderemosconsiderarrelacionadocomoprimeiro dos problemas referidos: as deformaes no tempo darem-se em prazos demasiado longos. Adificuldadedetratarestesproblemasdeve-seessencialmenteaomodelode comportamento das argilas demasiado simplista, que serve de base ao projecto de aterros e outrasfundaes,nestetipodesolo.Estemodelo,apresentadoinicialmentepor SKEMPTON(1948)consideraduasfasesdecomportamentodistintas,paraasargilas moles. Na primeira fase, correspondente a fase de construo da obra, devido rapidez de colocaodascargas,emconjunocomapermeabilidadereduzidadasargilas,teremos uma resposta no drenada do solo. Na segunda fase,aps a construo, desenvolve-se a consolidaodacamadaargilosa,associadavariaodastensesintersticiaisdagua, tenses efectivas, deformaes, e resistncia disponvel. Poderemosdizerqueaaceitaodestadualidadedaanlise-anlise"nodrenada"e anlise"drenada"-foifacilitadapelofactodeocomportamentonodrenadoedrenado corresponderem a tipos de ensaios laboratoriais ou "in situ" especficos: ensaio triaxial no drenado ou ensaio molinete (Vane test) no primeiro caso, e ensaio triaxial drenado e ensaio edomtrico no segundo caso. Ainda teremos que considerar a facilidade de usar a teoria da elasticidadeparaanlisedastensesedeformaes,nocasodocomportamento"no drenado",com=0.5,eadeformaolateralnula,comorepresentadonoensaio edomtrico, para a anlise da consolidao. 4 2.Resistncia e deformabilidade 3.Fundaes em solos moles 3.1. Assentamento de solos moles Nestadissertao,apreocupaodominanterelativasfundaesemsolosmoles,de aterros,talcomoreferidonoCaptulo1.Vaiportantoserdadaespecialnfaseaos problemas relacionados com este tipo de obra. Talcomoreferimosacima,aquestodasdeformaesdafundaoumaquestode particularrelevncianaanlisedeaterrosemargilasmoles.Distinguem-se,no assentamentoglobaldeumaestrutura,trscomponentes:oassentamentoimediato, tambmchamadoinicialounodrenado,e que,deacordocomosprincpiosclssicosda resposta"nodrenada",umadeformaoavolumeconstanteprovocadapelatensode cortesobareacarregada;oassentamentoprovocadopelaconsolidao,tambm designadaporconsolidaoprimria,provocadapeladrenagemdaguadosolo,como consequncia do gradients hidraulico do excesso de presso intersticial da gua provocado pelocarregamento;eoassentamentodevidoconsolidaosecundria,tambm designado por consolidao secular, que se d, na sua quase totalidade, aps a dissipao das tenses neutras, a tenso efectiva constante. 5 Figura 1 Comparao da previso e observao das presses intersticiais da gua (segundo (Tavenas, et al., 1980)) 0assentamentoimediatod-se,comofoireferido,comumcomportamentonodrenado, istosegundoaanliseclssica.Noentanto,LEROUEIL(1978)e(Tavenas,etal.,1980) mostraramquelogonoinciodaconstruo,edevidoaofactodeasargilasmoles apresentaremusualmentesobreconsolidao,arespostainicialdessessolosuma consolidao primria, de modo a que a argila se tome normalmente consolidada durante a construo.Sentoqueestessolosapresentamumcomportamentonodrenado. (Tavenas, et al., 1980)pensam que este facto poder justificar a sobre estimao do valor das tenses intersticiais da gua, usualmente verificada (Veja-se Figura 1). Quantoaos assentamentosporconsolidaoprimria,eporconsolidaosecundria,no hunanimidadequanto aomododeasseparar.Apraticacorrente consisteem considerar queaconsolidaosecundriaseiniciaunicamenteapsaconclusodaconsolidao primria. Comolgico,aanlisebioutridimensionaldofenmenodaconsolidaoseruma aproximaomaiscorrectadoqueaconsideraodofenmenocomounidimensional.No entanto,adificuldadedeclculo,bemcomoafaltademodelosdecomportamentobiou 6 tridimensionais levaram a que, durante largos anos, se estabelecesse o uso generalizado da teoria da consolidao unidimensional de Terzaghi. No entanto, o aparecimento de meios de clculomaispotentes,facilitouaintroduodarespostabietridimensionaisnosclculos. No entanto, e considerando as incertezas na caracterizao correcta dos solos de fundao muitas vezes ocorrente, a sofisticao do clculo tem reduzido interesse prtico. Figura 2 Anlise convencional unidimensional para 0 calculo dos assentamentos:a) erros cometidos; b) importncia relativa dos assentamentos imediatos (segundo da consolidaco,1968) Alis, DAVIES e POULOS (1968), considerando uma sapata circular a superfcie de um solo defundaocomduascamadas,demonstraramqueoserrosdautilizaodeteorias unidimensionaisaumentamrapidamentecomaespessuradoestratocompressvel,mas unicamente para coeficientes de Poisson, com drenagem, >0.3 (Figura 2a); demonstraram aindaqueapercentagemdoassentamentoimediato,relativamenteao assentamentototal, aumenta com a espessura do estrato compressvel, e com o aumento de (Figura 2b). Noentanto,podemosdizerqueamaiorinflunciadaconsideraodesoluesbiou tridimensionaisverifica-senataxadeconsolidao,devidoconsideraodadrenagem lateral. Atmuitorecentemente,isto,ataodesenvolvimentoeaplicaogeneralizada geotecniadoMtododosElementosFinitos,procedia-seanlisedosassentamentosem duas fases:-em primeiro lugar procedia-se determinao do aumento de tenso provocado no estrato compressvel pela aplicao da carga; 7 -seguidamenteprocedia-seaoclculodosassentamentosprovocadosporesse incrementodatenso,aplicandoumarelaotenses-deformaesconveniente (por exemplo, a lei deduzida do. ensaio edomtrico).Alis,estecontinuaaseroprocessomaisvulgarmenteusadoparaoclculode assentamentos.OMtododosElementosFinitos,permitindoanalisarodesenvolvimento dastensesedasdeformaesemqualquerpontodeumsoloquandocarregado, permitindoaindaconsiderarqualquergeometria,condiesdecarregamento,e propriedadesdomaterialcomplexas,umutensliovaliosssimoparaoengenheiro.No entanto,asuaaplicabilidadeestgrandementelimitada,presentemente,pordois condicionalismos:1.ParaaplicaodoFEMnecessrioconheceroestadodetensonosolo, anteriormente a ser carregado;2.AutilidadeeaplicabilidadedoFEMsobastantereduzidaspela faltadeum modelo do comportamento do solo suficientemente correcto.Isto,os mtodosactualmentedisponveis,eessencialmenteo"dogma"emque todosse baseiam - a dualidade de comportamento no drenado durante o carregamento, e drenado a longoprazo-apresentadeficinciasgraves,podendo-sedizerquoosbonsresultadosque alguns desses mtodos fornecem se devem a sries de erros que se compensam entre si ( (Tavenas,etal.,1980),LEROUEILeTAVENAS,1981).Assim,pode-seserlevadoa considerar o Mtodo dos Elementos Finitos, no estado actual de conhecimentos, coma uma ferramentamuitotilnainvestigaoessencialmentenaaplicaoeverificaodenovas modelos reolgicos pare comportamento dos solos moles, mas de reduzido interesse para o engenheiro na anlise dos casos correntes que tem que resolver. 3.1.1.Assentamentos imediatos Numcarregamentorpidodosolo,osassentamentosimediatossocalculadoscomuma teoria elstica linear. No entanto, no carregamento de um solo, em fase no drenada, pode-sedarincioacednciaslocais(escoamentoplsticocontido),desdequeastensesde corte nesses pontos sejam relativamente elevadas quando comparadas com as resistncias aocortenosmesmospontos.Oraoproblemadaaplicaodateoriaelsticalinearao clculo dos assentamentos imediatos reside no facto de, aps o incio de cedncias locais, 8 noserpossvelcalcularasredistribuiesdetensesedeformaes.D'Appolonia(1971) desenvolveu,paresapatas,apartirdeumaanliseporelementosfinitos,ummtodo simplificado para ter em conta esse fenmeno (Veja-se, por exemplo, (Balasubramanian, et al., 1981)). Para o caso de aterros, em que a espessura do estrato compressvel seja inferior a metade dalarguradoaterro,osdadosexistenteslevamaconsiderarqueoinciodecedncias locaissedquandoacargaaplicadaultrapasse50%dacargaderoturadosolo.Por exemplo,TAVENASet al(1974)observaram noaterroexperimentalde St.Alban, .Quebec, queosassentamentosdeixaramdeobedeceraocomportamentoelsticolinearquandoo nveldetenseslocaisultrapassam60%detensoderoturanomesmoponto,oquo corresponde a uma altura do aterro experimental (logo de carga aplicada) de 50% da altura em que se verificou a rotura do aterro. No entanto, posteriormente este autor considerou que ocomportamentodossolos,quandocarregado,nosegueimediatamenteum comportamento no drenado, desde que as argilas moles sejam sobre consolidadas, - como alissucedecomagrandemaioriadessessolos-masanteshaveriaumcomportamento drenado,devidoapassagemdaargiladesobreconsolidadaanormalmenteconsolidada, passando ento a comportar-se como uma argila normalmente consolidada "desestruturada" (Veja-se (Tavenas, et al., 1980), LEROUEIL et al 1979, LEROUEIL e TAVENAS 1981). 3.1.2.Teoria da consolidao unidimensional ApesardehaverindciosdequejnosprimrdiosdaHistriaohomemsedebatiacomo problemadosassentamentosaolongodotempodossolosargilososmoles,quando carregados, s em 1923 foi apresentada por TERZAGHI (1923a, 1923b) uma formulao de umateoriacoerentedofenmenodaconsolidao.Paraoxitodestateoria,quehoje correntementeaplicada,apesardereconhecidamenteincorrecta,teveimportncia fundamentalaenunciaoporTERZAGHIdoprincpiodastensesefectivas.Como conhecido, foiestadatageralmente reconhecidacomoadoinciodaMecnicadosSolos, como disciplina autnoma e teoricamente suportada. Ashiptesessimplificativasemquesebaseiaateoriaunidimensionaldeconsolidaode TERZAGHI so, resumidamente (TAVENAS, 1979; (Seco e Pinto, 1983)). -saturao total do meio; 9 -incompressibilidade das partculas slidas, e da gua; -fluxo unidimensional; -validade da lei de DARCY; -coeficiente de permeabilidade independente do ndice de vazios; -linearidade das relaes tenses - deformaes do material; -inexistncia da fluncia do esqueleto slido; -hipteses dos pequenos deslocamentos (linearidade geomtrica). ApsTERZAGHI,vriosautorestmapresentadoteoriasdaconsolidao unidimensionais,actuandosobrealgumaoualgumasdashiptesessimplificativasatrs referidas.Narealidade,podem-seconsiderarcomoextenses,ouadaptaes,dateoria bsica de TERZAGHI. A formulao matemtica baseada na teoria da consolidao de TERZAGHI, para o clculo dos assentamentos, relativamente simples, e poder ser expressa por: Paraconsiderarosignificadodestafrmula,comecemosporreferirque,paraoestudoda deformao unidimensional o assentamento imediato, i nulo. Assim, na expresso (1), T representaoassentamentototal,haespessurainicialdoestrato,voincrementoda tenso efectiva vertical no centro do estrato devida a carga aplicada,ed o assentamento medido no ensaio edomtrico, e mvo coeficiente de compressibilidade volumtrica, definido por: Nesta equao,v a deformao vertical, provocada pelo acrscimo de tensov. eo

o ndice de vazios inicial, e e a variao do ndice de vazios. Generalizando esta expresso para o calculo de assentamentos, ao caso do carregamento deumaargilasobreconsolidada,ondeteremosportantorecompressoataoestadode normalmente consolidada, e enunciando-a em termos de ndices de compressibilidade e de recompressibilidade, Cc e Cr, respectivamente, poderemos escrever: 10 ondevo a tenso efectiva vertical inicial, vf a tenso vertical final, vp a tenso de preconsolidao,eepeondicedevazioscorrespondenteintersecodalinhade recompressoedelinhavirgem.Estaterminologia,bemcomoosignificadodossmbolos usados,estoesquematizadosnaFigura3,representandoesquematicamenteumensaio edomtrico. Figura 3 Ensaio edomtrico esquemtico. Notao e terminologia. Estemtodo"convencional"declculodosassentamentosfoidesenvolvidoporBUISMAN (1936)eporKOPPEJAN(1948),parapermitiranalisaraconsolidaosecundriaou secular.BUISMANestabeleceuqueassentamentodeumestratooriginadopelofenmeno da consolidao secundria varia linearmente com o logaritmo do tempo, e independente daespessuraedoestrato;KOPPEJANestabeleceuqueoassentamentorelativouma funo linear do logaritmo de carga aplicada. Considerando o fimda consolidao primria comoinciodostemposparaaconsolidaosecundria,econsiderandoumsolo normalmenteconsolidado,podemosescreverparaexprimirosassentamentosprovocados pela consolidao secundria: C1 e C2 so coeficientes a determinar a partir de ensaios edomtricos de longa durao. ts otempoparaoqualseestacalcularoassentamento.Paraaterrosemsolosmoles, 11 MAGNANetal(1979)propemquesefaaacomparaodeexpressoacimacoma expresso de TERZAGHI, de modo a que se teme. Aescolaamericanapropeumasoluomaissimples,paraaanlisedoassentamento devido a consolidao secundria: C o coeficiente da compresso secundria, definido pela variao do ndice de vazios por variao unitria do logaritmo dos tempos, aps o fim da consolidao secundria. Como j referimos,umaquestoimportante,noresolvidaataopresente,adeterminaode quandoseiniciarealmenteaconsolidaosecundria:seapsaconclusoda consolidao primria, se ainda durante o desenvolvimento desta. Consideremos agora a teoria de consolidao de TERZAGHI, que serve de base ao mtodo "convencional"parac4lculodeassentamentosdeestratosargilososmolesacima apresentado.Jindicmos,demodosumrio,ashiptesessimplificativasnasquaisse baseiaestateoriadeconsolidao.AderivaodaequaodeconsolidaodeTERZAGHIpodeserfeitapelacombinaodaequaodacontinuidadeparao assentamentodeumfludo,comaleidastensesdeformaesdoesqueletoslido, considerando constante a tenso total (para esta derivao, veja-se (Lambe, et al., 1969)). A equao de consolidao de TERZAGHI pode-se escrever na forma: ondeueoexcessodetensoneutra,hacoordenadaespecialcomorigemnotopoda camada compressvel, t o tempo, e Cv o coeficiente de consolidao. Matematicamente,asoluodestaequaopodeserescritacomoumasriedeFourier (Veja-se (Balasubramanian, et al., 1981)): Hocomprimentodadrenagem;Tvumfactordetempoadimensional,definidopor . Pode eventualmente, nas tabulaes e grficospara soluo da equao de TERZAGHI, ter outras definies. Nesta teoria, o grau de consolidao Us idntico ao grau de dissipao das tenses intersticiais da gua, Up. dado por: 12 Ondec,oassentamentofinaldevidoaconsolidao,ec(t)oassentamentono instante t. As vrias solues disponveis destas equaes so em geral dadas em forma de grfico de Us ou Up em funo de Tv. A partir desses grficos, o assentamento em qualquer instante t pode ser obtido atravs de. Como j referimos atrs, foram apresentadas, desde a apresentao por TEPZAGHT da sua teoria de consolidao, vrias teorias de consolidao unidimensional, que na realidade so simplesextensesdeteoriaprimitivadeTERZAGHI.Essasteoriasbaseiam-senas hiptesesquesuportamateoriadeTERZAGHT,comalgumasalteraes.Assim,temos teoriasemquesefazentrarocarregamentodependentedotempo,enoinstantneo.( (Schiffman, 1958) eOLSON 1977, por exemplo). Outrosautores,considerandoaleidatenso-deformaolinearcomonorealista (TERZAGHItinhausadoaexpresso,introduziramna formulaodateoriadeconsolidaoleisnolinearesdetenso-deformao.(Gibson, 1967),(Mesri,etal.,1974),porexemploexprimiramondicedevazioscomofunodo logaritmo da tenso efectiva. No entanto, s possvel integrar esta formulao na soluo, por meio de mtodos numricos. Outros autores ( (Poskitt, 1969) (Mesri, et al., 1974)) apresentaram solues considerando a variabilidadedapermeabilidadeedacompressibilidade.(Olson,etal.,1979)consideraram um coeficiente deconsolidao varivel. (Hansbo, 1960) considerou uma variao no linear do escoamento da gua intersticial com ogradientedaforma,aplicando-aaoproblemadosdrenosdeareia.Alterando assimaleideDARCY,HANSBOverificouexperimentalmenteumamelhorconcordncia comosdadosdeobservaoemalgumasargilassuecas,comoexpoenten>1.Este comportamento poder-se-ia dever obstruo de canais de escoamento por partculas. Este facto foi observado por microfotografia electrnica(Hansbo, 1973). Como referimos atrs, na teoria de TERZAGHI uma das hipteses de base a assuno de queasdeformaessosuficientementepequenasparapoderemserconsideradas, matematicamente,comoinfinitesimais,queequivaleadizerqueocaminhodedrenagens permaneceinvarivelduranteodesenvolvimentodofenmeno.Recentemente,vrios autores abordaram o problema considerando uma deformao de consolidao finita e no infinitesimal.Temos,porexemplo,otrabalhodeMONTEeKRIDEK,1976,(Mesri,etal., 1974), etc.. 13 \ ' )2 Vriosautores,entreosquaisrecentementeSCHIFFMANeSTEIN(1970),tentaram generalizarateoriaclssicadeTERZAGHImodelizaodesistemasestratificadosdo solo.Noentantoestassoluessobastantecomplicadas,sendogeralmentepreferidas tcnicasnumricas.Outrosautores,entreosquais(Olson,etal.,1979)introduziram correces teoria clssica para incluir o efeito de submergncia dos terrenos. Figura 4 - Curvas tempo assentamentos para aterros em argilas moles: A) altura do aterro 0.30m; B) altura do aterro 6.0m, segundo Olson e Ladd, (1979). NaFigura4apresenta-seumexemplo,paraainfluenciadasubmergncianarelao tempo-assentamento numa camada de 6 metros de espessura de argila, provocada por dois aterros, de 0.3 m e 6 m de altura. A anlise apresentada, elaborada por (Olson, et al., 1979), utilizou um processo por diferenas finitas. Ainda dentro do caso das teorias unidimensionais que temos estado a apresentar, de modo muitoreduzido,temosqueconsideraraindaosmodelosde(Mesri,etal.,1974), GARLANGER(1972)eMAGNANetal(1979),que,relativamenteAteoriadeTERZAGHI, tm a particularidade numa relao tenses - deformaes dos solos mais desenvolvida, de modo a incluir o efeito do tempo, ou seja, demodoaconsiderarataxadedeformao, ae/df. Estas teorias, bastante avanadas, tm a vantagem de se basearem em parmetros dossolosfacilmenteobtidosapartirdoensaioedomtricotradicional.Tmtodoseles,no entanto, o inconveniente de necessitarem de tcnica de tratamento numrico para resoluo 14 dasequaesqueapresentam.Scomonota,umadasparticularidadesdomtodode GARLANGEReconsideraremsimultneoosefeitoscombinadosdasconsolidaes primria e secundria. Figura 5 - Esquematizao do mtodo de Bjerrum para clculo dos assentamentos primrio e secundrio segundo BJERRUM (1973). Os laboratrios de Ponts et Ghausses, em Franca, em cooperao com a Universit Laval, noQuebec,apresentaramummodelodeconsolidaounidimensionalmuitoelaborado (MAGNAN,1979a,1979b;TAVENASetal,1979),quemantm,dashiptesesiniciaisde TERZAGHI, Unicamente a deformao unidimensional. Este modelo pode considerar solos estratificados,variaesdee,Cvekcom,consolidaosecundria,situaesdeno saturaodosolo,ecompressibilidadedofluidointersticial.Omodeloobedeceleide tenses-deformaes-tempospropostaporBJERRUM(1967,1972,1973)e GARLANGER(1972),expressanaFigura5,excepodofactodeconsiderar equidistantes as linhas de tempo constante, de acordo com. 15 Figura 6 Clculo comparativo, usando a teoria de Terzaghi e o mtodo CONMULT, de: a) assentamento total; b) tenses verticais na base do provete (segundo LEROUEIL e TAVENAS, 1981). A permeabilidade, neste modelo, segue a lei de DARCY com coeficiente da permeabilidade vertical,kv,varivel,deacordo.Asoluodomodeloobtidaporclculo automtico,usandoomtododasdiferenasfinitas.Esteprogramatemadesignaode CONMULT(consolidationdesmulticouches).Estemodelotempermitidoumestudo sistemticodainflunciadevriosfactores,comoporexemplodasobreconsolidao,na evoluodedissipaodastensesintersticiais,adoassentamentocomotempo.Por exemplo, TAVENAS at al (1979) mostraram que a consolidao rpida junto s fronteiras de drenagemlevaformaodeumazona,menospermevel,queatrasaaconsolidao mdia, e modifica as iscronas; mostraram igualmente que Cv tem uma grande variao ao longodotempo,noprocessodeconsolidaodeumaargilanormalmenteconsolidada, provocandoumassentamentomuitomaislentodoqueaconsideraodecvconstante.A Figura6apresentaumexemplodeutilizao,numproveteemlaboratrio,domtodo CONMULT, comparado com a soluo de TERZAGHI. A Figura 7 apresenta a aplicao do CONMULT, em "back analyses", aos assentamentos do aterro D de St. Alban. 16 Figura 7 Assentamentos observados e calculados pelo mtodo CONMULT sob o aterro experimental de St. Alban (segundo Leroueil e Tavenas, 1981). ComosepodeverdaFigura7,humaexcelenteconcordnciaentreaprevisopelo CONMULT, e a observao da obra. A Figura 6 mostra-nos as diferenas ntidas, a nvel de distribuiodetenses,entreosresultadosdoCONMULT,eosdateoriadeTERZAGHI. LEROUEILeTAVENAS(1982)mostraram,comestaseoutrascomparac5es,queos resultados, por vezes aproximados, da teoria de TERZAGHI se devem a erros sistemticos que se compensam entre si. Outrasteoriasenvolvendoaviscosidadedoesqueletoslidosoasquefazemusode modelosreolgicos,istoe,fazemusodeanalogiasmecnicasdocomportamento constitutivoteolgicodomaterial"solo".Sobaseados,naassociaodeelementos simples, como por exemplo, dos corpos de HOOKE, NEWTON e SAINT-VENANT. De entre os inmeros modelos reolgicos que tem sido propostos para representar o comportamento viscosodoesqueletoslidodeumsolo,sofrendoumprocessounidimensionalde consolidao,poderemosreferenciarodeTAYLOR-MERCHANT(MERCHANT,1939, TAYLOReMERCHANT,1940),eomodelodeGIBSONeLO(1969),comoexemplosde modelosdeviscosidadelinear;odeBARDEN(1965,1968)eode WUetal(1966),como exemplos de modelos de viscosidade no linear. Porltimo,noquedizrespeitoaosmodelosunidimensionaisdetratamentodos assentamentos,vamosconsiderar,comparticularateno,ummtodorelativamente 17 recente,apresentadoporASAOKA(1978).Estemtodono,narealidade,ummtodo "previsional" pois ele vai-se servir assentamentos medidos em obra, em intervalos de tempo iguais.Permitedeterminaraamplitudefinaleavelocidadedosassentamentosdeuma camadadesolo,ebaseia-senaequaodiferencialparcialdaconsolidao,expressaem termos de deformao vertical volmica, tal como derivada por MIKASA (1963). onde cv e o coeficiente de consolidao, (t, z) a deformao vertical relativa, t o tempo e zaprofundidadeapartirdotopodacamadacompressvel.Estaequaopodeser aproximada pela equao diferencial da forma: bdts dadts dadtdsa snnn= + + + + +222 1 Nestaequao,srepresentaoassentamentodacamadacompressvel,eosaneobso coeficientes constantes, dependentes do coeficiente da consolidao cv e das condies de fronteira.Estesltimassosupostasconstantesduranteaconsolidao.Oprocessode ASAOKAbaseia-senaobservaoparadeterminarestesparmetrosaneb,pareapartir deles prever os assentamentos futuros. Paraocasoclssicodaconsolidaounidimensionaldeumacamadadesolodrenadade um nico lado, a Ultima equao toma a forma (MAGNAN a MIEUSSENS, 1980): 0125c HdtdsCHsv= + +Onde o designa a deformao relativa final no topo da camada compressvel de espessura H. ASAOKA,considerandodesprezveisostermosdeordemelevadadestaequao diferencial, tome como equao de consolidao unidimensional a equao aproximada de ordem n seguinte: bdts dadtdsa snnn= + + +1* Discretizando a relao s(t) em ordem ao tempo t : t j tjA = j=0,1,2,3,, t=constante ) (j jt s s=poderemos escrever a equao * sob a forma: 18 110 =+ =jnii js s | | ** queumaequaoderecorrnciadaordemn,comotratamentomatemticoclssicode um problema de valores aos limites. Quando suficiente uma aproximao da 1 ordem, as equaes* e ** reduzem-se a: bdtdsa s = +1*** e

1 1 0 + =j js s | |**** Considerando estas duas equaes, o coeficiente1 dado por: tHCatvA =A =211512ln |expresso que s vlida se11 A de notar que este assentamento corresponde teoricamente compresso secundria que se desenvolveria no mesmo tempo que levou a desenvolver-se a tenso de preconsolidao vc.BJERRUMapresentououtraexpresso,paraocasodatensoverticalaplicadano ultrapassar a tenso de preconsolidao: ) log ('' '11h Svov voocnieCsA =A +=+oo o

para( )' ' 'vo vc vo o o < A Figura 12 Coeficiente de assentamento de Skempton-Bjerrum, em funo do coeficiente de presso neutra, para sapatas contnuas e circulares (segundo SCOTT, 1963). De acordo com a teoria exposta por BJERRUM, e esquematizada na Figura 5, a tenso de preconsolidao 'vco ,paraumsolocarregadoduranteumperodosuficientementelongo, deveriadiminuircomotempo,eeventualmentedesapareceresseefeitode preconsolidao.LEONARDS(1972,1977),baseadoemensaioslaboratoriais,discorda totalmente desta teoria. 28 Relativamente a mtodos para a determinao dos assentamentos, temos ainda trs grande correntes: mtodos probabilsticos de determinao de assentamentos e mtodos baseados emensaios"insitu";destesmtodosocupar-nos-emoscommaispormenornoutros captulos deste trabalho, motivo pelo qual no os abordaremos aqui; e mtodos de previso deassentamentobaseadosnosmodelosdoestadocritico.Destes,oexemplomais conhecidoautilizado,apesardeessencialmentenainvestigao,ovulgarmente designado modelo Cam-Clay, da Universidade de Cambridge. Vamos agora tentar dar uma ideia genrica dos fundamentos deste mtodo. Ateoriadoestadocriticofoidesenvolvida,paraargilasnormalmenteconsolidadas,ou ligeiramentesobreconsolidadas,tratadascomomaterialisotrpico,elasto-plstico,com endurecimento, como uma teoria geral de tenses - deformaes. Supe que o solo possui uma "superfcie" de cedncia, bem como uma lei de escoamento satisfazendo a condio de normalidade. Esta teoria, bem como o modelo Cam-Clay foram apresentados por ROSCOE eSCHOFIELD(1963),tendosidoomodeloposteriormentemodificadocomumanova equao de dissipao de trabalho com o incremento de tenso, por ROSCOE e BURLAND (1968), sendo esta verso designada habitualmente por modelo Cam-Clay modificado. Este modelomodificadotemfornecidoprevisesdemelhorqualidadeparadeformaesem ensaios laboratoriais do que o modelo original. A superfcie de cedncia forma uma fronteira de estado de tenso tal que as deformaes, correspondentesacaminhosdetensototalmenteincludosdentrodessa fronteira,sode amplitudereduzida,erecuperveis.Osestadosdetensoqueatravessamumasuperfcie decednciairoprovocargrandesdeformaesplsticasirrecuperveis.Estemodelofoi verificado para argilas remoldadas, a para algumas argilas naturais. Aplicando este modelo a argilas, temos tambm uma redefinio dos conceitos de argila normalmente consolidada, e argila sobre consolidada. Assim, uma argila normalmente consolidada ser uma argila que se encontra numa situao de cedncia tal que um pequeno aumento de tenso provocar grandes deformaes irreversveis; uma argila sobre consolidada ser aquela que est num estado tal queaumentossignificativosdatensoprovocaro,at certolimite,deformaes pequenas, e quase totalmente recuperveis. Quantoformulaomatemticadomtodo,vamosseguir,dummodoresumido,a apresentao de ROSCOE e BURLAND (1968), para o modelo Cam-Clay modificado. A superfcie de cedncia, para simetria axial, 2 = 3, dada pela equao: ( )||.|

\|+ =2'' '1Mq qp poy 29 Nestaexpresso,p'oyaintersecodasuperfciedecednciacomalinhade consolidao isotrpica ( '3'2'1o o o = = ) no piano (p,q); p e q so definidas por: ( )'3'1'231o o + = p'3'1 3 1o o o o = = q M o quociente de tenses q/p' na rotura, e para uma argila normalmente consolidada, com coeso efectiva nula, est relacionada com o ngulo do atrito interno, em termos de tenses efectivas, pela expresso: '''sin 3sin 6u u=||.|

\|=fpqM de chamar ainda a ateno para o facto de p' oypoderserdeterminadolaboratorialmente atravsdeumensaiodeconsolidaotriaxial,isotrpico.AFigura13esquematizaas noes que esto a ser expostas. Oincrementodadeformaovolumtricatotal, v,resultantedeumincrementode tenso provocando cedncia, a soma de uma componente recupervel, e de uma componente de deformaopermanente.Acomponenterecupervel,provocadaporumincrementode tenso normal p',: ( )''1pp eKvrA+= A Figura 13 Exemplo de aplicao da teoria do estado crtico. Caminho de tenses efectivas possvel pelo carregamento com um aterro. 30 A componente irrecupervel dada por: '' '' 2'2'121 pp pqqqpqMpqeKvp(((((

A +||.|

\|A A|.|

\|++= A Consequentemente, o aumento da deformao volumtrica dado por: ( )(((((

A+||.|

\|A A|.|

\|++= A''''' 2'2'1211ppppqqqpqMpqKev Neste teoria, os parmetros e k so as inclinaes da linha de compresso isotrpica, e da linha de expanso, respectivamente. Normalmente, e para todos os problemas prticos, so considerados os seguintes valores para estes coeficientes: cC 434 . 0 = sC K 434 . 0 =ComCsrepresentandoondicedeexpansibilidadeobtidonoensaioedomtrico.Denotar que esta teoria, paraq/pconstante(compressounidimensional)conduzequaode TERZAGHI. Paraoincrementodadeformaodocorte,omodeloCam-Claypressupequetodaa deformao irreversvel, pc c A = A ,compostadeduascomponentes,uma representando a distoro plstica de corte devida a mudana da superfcie de cedncia a q consta4araumcaminhodetensesabaixodasuperfciedeestadolimite,easegunda devidapelocaminhodetensesnasuperfciedeestadolimite,quandoasuperfciede cednciamudada.Estasduascomponentespermitemescreveraexpressodo incremento da deformao de corte do seguinte modo: ( ) ( )'qqpvp pp c c c A + A = Aou ( )ppqppvppvdvdpqp q ddpA||.|

\|+ A||.|

\|= A'' 'c ccAprimeiracomponente,comosepodeverdasexpressesacima,independenteda variaodevolumeplstico,dependendounicamentedoquocientedetensesq/p'.A 31 segundacomponente,quosepodedescrevermatematicamentecombaseasleide escoamento: ( )( )2' 2'2'p q Mp qdvdpqp=|.|

\| c permite escrever a equao do seguinte modo: ( )( )( )( )( )'' '' 2' 2'2' 2'1 2 21'pp ppqqp q Mp qp q Mp qeKpqp(((

A +||.|

\|A A||.|

\|+||.|

\||.|

\|+= AcPara o caso especial da deformao plena, ROSCOE e BURLAND(1968) mostraram que os incrementos da deformao plstica podem ser aproximadamente expressos porv =vp, isto e, supondo K = 0 e logo vr=o BURLAND(1971)deuexemplosprticosdeaplicaodestemodeloaprevisodas pressesintersticiaissobaterros,deformaeshorizontaiseverticais,apartirdeensaios laboratoriais.Estateoriatambmpermitepreveroaumentoderesistnciadurantea consolidao. Convmreferirqueaexperienciaataomomentolevaaconsiderarcomo,nomnimo, problemtica a obteno de todos estes parmetros a partir de ensaios laboratoriais. ApsaapresentaoporROSCOEeSCHOFIELD(1963)domodeloCam-Clay,surgiram vrios desenvolvimentos do mtodo. OHTA e HATA (1973), por exemplo, apresentaram um mtodo semelhante, mas com possibilidade de considerar a anisotropia. Posteriormente foi-lhe includa a dilatncia por SEKIGUCHI e OHTA (1977). Para concluir esta seco, no se pode deixar de referir o mtodo dos elementos finitos. A basedestemtodoconsistenarepresentaodeumaestruturaoucorpo(nonossocaso, ummacioterroso),porumconjuntode"elementosfinitos",istoe,discretiza-seodomnio em estudo num conjunto de elementos que o preenchem totalmente, sem sobreposies. As intersecesdaslinhasqueseparamoselementossodesignadosporpontosnodais.As solues so obtidas em termos de deslocamentos, nesses pontos nodais, e em termos de tensesmdiasnoselementos.formuladaumamatrizderigidezparacadaelemento individual, usando uma relao tenses - deformaes que caracterize o material- solo no nosso caso. O agrupamento de todas as matrizes de rigidez de cada elemento d a matriz derigidezglobaldocorpoemestudo,comafronteiraespecificada.Estamatrizderigidez correlacionaosdeslocamentosnodaisaovectordecarga.Denotar,noentanto,queo mtododoselementosfinitosno,narealidade,ummtododeprevisoouanlisede 32 assentamentos,antesumaferramentadecalculoquepermiteresolveroproblemade resoluodomodeloadoptado-linearelstico,nolinear,etc.-equeintroduzidono processonadefiniodamatrizderigidezdecadaelemento.ummtododeclculo poderosssimo, mas na realidade no um modelo de comportamento, antes poder utilizar qualquermodelodecomportamento.Acercadaaplicaodestemtodoanlisede problemas em argila, veja-se CORREIA (1982) e SECO e PINTO (1983). 3.2. Consideraes finais Neste capitulo introduziu-se de modo geral o problema do comportamento de fundaes em solos moles, com especial nfase na abordagem das teorias de consolidao, e de previso dos assentamentos, por ser este assunto o tema principal desta dissertao. Pensamos ter deixado claro alguns pontos: -Asteoriasusualmenteaplicadaspeloengenheiro,naresoluodosproblemas concretos so em geral reconhecidamente errados; -Asteoriasmaiscorrectasactualmentedisponveisousodeelevadacomplexidade matemtica, dispondo-se de muito poucas solues concretas dessas teorias, e para casos muito simples, ou caracterizem-se por dificuldade de obteno dos parmetros cor -rectos, tanto laboratorialmente como "in situ". -0 mtodo dos elementos finitos a uma ferramenta poderosssima, e como tal cara de aplicao, sendo a sua aplicao prtica muito limitada, devido ao grau de incerteza existentehabitualmentenacaracterizaogeotcnicadossolosemestudo.Muitas vezes,essaincertezatiratodoosignificadoutilizaodemtodosdeclculo sofisticados. 33 PARTE 2 PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SOLOS MOLES Apesardenoserexclusivadotempopresente,autilizaodesolosdefundaocom caractersticas deficientes, quer do ponto de vista de deformabilidade, quer do ponto de vista de resistncia, sofreu um grande incremento nos ltimos decnios, devido essencialmente a doisfactores:porumlado,agrandeutilizaodesolosquesetemverificadolevouaque fossem ocupados, inicialmente, aqueles que apresentam melhores caractersticas; por outro lado,aespecificidadecadavezmaiordecertasactividadesdohomemimpema localizao das instalaes necessrias, cabendo engenharia criar as condies para que se possam executar, em segurana e economia, as estruturas necessrias. Comaocupaocrescentedesolosdemaqualidadegeotcnica,tornou-seimperiosaa necessidade de proceder a investigao e experimentao de mtodos de tratamento, que permitissem "dar" ao solo de fundao as caractersticas necessrias, e que ele no tinha. Surgiram assim os primeiros mtodos de tratamento de solos. Considerandoadivisotradicionaldossolosemsoloscoesivosesolosnocoesivos,podemosdizerquequalquerumdestestiposdesolosesusceptvelde necessitardetratamento.Comoelgico,atendendoadenominaogenricadesta dissertao, vamo-nos ocupar unicamente com o problema do tratamento de solos coesivos. Apesardesetentardar,nopresentecapitulo,umapanormicamuitogeralacercadas diversasteoriasdetratamentoesuas tcnicas, vamo-nosdebruarcomparticularateno nos mtodos que constituem o grupo que designamos por "acelerao da consolidao". De facto, no captulo 4 teremos oportunidade de analisar a aplicao concreta de alguns destes mtodos, bem como algumas das suas vantagens e limitaes. De um modo muito genrico, e com o fim de facilitar a exposio, agruparam-se os mtodos detratamentodossolosmolesem:injecodesolos,estabilizaodesolos,reforode solos,compactaoprofunda,aceleraodaconsolidaoeoutrosmtodos.Pensamos que,comestaesquematizao,seconsegueagrupar,demodocoerente,oconjuntode mtodos actualmente disponvel. Nafigura14apresenta-seumesquemadeaplicabilidadedosvriostiposdetratamentos aos diferentes tipos de solos. Convm salientar que vrios dos mtodos que sero abordados neste captulo ou no so osmaisadequadosaossoloscoesivos,ousotambmaplicveisasolosnocoesivos. 34 Optou-se,noentanto,portentarabordartodososmtodosdeaplicaopossvelasolos coesivos.Comodissemosacima,entrar-se-commaispormenornosmtodosde acelerao da consolidao. Figura 14 Limites de aplicacao 00s varios twos de tratamento em funcao da granulometria dos solos (segundo Mitchell 1981). 4.Estabilizao de solos 4.1. Estabilizao de solos por mistura de aditivos qumicos Dos muitos mtodos de estabilizao de solos, o use de misturas de vrios tipos com solo e omaisantigo,etambmomaisdivulgadoeutilizado.Osaditivosqumicos,dosquaisos maisusuaissoacaleocimento,tmsidousadosparamelhoraraspropriedadesdos solosportrocainicaereacesdecimentao,etmsidousadosnasestruturasde pavimentos rodovirios h vrios sculos. Sobre esta estabilizao de solo clssica, sobre a melhoria dos materiais grosseiros de base e sub-base de pavimentos, existe uma numerosa bibliografia, de entre a qual citaremos WINTERKORN (1975), MITCHELL (1976) e INGLES eMETCALF(1973).Sendoestaaplicaoclssicadaestabilizaodesolos 35 essencialmenteviradaparaotratamentodemateriaisnocoesivos,ehavendo,como referimos,numerosabibliografiasobreaaplicaodestesmtodos,nonosvamos debruarsobreeles.Noentanto,convmchamaraatenoparaofactode,nosltimos anos, se ter verificado uma tendncia para aplicao destes mtodos a outros tipos de obra. De notar, por exemplo, o use do solo-cimento, na de cada de 60, na execuo da proteco dostaludesdemontantedebarragensdeaterro(HOLTZeHANSEN;1976),eosestudos com vista execuo de barragens inteiramente em solo-cimento (ROBERTSON e BLIGHT, 1978). Os avanosverificadosduranteadcadade70,nousedemisturadesoloparaa melhoriadassuaspropriedades,incluiuessencialmenteainvestigaoeaaplicaode novos materiais, bem come a utilizao dos materiais clssicos com novas finalidades. Um doscasosmaisnotveis,equenopodiaseresquecido,odautilizaodacaledo cimento com o mtodo da mistura em profundidade (HOLM et al, 1981). Defacto,otratamentotradicionalsuperfcie,comcal,apesardebemconhecido,e regulamentadoinclusivamentepealgunsorganismos,limita-seaumacamadasuperficial de cerca de 30cm de espessura. Convm referir o processo de actuao da cal no reforo de solos. Assim, uma das aces da cal e provocar uma diminuio muito rpida do teor em agua das argilas, devido a rpida reaco de hidratao da cal, com formao de Ca(OH)2. Decrescetambmondicedeplasticidade,devidoentradanosolodeiesCa,ea floculaodaspartculasdeargila.Posteriormente,d-seaindaumareacolentacoma argila, de modo a que a estrutura desta e alterada com a formao de aluminatos e silicatos de clcio hidratados. Trabalhos recentes provaram que estas reaces, e essencialmente a ltima,estograndementedependentesdaimportnciadosmateriaisamorfospresentes (QUEIROZDECARVALH0,1981,BRANDL,1981).Istojustificaraagrandeeficinciado tratamentocomcalnosmateriaisdeelevadaplasticidade,devidoaseremestesque possuemmaioresquantidadesdeconstituintesamorfos(BRANDL,1981).O"nascimento" das estacas de cal deu-se na dcada de 60, nos EUA e na Alemanha, com a execuo de "estacas de 1m, superfcie do solo, atravs do enchimento com cal de furos de 100 mm de dimetro previamente abertos. Na Sucia foram introduzidas recentemente as estacas de cal propriamente ditas (BROMS e BOMAN, 1977, 1978), consistindo a tcnica na mistura "in situ" de cal viva, numa percentagem de cerca de 6%, com argilas moles existente no local, por meio de um trado, tal como representado na figura 15. As estacas de cal executadas por este processo possuem cerca de 50 vezes a resistncia do solo no tratado, ao fim de um ano. 33% da melhoria e obtida num mes, e 50% ao fim de dois meses. Outra caracterstica destasestacasdecalseremmaispermeveisqueoterrenonatural,comportando-se tambm, em consequncia desse facto, como dreno vertical (HOLM et al 1981). 36 No entanto TERASHI e TANAKA (1981) afirmam que a permeabilidade das estacas de cal e muitobaixa,nosepodendoportantoconsiderarasestacascomodreno.Alias,esta tambmaposiodeKAWASAKIetal(1981),masnoquerespeitaaestacascomsolo-cimento. Atendendoaqueoobjectiveprincipaldestadissertaoeaanlisedadeformaodos solos moles, e dos solos moles tratados, vamos tecer ainda algumas consideraes acerca das caractersticas de deformabilidade de solos moles, tratados com estacas de cal. Aobservaodasobrasexecutadaslavaaconcluirqueasestacasdecal,eosoloentreelas,sedeformamcomoumtodo.Istoobservou-se,mesmopara espaamentosdeestacasde20m.Aobservaotambmmostrouque,paraosoloeas estacas se deformarem como um todo, quando aumenta a profundidade das estacas, pode tambm aumentar o espaamento entre elas. BROMS (1985) chama a ateno para o facto deaductilidadedasestacasdecalserafectadapelatensodeconfinamento,logopelas caractersticas geotcnicas das argilas moles no tratadas entre estacas. De facto, segundo aquele autor, a argila misturada com a cal apresenta, para baixas tenses de confinamento, um comportamento frgil. Com tenses de confinamento moderadas e elevadas, as estacas decaltmcomportamentodctil,semreduodecapacidadedecarga,mesmopara grandesdeformaes.SegundoBROMS(1985),atensodeconfinamentousualmente existentea12mdeprofundidadegaranteumcomportamentodctildaestaca,estando portanto, em geral, o comportamento frgil restringido ao topo da estaca. Figura 15 Execuo de uma estaca de cal pelo mtodo sueco: a) Execuo da estaca; b) Estaca pronta; c) Misturador. 37 Consideram-se,habitualmente,doistiposdeclculopossveisparaaprevisodos assentamentosemestacasdecal.Paranveisdecargareduzidas,acargaaxialnas colunas depende da rigidez das colunas, comparativamente a rigidez do solo entre colunas. Normal manta a carga aplicada e suficiente para provocar a cedncia das colunas. Alias, o dimensionamento de um tratamento por estaca de cal ou seja, o seu nmero, espaamento edimetro,edeterminadonamajorpartedoscasos,pelosassentamentostotaise diferenciaisadmissveis.Excepcionalmente,podemserdimensionadasrotura.Assim,as estacas de cal podero ser consideradas como reduzindo o assentamento do solo a nveis compatveiscomaoperacionalidadedaestruturaaconstruir.Nocasedeacargasersu-ficienteparaprovocaracednciadasestacas,oinmerodeestacaspodesercalculada, segundo BROMS (1981), e de acordo com a Figura 16, pela expresso: cednciaestgQBL q WN.2=Onde Wg o peso da estrutura a fundar, q2 acargaqueosolosemtratamentopode suportar sem assentamento excessivo, ecednciaestQ. a tenso de cedncia da estaca de cal. Considera-se usualmente esta tenso de cedncia sensivelmente igual a 70% de tenso de rotura. Evidentemente, ser necessrio verificar se as deformaes axiais das estacas so suficientes para se verificar a fluncia do material. Figura 16 Esquema do clculo de assentamentos, para cargas elevadas, no caso de estacas de cal (segundo BROMS, 1985). Nocasodascargasseremrelativamentereduzidas,osassentamentos,bemcomoa distribuio das cargas dependero do mdulo de compresso do solo no estabilizado Msolo 38 =d/d,edomdulodomaterialdaestaca,Eest.MsoloeEestdeveroserdeterminados laboratorialmente em ensaios edomtricos. DeacordocomoesquemadecalculodaFigura17,oassentamentototalserasomade 1h A e 2h A, respectivamente o assentamento devido compressibilidade do conjunto solo e estacas,atumaprofundidadecorrespondenteaocomprimentodasestacas,e 2h A representa a contribuio da compressibilidade dos solos abaixo do extremo das estacas. O modotradicionaldeclculodedistribuiodastenses,conservativo,pressupequea totalidadedacargaetransmitidaaosolo,cotadaextremidadedasestacas.Nose considera,portanto,habitualmente,adistribuiodecargas,atessaprofundidade,por atritolateralcomosolocircundante.Considera-seaindaadegradaodacarga,abaixo daquela cota, segundo uma inclinao de 2/1 (veja-se Figura 17). Figura 17 Esquema do clculo dos assentamentos em solos tratados com estacas de cal, para cargas reduzidas (segundo BROMS, 1985). O assentamento 1h A pode ser calculado pela expresso: ( )solo estM a aEqh += A11 onde H o comprimento das estacas, e a a rea relativa das estacas ou seja, NAest +/BL. Aestaseccaorectadecadaumadasestacasdecal(emgeral0.2m2).0assentamento 2h Apodesercalculadopelosmetodostradicionaisdoclculodoassentamento,de fundaes directas. 39 BROMS(1982)refereque,nototal,foraminstalados,desde1977,cercade500.000mde estacasdecal,eessencialmenteemestradas,parqueamentos,reasdecarga,valas profundas,eparafundaodeconstruesligeiras.BROMS(1982)refereaindaquedois aterrosexperimentaisexecutadosnosmesmossolos,umsobreestacasdecal,eooutro sobreosolono tratado,indicaram queestetipodetratamento reduziuosassentamentos em 70%, tendo ainda acelerado a consolidao: os assentamentos verificaram-se nos dois primeiros meses. Este caso refora a indicao atrs enunciada de que as estacas de cal funcionariam como drenos verticais. Convmsalientarqueotipodetratamentoqueaquisedescreveuestacasdecaltem sidoaplicadocomigualsucessocomcimento.Emqualquerdoscasos,imperiosoqueo equipamento usado seja capaz de distribuir o aditivo uniformemente em toda a profundidade de desejada, e que garanta uma mistura homognea em toda a estaca. Alm da Noruega e Sucia(mtodosueco),estemtodotemsidoutilizadointensivamentenoJapo,Franca, URSS. (SOKOLOVIC et al, 1976, PILOT, 1977; BROMS e BOWMAN, 1979a, 1979b). Nosltimosanostemsurgidonovosaditivos,enovastcnicas,quecompletam,ou substituemcomvantagemosmtodosclssicosdeestabilizaodesolos(calecimento). Assim,edenotarquesecomeouaaplicarcomsucessoogessocombinadocomacal, especialmente em solos orgnicos. De notar: que alguns compostos orgnicos retardam ou mesmo impedem as reages da cal com o solo. Tambm pode ser prejudicial a presena de alguns sulfatos nos solos. SHERWOOD (1962) e INGLES e METCALF (1973) chamaram a ateno para o facto de os resultados iniciais poderem ser satisfatrios, mas com molhagem dar-se uma expanso com quebra da estrutura cimentada. Parece que o gesso evita este fen6meno (HOLM et al, 1983, KUJALA, 1983), tendo ainda a vantagemde,exceptonosprimeiros10dias,aceleraroganhoderesistnciadosolo tratado,dando-lheumamaiorresistnciafinal.SegundoHOLMetal,(1983),as percentagensideais,paraumtratamentoalongoprazo,sode75%decalpara25%de gesso.Paratratamentosprovisriosdever-se-usar50%decalpara50%degesso;esta misturadamaioraumentodasresistnciasnosprimeirosmeses,masapresentauma resistncia final cerca de 50% inferior mistura anterior. Como aditivos no tradicionais, h alguns novos produtos, essencialmente ainda em fase de investigaoeaplicaesexperimentais, que apresentam um grande potencial. Um destes "mtodos"odesignado"ferroclay"(INGLESeLIM,1980,1982).Esteprocessopretende "imitar"osprocessosnaturaisdeformaodasrochassedimentares,parexemplo,areias cimentadascomslica,laterites,etc.,atravsdousedeOxidodeferro,edoaquecimento 40 moderadodosolo.Emlinhasgerais,osoloaquecidoattemperatura20-30C, misturado com Oxido de ferro, e uma soluo de silicato de sdio, compactado por camadas demodomisturaocuparomximodevazios,e,emcercade4dias,otratamentoeste completo, com um material rijo e durvel. Um outro mtodo envolve uma mistura de gesso, calehidrxidodealumnio.Estemtodotemavantagemdepoderaproveitarestes materiais a partir de resduos de vrias naturezas. Obtm-se com este mtodo resistncias compressodaordemdos100KPa,aps8dias.Estemtodo,comafixaumagrande quantidadedegua,permitetratar,nasuaexecuo,guastxicasepoludas.Testesde lixiviaoefectuadossobresolostratadosemqueseusaramguascommetaispesados mostraramqueosmetaispesadosficavamligadosaestruturadecimentao,dando indicaesqueesteprocessopoderserusadoparaarmazenardemodosegurodetritos txicoscomomateriaisdeaterro.IdnticosestudosforamapresentadospelosJaponeses. (MATSUO e KAMON, 1981). 4.2. Estabilizao trmica de solos Outros mtodos de estabilizao de solos, usados unicamente em certos casos especficos, devido ao seu elevado custo, so os chamados mtodos de estabilizao trmica, tanto por aquecimento como por congelao. Deummodomuitogeral,pode-sedizerqueumaquecimentomoderadodosoloatuma temperaturadaordemdos100Cprovocaasecagemdosolo,eaumentodasua capacidaderesistente,desdequenosepermitanovamolhagem.Seseusarem temperaturasdaordemdos600Ca1000Cpodem-seobtermelhoriaspermanentesdas caractersticasdossolos,comoparexemplodiminuiodesensibilidadegua, compressibilidade e expansibilidade, e melhoria das propriedades resistentes. Se se usarem temperaturasmaiselevadasprovoca-seafusodaspartculas,podendo-severificaro fenmeno de vitrificao. Par outro lado, e no que diz respeito congelao do solo, sabe-se que um solo congelado muitomaisresistenteeimpermevel,peloqueacongelaodossolosporvezes utilizadaemobrasdetratamentotemporriodesolos,porexemplo,comoestabilizao temporriaparaexecuodeescavaesacuaberto,detneis,etc.(FOUGEOTe ROUAULT,1969,POTEVIN,1972).Emcasesespeciais,sobretudonasregiesrcticas, temsidousadocomomtododetratamentopermanente,porexemploparagarantira estabilidadedeestacas,emanutenodosolocongeladosobedifciosaquecidos.Para executar um tratamento trmico de um solo, necessrio executar uma anlise trmicado escoamentodocalor,bemcomodossistemasaadoptar,eumaanlisecuidadada resistncia e propriedades tenso-deformao-tempo do solo tratado. A anlise ter mica tem 41 queserfeita,parasepoderdeterminaraquecimentoourefrigeraonecessria,aszonas deinfluncia,tempode tratamentoedistribuiodatemperatura.Esta anliseefectuada demodosimilarpercolaoeconsolidao,mascomacondicionantequeo comportamento pode ser condicionado pela gua, atravs da sua temperatura de fuso e de vaporizao.Outrainflunciadeterminante,muitasvezes,apercolaodegua subterrnea na zona a tratar. Existem bastantes processos para analisar do ponto de vista trmico a propagao do calor) essencialmenteparaocasodacongelao(SANGER,1968,SCHUSTER,1972, TSYTOVICH,1975).Desdequeseestabeleaadiferenaentrecalorlatente"e"calorde vaporizao",equesetenhaematenoacomplicaoadicionalquerepresentao transporte na fase vapor de calor e gua, possvel aplicar os mesmos mtodos anlise do aquecimento de solos. A Figura 18 representa, para dois tipos de solos, a condutividade trmica, para os casos de solos congelados, e no congelados. Figura 18 Condutividade trmica do solo (segundo Mitchell, 1981, adaptado de Kersten, 1949). 42 Segundosedepreendedabibliografiaconsultadaamaiorpartedasaplicaesda estabilizaotrmicadesolos,poraquecimento,temsidorealizadanaEuropadeLestee na Unio Sovitica; foi utilizado para estabilizar solos colapsveis sob estruturas, estabilizar taludes (BELES e STNCULESCU, 1958), construir um ensoleiramento geral para fundao deedifcios,paraexecutarestacasvitrificadas"insitu",etc.Paraprovocaroaquecimento, tmsidousadostantosmtodosdecombusto,comomtodoselctricos.Recentemente, tmsidoinclusivamenteutilizadososraioslaserparaprovocarafusodosolo(ROMeal 1977,citadoporMITCHELL,1981).Amajorpartedasaplicaesbemsucedidasdo aquecimentodesolostemsidoemsolosparcialmentesaturados,degrofino,sendo vantajosaumacertapermeabilidadeaogs,afimdepermitirasadadevapordegua,e introduodecertoscomponentesestabilizadoresporvezesusados.Aescolasovitica consideraoaquecimentodesolostoeficaz,emaiseconmico,doquefundaesem estacasecaixes,emsoloslossicos,atprofundidadesdaordemdos12m.Agrande limitao na aplicao deste mtodo o custo da energia necessria. Figura 19 Esquema para tratamento trmico em profundidade (segundo Litvinov, 1960, citado por Mitchell, 1981). Na Figura 19 representa-se um mtodo de campo, desenvolvido por LITVINOV (1960) para a estabilizao de solo por aquecimento. Posteriormente, LITVINOV (1979) modificou o seu processo, de modo aque a cmara de queima seja descida ao longo do furo, afim de evitar perdasdecalor,acidentes,elimitaesdeprofundidade(veja-seMITCHELL,1981).Um sistema alternativo usa aquecedores elctricos. O mtodo de congelao pode ser um mtodo bastante til e verstil, em casos em que se necessita de estabilizao temporria do solo, ou em controlo temporrio da percolao. 43 necessrio,paraterxitocomumprojectodecongelaodosolo,terematenoos seguintesaspectos:posicionamentocorrectodoselementosdecongelao;padrode escoamentoequalidadedaguasubterrnea;movimentospotenciaisepressesdosolo, emconsequnciadacongelao;resistnciaalongotermo,epropriedadesdetenso-deformaodosolocongelado.NaFigura20representa-seumtipomuitocorrentede problema que pode surgir num processo de congelao do solo, devido a heterogeneidade doterreno.Outroproblema,quepodeocorreremsolosfinos,argilosos,debaixa permeabilidade,eavariaodevolume,considervel,devidoaoaumentodevolumeda gua ao congelar, ou ainda um assentamento importante devido consolidao provocada pelo degelo. Deste modo, necessrio ter em ateno estes problemas, em solos siltosos e argilosos, e analisar previamente a amplitude possvel dosmovimentos dos terrenos. Vrios autorespropuserammtodospareefectuaressaestimativa(SCHUSTER,1972;RADDe WOLFE, 1978; JONES e BROWN, 1978). Figura 20 Efeito da heterogeneidade dos estratos geolgicos na forma da zona congelada (segundo Schuster, 1972). Noqueserefereacapacidaderesistente,desalientarqueosolocongeladoapresenta elevadasperdasderesistnciaporfluncia.Assim,emensaiosrpidos,abaixas temperaturas,podeapresentarresistnciasat20MPa.Noentanto,podebaixarde resistncia,sobcargaaplicadalongamente,cercade10vezes.Almdisso,adirecode propagaodasondastrmicastemimportncianavariaodireccionaldaresistncia (KNUTSSON, 1981). 44 Adeformaodeumsolocongeladoeumadeformaovisco-plstica,sendoaltamente dependente da tenso e da temperatura. Na Figura 21 apresentam-se curvas tpicas de um solocongelado(argilasiltosa)segundoSANGEReSAYLES,1979.Aterceirafase representa, para a curva T = 0C, o incio da rotura. Napratica,aanalisedeestabilidadedemassasdesolocongelado,aprevisoda deformaoporflunciaeaanalisedapossibilidadederotura,umproblemacomplexo, no s devido a heterogeneidade das formaes, e a sua geometria irregular, como tambm devidoasvariaesdetemperaturaedastensesnamassadesolocongelado(veja-se SCHUSTER,1972,TSYTOVITCH,1975,SANGEReSAYLES,1979,TAKEGAWAetal., 1979). Naprtica,podemserutilizadosvriosmtodosparaprovocarcongelamentodosolo,tal comofoiapresentadoesquematicamenteporSCHUSTER,1972(veja-seFigura22).No entanto,edeummodoresumido,essesmtodosagrupam-seemdoisgrandesgrupos. Numprimeirogrupo,temossistemasderefrigeraousandonitrogniolquido,oudixido decarbonoslido,numsistemaaberto,ondeoelementoderefrigeraoeperdidoparaa atmosfera,depoisdeterabsorvidoenergia,eterpassadoaoestadodevapor.Estes sistemaspodemprovocaracongelaodosolodemodomuitorpido,algumashoras, sendonoentantodifcildecontrolaro seuresultado,esendoextremamentecaros.Assim, so usados geralmente como mtodo de recurso, para emergncias. O segundo grupo inclui osmtodosenvolvendoacirculaodeumfluidoderefrigerao,emcircuitofechado,e umainstalaoderefrigeraomecnicaconvencional.Estessistemasprovocama congelaodosolomaislentamente,dealgunsdiasatesemanas,massoosmais econmicos. O espaamento mais habitual entre os tubos de refrigerao e de 1 a 2 m. 45 Figura 21 Curvas de fluncia para uma argila siltosa orgnica (segundo Sanger e Sayles, 1979). Assim, e sintetizando o que acabamos de ver, os mtodos trmicos da estabilizao do solo apresentamperspectivasfrancamenteboas,etmtidoalgumaaplicao.Noentanto, convmsalientarqueomtododecongelao utilizadohabitualmentecomoummtodo deestabilizaotemporria,aopassoqueomtododoaquecimentoutilizadocomo tratamento definitivo. Este Ultimo tipo, de aquecimento1 tem sido bastante usado na URSS; no entanto, o elevado consumo de combustvele de energia, aliado subida do custo dos combustveisnoltimodecnio,peemsrioriscoasuaviabilidadenamaiorpartedos pases.Apesardeaindaestarnumafaseexperimental,hboasperspectivesquanta utilizao, para este mtodo de aquecimento, dos raios laser. 46 Figura 22 Mtodos correntes de congelao de solos (segundo Schuster, 1972). 5.Reforo de solos Alguns dos mtodos j referidos, para tratamento dos solos mole, bem como parte dos que serodesenvolvidosposteriormente,podemtambmserconsideradoscomoreforode solos. Por exemplo, as estacas de cal, anterior mente referidas, so tambm um mtodo de reforo dos solos, bem como as estacas de areia, que sero desenvolvidas adiante, quando tratarmos dos drenos verticais. Noentantohalgunsmtodosquesoespecificamentemtodosdereforodesolos. Podemagrupar-seemdoisgrandesgrupos,comfilosofiasemododefuncionamento bastantediferentes.Porumlado,temosaterraarmada,quetemcomocaractersticas nicas o facto do reforo apenas suportar esforos de traco, bem coma o facto de ser um materialcomposto,executadopelaconstruoalternadadeumacamadadesolo,euma camada de reforo. O outro grupo envolve trs processos, a saber, estacas de brita, micro-estacasepregagens,tendocomocaractersticascomunsofactodereforaremosolo"in situ", e dos elementos de reforo resistirem as tenses pelo menos de dais modos. Vamos abordar, de modo sinttico, estes mtodos de tratamento de solos, tentando avaliar, emcadacaso,asuaaplicabilidadeaotratamentodesolosargilososmoles.Denotarque estes mtodos tm sofrido um grande incremento nas trs ltimas dcadas, tendo-lhes sido consagrado um esforo de investigao considervel. 47 3 5.1. Injeco de solos Citando MITCHELL (1981), podemos dizer que a injeco de solos comeou em 1802, com CHARLESBRIGNY.Esteengenheirofrancsreparou,nesseano,umacomportaem Dieppe,injectandouma massadeargilaecalhidrulicaporbaixodareferidacomporta.A partirdessadata,ainjecodesolosdesenvolveu-seenormemente,passandoaserum mtodo largamente usado na estabilizao e tratamento de solos. E, no entanto, um mtodo bastantedispendioso,oqueolimitaaotratamentodezonasmuitolocalizadas,e unicamente quando no foi vivel a execuo de outro tipo de tratamento. Autilizaoinicialdestetratamentoinjecofoinocontroleelimitaodapercolao, continuando,alias,aserlargamenteempreguecomessafinalidade.Maisrecentemente comeou-se a aplicar este tipo de tratamento para o reforo (veja-se BRANDL, 1983, BALLY e KLEIN, 1983, VAUGHAN, 1983) bem coma para controlar e limitar movimentos de solos. No mbito desta dissertao, so estas ltimas aplicaes dessa tecnologia que sero mais atentamenteanalisadas.Noentanto,convmdesdejfazerrealarofactodequeeste mtodos raramente utilizadoemsoloscoesivos.De facto, querse tratedeinjecode cimento,desilicatos,deresinasououtros,abaixapermeabilidadedasargilasquase sempre impede a injeco nestes solos. Na figura 23 representam-se os limites de aplicao dos vrios tipos de substncias que podem ser utilizadas na injeco de solos. Figura 23 - Limites de aplicacao de varios tipos de calda em funo da granolometria dos solos e propriedades dos solos tratados (segundo mighell,i981) No entanto h relatos de tratamento de solos coesivos atravs de injeco. Como exemplo, podemos citar ANAGNOSTI (1983) relatando o caso de injeco em margas decompostas e argilassobreconsolidadasfissuradas.Pretendia-seevitaroamolecimentodestas formaes,ebemassimlimitaraescavaogeometriapretendida,poisadesagregao dasformaes,comformaodecavernasseriagrandementeprejudicialparaosedifcios 48 sobrejacentes. A obra foi bem sucedida, tendo sido utilizada uma soluo qumica aquosa. ANAGNOSTIchegouconclusodequeestetipodetratamentoeraviveltantotcnica comaeconomicamentenestetipodeformaomargasalternadaseargilassobre consolidadas fissuradas sendo no entanto de notar que, para anlise do problema, no relevante a determinao laboratorial de permeabilidade, mas sim a determinao "in situ", porensaios"Lugeon".Ouseja,omaciodeargilafissurada6tratado,paraanalisee projecto, como um macio rochoso fissurado.De um modo geral, podemos considerar que h, quanto a execuo e modo de "ocupao" no solo, trs tipos de injeces: o que poderemos designar por injeco de "permeao", a injecopordeslocamento,eainjecopor"encapsulao".Nafigura16representam-se estestrstiposdeinjeco.O1caracterizadopelopreenchimentodosvaziospelo produtoinjectado,mantendo-senoentantoaestruturaslidadosolo.Usam-separaeste tipo de injeco caldas relativamente fluidas. No 2 tipo, por deslocamento, mtodo utilizado nossoloscoesivos,einjectadaumapastabastanteespessaeviscosa,queapertaosolo, porcompresso.O1tiporeferidospodeseraplicado,emsoloscoesivos,nocasode argilas'sabreconsolidadasmuitofissuradas.Pode-seobter,umresultadosemelhante,a altaspresses,provocandoaroturadosolo,sendoasfissurasesuperfciesdefractura preenchidas com a calda. Ainjecodesolostemsido,devidodificuldadedexito,consideradacomoumaarte, maisdoqueumatcnica.Noentanto,pode-sedizerquenosltimosanosjforam estabelecidososconceitosdebase,eenunciadososprincpiosorientadoresdasua aplicaoeconcepo(CARONetal(L975),CAMBEFORT(1973)).Vamo-nosdebruar portanto, sobre essas bases da tcnica de injeco. Figura 24 Tipos de injeces 49 Do ponto de vista em que analisamos este problema, a utilizao tradicional das injeces controle de percolao no tem interesse, pois em geral os materiais considerados nesta dissertaoso"impermeveis".Assim,parasoloscoesivos,asaplicaesporexcelncia das injecessoopreenchimentodevazios,demodoareduzirassentamentos excessivos; reforo da capacidade resistente de solos; controle dos deslocamentos de solos sujeitosaescavao;aumentodaresistnciaporatritolateraldeestacas;reforode fundaes;estabilizaodetaludeseaindacontroledasvariaesdevolumedesolos expansivos. Estaltimautilizaodasinjecesenormalmenteexecutadacomumacaldadecal.No entantoestatcnicacontroversaconsiderandocertosautoresquesemcondies especiaisaefectiva,(WRIGHT,1973THOMPSONeROBNETT,1976).MasJOSHIetal (1985)mostraramqueacalboaparaestabilizarsolos,poisnosreagecomosolo adjacentefurao,mastambmacertadistancia,pormigraodoclcio.KURDENOV (1983) d exemplos de aplicao ao controle d assentamentos diferenciais. Em geral, podem ser usadas dois tipos de caldas: caldas de particulas1as primeiras a serem usadas, e as caldas qumicas. As primeiras so constitudas por cimento, solo ou argila, ou suasmisturas.Ascaldasqumicassoconstitudasporsoluesdevariasmatrias.Os mais usados, na ordem dos 90%, so os silicatos. Mas tambm se utiliza a cal, resinas, etc.. No entanto a preferncia pelos silicatos deve-se a dois factores: custo e grau de toxicidade baixos. As caldas qumicas tem ainda a vantagem de conseguirem penetrar em poros de dimens6es maisreduzidas,comasepodevernafigura15,devidoasuamaisbaixaviscosidade,ea dimensocoloidaldassuaspartculas.Noentanto,necessrioteremateno,nestas injeces,queascondiesqumicaslocaispodeminfluenciaraactividadedoproduto. Outros factores,comaatemperatura,diluiopelaguasubterrnea,etc.,podemtambm actuarsabreascaractersticasfinaisdainjeco.Convir,portanto,umacuidadaanlise prvia, completada sempre por ensaios preliminares. Quanto a caldas "de partculas", as mais usuais so as caldas de cimento ou solo-cimento, apesar de, por vezes, se usarem caldas de solo ou argila pura. Este tipo de calda e tratado, muitas vezes, com aditivos qumicos, visando a diminuio de viscosidade, permitindo assim uma melhor penetrao, bem como com aditivos visando evitar a floculao do cimento. Os aditivos qumicos permitem ainda controlar o tempo de presa da calda. Este tipo de injeco, emsolosmoles,temumaaplicaorestrita,maisusualmenteprovocandoaroturado material,oucompactando-o.Comosepodeobservarnafigura15,estetipodecaldano 50 penetra em areias finas. Como regra geral, podemos estabelecer o seguinte critrio de pos-sibilidade de injeco em solos com caldas de partculas (MITCHE11,1981): ( )( )caldasoloDDN8515=

: 24 > Ninjeco possvel : 11 < Ninjeco impossvel ( )( )caldasolocDDN9510=: 11 >cNinjeco possvel : 6