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WBA0839_v.1.0 APRENDIZAGEM EM FOCO CONSTRUÇÕES DE ATERRO SOBRE SOLOS MOLES 2 APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA Autoria: Bianca Lopes de Oliveira Leitura crítica: Eduarda Pereira Barbosa Recalques intoleráveis, instabilidade do solo e fissuras são situações indesejáveis em qualquer tipo de obra, mas podem ser comuns no desenvolvimento de projetos sobre solos moles. Com o crescimento urbano cada vez mais rápido, a ocupação de áreas litorâneas e várzeas de rios tem sido frequente. Nessas regiões, ocorrem depósitos de solos moles, como solos argilosos saturados com baixíssima resistência ao cisalhamento e alta compressibilidade. Esse contexto configura-se como uma situação desafiadora para a engenharia, uma vez que pode ser necessário projetar obras com coeficientes de segurança relativamente baixos em comparação a outros projetos geotécnicos. Você pode estar se perguntando: Como elaborar esses projetos? Que parâmetros devem ser levados em consideração e como podem ser obtidos? A resposta está na disciplina Construções de aterros sobre solos moles que apresentará os principais métodos construtivos de aterros sobre solos moles. Serão apresentados o aterro de conquista, aterro de ponta, aterros leves, aterros reforçados com geossintéticos, aterros estruturados como o sobre estacas ou colunas granulares, entre outros. Mas, como escolher o método adequado para cada situação? Esta disciplina tem como objetivo esclarecer os parâmetros utilizados para o dimensionamento de aterros considerando todos os 3 elementos envolvidos como solo mole de fundação, o aterro e os materiais de reforço. Você também estudará quais investigações geotécnicas são necessárias para conhecer o solo que servirá de apoio ao aterro, como os ensaios de palheta e piezocone. Permitirá que você determine os recalques por meio do estudo do adensamento unidimensional e conheça quais alternativas podem ser aplicadas para aceleração desses recalques. Também são apresentadas as análises de estabilidade utilizadas para a solução de aterros sobre solos compressíveis, avaliando o solo de fundação, o possível deslocamento do aterro e a estabilidade global do conjunto aterro e solo de fundação, além de formas de monitoramento durante e após a construção dessas obras. INTRODUÇÃO Olá, aluno (a)! A Aprendizagem em Foco visa destacar, de maneira direta e assertiva, os principais conceitos inerentes à temática abordada na disciplina. Além disso, também pretende provocar reflexões que estimulem a aplicação da teoria na prática profissional. Vem conosco! Investigações geotécnicas em solos moles ______________________________________________________________ Autoria: Bianca Lopes de Oliveira Leitura crítica: Eduarda Pereira Barbosa TEMA 1 5 DIRETO AO PONTO Na construção de obras geotécnicas, como aterros, é possível encontrar solos que apresentam características compressíveis, gerando recalques excessivos e até a ruína de estruturas. Em regiões litorâneas e várzeas de rios e córregos, é comum a localização de depósito de solos moles, um desafio para a execução de aterros e construção de edificações. Os solos moles, conforme Massad (2010), são solos sedimentares que possuem baixa resistência a penetração (SPT), em geral, argilas moles ou areias argilosas fofas. Eles apresentam propriedades geotécnicas bastante variáveis, em função do tipo de formação. Assim, é imprescindível a execução de investigações geotécnicas para a determinação de suas características e consequente elaboração de projetos adequados para as construções a serem realizadas nestes tipos de solos. Além, do conhecimento da topografia do local, dados da vizinhança e tipos de obras. Na investigação do solo busca-se obter amostras para realização de ensaios no laboratório, executar ensaios de campo in situ, identificar o tipo de solo e determinar a posição do nível do lençol freático. Este processo envolve o reconhecimento inicial do solo, investigações preliminares e complementares, como ilustrado na Figura 1. 6 Figura 1 – Etapas da investigação do solo Fonte: elaborada pelo autor. Na investigação preliminar para solos moles, a sondagem SPT fornece NSPT inferior a 2. Esta etapa tem a principal função de identificar as camadas com suas respectivas espessuras e se a camada subjacente ao solo mole é drenante. No entanto, para diferenciar a natureza do solo e sua consistência, devem ser retiradas amostras que são levadas ao laboratório para a caracterização completa do solo por meio da determinação de parâmetros como umidade, análise granulométrica e limites de Atterberg. Também são realizados outros ensaios para investigação complementar. Por exemplo, entre os ensaios de campo in situ mais comumente utilizados estão o ensaio de palheta e o piezocone. O ensaio de palheta (vane test) consiste na rotação de uma palheta cruciforme no solo e medição dos valores de resistência do solo. Ele permite a determinação dos valores da resistência do solo não drenada (Su) e a estimativa da razão de sobreadensamento da argila. O ensaio de piezocone é feito pela cravação contínua de um elemento cilíndrico de ponta cônica que mede a resistência de 7 ponta, o atrito lateral e a poropressão do solo. Com seus dados, classifica-se o solo, determinando a estratigrafia do terreno e seu perfil de resistência não drenada. No laboratório, além da caracterização completa do solo, podem ser realizados ensaios que auxiliam na determinação da envoltória de ruptura do solo e do Su. O ensaio de adensamento envolve a compressão de uma amostra de solo por meio de incrementos de carga, a fim de se calcular a magnitude dos recalques e sua evolução ao longo do tempo. Além disso, o solo é uma argila normalmente adensada ou pré-adensada. Um ensaio muito utilizado para avaliação de solos moles é o ensaio triaxial UU. Este ensaio não adensado não drenado, permite a construção do círculo de Mohr em tensões totais e definição da envoltória de ruptura e do Su. Todos esses ensaios permitem estabelecer parâmetros para a análise de estabilidade dos aterros e desenvolvimento de projetos. Assim, como você pôde observar, a investigação geotécnica é essencial para minimizar riscos e custos das obras. Para solos moles, o ensaio de SPT deve ser utilizado juntamente com outros ensaios complementares. Sem o conhecimento dos parâmetros geotécnicos, não é possível uma análise correta de estabilidade do aterro e a definição do melhor método construtivo de execução. Referências bibliográficas MASSAD, F. Obras de Terra – curso básico de geotecnia. 2. ed. São Paulo: Editora Oficina de Textos, 2010. PARA SABER MAIS Para a realização de ensaios de laboratório, como o ensaio de adensamento e os ensaios triaxiais, devem ser retiradas amostras de 8 solo em várias profundidades. Existem vários tipos de amostragem que possuem qualidades diferenciadas de amostras. Na sondagem SPT é realizada a amostragem com o uso do amostrador meia-cana padrão. Este amostrador, consiste em uma ponteira de aço-ferramenta na parte inferior, um tubo de aço dividido em duas metades e um acoplamento da parte superior. Após a perfuração até a profundidade desejada, é fixado na haste de perfuração e utilizado para o ensaio de resistência SPT. Depois do ensaio realizado, é retirado e a amostra contida em seu interior é removida e transportada para o laboratório por meio de recipientes de vidro (DAS; SOBHAN, 2014). Esse tipo de amostra é considerado deformada, sendo utilizada para a caracterização do solo por meio da análise granulométrica, assim como a determinação do limite de plasticidade e limite de liquidez. Não é utilizado para ensaios mais complexos como o ensaio de adensamento e triaxial. Para a obtenção de amostras de solo razoavelmente indeformadas, pode ser utilizado o amostrador com tubo de paredes finas. Esses tubos finos e sem costura são chamados de tubos Shelby, e tem como função obter amostras com pouca deformação.Após a perfuração, são retiradas as ferramentas de perfuração e o amostrador Shelby é fixado a haste de perfuração. Depois é empurrado, hidraulicamente, para o interior do solo, girado até cortar a base e puxado. Essa amostra é considerada indeformada sendo selada e levada para o laboratório. Em caso de necessidade de amostras altamente indeformadas, é recomendado o uso do amostrador de pistão. Ele é formado por um tubo de parede fina com um pistão. O pistão, inicialmente, fecha a extremidade do tubo de parede fina. Ele é inserido no furo até o fundo e, então, empurrado para dentro do solo hidraulicamente, 9 para além do pistão. Após isso, a pressão é liberada por meio de um furo na haste do pistão. Este é responsável em impedir a distorção da mostra, não admitindo solo em excesso ou a compressão rápida dentro do tubo de amostragem. As amostras indeformadas são essenciais para a determinação de parâmetros coerentes com a realidade. Quando sofrem perturbações ou amolgamento, podem perder qualidade. O grau de amolgamento pode ser expresso em um índice de área, que é dado por: Onde De é o diâmetro externo do amostrador e Di é o diâmetro interno do amostrador. Uma amostra indeformada tem índice de área menor ou igual a 10% (DAS; SOBHAN , 2011). Referências bibliográficas DAS, B. M.; SOBHAN, K. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. 7. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2014. TEORIA EM PRÁTICA Quando a argila sofre uma ação externa como a ocorrência de um carregamento, surgem excessos de pressão neutra que promovem um fluxo de água no seu interior, deformando o solo até atingir um equilíbrio. Para que seja previsto o comportamento do solo pode ser realizado o ensaio de adensamento. Sabendo disso, a fim de elaborar o projeto de um aterro, você realizou a sondagem e solicitou a realização de ensaios de adensamento. Ao receber o relatório dos ensaios, percebeu que 10 havia resultados discrepantes entre diferentes amostras do mesmo solo. Ao questionar o técnico envolvido, ele mencionou que poderia ter ocorrido amolgamento do solo e sugeriu a retirada de novas amostras. Reflita: o que é este amolgamento mencionado pelo técnico? Qual deveria ser sua decisão nesse caso? Caso retire novas amostras, quais tipos você escolheria para realização dos ensaios de laboratório? O amolgamento do solo pode ocorrer em quais etapas do ensaio? Para conhecer a resolução comentada proposta pelo professor, acesse a videoaula deste Teoria em Prática no ambiente de aprendizagem. LEITURA FUNDAMENTAL Prezado aluno, as indicações a seguir podem estar disponíveis em algum dos parceiros da nossa Biblioteca Virtual (faça o log in por meio do seu AVA), e outras podem estar disponíveis em sites acadêmicos (como o SciELO), repositórios de instituições públicas, órgãos públicos, anais de eventos científicos ou periódicos científicos, todos acessíveis pela internet. Isso não significa que o protagonismo da sua jornada de autodesenvolvimento deva mudar de foco. Reconhecemos que você é a autoridade máxima da sua própria vida e deve, portanto, assumir uma postura autônoma nos estudos e na construção da sua carreira profissional. Indicações de leitura 11 Por isso, nós o convidamos a explorar todas as possibilidades da nossa Biblioteca Virtual e além! Sucesso! Indicação 1 O capítulo indicado, Investigação do subsolo, tem como objetivo apresentar as principais manifestações patológicas em uma edificação ocorridas em função da ausência de investigação de subsolo ou falhas nas investigações. Para realizar a leitura, acesse a nossa plataforma Biblioteca Virtual e busque pelo título da obra no parceiro Pearson/Biblioteca Virtual 3.0. MILITITSKY, J.; CONSOLI, N. C.; SCHNAID, F. Investigação do Subsolo. In: MILITITSKY, J.; CONSOLI, N. C.; SCHNAID, F. Patologia das Fundações. 2. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2015. p. 20-49. Indicação 2 O capítulo indicado, Exploração de subsolo, tem como foco apresentar os principais métodos de exploração ou investigação de subsolo, apresentando os detalhes dos ensaios e suas interpretações. Para realizar a leitura, acesse a nossa plataforma Biblioteca Virtual e busque pelo título da obra no parceiro Minha Biblioteca. CAPUTO, H. P; CAPUTO, A. N. Exploração de Subsolo. In: CAPUTO, H. P; CAPUTO, A. N. Mecânica dos Solos e suas aplicações. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2015. p. 200-232. 12 QUIZ Prezado aluno, as questões do Quiz têm como propósito a verificação de leitura dos itens Direto ao Ponto, Para Saber Mais, Teoria em Prática e Leitura Fundamental, presentes neste Aprendizagem em Foco. Para as avaliações virtuais e presenciais, as questões serão elaboradas a partir de todos os itens do Aprendizagem em Foco e dos slides usados para a gravação das videoaulas, além de questões de interpretação com embasamento no cabeçalho da questão. 1. A ausência de investigação do subsolo é uma das principais causas de problemas nas fundações. A programação de uma investigação pode envolver um programa preliminar do solo e um complementar dependendo das condições geológicas e do tipo de projeto. No Brasil, o programa preliminar é normalmente desenvolvido com base em: a. Ensaios de sondagens de simples reconhecimento. b. Ensaios triaxiais UU. c. Ensaios de palheta. d. Ensaios de penetração de cone. e. Ensaios de cisalhamento direto. 2. Para a realização de ensaios de laboratório, a fim de se obter os parâmetros de resistência de cisalhamento da argila mole são retiradas amostras do solo em diversas profundidades. Estas devem possuir boa qualidade para que se possa prever corretamente o comportamento do 13 solo in loco. As amostras amolgadas de amostradores meia- cana, são consideradas: a. Amostras indeformadas, utilizadas em ensaios de adensamento e compressão triaxial. b. Amostras deformadas, utilizadas em ensaios de granulometria e adensamento. c. Amostras deformadas, utilizadas em ensaios de limite de liquidez, limite de plasticidade e análise granulométrica. d. Amostras indeformadas, utilizadas em ensaios de granulometria e limites de liquidez e de plasticidade. e. Amostras deformadas utilizadas em ensaios de limite de liquidez, limite de plasticidade e ensaios triaxiais. GABARITO Questão 1 - Resposta A Resolução: O programa preliminar de investigação de subsolo é realizado a partir de ensaios de sondagem de reconhecimento SPT, baseados na NBR 6484:2020. Para informações complementares podem ser realizados ensaios de campo, como penetração de cone e ensaios de palheta, ou ensaio de laboratório como ensaio de cisalhamento direto e ensaios triaxiais UU. Questão 2 - Resposta C Resolução: O amolgamento se refere a perturbações no solo que interferem em sua estrutura inicial. Assim, amostras amolgadas são consideradas deformadas. Este tipo é utilizado em ensaios de laboratório como análise granulométrica, limites de liquidez e plasticidade. Ensaios de adensamento e ensaios triaxiais exigem o uso de amostras indeformadas. Métodos construtivos de aterros sobre solos moles ______________________________________________________________ Autoria: Bianca Lopes de Oliveira Leitura crítica: Eduarda Pereira Barbosa TEMA 2 15 DIRETO AO PONTO Com a expansão urbana é crescente a necessidade de obras sobre depósitos de solos moles, solos com baixa capacidade de carga e alta deformabilidade. A execução de aterros sobre esses solos, tem como desafio sua estabilidade e o controle de recalques após sua construção. Os principais métodos construtivos utilizados são, basicamente, três tipos: pela substituição do solo, por adensamento ou pelo uso de elementos de coluna. Estes métodos podem necessitar da execução de um aterro de conquista, aterro com a função de permitir que os equipamentos possam transitar no local e realizem os procedimentos da construção quando o solo possui baixíssima capacidade de suporte. Além disso, com o intuito de reforçar o solo, podem ser utilizadosmateriais poliméricos de alta resistência denominados geotêxteis, como mostra a Figura 1. Eles melhoram o fator de segurança do solo pelo atrito entre o solo e a superfície de reforço. Figura 1 – Reforço com geotêxtil Fonte: vadimgouida/iStock.com. 16 Os aterros construídos com base na substituição dos solos são viáveis para espessuras até 4,0 m de solo mole. Essa substituição pode ser feita total ou parcialmente, por meio de dragas ou escavadeiras, ou pelo uso de aterro de ponta. O aterro de ponta é feito por se executar um aterro na ponta do aterro projetado, em cota superior, de forma que ele, pelo seu peso, desloque e empurre o solo mole para fora do terreno. O resultado do aterro de ponta é a substituição de parte do solo mole e embutimento do aterro. A substituição do solo, seja pelo método total, parcial ou por meio de aterro de ponta, apresenta dificuldade na garantia da remoção uniforme do solo mole, podendo gerar recalques pós construção e ondulações na superfície do aterro. Também tem como desvantagem a necessidade de altos volumes de bota-fora de um solo inútil e, possivelmente, contaminado. Outra metodologia construtiva de aterros é por meio do adensamento. Quando é construído um aterro convencional sobre um depósito de solo mole, utilizam-se alturas de aterro de forma a compensar os recalques que ocorrerão no solo. Como a velocidade de adensamento dos solos moles, em geral, é baixa, para acelerar os recalques primários e compensar os recalques secundários, é adotada a utilização de sobrecarga temporária, drenos verticais ou a combinação deles. A sobrecarga temporária, em geral de 1 ou 2 vezes a carga do aterro, contribui para a velocidade de recalque do solo mole até sua estabilização. Os drenos verticais consistem em dispositivos que melhoram a drenagem da camada do solo mole, servindo de caminho para a água até um colchão drenante que a envia para a superfície do terreno por gravidade ou bombeamento. Eles são cravados antes da execução do aterro, e podem ser utilizados juntamente com o uso de sobrecarga temporária. Neste caso, é possível o uso de vácuo de forma a reduzir a poropressão do solo, 17 aumentando a tensão efetiva do solo e proporcionando melhoria da resistência da camada. Quando o solo possui baixa capacidade de suporte que não permite a execução do aterro em uma única etapa, pode-se aplicar o aterro de forma lenta e gradual em duas ou três etapas. Também é possível a adoção de bermas de equilíbrios. As bermas são estruturas que compensam os momentos atuantes no conjunto solo e aterro, melhorando a estabilidade global. No entanto, esses sistemas construtivos exigem prazos maiores de execução. No caso das bermas, há necessidade de amplas áreas laterais para sua implantação. Os aterros leves podem ser utilizados para minimizar a magnitude dos recalques primários resultantes da obra. Envolve a utilização de materiais leves como o EPS (isopor) para introduzir vazios no aterro. Este tipo de aterro tem prazos executivos menores, mas, seu custo pode tornar sua instalação inviável. Outro tipo de método construtivo para execução de aterros, é o uso de aterros estruturados, como o aterro sobre elementos de estacas. Eles transmitem parte ou a totalidade do carregamento do aterro para uma camada de solo mais competente, adjacente ao solo mole. É feito um aterro de conquista e, posteriormente, a cravação das estacas. São executados os capitéis, e uma geogrelha pode ser instalada para reforço, acima deles. Em seguida, o aterro é executado. O aterro estruturado pode ser feito, também, por meio da execução de colunas granulares ou colunas de brita. A escolha da técnica construtiva do aterro, depende das características do solo, do tipo de utilização da área e da vizinhança e das definições de custo e prazo possíveis. 18 Referências bibliográficas ALMEIDA, M. S. S.; MARQUES, M. E. S. Aterro sobre solos moles. 2. ed. São Paulo: Editora Oficina de Textos, 2014. PARA SABER MAIS Geossintético é um material polimérico que pode ser utilizado no reforço de estruturas de contenção, aterros sobre solos moles, estabilização de solos, drenagem e filtração, controle de erosão, entre outras funções. Existem vários tipos de produtos geossintéticos, tais como: geobarra; geotêxtil; geotira; geocélula; geocomposto; geofibra; e geogrelha. No Brasil, o emprego de geossintéticos iniciou-se na década de 1970. Nessa época, a falta de informações sobre esses materiais, além da relutância de seu uso pela comunidade técnica, comprometia a credibilidade dos geossintéticos na utilização em obras geotécnicas. A partir da década de 1990, seu emprego cresceu. Nos aterros sobre solos moles, a camada de geossintético é utilizada como reforço do solo, aumentando a resistência mecânica do solo e diminuindo sua deformabilidade. Conforme Palmeira (2018), seu uso pode aumentar significativamente o fator de segurança da obra, principalmente quando a relação entre a espessura do solo mole e a largura do aterro é baixa, tipicamente inferior a 0,7. Para estabilização de aterros em solos moles, em geral, reforços geossintéticos são utilizados como geotêxteis tecidos, geogrelhas e geocomposto. Nos aterros sobre estacas e colunas granulares, o reforço geossintético pode ser feito para redução das tensões transferidas ao solo (efeito membrana) ou pela formação de uma plataforma de transferência de cargas para as estacas. Neste último 19 caso, podem ser utilizadas múltiplas camadas de geogrelhas ou utilizar geocélulas de elevadas alturas. Para se especificar o reforço que deve ser instalado, deve-se considerar: características do aterro; limites de deformações; requisitos para operação do aterro; e consequência de uma ruptura. O reforço deve apresentar resistência e rigidez à tração, aderência entre solo/reforço, resistência a danos mecânicos e durabilidade. A análise de estabilidades de aterros sobre solos moles é realizada, preliminarmente, por meio de métodos de equilíbrio-limite, como os métodos de Fellenius e Bishop modificado. A contribuição do reforço geossintético é pela mobilização de uma força de tração estabilizadora na interseção entre o reforço e a superfície de ruptura. Em projetos de situações críticas ou de maior importância, é recomendável soluções mais sofisticadas de cálculo, além de instrumentação geotécnica para o monitoramento da obra, por exemplo, construir um aterro experimental e monitorá-lo antes da execução da obra de grande porte. Referências bibliográficas PALMEIRA, E. M. Geossintéticos em geotecnia e meio ambiente. São Paulo: Editora Oficina de Textos, 2018. TEORIA EM PRÁTICA Você foi contratado para elaborar um projeto de um trecho de uma rodovia que deve ser entregue em até seis meses e, após, analisar os dados obtidos da investigação geotécnica, verificou-se que essa rodovia está sobre um depósito de solo mole. 20 O ensaio de sondagem apresentou que a partir de 2 m de profundidade, ocorre uma camada de argila muito mole com 6 m de espessura. As áreas de bota fora e empréstimo estão a menos de 1,0 km, estando dentro do limite econômico para sua utilização. As áreas próximas são ocupadas por um bairro residencial. Reflita: existem vários métodos construtivos que podem ser utilizados sobre solos moles, no entanto, nem todos são viáveis. Neste caso, que opções você poderia estudar como soluções para este aterro? Que critérios devem ser analisados? O que levou você a essa escolha? Para conhecer a resolução comentada proposta pelo professor, acesse a videoaula deste Teoria em Prática no ambiente de aprendizagem. LEITURA FUNDAMENTAL Prezado aluno, as indicações a seguir podem estar disponíveis em algum dos parceiros da nossa Biblioteca Virtual (faça o log in por meio do seu AVA), e outras podem estar disponíveis em sites acadêmicos (como o SciELO), repositórios de instituições públicas, órgãos públicos, anais de eventos científicos ou periódicos científicos,todos acessíveis pela internet. Isso não significa que o protagonismo da sua jornada de autodesenvolvimento deva mudar de foco. Reconhecemos que você é a autoridade máxima da sua própria vida e deve, portanto, assumir uma postura autônoma nos estudos e na construção da sua carreira profissional. Indicações de leitura 21 Por isso, nós o convidamos a explorar todas as possibilidades da nossa Biblioteca Virtual e além! Sucesso! Indicação 1 O capítulo indicado tem como objetivo apresentar as principais propriedades e usos dos materiais geossintéticos para reforços de solo nos projetos de engenharia geotécnica. VERTEMATTI, J. C. Aplicações em reforços de solos. In: VERTEMATTI, J. C. Manual Brasileiro de Geossintéticos. 1. Reimpressão. São Paulo: Blucher, 2004. Cengage Learning, 2011. cap. 4. p. 63-174. Indicação 2 O capítulo indicado tem como foco apresentar as definições do que é um aterro, seus elementos e recomendações de construção. BOTELHO, M. H. C. Aterros. In: BOTELHO, H. C. B. Princípios da mecânica dos solos e fundações para construção civil. São Paulo: Blucher, 2015. cap. 17. p. 85-90.. QUIZ Prezado aluno, as questões do Quiz têm como propósito a verificação de leitura dos itens Direto ao Ponto, Para Saber Mais, Teoria em Prática e Leitura Fundamental, presentes neste Aprendizagem em Foco. Para as avaliações virtuais e presenciais, as questões serão elaboradas a partir de todos os itens do Aprendizagem em Foco 22 e dos slides usados para a gravação das videoaulas, além de questões de interpretação com embasamento no cabeçalho da questão. 1. O uso dos geossintéticos tem crescido em diversos projetos da engenharia geotécnica. São elementos fabricados com polímeros que podem ser utilizados para drenagem, filtragem, separação das camadas de solo e reforço da capacidade do solo. Nos projetos de reforço de aterro, a propriedade que o material geossintético deve possuir é: a. Resistência à tração. b. Resistência à compressão. c. Impermeabilidade. d. Dureza. e. Biodegradabilidade. 2. Na execução de aterros sobre solos moles, nem sempre os equipamentos conseguem acessar e transitar no local, sem ficar atolados ou presos devido à baixa capacidade do solo de suporte. Por isso, para promover esse acesso dos equipamentos, deve-se executar um: a. Aterro de ponta. b. Aterro de conquista. c. Aterro leve. d. Aterro sobre estacas. e. Aterro convencional. 23 GABARITO Questão 1 - Resposta A Resolução: Os materiais geossintéticos utilizados como reforços de aterros em solos moles, deve apresentar alta resistência à tração, melhorando a distribuição das tensões na base do aterro. Sua utilização cria uma força de tração mobilizada que aumenta o fator de segurança do conjunto aterro e solo de fundação. Questão 2 - Resposta B Resolução: Para promover a acessibilidade dos equipamentos necessários para a execução do aterro projetado, quando o solo apresenta baixíssima capacidade de suporte, deve-se executar um aterro de conquista. Ele permitirá as cravações, escavações, execução de ensaios ou outras atividades necessárias. Previsão de recalques e deslocamentos horizontais ______________________________________________________________ Autoria: Bianca Lopes de Oliveira Leitura crítica: Eduarda Pereira Barbosa TEMA 3 25 DIRETO AO PONTO Quando se aplica cargas sobre um solo, este é comprimido e pode sofrer deformações. Essas deformações podem ocorrer rapidamente, logo após a aplicação da tensão, ou se desenvolver de forma lenta em função do solo e de seu estado. Em solos moles, os deslocamentos verticais podem ser imediatos (Δhi), por adensamento primário (Δh) e por compressão secundária (Δhsec), como ilustra a Figura 1. O recalque total do aterro será a somatória desses deslocamentos. Figura 1 – Tipos de recalques Fonte: elaborada pelo autor. Imediatamente à aplicação da carga, sem alteração no teor de umidade, ocorre o recalque elástico ou imediato. Seu cálculo é baseado na teoria da elasticidade, sendo maior no centro da área carregado do que nas bordas, no caso de aterros. A partir de então, inicia-se a dissipação do excesso de poropressão ocasionado pelo acréscimo de tensão. Essa dissipação acontece pela drenagem da água contida nos vazios, promovendo reduções 26 de volume do solo por um longo período. Esse é o recalque por adensamento primário, que pode ser calculado como: • para argilas normalmente adensadas. • para argilas sobreadensadas; submetidas a uma tensão σ’o + Δσ’o ≤ σ’vm; e, • para argilas sobreadensadas submetidas a uma tensão σ’o + Δσ’o > σ’vm. Onde: Cc é o índice de compressão; Cs é o índice de recompressão; evo o índice de vazios in situ na profundidade de interesse; Δσv é o acréscimo de tensão; σ’vm a tensão de sobreadensamento; harg a espessura da camada de argila; e, σ’vo a tensão efetiva do solo in situ. O tempo necessário para se estabilizar os recalques por adensamento primário depende das condições de drenagem. No caso de drenagem unidimensional, o fator tempo é calculado como: 27 Onde: cv é o coeficiente de adensamento obtido no ensaio e hd é a distância de drenagem igual ao valor de harg no caso de drenagem em apenas uma face ou igual a metade do valor harg no caso de drenagem em ambas as faces. Com isso, calcula-se o recalque em função do tempo por, sendo Uv é a porcentagem média de adensamento vertical, em função do fator tempo: Os recalques por compressão secundária ocorrem, segundo a hipótese tradicional, ao final do adensamento primário. Em solos orgânicos ou inorgânicos altamente compressíveis, possuem magnitude maior, sendo mais importantes do que o recalque por adensamento primário. Podem ser calculados pela equação: Onde: tp* se refere ao tempo final do adensamento primário. Os deslocamentos horizontais são nulos quando analisamos o solo argiloso subjacente ao centro do aterro. No entanto, os bordos do aterro sofrem deslocamentos horizontais pois não há confinamento lateral. Eles são calculados com base em correlações com os recalques máximos. Tanto os deslocamentos verticais quanto os horizontais, devem ser previstos, pois em aterros sobre solos moles, tem magnitude elevada. Sua análise permite a escolha do método construtivo mais adequado, de forma a minimizar problemas nas construções. 28 Referências bibliográficas ALMEIDA, M. S. S.; MARQUES, M. E. S. Aterro sobre solos moles. 2. ed. São Paulo: Editora Oficina de Textos, 2014. PARA SABER MAIS Quando utiliza-se uma sobrecarga temporária em aterros sobre solos moles, acelera-se o processo de recalque do solo por adensamento primário e os recalques são compensados por compressão secundária. O aterro a ser construído de espessura hf promove uma tensão Δσvf sobre o solo e determina um recalque primário a tempo infinito de Δhf. Uma sobrecarga de espessura hs sobre esse aterro (resultando em uma espessura total de aterro hfs) causa um recalque primário acumulado a tempo infinito igual a Δhfs. Quando se remove a sobrecarga em um tempo t1, promove-se uma aceleração no tempo de estabilização dos recalques. Esses recalques podem ser calculados pelas equações: Onde Cc é o índice de compressão; evo o índice de vazios in situ na profundidade de interesse; Δσv é o acréscimo de tensão devido ao aterro final; Δσvf é o acréscimo de tensão devido ao aterro final σ’vm a tensão de sobreadensamento; harg a espessura da camada de argila; e, σ’vo a tensão efetiva do solo in situ. 29 Para se determinar o tempo t1 da remoção da sobrecarga temporária, pode-se utilizar um grau de adensamento Us: A sobrecarga temporária também pode compensar os recalques por compressão secundária, de forma que estes não aconteçam durante a vida útil da obra. Em geral, essa compensação é feita durante o período construtivo pela aplicação de uma sobrecarga temporária, seguida de sua remoção parcial. Isso faz com que os recalques por compressão secundária ocorram sob a formade adensamento primário (ALMEIDA; MARQUES, 2014). Referências bibliográficas ALMEIDA, M. S. S.; MARQUES, M. E. S. Aterro sobre solos moles. 2. ed. São Paulo: Editora Oficina de Textos, 2014. TEORIA EM PRÁTICA Você está desenvolvendo um projeto de um aterro mole, e precisa prever o recalque por adensamento primário que o solo argiloso terá. Os ensaios realizados, forneceram alguns dados do solo de apoio. A argila está saturada, apresentando no ensaio de adensamento um coeficiente de recompressão de 0,06, um coeficiente de compressão de 0,35 e um índice de vazios igual a 0,85. A sondagem mostrou que a camada de argila possui uma espessura de 2,0 m, entre duas camadas de areia. A tensão vertical total no centro da camada é de 250 kPa, e possui uma poropressão de 125 30 kPa. O aterro a ser construído aplicará uma tensão no solo de 150 kPa. Com base nessas informações, qual será a estimativa de recalque por adensamento primário se a argila for normalmente adensada? Se o solo apresentasse um OCR igual a 2,0, qual seria o valor desse recalque? Para conhecer a resolução comentada proposta pelo professor, acesse a videoaula deste Teoria em Prática no ambiente de aprendizagem. LEITURA FUNDAMENTAL Prezado aluno, as indicações a seguir podem estar disponíveis em algum dos parceiros da nossa Biblioteca Virtual (faça o log in por meio do seu AVA), e outras podem estar disponíveis em sites acadêmicos (como o SciELO), repositórios de instituições públicas, órgãos públicos, anais de eventos científicos ou periódicos científicos, todos acessíveis pela internet. Isso não significa que o protagonismo da sua jornada de autodesenvolvimento deva mudar de foco. Reconhecemos que você é a autoridade máxima da sua própria vida e deve, portanto, assumir uma postura autônoma nos estudos e na construção da sua carreira profissional. Por isso, nós o convidamos a explorar todas as possibilidades da nossa Biblioteca Virtual e além! Sucesso! Indicações de leitura 31 Indicação 1 O capítulo indicado, Adensamento, tem como objetivo explicar a fundo a teoria do adensamento unidimensional de Terzaghi, além de apresentar a metodologia do ensaio de adensamento para obtenção das variáveis para a estimativa dos recalques. MASSAD, F. Adensamento. In: MASSAD, F. Mecânica dos solos experimental. São Paulo: Oficina de Textos, 2016. cap. 10. p. 184- 213. Indicação 2 O capítulo indicado, Adensamento, complementa os conceitos de cálculos de recalques por adensamento primário e compressão secundária, apresentando a solução numérica pelo Método das Diferenças Finitas. CRAIG, R. F.; KNAPPETT, J. A. Adensamento. In: CRAIG, R. F.; KNAPPETT, J. A. Mecânica dos Solos. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018. cap. 4. p. 76-110. QUIZ Prezado aluno, as questões do Quiz têm como propósito a verificação de leitura dos itens Direto ao Ponto, Para Saber Mais, Teoria em Prática e Leitura Fundamental, presentes neste Aprendizagem em Foco. Para as avaliações virtuais e presenciais, as questões serão elaboradas a partir de todos os itens do Aprendizagem em Foco e dos slides usados para a gravação das videoaulas, além de 32 questões de interpretação com embasamento no cabeçalho da questão. 1. Quando o solo recebe aplicações de carga, podem ocorrer deformações nele, denominadas recalques. O recalque que ocorre durante a dissipação do excesso de poropressões, transferindo a carga da água para o sólido, é o: a. Recalque por adensamento primário. b. Recalque elástico. c. Recalque por compressão secundária. d. Recalque imediato. e. Recalque por compressão terciária. 2. Para projetar um aterro sobre solos moles é importante avaliar as deformações que este solo apresentará quando submetido à carga proveniente do aterro. A fim de se determinar o recalque total deste tipo de aterro, deve-se calcular três componentes de recalque, sendo eles: a. Recalques elástico, recalque imediato e por compressão secundária. b. Recalques elástico, por adensamento primário e por compressão secundária. c. Recalques por compressão primária, secundária e terciária. d. Recalques imediato, recalque diferencial e por adensamento secundário. e. Recalques diferencial, por recompressão e por descarregamento. 33 GABARITO Questão 1 - Resposta A Resolução: O recalque por adensamento primário ocorre devido à transferência de carga entre a água e os grãos do solo, envolvendo a dissipação do excesso de poropressão ocasionado pela aplicação da carga. Com a expulsão da água dos vazios, o solo se deforma. Questão 2 - Resposta B Resolução: O recalque total de um aterro é formado por três componentes: o recalque elástico ou também chamado imediato, o recalque por adensamento primário e o recalque por compressão secundária. O recalque elático ocorre imediatamente após a aplicação da carga do aterro. O aterro por adensamento primário ocorre devido à dissipação do excesso de poropressão ocasionada pelo aterro. O recalque por compressão secundária acontece pela reestruturação do solo local. Estabilidade e monitoramento de aterros sobre solos moles ______________________________________________________________ Autoria: Bianca Lopes de Oliveira Leitura crítica: Eduarda Pereira Barbosa TEMA 4 35 DIRETO AO PONTO O projeto de um aterro sobre solo mole é realizado a partir da análise de estabilidade da geometria definida. Para isso, inicialmente, devem ser definidos os parâmetros dos materiais envolvidos como a resistência não drenada do solo de apoio do terreno, informações geotécnicas do aterro e características do reforço de geossintético. A análise de estabilidade consiste em verificar os três modos de ruptura que um aterro pode ter: ruptura pelo corpo do aterro, ruptura global do conjunto aterro-fundação e ruptura do solo de fundação. A capacidade de carga do solo de fundação deve ser avaliada. Isso pode ser feito pelo cálculo da altura máxima do aterro em função da resistência não drenada Su do solo mole. De acordo com Fellenius, a altura crítica do aterro pode ser calculada por: A altura admissível do aterro construído em única etapa é definida a partir da adoção de um fator de segurança, em geral, igual ou superior a 1,5. A avaliação da ruptura global do conjunto aterro fundação pode ser feita a partir de métodos de equilíbrio limite, a partir da definição de superfícies de ruptura, circulares ou não. Os métodos mais utilizados para o cálculo do fator de segurança do aterro são o método de Fellenius, Bishop modificado e Janbu simplificado. Caso o fator de segurança calculado seja inferior ao estabelecido em projeto, pode-se utilizar a execução em etapas ou o uso de bermas de equilíbrio. Outra possibilidade é o uso de aterros reforçados com geossintéticos. 36 O uso de geossintéticos tem como objetivo resistir ao empuxo de terra que se desenvolve no interior do aterro, além de aumentar a capacidade de carga da fundação, aumentando significativamente o fator de segurança da obra. A análise de estabilidade dos aterros reforçados, inicia com a definição da altura crítica do aterro. Em seguida, é calculada a estabilidade do aterro em razão do deslizamento ou escorregamento da sua base por meio do equilíbrio de forças na horizontal. O reforço do geossintético promove um esforço de tração mobilizado (T) que pode ser calculado por meio da avaliação de deslocamento lateral ou pelo método de ruptura por cunha ou por superfície circular a partir de programas de estabilidade disponíveis. O valor obtido deve ser comparado à resistência à tração admissível do material. Definido o valor do esforço de tração T, deve-se definir a deformação permissível εa (2% a 6%) e o módulo de rigidez do geossintético por meio da equação: Nos aterros sobre colunas granulares, são executadas malhas quadradas ou triangulares de colunas de brita ou areia, encamisadas ou não com material geossintético. Seu projeto é embasado nos parâmetros de coesão, ângulo de atrito e pesoespecífico do conjunto solo-coluna. Devido à complexibilidade desta construção e à diversidade dos materiais, é recomendada a utilização de métodos numéricos para a análise de estabilidade, como exemplo o método dos elementos finitos, que permitem a não utilização de aterros experimentais. Este método permite a realização de simulações numéricas para diversas condições, considerando de forma mais realista as deformações ou tensões que se desenvolvem no aterro. Construído o aterro ou durante sua execução, o porte da obra ou o risco inerente a ela, pode necessitar do estabelecimento de um 37 programa de monitoramento geotécnico do aterro sobre solo mole, como ilustrado na Figura 1. Esse programa tem como objetivo verificar as premissas do projeto, ajudar no planejamento da obra e permitir que as obras vizinhas permaneçam íntegras. Figura 1 – Programa de monitoramento geotécnico Fonte: elaborada pelo autor. Os dados obtidos no monitoramento permitem a obtenção de parâmetros de campo como o coeficiente de adensamento. A interpretação e análise desses dados é fundamental para o sucesso da obra. Referências bibliográficas ALMEIDA, M. S. S.; MARQUES, M. E. S. Aterro sobre solos moles. 2. ed. São Paulo: Editora Oficina de Textos, 2014. 38 PARA SABER MAIS O processo de construção de aterros sobre colunas granulares de areia ou brita envolve a execução de uma malha de colunas, que podem ser feitas com ou sem o deslocamento da argila, sendo destaque o uso das colunas instaladas por vibrossubstituição. Essa técnica foi desenvolvida em meados do século XX (ALMEIDA; MARQUES, 2014). Seu procedimento construtivo segue as seguintes etapas: preenche- se a caçamba com o material granular, que é içado e utilizado para preenchimento do tubo. É feita a penetração de um vibrador no solo, por jateamento, de forma a executar um furo de diâmetro maior que o vibrador até a profundidade desejada. Após o furo finalizado, este é preenchido com material granular e, por meio de curtos movimentos descendentes e ascendentes do vibrador, o material é vibrado enquanto mais material é introduzido. Durante esse processo, realiza-se também o jateamento de forma a manter o material granular limpo. Atingindo a superfície do terreno, a coluna granular é completada. Como alternativa, a coluna granular convencional, pode-se utilizar as colunas granulares encamisadas com geotêxtil. Essa técnica é interessante quando as argilas do solo de fundação são muito moles e não fornecem um confinamento lateral da argila adequado. O encamisamento da coluna consiste na utilização de um geotêxtil com alto módulo e baixo coeficiente de fluência, mantendo boas condições de drenagem da coluna (ALMEIDA; MARQUES, 2014). Nos aterros sobre colunas encamisadas, o espaço comumente adotado entre elas é de 1,5 m e 2,5 m, sendo o diâmetro das colunas da ordem de 0,80 m. Os valores de módulo de rigidez (J) do geotêxtil utilizado situam-se na faixa entre 2000 e 4000 kN/m. Um exemplo de aplicação desse método é citado por Almeida e Marques (2014) 39 em uma rodovia próxima à cidade de São José dos Campos (SP), a 100 km da cidade de São Paulo. Nesta construção, as colunas foram executadas utilizando-se equipamentos que fazem estacas do tipo Franki, com encamisamento de geossintético e areia. Os recalques medidos foram da ordem de 100 mm e estabilizados em seis meses. Referências bibliográficas ALMEIDA, M. S. S.; MARQUES, M. E. S. Aterro sobre solos moles. 2. ed. São Paulo: Editora Oficina de Textos, 2014. TEORIA EM PRÁTICA A escolha do tipo de aterro a ser adotado depende dos parâmetros do solo de resistência, da resistência do material a ser utilizado no aterro, do reforço, se houver, e da geometria do aterro, que permitirá avaliar a estabilidade global do conjunto aterro fundação. Com base nessas informações, considere três projetos de aterros que foram construídos sobre uma camada espessa de solo mole subjacente a uma camada de solo argiloso de compacidade rija. Foi realizada a análise de estabilidade global de cada um, e obteve- se um fator de segurança para os aterros 1, 2 e 3 de 1,15, 2,0 e 2,1, respectivamente. Durante seu monitoramento, obteve-se um coeficiente de adensamento de 0,0005 cm/s, 0,05 cm/s e 0,0005 cm/s. Reflita: analisando os fatores de segurança obtidos e os coeficientes de adensamento, qual aterro teria melhor comportamento para a utilização de sobrecarga temporária? E ao uso de drenos verticais? Por quê? 40 Para conhecer a resolução comentada proposta pelo professor, acesse a videoaula deste Teoria em Prática no ambiente de aprendizagem. LEITURA FUNDAMENTAL Prezado aluno, as indicações a seguir podem estar disponíveis em algum dos parceiros da nossa Biblioteca Virtual (faça o log in por meio do seu AVA), e outras podem estar disponíveis em sites acadêmicos (como o SciELO), repositórios de instituições públicas, órgãos públicos, anais de eventos científicos ou periódicos científicos, todos acessíveis pela internet. Isso não significa que o protagonismo da sua jornada de autodesenvolvimento deva mudar de foco. Reconhecemos que você é a autoridade máxima da sua própria vida e deve, portanto, assumir uma postura autônoma nos estudos e na construção da sua carreira profissional. Por isso, nós o convidamos a explorar todas as possibilidades da nossa Biblioteca Virtual e além! Sucesso! Indicação 1 O capítulo indicado, Geossintéticos em aterros sobre solos moles, tem como objetivo explicar os aspectos que devem ser considerados nas análises de estabilidade de aterros sobre solos moles e os métodos de equilíbrio-limite a serem utilizados. Indicações de leitura 41 PALMEIRA, E. M. Geossintéticos em aterros sobre solos moles. In: PALMEIRA, E. M. Geossintéticos em geotecnia e meio ambiente. São Paulo: Editora Oficina de Textos, 2018. cap. 8. p. 179-220. Indicação 2 O capítulo indicado, Aplicações em Reforço de Solos, complementa os conceitos de dimensionamento e especificação de geossintéticos, apresentando o método de Low et al. (1990) na análise de ruptura global. VERTEMATTI, J. C et al. Aplicações em Reforços de Solo. In: VERTEMATTI, J. C. Manual Brasileiro de Geossintéticos. São Paulo: Blucher, 2004. cap. 4. p. 72-83. QUIZ Prezado aluno, as questões do Quiz têm como propósito a verificação de leitura dos itens Direto ao Ponto, Para Saber Mais, Teoria em Prática e Leitura Fundamental, presentes neste Aprendizagem em Foco. Para as avaliações virtuais e presenciais, as questões serão elaboradas a partir de todos os itens do Aprendizagem em Foco e dos slides usados para a gravação das videoaulas, além de questões de interpretação com embasamento no cabeçalho da questão. 1. Na avaliação de estabilidade de um aterro, devem ser analisadas todas as possibilidades de ruptura que possam ocorrer. Uma delas é a ruptura do solo de apoio do aterro, 42 devido sua baixa capacidade de carga. Para se evitar esse tipo de ruptura, deve ser determinado o parâmetro de: a. Resistência à compressão do geossintético. b. Recalque diferencial do solo. c. Altura crítica do aterro. d. Resistência de cisalhamento do aterro. e. Módulo de rigidez do geossintético. 2. Para realizar a análise de estabilidade de um aterro são utilizados métodos de cálculo para determinar os fatores de segurança do projeto em relação a estabilidade global, deslizamento e fundação. Certo projeto de aterro sobre solos moles apresentou um fator de segurança inferior ao necessário na análise de estabilidade global. Para solucionar o problema, o que o engenheiro poderia fazer? a. Adoção de bermas de equilíbrio. b. Aumento da altura do aterro. c. Colocação de sobrecarga temporária. d. Retirada da camada de geossintético. e. Redução das etapas do aterro para etapa única. GABARITO Questão 1 - Resposta C Resolução: Na análise de ruptura do solo de fundação de um aterro, deve-se iniciar pelo cálculo da altura crítica do aterro. Isso permite determinarse o solo é capaz de receber a carga prevista em projeto. 43 Questão 2 - Resposta A Resolução: Quando, durante uma análise de estabilidade global, encontra-se fatores de segurança inferiores ao adequado, pode-se utilizar a execução em etapas ou o uso de bermas de equilíbrio. Outra possibilidade é o uso de aterros reforçados com geossintéticos. BONS ESTUDOS! Apresentação da disciplina Introdução TEMA 1 Direto ao ponto Para saber mais Teoria em prática Leitura fundamental Quiz Gabarito TEMA 2 Direto ao ponto Para saber mais Teoria em prática Leitura fundamental Quiz Gabarito TEMA 3 Direto ao ponto Para saber mais Teoria em prática Leitura fundamental Quiz Gabarito TEMA 4 Direto ao ponto Para saber mais Teoria em prática Quiz Gabarito Inicio 2: Botão TEMA 4: Botão TEMA 1: Botão TEMA 2: Botão TEMA 3: Botão TEMA 9: Inicio :