Conheça os Solos Orgânicos e Turfas

Solos orgânicos e turfas, geralmente, impõe características de mole a ultramole, formando depósitos superficiais subconsolidados em áreas onde a água cobre o terreno ou a região, podendo ficar presente próximo à superfície na maior parte do tempo. Na medida em que deseja-se construir, particularmente, rodovias, dever-se-á analisar sua abrangência e particularidades, em um programa detalhado de reconhecimento de campo, de modo a não ocasionar recalques diferenciais, quando da utilização de uma mesma modalidade de melhoramento de solo. Sondagens triviais como SPT, CPTU e palheta não conseguem detalhar camadas de solos orgânicos e turfosos, principalmente, turfas fibrosas, já que possuem grande variedade comportamental, função de sua natureza errática. Na realidade, há diferentes opiniões com relação aos métodos de investigação, ficando evidente que qualquer discussão sobre obras de aterros sobre depósitos de turfas inclui, necessariamente, definição do solo de fundação, diferenciando-se a presença de turfas, solos orgânicos turfosos, solos orgânicos e solos com teor orgânico.

Suas propriedades geotécnicas variam enormemente, podendo ser o diferencial para a ocorrência de rupturas no solo. No final das contas, o custo desta exploração, detalhada, costuma ser positivo, o que exige experiência do projetista. Frequentemente, são realizados serviços de geoenrijecimento de solo, com CPR Grouting, em trechos localizados de rodovias e particularmente em encontros de pontes, motivado por bolsões localizados de solos orgânicos e turfas, promovendo um poderoso processo de compressão, seguido de consolidação e total confinamento. Tecnicamente, qualquer solo que contenha carbono é chamado de “orgânico”. Solos orgânicos, portanto, contém quantidade significativa de material orgânico, cuja fração coloidal ativa é o húmus. Identificar este “solo” é extretamente importante para o contexto de uma obra, pois caracteriza-se por ser pouco resistente e bem mais compressível do que os solos inorgânicos (minerais), razão pela qual, tradicionalmente, evita-se estes terrenos. Na realidade, com o advento do geoenrijecimento de solos argilosos moles e orgânicos, como o CPR Grouting, não há mais qualquer dificuldade executiva com estes solos, conforme explicado nos capítulos seguintes deste livro.

O termo turfa refere-se a solos altamente orgânicos provenientes, primariamente, de vegetação, caracterizando-se por formar depósitos não consolidados, tendo alto teor de colóides (húmus) não cristalinos. Sua cor é variável, podendo variar do marrom escuro até o preto, tendo consistência esponjosa e forte odor orgânico. Sua composição fibrosa, ou o que restou das plantas, às vezes, é perfeitamente visível à olho nú, no entanto, em estágios avançados de decomposição não ficam evidências. Em regiões próximas ao mar, depósitos de turfas e solos orgânicos, costumam ser superficiais, aprofundando-se na medida em que interioriza. A presença da água é fundamental para a decomposição e sua preservação. Neste contexto, torna-se importante o equilíbrio entre chuvas e a evapotranspiração, assim como a topografia local, pois regula as características hidrogeológicas dos depósitos destes materiais. De um modo geral, solos orgânicos e turfas apresentam características que os distinguem da maioria dos solos minerais, exigindo todo um cuidado em sua análise, tendo em vista a construção a ser realizada. Alguns dos cuidados a serem tomados são:

  1. Seu alto teor de umidade presente (acima de 1.500%).
  2. A alta compressibilidade, incluindo-se significativa compressão secundária e terciária.
  3. Baixa resistência cisalhante.
  4. Variabilidade espacial alta.
  5. Propensão à decomposição favorecida pelo ambiente.
  6. Alta permeabilidade comparada à argila.
É comum proceder-se o melhoramento do solo orgânico mole a partir da superfície. Para tal, necessita-se do aterro de conquista, para acesso dos equipamentos

A questão é que, em termos geotécnicos, solo orgânico e turfa representam formas extremas de solos moles. Para complicar, estes materiais também sofrem alterações químicas e biológicas com o tempo. Por exemplo, um processo posterior de humificação em seu conteúdo orgânico, certamente, alterará suas propriedades mecânicas, como sua compressibilidade, resistência ao cisalhamento e condutividade hidráulica. A redução da água do solo causa contração e oxidação em depósitos de turfa, viabilizando mais humificação e, consequentemente, aumento da permeabilidade e compressibilidade. Nota-se, portanto, que é extremamente importante entender profundamente todas as características pertinentes aos solos orgânicos e depósitos de turfa, como o afloramento da água no solo, estratégias topográficas de rebaixamento e, evidentemente, suas propriedades fundamentais que, como veremos, não correspondem ao meio mineral. Faz sentido, portanto, não adotar parâmetros geotécnicos, semelhantes as do solo mineral, quando da presença de solos orgânicos, e, depósitos de turfas.

Solo argiloso orgânico mole, com cerca de 25m de profundidade, apresentando camadas turfosas à superfície na Lagoa de Jacarepaguá, RJ.

Nosso trabalho com geoenrijecimento do solo, quase sempre em presença de solos argilosos fortemente orgânicos e depósitos de turfas, tem nos dado experiência para entender seu comportamento considerando-se, sempre, a necessidade do conhecimento de seus parâmetros essenciais.

Conhecendo solos orgânicos e turfosos

Diferentemente dos solos minerais argilosos ou siltosos, solos orgânicos e turfas são caracterizados pelo seu teor de fibras e grau de humificação ou decomposição.

Todos os solos com teor orgânico superior a 20% são denominados solos orgânicos. Já turfas são “solos orgânicos” com teor de orgânico maior do que 75%. Estas duas definições baseiam-se em suas propriedades mecânicas, sendo aceito que quando um solo possui teor orgânico superior a 20%, o critério mecânico do solo mineral convencional (silte e argila) não pode mais ser aplicado, de forma genérica. A tabela abaixo mostra a classificação da ASTM (Standard Classification of Peat Samples by Laboratory Testing) (D4427) de amostras de turfas. Argilas ou siltes levemente orgânicos, provavelmente, aparecerão como solos muito finos inorgânicos, com cor marrom escuro variando à preto, tendo odor orgânico e sinais de matéria orgânica.

É muito comum proceder-se com o melhoramento do solo orgânico mole com geoenrijecimento, objetivando-se a escavação para subsolos de prédios, assim como dar capacidade suporte para a laje de subpressão.

Seu limite de plasticidades deverá ser avaliado de acordo com os demais solos finos inorgânicos e classificado como siltes ou argilas de baixa, média ou alta plasticidade. As turfas, por outro lado, poderão aparecer como material completamente orgânico, contendo matéria orgânica suficiente, tendo baixa densidade e cor marrom escura variando à preto. Solos orgânicos, por outro lado, são mais difíceis de se subdividirem, já que no sistema unificado de classificação do solo (UCS), são reconhecidos como entidade separada de solos, tendo maior divisão, denominada solos altamente orgânicos (Pt), do inglês peat, referindo-se à turfa ou “solos” altamente orgânicos.

O teor de fibras é determinado, tipicamente, a partir do peso seco das fibras retidas na peneira 100, como uma porcentagem da massa seca na estufa (padrão ASTM-1997). As fibras podem ser finas ou grossas e seu teor expressa nada mais nada menos que a textura do solo orgânico/turfoso. De forma característica, uma fibra é definida como tendo um diâmetro superior a 0,15mm. Segundo Molenkamp, 1994, o perfeito conhecimento do material constituinte e sua orientação permite modelar o tipo de solo e, consequentemente, compreender seu comportamento mecânico.

O processo de decomposição ou humificação envolve a perda da matéria orgânica, na forma de gás ou diluída em água, desaparecendo sua estrutura física e seu estado químico. A imersão no lençol freático reduz, drasticamente, o fornecimento do oxigênio que, por sua vez, reduz a atividade microbiana aeróbica, encorajando o apodrecimento da matéria de forma rápida. Turfas classificam-se como amorfas e fibrosas.

Com base nas fotos microscópicas das turfas amorfas, Landva e Pheeney, 1980, informam que uma vez submetidas a pressões de consolidação, não há diferenças entre a textura natural e o comprimido com pressões de até 7kg/cm2. Observa-se, nas fotos a seguir apresentadas, que não há muitos espaços vazios entre as figuras A e B, o que deduz-se que turfas amorfas tem condutividade hidráulica inferior às turfas fibrosas.

Microfotografias de turfa amorfa (a)Material granulado amorfo no seu estado natural e (b)Material granulado amorfo comprimido sob pressão de 7000kPa (Landva e Pheeney, 1980).

 

Microfotografias de turfa fibrosa (a) plano horizontal (b) e plano vertical (Fox e Edil, 1996).

Por outro lado, fotos microscópicas de turfa fibrosa mostram, segundo Fox e Edil, 1996, que este material tem coloração marrom escura, aparência de muito mole, esponjoso, contendo grande quantidade de fibras, outros materiais orgânicos além de água. Uma amostra de turfa fibrosa foi comprimida, em uma direção, até 4kg/cm2. A seguir, foram feitas microfotografias no plano vertical e horizontal, observando-se que as fibras individuais tendem a se orientar horizontalmente, na medida em que a pressão de consolidação é aplicada às amostras.
Esta situação nos mostra que, sob pressão de consolidação, os espaços vazios na direção horizontal tornam-se maiores do que os existentes na direção vertical, como resultado da orientação das fibras, fazendo-se obter pronunciada anisotropia estrutural com sugestão de que a condutividade horizontal do “solo” é maior do que sua condutividade hidráulica vertical. Com base nestas conclusões, Kogure, 1993 e Dhowian, 1980 montaram um diagrama esquemático da composição da turfa conforme abaixo.

Diagrama esquemático que ilustra a composição da turfa.

Hobbs, 1986, e Edil, 1997, sugerem caracterizar solos orgânicos e turfas da seguinte maneira:

  • Cor.
  • Grau de humificação (se fibrilar, hêmico ou sáprico).
  • Teor de umidade, determinado pela secagem em estufa a 105ºC.
  • Principais comportamentos na forma de fibras grossas, finas ou amorfa.
  • Teor orgânico como porcentagem do peso seco, determinado a partir da perda ao forno nas temperaturas de 450 a 550º, como porcentagem da massa seca em estufa a 105ºC.
  • Limites de liquidez e plasticidade.
  • Teor de fibra, determinado a partir de seu peso seco de fibras retido na peneira 100, como porcentagem de massa seca na estufa.

Antes de se iniciar um projeto, torna-se extremamente importante avaliar a região em questão, determina-se o panorama da distribuição dos solos, particularmente os orgânicos e se há depósitos de turfas.

Presença de solo turfoso em terreno onde, mais tarde, seria construído um grande empreendimento residencial. Foi feito a remoção da vegetação e a colocação de aterro de conquista para iniciar-se o geoenrijecimento do solo, objetivando-se a escavação a -3m e capacidade suporte para toda a infraestrutura de aterro circundante.

A investigação no Google Earth, inclusive os anos anteriores, de modo a identificar regiões planas, depressões e cursos d’água. Segue-se à caracterização do solo, com sondagens SPT (Standard Penetration Test). A identificação da presença de solos orgânicos e depósitos de turfa, impõe a retirada estratégica de amostras, sem a preocupação do amolgamento já que, invariavelmente, a condição do solo é mole ou muito mole. Se houver a necessidade de se obter informações a respeito da resistência e deformabilidade do solo, haverá necessidade de se obter amostras indeformadas ou não amolgadas. O subcomitê da Sociedade Internacional de Mecânica de Solos e Engenharia Geotécnica, ISSMFE, apresenta manual para amostragem de solos coesivos moles, na condição não amolgado, mantendo a condição original de sua textura, tipo, proporção de seus constituintes, propriedades físicas e mecânicas originais no campo.

Referências
  • CASAGRANDE, A. and Fadum, R. E. (1940). Notes on Soil Testing for Engineering Purposes. Publication 268, Graduate School of Engineering, Harvard University, Cambridge, MA.
  • COUTINHO, R. Q. Aterro experimental instrumentado levado à ruptura sobre solos orgânicos de Juturnaíba. 1986. 632 f. Tese (Douturado) – COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, 1986.
  • DHOWIAN, AW & EDIL, Tuncer. (1980). Consolidation Behavior of Peats. Geotechnical Testing Journal – GEOTECH TESTING J. 3. 10.1520/GTJ10881J.
  • EDIL, Tuncer & DHOWIAN, A.W.. (1981). At-rest lateral pressure of peat soils. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE. 107. 201-217.
  • EDIL TB (2003). Recent advances in geotechnical characterization and construction over peats and organic soils. Proceedings of the 2ndInternational Conferences in Soft Soil Engineering and Technology, Putrajaya (Malaysia), pp. 3-26.
  • FOX, P.J. and EDIL, T.B. (1996). Effects of stress and temperature on secondary compression of peat. Can. Geotech. J. 33: 405-415.
  • KOGURE, K., H. Yamaguchi and T. Shogaki, 1993. Physical and pore properties of fibrous peat deposit. Proceedings of the 11th Southeast Asian Geotechnical Conference, Singapore.
  • LANDVA, A. O. And La Rochelle, P. (1983) Compressibility and shear characteristics of Radforth Peats. In P. M. Jarett (ed.), Testing of peats and organic soils, ASTM STP 820, pp. 157-191.
  • LANDVA AO and PHEENEY PE (1980) Peat fabric and Structure. Canadian Geotechnical Journal, 17, p. 416-435.

 

Thomas Kim é engenheiro civil e trabalha com melhoramento de solos moles.

 

 

Eng M. Sc. Joaquim Rodrigues

Eng M. Sc. Joaquim Rodrigues

Joaquim Rodrigues é engenheiro civil M.Sc. formado no Rio de Janeiro em 1977, pós-graduado pela COPPE na Universidade Federal do Rio de Janeiro em 1999. Diretor do Soft Soil Group e da Engegraut Geotecnia e Engenharia, associada à ABMS e ao American Society of Civil Engineers desde 1994. Desenvolveu duas técnicas de tratamento de solos moles, sendo motivo de patente o CPR Grouting, utilizada hoje em todo o Brasil. Desenvolvimento de trabalhos de Grouting, com empresas parceiras nos EUA e Alemanha. Mais de um milhão de metros de verticais de geoenrijecimento executadas em solos moles com CPR Grouting, para a construção de aterros, estradas, portos, ferrovias e armazenagem.

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