Dimensionando o Melhoramento do Solo Mole com Geoenrijecimento II

O aumento da resistência não drenada, cujo valor pode ser estimado pela teoria do estado crítico (Wood, 1990), é consequência direta da diminuição do índice de vazios. Distinguindo-se a resistência não drenada, correspondente ao solo mole na condição original (identificando-se como su0), e a resistência referente ao solo pós geoenrijecimento (identificando-se como su), o incremento da resistência não drenada média, dado pela razão su/su0, pode ser calculado pela seguinte expressão (Cirone, 2016b):


A expressão relaciona a resistência não drenada diretamente com a deformação volumétrica e as características de compressibilidade do solo mole.
No entanto, a qualidade e a certificação final do solo geoenrijecido não pode ser avaliado, apenas, com a contribuição da fase “solo”, mas sim com a interação “solo-bulbos”, ou seja, considerando-se o estado homogeneizado pós-geoenrijecimento. Este aspecto é extremamente importante e será tratado mais adiante, com foco em análise da estabilidade e, também, com capítulo específico.

Aumento da rigidez

Em geral, a rigidez de um solo aumenta com a imposição de tensões confinantes (confinamento). Expressando-se a rigidez de um solo mediante a relação de Janbu (1963)

Onde E0 é o módulo do solo natural, ES o módulo do solo após o geoenrijecimento, p’0 e p0 são as tensões confinantes antes e após o melhoramento do solo, respectivamente. O expoente n varia entre 0 e 1, para maioria dos solos, e pode ser determinado com ensaios triaxiais convencionais. Como alternativa, é possível relacionar o ganho de rigidez à deformação volumétrica, a partir de ensaios de adensamento. A lei de endurecimento de um solo mole pode ser obtida, experimentalmente, sendo dada pela relação:


onde:


que depende da razão de compressão, CR = Cc/(1 + e0), e é obtida para tensões acima da pressão de pré-adensamento, conforme mostrado na figura 2.

Figura 2 – Geoenrijecimento, em função da deformação volumétrica, no ensaio de adensamento.

Com análise estatística baseada na literatura científica nacional, Barata e Danziger, (1986), concluíram que argilas moles, da costa brasileira, apresentam compressibilidades similares entre si dependendo, principalmente, da posição da camada argilosa e da pressão efetiva média (entre o estágio inicial e final de um dado carregamento). Segundo estes pesquisadores, nos solos argilosos das baixadas litorâneas brasileiras, o parâmetro b varia tipicamente entre 6 e 10, para uma faixa de pressões inferior a 2 kg/cm2. Em função do tipo de perfil geotécnico (figura 3), sugeriram os valores de b, apresentados na tabela 2, a seguir.

Figura 3 – Perfis geotécnicos de sedimentos quaternários da costa brasileira, contendo camada mole em diferentes posições, segundo classificação de Barata e Danziger (1986).

Figura 4 – A presença de 12m de aterros a base de rachão lançados durante os últimos 60 anos nesta região da orla da Lagoa Rodrigo de Freitas foi barreira difícil para acessar os depósitos de solo mole com quase 30m de profundidade.

Figura 5 – Grandes áreas, com solos ultra moles, entorno da Lagoa Rodrigo de Freitas sendo geoenrijecidas.
Estado de tensões no solo pós-geoenrijecimento

Devido à complexidade do processo de geoenrijecimento do solo, a previsão do seu estado de tensões, é conduzida de forma simplificada, utilizando-se o modelo Cam Clay Modificado. Algumas hipóteses tornam-se necessárias, com objetivo de desenvolver a solução analítica. São elas:

  1. As tensões verticais não variam muito, em consequência do geoenrijecimento. Por isso, considera-se constante, isto é, σ’v ≈ const.
  2. Considera-se a deformação volumétrica, imposta pelo geoenrijecimento.
  3. O efeito do confinamento lateral é representado pelo aumento do coeficiente de empuxo lateral k = σ’h/σ’v.

Portanto, utiliza-se a função escoamento plástico do modelo Cam Clay Modificado, expresso em termos das invariantes p0, q, tendo como parâmetro de endurecimento a deformação volumétrica plástica ɛv:


Onde λ e κ são determinados a partir de ensaios de adensamento (λ = Cc/2,3 e κ = Cr/2,3), M = 6senØ/(3–senØ) é a inclinação da linha do estado crítico, p’ = σ’v (1+2K)/3 e q = σ’v (1–K) são as invariantes da tensão e e0 é o índice de vazios. Obviamente, tem-se p’0 = σ’v(1+2K0)/3.
O ábaco, na figura 6, foi idealizado a partir da equação anterior (λcRs), onde apresenta-se o aumento do confinamento lateral, com a variação da razão de compressão CR=Cc/(1+e0), em função da deformação volumétrica imposta. Observa-se que, quanto mais compressível for o solo, maior deverá ser a deformação volumétrica plástica, necessária para atingir um dado confinamento lateral. É importante verificar, sempre, a condição K<Kp, pois coeficientes de empuxo maiores que o empuxo passivo são fisicamente impossíveis. Neste caso, tomar K=Kp.
Com o valor estimado do coeficiente de empuxo lateral, o ganho de tensão efetiva média é calculado como:


Teoria da homogeneização

O comportamento do solo mole, após o geoenrijecimento apresenta novos parâmetros geotécnicos. Isto se deve aos seguintes motivos: (1) o adensamento, induzido pelo processo sequencial de expansão de cavidades, promove ganho de rigidez no solo, modificando seu estado de tensões e suas características de resistência e rigidez; (2) o conjunto formado pelos bulbos de compressão radial, via expansão de cavidades, estabelece condição de solo comprimido, confinado e adensado, comportando-se como solo compósito, em que a fase geogrout é o “grupo” e a fase solo é a matriz; (3) os geodrenos instalados aceleram o processo de adensamento reduzindo, enormemente, o tempo do recalque. Em uma microescala o solo geoenrijecido assemelha-se a um volume heterogêneo.

Figura 6 – Determinação do confi namento lateral em função da deformação volumétrica plástica (f = 25º, CR = 10RR).

Se considerarmos, no entanto, uma macroescala, o que tipicamente coincide com as dimensões do aterro, o solo geoenrijecido torna-se homogêneo (Cirone, 2016a).

Figura 7 – Ensaios pressiométricos certifi cam o geoenrijecimento do solo mole na orla da Lagoa Rodrigo de Freitas.

O Método do Meio Homogêneo Equivalente, MHE, é uma ferramenta de cálculo inovadora, que utiliza parâmetros equivalentes de rigidez, resistência e permeabilidade, atribuídos ao volume de solo geoenrijecido. A modelagem geotécnica é efetuada, de forma rápida e precisa, prevendo-se o comportamento do solo geoenrijecido, a partir desses parâmetros. A complexa geometria dos bulbos (observando-se que são disformes e dispersos dentro da massa de solo mole), a presença de geodrenos verticais e o solo adensado, comprimido e confinado, entre bulbos de geogrout, serão abordados pela técnica da homogeneização, a seguir.

A resistência equivalente

A resistência do MHE é calculada com base nos métodos da homogeneização, propostos por Omine et al. (1999) e Wang et al. (2002). A hipótese fundamental assenta-se no conjunto solo + bulbos, comportando-se como meio elástico-perfeitamente plástico, onde o “grupo” (bulbos) é disperso dentro da matriz (solo).

Figura 8 – A homogeneização enquadra-se perfeitamente no cálculo do geoenrijecimento.

Desta forma, a resistência não drenada do meio equivalente é obtida ponderando-se as resistências de seus componentes, com as seguintes expressões:


onde:
• su,eq = resistência não drenada equivalente (meio homogêneo).
• RS = razão de substituição
• su = resistência não drenada do solo entre bulbos
• fc = resistência à compressão do geogrout
• br = índice de resistência

Figura 9 – Área entorno da Lagoa Rodrigo de Freitas, RJ, com presença de solos orgânicos ultra moles com 30m de profundidade sendo geoenrijecidos.

 

 

Planilha de cálculo

Elaborada pela Equipe de Projetos da Engegraut Geotecnia e Engenharia, a planilha de cálculo para dimensionamento do geoenrijecimento de solos moles com CPR Grouting está disponível no link: http://www.engegraut.com.br/geoenrijecimento/.
O programa foi especialmente desenvolvido para calcular o geoenrijecimento de depósitos de solos moles com CPR Grouting, utilizando-se o Método de Meio Homogêneo Equivalente.

O usuário utilizará, como dados de entrada, os parâmetros do solo mole a ser enrijecido. De forma automática, o programa apresentará os resultados obtidos, que poderão ser visualizados em impressos para facilitar a elaboração da memória de cálculo.

Eng M. Sc. Alessandro Cirone

Eng M. Sc. Alessandro Cirone

Engenheiro civil, formado pelo renomado Centro Universitário Politécnico de Milão, pós-graduado pela mesma instituição, especializando-se na área de solos moles, com intercâmbio na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro - PUC-Rio. É titular do setor de projetos, monitoramento, pesquisa e desenvolvimento da Engegraut, empresa com mais de 40 anos, especializada em técnicas de melhoramento de solos, que atua em todo o Brasil. Tem trabalhos publicados sobre melhoramento de solos moles em congressos nacionais e internacionais. Periodicamente apresenta palestras sobre modelagem e cálculo do geoenrijecimento de solos moles.