Análise da Eficiência do Reforço de Solo Mole, com a Técnica CPR, para duplicações da BR-135 e Ferrovia Transnordestina, em Campo de Perizes-MA.

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1 Análise da Eficiência do Reforço de Solo Mole, com a Técnica CPR, para duplicações da BR-135 e Ferrovia Transnordestina, em Campo de Perizes-MA. Eduardo de Oliveira Macedo 1 Engegraut Engenharia e Geotecnia, Rio de Janeiro, Brasil, eduardo@engegraut.com.br Joaquim Rodrigues 2 Engegraut Engenharia e Geotecnia, Rio de Janeiro, Brasil, joaquim@engegrautcom.br RESUMO: Este trabalho exibe resultados e análises de monitoramento com placas de recalque, extensômetros magnéticos ou aranhas magnéticas, piezômetros e ensaios pressiométricos realizados após tratamento geotécnico de solo mole com a técnica CPR (Consolidação Profunda Radial). O tratamento ocorreu para viabilizar tecnicamente a duplicação da rodovia BR-135 além de uma ferrovia existentes, em Campo de Perizes-MA. A região apresenta, no perfil geológico, espessa camada de solo mole, de alta compressibilidade. Sobre a camada tratada foi construído aterro, com dimensões descritas no item 3. A seção instrumentada, na altura da estaca ,00, foi monitorada por período mínimo igual a 2 meses. O objetivo deste estudo foi verificar a eficiência do tratamento geotécnico, analisando a magnitude do recalque, tempo de adensamento e a rigidez do solo de fundação antes e após o tratamento. PALAVRAS-CHAVE: Solo mole, tratamento geotécnico, monitoramento. 1 INTRODUÇÃO Ao logo da BR-135, no interior do Maranhão, entre a capital e o município de Bacabeira-MA, há na formação geológica espessos depósitos de solos moles, muito compressíveis. Estudos básicos foram necessários para caracterizar o solo de infraestrutura, de modo a adotar solução geotécnica para viabilizar obras de duplicação de ferrovia ou rodovia, com 18 km de extensão. Segundo a NBR 6484, (ABNT, 2001) a terminologia mole é para solos com SPT menor do que 5 golpes/30 cm. Para Sandroni (2010) existem ainda os solos "extremamente moles" com SPT menor ou igual a 1 e/ou resistência não-drenada menor do que 12 kpa. Em alguns casos, como no projeto citado, seria impossível alterar o traçado do projeto geométrico, como tentativa de evitar o depósito de solo mole. Desta forma, foi adotada solução de tratamento geotécnico para reduzir a compressibilidade do solo de fundação, de modo a minimizar ou eliminar o recalque perante às cargas de projeto, atendendo ao custo e ao cronograma físico da obra. A técnica adotada pelo DNIT foi o CPR. O trabalho foi desenvolvido entre as estacas ,00 e ,00, em trecho com 500m de extensão e 30m de largura, adjacente a ferrovia Carajás. Durante o procedimento executivo foi necessário constante monitoramento geotécnico. Este trabalho apresenta resultados do monitoramento com placas de recalque, com extensômetros magnéticos (aranhas magnéticas), piezômetros e ensaios pressiométricos para avaliar o desempenho da técnica citada. 2 TRATAMENTO GEOTÉCNICO Tratamentos geotécnicos melhoram a resistência não-drenada (Su), reduzem a magnitude do recalque e aumentam a

2 estabilidade global, melhorando a rigidez/resistência de solos compressíveis. A maioria das técnicas de tratamento consiste em inserir materiais ou agregados, distribuídos em malha triangular ou quadrada, em forma de colunas verticais. Solos moles tratados, geralmente, são interpretados como compósitos híbridos semirrígidos, menos deformáveis quando comparados à condição original. 2.1 A Técnica Consolidação Profunda Radial (CPR) O CPR, basicamente, é a expansão de cavidades em meio drenante artificial. Consiste, após a utilização de geodrenos, em inserir tubos no solo para formar bulbos de compressão, via expansão de cavidades, de baixo para cima, a cada metro de profundidade e com pressão e volume controlados, além do completo controle do excesso de poropressão gerado. A etapa inicial consiste em fazer préfuros, para cravar geodrenos ou drenos fibroquímicos para, em seguida, introduzir geogrout (massa solo-cimento) formando bulbos de compressão no solo, de baixo para cima, a cada metro de profundidade, com pressão e volume controlados. No processo executivo, os bulbos de geogrout de elevada rigidez geram excesso de poropressão que é dissipado por geodrenos, provocando adensando do solo argiloso. O resultado é um solo híbrido de baixa compressibilidade, formado por bulbos de geogrout e argila adensada. Adota-se o conceito de célula unitária, usual em projetos de solos moles (Almeida e Marques, 2010), onde o solo tratado é composto por duas partes: bulbos de geogrout e bulbos de solo adensado, mostrado na figura 1. Cada uma destas partes representa um percentual da célula unitária que, juntas, formam o compósito semi-rígido, onde a rigidez é caracterizada pelo módulo de elasticidade equivalente. Figura 1. Esquema de célula unitária CPR, mencionada no item 2 (Almeida e Marques, 2010). As figuras 2 a 4 mostram a sequência esquemática do CPR e os detalhes dos bulbos de geogrout formados após o tratamento CPR. Figura 2. Etapa I: execução de pré-furos. Figura 3. Etapa II: cravação de geodrenos.

3 Figura 4. Etapa III: Inserção de geogrout no interior da camada mole. Figura 5. Destaque em foto: geogrout proveniente dos bulbos de geogrout formados após tratamento CPR. Como critério de execução, ao confeccionar-se o bulbo, via expansão de cavidades, são monitorados a deformação provocada (volume) e a tensão gerada no solo. O controle geotécnico do excesso e dissipação da poropressão, assim como o desenvolvimento do módulo de cisalhamento dá números ao desempenho do tratamento. 3 O ESTUDO DE CASO Este estudo exibe resultados do monitoramento geotécnico do tratamento CPR, na duplicação da BR-135 / ferrovia anexa existente, em Campos de Perizes-MA. O projeto executivo tem 18 km de extensão e 30 m de largura, onde apenas o trecho crítico com 0,5 km foi tratado com CPR. No local havia solo mole compressível com cerca de 10m à 13m de espessura. Figura 6. Seção ilustrativa de projeto da região tratada. Aterro com 1,90m de altura. O NA está próximo à superfície do terreno. Características do solo mole, antes do tratamento: =Peso específico argila = 14 kn/m3 e0 = índice de vazios = 2,6 LL = Limite de Liquidez = 90% LP = Limite de Plasticidade = 25% σ'vm = Tensão de pré adensamento = 20 KPa Cr = Índice de Recompressão = 0,2 Cc = Índice de Compressão = 1,4 Cv = Coef. de Adensamento Vertical = 1 E-4 cm²/s O terreno, antes do tratamento, apresentava três camadas distintas:. Profundidade 4 a -0 m: de solo muito mole;. Profundidade -0 a -11 m: argila mole;. Profundidade maior que -11m: solo resistente. Estudos, de maio/2013, realizados por consultores da construtora, baseados em resultados CPT-U, relatam que o recalque médio estimado, sem tratamento, seria de 1,16m. As figuras 7 e 8 apresentam os resultados dos ensaios de campo realizados.

4 PZ e 02 (dois) ensaios pressiométricos (PMT) antes e após tratamento. A tabela 1 apresenta os parâmetros do solo após o tratamento CPR. Figura 7. Resultados de ensaios CPT-U pré-tratamento, de maio/2013, realizados por consultores. Tabela 1. Parâmetros do solo após tratamento. Parâmetro Valor hs 11,0m L 3,0 m AT 16,0 m² 1,20 m g Es kpa Eg kpa Yg 18 kn/m³ Ys 14 kn/m³ ac = Ag / AT 0,13 yeq = yg x ac + ys x (1-ac) 14,5 kn/m3 yacr = yeq - ys 0,50 (aprox.) hs, espessura de solo mole tratado L distância entre bulbos geogrout AT área unitária tratada Ag área do bulbo geogrout g diâmetro do geogrout Es módulo pressiométrico do solo tratado Eg - módulo pressiométrico do bulbo geogrout ys peso específico da argila tratada yg peso específico do geogrout yeq peso específico do solo compósito (tratado) yacr acréscimo de peso específico devido ao geogrout NOTA: Conforme conceito de célula unitária (Almeida e Marques, 2010) os módulos pressiométricos podem ser utilizados para determinar o módulo do solo compósito (híbrido geogrout-argila). 4 Figura 8. Resultados de ensaios Vane Test: Su e Sur, pré-tratamento. Su = resistência não drenada Sur = resistência não drenada residual O CPR foi executado em meio drenante artificial previamente instalado com malha triangular de 1,5m x 1,5m, seguido de bulbos de geogrout distribuídos em malha triangular, com espaçamento igual a 3m x 3m, que atingiram cerca de 10m de profundidade, tratando toda a camada mole. Sobre o CPR foi lançado 1,95 m de aterro, sendo o monitoramento feito com placas de recalque (PR), aranha magnética vertical (AM), piezômetro (PZ) e pressiômetro (PMT). A seção monitorada foi na altura da ,00, onde foram instaladas 5 (cinco) PRs, 01 (uma) vertical com 07 (sete) AMs, 01 (um) 4.1 RESULTADOS Placas de recalque (PR) O aterro construído após o tratamento atingiu de 1,95m de altura. A tabela 2 apresenta o resumos dos resultados. Na figura 9, pode-se observar os resultados das placas de recalques em forma de gráfico (recalque x tempo). Tabela 2. Resultado de placa de recalque (PR). Item CPR rmax. 77 mm vat 1,5 mm/dia ef 93,3% t 30 dias rmax = recalque máximo monitorado vat = velocidade de recalque durante aterro t = tempo para estabilização: velocidade de recalque zero. ef = eficiência do tratamento para redução de recalque. ef = (recalque monitorado)/(recalque teórico sem tratamento).

5 Figura 9. Resultados de PRs após tratamento CPR. Figura 11. Resultados de AMs após CPR Aranha Magnética Vertical (AM) A instrumentação AM, pouco usual no Brasil, consiste em dispositivo eletromagnético que é introduzido em pré-furo revestido, para mensurar recalque em subcamadas de solo. Esse dispositivo, que possui garras semelhantes a uma aranha, desce dentro de um tubo de revestimento. Ao ultrapassar limite do tubo, a aranha fica ancorada (presa) no solo. As leituras são feitas por um torpedo que desce por um tubo guia e, ao encontrar cada AM, dispara sinal sonoro. O esquema de instalação de AM é apresentado na figura 10. Piezômetro (PZ) O piezômetro, do tipo corda vibrante, foi instalado antes da construção do aterro, à 5m abaixo da interface do solo tratado-aterro. Os resultados, apresentados na figura 12, mostram que os excessos de poropressão gerados durante a formação dos bulbos de compressão do solo foram completamente dissipados. Figura 12. Resultados de piezômetro. 4.3 Figura 10. Esquema de instalação de AM. Os resultados de Ams (figura 11) mostram que a maior magnitude de recalque, póstratamento, ocorreu nas camadas superiores, cerca de 2,5 m sob à interface do solo tratadoaterro. Nesta profundidade, o recalque monitorado foi 35 mm. Pressiômetro (PMT) Este ensaio é um teste de carregamento executado em campo, dentro de um furo de sondagem. Uma sonda cilíndrica inflável é posicionada nas profundidades de ensaio, dentro do pré-furo executado. O equipamento pressiométrico utilizado foi o TEXAN, que possui unidade de controle hidráulico durante o carregamento, monitorando a resposta do solo ensaiado. Os dados coletados definem a relação tensão-deformação (ou volume / pressão) do solo com a profundidade. Com os dados extraídos do ensaio pressiométrico, determinouse a pressão limite e o módulo pressiométrico.

6 Estes ensaios foram feitos antes e depois do tratamento com CPR para avaliar o ganho de rigidez no solo tratado. A pressão limite (equação 1) no solo, obtida no ensaio, é: PL = PL σ 0, H (1) Onde, PL* - pressão limite líquida PL pressão limite H,0 tensão horizontal do solo, no repouso O módulo cisalhante (G) é determinado no trecho de recarga, obtido no gráfico Pressão x Volume, pela equação 2: G PL* V V (2) Os resultados obtidos antes e após tratamento são mostrados na tabela 4 e figura 13. Tabela 2. Resultados de ensaios PMT: Prof. PL PL* Ensaio Ensaio (kpa) (kpa) (m) Condição Pré-CPR 4, ,0 PMT-01 7, ,0 Condição Pós-CPR 4, ,0 PMT01b 7, ,0 4, ,0 PMT02b 7, ,0 Condição Geograut 1, ,0 PMT-gr 1, ,0 E (kpa) 433,0 918, , , , , ,0 Logo, Es,pós = 4.083,0 kpa valor médio. Eg = ,0 kpa valor médio Onde, V volume da cavidade V acréscimo de volume O módulo de deformação longitudinal (E) é obtido como na equação 3. E G 2 1 (3) Onde, - coeficiente de Poisson Figura 13. Resultados de ensaio PMT. A tabela 3 apresenta classificação dos solos, quanto à consistência, conforme módulo pressiométrico e pressão limite. O módulo pressiométrico do solo tratado ou solo compósito (Eeq), foi determinado conforme equação 4. Tabela 1. Ensaio pressiométrico PMT, Briaud (1992). Pressão Módulo limite Tipo de solo pressiométrico líquida E (kpa) PL* (kpa) Argila mole Argila média Argila rija Argila muito rija Argila dura >1600 >25000 Areia fofa Areia medianamente compacta 1500 Areia compacta Areia muito compacta >2500 > Eeq = 85% Es + 15% Eg (4) Eeq = ,0 argila dura (Briaud, 1992). 5 ANÁLISE DOS RESULTADOS Com base nos resultados obtidos, conclui-se: i) A estimativa de recalque teórico sem tratamento seria 1,16 m, baseado em ensaios CPT-U. Com o tratamento CPR verificou-se que a eficiência da redução de recalques foi 93%, com tempo de estabilização de 30 dias. A magnitude média de recalque atingida foi 7,5 cm.

7 ii) Os recalques em subcamadas, monitorados com AMs, mostram que os maiores adensamentos ocorreram próximo à interface aterro-solo tratado. Os resultados para a profundidade até 5m foram 3,5 cm. iii) Foi verificado que o excesso de poropressão gerado durante a formação dos bulbos de compressão foi completamente dissipado pelos geodrenos, mostrado no item 4.2. iv) Comparando-se os módulos pressiométricos antes e após o tratamento, pela método da célula unitária, o solo de fundação que possuía consistência mole, adquiriu, após tratado, consistência equivalente a de uma argila rija. Os resultados mostram que o desempenho CPR foi prognosticado, com diminuto recalque e rápido adensamento. AGRADECIMENTOS Agradecemos aos colegas de trabalho que contribuíram para realização desse estudo. REFERÊNCIAS ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. (2001) NBR 6484: Solo - Sondagem de simples reconhecimento com SPT - Método de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, Almeida, M. S. S. e Marques, M. E. S. (2010). Aterros Sobre Solos Moles Projeto de Desempenho. Ed. Oficina de Textos. Briaud, J. L. (1992). The Pressurometer. Published by: Taylor and Francis/Balkema. p.50. EBGEO (2010). Recommendation for design and analysis of Earth structures using geosynthetic reinforcements. Sandroni, S. S. (2010). Sobre a prática da engenharia geotécnica com dois solos difíceis: os extremamente moles e os expansivos. Proc. XV Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, Gramado. pp