Estudo de Caso: Comportamento de Recalque PósTratamento Geotécnico CPR, na Lagoa Rodrigo de Freitas

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1 Estudo de Caso: Comportamento de Recalque PósTratamento Geotécnico CPR, na Lagoa Rodrigo de Freitas 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 dois anos de monitoramento de recalque em obra de aterro sobre solo mole tratado com a técnica CPR (Consolidação Profunda Radial), na Lagoa Rodrigo de Freitas, Rio de Janeiro-RJ. Até o ano 2011, antes do tratamento, a baixa elevação do terreno, causada por recalques por adensamento, fazia com que alagamentos fossem frequentes, em períodos chuvosos. O processo de adensamento ocorria desde a década de setenta, quando houve a construção de aterros às margens da Lagoa. Pelo fato da resistência não-drenada (Su) apresentar valores crescentes com a profundidade, o tratamento geotécnico ocorreu de forma pouco usual, não atingindo toda espessura da camada mole. Imediatamente após o tratamento, em janeiro/2012, foram instaladas placas de recalques que são monitoradas ate os dias atuais. Pelo fato da solução geotécnica ter sido do tipo flutuante, mensalmente são mensurados a magnitude e a velocidade de recalque. Uma estimativa teórica de recalque primário é apresentada, comparando as curvas recalque x tempo: situações com tratamento e teórica. O objetivo é verificar a eficiência do tratamento que ocorreu de forma peculiar. Esse estudo apresenta: i) resultados de CPT-U após o tratamento; ii) breve descrição do tratamento geotécnico; iii) estimativa de recalque teórico; iv) resultados de placas de recalque. PALAVRAS-CHAVE: Solo mole, tratamento geotécnico, monitoramento recalque. 1 INTRODUÇÃO É comum ocorrer em regiões brasileiras, principalmente litorâneas, formação geológica de depósitos de solos moles, de grande profundidade. Estes solos representam, em muitos casos, desafios a engenharia geotécnica como tentativa de impedir ou diminuir recalques. Segundo a NBR 6484, a terminologia muito mole é para solos com SPT menor que 2 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. Este estudo apresenta resultados do monitoramento do recalque um tratamento geotécnico, que teve objetivo de estabilizar recalques que ocorriam, ao longo de décadas, em área de lazer às margens da Lagoa Rodrigo de Freitas. Além do monitoramento, estimativas do recalque teórico são apresentadas. São apresentados, também, resultados de 10 placas de recalque, monitoradas por dois anos, no intuito de avaliar o desempenho do tratamento CPR. Na elaboração do projeto, o curto prazo executivo e restrições no orçamento, associados à resistência não-drenada crescente com a profundidade, optou-se pela utilização da solução do tipo flutuante, tratando-se apenas a metade da profundidade do depósito mole. Com esta solução, levatouse recalques num período de 2 anos, razão pela qual elevou-se o aterro 40 cm acima do greide de projeto. Este estudo apresenta a eficiência do tratamento na situação não usual mencionada, verificando-se a concordância entre as curvas recalque-tempo teórica e com o CPR.

2 2 CONSOLIDAÇÃO PROFUNDA RADIAL (CPR) 2.1 Considerações iniciais O CPR tem como objetivo específico melhorar as características geotécnicas, quanto à rigidez / resistência de solos moles. A técnica consiste em fazer pré-furos, cravar geodrenos em malha triangular ou quadrada para, em seguida, executarem-se bulbos de compressão, com geogrout, via expansão de cavidades, com monitoramento automático do excesso da poropressão. Os bulbos feitos com geogrout, possuem formato geométrico diverso e são confeccionados de baixo para cima, a cada metro de profundidade, com tensão e deformação controlados. Este processo induz o adensamento da argila ao redor de cada bulbo de compressão. Na execução, ocorre o adensamento radial, onde o excesso de poropressão, controlado, é dissipado pelos geodrenos. Consequentemente, aumenta-se a rigidez e a resistência do solo, ao mesmo tempo em que reduz-se a magnitude e o tempo de recalque, quando comparada à condição sem tratamento geotécnico. O solo tratado enquadra-se na condição de compósito híbrido (solo/geogrout) semi-rígido, pouco deformável. As figuras 1 a 2 mostram a sequência do tratamento geotécnico. Figura 1. Etapa I: cravação de geodrenos. Figura 2. Etapa III: formação de bulbos de compressão, via expansão de cavidades. 2.2 Abordagem teórica O CPR Grouting é uma técnica de grouting específica para reforço de solos moles argilosos, assim como o Compaction Grouting (Baker and Broadrick, 1997) é específica para reforçar solos arenosos e o Jet Grouting (Shroff and Shah, 1999) é formador de colunas de cimento. O Tratamento geotécnico com CPR utiliza expansão de cavidades, com a formação de bulbos de compressão, associado à geodrenos para induzir excessos de poropressão, de maneira controlada, viabilizando o processo de adensamento do solo mole argiloso. Como critério executivo, ao confeccionar-se cada bulbo, são monitorados o volume inserido e a consequente pressão, na formação de cada bulbo de compressão. Este monitoramento avalia o desempenho do tratamento. O geogrout possui slump entre 8 e 10 cm, em função das características do solo a ser tratado. 2.3 Recomendações para uso do CPR A técnica é recomendada para tratamento de solos moles argilosos compressíveis, com baixo valor de SPT: Solo a ser tratado: Argilas compressíveis:. Es < 3000 kpa - módulo de elasticidade:. Su < 25 kpa - resistência não-drenada:. SPT < 10 golpes Bulbos geogrout:. 0,5 m < dc< 1.50 m - diam. do bulbo; < EG < kpa - modulo de elasticidade do grouting;. 1,5 MPa < Rc < 3,0 MPa - resistência a compressão simples. 3 O ESTUDO DE CASO Às margens da Lagoa Rodrigo de Freitas, na altura do Parque Cantagalo, o desnível aterrolagoa era pequeno, devido ao histórico de recalques, que causava frequentes alagamentos em período chuvoso, como mostrado na figura 3.

3 Figura 3. Alagamento do aterro e rodovia às margens da Lagoa, no trecho do Corte de Cantagalo, antes do tratamento, (2010). Este estudo relata resultados do monitoramento do recalque pós tratamento CPR. No processo executivo utilizou-se malha triangular, com espaçamento entre as verticais de tratamento igual a 4m. Sobre o solo tratado com CPR, lançou-se cerca de 90 cm de aterro, sendo 40 cm acima do greide de projeto. A figura 4 mostra os equipamentos utilizados no processo CPR. O recalque estimado, após tratamento, foi 55cm, com 90% de adensamento em 4 anos, mostrado no item 4.2. Figura 5. Corte esquemático do tratamento CPR realizado. Todo o aterro construído até a década de setenta encontrava-se 90% submerso. A figura 6 mostra, de forma esquemática, a profundidade das camadas tratadas e de todo o depósito mole, com cerca de 20m. Foi tratado cerca de 60% do solo mole, sendo a solução do tipo flutuante", pouco usual. Figura 6. Camadas de solo após tratamento. Figura 4. Equipamentos para execução CPR: Caminhão betoneira, bomba mecânica para geogrout e perfuratriz. A figura 5 ilustra o perfil de tratamento realizado. Ensaios CPT-U mostram que sob a camada tratada havia Su crescente com a profundidade, como mostra a figura 7.

4 Figura 7. Perfil Su crescente com a profundidade, obtido por CPT-U, Ensaios COPPE (2012). A condição de tratamento, não usual, exigiu monitoramento do recalque para avaliar a eficiência do tratamento. Foram instaladas dez placas de recalque, como mostra a figura 8. Figura 8. Pontos de monitoramento de recalque em área tratada. As características do solo são mostradas nas tabelas 1 a 3: Tabela 1. Camadas de aterro: Parâmetro Valor hat1 0,90m hat2 0,70m h at 5,0m h ar 2,0m hat1 espess. de aterro lançada após tratamento hat2 espess. de aterro existente, acima do NA, précpr. h at espess. de aterro existente submerso h ar espess. de areia existente, submersa, sob aterro Tabela 2. Parâmetros do solo mole antes do tratamento Parâmetro Valor hs 20m CC 1,6 Cv(lab) 1,5E-8m²/s Cv(campo) 1,6E-7m²/s Su <15 kpa ys 14,0 kn/m³ eo 2,65 hs espessura de solo mole CC índice de compressão Cv(lab) coeficiente de adensamento vertical Cv(campo) coeficiente de adensamento vertical Su resistência não-drenada ys peso específico do solo mole eo índice de vazios do solo mole Tabela 3. Parâmetros do solo após tratamento Parâmetro Valor hs,pós (sob CPR) 11 m L 4,0 m AT 16,0 m² 1,20 m g Es kpa Eg kpa Yg 18 kn/m³ Ys 14 kn/m³ Ac = Ag / AT 0,07 yeq = yg x ac + ys x (1-ac) 14,3 yacr = yeq - ys 0,50 (aprox.) Su(médio), sob CPR 23kPa hs,pós (sob CPR) espessura de solo mole sob tratamento L distância entre bulbos geogrout AT área unitária tratada Ag área do bulbo geogrout g diâmetro do geogrout Es módulo do solo tratado Eg - módulo do bulbo geogrout ys peso específico da argila tratada yg peso específico do geogrout yeq peso específico do solo compósito (tratado), EBGEU (2010) yacr acrécimo de peso específico devido ao geogrout 4 RESULTADOS O recalque total foi estimado por dois métodos: Asaoka (1978) e pela equação clássica de Terzaghi (1948). 4.1 Estimativa de recalque por Asaoka Foi utilizado o método de Asaoka para estimar o recalque na camada abaixo do solo tratado com CPR, conforme recomendações

5 de Almeida e Marques (2010). O recalque total estimado foi 47,7 cm, mostrado na figura 9. (2) Onde, Hd = distância máxima de drenagem Hd = 0,50hs,pós (sob CPR) T = fator tempo A figura 10 mostra as curvas recalque x tempo teórica e monitorada, com boa concordância. O recalque estimado é cerca de 55 cm, com 90% de adensamento. O recalque monitorado, até o presente momento, atingiu 40 cm. Figura 9. Estimativa de recalque por Asaoka. 4.2 Estimativas de recalque por Terzaghi e o recalque monitorado Para estimar o recalque teórico, por adensamento primário, foi considerado como sobrecarga: - aterro existente, com 0,7m de espessura, acima do N.A cm de espessura de aterro lançado sobre CPR. - Acréscimo de carga devido ao CPR: 0,5 kn/m³. - Parâmetros do solo mole, conforme tabela 2. Nota: O Aterro que submergiu ao longo de décadas não foi considerado como sobrecarga. Estima-se que o recalque devido esteja com percentual de adensamento superior a 85%. Figura 10. Curvas recalque x tempo: monitorada e teórica. A velocidade de recalque também foi monitorada. Ao iniciar o tratamento, em dezembro/2011, a velocidade de recalque era 2mm/dia. Em fevereiro/2014 reduziu para 0,19 mm/dia, mostrado na figura 12. A magnitude do recalque foi estimado pela expressão (1): (1) Onde, a tensão de pré adensamento i tensão efetiva geostática f tensão efetiva final com sobrecarga Cr = 0,1Cc = índice de recompressão Para o tempo (t) de recalque foi utilizada a expressão (2): Figura 11. Velocidade de recalque monitorada. 5 ANÁLISE DE RESULTADOS A Lagoa Rodrigo de Freitas, na altura do Corte do Cantagalo, teve diversos aterros

6 desde a década de setenta, de modo a atenuar problemas frequentes de alagamentos. A área tratada com CPR foi de m². Um percentual de 13% desta área foi considerada como crítica, duas pequenas áreas, com maior profundidade de solo mole. Estas regiões apresentam recalques dentro do previsto, conforme mostrado na figura 11. As circunstâncias ou limitações para o tratamento, citadas no item 1, conduziram para o tratamento do tipo flutuante. Os recalques desenvolvidos sob o CPR apresentam boa concordância com as curvas recalque-tempo teórica (projetada). Verificou-se que 87% da área, considerada não crítica, com espessura de solo mole menor que 9,0m, sob o CPR, foi estabilizada imediatamente após o tratamento. A previsão do recalque primário total está entre 47 cm e 55 cm. O monitoramento mostra que em fevereiro/2014 o adensamento está em sua fase final. Pelo método Asaoka, tem-se 40cm/47cm = 84% de adensamento; e por Terzaghi há 40cm/55cm = 72% de adensamento. Estas duas pequenas áreas apresentam velocidades decrescentes de recalque com 0,15mm/dia, ou seja, pouco significativas, conforme curva teórica. Estas velocidades correspondem a 75% de adensamento, obtido a curto prazo: 2 anos. A velocidade de recalque antes do CPR, que era 2.5 mm/dia, em janeiro/2012, foi reduzida para 0,15 mm/dia em fevereiro/2014, atingindo 75% a 80% de adensamento. Após dois anos do tratamento, observa-se que não há qualquer risco de alagamento nas áreas de lazer, às margens da Lagoa Rodrigo de Freitas. AGRADECIMENTOS Agradecemos aos colegas de trabalho que contribuíram para realização desse estudo. REFERÊNCIAS Almeida, M. S. S. e Marques, M. E. S. (2010). Aterros Sobre solos moles Projeto de Desempenho. Ed. Oficina de Textos. Asaoka, A. (1978). Observation Procedure of Settlement Prediction, Soil and Fundation Japanese Society of Soil Mechanics and Fundation Engineering vol 18. Baker and Broadrick (1997) Compaction Grouting: A Twenty Year Update and a Vision for the 21 st Century. ASCE Florida Annual Meeting. DNER - PRO 381. (1998)- Projeto de aterros sabre solos moles para obras viárias. Rio de Janeiro: DNER. EBGEO (2010)- Recommendation for design and analysis of Earth structures using geosynthetic reinforcements. Massad, F. (2009). Solos Marinhos da Baixada Santista - Caracteristicas e propriedades geotécnicas. Ed. São Paulo, Oficina de Textos. Pinto, C. S. (2000). Curso básico de mecânica dos solos. Ed. São Paulo, Oficina de Textos. 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 Terzaghi, K. e Peck, R.B. (1948) Soil Mechanics in Engineering Practice, 2nd ed., McGraw Hill, New York, NY, USA, 685 p.