Investigação Geotécnica e Estudo de Adensamento da Camada de Argila Muito Mole Existente no Distrito Industrial de Itaguaí-RJ

Transcrição

1 Investigação Geotécnica e Estudo de Adensamento da Camada de Argila Muito Mole Existente no Distrito Industrial de ItaguaíRJ Rubenei Novais Souza Petróleo Brasileiro S.A., Rio de Janeiro, Brasil, rubenei@petrobras.com.br Fábio Jorge Dias Machado Petróleo Brasileiro S.A., Rio de Janeiro, Brasil, fabio.machado@petrobras.com.br Alessandra Almeida Dias da Silva Núcleo Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, alesads.nucleo@petrobras.com.br Carlos Ataliba Borges Silveira Geomecânica, Rio de Janeiro, Brasil, ataliba@geomecanica.com.br Liliana Andrea Villegas Sierra Geomecânica, Rio de Janeiro, Brasil, liliana.villegas@geomecanica.com.br RESUMO: Este trabalho apresenta sucintamente os resultados de uma campanha de investigação geotécnica e um estudo de adensamento da camada de argila muito mole existente no Distrito Industrial de Itaguaí. São analisados e discutidos os resultados das sondagens a percussão, dos ensaios especiais de campo (piezocone e palheta) e dos ensaios de laboratório (caracterização, triaxiais e adensamento) de amostras indeformadas tipo Shelby. Também é apresentado um estudo de adensamento da referida camada, baseado num procedimento de ensaio edométrico que procurou simular a atuação de um aterro de sobrecarga provisória, mostrando que através desta técnica é possível préconsolidar a camada argilosa de modo que, após a remoção da sobrecarga provisória, não ocorra recalque adicional por adensamento primário ou secundário. PALAVRASCHAVE: Investigação Geotécnica, Argila Muito Mole, Adensamento, Distrito Industrial de ItaguaíRJ.. INTRODUÇÃO Devido principalmente à sua proximidade com a cidade do Rio de Janeiro, facilidade de acesso rodoviário e litoral com boas condições de instalação de estruturas portuárias, o município de Itaguaí, nos últimos anos, tem sido objeto do interesse de diversos empreendedores, visando implantação de unidades industriais e de logística, numa área em que o poder público local estabeleceu como o Distrito Industrial do município. O presente trabalho tem como objetivo compartilhar os aspectos mais relevantes de uma campanha de investigação geotécnica e do estudo de adensamento realizados em uma área do referido Distrito Industrial, a ser terraplenada para implantação de uma unidade aeroportuária. Avaliase que o conhecimento dos resultados apresentados neste trabalho poderá subsidiar o planejamento de campanhas de investigação geotécnica de futuros empreendimentos na região, maximizando a sua eficiência e o aproveitamento dos recursos mobilizados. Inicialmente é apresentada uma breve revisão bibliográfica mostrando resultados de algumas pesquisas conhecidas sobre parâmetros geotécnicos da argila muito mole do depósito de Sarapuí, também localizado na região metropolitana do Rio de Janeiro.. PARÂMETROS GEOTÉCNICOS DA ARGILA MUITO MOLE DO DEPÓSITO DE SARAPUÍ As argilas moles que ocorrem na região metropolitana do Rio de Janeiro são predominantemente de origem fluviomarinha

2 do período Quaternario, com presença significativa de matéria orgânica. A partir da década de, diversos trabalhos foram publicados relatando estudos do comportamento dessas argilas, baseados em pesquisas acadêmicas utilizando aterros experimentais executados no depósito de Sarapuí ou retroanálises de casos de obras. Entre os trabalhos mais relevantes em termos de apresentação de parâmetros de resistência e compressibilidade desses materiais, podem ser citados os realizados por Coutinho (), Sayão (), Ortigão e Collet (), Oliveira (), Almeida (), Spotti (), Formigheri (), Almeida et al () e Jannuzzi (). As Figuras, e apresentam valores de parâmetros de resistência e compressibilidade da argila mole do depósito de Sarapuí, localizado na região metropolitana do Rio de Janeiro, os quais, usualmente são tomados como referência para estudos iniciais de projetos de aterros sobre solos moles na região. Figura : Resistência não drenada através de diversos tipos de ensaios. Dados de diversos autores coletados por Almeida et al ().. INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA REALIZADA Figura : Características geotécnicas da argila mole do depósito de Sarapuí. Dados de diversos autores coletados por Almeida et al (). A campanha de investigação geotécnica base deste trabalho contemplou sondagens a percussão (SPT), ensaios de piezocone (CPTU), ensaios de palheta (Vane Test) e ensaios de laboratório (caracterização, compressão triaxial e adensamento). A Figura apresenta o perfil do subsolo, os resultados dos ensaios especiais de campo e o resumo dos ensaios de laboratório correspondentes a uma das ilhas de concentração de ensaios da área investigada. Perfil SPT Classificação das Camadas Camada Vegetal W (%) qc (MPa) u (MPa) Su (kpa),,,, / / / Silte argiloso com areia fina e média, cinza, muito mole / P/ P/ P/ P/ Argila siltosa, com matéria orgânica, cinza escura, muito mole P/ P/ Figura : Perfis de tensões e parâmetros de compressibilidade da argila mole do depósito de Sarapuí. Dados de diversos autores coletados por Almeida et al (). / Areia fina e média argilosa, / com matéria orgânica, w P I P w L / Nkt = Nkt= cinza escura, fofa a pouco compacta. w de campo Vane uu w delaboratório,,,,, u u Figura : Perfil típico do subsolo na área investigada. fs (MPa)

3 Para a obtenção de parâmetros de compressibilidade da argila muito mole local, além dos ensaios especiais de campo, foram realizados também ensaios de adensamento em amostras indeformadas tipo Shelby. Como no empreendimento em questão é preciso garantir a estabilização dos recalques nas áreas de movimentação de aeronaves previamente à etapa operacional, antes de partir para soluções de tratamento da camada de argila muito mole ou estruturação do suporte do aterro, conjecturouse antecipar todo o adensamento da referida camada, primario e secundário, correspondente à tensão atuante na etapa operacional do empreendimento, mediante à maximização do adensamento primário através de aterro provisório de sobrecarga durante a execução da terraplenagem da área. Para verificar tal conjectura foram realizados, incialmente, ensaios de adensamento convencionais que possibilitaram a determinação dos parâmetros de compressibilidade, a história de tensões da camada compressível e o tempo aproximado de conclusão do adensamento primário da amostra na prensa edométrica, para cada estágio de carregamento. Posteriormente, conhecendo o tempo aproximado de conclusão do adensamento primário, foram realizados ensaios de adensamento especiais planejados para simular a ação de um aterro de sobrecarga provisória. O plano de carregamento desses ensaios de adensamento especiais está apresentado na Tabela. Tabela. Plano de carregamento do ensaio de adensamento especial. Estágio Tensão (kpa) Tempo de carregamento (min) As Figuras e apresentam as curvas de compressibilidade desses ensaios para amostras coletadas a m e m de profundidade respectivamente. As respectivas curvas de adensamento são apresentadas nas Figuras e. e, Índice de Vazios,,,,,,,, CURVA ÍNDICE DE VAZIOS x TENSÃO VERTICAL EFETIVA Prof. m Ensaio Convencional Ensaio Modificado, ' v, Tensão Vertical Efetiva (kpa) Figura : Ensaio de adensamento de amostra da vertical SP, profundidade de m. Curvas de compressibilidade. e, Índice de Vazios,,,,,,,,,,,,, CURVA ÍNDICE DE VAZIOS x TENSÃO VERTICAL EFETIVA Prof. m Ensaio Convencional Ensaio Modificado, ' v, Tensão Vertical Efetiva (kpa) Figura : Ensaio de adensamento de amostra da vertical SP, profundidade de m. Curvas de compressibilidade.. ANÁLISE DOS RESULTADOS Em termos de comparação com os parâmetros geotécnicos da argila muito mole do depósito de Sarapuí, os resultados da investigação geotécnica realizada no Distrito Industrial de Itaguaí mostram que a argila muito mole local apresenta parâmetros de resistência e deformabilidade significativamente mais favoráveis.

4 Altura do Corpo de Prova (mm),,,,,,, Curvas de Adensamento Método de Casagrande Prof.,m kpa; min kpa; min kpa; min kpa; min kpa; min kpa; min kpa; min kpa; min,,,,,, Tempo (min.) Figura : Ensaio de adensamento de amostra da vertical SP, profundidade de m. Curvas de adensamento. Altura do Corpo de Prova (mm),,,,,,, Curvas de Adensamento Método de Casagrande Prof.,m kpa; min kpa; min kpa; min kpa; min kpa; min kpa; min kpa; min k P a; min,,,,,, Tempo (min.) Figura : Ensaio de adensamento de amostra da vertical SP, profundidade de m. Curvas de adensamento. O teor de umidade natural é inferior a % e, como no depósito de Sarapuí, reduz com a profundidade. A resistência não drenada é superior, apresentado valores da ordem de kpa a partir de m de profundidade. Embora a representatividade do corpo de prova utilizado no ensaio de adensamento convencional, apresentado na Figura, possa ser questionada, uma vez que, segundo o critério proposto por Lunne et al (), tratase de uma amostragem ruim, os demais resultados mostram que a tensão de préadensamento é da ordem de kpa, o índice de vazios inicial é cerca de, a, e o índice de compressão é cerca de, a,, parâmetros estes também mais favoráveis que os encontrados na argila muito mole do depósito de Sarapuí. Como pode ser observado na Figura, os perfis da resistência não drenada, Su, estimados a partir da resistência de ponta corrigida do ensaio de piezocone, qt, utilizando fatores de Nkt iguais a e, são representativos. A maioria dos valores de Su medidos através dos ensaios de palheta estão entre esses perfis, indicando que a adoção de Nkt igual a, comumente observada nos projetos de aterros moles na região, é adequada. O planejamento dos ensaios de adensamento convencional e modificado visando verificar a conjectura da antecipação de todo o recalque por adensamento da camada de argila muito mole se mostrou eficaz. Os ensaios de adensamento convencional mostraram que todo o adensamento primário da amostra ocorre até cerca de minutos de ensaio. Após este período ocorre praticamente apenas adensamento secundário. Assim, os ensaios de adensamento modificado foram planejados de modo que nos estágios inciais de carregamento, para tensões iguais ou menores que a tensão de préadensamento, estimada em kpa, o tempo de adensamento foi completo, cerca de minutos. Para os estágios de carregamento subsequentes até a carga máxima de kpa, os quais representam a execução do aterro necessário para a implantação do empreendimento e o aterro de sobrecarga provisória, o tempo de adensamento em cada estágio foi de apenas minutos, de modo que ocorresse apenas o adensamento primário. Após o adensamento primário do estágio de carregamento com kpa, para representar a remoção do aterro de sobrecarga provisória, o corpo de prova foi descarregado até kpa e

5 mantido com tal carregamento por mais minutos, o que representaria a etapa operacional do empreendimento. Os resultados mostram que, após experimentar a compressão edométrica até kpa durante um tempo suficiente para a ocorrência de aproximadamente % do adensamento primário, o descarregamento até kpa confere à amostra uma estabilização plena dos recalques, mostrando que, para esta condição, não deve ocorrer adensamento secundário apreciável.. CONCLUSÕES Este trabalho apresentou sucintamente os resultados de uma campanha de investigação geotécnica realizada na camada de argila muito mole existente na área do Distrito Industrial de Itaguaí, na região metropolitana do Rio de Janeiro, os quais poderão subsidiar estudos preliminares de implantação de unidades industriais na área e programação de investigações geotécnicas locais mais detalhadas e eficientes. Os resultados obtidos na referida campanha de investigação geotécnica mostraram que, relativamente à camada de argila muito mole do depósito de Sarapuí, objeto de diversas pesquisas deste a década de, a camada compressível existente na área do Distrito Industrial de Itaguaí estudada apresenta parâmetros de resistência e compressibilidade bem mais favoráveis. A realização dos ensaios de adensamento modificado, adicionalmente aos ensaios de adensamento convencional, buscando simular a execução da terraplenagem contemplando um aterro de sobrecarga provisória, se mostrou eficaz, indicando que, através da referida técnica, tomando como representativos os resultados desses ensaios edométricos, é possível antecipar todo o adensamento, primário e secundário, da camada compressível. REFERÊNCIAS Almeida, M.S.S. (). Aterros Sobre Solos Moles Da Concepção à Avaliação de Desempenho. Editora UFRJ, Rio de Janeiro. Almeida, M.S.S., Marques, E.S., Lacerda, W.A., Futai, M.M. (). Investigações de Campo e de Laboratório na Argila do Sarapuí. Solos e Rochas, Vol., No., p.. Bressani, L.A. (). Contribuição aos Estudos de TensãoDeformaçãoResistência da Argila de Sarapuí. Dissertação de Mestrado, UFRS, Porto Alegre. Coutinho, R.Q. (). Características de Adensamento com Drenagem Radial de uma Argila Mole da Baixada Fluminense. Dissertação de Mestrado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro. Formigheri, L.E. (). Comportamento de um aterro sobre Argila Mole da Baixada Fluminense. Dissertação de Mestrado, PUCRJ, Rio de Janeiro. Jannuzzi, G.M.F. (). Caracterização do depósito de solo mole de Sarapuí II através de ensaios de campo. Dissertação de Mestrado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro. Lunne, T., T. Berre and S. Strandvik () Sample Disturbance Effects in Soft Low Plastic Norwegian Clay. Conference on Recent Developments in soil and Pavement Mechanics, Rio de Janeiro. Ortigão, J.A.R. e Collet, H.B. (). A eliminação de erros de atrito em ensaios de palheta. Solos e Rochas, Vol., No., p.. Sayão, A.S.F.J. (). Ensaios de Laboratório na Argila Mole da Escavação Experimental de Sarapuí. Dissertação de Mestrado, PUCRJ, Rio de Janeiro. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Petrobras pelo constante apoio à geração e disseminação do conhecimento.