Fernando Duarte Azevedo. Recalques do Depósito de Solos Moles de Camboinhas, RJ. Dissertação de Mestrado

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1 Fernando Duarte Azevedo Recalques do Depósito de Solos Moles de Camboinhas, RJ Dissertação de Mestrado Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil PUC-Rio. Orientador: Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayão Co-orientador: Sandro Salvador Sandroni Rio de Janeiro Março de 2015

2 Fernando Duarte Azevedo Recalques do Depósito de Solos Moles de Camboinhas, RJ Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada. Prof. Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayão Orientador Departamento de Engenharia Civil PUC-Rio Prof. Sandro Salvador Sandroni Co-orientador SEA Sandro Sandroni Engenheiros Associados Ltda Prof. José Tavares Araruna Júnior Departamento de Engenharia Civil PUC-Rio Prof. Edgar Odebrecht Universidade do Estado de Santa Catarina Prof. Roberto Francisco de Azevedo Universidade Federal de Viçosa Prof. José Eugenio Leal Coordenador Setorial do Centro Técnico Científico PUC-Rio Rio de Janeiro, 11 de Março de 2015

3 Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização do autor, do orientador e da universidade. Fernando Duarte Azevedo Graduou-se em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Viçosa, Minas Gerais, em julho de Ingressou no mestrado na PUC-Rio em março de 2013, desenvolvendo dissertação na linha de pesquisa de Geotecnia Experimental. Azevedo, Fernando Duarte Ficha Catalográfica Recalques do Depósito de Solos Moles de Camboinhas, RJ / Fernando Duarte Azevedo; orientador: Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayão; coorientador: Sandro Salvador Sandroni. Rio de Janeiro: PUC-Rio, Departamento de Engenharia Civil, v., 144 f.: il. ; 30 cm Dissertação (mestrado) Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, Inclui referências bibliográficas. 1. Engenharia Civil Teses. 2. Monitoramento de recalques. 3. Solos moles. 4. Ensaios de campo. 5. Ensaios de laboratório. 6. Compressão secundária. I Sayão, Alberto de Sampaio Ferraz Jardim. II Sandroni, Sandro Salvador. III Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. IV Título. CDD: 624

4 Dedicatória A meus pais.

5 Agradecimentos À PUC-Rio, pela oportunidade de fazer o Mestrado. Ao CNPq, pelo apoio financeiro. Aos Professores Alberto Sayão e Sandro Sandroni, pelos ensinamentos e pela orientação neste trabalho. Ao amigo Michel Tassi, pelo apoio ao longo dos meses desta pesquisa. Ao Eng. Divalter, da Geoprojetos, pelo auxílio nos trabalhos de campo. Ao Eng. Edgar Odebrecht e demais colaboradores da empresa Geoforma, pela extração das amostras Shelby e pela realização dos ensaios de campo. Aos Engs. Paulo Henrique Dias e Tiago Proto e demais colaboradores da empresa Seel, pela instalação do benchmark, em Camboinhas. Ao IME-RJ, pelo empréstimo do equipamento utilizado nas medições de recalque. À Eng. Marilene Ramos, por possibilitar o acesso ao local onde foram realizadas as medições, enquanto presidente do INEA-RJ. Aos demais professores e funcionários do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio, pelos ensinamentos e apoio ao longo do curso. A toda equipe do Laboratório de Geotecnia da PUC-Rio Edson, Amaury, Josué e Carlos pelo suporte nos ensaios de laboratório e pela boa convivência. Aos meus pais, Professores Izabel Duarte e Roberto Azevedo, pelas críticas e sugestões e pelo suporte incondicional em todo este período. À minha família, que teve paciência para entender a minha ausência em momentos importantes.

6 À minha Bruna Martini, pelo apoio nos momentos difíceis, sempre me incentivando. Aos irmãos que fiz na PUC, Adriano Malko e Nathália Louzada, pela amizade e convivência ao longo destes dois anos. Aos amigos do Futsal dos Mestres e da Geotecnia da PUC-Rio, pela amizade. À amiga Andrea Vecci, por ter me ajudado de forma tão importante em um momento difícil durante a pesquisa. À Professora Ângela Pasture e demais amigos do Francês 2, pelo convívio, debates e mensagens que me foram passadas. A todos os amigos de Viçosa (Coluni, Civil 2005 e Acamari), pela amizade e incentivo. Foram exatamente dois anos de mestrado (primeira aula no dia 11/03/2013 e defesa no dia 11/03/2015), que culminaram na realização deste trabalho e num crescimento pessoal imenso. Dedico-o a todos vocês.

7 Resumo Azevedo, Fernando Duarte; Sayão, Alberto de Sampaio Ferraz Jardim (Orientador); Sandroni, Sandro Salvador (Co-orientador). Recalques do Depósito de Solos Moles de Camboinhas, RJ. Rio de Janeiro, p. Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. O acompanhamento dos recalques de aterros, por meio de nivelamento topográfico periódico, permite estimar a evolução dos mesmos, bem como retroanalisar os parâmetros adotados em determinado projeto. Neste trabalho, recalques foram medidos em um aterro experimental sobre um depósito com 12 m de espessura de solos moles em Camboinhas, Niteroi (RJ), construído entre o final de 1977 e o início de O aterro serviu como modelo em escala real para a realização de estudos geotécnicos diversos na PUC-Rio, auxiliando o projeto de um empreendimento imobiliário da época. A obra foi embargada pouco tempo após seu início e, desde então, nenhum empreendimento foi realizado. Em 2013, novas amostras Shelby foram extraídas, para a realização dos ensaios de laboratório desta pesquisa. Ensaios de campo também foram realizados. Verificou-se que os recalques causados pela construção do aterro ainda estão ocorrendo, 37 anos após sua execução. Compararam-se, também, os valores de OCR de laboratório com os obtidos por meio de correlações empíricas com os resultados de campo. Por fim, foram feitas previsões da evolução do recalque médio com o tempo e da magnitude do valor total médio. Palavras-chave Monitoramento de recalques; solos moles; ensaios de campo; ensaios de laboratório; compressão secundária.

8 Abstract Azevedo, Fernando Duarte; Sayão, Alberto de Sampaio Ferraz Jardim (Advisor); Sandroni, Sandro Salvador (Co-Advisor). Settlements of the soft soils deposit Camboinhas, RJ. Rio de Janeiro, p. MSc. Dissertation. Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Monitoring of embankment settlements using periodic topographic leveling allows one to preview their evolution, and to assess the parameters used in a specific design. In this research, settlements of an experimental embankment constructed between the end of 1977 and the beginning of 1978, over a 12 m thick soft soils deposit in Camboinhas, Niteroi (RJ), were monitored. At that time, the embankment served as large model to help designing of a commercial housing development. The work was hampered shortly after the end of embankment s construction and, since then, no enterprise was held. In 2013, in this research, new Shelby samples were obtained in order to carry out series of laboratory tests. Settlements due to the embankment construction were noted to be still progressing. Also, OCR values from laboratory tests were compared to those empirically evaluated from field results. Finally, the magnitude of total settlement and its progress with time were estimated. Keywords Settlements monitoring; soft soils; field tests; laboratory tests; secondary compression.

9 Sumário 1 Introdução Contexto Objetivos e Motivação Estrutura do Trabalho 27 2 Revisão Bibliográfica Aspectos Gerais sobre Solos Moles Ensaios de Laboratório Caracterização Adensamento Ensaios de Campo SPT (Standard Penetration Test) Piezocone (CPTu) Palheta (Vane Test) Medição de Recalques em Aterros Aspectos da Compressão Secundária de Solos O Método de Asaoka (1978) 47 3 Materiais e Métodos Generalidades Aspectos Geológico-Geomorfológicos do Local Perfil Geotécnico Amostragem de Campo Medições de Recalque Ensaios de Campo Ensaios de Laboratório Caracterização Adensamento 71

10 4 Análise dos Resultados Ensaios de Laboratório e Campo Ensaios de Caracterização Ensaios de Piezocone e Dissipação Ensaios de Palheta Ensaios de Adensamento Medições de Recalque Estimativa de Recalques Recalque Primário Recalque Secundário Conclusões e Sugestões 107 Referências Bibliográficas 109 Apêndices 115 Apêndice 1 Aspecto visual das amostras Apêndice 2 Gráficos dos ensaios de piezocone Apêndice 3 Gráficos dos ensaios de dissipação em piezocone Apêndice 4 Gráficos dos ensaios de palheta Apêndice 5 Curvas de compressibilidade e c v dos ensaios de adensamento Apêndice 6 Incerteza nas curvas recalque x tempo Camboinhas

11 Lista de Figuras Figura 1.1 Local estudado Camboinhas, Niterói (imagem do Google Maps) 22 Figura 1.2 Depósito mole estudado em Camboinhas, destacado em vermelho - a oeste da Lagoa de Itaipu (imagem do Google Maps) 23 Figura Plano urbanístico previsto para a região (Russo Neto, 1980) 24 Figura 1.4 Imagem ampliada do local onde foi executado o aterro experimental planta (imagem do Google Maps) 25 Figura 2.1 Índices de compressibilidade do solo (Sayão, 1980) 31 Figura 2.2 Determinação de σ p pelo Método de Casagrande (1936) 32 Figura 2.3 Determinação de σ p pelo Método de Pacheco Silva (1970) 32 Figura 2.4 Determinação de σ p pelo Método de Sridharan et al. (1991) 33 Figura 2.5 Método de Casagrande para determinação de c v 34 Figura 2.6 Método de Taylor para determinação de c v 34 Figura 2.7 Dimensões dos tubos amostradores 36 Figura 2.8 Gráficos F r x Q t e B q x Q t (Robertson, 1990) 39 Figura 2.9 Correção de s u de palheta (Bjerrum, 1973) 42 Figura 2.10 Curva recalque x log tempo (Pinto, 2001) 45 Figura 2.11 Definição de C α (Lambe e Whitman, 1969) 46 Figura 2.12 Recalque nos tempos "k" e "k-1" (Asaoka, 1978) 48 Figura 3.1 Perfil geotécnico ao longo do eixo leste-oeste do aterro (Russo Neto, 1980) 50 Figura 3.2 Perfil geotécnico obtido em ensaios de piezocone, em Figura 3.3 Localização do aterro experimental (Russo Neto, 1980) 52 Figura 3.4 Dimensões do aterro e do espaçamento entre placas de recalque, e local aproximado das verticais de retirada das amostras (imagem do Google Maps) 53 Figura 3.5 Foto do local verticais de retirada das amostras indeformadas 53

12 Figura 3.6 Procedimento de amostragem 55 Figura 3.7 Instalação do novo benchmark 58 Figura 3.8 Pino metálico, à esquerda, e cabeça boleada, à direita 58 Figura 3.9 Instalação de pino metálico 59 Figura 3.10 Circuito fechado de medições (localização aproximada dos pontos) 60 Figura 3.11 Nível NA2 com micrômetro acoplado 61 Figura 3.12 Execução de nivelamento, com a mira suportada por tripé metálico 63 Figura 3.13 Visada em campo 65 Figura 3.14 Visada em campo 65 Figura 3.15 Ensaios de campo planta (localização aproximada dos pontos) 67 Figura 3.16 Ensaios de palheta e piezocone em andamento 67 Figura 3.17 Ponteira cônica com pedra porosa na base do cone (medições de u 2 ) 68 Figura 3.18 Difratometria de Raios-X (Carvalho, 1980) 70 Figura 3.19 Amostra de solo orgânico sobrenadando a água destilada 71 Figura 3.20 Moldagem do corpo-de-prova do ensaio de adensamento 74 Figura 3.21 (a) Prensas de adensamento; (b) Célula de adensamento 74 Figura 3.22 Braço de alavanca da prensa de adensamento impedido de se deslocar pelo apoio de segurança 75 Figura 4.1 Variação da umidade, limites de consistência e teor de matéria orgânica 80 Figura 4.2 Curvas granulométricas das amostras 80 Figura 4.3 Relação B q x Q t para diferentes velocidades de ensaio 82 Figura 4.4 Perfis de s u nas condições indeformada e amolgada 83 Figura 4.5 Oxidação interna do tubo 86 Figura 4.6 Perfis de OCR - Velocidade de cravação normal (20 mm/s) 88 Figura 4.7 Perfis de OCR - Velocidade de cravação rápida (58,4 mm/s) 89 Figura 4.8 Perfis de OCR - Velocidade de cravação lenta (6,0 mm/s) 90 Figura 4.9 Perfis de OCR - Velocidade de cravação muito lenta (2,0 mm/s) 91

13 Figura 4.10 Curva "recalque x log tempo" do ensaio AD Figura 4.11 Última etapa de carregamento - escala ampliada 94 Figura 4.12 Recalques medidos em Camboinhas 96 Figura 4.13 Análise dos erros das medições de recalque 98 Figura 4.14 NA nos locais das antigas placas de recalque 99 Figura 4.15 Recalques médios e curva logarítmica de ajuste 103 Figura 4.16 Aplicação do Método de Asaoka 104 Figura 4.17 Evolução dos recalques primário e secundário - C α /(1+e o ) = 0, Figura 4.18 Recalques estimados - OCR sf = 1,60 106

14 Lista de Tabelas Tabela 2.1 Classificação da qualidade de amostras indeformadas (Lunne et al., 1997) 37 Tabela 2.2 Classificação da qualidade de amostras indeformadas brasileiras (Coutinho et al., 2002) 37 Tabela 2.3 Classificação de solos por tipo de comportamento 39 Tabela 2.4 Fator tempo modificado (T*) (Houlsby e Teh, 1988) 41 Tabela Algumas características dos tubos e amostras extraídas 56 Tabela 3.2 Correção das cotas dos pontos nivelados (valores em cm) 64 Tabela 3.3 Erros inerentes ao processo de nivelamento geométrico - adaptado de Tassi (2014) 66 Tabela 3.4 Velocidades de cravação da ponteira cônica do ensaio de piezocone 68 Tabela 3.5 Número de ensaios de adensamento realizados por amostra 72 Tabela 3.6 Sequência de carregamentos, em kpa, dos ensaios convencionais 78 Tabela 3.7 Sequência de carregamentos, em kpa, dos ensaios não convencionais 78 Tabela 4.1 Resultados dos ensaios de caracterização 79 Tabela 4.2 Coeficientes de adensamento do ensaio de dissipação 83 Tabela 4.3 Sensitividade do solo 84 Tabela 4.4 Coeficientes de adensamento vertical (Sandroni et al., 1981) 85 Tabela 4.5 Alguns parâmetros obtidos nos ensaios de adensamento 86 Tabela 4.6 Tensões de pré-adensamento (σ p ) e OCR obtidos por diferentes métodos 87 Tabela 4.7 Obtenção de OCR pela equação SHANSEP (Ladd, 1991) 92 Tabela 4.8 Resultados dos ensaios de adensamento não convencionais (C α /C c ) 93 Tabela 4.9 Cálculo do recalque devido à variação do NA 100

15 Tabela 4.10 Cálculo do recalque primário com dados (à exceção de c v ) de Carvalho (1980) 102

16 Lista de Abreviaturas e Símbolos Romanos a b BM B q C a C i C α C c C r C s c h c v c v 50 c v 90 CPTu D a D e D i e e o e σ vo f s F r G s H H d Coeficiente angular de ajuste - método de Asaoka Coeficiente linear de ajuste - método de Asaoka Benchmark (referência de nível) Parâmetro de poropressão Razão de áreas do tubo amostrador Folga interna do tubo amostrador Coeficiente de compressão secundária Índice de compressão do solo Índice de recompressão do solo Índice de descompressão do solo Coeficiente de adensamento horizontal Coeficiente de adensamento vertical Coeficiente de adensamento vertical (Casagrande) Coeficiente de adensamento vertical (Taylor) Ensaio de piezocone Diâmetro da ponta do tubo amostrador Diâmetro externo do tubo amostrador Diâmetro interno do tubo amostrador Índice de vazios Índice de vazios inicial Índice de vazios correspondente a σ vo Atrito da luva do cone Atrito lateral normalizado Densidade real dos grãos do solo Espessura da camada de solo mole Distância vertical máxima de drenagem

17 IP I R k k h k v k 0 K 1, K 2 L L R L V LL LP M m v m m MO N SPT OCR p 0 p c PPI q c q t Q t r R S S t s u s ur s u palheta Índice de plasticidade Índice de rigidez do solo Coeficiente de permeabilidade Coeficiente de permeabilidade horizontal Coeficiente de permeabilidade vertical Coeficiente de empuxo lateral no repouso Fatores de correlação empíricos para tensão de sobreadensamento (ensaio CPTu) Comprimento da mira Leitura de ré Leitura de vante Limite de liquidez Limite de plasticidade Torque máximo ensaio de palheta Coeficiente de deformação volumétrica Parâmetro empírico (equação SHANSEP) Coeficiente angular do ajuste (método da raiz do tempo) Matéria orgânica Número de golpes no ensaio SPT Overconsolidation ratio (razão de sobreadensamento) Tensão vertical efetiva inicial no centro da camada Tensão de sobreadensamento no centro da camada Perda por ignição Resistência de ponta ensaio CPTu Resistência de ponta corrigida ensaio CPTu Resistência de ponta normalizada ensaio CPTu Razão entre a compressão primária e a compressão total Raio do piezocone Parâmetro de ajuste equação SHANSEP Sensitividade da argila Resistência não drenada Resistência não drenada amolgada (ou residual) Resistência não drenada obtida no ensaio de palheta

18 s u campo SPT t t pf t sf TMO Resistência não drenada corrigida pelo fator de Bjerrum Ensaio SPT (Standard Penetration Test) Tempo Tempo para término do adensamento primário Tempo estimado de término do recalque secundário Teor de matéria orgânica T* Fator tempo modificado U Excesso de poropressão normalizado U v u u e u 0 u 2 v m z z i Porcentagem de adensamento vertical Poropressão Excesso de poropressão no tempo t Excesso de poropressão inicial Poropressão na base do cone ensaios de piezocone Velocidade média de recalque Profundidade em relação ao topo da camada em adensamento Cota do ponto i Gregos α α s Δσ v /σ v ε v ε λ γ γ aterro γ nat Parâmetro adimensional da correlação de Mayne e Mitchell Fator de proporcionalidade de Buisman Indicador de variação no valor de uma variável Razão de incremento de carga Derivada parcial Deformação vertical Velocidade de deformação vertical (o mesmo que dε/dt) Incerteza associada ao processo de nivelamento geométrico Peso específico do solo Peso específico do aterro Peso específico natural do solo

19 γ sat γ w γ sub Peso específico saturado do solo Peso específico da água Peso específico submerso do solo µ Fator de correção de Bjerrum µ Média da amostra ρ Recalque total ρ t ρ t+δt ρ f ρ pf ρ sf σ σ v Recalque no tempo t Recalque no tempo t+δt Recalque final Recalque primário final Recalque secundário final Desvio padrão da amostra Tensão vertical total σ vo Tensão vertical efetiva inicial ou de campo σ v Tensão vertical efetiva σ p Tensão de sobreadensamento τ Resistência não drenada ω Teor de umidade do solo

20 Não diga que a vitória está perdida, se é de batalhas que se vive a vida. Raul Seixas.

21 1 Introdução 1.1 Contexto O setor da construção civil brasileiro recebeu grande incentivo ao crescimento nos últimos anos, motivo pelo qual surgiram diversos empreendimentos imobiliários e industriais pelo país. O crescimento das cidades e, portanto, a escassez de áreas cujas condições são mais favoráveis à implantação destes empreendimentos, fez com que houvesse uma evolução das técnicas construtivas para a ocupação de regiões mais desafiadoras, em termos geotécnicos. Áreas que apresentam condições desfavoráveis, como, por exemplo, declividade acentuada, presença de solos moles e variações significativas do nível d água, geram desafios aos engenheiros projetistas e podem acarretar custos e prazos extras aos projetos, caso não sejam bem avaliados. Engenheiros geotécnicos podem se deparar com os mais diversos tipos de solos, que necessitarão de estudos para o adequado dimensionamento das estruturas a serem implantadas, como aterros, contenções em escavações e fundações de edifícios, entre outras. Dentre esta diversidade de solos encontrados, estão os solos moles, cujos depósitos apresentam elevadas compressibilidades, resultando, muitas vezes, em recalques de dezenas de centímetros, quando submetidos às cargas previstas no projeto. Este tipo de solo foi o objeto de estudo principal desta pesquisa. A seguir, faz-se um breve apanhado sobre a história do local cujo perfil geotécnico foi estudado. Antigo Empreendimento Imobiliário em Camboinhas, Niterói (RJ) A inauguração da ponte Rio-Niteroi, em 1974, possibilitou a expansão da cidade de Niteroi no sentido da chamada região oceânica, onde atualmente encontram-se os bairros de Piratininga, Camboinhas, Itacoatiara e Itaipuaçu.

22 22 Na segunda metade da década de 1970, iniciou-se um empreendimento i- mobiliário que previa a construção de condomínios para cerca de pessoas, em uma área de m², próxima à lagoa Itaipu, localizada no bairro Camboinhas, em Niterói, Rio de Janeiro (Figuras 1.1 e 1.2). O projeto previa a construção de ilhas artificiais (marinas) nas margens da lagoa, nas quais as residências seriam implantadas (Figura 1.3). Entre as marinas existiriam canais para o acesso de embarcações de pequeno a médio porte às residências, e também ao mar, uma vez que seria executada uma ligação entre este e a lagoa. A construção das marinas seria feita em duas etapas: na primeira, toda a área seria aterrada e, na segunda, os canais seriam escavados no aterro construído (Russo Neto, 1980). Figura 1.1 Local estudado Camboinhas, Niterói (imagem do Google Maps) A então proprietária do terreno e executora do projeto, Veplan-Residência, após a análise de resultados de sondagens e alguns imprevistos na obra, solicitou ao Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio que acompanhasse os trabalhos. Constatadas as características de heterogeneidade e de compressibilidade do subsolo, decidiu-se por executar um aterro experimental, com dimensões aproximadas de 50 m de largura, 150 m de comprimento e 1,70 m de altura (Russo Neto, 1980). A construção do aterro teve início em dezembro de 1977, servindo como base para diversos estudos geotécnicos (Silva, 1979; Russo Neto, 1980; Pinheiro,

23 ; Carvalho, 1980), com o objetivo de se avaliar, em detalhes, o comporta- e labo- mento do material, por meio de medições de recalque e ensaios de campo ratório. Figura 1.2 Depósito mole estudado em Camboinhas, destacado em vermelho - a oeste da Lagoa de Itaipu (imagem do Google Maps)

24 24 Figura Plano urbanístico previsto para a região (Russo Neto, 1980) O aterro foi instrumentado com placas de recalque superficiais, medidores magnéticos de recalques profundos, piezômetros de Casagrande e inclinômetros. Executou-se, também, uma escavação experimental, que foi levada à ruptura pelo rebaixamento rápido do nível d água, com o objetivo de se determinar parâmetros de resistência in situ do solo. Os ensaios de laboratório executados compreenderam a caracterização do material (limites de consistência, densidade dos grãos, teor de matéria orgânica e análises granulométrica e mineralógica), além de ensaios de adensamento e ensaios triaxiais. Havia a preocupação com o grande potencial de ocorrência de recalques diferenciais excessivos causados pelo aterro da obra, devido às diferentes espessuras de solo mole encontradas, e, também, com a estabilidade das escavações, de cerca de 3 m de profundidade, devido à possibilidade de ruptura do solo mole por cisalhamento (Silva, 1979). Entretanto, após decisão judicial, a obra foi interrompida e, até hoje, nenhum empreendimento foi realizado. O aterro experimental permanece no local até os dias atuais, 37 anos após sua execução (Figura 1.4).

25 25 Figura 1.4 Imagem ampliadaa do local onde foi executado o aterro experimental planta (imagem do Google Maps)

26 Objetivos e Motivação O objetivo principal deste trabalho foi verificar, por meio de nivelamento topográfico de alta acurácia, se ainda ocorriam recalques no aterro experimental de Camboinhas, executado em dezembro de Outros objetivos incluíram: a) A realização de ensaios convencionais de adensamento em laboratório, em amostras extraídas em 2013, para a determinação de parâmetros de compressibilidade (C c e C r ), tensão de sobreadensamento (σ p ) e coeficiente de adensamento vertical (c v ); b) A realização de ensaios especiais de adensamento em laboratório, para a estimativa do coeficiente de adensamento secundário (C α ); c) A realização de ensaios de campo (palheta e piezocone), para a determinação da razão de sobreadensamento (OCR) de campo, e comparação com os resultados de laboratório; d) A estimativa do valor de C α de campo, por meio dos gráficos de recalque x tempo dos nivelamentos de campo; e) A estimativa, com os parâmetros obtidos nos ensaios de campo e laboratório e nas medições de recalque, do valor do recalque total (primário e secundário) esperado para o aterro, e a evolução deste com o tempo. O acompanhamento da evolução dos recalques ao longo do tempo é importante para se adicionar informações ao estudo da compressão de solos moles. A possibilidade de oferecer uma contribuição a estes estudos, por meio da realização de medições de recalque em um aterro executado há 37 anos, é um fator que motiva qualquer engenheiro geotécnico.

27 Estrutura do Trabalho Este trabalho foi dividido em seis capítulos. Neste primeiro capítulo, foi feita uma breve introdução sobre o histórico recente do depósito de solos moles de Camboinhas. Procurou-se estabelecer uma relação entre os trabalhos do passado com os objetivos atuais, dando continuidade ao estudo da compressão do depósito de Camboinhas. O capítulo seguinte apresenta uma revisão bibliográfica a respeito dos aspectos gerais dos solos moles, bem como dos ensaios de laboratório e campo comumente empregados, dos trabalhos em que foram acompanhados os recalques em campo, de fundamentos da compressão secundária e do método de Asaoka (1978). O terceiro capítulo descreve os procedimentos adotados para a medição dos recalques e para a amostragem indeformada do depósito de solos moles de Camboinhas, bem como a descrição qualitativa dos materiais nos quais e com os quais foram realizados os ensaios de campo e de laboratório, respectivamente, cujas metodologias são, também, apresentadas. No quarto capítulo, discutem-se os resultados obtidos nos ensaios de campo e laboratório, fazendo-se correlações entre estes para descrever o depósito. São apresentados, também, os resultados das medições de recalque, realizadas por meio de equipamento óptico de alta precisão. No capítulo cinco são apresentadas as conclusões deste trabalho e as sugestões para pesquisas futuras.

28 2 Revisão Bibliográfica 2.1 Aspectos Gerais sobre Solos Moles Solos moles são materiais de granulometria variada, que apresentam teores de umidade elevados, por vezes ultrapassando 1000% (Sandroni, 2006). Apresentam coloração variando entre tons de marrom, preto e cinza, contendo, muitas vezes, elevado teor de matéria orgânica. Bjerrum (1973) cita que a identificação e a classificação destes materiais deve se basear na história geológica do depósito, teores de umidade e limites de consistência, além de resultados de adensamento e ensaios de palheta em diversas profundidades. A presença de matéria orgânica (restos de galhos, folhas e conchas) é frequente, uma vez que estes materiais são formados pela deposição de sedimentos fluviomarinhos, advindos de ciclos de transgressão e regressão do mar, ao longo de milhares de anos (Almeida e Marques, 2010). São materiais altamente compressíveis e, devido ao caráter sedimentar da formação dos depósitos, encontram-se, em geral, normalmente adensados ou levemente sobreadensados. Bjerrum (1972) salienta que, em projetos de aterros sobre solos moles, três aspectos principais devem ser considerados: a) A estabilidade do aterro quanto a rupturas por cisalhamento do solo; b) A magnitude dos recalques do depósito, provocados pelas cargas impostas; c) A necessidade de se adotar soluções para acelerar os recalques e/ou reforçar o solo (aumentar a resistência). Para se avaliar corretamente estes aspectos, ensaios de laboratório em amostras de boa qualidade são determinantes na escolha dos parâmetros de projeto, e

29 29 ensaios de campo permitem aumentar o número e a confiança das informações disponíveis e fazer comparações e correlações com os resultados de laboratório. Também de grande importância, o acompanhamento da obra, por meio de instrumentação geotécnica de campo (medidores de nível d água, piezômetros, medidores de deslocamentos verticais e horizontais, etc), permite a verificação das premissas de projeto, bem como a adoção, caso necessário, de planos alternativos, visando corrigir algum comportamento não esperado. 2.2 Ensaios de Laboratório Em laboratório, são comumente realizados os ensaios de caracterização, a- densamento, e triaxial. Outros ensaios, para determinação de propriedades químicas e mineralógicas, também são recorrentes. Serão abordados brevemente alguns aspectos dos ensaios de caracterização e adensamento, somente, por não terem sido executados outros ensaios, além destes. Jamiolkowski et al. (1985) citam como principais vantagens dos ensaios de laboratório: a definição das condições de contorno, o controle das condições de drenagem, o conhecimento das trajetórias de tensões e das características físicas do solo. Entre as desvantagens, citam o amolgamento inevitável das amostras, a não representatividade de campo devido ao tamanho dos corpos de prova ensaiados, a descontinuidade de informações e, por último, o custo elevado e o maior tempo necessário, quando comparados aos ensaios de campo Caracterização A determinação do teor de umidade natural (ω), dos limites de consistência (LL e LP), do peso específico real dos grãos (G s ), do teor de matéria orgânica (TMO) e a análise granulométrica dos solos são essenciais à avaliação adequada do comportamento destes materiais. Nestes ensaios, podem ser utilizadas amostras deformadas, obtidas usualmente nas sondagens de simples reconhecimento. Bjerrum (1973) e Ladd e DeGroot (2003) recomendam que os ensaios de determinação dos limites de consistência sejam realizados a partir do teor de umidade natural da amostra, ou seja, sem que se proceda à secagem prévia usualmente

30 30 recomendada nas normas. Segundo estes autores, diferenças significativas entre valores de limites de consistência podem ser encontradas. O teor de matéria orgânica é determinado, da maneira mais simples, pela correlação com a perda por ignição do material (PPI), quando aquecido a temperaturas elevadas. Considera-se que TMO = PPI (%) (apesar de que uma parcela da água adsorvida e dos minerais presentes podem ser queimados neste processo, a- carretando um valor de TMO maior que o real, ou seja, PPI > TMO). Os teores de matéria orgânica mais comuns em solos moles do estado do Rio de Janeiro, segundo Massad (2009) encontram-se em torno de 3 a 33 %. O mesmo autor cita que estes teores oscilam 3 a 10% na região de Recife (PE) e de 5 a 8% em Vitória (ES) Adensamento Os ensaios de adensamento, ou ensaios oedométricos, consistem na aplicação de uma carga vertical a um corpo-de-prova cilíndrico, de aproximadamente 2 cm de altura, confinado lateralmente, em um equipamento denominado prensa de adensamento. Registram-se os deslocamentos verticais do corpo-de-prova, para diferentes etapas de carregamento e, por meio de gráficos que relacionam índice de vazios (ou deformações verticais), tensão vertical efetiva e tempo, determinamse parâmetros, como os índices de compressão virgem (C c ), de descompressão (C s ) e de recompressão (C r ), mostrados na Figura 2.1, e a tensão de sobreadensamento (σ p ), abordada em maiores detalhes adiante. Estes parâmetros permitem determinar a magnitude do recalque primário esperado para o solo: Existem diversos tipos de ensaios. O mais comum deles é o ensaio de carga incremental (step loading test), cujo carregamento é geralmente executado de forma incremental, em estágios de 24 horas. Outros tipos de ensaio são também realizados, como o CRS (do inglês, constant rate of strain) e o EOP (do inglês end of primary, ensaios cujos incrementos de carga são aplicados logo após a dissipação dos excessos de poropressão do estágio anterior).

31 31 Figura 2.1 Índices de compressibilidade do solo (Sayão, 1980) Determinação da tensão de sobreadensamento O conhecimento da tensão de sobreadensamento (σ p ) de um solo constituise em uma das mais importantes informações de um depósito. Ladd (1991) menciona que esta tensão, definida como a máxima tensão a que o solo já esteve submetido, deve ser vista e entendida como a tensão limite que separa o comportamento elástico do solo (pequenas deformações) do comportamento plástico (grandes e irrecuperáveis deformações). Este autor afirma, também, que uma argila considerada rija pode se comportar como uma argila mole, para uma carga que ultrapasse sua tensão de sobreadensamento, uma vez que há uma grande variação no índice de vazios, a partir de tal tensão. Diz-se que um solo está sobreadensado quando σ p for maior que a tensão vertical efetiva (σ vo ) atuante. Se estes valores coincidirem, o solo é denominado normalmente adensado. À razão entre σ p e σ vo, dá-se o nome de razão de sobreadensamento (ou OCR, em inglês, overconsolidation ratio). Existem diversos métodos para determinar a tensão de sobreadensamento de um solo. O primeiro deles é o método de Casagrande (1936) (Figura 2.2). Apesar da grande aceitação do método, Pinto (1992) constatou que este pode apresentar diferentes tensões de sobreadensamento, caso a escala do eixo vertical seja modifica-

32 32 da. Este autor cita, também, que a escolha do ponto de maior curvatura é muito subjetiva. 3,0 2,5 Índice de Vazios 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 σ p Tensão Vertical Efetiva (kpa) - escala log Figura 2.2 Determinação de σ p pelo Método de Casagrande (1936) Outro método comumente utilizado foi proposto por Pacheco Silva (1970), Figura 2.3, cuja determinação de σ p parece não ser tão subjetiva quanto no método de Casagrande, e cujos valores obtidos não dependem da escala adotada. 3,0 2,5 Índice de Vazios 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 σ p Tensão Vertical Efetiva (kpa) - escala log Figura 2.3 Determinação de σ p pelo Método de Pacheco Silva (1970)

33 33 O terceiro e último método aqui apresentado foi proposto por Sridharan et al. (1991), cuja determinação de σ p é, aparentemente, a mais simples e menos subjetiva (Figura 2.4). 10,00 Volume específico (1+e) - esc. log 1,00 σ p Tensão Vertical Efetiva (kpa) - escala log Figura 2.4 Determinação de σ p pelo Método de Sridharan et al. (1991) Determinação do coeficiente de adensamento O desenvolvimento da equação diferencial da teoria do adensamento de Terzaghi e Frölich (1936), com base nas hipóteses do item 2.1, resulta em:. = (2.1) Onde: k: coeficiente de permeabilidade do solo; γ w : peso específico da água; m v : coeficiente de variação volumétrica; u e : excesso de poropressão; z: distância vertical a partir do topo da camada. A razão que relaciona a permeabilidade do solo com o seu coeficiente de variação volumétrica e com o peso específico da água é chamada de coeficiente de adensamento vertical (c v ): este termo está associado com a velocidade do processo de adensamento. Ou seja:

34 34 = (2.2) Os métodos empregados para a obtenção de c v em ensaios de adensamento foram propostos por Casagrande (logaritmo do tempo) e Taylor (raiz do tempo). Os métodos determinam os valores de c v50 (50% de adensamento primário concluído) e c v90 (90% de adensamento primário concluído), respectivamente. As Figuras 2.5 e 2.6 mostram a aplicação dos dois métodos, detalhados em Lambe e Whitman (1969). Tempo (escala log) 0,01 0,10 1,00 10,00 100, , ,00 0,0 Variação da altura do CP (mm) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Figura 2.5 Método de Casagrande para determinação de c v 0,0 Raiz do tempo ( min) Variação da altura do CP (mm) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Figura 2.6 Método de Taylor para determinação de c v

35 35 Qualidade das amostras Nos ensaios de adensamento, a qualidade das amostras indeformadas é fundamental na obtenção de parâmetros de compressibilidade representativos do depósito estudado. As atividades relacionadas à extração das amostras, desde a escolha dos equipamentos de perfuração e dos tubos amostradores utilizados, até o a- dequado acondicionamento, transporte e armazenamento, influenciam a qualidade das amostras e, por isso, devem ser realizados de forma cautelosa. O processo de amostragem envolve as seguintes etapas no campo: perfuração, retirada da amostra no campo, transporte até o laboratório, armazenamento em câmara úmida, extração do solo contido no tubo, moldagem do corpo-deprova e, por fim, o condicionamento deste no equipamento de ensaio (Sayão, 1980). Em todas elas, cuidados especiais devem ser tomados para assegurar a qualidade do material amostrado. No processo de amostragem, o tubo (rígido) desloca o solo, empurrando seus grãos contra os grãos adjacentes e contra as paredes internas do tubo. As a- mostras são submetidas a deformações cisalhantes que causam distorções na estrutura do solo, variações no teor de umidade, além do alívio de tensões (Sayão, 1980). O deslocamento dos grãos é tão maior quanto maior a espessura das paredes do tubo. A esta região amolgada dá-se o nome de anel amolgado, de espessura semelhante à espessura da parede do tubo (Sandroni, 1977a). Em geral, os tubos amostradores são fabricados em ferro ou aço inoxidável, de paredes finas, e são comumente denominados tubos Shelby. A escolha do tubo amostrador deve ser feita de forma que este cause o mínimo de perturbações ao solo. Para tanto, diversas geometrias já foram utilizadas, com ou sem folga interna. A folga interna é uma pequena redução no diâmetro da ponta de cravação do tubo e serviria, segundo Hvorslev (1948), para evitar o atrito do solo com a parte interna do tubo, quando cravado no solo. Foram propostos dois coeficientes por aquele autor, denominados razão de área (C a ) e folga interna (C i ), onde: %= 100 (2.3)

36 36 %= 100 (2.4) Figura 2.7 Dimensões dos tubos amostradores Onde (Figura 2.7): D e : diâmetro externo do tubo; D i : diâmetro interno da ponta do tubo; D a : diâmetro interno do corpo do tubo. Hvorslev (1948) sugere que os valores de C a sejam menores que 10% e de C i estejam entre 0,5% e 3%. Sandroni (1977a) resume as características desejáveis de tubos amostradores para se obter amostras de boa qualidade: L: entre 80 e 120 cm; D e : entre 5 a 15 cm; C a : menor que 10%; C i : entre 0,5% e 3%, mais próximo de 1%. Sandroni (1977a) alega que tubos menores que 80 cm terão material suficiente para a realização de poucos ensaios, enquanto tubos maiores que 120 cm podem causar inaceitáveis níveis de atrito entre a parede interna do amostrador e o solo. A qualidade das amostras obtidas pode ser avaliada, em laboratório, aplicando-se o critério de Lunne et al. (1997), a ensaios de adensamento. O critério consiste, basicamente, em determinar a razão Δe/e o, onde: Δe = e o - e σ vo e o : índice de vazios correspondente à condição da amostra no início do ensaio de adensamento;

37 37 e σ vo : índice de vazios correspondente à tensão vertical efetiva de campo, obtido na curva de compressibilidade. Lunne et al. (1997) propuseram, com base em resultados de diversos ensaios, os valores da Tabela 2.1, para a determinação da qualidade das amostras. Tabela 2.1 Classificação da qualidade de amostras indeformadas (Lunne et al., 1997) OCR Excelente a muito boa Δe/e o Boa a regular Ruim Muito ruim 1 a 2 < 0,04 0,04 a 0,07 0,07 a 0,14 > 0,14 2 a 4 < 0,03 0,03 a 0,05 0,05 a 0,10 > 0,10 Coutinho et al. (2002) propuseram uma adaptação deste critério para atender a realidade dos solos brasileiros (Tabela 2.2). Tabela 2.2 Classificação da qualidade de amostras indeformadas brasileiras (Coutinho et al., 2002) Δe/e o OCR Excelente a muito boa Boa Regular Regular a pobre Pobre Muito pobre 1 a 2 < 0,04 0,04 a 0,055 0,055 a 0,07 0,07 a 0,105 0,105 a 0,14 > 0,14 2 a 4 < 0,03 0,03 a 0,04 0,04 a 0,05 0,05 a 0,075 0,075 a 0,10 > 0,10 Martins e Lacerda (1994) concluíram que os efeitos de amolgamento que mais chamam a atenção nas amostras são: a) O índice de vazios (e) é menor nas amostras amolgadas, para qualquer tensão vertical efetiva; b) O trecho de maior curvatura do gráfico e x log σ v torna-se menos acentuado e dificulta a determinação da tensão de sobreadensamento (σ p ); c) A redução dos valores de σ p (por vezes resultando em OCR < 1); d) O aumento da compressibilidade na região de recompressão; e) O decréscimo da compressibilidade no trecho de compressão virgem; f) A mudança da forma do trecho virgem, retificando o gráfico e x log σ v.

38 Ensaios de Campo Os ensaios de campo mais comuns, na prática geotécnica brasileira, são os ensaios de SPT (Standard Penetration Test, em inglês), de palheta (Vane Test) e de piezocone (ou CPTu, do inglês Cone Penetration Test, com monitoramento dos excessos de poropressão (u) gerados durante o ensaio) SPT (Standard Penetration Test) A utilização de ensaios SPT para a descrição de um depósito de solos moles deve ser feita com cautela. Schnaid e Odebrecht (2012) citam que, na faixa de N SPT característica dos solos moles (0 a 5), o ensaio não é representativo. Estes autores não recomendam que o ensaio SPT seja utilizado, uma vez que esta previsão depende fortemente da tensão de sobreadensamento do material, a qual não é determinada, de forma confiável, por este método Piezocone (CPTu) O ensaio de piezocone é especialmente recomendado para solos compressíveis e de baixa resistência, identificando, inclusive, camadas arenosas pouco espessas. Segundo Schnaid e Odebrecht (2012), o ensaio tem como principais vantagens o registro contínuo da resistência à penetração, o qual fornece a estratigrafia do perfil ensaiado, e a eliminação da influência do operador nas medidas fornecidas pelo ensaio (resistência de ponta, q c, atrito lateral, f s, excessos de poropressão, u). Entretanto, os autores citam como principal desvantagem a impossibilidade de se coletarem amostras para análises posteriores. Robertson (1990) propõe a classificação dos solos por tipo de comportamento, com base em correlações empíricas entre três parâmetros (Figura 2.8): parâmetro de poropressão (Bq), resistência de ponta normalizada (Qt) e atrito lateral normalizado (Fr). A classificação dos solos é feita de acordo com a Tabela 2.3. = (2.5)

39 39! = (2.6) " # %= $ % (2.7) Onde: q ' : resistência de ponta corrigida; σ )* : tensão vertical total inicial; u * : poropressão na condição hidrostática; u : poropressão medida na base do cone; f - : atrito lateral. Figura 2.8 Gráficos F r x Q t e B q x Q t (Robertson, 1990) Tabela 2.3 Classificação de solos por tipo de comportamento Zona Tipo de solo 1 solo fino sensível 2 solo orgânico e turfas 3 argilas argilas siltosas 4 argila siltosa silte argiloso 5 siltes arenosos areias siltosas 6 areais limpas areias siltosas 7 areias com pedregulhos areias 8 areias areias limpas 9 areias finas rígidas

40 40 Correlações para a estimativa da razão de sobreadensamento (OCR) de solos utilizam os fatores empíricos K 1 e K 2 : Onde:./=0 1 (2.8)./=0 K 1 e K 2 : coeficientes de correlação empíricos; q t : resistência de ponta corrigida; (2.9) σ vo e σ vo : tensão vertical total inicial e efetiva inicial, respectivamente; u 2 :poropressão medida na base do cone. Determinação do coeficiente de adensamento O coeficiente de adensamento vertical do solo (c v ) pode ser determinado por meio do ensaio de dissipação de poropressões em piezocone. Houlsby e Teh (1988) definiram um fator tempo modificado (T*): 3 = 5. / 67 8 (2.10) Onde: c h : coeficiente de adensamento horizontal; R: raio do piezocone; I R : índice de rigidez do solo (I R = G/s u, sendo G o módulo cisalhante do solo). Estes autores apresentaram, também, valores de T* para diferentes porcentagens de dissipação, medindo poropressões na base do piezocone (u 2 ), conforme mostrado na Tabela 2.4.

41 41 Tabela 2.4 Fator tempo modificado (T*) (Houlsby e Teh, 1988) U (%) T* (base u 2 ) 20 0, , , , , , ,600 Deve-se corrigir o valor de c h encontrado, utilizando-se a relação entre a razão de recompressão do solo (RR), e a razão de compressão virgem (CR), uma vez que o solo comporta-se como se estivesse em recompressão, durante a penetração do cone: 5 9:= // /. 5 ;: (2.11) Valores da relação RR/CR situam-se entre 0,10 e 0,15 (Jamiolkowski et al., 1985; Lacerda e Almeida, 1995). O coeficiente de adensamento vertical pode ser obtido pela expressão: 9:= 5. 5 ;: (2.12) Onde: k v, k h : coeficientes de permeabilidade vertical e horizontal, respectivamente. Jamiolkowski et al. (1985) indicam valores entre 1,0 a 1,5 para a relação entre as permeabilidades horizontal e vertical de solos argilosos sem macroestrutura definida Palheta (Vane Test) O ensaio de palheta determina, basicamente, a resistência ao cisalhamento não drenada do solo (s u ), por meio da rotação de um elemento metálico de seção

42 42 cruciforme (palheta). Depois de inserida no solo na profundidade desejada, a palheta é rotacionada a uma velocidade angular constante, de 6 /minuto. Bjerrum (1973) propôs a correção do valor de s u obtido no ensaio (s u palheta ), após analisar inúmeros casos de rupturas ocorridas. O s u de campo (s u campo ), corrigido, deve ser obtido pela multiplicação: < = >?@ = μ < (2.13) Onde: µ: fator de correção de Bjerrum (Figura 2.9). Figura 2.9 Correção de s u de palheta (Bjerrum, 1973) Assim como no ensaio de piezocone, existem correlações que permitem estimar valores de OCR com base nos resultados de ensaios de palheta. Uma destas correlações empíricas foi proposta por Ladd e Foott (1974) para a estimativa da resistência ao cisalhamento não drenada (s u ), com base em ensaios de laboratório e análises de ruptura: < = =C./? (2.14) Onde: σ vo : tensão vertical efetiva; OCR: razão de sobreadensamento; S e m: parâmetros empíricos.

43 43 Mayne e Mitchell (1988) propuseram uma correlação para a estimativa de OCR com base no índice de plasticidade (IP) do solo:./=de < = F (2.15) Sendo: α=227; IJ,LM (2.16) Onde: α: parâmetro empírico; IP: índice de plasticidade. 2.4 Medição de Recalques em Aterros Dados sobre o acompanhamento da evolução dos recalques em aterros, após o término das obras, são escassos na literatura geotécnica mundial. Conforme discutido por Olson (1998), a maior parte das observações de campo termina quando a estrutura (pavimentos, pontes, tanques, etc.) é construída, seja porque a instrumentação instalada é destruída, o cliente não está interessado em pagar pela continuação do monitoramento, e o engenheiro não quer correr o risco de ser processado por eventuais movimentos documentados. Citam-se casos como os apresentados por Van der Burght (1936), Bjerrum (1967), Crawford e Bozozuk (1990), Aboshi (1995) e Larsson e Mattsson (2003), onde os recalques foram monitorados por períodos que variaram entre 23 e 92 a- nos, com aterros de 1,4 a 11 m, construídos sobre camadas de solos moles de espessuras variando entre 6 e 30 m (Tassi, 2015). Crawford e Sutherland (1971) relatam, também, a observação de recalques diferenciais em um hotel construído no início do século XX, em Victoria, Canadá. O hotel foi construído sobre uma camada de 15 m de solo argiloso, e teve monitoramento de recalques durante pouco mais de 65 anos (entre os anos de 1912 e 1968), registrando um recalque primário de 122 cm em 10 anos, e de 15 cm nos 55 anos seguintes.

44 Aspectos da Compressão Secundária de Solos A compressão unidimensional de um solo argiloso saturado, submetido a um incremento de tensão vertical total, pode ser dividida em duas parcelas principais. A primeira é denominada compressão primária, na qual ocorre o ganho de tensão vertical efetiva pela dissipação dos excessos de poropressão. A segunda é denominada compressão secundária e pode ser entendida, simplificadamente, como a continuação da variação do índice de vazios do solo, sob tensão vertical efetiva constante, que não é devida aos pequenos excessos de poropressão remanescentes da compressão primária. A teoria do adensamento primário de Terzaghi e Frölich (1936) considera a compressão de solos idealizados, baseando-se em hipóteses simplificadoras (Terzaghi e Peck, 1943): a) A camada em adensamento é horizontal, homogênea, de espessura constante e lateralmente confinada; b) O solo está completamente saturado (vazios preenchidos por água); c) Água e partículas sólidas são incompressíveis; d) É válida a Lei de Darcy para fluxo de água através do solo; e) O coeficiente de permeabilidade (k) do solo é constante para todos os incrementos de pressões/tensões aplicadas; f) A tensão aplicada é uniforme ao longo de um plano horizontal; g) Fluxo de água somente na direção vertical (processo unidimensional); h) Mudanças na tensão efetiva do solo causam mudanças correspondentes no índice de vazios e esta relação é linear e independente do tempo durante qualquer incremento de tensão; i) O excesso de poropressão inicial devido ao carregamento é uniforme ao longo da profundidade da camada de argila; j) O longo tempo de adensamento é inteiramente devido à baixa permeabilidade do solo; k) Uma ou ambas as camadas adjacentes à camada de argila são perfeitamente drenantes, em comparação com a camada de argila; l) O peso do solo é desprezível.

45 45 Entre os aspectos não abordados por esta teoria, talvez o mais importante seja relativo à compressão secundária (Martins e Lacerda, 1985). A hipótese h assume que a relação entre índice de vazios e tensão vertical efetiva é independente do tempo. Entretanto, verifica-se na prática que existe uma parcela de deformações (não relacionada à dissipação dos excessos de poropressão) que contraria esta hipótese. Para exemplificar esta condição, apresenta-se a Figura 2.10: a curva formada pelos pontos ABCF representa os recalques previstos para a teoria clássica de Terzaghi, que não prevê recalques secundários, e a curva formada pelos pontos ABCDE representa os recalques observados em campo e laboratório. O ponto C deste gráfico é o ponto onde se considera, na prática, o início da compressão secundária. Figura 2.10 Curva recalque x log tempo (Pinto, 2001) Um dos primeiros autores a constatar o fenômeno da compressão secundária foi Buisman (1936), que verificou a continuação das deformações no solo, mesmo após as dissipações dos excessos de poropressão, concluindo que existia uma proporcionalidade (α s ) entre os recalques e o logaritmo do tempo. Este autor sugeriu ainda que, em estudos posteriores, deveria ser verificado se esta proporcionalidade tenderia a permanecer constante ao longo do tempo. Entre as várias incertezas acerca da compressão de solos, uma é a dificuldade em se prever o início e o término dos recalques secundários. Mesri (2001) a- ponta que, em qualquer instante durante este processo, a resposta do solo para a compressão devida à variação da tensão vertical efetiva e para a compressão que

46 46 se processa sob tensão vertical efetiva constante, é caracterizada pelos parâmetros de compressibilidade (δe/δσ v ) t e (δe/δt) σ v, respectivamente. Este autor acredita que, logo que o adensamento primário tem início, ambos os parâmetros (δe/δσ v ) t e (δe/δt) σ v contribuem no processo de compressão do solo, ou seja, adensamento primário e compressão secundária iniciam simultaneamente. Segundo Kavanzajian e Mitchell (1984), haverá deformações no solo enquanto houver tensões de cisalhamento nos contatos entre partículas. Supondo-se que a tensão vertical efetiva permaneça constante após o término do adensamento primário, a única forma de não haver tensões cisalhantes é que a tensão horizontal efetiva aumente. Quando o coeficiente de empuxo no repouso (k 0 = σ h / σ v ) for igual a 1, as tensões cisalhantes se tornam nulas e, com isso, cessam-se as deformações (Martins e Lacerda, 1985). Na tentativa de descrever a evolução da compressão secundária com o tempo, Mesri e Godlewski (1977) propuseram a utilização do índice de compressão secundária (C α ), comumente denominado coeficiente de adensamento secundário. Estes autores citam que, para qualquer solo, existe uma relação única entre C α = e/ log t e C c = e/ σ v. Figura 2.11 Definição de C α (Lambe e Whitman, 1969) Mesri e Castro (1987) afirmam que a razão C α /C c e a curva de fim do adensamento primário (EOP, do inglês end of primary) definem completamente o comportamento de um solo, na fase de compressão secundária. Entretanto, Martins e Lacerda (1989) contestam esta relação, uma vez que, se o mesmo for constante, o índice de vazios do solo se tornará negativo após certo período de tempo, o que é fisicamente impossível de ocorrer.

47 47 Terzaghi e Peck (1943) mencionam que, provavelmente, o efeito secundário no adensamento de solos é consequência de um lento deslocamento relativo entre os grãos, devido à elevada viscosidade da água adsorvida nos grãos. 2.6 O Método de Asaoka (1978) Diversos autores propuseram métodos empíricos e teorias para a previsão do término dos recalques que incluam a compressão secundária. Asaoka (1978) apresentou um método empírico de complexo desenvolvimento matemático, para a previsão da evolução e da magnitude dos recalques, por meio de medições de recalque em campo. O método consiste em traçar uma reta de ajuste aos pontos do gráfico recalque no tempo t x recalque no tempo t+δt (ρ t x ρ t+δt ). A intersecção desta reta com a reta de inclinação igual a 45 (ou seja, quando ρ t = ρ t+δt ) determina o recalque final. De acordo com o método, os recalques devem ser medidos em intervalos de tempo iguais. A Figura 2.12 apresenta um exemplo de aplicação do método (na figura, ρ t = ρ k-1 e ρ t+δt = ρ k ). Não fica claro, entretanto, se este método pode ser utilizado para a previsão de recalques secundários. Pinto (2001) afirma que o método é somente aplicado para prever o término do recalque primário, mas que pode apresentar valores de c v e ρ pf distintos, dependendo do período de observação dos recalques. A justificativa seria o fato de que se aplica uma equação exponencial a um conjunto de dados (recalques primários) que não se desenvolvem segundo uma equação deste tipo. Este autor afirma ainda que o fato do método apresentar recalques que poderiam incorporar os efeitos secundários (que se comportam exponencialmente) não deve ser visto como uma qualidade, e que os recalques secundários de campo serão sempre maiores que os estimados pelo método.

48 Figura 2.12 Recalque nos tempos "k" e "k-1" (Asaoka, 1978) 48

49 3 Materiais e Métodos 3.1 Generalidades Aspectos Geológico-Geomorfológicos do Local Ruellan (1944) descreve o litoral do Estado do Rio de Janeiro como apresentando cordões arenosos de aspecto retilíneo, estendidos entre elevações rochosas. Atrás destes cordões, formaram-se diversas lagunas. A lagoa de Itaipu, em Niteroi, constitui uma destas típicas lagunas que, assim como as de Piratininga e Jacarepaguá, originou-se do fechamento de parte da enseada por cordões de restinga Carvalho (1980). O vale no qual a lagoa está inserida é largo na sua embocadura e reduz-se para montante em forma de funil, tendo um fundo aluvial colmatado, associado a deposições marinhas quaternárias (Silva, 1979). Os depósitos orgânicos ali presentes tiveram suas origens nos ciclos de avanço e recuo do nível do mar, juntamente com as correntes fluvial e eólica. Deposições de matéria orgânica ao longo de séculos são evidenciadas pela presença de restos de raízes e conchas a alguns metros de profundidade (Ruellan, 1944). Novos estudos geomorfológicos propõem, entretanto, que a região teve processos iniciais de deposição há cerca de anos, com a primeira invasão pelo mar há cerca de anos, e posteriores migrações de lençois arenosos (Costa et al., 2011) Perfil Geotécnico A Figura 3.1 apresenta o perfil geotécnico do local onde foi construído o a- terro experimental de Camboinhas. O perfil é constituído por uma camada heterogênea de solos moles, com espessuras entre 9 e 12 m, aproximadamente, compos-

50 50 ta por turfas amorfas (desprovidas de qualquer estrutura) e fibrosas, e argilas muito orgânicas. O estrato médio é composto por argilas arenosas e siltosas, de coloração cinza clara, espessuras entre 2 e 6 m, abaixo da camada orgânica ou do estrato superior arenoso. O inferior é composto por areias grossas e compactas, de coloração clara (Russo Neto, 1980). Figura 3.1 Perfil geotécnico ao longo do eixo leste-oeste do aterro (Russo Neto, 1980) Em 2013, realizou-se uma nova campanha de ensaios de campo e extração de amostras indeformadas, que indicaram a presença de duas camadas de solos moles sobrepostas, separadas por uma aparente lente de areia de cerca de 40 cm de espessura, na região denominada por Russo Neto (1980) e Carvalho (1980) de camada orgânica mole. Este perfil é apresentado na Figura 3.2, e foi determinado com base em ensaios de piezocone, descritos no item 3.3.

51 51 Figura 3.2 Perfil geotécnico obtido em ensaios de piezocone, em 2013 O aterro experimental de 1977 As atividades relacionadas à execução do aterro experimental tiveram início em outubro de 1977, com a escolha do local e a definição de suas dimensões e seu posicionamento no terreno. Decidiu-se por fazer um aterro com cerca de 50 m de largura, 150 m de comprimento e 1,70 m de altura. O aterro foi posicionado de forma que seu maior eixo (comprimento) ficasse paralelo à direção leste-oeste, conforme mostra a Figura 3.3. A figura mostra, também, as curvas de isoespessura das camadas de solo mole, em metros. Vê-se que o depósito apresentava espessuras variáveis entre 8 e 12 m. O aterro teve início em dezembro de 1977 e foi construído em duas etapas: na primeira, executou-se a altura prevista inicialmente, de 1,70 m; na segunda, houve um acréscimo de 1 m de altura, em uma faixa de 25 m de largura, cujo eixo era paralelo à direção norte-sul. Este carregamento adicional pode ser visto no perfil geotécnico mostrado na Figura 3.1. Considerou-se que o aterro, executado desta maneira, seria representativo da obra a ser implantada (Russo Neto, 1980).

52 52 Figura 3.3 Localização do aterro experimental (Russo Neto, 1980) O material utilizado na construção do aterro consistiu em uma areia média, dragada do fundo e das margens da lagoa de Itaipu, com peso específico natural (γ nat ) de 17,5 kn/m³ e peso específico saturado (γ sat ) de 20,5 kn/m³ (Silva, 1979) Amostragem de Campo O procedimento de amostragem envolveu a retirada de amostras indeformadas do local onde foi executado o aterro experimental (Figuras 3.4 e 3.5). As amostras foram extraídas no início de maio de 2013, por meio de amostradores cilíndricos de paredes finas (Shelby), metálicos, com pistão estacionário, de 10 cm (4 ) de diâmetro. A empresa Geoforma Engenharia Ltda. foi a responsável pela execução dos serviços.

53 m 50 m 12,5 m 25 m Figura 3.4 Dimensões do aterro e do espaçamento entre placas de recalque, e local aproximado das verticais de retirada das amostras (imagem do Google Maps) Figura 3.5 Foto do local verticais de retirada das amostras indeformadas O procedimento procurou seguir a melhor técnica de amostragem disponível. Os seguintes cuidados foram tomados, conforme recomendações de Ladd e DeGroot (2003), para diminuir as perturbações causadas ao material a ser coletado (Figura 3.6): Preenchimento do furo, até cerca de 30 cm, com lama bentonítica, para evitar o levantamento de fundo do solo remanescente; Cravação do tubo Shelby na posição vertical;

54 54 Preenchimento do tubo Shelby com areia, após a retirada da amostra, para recuperações menores que 100% (todos os tubos foram preenchidos com areia); Colocação de uma camada fina de parafina (1 cm) entre o solo mole e a areia de preenchimento, para evitar o contato desta com o solo mole; Colocação de duas camadas de parafina e um tecido entre elas, para diminuir a perda de umidade da amostra, em ambas as extremidades do tubo; Colocação dos tubos dentro de suportes de madeira preenchidos com serragem umedecida, para o transporte até o carro; Proteção dos suportes de madeira através do acondicionamento destes em colchões dobrados, minimizando possíveis efeitos de amolgamento durante o transporte das amostras até o laboratório; Transporte até o laboratório feito com o veículo em baixa velocidade. Foram retiradas 8 amostras, de duas verticais de sondagem. Deste total, 4 foram extraídas com a utilização de tubos Shelby de ferro. As outras 4 utilizaram tubos de aço inoxidável. Os tubos utilizados tinham comprimento de 60 cm, o que impossibilitou a realização de ensaios triaxiais, uma vez que a recuperação em todas as amostras foi menor que 100%, além de terem sido separados os dez primeiros e os dez últimos centímetros de cada amostra, para utilização nos ensaios de caracterização, conforme recomendado por Sandroni (1977a).

55 55 (a) (b) (c) (d) (e) Figura 3.6 Procedimento de amostragem (a): Cravação do tubo; (b) Retirada da amostra; (c) Aplicação de parafina para proteção da boca do tubo; (d) Acondicionamento e transporte até o veículo; (e) Acondicionamento para transporte ao laboratório; (f) Tubos armazenados em câmara úmida. (f) Ao final da bateria de amostragem, as amostras foram levadas para a câmara úmida do Laboratório de Fortificação e Construção do Instituto Militar de Engenharia do Rio de Janeiro (IME-RJ), onde permaneceram armazenadas, na posição vertical, até março de 2014, quando foram levadas para a câmara úmida do Laboratório de Geotecnia da PUC-Rio, para a execução dos ensaios.

56 56 A Tabela 3.1 reúne algumas características das amostras e dos amostradores utilizados. Os índices C a e C i, descritos no item 2.2.2, são, respectivamente, a razão de área e a folga interna do amostrador. Tabela Algumas características dos tubos e amostras extraídas Amostra Furo Profundidade (m) Recuperação (%) C a (%) C i (%) Material do Tubo 1 1 2,60 a 3,20 87,5 6,36 2,98 Aço inox ,90 a 4,50 86,7 6,43 4,61 Ferro 3 1 5,50 a 6,10 82,5 6,92 4,86 Ferro 4 1 6,50 a 7,10 83,3 6,44 2,51 Aço inox ,25 a 3,85 79,2 6,14 3,16 Aço inox ,50 a 8,10 80,0 6,43 3,32 Ferro 7 2 8,50 a 9,10 85,0 6,28 2,40 Aço inox ,50 a 10,10 73,3 7,14 2,75 Ferro Como pode ser observado, C a oscila pouco, entre 6,14 e 7,14%. Entretanto, C i varia entre 2,40 e 4,86%. Hvorslev (1948) sugere que C a e C i não passem de 10% e 3%, respectivamente. O mesmo autor menciona, também, que C i não deve ser menor que 0,5%, ou seja, deve haver uma folga interna no tubo, para minimizar o atrito lateral entre este e a amostra, no momento da cravação em campo. 3.2 Medições de Recalque Foram realizadas medições de recalque em campo, para verificar a possível existência de deslocamentos remanescentes da execução do aterro experimental, aproximadamente 37 anos atrás. Instalação do novo benchmark Foi necessária a instalação de uma nova referência de nível profunda (benchmark) no local estudado, uma vez que a referência antiga, utilizada nas pesquisas anteriores, não foi localizada.

57 57 O novo benchmark foi instalado na região onde houve um sobrecarregamento de 1 m, à época de execução do aterro experimental, ou seja, a parte mais alta do local. Esta região não fica submersa, mesmo no período chuvoso. A instalação foi feita no dia 15 de maio de O furo foi executado com equipamento usualmente utilizado em sondagens de simples reconhecimento. A cravação do trépano de lavagem foi manual, com auxílio do guincho do tripé, para içá-lo. Dentro do tubo-guia, o trépano retirava o solo pela introdução de água pressurizada por uma bomba (Figura 3.7). A profundidade atingida (impenetrável ao trépano) foi de 13,20 m. Depois de atingida a profundidade impenetrável ao trépano, introduziram-se os tubos de PVC, de 50 mm (2 ) de diâmetro, sendo que o tubo mais profundo (o primeiro a ser colocado no furo) foi tampado para evitar a entrada de material (Figura 3.7b). Os tubos eram conectados uns aos outros por meio de luvas de PVC, e tinham a função de proteger o tubo de aço galvanizado. Aplicou-se uma calda de cimento na parte inferior dos tubos de PVC, anteriormente à descida dos tubos de aço galvanizado, para garantir a fixação na base do furo. Estes últimos tubos tinham 38 mm (1,5 ) de diâmetro, e foram rosqueados uns aos outros (Figura 3.7c). Por último, foi colocada a cabeça boleada (peça metálica, sobre a qual se apoia a mira de nivelamento, nas medições de recalque) (Figura 3.7d).

58 58 (a) (b) (c) Figura 3.7 Instalação do novo benchmark (a) Abertura do furo; (b) Descida dos tubos de PVC; (c) Descida dos tubos de aço galvanizado; (d) Benchmark pronto (d) Instalação dos pinos metálicos superficiais para medição de recalques Após a instalação do benchmark, foram instalados os pinos metálicos, para acompanhamento dos recalques. Os pinos são barras de ferro de cerca de 50 cm de comprimento, com a ponta inferior em forma de V e, a superior, arredondada, para o posicionamento da mira de nivelamento (Figura 3.8). Figura 3.8 Pino metálico, à esquerda, e cabeça boleada, à direita

59 59 A instalação dos pinos metálicos foi feita da seguinte maneira: a) Abertura de um furo de aproximadamente 15 cm de diâmetro e 40 cm de profundidade, através do uso de cavadeira e trado manual tipo concha, ambos metálicos; b) Preparo e colocação de concreto magro até cerca de 2 cm abaixo do topo do furo; c) Colocação de tubo de PVC de 7,6 cm (3 ) de diâmetro e 15 cm de comprimento, centralizado no furo, de forma que uma pequena parte do tubo (2 cm) fique para fora do furo; d) Colocação do pino metálico no furo, o mais centralizado possível; PUC-Rio - Certificação Digital Nº /CA e) Preenchimento do espaço restante com concreto magro. (a) (b) Figura 3.9 Instalação de pino metálico (a) Abertura do furo; (b) Pino instalado. Os pinos foram implantados adjacentemente a alguns pontos onde, no trabalho de Silva (1979), colocaram-se placas para a medição de recalques superficiais. Ao todo, sete pinos de medição foram implantados. A nomenclatura adotada seguiu a mesma utilizada anteriormente, ou seja, de acordo com a distância do ponto ao início do aterro, na direção oeste, e da posição do ponto em relação à direção Norte-Sul ( N : norte; C : centro e S : sul). Os pontos escolhidos para o monitoramento dos recalques foram: 25S, 25C, 50S, 50C, 75S e 75C. Além destes, mediram-se recalques em outro ponto, denominado de ENS.13. Este ponto é adjacente às verticais onde, em 2013, foram realizados os ensaios de campo e foram coletadas as amostras indeformadas. Com este cenário, estabeleceu-se um circuito fechado para as medições (Figura 3.10). As vantagens deste arranjo serão discutidas a seguir.

60 60 Figura 3.10 Circuito fechado de medições (localização aproximada dos pontos) Metodologia adotada paraa as medições de recalque A metodologia adotada neste trabalho baseou-se na NBR (ABNT, 1994) e no procedimento proposto por Tassi (2014), para minimização dos erros inerentes ao processo de nivelamento. Segundo a referida Norma, o trabalho realizado é classificado como levan- das po- tamento topográfico altimétrico, ou nivelamento, que visa à determinação sições relativas de pontos específicos a uma superfície de referência. Mais especidireto), de- ficamente, foi realizado um nivelamento geométrico (ou nivelamento finido como a medida da diferença de altura entre pontos do terreno obtida por leituras com visadas horizontais, por meio de aparelho de nivelamento, a miras posicionadas na vertical. A adoção dos procedimentos propostos por Tassi (2014) foi importante para a minimização dos erros inerentes ao processo, pois não se sabia se os recalques ainda estavam acontecendoo ou não. De fato, três cenários hipotéticos seriam pos- que a síveis: 1) Os recalques estariam ocorrendo, mas seriam tão pequenos exatidão do método não seria suficiente para medi-los; 2) O método teria exatidão suficiente para medir os recalques, mas es- tes já teriam cessado;

61 61 3) O método teria exatidão suficiente para medir os recalques, e os recalques continuariam acontecendo atualmente, 37 anos após a execução do aterro experimental. Equipamentos utilizados Existem diversos equipamentos disponíveis no mercado, com diferentes e- xatidões. Neste trabalho, porém, era necessário um equipamento que tivesse exatidão suficiente para medir deslocamentos, supostamente, muito pequenos. Nos nivelamentos, foram utilizados os seguintes equipamentos (Figura 3.11): a) Nível óptico automático NA2 da marca Wild, de fabricação suíça; b) Micrômetro de placa plano-paralela, acoplado ao nível; c) Régua metálica (mira), com graduação em centímetros. Figura 3.11 Nível NA2 com micrômetro acoplado Segundo a NBR (ABNT, 1994), os níveis ópticos são classificados de acordo com o desvio-padrão gerado em 1 km de duplo nivelamento. A Norma determina, também, que equipamentos que apresentam desvios padrões inferiores a ± 1 mm/km são classificados como equipamentos de exatidão muito alta. Trutmann (1980), citado por Tassi (2014), menciona que a exatidão do e- quipamento utilizado nesta pesquisa (nível óptico e placa plano-paralela acoplada) é de ± 0,3 mm/km. O equipamento oferece leitura de cinco dígitos, sendo o sexto dígito (centésimos de milímetro) o algarismo duvidoso. Ou seja, a leitura fictícia de 383,478

62 62 significa 383 centímetros, 478 centésimos de milímetros (sendo 8 o algarismo duvidoso). Procedimento de medição propriamente dito As medições de recalque em Camboinhas tiveram início no dia 13 de julho de 2014, quando foi realizada a leitura-zero, ou seja, a determinação das cotas iniciais dos pinos metálicos em relação à cota arbitrada para o benchmark. Esta leitura serviu de referência para as demais. O procedimento de medição é descrito, resumidamente, a seguir: a) Posiciona-se o tripé com o equipamento em uma posição equidistante dos dois pontos a serem nivelados, sendo o primeiro deles a referência de nível (benchmark) e, o segundo, o ponto cuja cota deseja-se determinar; b) Nivela-se horizontalmente o equipamento por meio do acionamento dos parafusos de ajuste de posição (processo denominado comumente de calagem da bolha ); c) Posiciona-se a mira (régua metálica) verticalmente sobre o benchmark. Tiras de borracha prendem a mira a um segundo tripé. Um nível de bolha fixado na parte posterior da régua garante a verticalidade da mira; d) Faz-se a leitura de ré no benchmark (BM), com seis algarismos; e) Gira-se o equipamento e posiciona-se a régua no pino cuja cota deseja-se determinar; f) Faz-se a leitura de vante. A cota do pino i (z i ) é dada por: = (3.1) Onde: L R : leitura de ré; L V : leitura de vante. g) Repetem-se os procedimentos de a até f (a este conjunto de a- ções dá-se o nome de lance ), sendo ré o último ponto nivelado

63 63 como vante, até que o benchmark seja o ponto da última leitura de vante. A cota dos pontos seguintes é calculada pelo somatório das leituras de ré, diminuído pelo somatório das leituras de vante, até o ponto em questão. Figura 3.12 Execução de nivelamento, com a mira suportada por tripé metálico Erros inerentes ao processo de nivelamento geométrico Em um processo de nivelamento geométrico, deseja-se determinar o valor real das cotas dos pontos medidos. No caso em análise (circuito fechado), a diferença entre as cotas inicial e final do benchmark (visada de ré do primeiro lance e visada de vante do último lance, respectivamente) deve ser nula, por tratar-se de um ponto, teoricamente, indeslocável. Entretanto, devido a uma série de erros inerentes a este processo, obtém-se sempre uma diferença entre estes dois valores. Esta diferença é o erro do nivelamento. Obviamente, parte deste erro pode ser gerada a cada lance da medição, que se acumula até o fechamento do circuito. No exemplo das medições em Camboinhas, a cota inicial arbitrada para o benchmark foi +100,000. Entretanto, ao final de cada nivelamento, o erro acumulado ao longo dos lances fazia com que esta cota ficasse um pouco abaixo ou um pouco acima da cota arbitrada. A Tabela 3.2 apresenta os dados obtidos na segunda medição de recalques, realizada no dia 18/08/2014. O Erro encontrado foi de

64 64 0,106 cm. Como forma de distribuir este erro, divide-se o valor pelo número de lances e corrige-se o desnível encontrado, somando-se o valor dividido com o sinal invertido. Ou seja: erro Correção do erro= x ( 1) (3.2) nº de lances Tabela 3.2 Correção das cotas dos pontos nivelados (valores em cm) Lance de Leituras Leitura Desnível Cota Não Desnível Cota Pino de Pino de Vante Ré (R) (R-V) Corrigida Corrigido Corrigida Ré (R) Vante (V) (V) BM 75S 386, ,573-13,952 86,048-13,965 86,035 75S 50S 354, ,873-45,319 40,729-45,332 40,703 50S 25S 397, ,091 1,897 42,626 1,884 42,586 25S 25C 414, ,063 10,980 53,606 10,967 53,553 25C 50C 386, ,089 2,052 55,658 2,039 55,592 50C ENS , ,709-20,899 34,759-20,912 34,680 ENS.13 75C 405, ,600 34,611 69,370 34,598 69,277 75C BM 396, ,634 30, ,106 30, ,000 Erro: 0,106 Correção: -0,013 A metodologia proposta por Tassi (2014) é baseada na tentativa de mitigar os principais erros inerentes ao processo de medição de recalques, sejam eles provenientes de falhas no equipamento de medição, influências do meio ambiente, falhas humanas, etc. Estes erros e as medidas para minimizá-los são apresentados na Tabela 3.3. Todas as recomendações que constam nesta tabela foram seguidas. Entretanto, houve necessidade de se fazerem algumas leituras após as 10 horas da manhã, quando as temperaturas são mais elevadas. O fabricante do equipamento de nivelamento, porém, afirma que este não sofre influência dos efeitos de temperatura (Wild-Heerbrugg, 1965). O nível foi calibrado em 2013 e, em 2014, foi feita uma revisão dos mecanismos do equipamento, e uma limpeza das peças componentes. Com relação ao erro número 5 da Tabela 3.3, além de repetirem-se as leituras, o autor recomenda que as cores da escala da mira devam, sempre que possível, contrastar com a cor preta do fio nivelador do equipamento de medição utilizado. A maior parte das escalas é fabricada nas cores vermelha e preta (Figura

65 a). A cor preta, conforme mostra a Figura 3.13b, dificulta a leitura por parte do operador. (a) Figura 3.13 Visada em campo (a) Visão geral do observador; (b) Contraste ruim entre o fio nivelador do equipamento e a escala da mira (b) Esta dificuldade é contornada quando se tem uma cor, na mira, que contraste com a cor do fio nivelador do equipamento (Figura 3.14). A velocidade dos nivelamentos aumenta, uma vez que menos repetições de leitura são feitas. (a) Figura 3.14 Visada em campo (a) Visão geral do observador; (b) Contraste adequado entre o fio nivelador do equipamento e a escala da mira (b)

66 Tabela 3.3 Erros inerentes ao processo de nivelamento geométrico - adaptado de Tassi (2014) ERRO ORIGEM DO ERRO MEDIDA(S) PARA MINIMIZÁ-LO 1) Verticalidade do eixo principal Aparelho de nivelamento - Calagem adequada do nível de bolha - Calibração periódica do aparelho 2) Colimação vertical Aparelho de nivelamento - Calibração periódica do aparelho - Posicionar o aparelho em ponto equidistante dos pontos a serem nivelados (Método das Visadas Iguais) 3) Erro de curvatura terrestre - Minimizar, se possível, a distância entre aparelho e mira Causas naturais: curvatura da Terra - Posicionar o aparelho em ponto equidistante dos pontos a serem nivelados (Método das Visadas Iguais) 4) Refração atmosférica e reverberação Causas naturais: variação da densidade do ar por mudanças na temperatura - Para evitar a reverberação, as visadas devem ser feitas acima de 50 cm do ponto nivelado - Posicionar o aparelho em ponto equidistante dos pontos a serem nivelados (Método das Visadas Iguais) 5) Pontaria Causas humanas - Aumentar a quantidade de leituras 6) Verticalidade da mira Causas humanas - Sistema tripé-mira com nível de bolha acoplado 7) Índice e graduação da mira Mira - Utilizar a mesma mira na jornada de medições - Calibração da mira 8) Variação de temperatura Mira - Realizar leituras antes das dez horas da manhã 66

67 Ensaios de Campo Com o objetivo de se obter novas informações sobre o depósito de Camboinhas, como a estratigrafia atual, realizou-se uma campanha de ensaios de campo no local do aterro experimental, em março de Nesta campanha, foram realizadas: 4 verticais de ensaios de piezocone (CPTu); 1 vertical de ensaios de dissipação em piezocone; 1 vertical de ensaios de palheta (vane test). Os locais onde foram realizados estes ensaios estão mostrados, em planta, na Figura Pode-se observar que os ensaios de campo foram realizados próximos às duas verticais de extração das amostras indeformadas. Figura 3.15 Ensaios de campo planta (localização aproximada dos pontos) Figura 3.16 Ensaios de palheta e piezocone em andamento

68 68 Ensaios de piezocone Os ensaios foram realizados em quatro verticais diferentes, sendo uma para cada velocidade de cravação adotada (Tabela 3.4). Tabela 3.4 Velocidades de cravação da ponteira cônica do ensaio de piezocone Vertical de ensaio Velocidade de cravação (mm/s) 1ª 2 Muito lenta 2ª 6 Lenta 3ª 20 Normal 4ª 58,4 Rápida Classificação quanto à velocidade de cravação Nestes ensaios, foram medidas as poropressões na base do cone (u 2 ), somente (Figura 3.17). Figura 3.17 Ponteira cônica com pedra porosa na base do cone (medições de u 2 ) Ensaios de dissipação Foram realizados quatro ensaios de dissipação, em uma vertical, nas profundidades de 3,50, 4,50, 5,50 e 6,80 m. Ensaios de palheta Os ensaios de palheta foram realizados em sete profundidades diferentes, i- niciando na profundidade de 2,50 m e terminando na profundidade de 8,50 m, com ensaios intermediários realizados a cada metro.

69 Ensaios de Laboratório A etapa de ensaios de laboratório contemplou a realização de ensaios de caracterização e adensamento. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Geotecnia da PUC-Rio, entre março de 2014 e fevereiro de Apesar da consistência mole e do elevado teor de umidade das amostras, não houve muitos empecilhos na realização dos ensaios. Não foram encontradas conchas, e a matéria orgânica presente (galhos, folhas, etc.) estava bastante fragmentada, não sendo necessária, portanto, a utilização de equipamentos cortantes, conforme relatado por Carvalho (1980). O elevado teor de material orgânico das amostras dificultou a execução dos ensaios de determinação dos limites de consistência e da massa específica dos grãos do solo (G s ) de algumas amostras, fazendo com que os tempos de ensaio fossem aumentados, devido à desagregação do material e à dificuldade em se retirar o ar das amostras contidas no picnômetro, respectivamente. A moldagem dos corpos-de-prova dos ensaios de adensamento também não apresentou maiores complicações. Alguns corpos-de-prova precisaram ser preenchidos com o solo do restante da amostra, devido a irregularidades ocasionadas pela presença de restos de matéria orgânica. Algumas amostras aparentavam, também, certo grau de ressecamento, possivelmente por perda de umidade dentro da câmara úmida Caracterização Os ensaios de caracterização realizados foram: a) Determinação do Limite de Liquidez (ABNT, 1984a); b) Determinação do Limite de Plasticidade (ABNT, 1984b); c) Análise Granulométrica (ABNT, 1984d); d) Determinação da Massa Específica dos Grãos do Solo (ABNT, 1984c); e) Determinação do Teor de Matéria Orgânica do Solo (ABNT, 1996).

70 70 Não foram realizados ensaios mineralógicos ou químicos nas amostras. EnE tretanto, Carvalho (1980) apresentou resultados de ensaios de difratometria difrato de raios-x,, realizados em amostras de quatro profundidades distintas (0,65 m, 1,80 m, 4,68 m e 6,90 m). O material utilizado, util obtido btido de ensaios de adensamento, foi deixado secar ao ar e, então, destorroado. Eliminou-se Eliminou se a matéria orgânica e, por fim, prepararam-se se as lâminas para a difratometria. Os resultados indicaram a presença de quartzo e caulinita, caulinita em todas as amostras. Estes resultados estão de PUC-Rio - Certificação Digital Nº /CA acordo com os apresentados por Massad (2009). Figura 3.18 Difratometria de Raios-X Raios (Carvalho, 1980) Os ensaios para a determinação dos limites de consistência das amostras amo foram realizadoss sem secagem prévia das mesmas, mesmas, conforme recomendações de Bjerrum (1973) e Ladd e DeGroot (2003). (2003) Na realização de ensaios de limite de liquidez, por exemplo, devem-se devem obter, primeiramente, valores menores do númenúm ro de golpes da concha de Casagrande, Casagrande, necessários para fechar a ranhura de 13 mm. Com a perda de umidade ao longo do ensaio, o número de golpes aumenta. Chama-se se atenção para o fato de que, devido ao elevado teor teor de matéria oro gânica de algumas as amostras, observou-se observou que o material não se misturava, mistura rapidamente, à água destilada, devido à baixa massa específica ca das partículas partícula (Figura

71 ). A mistura ocorria somente após certo tempo de aplicação do vácuo, para a retirada do ar da amostra. Figura 3.19 Amostra de solo orgânico sobrenadando a água destilada A determinação do teor matéria orgânica foi realizada de acordo com a NBR (ABNT, 1996), considerando-o igual à perda por ignição (PPI). Esta é obtida colocando-se a amostra em uma mufla, a 440 ± 5 C. A amostra ensaiada deve ser previamente seca em estufa a 105 ± 5 C, por 24 horas Adensamento Neste trabalho, foram realizados 28 ensaios de adensamento, os quais foram separados em dois tipos: ensaios convencionais, com carregamentos incrementais a cada 24 horas, e ensaios de adensamento não convencionais, cujas amostras foram carregadas até a tensão vertical efetiva de campo e, daí em diante, foram deixadas adensar sob esta tensão por certo período de tempo, para avaliação dos efeitos da compressão secundária. Para cada uma das oito amostras Shelby ensaiadas, foram realizados um ensaio de adensamento convencional e dois (ou três) ensaios de adensamento não convencional, conforme a Tabela 3.5. A razão pela qual foi realizado um ensaio especial a menos nas amostras 1, 3, 4 e 5, foi a indisponibilidade, na ocasião, de duas prensas de adensamento, das oito prensas do laboratório. As baterias de ensaios realizados foram quatro. Cada bateria consistiu na moldagem de seis (ou oito) corpos-de-prova, de dois amostradores Shelby. Na primeira, foram realizados os ensaios nas amostras 6 e 8. Na segunda, foram en-

72 72 saiadas as amostras 2 e 7. Na terceira, as amostras 1 e 3, e, por último, na quarta bateria, foram ensaiadas as amostras 4 e 5. Tabela 3.5 Número de ensaios de adensamento realizados por amostra Ensaio\Amostra Adens. convencional Adens. não convenc Nomenclatura adotada para os ensaios Os ensaios de adensamento foram nomeados da seguinte maneira: primeiro, as letras AD, iniciais de adensamento ; em seguida, o número da amostra, variando de 1 a 8; por último, o número do ensaio, variando de 1 a 4, de acordo com o tipo de ensaio (convencional: 1; não convencional: 2 a 4). Exemplos: Ensaio convencional na amostra 7: AD-7.1; Segundo ensaio não convencional na amostra 4: AD-4.2. Procedimento de preparo dos corpos-de-prova Após as etapas de retirada das amostras em campo, armazenamento e transporte até o laboratório da PUC-Rio, o procedimento de preparo dos corpos-deprova seguiu as recomendações de Ladd e DeGroot (2003), que determinam que o tubo Shelby deva ser serrado, para evitar o amolgamento causado pelo método de extrusão da amostra utilizado até então. A sequência de atividades foi a seguinte: a) Retirada da parafina e do pano umedecido, colocados nas pontas do tubo Shelby com o objetivo de diminuir a perda de umidade da a- mostra. A parafina e o pano umedecido eram retirados somente em uma das pontas do tubo; b) Posicionamento do tubo e marcação do diâmetro a ser serrado, com caneta do tipo pilot, por meio da fixação de uma abraçadeira metálica no tubo, para a marcação. Procurou-se fazê-la de forma que a parte serrada ficasse perpendicular ao eixo vertical do tubo; c) Serradura manual do tubo com serra arco, deixando somente um pequeno espaço sem serrar, para a passagem do fio metálico, que

73 73 desprende a amostra contida na porção serrada do solo remanescente no tubo; d) Colocação da porção serrada sobre uma peça plástica de diâmetro um pouco inferior ao diâmetro interno do tubo, que auxilia na extração do solo durante a moldagem do corpo-de-prova; e) Colocação do anel metálico biselado no centro da porção de solo. O ideal é sempre utilizar a região central da amostra para a moldagem do corpo-de-prova, por se tratar, teoricamente, da parte menos afetada (amolgada) pelos procedimentos de amostragem; f) Com o anel posicionado, faz-se uma leve pressão, para que este penetre alguns milímetros no solo (até que o solo exerça uma resistência maior à penetração do anel); g) Retirada do excesso de material que fica para fora do anel, com o auxílio do fio metálico. Parte deste material serviu para a determinação da umidade da amostra. O restante foi armazenado em sacos plásticos, para posterior utilização em ensaios de caracterização; h) Repetem-se os dois últimos passos até que o anel penetre totalmente no solo; i) Retira-se o excesso de solo em torno do anel biselado, fazendo com que o solo fique contido exatamente com a mesma altura do anel; j) Pesa-se a amostra moldada (solo e anel), colocando-a, logo em seguida, na célula de adensamento. Ressalta-se que os dez primeiros e os dez últimos centímetros de cada amostra não foram utilizados para a moldagem de corpos-de-prova de ensaios de adensamento. Este material foi utilizado somente nos ensaios de caracterização. Além disso, os anéis biselados e os contatos das demais peças das células de adensamento eram cobertos com uma fina camada de vaselina, para minimizar o atrito durante a moldagem e o ensaio. Todos os corpos-de-prova dos ensaios de adensamento foram moldados dentro da câmara úmida do Laboratório de Geotecnia da PUC-Rio, para minimizar as perdas de umidade.

74 74 (a) (b) (c) Figura 3.20 Moldagem do corpo-de-prova do ensaio de adensamento (a) Fixação no torno; (b) Marcação da porção a ser serrada; (c) Posicionamento do anel biselado; (d) Corpo-de-prova moldado (d) Aparelhagem utilizada Os ensaios foram realizados em prensas do tipo Bishop, fabricadas pela Ronald-Taylor, utilizando células de adensamento do tipo fixed-ring (Figura 3.21). (a) Figura 3.21 (a) Prensas de adensamento; (b) Célula de adensamento (b)

75 75 As prensas apresentam relação mecânica de 10:1, ou seja, o peso aplicado no solo é dez vezes maior que o peso colocado no suporte da máquina, na sua parte posterior. Há, também, um sistema de nivelamento do braço de aplicação da carga, que permite ajustar o nível do braço sem alterar a leitura no extensômetro. Os extensômetros das prensas apresentam resolução de 0,01 mm, ou seja, cada volta no ponteiro maior representa um deslocamento vertical de 1 mm do corpo-de-prova. Chama-se atenção para a constante verificação do nível do braço de alavanca da prensa, de fundamental importância para o andamento do ensaio: devido à elevada compressibilidade dos solos moles, este nivelamento deve ser verificado com frequência durante, pelo menos, a primeira hora após o carregamento, principalmente quando a carga aplicada for elevada. Caso o braço encoste-se ao apoio traseiro (Figura 3.22), o solo receberá a carga, mas as leituras não poderão ser feitas e, assim, o ensaio deverá ser interrompido. O braço deve ficar sempre nivelado, para a correta aplicação da carga. Figura 3.22 Braço de alavanca da prensa de adensamento impedido de se deslocar pelo apoio de segurança As amostras Shelby eram de 10 cm de diâmetro (4 ). Na moldagem dos corpos de prova dos ensaios, foram utilizados anéis metálicos de 7 cm de diâmetro, aproximadamente. Estes anéis são biselados em sua ponta de cravação, para diminuir a perturbação causada na amostra, no ato de cravação.

76 76 Também com o objetivo de diminuir perturbações no solo e atritos diversos, aplicou-se vaselina no anel metálico e em algumas partes das células de adensamento. Metodologia adotada nos ensaios de adensamento convencionais Os ensaios de adensamento convencionais procuraram seguir o determinado pela NBR (ABNT, 1990), com etapas de carregamento de 24 horas de duração e leituras dos deslocamentos nos tempos 0 (leitura inicial), 6, 15 e 30 segundos, 1, 2, 4, 8, 15 e 30 minutos, 1, 2, 4, 8 e 24 horas. A leitura de 24 horas correspondia, portanto, à leitura zero da próxima etapa. A sequência de carregamentos adotada para os ensaios convencionais variou entre as quatro primeiras e as quatro últimas amostras ensaiadas. Os ensaios nas amostras 2, 6, 7 e 8 não tiveram a etapa intermediária de carregamento entre a carga de assentamento (1,20 kpa) e a carga seguinte (aproximadamente 10 kpa). Esta carga intermediária (aproximadamente 6 kpa) foi adotada nos ensaios 1, 3, 4 e 5. Este procedimento é recomendado em ensaios de adensamento em solos moles, para uma melhor definição da curva de compressibilidade. A carga inicial de aproximadamente 1,20 kpa, adotada em todos os ensaios, teve a finalidade de uniformizar o contato entre o corpo-de-prova e o cap da célula de adensamento. Procurou-se, nas etapas seguintes, carregar o solo com cargas dobradas em relação à última carga aplicada, ou seja, a razão de incremento de carga (Δσ /σ ) foi igual a 1. Este procedimento mostrou-se adequado para a determinação da tensão de sobreadensamento. Os ensaios foram separados em três etapas principais: a) Carregamento inicial em etapas, até atingir-se cerca de 320 kpa. Este valor foi estimado como sendo razoavelmente maior do que a tensão de pré-adensamento de todas as amostras, e mostrou-se adequado; b) Descarregamento até a tensão vertical de 10 kpa ou 20 kpa. As quatro primeiras amostras ensaiadas (amostras 2, 6, 7 e 8) foram descarregadas até a tensão de 10 kpa, sendo que cada etapa de descarregamento durou apenas 30 minutos. Passados estes 30 minutos,

77 77 a amostra era carregada para 20 kpa, novamente, voltando à etapa de recarregamento, explicada no item c, adiante. As quatro últimas amostras ensaiadas (amostras 1, 3, 4 e 5) foram descarregadas até a tensão de 20 kpa, e cada etapa de descarregamento durou 24 horas. Passadas 24 horas, a amostra era carregada para 40 kpa, novamente, voltando à etapa de recarregamento, explicada no item c, adiante. A justificativa para esta mudança foi que o descarregamento de a- penas 30 minutos poderia subestimar o valor do índice de recompressão (C r ); c) Recarregamento, passando pelas mesmas etapas do carregamento inicial, atingindo, entretanto, cerca de 640 kpa, para que a reta virgem pudesse ser novamente atingida. Após estas três etapas, procedia-se ao descarregamento final, em pelo menos três etapas, as quais duraram, para todos os ensaios, apenas 30 minutos. A Tabela 3.6 resume os carregamentos adotados, indicando as tensões efetivas aplicadas em cada etapa, cujos valores para as amostras 1, 3, 4 e 5 foram determinados pela aferição dos pesos de laboratório aplicados à prensa de adensamento, em balança. Os pesos aplicados nos ensaios 2, 6, 7 e 8 não foram aferidos: a carga aplicada representa a massa nominal do objeto. Metodologia adotada nos ensaios de adensamento não convencionais Os ensaios de adensamento não convencionais procuraram estudar o comportamento dos solos sob uma tensão vertical efetiva aproximadamente igual à de campo, constante após os carregamentos iniciais, estimada com base no perfil geotécnico apresentado na Figura 3.2. O objetivo principal foi determinar um valor representativo para o coeficiente de adensamento secundário (C α ). No total, foram realizados 20 ensaios, da seguinte maneira: carregava-se a amostra, seguindo as etapas de 24 horas citadas anteriormente, até que sua tensão vertical efetiva de campo fosse atingida. As amostras eram, então, deixadas adensar sob esta tensão, fazendo-se leituras diárias dos deslocamentos. A Tabela 3.7 resume as etapas de carregamento de cada ensaio. As amostras 6 e 8 foram carre-

78 78 gadas, erroneamente, a tensões muito maiores que as tensões de campo e, por isso, os resultados destes ensaios foram desconsiderados. Tabela 3.6 Sequência de carregamentos, em kpa, dos ensaios convencionais Etapa Amostra ª 1,14 1,20 1,24 1,22 1,21 1,20 1,20 1,20 2ª 5,95 9,62 6,05 6,03 6,02 9,62 9,62 9,62 3ª 10,82 19,24 10,86 10,79 10,82 19,24 19,24 22,84 4ª 19,33 39,67 19,36 19,32 19,35 39,67 39,67 43,28 5ª 39,84 79,35 39,89 39,85 39,89 79,35 79,35 82,95 6ª 80,80 158,69 80,78 79,55 79,64 159,89 158,69 163,50 7ª 160,17 319,79 160,33 160,31 160,25 319,79 319,79 323,40 8ª 320,33 158,69 320,47 320,27 320,25 159,89 158,69 163,50 9ª 160,17 79,35 160,33 160,31 79,64 79,35 79,35 82,95 10ª 80,80 39,67 80,78 79,55 39,89 39,67 39,67 43,28 11ª 39,84 19,24 39,89 39,85 19,35 19,24 19,24 22,84 12ª 19,33 9,62 19,36 19,32 39,89 9,62 9,62 13,22 13ª 39,84 19,24 39,89 39,85 79,64 19,24 19,24 22,84 14ª 80,80 39,67 80,78 79,55 160,25 39,67 39,67 43,28 15ª 160,17 79,35 160,33 160,31 320,25 79,35 79,35 82,95 16ª 320,33 158,69 320,47 320,27 640,36 159,89 158,69 163,50 17ª 640,37 319,79 640,58 640,23 79,65 319,79 319,79 323,40 18ª 309,51 640,78 320,47 320,27 61,50 640,78 640,78 644,39 19ª 69,98 319,79 80,78 79,55 44,63 319,79 319,79 323,40 20ª 8,51 158,69 19,36 39,85-159,89 158,69 163,50 21ª - 79, ,35 79,35 82,95 22ª - 39, ,67 39,67 43,28 23ª - 19, ,24 19,24 22,84 24ª - 9, ,62 9,62 13,22 Tabela 3.7 Sequência de carregamentos, em kpa, dos ensaios não convencionais Etapa Amostra * 7 8* 1ª 1,26 1,20 1,26 1,26 1,23 1,20 1,20 1,25 2ª 6,06 7,21 6,06 6,06 6,04 6,00 9,61 9,77 3ª 10,87 14,41 10,86 10,85 10,84 19,21 21,62 19,17 4ª 16,83 27,63 19,27 19,33 16,89 39,62 45,65 39,64 5ª 25,24-33,67 37,32 25,39 79,23-79,23 6ª ,05-162,09 *Carregamentos incorretos ensaios foram descartados

79 4 Análise dos Resultados 4.1 Ensaios de Laboratório e Campo Ensaios de Caracterização O Apêndice 1 apresenta fotografias de porções de solo retiradas de cada tubo Shelby. Todas as amostras apresentaram coloração variando entre tons de marrom, cinza, e preto. Os resultados dos ensaios de caracterização estão apresentados na Tabela 4.1. Chama-se atenção para os elevados teores de umidade e de matéria orgânica das amostras 2 e 6, principalmente. A amostra 2 apresentou, inclusive, teor de u- midade acima do limite de liquidez. Em concordância com estes resultados, vê-se que as duas apresentam valores de densidade relativa dos grãos (G s ) mais baixos que os demais, característicos de materiais orgânicos. Com exceção da amostra 1, as outras amostras também apresentaram teores elevados de material orgânico, variando entre 23 e 28%, aproximadamente. Tabela 4.1 Resultados dos ensaios de caracterização Am. Prof. méd. (m) ω (%) LL (%) LP (%) Y N (kn/m³) G s Granulometria (%) Areia Silte Argila TMO (%) 1 2,90 105,1 187,4 70,2 14,25 2,59 50,8 34,9 14,4 8,43 5 3,55 216,8 216,2 110,3 11,02 2,38 39,6 39,9 20,5 38,85 2 4,20 507,0 382,0 NP* 10,24 1,47 41,1 43,9 15,0 78,79 3 5,80 190,4 276,0 158,5 12,17 2,33 65,1 24,3 10,6 23,66 4 6,80 288,4 296,5 210,8 11,13 2,19 36,3 51,7 12,0 25,66 6 7,80 377,5 288,1 201,3 11,90 1,71 25,7 41,4 32,9 79,36 7 8,80 322,4 291,2 219,5 11,13 2,15 24,5 54,6 20,9 28,63 8 9,80 202,8 238,5 127,9 11,73 2,16 53,4 35,8 10,8 27,03 *NP: não plástico A Figura 4.1 mostra os perfis de umidade e limites de consistência encontrados, juntamente com o perfil de matéria orgânica.

80 80 Umidade (%) TMO (%) Profundidade (m) LL LP Wn Profundidade (m) Figura 4.1 Variação da umidade, limites de consistência e teor de matéria orgânica Com relação à granulometria, observa-se uma grande variabilidade de frações componentes das amostras, sendo que algumas apresentam, inclusive, predominância da fração arenosa, cujos grãos (quartzo, em geral) têm densidades (G s ) maiores que a matéria orgânica. Teixeira (2012) apresentou resultados semelhantes, indicando porcentagens de areia superiores a 50%. Este aspecto será discutido adiante, novamente, com os resultados dos ensaios de piezocone. Peneira N o (SUCS) /8" 3/4" 1" 1 ½" Porcentagem que passa (%) Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Amostra 4 Amostra 5 Amostra 6 Amostra 7 Amostra Porcentagem retida (%) ,0001 0,001 0,01 0, Diâmetro dos Grãos (mm) Figura 4.2 Curvas granulométricas das amostras

81 Ensaios de Piezocone e Dissipação Os ensaios de piezocone permitiram definir a estratigrafia atual do depósito, determinando-se a espessura da camada mole, de aproximadamente 10 m. Os perfis de resistência de ponta corrigida (q t ), atrito lateral (f s ), excesso de poropressão (u) e índice B q dos ensaios de piezocone, bem como as curvas dos ensaios de dissipação estão apresentados nos Anexos 2 e 3, respectivamente. Nos gráficos de q t, observaram-se picos de resistência de ponta em três profundidades (aproximadas): 1,5 m, 5,0 m e 10,5 m. A última delas (10,5 m) corresponde à camada arenosa sobre a qual se encontra o depósito de solo mole. As duas primeiras (1,5 e 5,0 m) são, possivelmente, finas camadas de solo arenoso, comumente denominadas lentes de areia, que, por processos cíclicos de avanço e recuo do mar, ali se depositaram. O autor não acredita que estes picos sejam devidos à presença de galhos ou conchas, pois o gráfico de u indicou excessos de poropressão nulos ocorrendo nestas profundidades, ou seja, aparentemente trata-se de camadas drenantes. Observa-se que as resistências de ponta do solo mole estão compreendidas entre 200 e 400 kpa. Estes valores são usuais para solos moles, e são semelhantes aos resultados apresentados por Rocha Filho (1988) e Jannuzzi (2009), para as argilas de Sarapuí, e por Baroni (2010) e Teixeira (2012), para depósitos da Barra da Tijuca. Os gráficos do parâmetro de poropressão B q em função da profundidade mostraram valores de até 0,7, aproximadamente, indicando baixa sensibilidade dos solos. A Figura 4.3 mostra, também, os gráficos B q x Q t, cuja análise indica a predominância dos resultados para B q variando entre 0 e 0,5, e Q t variando entre 10 e 100. De acordo com a Figura 2.6 e a Tabela 2.3, propostas por Robertson (1990), as amostras situam-se, portanto, nas zonas 4 a 6, indicando materiais siltoargilosos e areias siltosas. Estes resultados justificam as curvas granulométricas apresentadas anteriormente.

82 Qt Qt ,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 Bq (a) ,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 Bq (b) Qt Qt ,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 Bq (c) Figura 4.3 Relação B q x Q t para diferentes velocidades de ensaio (a) 20 mm/s; (b) 58,4 mm/s; (c) 6 mm/s; (d) 2 mm/s 1-1,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 Bq (d). A obtenção de OCR de campo com ensaios de piezocone, bem como a discussão dos resultados, será apresentada adiante, juntamente com a apresentação dos resultados dos ensaios de adensamento. Com os resultados dos ensaios de dissipação, calcularam-se valores para o coeficiente de adensamento horizontal e vertical de campo, de acordo com o procedimento proposto por Houlsby e Teh (1988), resumidos na Tabela 4.2. Para a relação entre as permeabilidades horizontal (k h ) e vertical (k v ), considerou-se o valor de 1,5 (Jamiolkowski et al., 1985).

83 83 Tabela 4.2 Coeficientes de adensamento do ensaio de dissipação Prof. (m) Coeficiente de Adensamento (x 10 - ³ cm²/s) c h (NA) c v (NA) 3,50 5,07 3,38 4,50 7,96 5,31 5,50 15,60 10,40 6,80 7,91 5,27 Média: 9,14 6,09 As discussões acerca do valor de c v obtido nos ensaios de dissipação serão apresentadas quando forem discutidos os valores encontrados nos ensaios de a- densamento Ensaios de Palheta Os gráficos dos ensaios de palheta estão apresentados no Apêndice 4. Os valores das resistências não drenadas do solo mole ao longo da profundidade são apresentados na Figura 4.4. Estes valores foram corrigidos pelo fator de Bjerrum (1973) e estão apresentados nas condições indeformada (s u ) e amolgada (ou residual, s ur ). Profundidade (m) Su (kpa) Su Sur Figura 4.4 Perfis de s u nas condições indeformada e amolgada Dividindo-se o valor de s u por s ur, obtém-se a sensibilidade (S t ) do material:

84 84 = (4.1) A Tabela 4.3 apresenta os valores de sensitividade encontrados para as diferentes profundidades ensaiadas. Confirmando os resultados dos ensaios de piezocone (B q ), o solo apresenta baixa sensitividade. Tabela 4.3 Sensitividade do solo Prof. (m) s u campo (kpa) s ur campo(kpa) S t 2,5 8,03 3,26 2,5 3,5 9,95 3,04 3,3 4,5 6,40 1,46 4,4 5,5 12,55 3,37 3,7 6,5 18,37 3,71 4,9 7,5 16,72 5,13 3,3 8,5 21,41 5,33 4, Ensaios de Adensamento Os ensaios de adensamento realizados transcorreram, de maneira geral, sem muitos problemas. A moldagem dos corpos de prova foi ligeiramente atrapalhada pela presença de matéria orgânica, que desestruturava o solo, quando da cravação do anel de moldagem na amostra. Apresentam-se, a seguir, os resultados obtidos. Coeficiente de adensamento vertical A obtenção do coeficiente de adensamento (c v ) das amostras foi realizada pelos métodos de Casagrande e de Taylor, para cada estágio de carregamento. Como é comum ocorrer nestes ensaios, não foi possível determinar os valores de c v em todas as etapas, devido à forma das curvas geradas, inadequadas à aplicação dos métodos. Este fato aconteceu, principalmente, nas etapas de carregamentos iniciais, de menores magnitudes. As curvas de c v em função da tensão vertical efetiva estão apresentadas no Apêndice 5. Para a definição de um valor de c v único para o depósito, adotou-se o seguinte critério: a) Determinaram-se os valores de c v pelos métodos de Casagrande e Taylor, para os carregamentos referentes às tensões de 40 e 80 kpa,

85 85 dos ensaios de adensamento convencionais. Considerou-se a média destas tensões (60 kpa) como a média de tensões atuantes no perfil geotécnico; b) O c v do depósito foi determinado como a média dos valores encontrados pelo método de Casagrande, para as tensões citadas acima, resultando no valor de 1,51 x 10-3 cm²/s. O método de Taylor apresentou valor médio de cv de 5,13 x 10-3 cm²/s. Comparando-se os valores de c v encontrados por Carvalho (1980) com os valores obtidos nos ensaios de dissipação em piezocone e de adensamento, observa-se que há uma semelhança nos valores (variação entre 1 x 10-3 e 5 x 10-3 cm²/s, aproximadamente). Sandroni et al. (1981) apresentaram valores de c v deste mesmo depósito, determinados de diferentes maneiras, resumidos na Tabela 4.4. Tabela 4.4 Coeficientes de adensamento vertical (Sandroni et al., 1981) Método c v (cm²/s) (c v ) u /c v Ensaios de adensamento (mét. raiz de t) 5 x m v de laboratório mais k in situ 6 x Placas de recalque (mét. do log t) 4 x ,6 Placas de recalque (mét. da raiz de t) 5 x ,3 Piezômetros - (c v ) u 6 x A discussão destes valores será apresentada no item 4.3. Parâmetros de compressibilidade e qualidade das amostras A Tabela 4.5 apresenta alguns dados obtidos nos ensaios de adensamento, como os parâmetros de compressibilidade (C c e C r ), e a relação (Δe/e o ), proposta por Lunne et al. (1997), para avaliação da qualidade das amostras. Os critérios de Lunne et al. (1997) e de Coutinho et. al. (1998) foram utilizados para tal avaliação.

86 86 Tabela 4.5 Alguns parâmetros obtidos nos ensaios de adensamento Amostra 1 0,44 0,07 2 0,52 0,06 3 0,49 0,08 4 0,52 0,06 5 0,35 0,04 6 0,34 0,03 7 0,49 0,07 8 0,47 0,08 Qualidade das Amostras Lunne et al. (1997) Coutinho et al. (1998) Material do tubo Shelby 0,111 Pobre Pobre Aço inox. 0,071 Regular a pobre Regular a pobre Ferro 0,070 Regular a pobre Regular a pobre Ferro 0,062 Boa a regular Regular a pobre Aço inox. 0,078 Regular a pobre Regular a pobre Aço inox. 0,135 Pobre Muito pobre Ferro 0,123 Pobre Muito pobre Aço inox. 0,121 Pobre Muito pobre Ferro Analisando-se os valores segundo estes critérios, observa-se que as amostras sofreram amolgamento significativo, apesar de os trechos virgens das curvas de compressibilidade de todas as amostras (com exceção da amostra 6) não terem se apresentado retilíneos, o que, segundo Martins e Lacerda (1994), indica boa qua- princi- lidade das amostras. Este amolgamento, na opinião do autor, é resultado de dois fatores pais: a característica da ponta de cravação dos tubos Shelby utilizados na amostraa perda de gem (valores de folga interna, C i, elevados), discutido no item 3.1.3, e umidade das amostras no laboratório. Outro fator que pode ter influenciado o amolgamento foi a oxidação interna observada nos tubos de ferro: a Figura 4.5 mostra uma porção de um dos tubos amostradores, cujo material oxidado foi raspado. Figura 4.5 Oxidação interna do tubo

87 87 OCR de laboratório e campo A tensão de sobreadensamento foi obtida pelos métodos de Casagrande (1936), Pacheco Silva (1970) e Sridharan et al. (1991). A Tabela 4.6 apresenta os resultados. Com exceção das amostras 1 e 4, observa-se que o método de Sridharan et al. (1991) obteve os maiores valores de σ p, Calcularam-se dois OCR diferentes: com a média aritmética dos valores de σ p obtidos pelos três métodos, e com o valor máximo de σ p. A justificativa é que os valores de OCR, devido ao amolgamento das amostras, estão subestimados (certamente estão no caso das amostras 6, 7 e 8, pois OCR, por definição, não pode ser menor que 1). Tabela 4.6 Tensões de pré-adensamento (σ p ) e OCR obtidos por diferentes métodos Amostra σ p (kpa) OCR* OCR** Casagrande Pacheco Silva Sridharan et al. (σ p méd.) (σ p máx.) (1936) (1970) (1991) 1 26,5 25,3 25,9 1,04 1, ,1 38,4 48,0 1,55 1, ,8 37,3 41,5 1,16 1, ,9 53,5 51,8 1,38 1, ,5 39,0 51,7 1,73 1, ,0 29,8 33,4 0,77 0, ,3 37,7 44,5 0,85 0, ,7 46,1 52,0 0,94 1,04 *Obtido pela média das tensões de sobreadensamento **Obtido pela máxima das tensões de sobreadensamento Outros dois métodos, baseados em correlações empíricas com resultados de ensaios de campo, foram utilizados para a determinação da razão de sobreadensamento (OCR), a título de comparação de valores. O primeiro deles utiliza as correlações empíricas de Chen e Mayne (1996), corrigidas por Jannuzi (2009) e Baroni (2010). Como as poropressões geradas foram monitoradas somente na base do cone (u 2 ), não sendo monitoradas na ponta de cravação (u 1 ), somente as Equações 2.8 e 2.9 foram utilizadas. A Figura 4.6 mostra o perfil de OCR obtido com os ensaios de piezocone (velocidade de cravação normal - 20 mm/s) e de adensamento convencionais, utilizando as Equações 2.8 e 2.9 (Figura 4.6a e 4.6b, respectivamente). Da mesma

88 88 forma, as Figuras 4.7, 4.8 e 4.9 apresentam estes perfis, para as velocidades de cravação de 58,4 mm/s (rápida), 6,0 mm/s (lenta) e 2,0 mm/s (muito lenta), respectivamente. Os valores de K 1 e K 2 utilizados foram de 0,15 e 0,265, respectivamente. OCR OCR Profundidade (m) 4 6 Profundidade (m) CPTU veloc. normal CPTU veloc. normal OCR Adensamento OCR Adensamento (a) (b) Figura 4.6 Perfis de OCR - Velocidade de cravação normal (20 mm/s) (a) = 0,15 (Jannuzzi, 2009); (b) = 0,265 " (Baroni, 2010)

89 89 OCR OCR Profundidade (m) 4 6 Profundidade (m) CPTU veloc. rápida CPTU veloc. rápida OCR Adensamento OCR Adensamento (a) (b) Figura 4.7 Perfis de OCR - Velocidade de cravação rápida (58,4 mm/s) (a) = 0,15 (Jannuzzi, 2009); (b) = 0,265 " (Baroni, 2010)

90 90 0 OCR OCR Profundidade (m) 4 6 Profundidade (m) CPTU veloc. lenta OCR Adensamento (a) Figura 4.8 Perfis de OCR - Velocidade de cravação lenta (6,0 mm/s) (a) = 0,15 (Jannuzzi, 2009); (b) = 0,265 " (Baroni, 2010) 12 CPTU veloc. lenta OCR Adensamento (b)

91 91 OCR OCR Profundidade (m) 4 6 Profundidade (m) CPTU veloc. muito lenta OCR Adensamento (a) Figura 4.9 Perfis de OCR - Velocidade de cravação muito lenta (2,0 mm/s) (a) = 0,15 (Jannuzzi, 2009); (b) = 0,265 " (Baroni, 2010) CPTU veloc. muito lenta OCR Adensamento (b) Nota-se que, para todas as velocidades de ensaio, a proposição de Jannuzzi (2009), cujos valores de OCR situaram-se próximos a 2, apresentou maior concordância com os valores obtidos nos ensaios de adensamento, quando comparadas com a proposição de Baroni (2010). O autor acredita que, apesar de as amostras terem apresentado qualidades insatisfatórias em relação aos critérios de Lunne et al. (1997) e Coutinho (1998), os valores de K 1 e K 2 propostos por Jannuzzi (2009) e Baroni (2010) parecem estar superestimados para os solos moles de Camboinhas. Ambas as curvas se ajustam de maneira satisfatória para valores de K 1 e K 2 aproximadamente iguais a

92 92 0,08. Considerando-se a baixa qualidade das amostras, sugere-se o valor de 0,10 para estes parâmetros. O outro método de determinação da tensão de pré-adensamento utiliza a resistência não drenada do solo, obtida no ensaio de palheta e a equação SHANSEP (Stress History And Normalized Soil Engineering Parameters), proposta por Ladd (1991). = ( # ( # %& # ) * = () * (4.2) %& Invertendo-se a Equação (4.2), obtém-se: - = +.# %& (4.3) Determinaram-se, desta forma, as tensões de sobreadensamento das amostras, apresentadas na Tabela 4.7. Os valores utilizados para m e S foram, respectivamente, 0,8 e 0,25. Tabela 4.7 Obtenção de OCR pela equação SHANSEP (Ladd, 1991) Prof. (m) OCR (palheta) 2,5 1,85 3,5 2,23 4,5 1,19 5,5 2,19 6,5 2,96 7,5 2,26 8,5 2,69 Média 2,19 Aparentemente, os valores estão superestimados, uma vez que pode ter havido drenagem parcial durante a execução do ensaio. Entretanto, considerando-se a média (2,19), este resultado assemelha-se ao obtido pela correlação de Jannuzzi (2009) para os ensaios de piezocone.

93 93 Ensaios de adensamento não convencionais Os ensaios de adensamento não convencionais tiveram como objetivo a determinação de valores de C α /C c, de amostras carregadas até a tensão vertical efetiva de campo correspondente à profundidade de extração. Atingida esta tensão, a amostra era deixada adensar por períodos que variaram entre 22 e 47 dias. As Figura 4.10 e Figura 4.11 mostram, respectivamente, os gráficos recalque x log t de todas as etapas de carregamento e da última etapa do ensaio AD À parte retilínea do gráfico da Figura 4.11, ajustou-se uma reta para a determinação de C α, de acordo com a equação (4.4):. 1/ & = (4.4) Entretanto, os resultados obtidos para a relação C α /C c foram de 7 a 18 vezes superiores aos resultados citados por Mesri e Castro (1987), provavelmente devido ao tempo relativamente curto dos ensaios (Tabela 4.8). Tabela 4.8 Resultados dos ensaios de adensamento não convencionais (C α /C c ) Amostra C α /1+e o Tempo de C α /C c (média) ensaio (dias) 1 0,15 0, ,24 0, ,48 0, ,36 0, ,19 0, * * * 7 0,35 0, * * * *Carga erroneamente aplicada resultados desconsiderados

94 94 0,0 Tempo (min) Recalque (mm) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Figura 4.10 Curva "recalque x log tempo" do ensaio AD-1.2 Tempo (min) ,0 Recalque (mm) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Figura 4.11 Última etapa de carregamento - escala ampliada 4.2 Medições de Recalque A Figura 4.12 apresenta as curvas de recalque obtidas em Camboinhas, para os sete pontos monitorados. A leitura de referência (ou leitura zero) foi feita no dia 13/07/2014 e as leituras subsequentes não foram realizadas em intervalos de tempo iguais. Observa-se que, aparentemente, os recalques ainda estão ocorrendo. Os valores encontrados situam-se entre cerca de 3 e 7 mm, em um período de leitura de 200 dias (6,7 meses). A velocidade média de recalque (v m ), considerando como 5 mm o valor médio observado, foi de:

95 95 : * = 5 ;; 0,75 ;; 9 ;; 6,7 ;// Com o valor do recalque obtido nas leituras ao longo do tempo, calcula-se a velocidade de deformação específica (BC) do depósito, pela seguinte equação: Onde: BC = (4.5) ΔH: variação da espessura da camada entre o início e o término das medições de recalque (ΔH = 5 mm); H: espessura da camada de solo mole (H 10 m); Δt: período de tempo correspondente a ΔH observado (Δt = 200 dias = 17,28 x 10 6 s). Considerando-se os valores acima: BC = 2,89 x s -1.

96 -3,0-2,0 25C 25S -1,0 50C ENS.13 0,0 0 50S 75S 75C Recalque (mm) 1,0 2,0 3, ,0 5, ,0 7,0 8, Tempo (dias) Figura 4.12 Recalques medidos em Camboinhas 96

97 97 Dúvidas sobre a qualidade das informações obtidas e, consequentemente, sobre a efetiva ocorrência de recalques, foram levantadas por dois motivos: a) Os erros de cada leitura poderiam influenciar de forma significativa os valores dos recalques, a ponto de não se estar medindo recalque, mas somente o próprio erro inerente ao processo (conforme discutido no item 3.2); b) A variação do NA, devido às chuvas, e a consequente variação de tensões causada, causaria alguma variação nos recalques. Influência dos erros das leituras Com relação à influência dos erros do procedimento de medição, calculouse o erro médio de cada dia de medição por meio da divisão do erro de fechamento pelos oito lances. Estes valores foram inseridos no gráfico da Figura Esta figura mostra a média e o desvio padrão dos erros médios obtidos. Observa-se que os valores dos erros de fechamento variaram em uma faixa de +0,132 a -0,149 mm, com média (μ) igual a -0,013 mm, e desvio-padrão (σ) de 0,084 mm. Tassi (2014) pondera que admitir a incerteza (λ) da medição como o valor do módulo da dispersão dos erros (0,149 mm) seria conservador e até mesmo errado, sob o ponto de vista estatístico. Admitiu-se, então, a incerteza como correspondente a somente um desvio-padrão: D =± μσ (4.6) D = ±0,071 ;; (4.7) A incerteza da leitura no tempo t é somada à incerteza no tempo t+δt e, então, tem-se que: 94 =(4 12 ±D) (4 ±D)=( )±2D (4.8) Onde: ΔH: recalque medido entre os tempos t e t+δt ; H t e H t+δt : recalques no tempo t e t+δt, respectivamente; λ: incerteza

98 98 Ou seja, a evolução dos recalques medidos deve ser vista como uma faixa de valores de amplitude igual a 4λ (portanto, 2λ acima e 2λ abaixo do valor médio). As Figuras A6.1 a A6.7 do Anexo 6 mostram as faixas de incerteza para os sete pontos monitorados em Camboinhas. 0,20 0,15 0,10 Erro médio (mm) 0,05 0,00-0,05-0,10-0,15-0,20 Data Figura 4.13 Análise dos erros das medições de recalque Influência da variação do nível d água A variação do nível d água (NA) local, devido aos períodos chuvosos, levantou a hipótese de que os ciclos de umedecimento e secagem do solo arenoso superficial e, portanto, a diminuição e o aumento das tensões efetivas atuantes no solo mole, respectivamente, pudessem influenciar os valores de recalque medidos. Com base nos dados obtidos nos ensaios de laboratório, calculou-se o valor deste recalque, utilizando-se a equação (4.9). 0 (I =4 J logn # %I OP (4.9) 1/ & # %& Onde: σ vo : tensão vertical efetiva inicial (NA em cota mais baixa); σ vf : tensão vertical efetiva final (NA superficial). Ressalta-se que, como não foram instalados medidores de nível d água, para aferir as variações do NA com exatidão, este valor foi estimado porque, em perío-

99 99 dos chuvosos, o NA situava-se na superfície do terreno (Figura 4.14a) e, em períodos de estiagem, não era possível identificar este nível, nem mesmo nos pontos onde, no trabalho de Russo Neto (1980), foram instaladas as placas de recalque, os quais apresentavam profundidades de cerca de 40 cm (Figura 4.14b). (a) Figura 4.14 NA nos locais das antigas placas de recalque (a) Superficial; (b) Abaixo da superfície. (b) A Tabela 4.9 apresenta os dados utilizados e o deslocamento obtido, de cm (expansão). Este valor, alto em relação aos recalques medidos, deve ser analisado com cautela, porque o deslocamento ocorre com o tempo, à medida que os excessos de poropressão se dissipam. Se algum tempo depois o NA desce, os excessos de poropressão invertem de valor e começam novamente a dissipar, gerando, desta maneira, deslocamentos no sentido contrário. Em resumo, as variações de NA provocam deslocamentos com o tempo em sentidos opostos que provavelmente justificam as pequenas subidas e descidas observadas na Figura 4.12, mas não interferem, na opinião do autor, na tendência geral das medições. As condições do tempo foram anotadas em cada medição de recalque. O autor acredita que, confrontando-se estas informações (terreno alagado, úmido, seco) com o recalque teórico calculado acima, há influência da variação do NA no valor das tensões efetivas e, consequentemente, dos recalques. Mas, pelas razões expostas no parágrafo anterior, não há interferência significativa. Ou seja, a influência da compressão secundária é maior, a longo prazo, que a influência da variação do NA. Entretanto, recomenda-se que o acompanhamento dos recalques seja monitorado por períodos maiores, para confirmar (ou não) estas hipóteses.

100 100 Prof. (m) Alt. méd. camada (m) Amostra W (%) γ sat (kn/m³) Cr/(1+e) σ' p γ sat at. (kn/m³) σ v (kpa) u o (kpa) σ' vo (kpa) σ vf (kpa) u f (kpa) 0,0 0,5 38,24 15,50 22,74 34,85 17,00 17,85-0,0035 0,5 1,0 45,02 20,50 24,52 45,02 22,00 23,02-0,0009 1,0 1,5 51,80 25,50 26,30 51,80 27,00 24,80-0, ,19 13,56 0,07 28,38 1,5 2,0 58,58 30,50 28,08 58,58 32,00 26,58-0,0008 2,0 2,5 65,36 35,50 29,86 65,36 37,00 28,36-0,0008 2,5 3,0 72,14 40,50 31,64 72,14 42,00 30,14-0,0007 3,0 3,5 78,02 45,50 32,52 78,02 47,00 31,02-0, ,34 11,76 0,04 50,00 3,5 4,0 83,90 50,50 33,40 83,90 52,00 31,90-0,0004 4,0 4,5 89,20 55,50 33,70 89,20 57,00 32,20-0, ,19 10,60 0,06 55,00 4,5 5,0 94,51 60,50 34,01 94,51 62,00 32,51-0,0006 5,0 5,5 0,25 20,50 100,51 65,50 35,01 100,51 67,00 33,51-0, ,37 12,00 0,08 52,20 5,5 6,0 106,51 70,50 36,01 106,51 72,00 34,51-0,0007 6,0 6,5 112,16 75,50 36,66 112,16 77,00 35,16-0, ,38 11,31 0,06 51,80 6,5 7,0 117,82 80,50 37,32 117,82 82,00 35,82-0,0005 7,0 7,5 123,79 85,50 38,29 123,79 87,00 36,79-0, ,99 11,94 0,03 43,50 7,5 8,0 129,76 90,50 39,26 129,76 92,00 37,76-0,0002 8,0 8,5 135,35 95,50 39,85 135,35 97,00 38,35-0,0006 8,5 9, ,40 11,19 0,07 47,20 140,94 100,50 40,44 140,94 102,00 38,94-0,0006 9,0 9,5 146,54 105,50 41,04 146,54 107,00 39,54-0,0006 9,5 10,0 152,46 110,50 41,96 152,46 112,00 40,46-0, ,75 11,84 0,08 56,00 10,0 10,5 158,38 115,50 42,88 158,38 117,00 41,38-0,0006 Recalque total (m): -0,0155 Tabela 4.9 Cálculo do recalque devido à variação do NA σ' vf (kpa) ρ pf (m) 100

101 Estimativa de Recalques Como parte da comparação entre os resultados dos ensaios de laboratório e das medições de campo, estimou-se o recalque total esperado para o aterro experimental de Camboinhas, bem como o tempo necessário para que este ocorra Recalque Primário Carvalho (1980), por meio de ensaios de adensamento com amostras extraídas antes da execução do aterro experimental, encontrou um valor médio para c v de 5 x 10-3 cm²/s. Adotando-se os parâmetros do referido trabalho (Tabela 4.10), pode-se calcular o recalque primário pela equação bilinear logarítmica (4.10): 0 (I =4 J 567N # ( O 1/ & # %& Q 1/ & 567N # %I # ( OP (4.10) O valor encontrado para o recalque primário foi de 1,75 m. Este valor pode ser considerado como adequado, uma vez que a camada de solos moles apresenta, atualmente, cerca de 10 m de espessura. Ou seja, supõe-se que o aterro sofreu um recalque da ordem de 2 m, desde que foi executado. Entretanto, o tempo estimado para o término do recalque primário foi de 2,28 anos, apenas. Este valor é, aparentemente, muito baixo, tratando-se de uma camada com cerca de 12 m de espessura inicial. Os valores encontrados por Sandroni et al. (1981) também sugerem tempos de término do primário muito baixos. Decidiu-se, então, adotar o valor de c v encontrado nos ensaios de adensamento desta pesquisa, de 1,51 x 10-3 cm²/s. Este valor concorda com valores encontrados por Carvalho (1980), antes da execução do aterro. Com o valor de c v adotado (1,51 x 10-3 cm²/s), calculou-se o término do recalque primário em 8,53 anos. Este resultado e o valor de velocidade de deformação específica (BC) encontrados indicam que, atualmente, ocorrem recalques secundários, somente. Pode-se considerar que os excessos de poropressão gerados pelo aterro estão totalmente dissipados.

102 102 Prof. (m) Alt. méd. cam. (m) Amostra W (%) γ sat (kn/m³) Cc/(1+e) Cr/(1+e) CvNA (cm²/s) CvNA (m²/ano) σ vo (kpa) u (kpa) σ' vo (kpa) σ' p (kpa) γ sat at. (kn/m³) 0,0 0,5 0,29 0,25 0,04 3,53 0,1432 0,5 1,0 0,87 0,75 0,12 3,61 0,1239 1,0 1,5 1,45 1,25 0,20 3,69 0, ,00 1,16 0,3172 0,0875 1,10 1,5 2,0 2,03 1,75 0,28 3,77 0,1107 2,0 2,5 2,61 2,25 0,36 3,85 0,1074 2,5 3,0 3,19 2,75 0,44 3,93 0,1050 3,0 3,5 3,77 3,25 0,52 4,00 0, ,00 1,15 0,3754 0,0625 1,60 3,5 4,0 4,34 3,75 0,59 4,08 0,0897 4,0 4,5 4,93 4,25 0,68 4,17 0,0532 4,5 5, ,00 1,18 0,3527 0,0400 5,52 4,75 0,77 2,40 4,26 0,0537 5,0 5,5 6,11 5,25 0,86 4,35 0,0544 5,5 6,0 6,64 5,75 0,89 4,37 0,0805 0, ,00 1,05 0,4983 0,1675 1,51E-03 4,54E+00 3,20 2,05 6,0 6,5 7,16 6,25 0,91 4,40 0,0801 6,5 7,0 7,76 6,75 1,01 4,50 0, ,00 1,20 0,4980 0,1275 4,00 7,0 7,5 8,36 7,25 1,11 4,60 0,0505 7,5 8,0 8,95 7,75 1,20 4,69 0, ,00 1,18 0,5713 0,0850 3,90 8,0 8,5 9,54 8,25 1,29 4,78 0,0455 8,5 9,0 10,12 8,75 1,37 4,85 0, ,00 1,15 0,5317 0,1500 4,00 9,0 9,5 10,69 9,25 1,44 4,93 0,0573 9,5 10,0 11,31 9,75 1,56 5,05 0, ,0 10, ,00 1,24 0,5182 0, ,93 10,25 1,68 4,40 5,17 0, ,5 11,0 12,55 10,75 1,80 5,28 0, ,0 11,5 13,45 11,25 2,20 5,69 0, ,00 1,80 0,3355 0,0455 2,75 11,5 12,0 14,35 11,75 2,60 6,09 0,0584 Recalque primário (m): 1,75 Tabela 4.10 Cálculo do recalque primário com dados (à exceção de c v ) de Carvalho (1980) σ' vf (kpa) ρ pf (m) 102

103 Recalque Secundário O recalque secundário final, esperado para o aterro experimental de Camboinhas, foi estimado utilizando-se a equação (4.11), proposta por Bjerrum (1973) e o método de Asaoka (1978). Q 0 RI = 4 S 567T U Q VW (4.11) 1/ & U & Nesta equação, a razão entre p c (= σ p ) e p o (= σ vo ) representa o valor de OCR para o qual, em síntese, cessa o recalque secundário, comumente denominado OCR sf. Entretanto, este valor é desconhecido, por não se saber o tempo necessário para o fim do recalque secundário, e deve ser estimado. A estimativa de OCR sf foi feita por meio do método de Asaoka (1978), ajustando-se uma curva logarítmica (equação 4.12) à curva de recalques médios, obtida pela média dos valores de recalque de todos os pontos, em cada dia de medição (Figura 4.15). O eixo das abscissas deve levar em conta a data de execução do aterro Recalque (mm) y = 409,12ln(x) ,4 R² = 0,9063 Recalques medidos - média dos pontos monitorados Tempo (dias) Figura 4.15 Recalques médios e curva logarítmica de ajuste

104 104 X =409,12ln([) 3887,4 (4.12) A esta relação logarítmica, traçou-se o gráfico da Figura 4.16, ajustando-se uma linha de tendência linear aos pontos. Com a equação da reta de ajuste (4.13), calcula-se o recalque secundário final por meio da equação (4.14): X =0,9993[0,3055 (4.13) 0 RI = ^ (4.14) Onde: a = 0,9993 b = 0,3055 mm Recalque ρ(t+δt) (mm) y = 0,9993x + 0,3055 R² = 1 Reta 45 graus ρ(t) (mm) Figura 4.16 Aplicação do Método de Asaoka Desta forma, obteve-se um valor de 437 mm (43,7 cm) para o recalque secundário final. Substituindo este valor na equação (4.11), e considerando a camada com 10 m de espessura, obtém-se um valor de OCR sf igual a 1,20. O valor de C c /(1+e o ) utilizado foi de 0,45, obtido pela média dos valores encontrados nos ensaios de adensamento convencionais desta pesquisa e do trabalho de Carvalho (1980).

105 105 Substituindo o valor de recalque obtido pelo método de Asaoka (1978) na equação (4.12), estimou-se o tempo para o término do recalque secundário (t sf ): 437 =409,12ln(8 RI ) 3887,4 t ab = dias=106,75 anos Estimou-se, também, o tempo de início do recalque secundário (t si ), substituindo o valor ρ sf = 0 na equação (4.12). Entretanto, o valor encontrado (36,67 a- nos) não está coerente com o tempo de término do adensamento primário (8,53 anos, correspondentes a U = 95%). 0=40,912ln(8 RI ) 388,74 t ag dias = 36,67 anos Evolução dos recalques com o tempo Com base na curva de interpolação dos recalques médios medidos em campo (Figura 4.15), determinou-se o valor de C α /(1+e o ), por meio da equação (4.4), escolhendo-se dois pares de valores (ρ t, t) e (ρ t+δt, t+δt) da curva. Quando ρ t = 1 mm, t = 13417,32 dias, e quando ρ t+δt = 5 mm, t+δt = 13549,15 dias.. 1/ & = (4.4) Desta forma, com H = mm (= 10 m), C α /(1+e o ) = 0,094. Com os valores de recalque primário final (ρ pf = 1,75 m), tempo de término do recalque primário (t pf = 8,53 anos, igual ao tempo de início do recalque secundário, para U = 95%), recalque secundário final (ρ sf 0,49 m), tempo estimado de término do recalque secundário (t sf = 106,75 anos) e no valor de C α /(1+e o ), traçouse a curva de evolução dos recalques ao longo do tempo (Figura 4.17). Os recalques secundários foram determinados de acordo com a equação (4.15).

106 106 0 R (8)= 0 (I 4. 1/ & (I (4.15) Tempo (anos) 0, Recalque (m) 0,5 1,0 1,5 2,0 Recalque primário - Terzaghi Recalque secundário - Asaoka Recalque secundário - C-alfa de campo 2,5 3,0 Figura 4.17 Evolução dos recalques primário e secundário - C α /(1+e o ) = 0,094 Nota-se que, ao término dos 106,75 anos (t sf ), o recalque total obtido pelo método de Asaoka (2,19 m) é menor que o recalque calculado com a utilização de C α de campo (2,78 m). Evidentemente, deve-se mencionar que o recalque secundário determinado a partir da equação (4.15) sempre aumentará, à medida que o tempo for aumentando. Alterando-se o valor de OCR sf na equação (4.11) para o valor de 1,60, encontram-se valores iguais de recalque final. 0,0 Tempo (anos) Recalque (m) 0,5 1,0 1,5 2,0 Recalque primário - Terzaghi Recalque secundário - Asaoka Recalque secundário - C-alfa de campo 2,5 3,0 Figura 4.18 Recalques estimados - OCR sf = 1,60

107 107 5 Conclusões e Sugestões Os recalques do aterro em Camboinhas ainda estão ocorrendo, 37 anos após a execução do aterro experimental. Observou-se um recalque médio de 5 mm para os pinos monitorados, em um período de 200 dias entre início e término das observações. Os valores estimados para o tempo de adensamento primário (8,53 a- nos) e a velocidade de deformação específica atual calculada (2,8 x s -1 ) indicam a ocorrência de recalques secundários, somente. Os ensaios de adensamento convencionais mostraram que as tensões de sobreadensamento determinadas sofreram influência do amolgamento das amostras, possivelmente devido a perdas de umidade e à geometria da ponta do tubo Shelby. Os ensaios de adensamento não convencionais apresentaram valores de C α /C c muito superiores àqueles reportados na literatura, possivelmente devido ao curto tempo de cada ensaio. Entretanto, pode-se afirmar que a relação C α /C c não descreve o comportamento secundário dos solos, uma vez que seu valor é dependente do tempo de observação de recalques. Os ensaios de campo e as correlações empíricas adotadas descreveram de forma adequada o depósito, como solos de comportamento silto-arenoso. Os ensaios permitiram, também, a obtenção de valores de OCR de campo, que foram comparados com o OCR do depósito. Entretanto, cuidados devem ser tomados ao adotar correlações produzidas com dados de outros depósitos, ou mesmo no próprio depósito (Camboinhas), que é altamente heterogêneo. A realização de ensaios de laboratório em amostras indeformadas de alta qualidade é, sempre, indispensável em qualquer projeto. Propôs-se, também, a correção de K 1 e K 2 (na obtenção de OCR por meio de ensaios de piezocone) para as condições particulares de Camboinhas. Estimou-se, por fim, a evolução e o tempo de término do recalque total do aterro, obtidos com base em um valor de OCR sf (1,60) obtido pelo método de A- saoka, que se situa entre os valores obtido nos ensaios de laboratório e campo. En-

108 108 tretanto, estas estimativas devem ser tratadas com cuidado, pois os dados utilizados são meras estimativas. Para trabalhos futuros, sugere-se: A instalação de piezômetros nos dois locais estudados, como forma de se obter mais uma indicação da dissipação total dos excessos de poropressão gerados pelo aterro experimental; A instalação de medidores de nível d água, para avaliar as variações de NA e as consequentes variações das tensões efetivas, que supostamente podem influenciar as leituras de recalque; Uma nova campanha de retirada de amostras indeformadas, para estudos mais aprofundados das características de compressão secundária, com a realização de novos ensaios de adensamento não convencionais por períodos maiores; A continuação do acompanhamento dos recalques, para adicionar mais informações ao escasso banco de dados de medições de recalque reportados nas literaturas nacional e internacional, e para confirmar, ou não, as considerações feitas neste trabalho, sobre a magnitude e o término dos deslocamentos.

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115 115 Apêndices Apêndice 1 Aspecto visual das amostras Apêndice 2 Gráficos dos ensaios de piezocone Apêndice 3 Gráficos dos ensaios de dissipação em piezocone Apêndice 4 Gráficos dos ensaios de palheta Apêndice 5 Curvas de compressibilidade e c v dos ensaios de adensamento Apêndice 6 Incerteza nas curvas recalque x tempo Camboinhas

116 116 Apêndice 1 Aspecto visual das amostras

117 117 Figura A1.1 Amostra 1 Figura A1.2 Amostra 2

118 118 Figura A1.3 Amostra 3 Figura A1.4 Amostra 4

119 119 Figura A1.5 Amostra 5 Figura A1.6 Amostra 6

120 120 Figura A1.7 Amostra 7 Figura A1.8 Amostra 8