Estudo de Caso: Comportamento de Recalque Pós-Tratamento Geotécnico CPR, na Lagoa Rodrigo de Freitas

Eduardo de Oliveira Macedo 1Engegraut Engenharia e Geotecnia, Rio de Janeiro, Brasil, eduardo@engegraut.com.br

Joaquim Rodrigues 2Engegraut Engenharia e Geotecnia, Rio de Janeiro, Brasil, joaquim@engegrautcom.br

RESUMO: Este trabalho exibe resultados e análises de dois anos de monitoramento de recalque emobra de aterro sobre solo mole tratado com a técnica CPR (Consolidação Profunda Radial), naLagoa Rodrigo de Freitas, Rio de Janeiro-RJ. Até o ano 2011, antes do tratamento, a baixa elevaçãodo terreno, causada por recalques por adensamento, fazia com que alagamentos fossem frequentes,em períodos chuvosos. O processo de adensamento ocorria desde a década de setenta, quandohouve a construção de aterros às margens da Lagoa. Pelo fato da resistência não-drenada (Su)apresentar valores crescentes com a profundidade, o tratamento geotécnico ocorreu de forma poucousual, não atingindo toda espessura da camada mole. Imediatamente após o tratamento, emjaneiro/2012, foram instaladas placas de recalques que são monitoradas ate os dias atuais. Pelo fatoda solução geotécnica ter sido do tipo “flutuante”, mensalmente são mensurados a magnitude e avelocidade de recalque. Uma estimativa teórica de recalque primário é apresentada, comparando ascurvas recalque x tempo: situações com tratamento e teórica. O objetivo é verificar a eficiência dotratamento que ocorreu de forma peculiar. Esse estudo apresenta: i) resultados de CPT-U após otratamento; ii) breve descrição do tratamento geotécnico; iii) estimativa de recalque teórico; iv)resultados de placas de recalque.

PALAVRAS-CHAVE: Solo mole, tratamento geotécnico, monitoramento recalque.

1 INTRODUÇÃO

É comum ocorrer em regiões brasileiras,principalmente litorâneas, formaçãogeológica de depósitos de solos moles, degrande profundidade. Estes solosrepresentam, em muitos casos, desafios aengenharia geotécnica como tentativa deimpedir ou diminuir recalques. Segundo aNBR 6484, a terminologia muito mole é parasolos com SPT menor que 2 golpes/30 cm.Para Sandroni (2010), existem ainda os solos"extremamente moles" com SPT menor ouigual a 1 e/ou resistência não-drenada menordo que 12 kPa.

Este estudo apresenta resultados domonitoramento do recalque um tratamentogeotécnico, que teve objetivo de estabilizarrecalques que ocorriam, ao longo de décadas,em área de lazer às margens da Lagoa

Rodrigo de Freitas. Além do monitoramento,estimativas do recalque teórico sãoapresentadas. São apresentados, também,resultados de 10 placas de recalque,monitoradas por dois anos, no intuito deavaliar o desempenho do tratamento CPR.

Na elaboração do projeto, o curto prazoexecutivo e restrições no orçamento,associados à resistência não-drenadacrescente com a profundidade, optou-se pelautilização da solução do tipo “flutuante”,tratando-se apenas a metade da profundidadedo depósito mole. Com esta solução, levatou-se recalques num período de 2 anos, razãopela qual elevou-se o aterro 40 cm acima dogreide de projeto.

Este estudo apresenta a eficiência dotratamento na situação não usual mencionada,verificando-se a concordância entre as curvasrecalque-tempo teórica e com o CPR.

2 CONSOLIDAÇÃO PROFUNDA RADIAL (CPR)

2.1 Considerações iniciais

O CPR tem como objetivo específicomelhorar as características geotécnicas,quanto à rigidez / resistência de solos moles.A técnica consiste em fazer pré-furos, cravargeodrenos em malha triangular ou quadradapara, em seguida, executarem-se bulbos decompressão, com geogrout, via expansão decavidades, com monitoramento automático doexcesso da poropressão. Os bulbos feitos comgeogrout, possuem formato geométricodiverso e são confeccionados de baixo paracima, a cada metro de profundidade, comtensão e deformação controlados. Esteprocesso induz o adensamento da argila aoredor de cada bulbo de compressão.

Na execução, ocorre o adensamento radial,onde o excesso de poropressão, controlado, édissipado pelos geodrenos.

Consequentemente, aumenta-se a rigidez ea resistência do solo, ao mesmo tempo emque reduz-se a magnitude e o tempo derecalque, quando comparada à condição semtratamento geotécnico. O solo tratadoenquadra-se na condição de compósitohíbrido (solo/geogrout) semi-rígido, poucodeformável. As figuras 1 a 2 mostram asequência do tratamento geotécnico.

Figura 1. Etapa I: cravação de geodrenos.

Figura 2. Etapa III: formação de bulbos de compressão,via expansão de cavidades.

2.2 Abordagem teórica

O CPR Grouting é uma técnica de groutingespecífica para reforço de solos molesargilosos, assim como o CompactionGrouting (Baker and Broadrick, 1997) éespecífica para reforçar solos arenosos e o JetGrouting (Shroff and Shah, 1999) é formadorde colunas de cimento. O Tratamentogeotécnico com CPR utiliza expansão decavidades, com a formação de bulbos decompressão, associado à geodrenos parainduzir excessos de poropressão, de maneiracontrolada, viabilizando o processo deadensamento do solo mole argiloso.

Como critério executivo, ao confeccionar-secada bulbo, são monitorados o volume inseridoe a consequente pressão, na formação de cadabulbo de compressão. Este monitoramentoavalia o desempenho do tratamento.

O geogrout possui slump entre 8 e 10 cm,em função das características do solo a sertratado.

2.3 Recomendações para uso do CPR

A técnica é recomendada para tratamento desolos moles argilosos compressíveis, combaixo valor de SPT:

Solo a ser tratado:Argilas compressíveis:. Es < 3000 kPa - módulo de elasticidade:. Su < 25 kPa - resistência não-drenada:. SPT < 10 golpes

Bulbos geogrout:. 0,5 m < dc< 1.50 m - diam. do bulbo;. 200.000 < EG < 300.000 kPa - modulo de elasticidade do grouting;. 1,5 MPa < Rc < 3,0 MPa - resistência acompressão simples.3 O ESTUDO DE CASO

Às margens da Lagoa Rodrigo de Freitas, naaltura do Parque Cantagalo, o desnível aterro-lagoa era pequeno, devido ao histórico derecalques, que causava frequentesalagamentos em período chuvoso, comomostrado na figura 3.

Figura 3.– Alagamento do aterro e rodovia às margensda Lagoa, no trecho do Corte de Cantagalo, antes dotratamento, http://memoriaglobo.globo.com (2010).

Este estudo relata resultados domonitoramento do recalque pós tratamentoCPR. No processo executivo utilizou-semalha triangular, com espaçamento entre asverticais de tratamento igual a 4m. Sobre osolo tratado com CPR, lançou-se cerca de 90cm de aterro, sendo 40 cm acima do greide deprojeto. A figura 4 mostra os equipamentosutilizados no processo CPR. O recalqueestimado, após tratamento, foi 55cm, com90% de adensamento em 4 anos, mostrado noitem 4.2.

Figura 4. Equipamentos para execução CPR: Caminhãobetoneira, bomba mecânica para geogrout e perfuratriz.

A figura 5 ilustra o perfil de tratamentorealizado.

Figura 5. Corte esquemático do tratamento CPRrealizado.

Todo o aterro construído até a década desetenta encontrava-se 90% submerso. Afigura 6 mostra, de forma esquemática, aprofundidade das camadas tratadas e de todoo depósito mole, com cerca de 20m. Foitratado cerca de 60% do solo mole, sendo asolução do tipo “flutuante", pouco usual.

Figura 6. Camadas de solo após tratamento.

Ensaios CPT-U mostram que sob a camadatratada havia Su crescente com aprofundidade, como mostra a figura 7.

Figura 7. Perfil Su crescente com a profundidade, obtidopor CPT-U, Ensaios COPPE (2012).

A condição de tratamento, não usual,exigiu monitoramento do recalque paraavaliar a eficiência do tratamento. Foraminstaladas dez placas de recalque, comomostra a figura 8.

Figura 8. Pontos de monitoramento de recalque em áreatratada.

As características do solo são mostradasnas tabelas 1 a 3:

Tabela 1. Camadas de aterro:Parâmetro Valor

hat1 0,90mhat2 0,70mh’at 5,0mh’ar 2,0m

hat1 – espess. de aterro lançada após tratamentohat2 – espess. de aterro existente, acima do NA, pré-CPR.h’at – espess. de aterro existente submersoh’ar – espess. de areia existente, submersa, sob aterro

Tabela 2. Parâmetros do solo mole antes do tratamentoParâmetro Valor

hs 20mCC 1,6

Cv(lab) 1,5E-8m²/sCv(campo) 1,6E-7m²/s

Su <15 kPays 14,0 kN/m³eo 2,65

hs – espessura de solo moleCC – índice de compressãoCv(lab) – coeficiente de adensamento verticalCv(campo) – coeficiente de adensamento verticalSu – resistência não-drenadays – peso específico do solo moleeo – índice de vazios do solo mole

Tabela 3. Parâmetros do solo após tratamentoParâmetro Valorhs,pós (sob CPR) 11 m

L 4,0 mAT 16,0 m²g 1,20 mEs 3.000 kPaEg 200.000 kPaYg 18 kN/m³Ys 14 kN/m³

Ac = Ag / AT 0,07yeq = yg x ac + ys x (1-ac) 14,3

yacr = yeq - ys 0,50 (aprox.)Su(médio), sob CPR 23kPa

hs,pós (sob CPR) – espessura de solo mole sob tratamentoL – distância entre bulbos geogroutAT – área unitária tratadaAg – área do bulbo geogroutg – diâmetro do geogroutEs – módulo do solo tratadoEg - módulo do bulbo geogroutys – peso específico da argila tratadayg – peso específico do geogroutyeq – peso específico do solo compósito (tratado),EBGEU (2010)yacr – acrécimo de peso específico devido ao geogrout

4 RESULTADOS

O recalque total foi estimado por doismétodos: Asaoka (1978) e pela equaçãoclássica de Terzaghi (1948).

4.1 Estimativa de recalque por Asaoka

Foi utilizado o método de Asaoka paraestimar o recalque na camada abaixo do solotratado com CPR, conforme recomendações

de Almeida e Marques (2010). O recalquetotal estimado foi 47,7 cm, mostrado nafigura 9.

Figura 9. Estimativa de recalque por Asaoka.

4.2 Estimativas de recalque por Terzaghie o recalque monitorado

Para estimar o recalque teórico, poradensamento primário, foi considerado comosobrecarga:- aterro existente, com 0,7m de espessura,acima do N.A.- 90 cm de espessura de aterro lançado sobreCPR.- Acréscimo de carga devido ao CPR: 0,5kN/m³.- Parâmetros do solo mole, conforme tabela2.Nota:O Aterro que submergiu ao longo de décadasnão foi considerado como sobrecarga.Estima-se que o recalque devido esteja compercentual de adensamento superior a 85%.

A magnitude do recalque foi estimado pelaexpressão (1):

(1)Onde,a – tensão de pré adensamentoi – tensão efetiva geostáticaf – tensão efetiva final com sobrecargaCr = 0,1Cc = índice de recompressão

Para o tempo (t) de recalque foi utilizada aexpressão (2):

(2)Onde,Hd = distância máxima de drenagemHd = 0,50hs,pós (sob CPR) T = fator tempo

A figura 10 mostra as curvas recalque xtempo teórica e monitorada, com boaconcordância. O recalque estimado é cerca de55 cm, com 90% de adensamento. O recalquemonitorado, até o presente momento, atingiu40 cm.

Figura 10. Curvas recalque x tempo: monitorada eteórica.

A velocidade de recalque também foimonitorada. Ao iniciar o tratamento, emdezembro/2011, a velocidade de recalque era2mm/dia. Em fevereiro/2014 reduziu para0,19 mm/dia, mostrado na figura 12.

Figura 11. Velocidade de recalque monitorada.

5 ANÁLISE DE RESULTADOS

A Lagoa Rodrigo de Freitas, na altura doCorte do Cantagalo, teve diversos aterros

desde a década de setenta, de modo aatenuar problemas frequentes dealagamentos. A área tratada com CPR foi de15.000m². Um percentual de 13% desta áreafoi considerada como crítica, duas pequenasáreas, com maior profundidade de solomole. Estas regiões apresentam recalquesdentro do previsto, conforme mostrado nafigura 11.

As circunstâncias ou limitações para otratamento, citadas no item 1, conduzirampara o tratamento do tipo “flutuante”. Osrecalques desenvolvidos sob o CPRapresentam boa concordância com as curvasrecalque-tempo teórica (projetada).Verificou-se que 87% da área, consideradanão crítica, com espessura de solo molemenor que 9,0m, sob o CPR, foiestabilizada imediatamente após otratamento.

A previsão do recalque primário totalestá entre 47 cm e 55 cm. O monitoramentomostra que em fevereiro/2014 oadensamento está em sua fase final. Pelométodo Asaoka, tem-se 40cm/47cm = 84%de adensamento; e por Terzaghi há40cm/55cm = 72% de adensamento.

Estas duas pequenas áreas apresentamvelocidades decrescentes de recalque com0,15mm/dia, ou seja, pouco significativas,conforme curva teórica. Estas velocidadescorrespondem a 75% de adensamento,obtido a curto prazo: 2 anos.

A velocidade de recalque antes do CPR,que era 2.5 mm/dia, em janeiro/2012, foireduzida para 0,15 mm/dia emfevereiro/2014, atingindo 75% a 80% deadensamento.

Após dois anos do tratamento, observa-seque não há qualquer risco de alagamentonas áreas de lazer, às margens da LagoaRodrigo de Freitas.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos aos colegas de trabalho quecontribuíram para realização desse estudo.

REFERÊNCIAS

Almeida, M. S. S. e Marques, M. E. S. (2010). AterrosSobre solos moles – Projeto de Desempenho. Ed.Oficina de Textos.

Asaoka, A. (1978). Observation Procedure ofSettlement Prediction, Soil and Fundation -Japanese Society of Soil Mechanics and FundationEngineering – vol 18.

Baker and Broadrick (1997) – Compaction Grouting: ATwenty Year Update and a Vision for the 21st

Century. ASCE Florida Annual Meeting.DNER - PRO 381. (1998)- Projeto de aterros sabre

solos moles para obras viárias. Rio de Janeiro:DNER.

EBGEO (2010)- Recommendation for design andanalysis of Earth structures using geosyntheticreinforcements.

Massad, F. (2009). Solos Marinhos da BaixadaSantista - Caracteristicas e propriedadesgeotécnicas. Ed. São Paulo, Oficina de Textos.

Pinto, C. S. (2000). Curso básico de mecânica dossolos. Ed. São Paulo, Oficina de Textos.

Sandroni, S. S. (2010). Sobre a prática da engenhariageotécnica com dois solos difíceis: os extremamentemoles e os expansivos. Proc. XV CongressoBrasileiro de Mecânica dos Solos e EngenhariaGeotécnica, Gramado. pp. 97-187.

Terzaghi, K. e Peck, R.B. (1948) Soil Mechanics inEngineering Practice, 2nd ed., McGraw Hill, NewYork, NY, USA, 685 p.