2.6 – EFEITO DA PRESENÇA DE SOLOS COLAPSÍVEIS

A presença de solos colapsíveis superficiais, de uma forma geral, implica em não se adotar a solução de “radier estaqueado” como fundação, uma vez que a capacidade de carga do solo sob o radier poderá ser drasticamente reduzida pelo processo de colapso, e, com isto, seriam minimizadas as vantagens da presença do elemento superficial em contato com o solo.

Poulos (1991) inclui a situação “presença de solo superficial colapsível ou em adensamento” como não aconselhável ao uso de radier estaqueado, pois o recalque da camada sob o radier reduziria a parcela de carga transferida ao solo por este radier e a fundação funcionaria como um mero grupo de estacas, ficando o radier apenas com a função estrutural de ligação entre as estacas. Esse autor imaginou situações onde as estacas estariam atravessando a camada superficial “problemática” e atingindo camadas melhores.

Poulos (1993b) simulou numericamente o caso em que o solo superficial sofre um recalque proveniente de colapso ou adensamento. Os resultados comprovaram a tese apresentada nos parágrafos anteriores. Esse autor chama a atenção que este possível acréscimo de carga nas estacas deve ser levado em consideração e não deve suplantar a capacidade de carga estrutural das mesmas.

Na presente pesquisa o caso em questão é um pouco distinto, pois tanto o elemento superficial (sapata) quanto as estacas estão inseridos nesta camada colapsível. Nesta configuração, raros são os trabalhos existentes para o estudo do comportamento de um radier estaqueado. No entanto, alguns autores realizaram testes de campo em estacas isoladas, sapatas isoladas e grupos de estacas imersos em solo colapsível. Para avaliar o efeito do colapso na fundação, tentaram aumentar o grau de saturação do solo através de um processo de “inundação”. Uma boa coletânea de trabalhos sobre o assunto foi apresentada por Fernandes (1995).

Os solos colapsíveis são muito porosos e com uma estrutura bastante aberta, o que lhes confere uma permeabilidade relativamente alta. Por isto o processo de inundação no campo raramente atinge a “saturação” do material (Reznik, 1993), porém pode perfeitamente simular longos períodos chuvosos ou mesmo o vazamento de líquido próximo à fundação.

2.6.1 – Processos de inundação

O processo de inundação terá um importante papel na magnitude de alteração dos resultados e, portanto, deve ser mencionado de uma forma bastante clara, quando se almejar comparações. Em geral os métodos mais utilizados são:

(1o) - inundação através de uma cava em torno do topo da estaca ou sapata; (2o) - inundação através de furos verticais próximos às fundações;

(3o) - combinação dos métodos anteriores.

Dentre estes tipos, o terceiro método é o responsável pela maior variação do grau de saturação do solo e atinge maiores profundidades. Entretanto, o primeiro método se assemelha

mais a fatos corriqueiros em obras reais, como longos períodos chuvosos, acumulação localizada de águas servidas na superfície do solo, ruptura de tubulações rasas de água, vazamentos em reservatórios, etc.

Trabalhos como os de Carvalho & Souza (1990), Carneiro (1994), Fernandes (1995), Camapum de Carvalho et al. (1995) e Ferreira et al. (1990) utilizaram o primeiro método. Já autores como Lobo (1991), Teixeira (1993) e Carvalho & Albuquerque (1994) optaram pelo terceiro procedimento.

Associado ao processo de inundação está também o tempo de inundação. Quanto mais tempo sob a inundação, maior será o volume e profundidade de solo afetado pela variação do grau de saturação. Portanto, quanto maior a fundação em estudo, maior o tempo requerido na etapa de inundação. Por outro lado, o exagero deste tempo de espera pode encarecer e dificultar este tipo de ensaio. A maioria dos trabalhos, encontrados na literatura, utilizou entre 48 e 72 horas para esta fase da prova de carga.

2.6.2 – Forma da realização das provas de carga para estudo do colapso

Outro importante ponto na avaliação da influência da colapsividade do solo é a forma como são realizadas as provas de carga.

Basicamente, os procedimentos podem ser agrupados em três tipos:

a) Tipo I : Inicialmente faz-se uma prova de carga, sob condições do solo natural, para a determinação da capacidade de carga última da fundação. Descarrega-se a fundação e recarrega-se até a carga de trabalho (30 a 50% da carga última). Então inicia-se a inundação da fundação, por algum dos processos descritos, esperando-se um determinado número de horas para verificar se ocorrerá ou não o colapso.

b) Tipo II : Nesta forma de ensaio também se determina a carga última da fundação em questão para o solo em condições naturais. Recarrega-se até a carga de trabalho (ou um valor baixo previamente escolhido) e procede-se a inundação do solo por um número predeterminado de horas. Após este tempo de espera, se não ocorrer o colapso, prossegue-se o carregamento da fundação até que o mesmo aconteça, determinando-se, assim, "Qc" que é a carga atuante na fundação que provocaria o colapso do solo. Este método é uma variação do anterior e normalmente é utilizado se o colapso não é observado quando a inundação é feita na carga de trabalho.

c) Tipo III : Realizam-se duas provas de carga distintas. A primeira sob condições naturais do solo, e a segunda onde a inundação é feita anteriormente ao início do

ensaio, ou seja, inunda-se o solo e espera-se um certo número de horas estabelecidas e só então inicia-se o ensaio sob condições de “solo inundado”. Tal procedimento assemelha-se ao ensaio utilizado em laboratório denominado “duplo edométrico”, para o estudo da colapsividade de solos.

Cintra et al. (1997) comentaram as três metodologias da realização de provas de carga, conforme apresentado na Figura 2.26. Estes autores relatam que os dois primeiros métodos apresentam uma curva carga-recalque descontínua na etapa com inundação. A forma da curva carga x recalque para o solo inundado é semelhante ao comportamento do solo natural e então sofre uma mudança brusca ao atingir a carga correspondente ao colapso do solo (Qc). O terceiro método, entretanto, apresenta uma resposta carga x recalque distinta, sem o patamar de colapso (ver Figura2.26). Cintra et al. (1997) indicam este último método como o mais adequado por ser mais fácil de executar e apontar a mesma carga "Qc".

a) colapso sob carga de trabalho b) colapso sob carga superior à de inundação

c) teste em solo pré-inundado

Figura 2.26 – Comparação das distintas formas de prova de carga em solos colapsíveis (modificado – Cintra et al., 1997).

2.6.3 – Estaca virgem x reensaio

Um problema, que se apresenta na comparação de dois ensaios de estacas semelhantes, para avaliar a influência da colapsividade do solo, é a decisão de reensaiar a mesma estaca após a inundação ou a utilização de duas estacas distintas, mas próximas.

A escolha por duas estacas apresenta a vantagem de solicitar o solo em sua condição original, sem danos à frágil estrutura de um solo colapsível e não tendo comprimido o solo sob a ponta, que em geral deixa tensões residuais, devido a um ensaio prévio. Por outro lado, este processo traz a desvantagem da variabilidade natural das propriedades do solo, mesmo em uma camada tida como homogênea e em locais próximos. Além do mais, o processo de instalação, o material da estaca, a variação nas dimensões e a inclinação das estacas podem alterar a resposta carga x recalque de duas estacas tidas como “idênticas”.

Ao se escolher o “reensaio” da mesma estaca, as vantagens e desvantagens anteriores se invertem. A utilização de uma mesma estaca imersa em solo colapsível pode, quando reensaiada, apresentar uma menor parcela de atrito lateral devido a possíveis alterações na estrutura do solo adjacente à mesma, bem como ter sua parcela de carga na ponta aumentada devido à compressão prévia da camada de apoio. Ficará sempre a dúvida de qual fator é preponderante.

A despeito das inevitáveis críticas, ao se escolher um dentre os dois métodos, a maioria dos autores, como Lobo et al. (1991) e Cintra et al. (1997), vem optando por reensaiar a mesma estaca. Estes últimos autores mencionam que, em ensaios realizados no Campo Experimental de São Carlos, a escolha aleatória de duas entre três estacas “similares” ensaiadas levaram a discrepâncias como a estimativa da “carga de colapso” superior à carga última de um solo não-inundado.

2.6.4 – Trabalhos anteriores em solo colapsível

Faz-se, na Tabela 2.3, uma pequena coletânea de alguns trabalhos que ensaiaram estacas e placas em solos colapsíveis brasileiros. Quanto às diferenças entre os locais, origem dos solos, etc., vale lembrar o comentário de Camapum de Carvalho et al. (1995) de que “em solos tropicais porosos a intensa lixiviação e laterização conduz a uma redução progressiva da influência da história de tensões propriamente dita na sua estrutura e comportamento”.

Tabela 2.3 – Influência da inundação dos solos em resultados de provas de carga com carregamento vertical.

Autor Tipo de Tipo de P. Processo de Tempo de Reensaio Redução na Fundação de Carga Inundação Inundação Cap. de carga Agnelli (1992) placa a 1 e 2m II 1o 4 – 9 h não 32 – 46 % Souza**(1993) placa a 0,7m III 1o não citado não 40 % Carvalho e estaca escavada I 1o 10 h sim 67 % Souza (1990) L=6m, D=0,25m

Silva (1990) estaca broca III 3o 24 h sim 77 % L=6m, D=0,25m

Silva (1990) estaca broca I 3o 15 h sim 71 % L=6m, D=0,25m

Lobo et al. estaca escavada I 3o 48 h sim 35 - 43 % (1991) L=2-6m, D=0,25

Lobo et al. estaca apiloada I 3o 48 h sim 23 - 35 % (1991) L=2-6m, D=0,25

Camapum de estaca escavada I e III 1o N.I. sim não avaliado Carvalho et al. L= 11 a 14m,

(1995) D= 0,25 a 0,30m

Camapum de estaca apiloada I 1o N.I. sim não avaliado Carvalho et al. L= 11 m,

(1995) D= 0,25 m

Fernandes estaca broca II 1o > 48 h sim 32 % (1995) L=6m, D=0,25m

Fernandes grupo 2 estacas II 1o > 48 h sim 42 % (1995) L=6m, D=0,25m

Fernandes grupo 3 estacas II 1o > 48 h sim 26 - 30 % (1995) L=6m, D=0,25m

Fernandes grupo 4 estacas II 1o > 48 h sim 25 % (1995) L=6m, D=0,25m

** - citado por Fernandes (1995) N.I. = Não indicado no artigo.

Tipo de prova de carga = especificados no item 2.6.2 Processo de inundação = especificado no item 2.6.1

Os trabalhos apresentados na Tabela 2.3 enfocaram principalmente a redução da capacidade de carga, não sendo apresentado nesta tabela a magnitude dos recalques ocorridos em função do colapso.

A redução na capacidade de carga foi bastante variada (23 – 77%). Com exceção dos testes de Camapum de Carvalho et al. (1995), todas as estacas estavam totalmente imersas na camada colapsível.

O processo de inundação parece ser mais “eficaz” em estacas do que em placas ou sapatas, comparando-se as reduções observadas. Isto poderia ser explicado pelo fato de que o carregamento de uma estaca mobiliza um menor volume de solo adjacente ao fuste quando comparado ao do solo abaixo de uma placa, e este volume menor seria mais facilmente “inundado”. Além disto, a interface estaca-solo cria um caminho preferencial de percolação, o que facilita a inundação exatamente na região mais crítica, promovendo a lubrificação do contato estaca-solo.