Efeito da Sensibilidade do Solo na Tixotropia

A sensibilidade, S_t expressa através da Equação (43), é definida como a razão entre o pico de resistência de um solo no estado indeformado (𝑠u) e o pico da resistência no estado

deformado (s_ur), na condição de teor de umidade constante (SKEMPTON E NORTHEY, 1952; ROSENQVIST, 1953; BJERRUM, 1954; EDEN E KUBOTA, 1961; GILLOTT, 1979; PERRET ET AL., 1996; MITCHELL E SOGA, 2005). Skempton e Northey (1952)

e Rosenqvist (1953) propuseram a seguinte classificação para sensibilidade de argilas: argilas não sensíveis (S_t = 1); argilas levemente sensíveis (1 < S_t< 2); argilas mediamente sensíveis (2 < St< 4); argilas muito sensíveis (4 < St < 8); levemente

quick clays (8 < S_t < 16); mediamente quick clays (16 < S_t< 32); muito quick clays (32 < S_t < 64); extra quick clays (S_t > 64). Söderblom (1974) reforçou a necessidade de considerar também na classificação da sensibilidade, a velocidade e número de revoluções necessária para amolgar o solo.

S_t = su

sur (43)

Skempton e Northey (1952) enumeraram 4 possíveis fatores que podem influenciar na sensibilidade: mineralogia, tamanho de partículas, tixotropia e estabilidade microestrutural (relacionada com redução de teor de sal). No entanto, realçaram que existem dados suficientes para mostrar que nem a mineralogia nem o tamanho das partículas são os principais fatores no problema da sensibilidade, além do fato de que o fenômeno é restrito às argilas e siltes. Segundo eles, parece que não existe correlação entre sensibilidade e mineralogia, uma vez que argilas com mineralogias e atividades parecidas apresentam diferentes sensibilidades. Outros fatores que influenciam na sensibilidade de quick clays foram apresentados por Mitchell e Soga (2005). Apesar da estreita relação entre sensibilidade e tixotropia, o consenso geral indica que a sensibilidade não é completamente aplicável para avaliar o potencial tixotrópico de solos, particularmente a recuperação da resistência (SKEMPTON E NORTHEY, 1952).

Esses autores introduziram o conceito da razão da resistência tixotrópica, AS_t (ou efeito tixotrópico, segundo Perret et al., 1996) através da Equação (44) para avaliar o potencial tixotrópico de solos em função do tempo. Com base na Figura 27, que destaca as variações da resistência dos materiais puramente e parcialmente tixotrópicos durante o processo tixotrópico, eles denominaram (𝑠u− 𝑠ur) de resistência reduzida de solo após a

perturbação e (𝑠_ut− 𝑠_ur) de resistência recuperada em um tempo específico, t durante a tixotropia.

ASt =

s_ut

sur (44)

onde 𝑠ut é resistência de solo em um tempo específico no processo tixotrópico.

Skempton e Northey (1952) e Zhang et al. (2017) propuseram duas formas diferentes para analisar a porcentagem da razão de resistencia de recuperação tixotrópica B_t, conforme mostram as Equações (45) e (46), respectivamente.

B_t =sut− sur

s_u,r × 100 (45)

B_t =sut− sur su− sur

Vários estudos – Skempton e Northey (1952), Rosenqvist (1953), Bjerrum (1954), Bjerrum e Rosenqvist (1956), entre outros – analisaram detalhadamente os efeitos de redução do teor de sal devido à percolação na formação de estruturas meta estáveis em

quick clays e na alteração de limites de Atterberg. Esses estudos concluíram que mudança

de concentração de sal na água é acompanhada pela mudanças nas propriedades fundamentais de argila. Ou seja, a diminuição de sal com a percolação provoca a diminuição de plasticidade, e consequentemente a diminuição de LL, LP e IP, sendo que a diminuição de LL é mais pronunciada. Segundo Skempton e Northey (1952), Bjerrum (1954), Bjerrum e Rosenqvist (1956) e Mitchell e Soga (2005), a diminuição de concentração de sal não altera praticamente o teor de umidade de argila, índice de vazios e 𝑠_u visto que a estrutura da argila praticamente não muda, porém provoca a diminuição da atividade de argila, 𝐴 e de 𝑠ur enquanto aumenta a sensibilidade e o IL.

Figura 27 – Processo tixotrópico de materiais tixotrópicos (Skempton e Northey,1952)

Skempton e Northey (1952) e Mitchell e Soga (2005) afirmaram ainda que a alta sensibilidade de solo está relacionada com baixo valor de 𝑠ur, e não com alto valor de 𝑠u.

Complementando, Skempton e Northey (1952) ressaltam que, para qualquer valor de pressão dada, o índice de liquidez influencia fortemente o valor de 𝑠ur e da sensibilidade.

Os autores acrescentam que a estrutura meta estável criada pela redução de sal proporciona um aumento da sensibilidade devido à redução de 𝑠ur. Em amostras com

sensibilidade devido à recuperação tixotrópica durante o período de repouso. Assim, concluiram que alta sensibilidade está relacionada a redução de teor de sal devido à percolação, ao passo que a sensibilidade devido à recuperação tixotrópica pode ser baixa ou média, mas não alta.

Bjerrum (1954) também observou que altos valores de sensibilidade em argila marinha de Noruega está associada com altos índices de liquidez através da expressão logarítmica apresentada na Equação (47). A partir da compilação de estudos anteriores, Sahdi et al. (2014) observaram que valores de 𝑘 variam entre 1 a 3.

S_t = exp(k IL) → IL > 0 e k~2 (argila de Noruega) (47) Por outro lado, Sahdi et al. (2014) observaram que a sensibilidade do caulim remoldado não apresenta tendência de variação com teor de umidade. Com base nisso, eles afirmaram que existe grande tendência de sensibilidade de argilas reconstituídas, sem quaisquer adições de produtos químicos que possam induzir estrutura e reorientaçao de partículas, não variar com o teor de umidade.

Quanto à resistência não drenada amolgada, 𝑠_ur Skempton e Northey (1952) afirmaram que, independente do tempo de hidratação, valor de 𝑠ur, deve ser igual à da

argila remoldada no momento da preparação. Qualquer mudança no valor de 𝑠ur indicaria

alguma alteração permanente na argila. Em alguns casos, eles observaram alterações após 2 ou 3 meses devido à difusão externa de sais dissolvidos.

Skempton e Northey (1952) apresentaram resultados de Moretto (1948) que analisou 5 argilas diferentes com IP variando de 13 a 65 e Atividade variando de 0,35 a 1,27. Os resultados de Moretto (1948) mostraram que valores de B_t praticamente não crescem nas primeiras horas após a mistura. No entanto, os resultados mostram que após 1 dia, os valores de B_t aumentaram na ordem de 10 a 40%, apresentando a tendência de estabilização após 1 ano. Com relação aos minerais caulinita, ilita e montmorilonita, Moretto (1948) mostrou na Figura 28 que caulim praticamente não apresenta crescimento de B_t, enquanto que ilita apresenta um crescimento moderado. O maior crescimento de B_t foi observado em bentonita, mesmo para instantes seguintes após a mistura.

Moretto (1948) analisou também o efeito de teor de umidade na sensibilidade, para um tempo tixotrópico (tempo de repouso) de 100 dias, conforme mostra a Figura 29. Os resultados mostram que em todos os cinco materiais, a recuperação tixotrópica diminui com a diminuição do teor de umidade abaixo do limite de liquidez, e há uma tendência de tixotropia aproximar de zero no índice de liquidez igual a 0. Para índices de liquidez maiores que 1, o resultado é contraditório sem apresentar uma tendência clara. Contudo, Skempton e Northey (1952) reafirmaram que existe a tendência de maior tixotropia nos altos valores de índice de liquidez. Corroborando, Seng e Tanaka (2012) observaram que independente do tipo de argila, os efeitos tixotrópicos são mais intensos ao redor do estado de limite de liquidez, e tornam-se menos intenso nos maiores e menores teores de umidade. Por outro lado, Boukpeti et al. (2012) observaram que não existe uma correlação significativa entre o teor de umidade e a sensibilidade de uma amostra remoldada do caulim.

Figura 28 – Recuperação tixotrópica em três minerais de argila (Morreto, 1948)

Figura 29 – Efeito de teor de umidade na sensibilidade (Morreto, 1948)

Einav e Randolph (2005) apresentaram a Equação (48) para representar o comportamento da perda de resistência cisalhante através de relação de sensibilidade e resistências não drenadas nos estados de pico e residual.

su= su,p[δrem+ (1 − δrem)e−3ξ ξ⁄ 95] (48)

onde 𝛿_rem é o inverso da sensibilidade, 𝜉 é a taxa cumulativa de deformaçao plástica, com 𝜉95 sendo a taxa de cisalhamento plástica necessária para atingir 95% da

remoldagem.

Boukpeti et al. (2012) reescreveu a Equação (48) levando em conta o efeito da variação da umidade, da variação da taxa de deformação cisalhante e da degragação da resistencia não drenanda. Eles acrescentam que essas relações são passíveis de serem incorporadas na modelagem numérica de grandes processos de deformação, permitindo que a transição de sólido para fluido seja capturada sem a necessidade de considerar múltiplas fases do material.

2.5 ALGUNS

ASPECTOS

DE

ARGILAS

NORMALMENTE