Conforme Vertematti (2015) o trabalho com os solos envolve a análise de características como descontinuidades, variações de granulometria, baixa resistência à tração/cisalhamento, permeabilidade variável, deformabilidade alta, além da sua erodibilidade. Tais parâmetros fizeram com que as obras fossem executadas nos melhores terrenos disponíveis, mesmo apresentando maior custo, pois buscava-se solos resistentes, sem a presença de água, pouco erodíveis e pouco deformáveis a fim de garantir maior facilidade e segurança ao processo construtivo.
Tal situação gerou uma redução na disponibilidade de solos com características adequadas, o que incentivou a criação de métodos alternativos com o objetivo melhorar os terrenos disponíveis, garantindo o suporte às obras de construção civil. De acordo com Casagrande (2001) os processos de melhoria e reforço de solos baseiam-se na utilização de procedimentos químicos e/ou físicos com o objetivo de melhorar as propriedades mecânicas desse material através do aumento da resistência do solo e atenuação da sua compressibilidade e permeabilidade.
Segundo Mitchell (1970) independentemente da técnica aplicada, o principal objetivo do tratamento é a eliminação da possibilidade de ocorrência de recalques excessivos no solo que
prejudiquem a estrutura. Além disso, há uma diferença básica entre dois termos amplamente utilizados: reforço e melhoria; em que melhoria de solos está relacionada ao seu tratamento a partir de procedimentos químicos enquanto o termo reforço trata de métodos que utilizam a inclusão de materiais em aterros ou taludes (CASAGRANDE, 2001).
Arévalos Burró (2015) separa as técnicas de melhoramento em três grupos:
Ground improvement: método usado para melhorar as características e propriedades intrínsecas do solo. Exemplos: compactação dinâmica, vibrocompactação, compactação por injeção de graute, etc.
Ground reinforcement: este método consiste na incorporação de elementos estruturais no solo a fim de suportar cargas que antes não suportaria. Exemplos: terra armada, solo grampeado, reforço com colunas, geotêxteis, solo reforçado com fibras, injeção de grauting, vibro-substituição, etc.
Ground treatment: o tratamento dos solos baseia-se em adicionar materiais no solo ou submetê-lo a processos físicos para melhorar suas características. Exemplos: solo tratado com cimento, tratamento térmico, congelamento, etc.
Mitchell (1968 apud FREITAS, 2016) sistematizou técnicas de melhoramento conforme sua aplicação para solos de diferentes granulometrias. Ou seja, definiu quais as técnicas seriam mais adequadas conforme o solo existente, o que pode ser analisado na Figura 10.
Figura 10: Técnicas de melhoramento ideais para cada granulometria
______________________________________________________________________________ Segundo Alves (2015) as técnicas de melhoramento são aplicadas a fim de se obter um solo que seja capaz de servir como suporte à diferentes edificações. Ainda, Mitchell (1970) afirma que as técnicas podem ser utilizadas tanto em solos coesivos como em não-coesivos, sendo que para os primeiros são indicadas vibroflotação, eletroosmose, tratamento termal, aditivos e injeção de compactação; já para os segundos são indicados vibroflotação, estacas de compactação, explosivos e injeção de cimento. Tais técnicas são brevemente apresentadas nos próximos subitens.
2.5.1 Solos não-coesivos
Vargas (1977) disserta que a coesão é definida como a resistência que a fração argilosa fornece ao solo, tornando-o capaz de manter-se coeso no formato de bloco e possibilitando seu corte em diversas formas. Os solos que possuem tal propriedade chamam-se coesivos, enquanto solos denominados de não-coesivos desmancham-se com facilidade ao serem cortados ou escavados, tais como areias puras e pedregulhos.
2.5.1.1 Vibroflotação
Conforme Resende (2012) o método de vibroflotação (também chamado de vibrocompactação) é uma técnica utilizada para densificar camadas espessas de solos granulares fofos in situ a partir de um equipamento composto por um vibrador de profundidade que penetra no solo com auxílio da aplicação de água, compactando o solo circundante a partir de vibração horizontal. De acordo com Mitchell (1981) é uma técnica de compactação que tem por objetivo a inserção de estacas granulares no terreno através de processo de vibração, utilizando um equipamento com um vibrador de diâmetro entre 35 e 45 cm e cerca de 5 m de comprimento. 2.5.1.2 Estacas de compactação
Bell (1993) afirma que o solo pode ser compactado a partir da introdução de colunas no seu interior, em que a compactação é obtida simplesmente pelo deslocamento do solo. Entretanto, ao ser empregada em solos granulares a compactação é obtida não só pelo deslocamento, mas também pelo efeito vibratório das estacas de acionamento, o que faz com que a eficiência da compactação dependa também da energia de vibração e não só do espaçamento e tamanho das estacas.
2.5.1.3 Explosivos
Segundo Broms (1991) esse método baseia-se na detonação de cargas explosivas na profundidade desejada, onde é gerada uma onda de choque que acarreta na liquefação e expulsão da água presente nos poros do solo, resultando na compactação do material. A densificação com explosivos gera vibrações que proporcionam um rearranjo do solo e do material granular, reduzindo os vazios e constituindo uma estrutura com maior capacidade de carga que a anterior (RESENDE, 2012).
2.5.1.4 Injeção de cimento
Esse método consiste na aplicação de uma calda de cimento no solo a fim de reduzir os recalques da fundação e ampliar sua resistência, porém é uma técnica de alto custo e limita-se a zonas pequenas e com problemas especiais que se tornam inviáveis de resolver por outros métodos (MITCHELL, 1981). O mesmo autor indica que as aplicações iniciais de injeções de cimento eram para controle de águas subterrâneas, porém mais recentemente, injeções também têm sido usadas para o aumento da resistência e controle do movimento do solo.
2.5.2 Solos coesivos
Pinto (2006) afirma que materiais coesivos são aqueles que apresentam resistência mesmo quando não estão submetidos a confinamento. Além disso, o autor informa que é em solos argilosos que a coesão apresenta maiores valores.
2.5.2.1 Vibroflotação
De acordo com Wilson Soares (2002) esse método assemelha-se ao processo aplicado aos solos não coesivos, porém é possível utilizar ar - além da água - como fluido de desagregação e estabilização dos furos. Além disso, o material utilizado para aterro necessita apresentar grãos com tamanhos maiores dos utilizados em solos não coesivos.
2.5.2.2 Eletroosmose
Segundo Bell (1993), esse método consiste em passar uma corrente contínua entre ânodos e cátodos posicionados em locais pré-determinados no solo a ser estabilizado. À medida que a corrente passa pelo solo, ela faz com que a água migre dos ânodos para os cátodos, onde é coletada
______________________________________________________________________________ e removida. A migração de íons, eletrólise e reações químicas que ocorrem no solo, levam à formação de novos compostos irreversíveis. Além disso, substâncias químicas como cloreto de cálcio e silicato de sódio podem ser adicionadas para garantir o crescimento de material cimentício no espaço poroso.
2.5.2.3 Tratamento térmico
De acordo com Mitchell (1981) o congelamento e aquecimento são processos que podem ser utilizados para tratar solos de fundação, porém são técnicas caras de alta complexidade. Os solos argilosos adquirem resistência durante o aquecimento e quando aquecidos à uma temperatura suficientemente elevada permanecem resistentes devido a mudanças que ocorrem na estrutura cristalina de argilominerais acima de 400ºC, em que as alterações são irreversíveis e geram melhorias significativas nas propriedades (BELL, 1993). Já o congelamento artificial do solo possui aplicação temporária no fortalecimento e suporte de escavações abertas, que é uma das suas aplicações principais (MITCHELL, 1981).
2.5.2.4 Aditivos
Bell (1993) aponta que o objetivo da mistura de aditivos com o solo é melhorar a estabilidade, propriedades de força, permeabilidade e durabilidade, através do desenvolvimento de alta resistência e rigidez pela redução de vazios, pela união de partículas e agregados, pela manutenção de estruturas floculentas e pela prevenção do inchamento do solo. Os aditivos podem ser utilizados em conjunto com outras técnicas de tratamento, como injeção, eletrooosmose e tratamentos termais, sendo que os principais aditivos são cimento, cal betume e produtos químicos (MITCHELL, 1981).
2.5.2.5 Injeção de compactação
Esse método, conforme Mitchell (1981) é utilizado para escorar escavações abertas e atenuar recalques diferenciais, sendo descrito como uma mistura de solo altamente viscoso com cimento e água sob pressão, a qual é injetada em solos de baixa resistência com grandes índices de vazios na forma de um macaco hidráulico que comprime o solo.