Correção da Resistência não Drenada obtida a partir do Ensaio de
Palheta de Campo em Argilas Moles do Recife e Rio de Janeiro
Maria Isabela Marques da Cunha V. Bello & Roberto Quental Coutinho
Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Pernambuco, Brasil
RESUMO: O ensaio de palheta de campo (EPC) tem sido aplicado para a obtenção da resistência
não drenada (Su) utilizada na análise de estabilidade de aterros sobre solos moles. Pesquisadores
têm constatado a tendência deste ensaio em superestimar a resistência mobilizada na ruptura, e têm
sugerido correções para serem aplicadas aos valores de Su. Este trabalho apresenta um estudo
quanto à utilização da correção de Su obtida a partir do EPC, considerando as propostas de Bjerrum
(1973) e Aas et al. (1986). Em Recife foram consideradas as Áreas de Pesquisa da UFPE (Clube
Internacional e SESI-Ibura) estudadas por Coutinho et al. (1997; 1999), e o depósito estudado em
Bello (2004). No Rio de Janeiro foram consideradas as áreas experimentais de Sarapuí-RJ estudada
por Ortigão (1980). A proposta de AAS et al. (1986) para a correção da Su obtida através do EPC
apresentou alguns resultados discrepantes do que os obtidos através da correção de Bjerrum (1973).
PALAVRAS-CHAVE: Aterros, Solos Moles Fundação, Resistência não drenada, ensaio de palheta.
1
INTRODUÇÃO
As características da resistência não drenada
(Su) de argilas moles são importantes para a
análise das alternativas de obtenção do
parâmetro de resistência a adotar para um
projeto de aterro. O aspecto a considerar é
que não existe um único valor de resistência
não drenada de uma argila. Seu valor depende
do modo de ruptura, da velocidade de
deformação, da anisotropia, da temperatura,
da história de tensões e da estruturação da
argila, entre outros fatores (Bjerrum 1973;
Ladd et al. 1977). O valor de resistência mais
representativo é aquele que confere um
coeficiente de segurança igual a um, em
análise por método bem definido, quando o
aterro se encontra na situação de ruptura.
2
ENSAIO DE PALHETA DE CAMPO
O ensaio de palheta de campo (EPC) tem sido
aplicado para a obtenção da Su utilizada na
análise de estabilidade de aterros sobre solos
moles. São vários os trabalhos representativos
ligados a esse tema, desenvolvidos no Brasil:
(Collet 1978; Ortigão 1988; Ortigão e Collet
1988; Pinto
1992; Sandroni 1993;
Nascimento 1998; Massad 1999; Coutinho et
al. 2000; Oliveira 2000; Coutinho e Bello
2005); e em vários países do mundo.
Dentre os principais fatores que
influenciam as hipóteses consideradas para o
cálculo de Su destacam-se: distribuição das
tensões cisalhantes ao longo das superfícies
de ruptura, efeito da inserção da palheta,
efeito da velocidade de rotação da palheta,
anisotropia dos solos quanto à resistência ao
cisalhamento,
ocorrência
de
ruptura
progressiva, forma e dimensão da superfície
de ruptura, efeito do comprimento da haste
fina, efeito do número de lâminas e
dimensões da palheta, efeito do atrito.
3
CORREÇÃO DA RESISTÊNCIA NÃO
DRENADA DE FUNDAÇÃO
Vários pesquisadores têm constatado a
tendência do EPC em superestimar a
resistência mobilizada na ruptura no subsolo
de aterro e fundação, e têm sugerido fatores
de correção para serem aplicados aos valores
de Su obtidos com estes ensaios.
Hansbo identificou a necessidade de
corrigir os valores do ensaio desde em 1957,
sugerido fatores de correção em função do
limite de liquidez. Pillot (1972) analisou a
ruptura de aterros sobre silte de baixa
1
plasticidade, silte e argilas muito plásticos,
normalmente adensadas com casos de préadensamento. O autor estabeleceu correlações
para corrigir os valores de Su, superestimados
devido ao efeito da anisotropia, ruptura
progressiva e tempo de ruptura.
Bjerrum (1972; 1973) verificou que FS
maiores que 1 ocorriam nos aterros rompidos,
sendo tanto maiores quanto maior o IP do
solo. Através de uma abordagem empírica,
sugeriu a aplicação de um fator de correção
(µ=1/FS) aos valores de Su obtidos em EPC.
Dascal e Tournier (1975) estudando a
ruptura de um aterro com fundação em argila
marinha mole, sensível, verificaram a
necessidade de realizar também uma correção
devido ao efeito da ruptura progressiva.
Tavenas e Leroueil (1980) comentam que
embora a correlação proposta por Bjerrum
(1973) represente uma média de todos estes
dados, há uma grande dispersão, e que esta é
provavelmente devido aos diferentes tipos de
equipamentos e procedimentos de ensaios.
Azzouz et al. (1983) realizaram análises
tridimensionais,
mostrando
que
a
consideração da resistência lateral geralmente
aumenta o FS em 5 a 10 %. Aas et al. (1986)
sugeriram uma correção baseada na relação
Supalheta/σ’V0, onde σ’V0 é a tensão vertical
efetiva (Fig. 1). Os
Figura 1. Diagramas para determinação da história
de tensões
e fator de correção
(Aas et alentre
1986).µ e
autores
propuseram
uma relação
Supalheta/σ’V0
válida para as argilas
normalmente adensadas e uma outra válida
para as argilas verdadeiramente préadensadas, e recomendam o uso de µ=1 para
argilas com Supalheta/σ’V0<0,2 e µ=0,25-0,30
para Supalheta/σ’V0>1. Segundo Aas et al.
(1986) o fator de correção para o EPC pode
diminuir com o aumento do OCR, em argilas
verdadeiramente pré-adensadas.
Chander (1988) propôs um fator de
correção em função do IP e do tempo até a
ruptura, considerando a velocidade de
deformação.
4
EXPERIÊNCIA BRASILEIRA
Ortigão et al. (1983) propôs, inicialmente, que
EPC realizados no aterro experimental do
IPR, na Baixada Fluminense não fossem
corrigidos, considerando que o aterro rompeu
ao ser atingida a altura de 2,8m. Os resultados
mostraram que um FS próximo a 1 foi obtido
quando a Su foi considerada igual à média dos
valores do EPC, e a resistência do corpo do
aterro foi reduzida para levar em conta a
trinca ocorrida. Tal fato indicou que a
correção de Bjerrum não se aplicava às
condições ocorrentes no aterro (Pinto 1992).
Almeida (1985) justifica a consideração da
ruptura na altura de 2,5m, quando as
primeiras trincas forem notadas, na qual o
coeficiente de segurança passaria a 1,15, este
valor ainda sendo baixo perante às análises de
Bjerrum, podendo ser atribuível ao aumento
da Su, que teria ocorrido durante o período de
1 mês de construção do aterro. Sandroni
(1993) discute sobre a necessidade de se
considerar, a participação da resistência
lateral, nos solos moles propostos por Azzouz
et al. (1983). Um FS3D = 1,43 mostrou-se
satisfatório, indicando a necessidade de
correção.
Coutinho (1986), em estudos realizados no
aterro experimental de Juturnaíba, conclui que
a ruptura ocorreu quando a altura do aterro
atingiu 6,85m. A melhor compatibilidade de
parâmetros com a situação de ruptura foi
conseguida com valores médios de resistência
obtidos pelo EPC, sem nenhuma correção.
Camadas com teores elevados de matéria
orgânica
apresentam
permeabilidades
elevadas, que podem ter provocado algum
2
adensamento adicional da fundação, em
virtude do tempo de construção do aterro (35
dias). Os estudos parecem indicar que esta
correção não deve ser aplicada em depósitos
com predominância de argilas turfosas/solos
orgânicos (Coutinho 1986b).
Sandroni (1993) relata que na escavação
experimental de Itaipu, Baixada Fluminense,
foi realizada uma análise de ruptura em
termos de tensões totais, a qual mostrou
concordância para os valores de Su
determinados com o EPC, sem correção. A
solicitação foi unicamente descarregamento
lateral, o qual corresponde aos mais altos
valores de Su normalizada e depende pouco
do índice de plasticidade. O autor comenta,
que a fundação contém turfas, e Bjerrum
(1973) não incluiu as turfas em seu universo
de casos. O autor defende a aplicação da
correção de Azzouz et al. (1983) e enfatiza
que o valor do IP deve ser obtido em ensaios
sem secagem prévia da amostra.
Almeida (1998) apresenta um caso no qual
foi utilizado para projeto, valores corrigidos
de Su, utilizando correção de Azzouz et al.
(1983). Durante a construção, a concentração
de carga em um trecho do aterro provocou
uma ruptura localizada. A análise da ruptura
conduziu a um FS=1,03, sugerindo que o
perfil de projeto adotado foi realístico.
Almeida (1996) recomenda o uso da correção
de Bjerrum (1973) nos resultados de Su
obtidos a partir de EPC, para aplicação em
projetos de aterros sobre solos moles.
Massad (1999) apresenta um caso de
ruptura na Baixada Santista de um aterro
sobre uma camada de argila com cerca de
30m de espessura. A Su foi obtida através do
EPC. Por meio de retroanálise da ruptura, o
autor verificou que a correção de Su proposta
por Bjerrum (1973) é indicada para este caso.
Oliveira (2000) e Coutinho et al. (2000)
concordam que os resultados obtidos através
do EPC sejam corrigidos, e que, na ausência
de uma correção local, seja utilizada a
correção proposta por Bjerrum (1973), visto
que há uma vasta experiência internacional
em relação ao uso dessa correlação.
Bello (2004) e Coutinho e Bello (2005)
apresentam resultados do estudo da análise de
estabilidade realizada em um depósito de
solos moles do Recife. A conclusão obtida no
estudo se enquadra nas recomendações de
Bjerrum (1973). A Figura 2 apresenta os
fatores de correção a partir de retroanálise de
aterros rompidos. Verifica-se que a correção
de Bjerrum (1973) permite encontrar o valor
unitário do FS nas argilas moles do Recife. A
resistência Su a ser adotada em projeto seria o
valor obtido no EPC e corrigido segundo esta
proposta.
5
RESISTÊNCIA NÃO DRENADA –
CORREÇÃO
5.1
Depósito do Recife – Bello (2004)
Este caso trata de um aterro sobre solos moles
onde ocorreu uma ruptura geral. Para análise
de estabilidade em tensões totais, foram
testadas hipóteses considerando a resistência
do aterro e fundação. Os valores de Su foram
considerados como as médias de cada faixa
de profundidade, sendo constantes por faixa,
conforme permitido no programa de análise
de estabilidade. Embora se tenha divido o
perfil em subcamadas, a resistência admitida
é apenas a média de alguns pontos. Isto faz
com que a superfície de ruptura tenda a
tangenciar o intervalo de menor resistência e
não exatamente o ponto de menor resistência.
Para correção da Su, utilizou-se a proposta de
Figura 2. Fatores de correção a partir de retroanálise de
aterros rompidos (Coutinho 2000; Sandroni 1993;
Massad 1999; Bello 2004; Coutinho e Bello 2005).
Bjerrum (1973) por ser a tradicionalmente
utilizada na literatura. Foi utilizada também a
correção proposta por Aas et al (1986).
A Tabela 1 apresenta o resumo dos valores
de parâmetros estimados (LL e IP), valores de
3
Su e comparação dos resultados de Sucorrig
através das duas correções mencionadas. A
Figura 3 apresenta o perfil de Sucorrig. através
das duas propostas. Nota-se que o fator de
correção de Aas et al. (1986) é menor do que
o fator de correção de Bjerrum (1973),
levando conseqüentemente a valores de
Sucorrig também menores. Isto provavelmente
se deve ao fato de que a correção proposta por
Aas et al. (1986) considera as diferentes
histórias de tensão de cada camada de argila.
As maiores diferenças nos valores de Sucorrig
estão nas primeiras e últimas camadas,
definidas como pré-adensada. Espera-se que o
FS calculado na análise de estabilidade seja
menor (Tab. 2).
Bello (2004) conclui que não parecer
adequada a correção de Su do solo de
fundação do aterro estudado através da
proposta de Aas et al. (1986). A proposta de
Bjerrum (1973), mostra-se como a mais
indicada para as argilas moles do Recife já
que permite a obtenção do FS igual a 1.
5.2 Depósitos de pesquisa de argilas moles
da UFPE/DEC - Coutinho et al. (1997; 1999)
Este estudo realizado por Bello (2004) tem
como objetivo verificar a utilização das
correções de Bjerrum (1973) e Aas et al.
(1986), nas argilas moles do Recife. Os
resultados de Su dos EPC foram os
apresentados em Oliveira (2000) e Coutinho
et al (2000), sendo utilizado a média das três
campanhas realizadas em cada local.
No Clube Internacional, para a camada 1
(6 a 16m de profundidade) o IP variou de
70±13% e para a camada 2 (16 a 26m) o IP
variou de 33±5%. No SESI-Ibura, o IP variou
de 96±15% para a camada 1 (4 a 11,5) e de
53±6% para a camada 2 (11,5 a 21m).
A Figura 4 apresenta os valores de Sucorrig
para os dois depósitos. No Clube
Internacional, ocorreu coerência de resultados
existe uma grande diferença nos resultados
entre 5 e 6m de profundidade, não sendo
esta
Tabela 1. Valores corrigidos de Su determinados através de Bjerrum (1973) e Aas et (1986). (Bello 2004)
Profundidade
(m)
IP
(%)
σ’vo
6 – 7,2
7,2-10
10-12,1
12,1-14
14-16
16-19,1
18
95
80
40
40
40
50,00
55,00
60,75
63,43
66,4
69,90
Su
(kPa)
o
Su(palheta) (kPa)
0 10 20 30 40 50 60 70
Su/σ’v OCR
0,75
0,74
0,43
0,29
0,41
0,59
3,90
1,20
0,82
0,92
1,30
1,89
37,36
40,91
26,11
18,32
27,18
41,52
Sumédi o(kPa)
0
10
20
30
40
50
0,0
0,2
0,4
μ
Bjerrum
(1973)
0,95
0,65
0,70
0,85
0,85
0,85
Sucorrig (kPa)
Bjerrum
(1973)
35,49
26,59
18,63
15,58
23,01
35,29
µ
0,6
μ
Aas et al.
(1986)
0,38
0,40
0,70
0,80
0,72
0,45
Suco rr igi do (kPa)
0,8
1,0
0
10
20
30
40
OCR
50
0
0
1
2
3
4
0
EPC1
profundidade (m)
Sucorrig(kPa)
Aas et al.
(1986)
14,19
16,36
18,28
14,65
19,57
18,68
EPC1
BJERRUM
BJERRUM
AAS
AAS
EPC1
5
5
10
10
15
15
20
20
Figura 3. Resultados de correção de Su: propostas de Aas et al (1986) e Bjerrum (1973). (Bello 2004)
4
Tabela 2. Comparação entre FS calculado admitindo as correções de Bjerrum (1973) e Aas et al. (1986). (Bello 2004)
1
X
2
3
X
4
5
6
50 %
100%
sim
não
BJERRUM
AAS
X
X
BJERRUM
AAS
X
X
X
X
BJERRUM
AAS
X
diferença aparentemente explicável. Nesta
profundidade o OCR=1,5, indica camada préadensada, sendo da mesma maneira sua
posição no gráfico de Aas et al. (1986). As
causas prováveis desse pré-adensamento (ver
Oliveira 2000) não indicam que o depósito
seja verdadeiramente pré-adensado. No Clube
Internacional, na faixa de 7,0 a 10,0m de
profundidade, o OCR apresenta valores altos,
variando de 1,50 a 2,25, porém o gráfico de
Aas indica camada normalmente adensada.
No SESI-Ibura, o fator de correção é bem
menor nas primeiras camadas (Fig. 4). O
valor de OCR na primeira camada (entre 6 a
7,2m) é de 3,9, indicando camada
verdadeiramente pré-adensada. Na segunda
camada (entre 7,2 a 10m) o OCR é igual a 1,2
(bem menor do que o OCR da camada
anterior). Entretanto essas duas camadas por
possuírem valores de Su/σ'vo bem próximos,
serão tratadas na proposta igualmente como
verdadeiramente pré-adensadas e terão fator
de correção próximos.
Na proposta de Aas et al. (1986), valores de
Su/σ'vo> 0,5 conduzem a diferenças
significativas entre as curvas correspondentes
às situações normalmente e verdadeiramente
pré-adensadas.
5.3 Depósito do Rio de Janeiro-– Ortigão
(1980)
A Área Experimental de Sarapuí constituiu-se
num dos maiores investimentos em pesquisa
tecnológica, no campo da geotecnia, realizado
no país. Intensa campanha de ensaios
precedeu a construção do aterro. A Figura 5
apresenta correção de Su obtida em ensaios de
SUPERFÍCIE CIRCULAR
ANÁLISE
RETROANÁLISE
BISHOP
SPENCER
BISHOP
SPENCER
1,045
1,048
1,192
1,190
0,811
0,811
0,831
0,892
1,356
1,357
1,475
1,472
1,000
0,995
1,149
1,141
0,776
0,780
0,763
0,871
1,297
1,290
1,474
1,462
0,896
0,899
1,100
1,103
0,532
0,532
0,627
0,779
1,168
1,168
1,316
1,316
palheta de campo segundo as propostas de
Bjerrum (1973) e Aas et al. (1986).
Pode-se verificar que o perfil se Su
corrigido segundo as duas propostas parece
semelhantes,
apenas
com
pequena
diferença
µ
Su (kPa)
0
20
60 0
40
Sucorrig
0,5
1
0
10
20
0
30
40
50
BJERRUM
BJERRUM
AAS
Su
AAS
5
Profundidade (m)
0%
Correção da Su
10
15
20
25
a) Clube Internacional
Su(kPa)
0
µ
20
40
0
Su
0
Sucorrig
0,5
BJERRUM
AAS
1
0
10
20
30
BJERRUM
AAS
5
Profundidade (m)
Fissuramento do aterro
10
15
20
b) SESIIbura
Figura 4. Correções da resistência não drenada: Aas et
al. (1986) e Bjerrum (1973). (Bello 2004)
5
nas primeiras profundidades até 4m
(semelhante aos resultados de Bello (2004) e
SESI-Ibura), onde o valor do índice de
plasticidade calculado foi cerca de 86 %.
µ
(kPa)
Su (médio)
(kPa)
Profundidade (m)
0
5
10
15
20
0
0.5
0
1
0
0
0
2
2
2
4
4
4
6
6
6
8
8
8
10
10
10
AAS
AAS
BJERRUM
12
12
Sucorrig
(kPa)
5
10
BJERRUM
12
Figura 5. Resultados das correções da resistência não
drenada (a partir de Ortigão (1980)
3
CONCLUSÃO
A correção de Bjerrum (1973) nos resultados
do EPC para a definição da Su a ser adotada
em projeto, mostrou ser adequada para o uso
em argilas moles do Recife, ampliando e
confirmando a sua adequabilidade para uso
nas argilas moles brasileiras. Quanto ao uso
da proposta de Aas et al. (1986), os valores de
Su obtidos foram relativamente baixos para o
FS, principalmente nas primeiras camadas,
não parecendo ser adequada sua utilização na
análise de estabilidade dos casos analisados.
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