Técnicas de Melhoria de Solo na Engenharia.

Introdução

Melhoria do Solo em seu sentido mais amplo é a alteração de qualquer propriedade de um solo ou rocha para melhorar suas propriedades de engenharia. Esta pode ser uma medida permanente para melhorar a instalação concluída ou um processo temporário para permitir a construção de uma instalação. Vários processos de melhorias do solo estão disponíveis para aumentar a resistência, reduzir a compressibilidade, reduzir a permeabilidade ou melhorar as condições das águas subterrâneas. Além disso, se houver qualquer problema de fundação nas estruturas existentes, o tratamento de fundação no local pode ser aplicado para reabilitar a estrutura. As técnicas envolvidas na obtenção das instalações de melhoria necessárias são referidas como processos geotécnicos.

As Técnicas de Melhoria do Solo podem ser classificadas com base na natureza do processo envolvido; o material utilizado, os resultados desejados, etc. Várias técnicas utilizadas são compactação, métodos de drenagem, pré-compressão e drenos verticais, métodos de vibração, rejuntamento e injeção, estabilização mecânica, cimentação e química, geossintéticos e métodos diversos.

Os fatores que devem ser considerados na seleção da melhor técnica, em qualquer caso, incluem os seguintes

Tipo de solo, ou seja, argiloso, orgânico, arenoso
Área e profundidade de tratamento necessárias – dependendo das características geométricas do depósito de solo e da natureza das instalações propostas para construção.
Tipo de estrutura e distribuição de carga. Propriedades do solo como resistência, compressibilidade, permeabilidade, etc.
Disponibilidade de materiais - pedra, areia, água, aditivo, estabilizador, etc.
Disponibilidade de habilidades e equipamentos.
Considerações ambientais – eliminação de resíduos, erosão, poluição da água, etc.
Experiência e preferências locais.

Compactação.

É essencial que o solo no local possua certas propriedades para suportar a carga causada pela estrutura. O solo deve ter resistência e capacidade de suporte adequadas, deve ser capaz de resistir ao recalque, deve possuir permeabilidade e drenagem adequadas e deve ser seguro contra deterioração. Estas características desejáveis podem ser alcançadas compactando o solo no local ou fornecendo preenchimento compactado com solo adequado. O solo pode ser compactado aplicando energia de compactação na forma de pressão (rolamento), impacto ou compactação, ou vibração.

A densificação pode ocorrer de diversas maneiras, como a reorientação das partículas. Para um solo coeso, a densificação é obtida principalmente por distorção e reorientação, que são resistidas por forças entre partículas.

A compactação é medida quantitativamente em termos de densidade seca. A densidade seca máxima varia de cerca de 22 kN/ para cascalho bem graduado a cerca de 14 kN/ para argila pesada. A densidade seca pode ser obtida em testes de laboratório ou em campo com qualquer tipo de solo. Existem dois testes de compactação em laboratório:

Teste de Proctor Padrão (IS: 2720-Parte 7)
Teste de Proctor Modificado (IS:2720-Parte 8)

Vários tipos de equipamentos são usados na superfície do solo para melhorar as propriedades do material até uma profundidade limitada da superfície do solo.

Rolos de compactação estáticos e compactadores podem ser classificados como

Compactadores lisos estáticos rebocados.
Compactadores estáticos de pés de ovelha ou pés de almofada.
Compactadores autopropelidos estáticos de três rodas.
Compactadores tandem estáticos.

Os compactadores vibratórios podem ser categorizados nos seguintes grupos:

Compactadores vibratórios Tandom.
Compactadores vibratórios rebocados.
Compactadores vibratórios rebocados tipo pé de ovelha ou pé compactador.
Compactadores vibratórios autopropelidos.
Compactadores vibratórios guiados manualmente.

Compactação Dinâmica.

Neste método, um peso muito pesado, com cerca de 45.000 kg, é largado de uma altura de 15 a 40 metros para cair livremente de volta à superfície do solo. Devido à energia de impacto nos solos sem coesão causa a liquefação da área. É seguido por recalque devido à rápida drenagem. Este processo é então repetido no mesmo local ou posteriormente em outro local, mantendo um espaçamento de 5 a 10 metros. Depois de permitir o número necessário de quedas, a área será estabilizada ou compactada a uma determinada profundidade. Essa profundidade é conhecida como profundidade de compactação. A faixa de energia por golpe é de 135.000 a 450.000 kg m. Geralmente, a energia total de compactação é de 2 a 3 golpes por m². é usado. A eficiência aumenta se a velocidade de impacto exceder a velocidade da onda em um solo em liquefação.

As vantagens da compactação dinâmica são-

É um dos métodos mais simples e adequados de compactação de solos soltos.
Aqui, a profundidade de compactação pode chegar a 20 metros.
Com este método todos os tipos de solo podem ser compactados.
Este método produz assentamentos iguais mais rapidamente do que o carregamento do tipo sobretaxa.
Pode ser usado para tratar solos acima e abaixo do lençol freático.

Métodos de drenagem

Em qualquer construção de engenharia civil, as águas subterrâneas são normalmente consideradas como um dos problemas mais difíceis que têm de ser resolvidos. É necessário eliminar a pressão de infiltração para aumentar a resistência ao cisalhamento ou para reduzir o perigo de danos por congelamento. Os sistemas de drenagem e drenos são os dois métodos importantes usados para melhorar as condições do solo antes e depois da construção.

Os sistemas de desidratação consistem em baixar o lençol freático até uma cota necessária e estabelecer abaixo deste nível um sistema de coletores localizados em poços, galerias ou valas. As águas são bombeadas dos coletores de água. Mais uma vez, o bombeamento contínuo a partir do solo natural é um assunto dispendioso e o fluxo contínuo a partir do solo circundante pode pôr em perigo a estabilidade da estrutura adjacente. Por outro lado, são fornecidos drenos para servir de controle do fluxo; em alguns casos, a redução do lençol freático ajuda a reduzir a pressão da água nos poros e as forças de infiltração.

Em qualquer sistema de drenagem, são fornecidos tubos e conduítes perfurados com perfurações com pontos abertos. O espaço entre o solo natural e o tubo é preenchido com enchimentos. Em geral, um filtro ou material drenante deve satisfazer os seguintes requisitos:

A gradação do material de filtro deve ser capaz de formar poros de tamanho pequeno, de modo que a migração de partículas adjacentes seja evitada.
A gradação deve permitir uma drenagem rápida sem desenvolver uma grande força de infiltração.

Existem vários métodos de sistemas de desidratação. Por exemplo; fossas e valas abertas, sistemas de poços de estágio único e de múltiplos estágios, drenagem de poços profundos, sistemas de desidratação a vácuo e desidratação por eletro-osmose.

Pré-compressão

A pré-compressão é a técnica aplicada no terreno para melhorar as condições do subsolo através da aplicação de carregamento temporário no canteiro de obras. Pode ser feito com ou sem uso de drenos verticais. A pré-compressão também é chamada de pré-carregamento. O pré-carregamento tem sido usado em muitas obras de engenharia civil, como aterros de estradas, encontros de pontes e armazéns de bueiros, paredes de cais por gravidade, pistas, tanques de armazenamento, etc.

O custo envolvido é comparativamente menor.
O material de enchimento após a conclusão do pré-carregamento pode ser usado como material de enchimento para o próximo projeto ou preparação do local.
Equipamentos de construção simples e convencionais são suficientes para trabalhos de pré-carga.
O custo dos instrumentos de monitorização é barato.
Ele fornece propriedades melhoradas e uniformes do solo.

Drenos verticais

As técnicas de pré-carga são provavelmente ineficientes quando utilizadas isoladamente em solos com argilas moles muito espessas e com baixa permeabilidade. Porque é necessário muito tempo para uma compressão significativa. O comprimento do caminho de drenagem deve ser curto, pois o caminho de drenagem controla o tempo de consolidação. Melhorias radiais no tempo de pré-carga podem ser afetadas pela instalação de drenos verticais para encurtar o caminho de drenagem sob o qual a argila se consolidará.

Drenos verticais são colunas contínuas de material permeável como areia ou material fibroso instaladas em solo argiloso. Os drenos fornecem o caminho para a água dos poros escapar do solo em consolidação. Existem dois tipos de drenos verticais. Drenos de areia e drenos pré-fabricados. Os drenos são instalados por

Hidrojateamento de alta pressão
Deslocamento do solo natural
Lavar chato

Métodos de vibração

Os métodos de vibração são usados em qualquer técnica de melhoria do solo que possa causar deformação e deslocamento, resultando em densificação. Solos sem coesão são densificados em grande parte pela fratura e reorientação dos grãos. As forças estáticas não são eficazes neste processo. Diferentes tipos de métodos de vibração são vibrocompactação, compactação por vibrodeslocamento, vibroflotação, etc.

O método de vibrocompactação é efetivamente utilizado na densificação de solos saturados e sem coesão. Neste método, vibrações ou ondas de choque são dadas em depósitos de solo solto que causam liquefação espontânea localizada seguida de densificação e assentamento. A carga devido ao choque é temporariamente transferida para o líquido e então as partículas do solo assumem um padrão muito mais denso. A nova densidade e compacidade alcançada por este processo é permanente e irreversível.

No método de compactação por vibrodeslocamento, as vibrações são complementadas pelo deslocamento ativo do solo e pelo preenchimento das zonas de onde o solo foi deslocado.

A vibroflotação é uma técnica eficiente para densificar solos sem coesão com vibração e saturação simultâneas. O equipamento de vibroflotação compreende uma sonda vibroflot, acompanhando fonte de alimentação, bomba d'água, guindaste e carregador frontal.

Colunas de pedra

Também é chamada de pilha granular. Colunas de pedra são instaladas principalmente por técnicas de vibração. Um furo vertical cilíndrico é feito primeiro e o aterro de cascalho é colocado no furo em incrementos e compactado radialmente. Isto resulta em uma coluna de pedra densamente compactada com uma certa profundidade e diâmetro. Colunas de pedra podem ser dispostas para suportar sapatas isoladas, sapatas em faixa ou fundações em esteira. Toda a área da fundação deve ser coberta com uma manta de areia ou cascalho de pelo menos 0,3 metros. Ajuda a distribuir as cargas de maneira uniforme e a facilitar o escoamento da água conduzida do solo mole através de colunas que funcionam como drenos verticais e também como elementos de reforço.

Rejuntamento e injeção

É um processo de melhoria do solo que é obtido pela injeção de material semelhante a um fluido na subsuperfície do solo ou rocha. O rejuntamento é valioso nos trabalhos de fundação antes da construção, durante a construção e após a construção. Antes da construção, o grauteamento é usado para controlar problemas de água, preencher vazios, controlar recalques e aumentar a capacidade de suporte do solo. Durante a construção, o grauteamento é usado para controlar o fluxo das águas subterrâneas para estabilizar a areia solta contra a liquefação, para fornecer suporte lateral adequado e após a construção, é usado para reduzir as vibrações da fundação da máquina e para eliminar novas infiltrações.

Existem três tipos de rejuntamento. No grauteamento de permeação ou penetração, onde o graute flui livremente com efeito mínimo nos vazios do solo ou nas costuras rochosas. Na compactação ou deslocamento controlado, a argamassa permanece mais ou menos intacta como massa e exerce pressão sobre o solo ou rocha. No fraturamento hidráulico, o rejunte penetra rapidamente em uma zona fraturada que é criada quando a pressão do rejunte é maior que a resistência à tração do solo ou rocha que está sendo rejuntada.

Todos os tipos de argamassa são usados, incluindo cimento, cimento e areia, cimento-argila, cimento-escória, cimento resinoso de gesso, argilas, asfalto, cinza combustível pulverizada (PFA) e um grande número de produtos químicos coloidais e de baixa viscosidade.

Geossintéticos

Geossintéticos são tecidos artificiais utilizados em conjugação com solo ou rocha como parte integrante. Dois tipos principais de geossintéticos são geotêxteis e geomembranas. O geotêxtil é um tecido permeável, enquanto a geomembrana é impermeável. As funções dos geossintéticos são separação, transmissão de fluidos, reforço, filtração, contenção e barreira. Os geossintéticos podem ser subdivididos nos seguintes grupos, a saber, tecidos, não tecidos, malha, biodegradáveis, redes e grades, esteiras tridimensionais, compósitos e membranas.

Os geossintéticos também são usados como filtros em obras de proteção de margens de rios, bueiros a jusante e em obras de proteção de leitos ao longo de canais.