Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Centro de Tecnologia e Ciências
Faculdade de Engenharia
Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur Antunes
Comportamento dos aterros que compõem a obra do Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro
Rio de Janeiro
2012
Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur Antunes
Comportamento dos aterros que compõem a obra do
Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
Dissertação
apresentada
como
requisito parcial para obtenção do título
de Mestre, ao Programa de PósGraduação em Engenharia Civil, da
Universidade do Estado do Rio de
Janeiro.
Área
de
concentração:
Geotecnia.
Orientadores: Prof.ª Dr.ª Ana Cristina Castro Fontenla Sieira
Prof. Dr. Rogério Luiz Feijó
Rio de Janeiro
2012
CATALOGAÇÃO NA FONTE
UERJ / REDE SIRIUS / BIBLIOTECA CTC/B
A636
Antunes, Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur.
Comportamento dos aterros que compõem a obra do Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro / Caroline Sidrim Gomes Leite
Mansur Antunes. – 2012.
158f.
Orientadores: Ana Cristina Castro Fontenla Sieira; Rogério
Luiz Feijó.
Dissertação (Mestrado) – Universidade do Estado do Rio de
Janeiro, Faculdade de Engenharia.
1. Engenharia Civil. 2. Aterros - Dissertação. I. Sieira, Ana
Cristina Castro Fontenla. II. Feijó, Rogério Luiz. III. Universidade
do Estado do Rio. III. Título.
CDU 624.13
Autorizo, apenas para fins acadêmicos e científicos, a reprodução total ou parcial
desta tese, desde que citada a fonte.
Assinatura
Data
Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur Antunes
Comportamento dos aterros que compõem a obra do
Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
Dissertação
apresentada
como
requisito parcial para obtenção do título
de Mestre, ao Programa de PósGraduação em Engenharia Civil, da
Universidade do Estado do Rio de
Janeiro.
Área
de
concentração:
Geotecnia.
Aprovado em: 06 de Junho de 2012.
Banca Examinadora:
_______________________________________________________
Prof.ª Dr.ª Ana Cristina Castro Fontenla Sieira (Orientadora)
Faculdade de Engenharia – UERJ
_______________________________________________________
Prof. Dr. Rogério Luiz Feijó (Orientador)
Faculdade de Engenharia – UERJ
_______________________________________________________
Prof. Dr. André Pereira Lima
Faculdade de Engenharia – UERJ
_______________________________________________________
Profa. Dra. Anna Laura Lopes da Silva Nunes
Universidade Federal do Rio de Janeiro – COPPE - UFRJ
Rio de Janeiro
2012
À Deus, que sempre me dá fé para prosseguir e ultrapassar
obstáculos. À minha família, pelo amor, carinho e apoio contínuo.
AGRADECIMENTOS
Aos meus orientadores, Prof.ª Doutora Ana Cristina Castro F. Sieira e Prof.
Doutor Rogério L. Feijó, pela excelente orientação, pela amizade, pelo auxílio
oferecido em todos os momentos, me apresentando novos caminhos e me
conduzindo nesta jornada constante que é o aprendizado da engenharia geotécnica.
Aos professores do PGECIV-UERJ, pela atenção dedicada e pelos
ensinamentos sólidos fornecidos durante o mestrado.
Aos meus colegas de mestrado, pela amizade demonstrada ao longo do
tempo, companheirismo e horas de estudo na UERJ.
Aos funcionários do PGECIV – UERJ (Shirlei B. do Canto e Helena Moreira),
do LABBAS – UERJ e do LMS – UERJ, pelo apoio e amizade.
À UERJ, universidade querida, que tanto contribuiu na minha formação
acadêmica e profissional, desde os tempos da graduação.
À minha família, que tanto amo, pela compreensão e apoio em todos os
momentos.
A todos aqueles, que embora não citados nominalmente, contribuíram direta e
indiretamente para a execução deste trabalho.
À Portaria Conjunta DER-RJ/UERJ Nº01 de 01 de Maio de 2010, que
propiciou o desenvolvimento do presente estudo.
À CAPES pelo apoio financeiro.
“Eis o meu segredo. É muito simples: só se vê bem com o coração. O
essencial é invisível aos olhos."
O Pequeno Príncipe - Antoine de Saint-Exupéry
RESUMO
ANTUNES, Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur. Comportamento dos aterros que
compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro. 2011. 158f. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Civil) – Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado
do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2012.
O presente trabalho tem como objetivo a análise do comportamento dos
aterros instrumentados que compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro. Os resultados da instrumentação de campo serão discutidos e
retroanalisados, juntamente com dados disponíveis na literatura, buscando-se a
definição de parâmetros confiáveis, representativos do comportamento da argila
compressível da região em estudo. O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro é uma
rodovia projetada que servirá como ligação entre as 5 principais rodovias que cortam
o município do Rio de Janeiro. Dada a magnitude da obra e a ocorrência de
significativas espessuras de solos moles em alguns trechos da região, determinados
aterros que compõem a rodovia foram instrumentados com placas de recalque e
inclinômetros, instalados em diferentes estações de monitoramento, no intuito de
avaliar os deslocamentos verticais e horizontais dos aterros durante o processo
construtivo. De posse de parâmetros confiáveis, procede-se à simulação numérica
do processo construtivo de um dos aterros, a partir do programa PLAXIS, de
elementos finitos. Os resultados numéricos são confrontados com a instrumentação
de campo (fornecida por placas de recalque) e com os resultados de previsões
teóricas (teoria de adensamento unidimensional). Em projetos de aterros sobre solos
compressíveis, a instrumentação geotécnica é de grande importância, pois permite
acompanhar o desenvolvimento de todo o processo construtivo, e as deformações
decorrentes da sobrecarga imposta pelo lançamento de camadas de aterro. A
imposição de um carregamento sobre solos de alta compressibilidade e baixa
resistência pode acarretar em grandes deformações ao longo do tempo, além de
rupturas indesejáveis do solo de fundação. Os resultados comprovaram que a
modelagem numérica mostrou-se uma ferramenta adequada para a previsão dos
recalques totais e tempos de adensamento. A definição de parâmetros
representativos, com base em ensaios executados em amostras de boa qualidade, é
o primeiro passo para a previsão coerente da evolução dos recalques com o tempo.
A retroanálise do comportamento de aterros sobre solos moles permite a reavaliação
das premissas de projeto, uma vez que as limitações das teorias de análise e a
dificuldade na seleção de parâmetros, muitas vezes acarretam em estimativas de
recalque incoerentes com as observações de campo.
Palavras-chave: Recalques por adensamento; Aterro sobre solos compressíveis;
Simulação numérica.
ABSTRACT
The present work aims to analyze instrumented embankments behavior that
composes the Rio de Janeiro’s Arco Metropolitano construction. Field instruments
results will be discussed and reanalyzed, altogether with data available in literature,
seeking to define reliable parameters, representative of the compressible clay
behavior into the studied area. The Rio de Janeiro’s Arco Metropolitano is a road
designed to work as a link between the five major highways that cross Rio de Janeiro
city. Given to the work’s magnitude and the occurrence of significant thickness of soft
soil in some parts of the region, some landfills that form the highway were
instrumented with inclinometers and settlement plates installed in different monitoring
stations in order to evaluate the vertical and horizontal landfill during the construction
process. Armed with reliable parameters, it will be carried out to the numerical
simulation of the construction process of a landfill, from the program PLAXIS, of finite
elements. The numerical results will be compared with field instrumentation (provided
by boards of repression) and the results of theoretical predictions (one-dimensional
consolidation theory). In projects of embankments on compressible soil, geotechnical
instrumentation is very important because it allows following the development of the
entire construction process and the deformations due to overload imposed by the
release of embankment layers. The imposition of a load on soils high compressibility
and low resistance can lead to large deformations over time and undesirable
disruptions in foundation soil. Concerning the numerical modeling, results proved to
be a suitable tool to total settlements and times of consolidation prediction. The
representative parameters definition, based on tests performed on good quality
samples, is the first step for predicting the development of coherent repression with
time. The reanalysis of the embankments’ behavior on soft soil permits the
revaluation of the premises of the project, since the theory limitations of analysis and
the difficulty in selecting parameters often leads to inconsistent estimates of
repression with field observations.
Keywords: Settlement; Consolidation; Embankment on soft soils; Numerical
simulation.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Traçado do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro ................................... 22
Figura 2 – Gráfico e versus log σ’v ............................................................................ 28
Figura 3 – Equipamento para a realização do Ensaio de Adensamento (Laboratório
de Mecânica dos Solos da UERJ, 2010) ................................................................... 35
Figura 4 – Desenho esquemático: Ensaio de Adensamento (Sousa Pinto, 2002) .... 35
Figura 5 – Esquema do Ensaio CRS (Moura, 2004) ................................................. 37
Figura 6 - Método de Asaoka (Ortigão, 1995). .......................................................... 44
Figura 7 – Gráfico do Método de Orleach ................................................................. 47
Figura 8 - Método de Casagrande (Souza Pinto, 2002) ............................................ 48
Figura 9 – Método de Pacheco e Silva (Adaptado de Pacheco, 2010) ..................... 49
Figura 10 – Efeito do amolgamento na curva mv versus σ’v (Correia e Lacerda, 1982
– Adaptado de Almeida et al., 2005) ......................................................................... 53
Figura 11 – Índice de vazios inicial (eo) em função da profundidade (Adaptado de
Marques et al., 2008) ................................................................................................ 55
Figura 12 – Índice de compressibilidade (Cc) em função da profundidade (Adaptado
de Marques et al., 2008) ........................................................................................... 55
Figura 13 – Coeficiente de adensamento vertical (cv) em função da profundidade
(Adaptado de Marques et al., 2008) .......................................................................... 56
Figura 14 – Variação de e0 em função da profundidade ........................................... 57
Figura 15 – Variação de Cc em função da profundidade ........................................... 58
Figura 16 – Variação de cv em função da profundidade............................................ 59
Figura 17 – Faixas de valores de coeficiente de adensamento vertical (cv) .............. 59
Figura 18 – Faixas de valores de CR (Adaptado de Lima, 2007) .............................. 60
Figura 19 – Traçado do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro (Adaptado de material
da Secretaria de Obras – Governo do Estado do Rio de Janeiro) ............................ 63
Figura 20 – Traçado do Segmento C – Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
.................................................................................................................................. 65
Figura 21 - Aterros com Remoção de Solos Moles (Projeto Arco Metropolitano do Rio
de Janeiro) ................................................................................................................ 67
Figura 22 - Aterros sobre Drenos, construídos em Etapas e Bermas (Projeto Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro) .............................................................................. 68
Figura 23 - Aterros Reforçados com Bermas (Projeto Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro) ..................................................................................................................... 69
Figura 24 – Bench Mark (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro) ..................................................................................................................... 71
Figura 25 – Inclinômetro (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro) ..................................................................................................................... 72
Figura 26 – Inclinômetro instalado no Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
.................................................................................................................................. 73
Figura 27 – Instalação de Inclinômetros - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro...... 74
Figura 28 – Placa de Recalque (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio
de Janeiro) ................................................................................................................ 75
Figura 29 – Placa de Recalque instalada no Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro ...................................................................................................................... 75
Figura 30 – Animais próximos à área das Placas de Recalque ................................ 76
Figura 31. Localização das Placas no Aterro 1 ......................................................... 78
Figura 32. Localização das Placas no Aterro 2 ......................................................... 79
Figura 33. Localização das Placas no Aterro 3 - Pista Esquerda .............................. 80
Figura 34. Localização das Placas no Aterro 3 - Pista Direita ................................... 81
Figura 35. Localização das Placas no Aterro 4 - Pista Esquerda .............................. 82
Figura 36. Localização das Placas no Aterro 4 - Pista Direita ................................... 83
Figura 37. Localização das Placas no Aterro 4A - Pista Esquerda ........................... 84
Figura 38. Localização das Placas no Aterro 4A - Pista Direita ................................ 85
Figura 39. Localização das Placas no Aterro 5 - Pista Esquerda .............................. 86
Figura 40. Localização das Placas no Aterro 5 - Pista Direita ................................... 87
Figura 41. Localização das Placas nos Aterros 6 e 6A - Pista Esquerda .................. 88
Figura 42. Localização das Placas nos Aterros 6 e 6A - Pista Direita ....................... 89
Figura 43. Localização das Placas no Aterro 6B - Pista Esquerda ........................... 90
Figura 44. Localização das Placas no Aterro 6B - Pista Direita ................................ 91
Figura 45. Localização das Placas no Aterro 6C - Pista Esquerda ........................... 92
Figura 46. Localização das Placas no Aterro 6C - Pista Direita ................................ 93
Figura 47. Localização das Placas no Aterro 7 - Pista Esquerda .............................. 94
Figura 48. Localização das Placas no Aterro 7 - Pista Direita ................................... 95
Figura 49 – Execução das atividades de terraplenagem e lançamento dos aterros –
Arco Metropolitano do Rio de Janeiro ....................................................................... 96
Figura 50 – Recalque e cota de aterro versus tempo:Placa de Recalque PRPD-11
................................................................................................................................ 113
Figura 51 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-29
................................................................................................................................ 113
Figura 52 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-49E
................................................................................................................................ 114
Figura 53 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-06
................................................................................................................................ 115
Figura 54 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-25
................................................................................................................................ 115
Figura 55 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-32
................................................................................................................................ 116
Figura 56 – Confronto entre os valores de CR obtidos por retroanálise e dados da
literatura .................................................................................................................. 118
Figura 57 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-21
................................................................................................................................ 119
Figura 58 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-49
................................................................................................................................ 120
Figura 59 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-50
................................................................................................................................ 121
Figura 60 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-28E
................................................................................................................................ 122
Figura 61 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-29E
................................................................................................................................ 123
Figura 62 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-18E
................................................................................................................................ 124
Figura 63 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-19E
................................................................................................................................ 124
Figura 64 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-20E
................................................................................................................................ 125
Figura 65 – Método gráfico de Asaoka para a placa de recalque PRPD-50 ........... 126
Figura 66 – Geometria adotada nas análises numéricas: Seção S1 – PRPD-21 .... 138
Figura 67 – Malha de Elementos Finitos Seção S1 – PRPD-21.............................. 139
Figura 68 – Simulação da sequência de carregamento: Seção S1 – PRPD-21 ...... 140
Figura 69 – Resultado das análises numéricas: Seção S1 – PRPD-21 .................. 141
Figura 70 – Dissipação dos excessos de poropressão, antes do lançamento da 2ª
camada de aterro: Seção S1 – PRPD-21 ................................................................ 143
Figura 71 – Distribuição dos excessos de poropressão e das tensões efetivas ao
longo do processo executivo: Seção S1 ................................................................. 144
Figura 72 – Geometria Adotada nas Análises Numéricas Seção S2 ...................... 145
Figura 73– Malha de Elementos Finitos Seção S2 – PRPE-19E ............................ 145
Figura 74 – Resultado das Análises Numéricas: Seção S2 .................................... 146
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Principais ensaios de campo e seus respectivos graus de aplicabilidade
(Lunne et al., 1997b – Adaptado de Schnaid, 2000) ................................................. 39
Tabela 2 – Classificação dos solos, de acordo com o índice de resistência à
penetração (NBR 7.250/1982)................................................................................... 42
Tabela 3 – Classificação da qualidade das amostras - Lunne et al. (1997a) ............ 51
Tabela 4 – Classificação da qualidade das amostras - Coutinho et al., 2001
(adaptado de Teixeira, 2011) .................................................................................... 51
Tabela 5 – Classificação da qualidade das amostras - Oliveira (2002) ..................... 52
Tabela 6 - Valores de permeabilidade reportados na literatura e definidos no projeto
.................................................................................................................................. 60
Tabela 7. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 1 ....................................... 99
Tabela 8. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 2 ....................................... 99
Tabela 9. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 3 ..................................... 101
Tabela 10. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 4 ................................... 102
Tabela 11. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 4A ................................ 103
Tabela 12. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 5 ................................... 104
Tabela 13. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6 ................................... 105
Tabela 14. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6A ................................ 106
Tabela 15. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6B ................................ 106
Tabela 16. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6C ................................ 107
Tabela 17. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 7 ................................... 108
Tabela 18 – Seções analisadas no presente estudo com as respectivas placas de
recalque .................................................................................................................. 109
Tabela 19 – Valores dos recalques finais de campo: registros da instrumentação
versus Método de Asaoka (1978)............................................................................ 111
Tabela 20 - Obtenção de CR a partir de retroanálises em trechos com a presença de
geodrenos ............................................................................................................... 117
Tabela 21 – Coeficiente de Adensamento (cv) ........................................................ 126
Tabela 22 – Resultado dos Ensaios de Adensamento de Projeto: Lote 1............... 133
Tabela 23 – Valores de OCR: Ensaios de Adensamento de Projeto do Lote 1....... 134
Tabela 24 - Qualidade das Amostras de Projeto - Lote 1 ........................................ 134
Tabela 25 – Parâmetros de Projeto: Lote 1 ............................................................ 136
Tabela 26 - Parâmetros Geotécnicos Representativos da Argila Mole da Região .. 137
Tabela 27 – Sequência de carregamento: Seção S1 .............................................. 139
Tabela 28 – Recalques totais: Seção S1 ................................................................ 142
Tabela 29 – Sequência de carregamento: Seção S2 .............................................. 145
Tabela 30 – Recalques totais: Seção S2 ................................................................ 147
Tabela 31 - Parâmetros de Compressibilidade da Argila Mole Definidos no Projeto
................................................................................................................................ 148
Tabela 32 – Recalques previstos com os parâmetros de projeto ............................ 148
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CPMT
Cone-Pressiômetro
CPT
Cone Penetration Test / Ensaio de Cone
CPTU
Cone Penetration Test, com medição da pressão neutra / Ensaio
de Piezocone
CRS
Constant Rate of Strain / Ensaio de Velocidade Constante de
Deformação
DER-RJ
Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Rio de
Janeiro
DMT
DilatoMeter Test / Ensaio Dilatométrico
DNER
Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT
Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes
E.U.A.
Estados Unidos da América
FEN
Faculdade de Engenharia
FUNDERJ
Fundação Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do
Rio de Janeiro
IN
Inclinômetro
INPD
Inclinômetro da Pista Direita
INPE
Inclinômetro da Pista Esquerda
IPR
Instituto de Pesquisas Rodoviárias
LMS – UERJ
Laboratório de Mecânica dos Solos - Universidade do Estado do
Rio de Janeiro
MEF
Método dos Elementos Finitos
NA
Normalmente Adensado
NBR
Norma Brasileira
PA
Pré-Adensado
PAC
Programa de Aceleração do Crescimento
PBP
Ensaio Pressiométrico em Pré-furo
PGECIV–UERJ
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil – Universidade
do Estado do Rio de Janeiro
PR
Placa de Recalque
PRPD
Placa de Recalque da Pista Direita
PRPE
Placa de Recalque da Pista Esquerda
PVC
Policloreto de Vinil
RJ
Rio de Janeiro
SBP
Pressiômetro Auto-Perfurante
SCPT
Ensaio de Cone Sísmico
SCPTU
Ensaio de Piezocone Sísmico
SPT
Standard Penetration Test
UERJ
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
UFPE
Universidade Federal de Pernambuco
LISTA DE SÍMBOLOS
av
Coeficiente de compressibilidade
c’
Intercepto da envoltória de resistência do gráfico τ versus σ
Cc
Índice de compressão (índice de compressibilidade)
Cr
Índice de recompressão
Cs
Índice de expansão
Cα
Coeficiente de compressão secundária
CR
Razão / Relação de Compressão
ch
Coeficiente de adensamento horizontal
cv
Coeficiente de adensamento vertical / Coeficiente de consolidação
de
Diâmetro de influência do dreno
Dr
Densidade relativa
dw
Diâmetro do dreno
e
Índice de vazios
eo
Índice de vazios inicial ou de campo
eσ’vo
Índice de vazios correspondente ao nível de tensão efetiva vertical inicial
E
Módulo de deformabilidade dos solos
fs
Atrito lateral
G
Módulo de cisalhamento
Gs
Densidade específica das argilas
Hd
Espessura da camada de argila, de acordo com o nº de faces drenantes/
distância máxima de drenagem
Ho
Espessura inicial da camada de solo compressível
k
Coeficiente de permeabilidade
ko
Coeficiente de empuxo lateral no repouso
mv
Coeficiente de variação volumétrica
N60
Fator que corresponde ao número de golpes de padrão americano, com
energia liberada na ordem de 60% da energia teórica
NSPT
Fator que corresponde ao número de golpes, no ensaio SPT
n
Razão entre o diâmetro de influência do dreno (de) e o diâmetro do dreno
(dw)
OCR
Over consolidation ratio / Razão de sobre-adensamento
P
Carga aplicada
qc
Resistência de ponta
Rf
Razão de Atrito
RPA
Razão de pré-adensamento
Su
Resistência ao cisalhamento não-drenada indeformada
t
Tempo
tf
Tempo final
tp
Tempo relativo ao final do adensamento primário
ti
Tempo inicial
ti-1
Tempo anterior
t1
Tempo relativo a leitura de lnu1
t2
Tempo relativo a leitura de lnu2
u
Poropressão
ub
Poropressão na base
wo
Umidade inicial
z
Distância vertical / profundidade
α1
Inclinação da reta, em ln (u) versus tempo
β1
Inclinação da reta de Asaoka
∆e
Diferença entre o índice de vazios inicial da amostra (eo) e o índice de
vazios correspondente ao nível de tensão efetiva vertical de campo(eσ’vo)
∆h
Variação de altura
∆P
Variação de cargas
∆t
Intervalo de tempo
∆u
Excesso / Variação de poropressão
ε
Deformação
εv
Deformação vertical
εvo
Deformação axial no nível de tensão inicial de campo
φ’
Ângulo de atrito efetivo
γ
Peso específico
γsat
Peso específico saturado
ρ
Recalque
ρasaoka
Recalque final, pelo método de Asaoka
ρi
Valores de recalque, nos tempos ti
ρi-1
Valores de recalque, nos tempos ti-1
ρreal
Recalque final real de campo
σ
Tensão
σh
Tensão total horizontal
σv
Tensão total vertical
σ’v
Tensão efetiva vertical
σ’vf
Tensão efetiva vertical final
σ’vm
Tensão efetiva de pré-adensamento
σ’vo
Tensão efetiva vertical inicial ou de campo
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ............................................................................................. 22
1
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................ 26
1.1
Compressibilidade, Adensamento e Recalque dos Solos ...................... 26
1.1.1
Compressibilidade – Aspectos Gerais .......................................................... 26
1.1.2
História de Tensões no Solo......................................................................... 27
1.1.3
Adensamento e Recalque ............................................................................ 29
1.1.3.1 Teoria do Adensamento Unidimensional de Terzaghi (1943) ....................... 30
1.1.3.2 Categorias de Recalque (Inicial, Primário e Secundário) ............................. 31
1.1.4
Ensaios de Laboratório para a Determinação dos Parâmetros de
Compressibilidade dos Solos ....................................................................... 33
1.1.4.1 Ensaio de Adensamento Unidimensional (Convencional ou Ensaio de
Compressão Edométrica) ............................................................................. 34
1.1.4.2 Ensaio de Adensamento com Velocidade de Deformação Constante
(CRS) ......................................................................................................... 36
1.1.5
Ensaios de Campo ....................................................................................... 38
1.1.5.1 Ensaios de Cone (CPT) ................................................................................ 39
1.1.5.2 Ensaios de Piezocone (CPTU) ..................................................................... 40
1.1.5.3 Ensaio SPT (Standard Penetration Test)...................................................... 41
1.2
Métodos Gráficos ....................................................................................... 43
1.2.1
Método de Asaoka (1978) ............................................................................ 43
1.2.2
Método de Orleach (1983) ............................................................................ 46
1.2.3
Método de Casagrande ................................................................................ 48
1.2.4
Método de Pacheco e Silva .......................................................................... 49
1.3
Influência da Qualidade das Amostras ..................................................... 49
1.3.1
Lunne et al. (1997a)...................................................................................... 50
1.3.2
Coutinho et al (2001) .................................................................................... 51
1.3.3
Oliveira (2002) .............................................................................................. 52
1.3.4
Correia e Lacerda (1982).............................................................................. 52
1.4
Estudo dos Parâmetros Geotécnicos de Solos Compressíveis na
Baixada Fluminense ................................................................................... 53
1.5
Considerações Finais................................................................................. 61
2
ARCO METROPOLITANO DO RIO DE JANEIRO – CARACTERIZAÇÃO
DOS ASPECTOS DE INTERESSE DA ÁREA EM ESTUDO ...................... 62
2.1
Caracterização e Delimitação da Área de Estudo .................................... 62
2.1.1
Considerações Gerais .................................................................................. 62
2.1.2
Localização do Segmento em Estudo .......................................................... 65
2.2
Concepções do Projeto Geotécnico para os Trechos Instrumentados
com a Presença de Solos Compressíveis ................................................ 66
2.3
Instrumentação de Campo - Definições ................................................... 69
2.4
Aterros Instrumentados ............................................................................. 77
2.5
Considerações Finais................................................................................. 96
3
AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS DA INSTRUMENTAÇÃO DE CAMPO . 97
3.1
Análise Global dos Aterros Instrumentados ............................................ 97
3.2
Definição das Seções Representativas do Estudo ................................ 109
3.3
Previsão dos Recalques Finais para as Seções Representativas do
Estudo: Método de Asaoka (1978) .......................................................... 110
3.4
Análise das Seções Representativas Inseridas em Trechos com a
Presença de Geodrenos ........................................................................... 111
3.4.1
Discussão dos Resultados da Instrumentação de Campo: Seções com
Geodrenos .................................................................................................. 112
3.4.2
Retroanálise dos Recalques Finais de Campo para a Obtenção de CR .... 116
3.5
Análise das Seções Representativas Inseridas em Trechos sem a
Presença de Geodrenos ........................................................................... 118
3.5.1
Discussão dos Resultados da Instrumentação de Campo: Seções sem
Geodrenos .................................................................................................. 119
3.5.2
Determinação de cv pelo Método de Asaoka .............................................. 125
3.6
Considerações Finais............................................................................... 127
4
ANÁLISE NUMÉRICA DOS ATERROS INSTRUMENTADOS .................. 128
4.1
Programa PLAXIS ..................................................................................... 128
4.2
Modelos Constitutivos ............................................................................. 130
4.3
Parâmetros Representativos ................................................................... 132
4.3.1
Avaliação da Qualidade das Amostras utilizadas nos Ensaios de Projeto . 132
4.3.2
Seleção dos Parâmetros Geotécnicos para a Região do Empreendimento
.................................................................................................................... 135
4.4
Confronto entre as Previsões Analíticas e Numéricas.......................... 137
4.4.1
Seção S1 .................................................................................................... 138
4.4.2
Seção S2 .................................................................................................... 144
4.4.3
Discussão entre os Parâmetros Adotados no Projeto Executivo e os
Parâmetros Reavaliados ............................................................................ 147
5
CONCLUSÕES E SUGESTÕES ................................................................ 149
5.1
Conclusões ............................................................................................... 149
5.2
Recomendações para Trabalhos Futuros .............................................. 150
REFERÊNCIAS .......................................................................................... 151
22
INTRODUÇÃO
O desenvolvimento desta pesquisa foi subsidiado pela Portaria Conjunta
DER-RJ/UERJ Nº01 de 01 de Maio de 2010, que estabelece um convênio entre a
Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) e o Departamento de Estradas e
Rodagens (DER-RJ).
O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro consiste em uma rodovia de
aproximadamente 145 km de extensão (Figura 1), que interligará oito municípios do
Estado do Rio de Janeiro, sendo uma das principais obras do Programa de
Aceleração do Crescimento (PAC) e a principal obra do Estado nas últimas décadas.
Figura 1 – Traçado do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
Este empreendimento se encontra em fase de execução e permitirá a
desobstrução do tráfego das principiais vias e rodovias do Estado, aumentando a
acessibilidade ao Porto de Itaguaí, além de possibilitar o desenvolvimento de regiões
que ainda possuem economia pouco expressiva.
A obra foi dividida em 4 lotes e está sendo executada por um Consórcio que
envolve oito Construtoras: Odebrecht, Andrade Gutierrez, Carioca, Queiroz Galvão,
23
OAS, Camargo Corrêa, Delta e Oriente. As atividades envolvidas compõem, em
linhas gerais, drenagem, terraplanagem, obras de arte especiais e correntes.
O traçado da rodovia em estudo corta diversos trechos com relevante
presença de camadas de solos compressíveis (argila orgânica mole). A construção
em terrenos constituídos de solos compressíveis e com baixa resistência apresenta
uma série de dificuldades no que tange à previsão da magnitude dos recalques. A
construção em regiões com a presença de solos muito moles requer uma boa
infraestrutura e a utilização de técnicas adequadas. Sendo assim, torna-se
imprescindível o constante monitoramento dos aterros, com o auxílio de
instrumentos (placas de recalque, inclinômetros, entre outros), de forma a
acompanhar a evolução gradual dos deslocamentos verticais e horizontais dos
maciços durante o período construtivo.
Ressalta-se que, na previsão dos recalques por adensamento de solos
compressíveis são utilizadas formulações analíticas, com hipóteses simplificadoras,
que são dependentes da qualidade dos parâmetros geotécnicos adotados. Desta
forma, a qualidade das amostras é fator fundamental na obtenção de parâmetros
geotécnicos representativos das condições in situ.
Objetivos
O presente trabalho contempla a análise do comportamento dos aterros
instrumentados que compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro,
visando a avaliação da magnitude dos recalques obtidos durante o processo de
lançamento das camadas dos aterros, bem como a verificação dos parâmetros e
premissas de projeto.
Metodologia e Estrutura da Dissertação
A metodologia utilizada na concepção desta dissertação foi baseada em
dados de projeto, coleta de informações de campo e pesquisas realizadas na região
do empreendimento. Inicialmente, foram realizadas diversas visitas técnicas aos
24
aterros
instrumentados,
canteiros,
laboratórios
e
aos
demais
setores
do
empreendimento, permitindo uma maior integração com o cotidiano das atividades
desenvolvidas na obra. Em seguida, foi delimitada a área de estudo, tendo como
foco os aterros localizados em região com grande incidência de solos compressíveis.
A partir do acompanhamento das leituras da instrumentação geotécnica,
contidas nos Relatórios Mensais (Junho de 2010 a Novembro de 2011) fornecidos
pelo Consórcio executor das obras, foi possível realizar o estudo dos recalques reais
de campo.
A reprodução da sequência construtiva dos aterros foi realizada com o auxílio
de um programa computacional de elementos finitos (PLAXIS). Os resultados
numéricos obtidos foram confrontados com as leituras da instrumentação de campo
e com as previsões teóricas.
Os parâmetros geotécnicos dos solos compressíveis foram definidos a partir
da avaliação dos ensaios edométricos de projeto, executados em amostras extraídas
em campo. Tais parâmetros foram reavaliados, levando em consideração a análise
da qualidade das amostras e as faixas de valores pesquisadas por diversos autores
para a região em estudo.
A presente Dissertação foi organizada em 5 capítulos.
O capítulo 1 aborda a revisão bibliográfica com a finalidade de inserir os
conhecimentos teóricos, subsidiando o estudo em questão. Foram comentados
aspectos relativos à compressibilidade, adensamento e recalques. Também foi
abordada a questão da qualidade das amostras, e dos parâmetros geotécnicos
pesquisados para a região na qual se inserem os aterros instrumentados.
O capítulo 2 disserta a respeito dos aterros instrumentados da obra do Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro, contextualizando o empreendimento, delimitando o
foco dos estudos e aspectos referentes à instrumentação geotécnica.
O capítulo 3 aborda a análise do comportamento dos aterros instrumentados
da obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro, introduzindo o estudo dos
recalques. Adicionalmente, foi feita a obtenção do coeficiente de adensamento (cv) e
a estimativa da magnitude dos recalques finais através do Método de Asaoka (1978).
Estes recalques estimados foram confrontados com os recalques reais finais
registrados em campo. Ainda neste capítulo, discute-se a obtenção de valores para
o parâmetro Razão de Compressão (CR), a partir de retroanálises realizadas com o
registro das placas de recalque situadas nos trechos instrumentados mais
25
representativos da região em estudo e que apresentaram recalques de magnitude
expressiva.
O capítulo 4 contempla o uso do software PLAXIS na reprodução do processo
construtivo e no confronto com a realidade de campo e com as previsões teóricas.
Este capítulo também trata da análise e definição dos parâmetros geotécnicos das
argilas moles, através de comparações com os valores anteriormente estudados e
obtidos por demais autores para a área em estudo. Também foi realizada a
verificação da qualidade das amostras de projeto.
O capítulo 5 apresenta as conclusões do estudo e as recomendações para
pesquisas futuras.
22020
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
No presente capítulo, serão abordados os principais aspectos envolvidos nos
fenômenos de compressibilidade; adensamento e recalque dos solos; ensaios de
campo e laboratoriais; estudo de parâmetros geotécnicos da literatura para a região
da obra do Arco Metropolitano, além de abordar alguns critérios de avaliação da
qualidade das amostras.
1.1 Compressibilidade, Adensamento e Recalque dos Solos
1.1.1 Compressibilidade – Aspectos Gerais
Para que ocorra uma variação de volume ao se aplicar um carregamento a
uma massa de solos, deve ocorrer ao menos um dos seguintes efeitos:
a)
Compressão dos grãos sólidos do solo;
b)
Compressão da água e do ar dos poros da massa de solo;
c)
Expulsão da água e do ar dos poros do solo.
Considerando-se os grãos e a água como incompressíveis em relação à
compressibilidade do arcabouço sólido, o que é aceitável para as solicitações
impostas ao solo em termos de Engenharia e, ainda, que este seja saturado, a
variação de volume deve-se exclusivamente à expulsão da água dos vazios do solo.
O princípio das tensões efetivas enuncia que:
1)
As tensões em qualquer ponto de uma massa de solo podem ser computadas
a partir das tensões principais σ1, σ2 e σ3 que agem neste ponto. Se os vazios do
solo estiverem preenchidos por água sob uma pressão u, as tensões totais
consistem em duas parcelas. Uma parcela u que age na água e nos grãos sólidos
em todas as direções com igual intensidade. Esta parcela é denominada
27
poropressão. A outra parcela é suportada apenas pelo esqueleto sólido do solo e é
chamada de tensão efetiva.
Assim, Terzaghi escreveu a equação fundamental que expressa o valor da
tensão efetiva (σ'):
σ' = σ - u
(1)
Onde: σ = tensão total;
u = poropressão;
σ' = tensão efetiva.
A segunda parte do princípio das tensões efetivas descreve a sua
importância.
2)
Todos os efeitos mensuráveis devidos a uma variação do estado de tensões,
tais como compressão, distorção e variação na resistência ao cisalhamento são
exclusivamente devidos às variações no estado de tensões efetivas.
Deste modo, de acordo com o princípio das tensões efetivas, sempre que
houver uma variação de volume em uma massa de solo, esta é consequência da
variação do estado de tensões efetivas. Entretanto, vale a pena ressaltar que a
recíproca não é verdadeira, isto é, pode ocorrer uma variação no estado de tensões
efetivas sem variação de volume. É o que ocorre nos carregamentos não drenados.
Desta forma, pode-se definir compressibilidade, de maneira genérica, como sendo a
relação entre a deformação volumétrica específica (εv) e a variação do estado de
tensões efetivas. Assim, a compressibilidade é função da rigidez do esqueleto sólido
e do caminho de tensões que liga os estados de tensões inicial e final.
1.1.2 História de Tensões no Solo
Os solos podem ter sofrido diversas alterações em seu estado de tensões ao
longo de sua história. Analisando-se a curva e versus log σ’v é possível observar as
mudanças de comportamento dos solos (Figura 2).
28
O trecho inicial da curva mostra o processo de recompressão do solo, ou seja,
o solo nesta fase sofre menor compressibilidade. Em seguida, observa-se um trecho
que apresenta valores de tensão efetiva maiores do que os máximos valores aos
quais este solo já foi, anteriormente, submetido. O limite entre estes dois trechos
corresponde à tensão efetiva de pré-adensamento (σ’vm), que é a máxima tensão
efetiva ao qual o solo já foi submetido em toda sua história.
Figura 2 – Gráfico e versus log σ’v
A tensão efetiva de pré-adensamento (σ’vm) é um fator importante e seu valor
tem bastante influência na estimativa de recalques em depósitos moderadamente
pré-adensados. A partir da análise da Figura 2, relacionando a tensão efetiva de préadensamento (σ’vm) com a tensão efetiva vertical de campo (σ’vo), pode-se obter as
seguintes conclusões:
• σ`vm = σ`vo
Significa que o solo nunca foi submetido a uma tensão efetiva vertical maior
que a tensão efetiva vertical de campo atual. Sendo assim, este solo é denominado
normalmente adensado e possui uma razão de pré-adensamento (RPA) igual a 1,0
(um). A razão RPA é usualmente chamada de OCR (over consolidation ratio).
A razão de pré-adensamento (RPA) é definida pela fórmula a seguir:
29
RPA =
σ `vm
σ `vo
(2)
• σ`vm > σ`vo
Significa que o solo, no passado, já foi submetido a uma tensão efetiva
vertical maior que a tensão efetiva vertical atual. Sendo assim, este solo é
denominado pré-adensado e possui uma razão de pré-adensamento (RPA) maior do
que 1,0 (um).
Para que um maciço de solo seja considerado pré-adensado, ele pode ter
sofrido uma remoção da sobrecarga superficial, um processo de erosão (natural ou
pela ação do homem), variações no estado de poropressões, bombeamento,
ressecamento
superficial,
fenômenos
diversos
como
fluência,
compressão
secundária, precipitações de agente cimentantes, entre outros.
1.1.3 Adensamento e Recalque
No instante da aplicação de um acréscimo de tensão a uma massa de solo
saturado, em vista da baixa compressibilidade da água relativamente à
compressibilidade do esqueleto sólido, todo esse acréscimo é suportado pela água
presente nos vazios, gerando um excesso de poropressão, desde que não haja
drenagem. No instante posterior, desde que haja drenagem, a água dos poros
começa a ser expulsa devido ao gradiente hidráulico que se estabelece e o excesso
de poropressão diminui progressivamente. Ocorre, então, uma transferência
progressiva da tensão aplicada para a estrutura do solo.
O adensamento é o processo lento e gradual de variação de volume
associado à expulsão de água dos poros do solo, após a imposição de determinado
acréscimo de tensão. Este processo está, portanto, relacionado com a facilidade
com a qual a água é capaz de drenar através do solo, sendo particularmente
importante em solos finos.
30
1.1.3.1 Teoria do Adensamento Unidimensional de Terzaghi (1943)
A Teoria do Adensamento foi desenvolvida por Terzaghi (1943) a fim de
estudar o processo de adensamento dos solos, e a transferência gradual de
esforços da água (poropressão) para o arcabouço sólido. Esta teoria clássica se
baseia nas seguintes hipóteses:
•
O solo é saturado;
•
O solo é homogêneo;
•
A compressão é unidimensional (vertical);
•
O fluxo d’água é unidirecional (vertical);
•
É válida a Lei de Darcy;
•
A compressibilidade dos grãos e da água é desprezível em relação à
compressibilidade do arcabouço sólido;
•
As propriedades do solo não variam no processo de adensamento;
•
As deformações são infinitesimais;
•
A variação do índice de vazios com o aumento da tensão efetiva é linear.
A transferência de esforços da água para a parte sólida se dá através da
dissipação dos excessos de poropressão, pela expulsão da água dos vazios do solo.
Sendo assim, ressalta-se a utilização das equações de fluxo, de continuidade e da
lei de Darcy, para a dedução da Equação de Adensamento de Terzaghi.
A Equação de Adensamento de Terzaghi, para carregamento variando no
tempo, é dada por:
∂2∆u ∂∆u ∂σv
cv ⋅ 2 =
−
∂z
∂t
∂t
Sendo:
cv = coeficiente de adensamento vertical;
∆u = excesso de poropressão;
t = tempo;
z = distância vertical entre um ponto e a superfície de aplicação do carregamento;
σv = tensão vertical.
(3)
31
A Equação de Adensamento de Terzaghi, para carregamento instantâneo, é
dada por:
cv ⋅
∂2∆u ∂∆u
=
∂z2
∂t
(4)
O coeficiente de adensamento vertical reflete as características do solo, como
as propriedades de permeabilidade e compressibilidade. A velocidade do processo
de transferência de tensões entre a água (poropressão) e o arcabouço sólido
(tensão efetiva) é diretamente afetada pelo valor de cv.
1.1.3.2 Categorias de Recalque (Inicial, Primário e Secundário)
O recalque dos solos devido à aplicação de carregamentos pode ser dividido
em três etapas:
1)
Recalque imediato (recalque elástico ou recalque inicial)
O recalque inicial possui suas formulações fundamentadas na teoria da
elasticidade, para a determinação das deformações. Ele ocorre imediatamente após
a aplicação do carregamento, através da deformação elástica dos solos, sem
alteração no teor de umidade, ou seja, não há saída de água (recalque nãodrenado).
2)
Recalque por adensamento primário
O recalque por adensamento primário é resultado de uma mudança de
volume nos solos coesivos saturados provocada pela saída da água que ocupa os
vazios do solo.
Ao receber o carregamento, os esforços são imediatamente absorvidos pela
parcela de água contida no solo. Em seguida, ocorre o processo de drenagem e os
32
esforços inicialmente absorvidos pela água são transferidos de forma gradual para a
estrutura sólida, ocasionando alteração no valor inicial de tensões efetivas.
O recalque em solos normalmente adensados (RPA = 1,0) pode ser expresso
por:
ρ=
σ 'vf
H0
⋅ Cc ⋅ log
(1+ e0 )
σ 'vo
(5)
Sendo:
Ho = espessura inicial da camada de solo compressível;
eo = índice de vazios inicial;
Cc = índice de compressão;
σ’vf = tensão efetiva vertical final;
σ’vo = tensão efetiva vertical inicial.
O recalque em solos pré-adensados é calculado a partir das seguintes
expressões:
•
Se σ’vf < σ’vm:
ρ=
σ 'vf
H0
⋅ Cr ⋅ log
(1+ e0 )
σ 'vo
(6)
Onde: σ’vm = tensão efetiva de pré-adensamento;
Cr = índice de recompressão.
•
Se σ’vf > σ’vm:
ρ=
3)
σ 'vf 
H0 
σ'
⋅ Cr ⋅ log vm + Cc ⋅ log
(1+ e0 ) 
σ 'vo
σ 'vm 
(7)
Recalque por compressão secundária
O recalque secundário é uma compressão adicional nos solos coesivos
saturados que acontece após a estabilização (constância) das tensões efetivas e se
33
deve ao fato da relação entre o índice de vazios e tensão efetiva ser uma função do
tempo. Este tipo de recalque possui maior incidência em argilas bastante plásticas,
sendo pouco expressivo na maioria dos solos.
O recalque por compressão secundária é expresso por:
ρs =
tf
H0
⋅ Cα ⋅ log
(1+ e0 )
tp
(8)
Onde:
eo = índice de vazios inicial;
Ho = espessura inicial da camada de solo compressível;
Cα = coeficiente de compressão secundária;
tf = tempo final (tempo associado à vida útil da obra);
tp = tempo relativo ao final do adensamento primário.
1.1.4 Ensaios
de
Laboratório
para
a
Determinação
dos
Parâmetros
de
Compressibilidade dos Solos
A utilização das teorias de Mecânica dos Solos e das simulações numéricas
na resolução dos problemas e elaboração dos projetos de engenharia geotécnica
requer, constantemente, o conhecimento prévio de parâmetros e de condições do
subsolo.
A fim de determinar estes parâmetros geotécnicos, são realizados ensaios de
campo e de laboratório. O presente item se delimita na abordagem de determinados
ensaios laboratoriais amplamente utilizados em amostras extraídas do campo.
É importante ressaltar que o processo de retirada de amostras no campo é
bastante difícil, exigindo cuidado e responsabilidade por parte da equipe de
profissionais envolvidos diretamente na coleta e no transporte do material a ser
ensaiado. Tal cuidado se deve ao fato de evitar a ocorrência do processo de
amolgamento das amostras. Vale lembrar que é comum a ocorrência de um
34
pequeno alívio de tensões decorrente do descarregamento, durante o processo de
amostragem.
Nos itens subsequentes, serão apresentados os principais ensaios utilizados
com a finalidade de determinar os parâmetros geotécnicos de compressibilidade e
adensamento dos solos.
1.1.4.1 Ensaio de Adensamento Unidimensional (Convencional ou Ensaio
de Compressão Edométrica)
O ensaio de adensamento unidimensional foi sugerido, inicialmente, por
Terzaghi e consiste na compressão de uma amostra de solo dentro de um molde
(edômetro ou consolidômetro) que impede as deformações laterais. Em linhas
gerais, a carga vertical (tensão vertical) aplicada é transmitida através de uma placa
de distribuição rígida na superfície da amostra de solo e mede-se a evolução das
deformações verticais ao longo do tempo, através de leituras no extensômetro.
Durante o ensaio, o corpo de prova é mantido sob a água. Pedras porosas permitem
a drenagem. A Figura 3 apresenta uma prensa de ensaio de adensamento, e a
Figura 4 ilustra o esquema do mesmo.
Inicialmente, aplica-se uma carga no corpo de prova por um período de 24
horas (ou até que se tenha atingido uma estabilização dos deslocamentos verticais).
Em seguida, dobra-se o valor da carga aplicada e a medição da compressão é feita
novamente. Repete-se este procedimento até níveis de tensões pré-estabelecidos.
Para cada incremento de carga, traça-se uma curva compressão (leituras do
extensômetro) versus tempo. Em cada estágio de carga, é calculada a variação do
índice de vazios devido à compressão do corpo de prova.
Ao término do ensaio, elabora-se o gráfico de índice de vazios versus tensão
efetiva, que define a curva de compressibilidade do solo. Este ensaio é bastante
eficaz na obtenção de parâmetros geotécnicos de compressibilidade do solo.
Por correlações, podem ser obtidos, entre outros, os seguintes parâmetros:
•
Coeficiente de variação volumétrica (mv);
•
Coeficiente de compressibilidade (av);
•
Índices de compressibilidade (Cr, Cc, Cs).
35
Figura 3 – Equipamento para a realização do Ensaio de Adensamento (Laboratório de
Mecânica dos Solos da UERJ, 2010)
Figura 4 – Desenho esquemático: Ensaio de Adensamento (Sousa Pinto, 2002)
Correlações entre parâmetros de compressibilidade são úteis na prática da
engenharia, pois através delas é possível realizar estimativas de recalques, avaliar
soluções de projeto, aferir e retroanalisar os resultados obtidos através das
campanhas de ensaios, entre outros. O índice de compressibilidade Cc, obtido
36
através de ensaios edométricos, pode ser correlacionado com os limites de
Atterberg, por exemplo, fornecidos por ensaios de caracterização (Ortigão, 1995).
Ressalta-se que o ensaio em tela reproduz, em laboratório, a condição de
fluxo e deformação unidimensional, pois a amostra é impedida de se deformar
horizontalmente e a drenagem é imposta no topo e na base. Ele reproduz o
comportamento do solo quando este recebe novas camadas, durante a construção
de grandes aterros, por exemplo.
Teixeira (2011) relata em seu trabalho que o ensaio convencional possui
diversas limitações que são inerentes a sua execução, podendo citar a obtenção
descontínua da relação tensão versus deformação (curva e versus log σ’v) e o longo
tempo de execução do ensaio. É importante ressaltar que a obtenção de pontos
mais espaçados na curva e versus log σ’v dificulta uma adequada definição da
tensão de pré-adensamento. O autor aborda ainda que variações do ensaio
convencional são bastante utilizadas e que diversos laboratórios adotam valores
menores de razões de incrementos de cargas (∆P/P=0,5) principalmente para
tensões próximas à tensão de pré-adensamento do solo. Dentre as variações, citamse a realização de ensaios com recarregamento no final do adensamento primário,
reduzindo o tempo total de ensaio e a variação do ensaio convencional utilizando o
carregamento em estágio único, realizada para uma tensão efetiva vertical maior que
a tensão de pré-adensamento, possuindo valor apenas para a determinação da
tensão de pré-adensamento.
1.1.4.2 Ensaio de Adensamento com Velocidade de Deformação Constante
(CRS)
O Ensaio de Velocidade Constante de Deformação (CRS: “Constant Rate of
Strain”) é um tipo de ensaio de adensamento contínuo bastante utilizado, no qual
ocorre a aplicação gradual de carga vertical no corpo de prova, com velocidade
constante de deformação. A drenagem é permitida somente em uma face (topo) da
amostra, sendo a base submetida à condição não-drenada, com medição da
poropressão. Hamilton e Crawford (1959) foram os pioneiros na apresentação de
ensaios CRS na literatura. A Figura 5 ilustra o ensaio CRS.
37
Figura 5 – Esquema do Ensaio CRS (Moura, 2004)
Este ensaio é realizado em uma prensa para aplicação de carregamento
uniaxial. São medidos os valores da tensão total vertical aplicada no topo (σv), da
poropressão na base (ub) e da variação da altura (∆h) do corpo de prova. Crawford
(1965) verificou que ocorre uma redução de poropressões na base (ub) com o
decréscimo da velocidade de deslocamento aplicada.
As principais vantagens do ensaio CRS em relação ao ensaio de
adensamento convencional estão relacionadas à rapidez e agilidade no tempo de
realização do ensaio, e a ampliação do número de pontos que definem a curva e
versus log σ’v para a melhor obtenção da tensão de pré-adensamento (σ’vm). Porém,
este ensaio apresenta dificuldades quanto à determinação da velocidade de
deformação mais adequada.
Moura et al. (2006) comprovaram a eficácia do ensaio CRS na obtenção de
curvas εv versus σ`v de boa qualidade. Os autores discutem a diversidade de
critérios da literatura para a seleção da velocidade mais adequada a ser utilizada
nos ensaios CRS, de forma a obter curvas e valores de cv satisfatórios. Dentre os
critérios da literatura comentados por Moura et al. (2006), destacam-se:
38
• Wissa et al. (1971) apresentaram um critério que objetiva a determinação de
uma poropressão na base (ub) que permita a obtenção de curvas εv versus σ`v
e o cálculo de cv. Este critério, no entanto, acarreta em velocidades de
deslocamento bastante reduzidas para argilas muito plásticas. A velocidade a
ser adotada deve resultar na razão ub/σ`v dentro da faixa de 2% e 5%;
• Armours e Drnevich (1986) apresentaram uma equação para a determinação
da velocidade. O valor máximo admissível da razão ub/σ`v deve ser de 40% a
50%;
• Smith e Walhs (1969) definiram que o valor máximo da razão ub/σ`v deve ser
de 50%.
Teixeira (2011) ressalta como desvantagem deste tipo de ensaio a dificuldade
da determinação da tensão de pré-adensamento, pois observa-se que quanto maior
é a velocidade de realização do ensaio, maior parece ser a tensão de préadensamento.
1.1.5 Ensaios de Campo
As informações obtidas nos ensaios de campo, em geral, são a base dos
projetos de Geotecnia. Estes ensaios permitem a obtenção de parâmetros, a
caracterização e o reconhecimento da estratigrafia dos solos, seja diretamente, ou a
partir de correlações empíricas.
Os ensaios de campo apresentam vantagens em relação aos ensaios
laboratoriais. Dentre elas, citam-se a diminuição da ocorrência de perturbações
causadas pela variação do estado de tensões durante as operações de coleta,
transporte e manuseio das amostras; a possibilidade de se ensaiar grandes volumes
de solo, in situ; além de permitirem a obtenção de medições contínuas dos
parâmetros geotécnicos com a profundidade.
Schnaid (2000) apresenta um resumo dos principais ensaios de campo e suas
aplicações (Tabela 1), a fim de orientar o engenheiro no que tange à escolha do tipo
39
de ensaio. Interpretam-se as classificações de aplicabilidade A, B, C e I,
respectivamente, como: alta, moderada, baixa e inexistente.
Tabela 1 – Principais ensaios de campo e seus respectivos graus de aplicabilidade
(Lunne et al., 1997b – Adaptado de Schnaid, 2000)
Identificação
Outros
Pressiômetro
Penetrômetro
Grupo
Parâmetros
Equipamento
Tipo de Solo
Perfil
u
ϕ'
Dr
mv
Cv
k
OCR
Su
G0
σh
σ-ε
Dinâmico
C
B
I
C
C
I
I
I
C
C
C
I
I
Mecânico
B
A/B
I
C
B
C
I
I
C
C
C
C
I
Elétrico (CPT)
B
A
I
C
A/B
C
I
I
B
B
B
B/C
I
Piezocone (CPTU)
A
A
A
B
A/B
B
A/B
B
B
B
B
B/C
C
Sísmico (SCPT/SCPTU)
A
A
A
B
A/B
B
A/B
B
B
A/B
A
B
B
Dilatômetro (DMT)
B
A
C
B
C
B
I
I
B
B
B
B
C
Standard Penetration Test (SPT)
A
B
I
C
B
I
I
I
C
C
C
I
I
Resistividade
B
B
I
B
A
C
I
I
I
C
I
I
I
Pré-furo (PBP)
B
B
I
C
C
B
C
I
C
B
B
C
C
Auto-perfurante (SBP)
B
B
A
B
B
B
A
B
B
B
A
A/B
A/B
Cone-pressiômetro (CPMT)
B
B
I
C
C
C
C
I
C
B
A
C
C
Palheta
B
C
I
I
I
I
I
I
B/C
A
I
I
B
Ensaio de Placa
C
I
I
C
B
B
C
C
B
B
A
C
B
Placa Helicoidal
C
C
I
C
B
B
C
C
B
B
A
C
I
Permeabilidade
C
I
A
I
I
I
B
A
I
I
I
I
I
Ruptura Hidráulica
I
I
B
I
I
I
C
C
I
I
I
B
I
Sísmico
C
C
I
I
I
I
I
I
B
I
A
I
I
A seguir, serão abordados os ensaios de campo mais utilizados na obtenção
de parâmetros geotécnicos.
1.1.5.1 Ensaios de Cone (CPT)
O ensaio de cone (CPT) consiste, basicamente, na penetração/cravação
estática e vertical de uma haste de ponteira cônica em um terreno, onde se realizam
as medições da resistência de ponta (qc) e do atrito lateral (fs) que ocorrem na
interface entre o equipamento e o solo. A partir da correlação destas medidas
fornecidas pelo ensaio, obtém-se o parâmetro denominado Razão de Atrito (Rf),
dado por:
40
Rf =
fs
qc
(9)
Os boletins de ensaios CPT fornecem gráficos de qc, fs e Rf em função da
profundidade.
Este ensaio se subdivide em 2 (dois) tipos, basicamente: o ensaio de cone
com penetrômetro mecânico e o ensaio de cone elétrico. Este último tipo de ensaio
permite a medição contínua da variação da resistência de ponta com a
profundidade, além de possuir extensômetros elétricos de resistência para medir as
deformações do equipamento na etapa de cravação.
É importante ressaltar que os estudos iniciais sobre ensaios de cone foram
realizados em 1930, por Terzaghi (Árabe,1995). No Brasil, o ensaio de cone
começou a ser utilizado, porém de forma ainda restrita, no final da década de 1950
Schnaid (2000).
1.1.5.2 Ensaios de Piezocone (CPTU)
Este ensaio consiste, basicamente, em uma evolução do ensaio de cone
(CPT), incorporando a medição da poropressão e os elementos piezométricos a um
conepenetrômetro padrão (Robertson e Campanella, 1983).
O registro da poropressão é feito através de um filtro (elemento poroso), do
transdutor de pressão, das conexões e da cavidade do transdutor. A cravação do
equipamento para a realização de um ensaio CPTU pode utilizar o mesmo sistema
para a realização do ensaio de cone elétrico (CPT).
No ensaio CPTU, são medidos o atrito lateral (fs), a resistência de ponta (qc) e
a poropressão (u).
Diversos parâmetros geotécnicos podem ser estimados ou obtidos por meio
de correlações com resultados de ensaios, sejam laboratoriais ou de campo. Por
exemplo, em solos argilosos, é possível obter parâmetros como a razão de préadensamento (RPA), a resistência ao cisalhamento não-drenada (Su), o coeficiente
de empuxo lateral no repouso (ko), o coeficiente de adensamento vertical (cv),
coeficiente de adensamento horizontal (ch), o coeficiente de permeabilidade (k),
entre outros.
41
As principais vantagens do CPTU são (Robertson e Campanella, 1983): a
identificação mais apurada da estratigrafia do solo, a melhor obtenção dos
parâmetros geotécnicos e a estimativa do valor de cv através do tempo de
dissipação das poropressões.
1.1.5.3 Ensaio SPT (Standard Penetration Test)
O SPT (Standard Penetration Test) é um ensaio que utiliza métodos diretos,
sendo uma importante ferramenta de investigação da estratigrafia dos subsolos. Por
ser economicamente viável, este ensaio é bastante utilizado no Brasil na previsão de
recalques, projetos de fundações, entre outros.
Este ensaio permite ainda a obtenção de parâmetros geotécnicos através de
correlações. Em solos granulares, por exemplo, pode-se obter a estimativa de
densidade relativa (Dr) e o ângulo de atrito efetivo do solo (ϕ’). Em solos coesivos,
por exemplo, em argilas pré-adensadas pode-se correlacionar a resistência nãodrenada (Su) e o valor de SPT (NSPT). Ressalta-se que as relações entre Su e NSPT
não devem ser utilizadas para solos moles (NSPT <5) devido à falta de
representatividade dos valores de NSPT medidos nos ensaios (Schnaid, 2000). A
Tabela 1 mostra também a aplicabilidade do ensaio SPT e alguns dos parâmetros
que podem ser obtidos. Vale ressaltar, também, a possibilidade de correlacionar o
valor de NSPT com o módulo de deformabilidade dos solos.
O ensaio SPT consiste em uma medida de resistência dinâmica conjugada a
uma sondagem de simples reconhecimento. O sistema é composto por um trépano
de lavagem (ferramenta de escavação), onde a perfuração é obtida por tradagem e
circulação de água. As amostras do solo são extraídas, a cada metro de
profundidade, através de um amostrador padrão. A cravação deste amostrador é
realizada por meio da queda de um peso de 65 kg, a uma altura de 75 cm. O valor
NSPT é o número de golpes necessário para fazer o amostrador penetrar 30 cm, após
a cravação inicial de 15 cm (Schnaid, 2000). Ressalta-se a importância da correta
execução do ensaio, utilizando-se, ainda, equipamentos em bom estado de
conservação, a fim de se obter bons resultados, sem interferências externas que
42
atrapalhem a investigação do solo. A normalização brasileira do ensaio SPT é
encontrada na NBR 6.484/1980.
A Tabela 2 apresenta a classificação da consistência/compacidade dos solos
em função do índice de resistência à penetração (NSPT), segundo a NBR 7.250/1982.
Tabela 2 – Classificação dos solos, de acordo com o índice de resistência à
penetração (NBR 7.250/1982)
Solo
Índice de resistencia à penetração
Designação
<2
muito mole
3-5
mole
6 - 10
média
11 - 19
rija
> 19
dura
<4
fofa
5-8
pouco compacta
9 - 18
medianamente compacta
19 - 40
compacta
> 40
muito compacta
Argila e Silte
Argiloso
Areia e Silte
Arenoso
Segundo Schnaid (2000), os ensaios SPT apresentam algumas limitações
relacionadas às influências que este sofre em função do tipo de martelo, ou da
energia transferida ao amostrador durante a cravação, que pode ser um pouco
distinta da energia de queda livre teórica. Diante destas limitações, recomenda-se a
necessidade de correção dos valores medidos de NSPT, a fim de se obter estimativas
de parâmetros geotécnicos do solo. A fórmula de correção é dada por:
N 60 =
N SPT × ENERGIA APLICADA
0,60
(10)
43
O fator N60 é o número de golpes de padrão americano, com energia liberada
na ordem de 60% da energia teórica. A prática internacional sugere normalizar o
número de golpes, baseando-se neste padrão americano.
Velloso e Lopes (1996) recomendam efetuar a majoração do valor de NSPT
obtido através de sondagem brasileira em 10% a 20%, antes de utilizar correlações
formuladas nos E.U.A.
1.2 Métodos Gráficos
1.2.1 Método de Asaoka (1978)
O método de Asaoka (1978) é um método que se utiliza de um processo
gráfico, elaborado com o objetivo de estimar os recalques totais e o coeficiente de
consolidação in situ (cv), a partir de informações de campo, obtidas pelos registros
das placas de recalque instaladas nos aterros instrumentados. Este método pode ser
estendido para casos de construção de aterros em etapas ou para incorporação da
parcela de compressão secundária.
Os registros de recalque de campo são inseridos em um gráfico de recalque
versus tempo, em escala aritmética (Figura 6.a). A escala de tempo é dividida em
intervalos constantes, sendo aconselháveis intervalos entre 15 e 100 dias (Ortigão,
1995).
Em seguida constrói-se um segundo gráfico (Figura 6.b) representando os
recalques ρi (nos tempos ti) versus os recalques ρi-1 (nos tempos ti-1). Traça-se uma
reta interpolando os pontos deste segundo gráfico. Desenha-se uma reta com 45°
tendo origem no ponto (0,0), que intercepta a reta interpolada. Desta forma, obtémse cv a partir da relação (Ortigão,1995):
cv =
5.H2d . ln β1
12.∆t
(11)
44
Sendo:
Hd = distância de drenagem;
∆t = intervalo de tempo;
β1 = inclinação da reta de Asaoka.
(a) Gráfico de recalque versus tempo
(b) Obtenção do recalque final
Figura 6 - Método de Asaoka (Ortigão, 1995).
É importante ressaltar, ainda, a modificação do método de Asaoka (1978)
proposta por Magnan e Deroy (1980), elaborada com a finalidade de se obter, além
dos valores de recalque final e coeficiente de adensamento vertical, o valor do
coeficiente de adensamento horizontal.
Para adensamento com drenagem radial, se utiliza a seguinte formulação:
ch = −
Sendo:
Hd = distância de drenagem;
d2e
ln β
.F(n). 1
8
∆t
(12)
45
∆t = intervalo de tempo;
β1 = inclinação da reta de Asaoka;
F(n) = ln (n) – 0,75;
n = razão entre o diâmetro de influência do dreno (de) e o diâmetro do dreno (dw).
de = diâmetro de influência do dreno, onde:
de = 1,13 x s (para a área quadrangular);
de = 1,05 x s (para a área triangular);
s = espaçamento entre drenos.
Para obtenção de drenagem combinada (Nacci e Schnaid, 2001), utiliza-se a
expressão:
de2 ⋅ F(n)  ln⋅ β1 π ⋅ cv 
ch =
⋅ −
−
2
8
 ∆t 4 ⋅ Hd 
(13)
Onde:
Hd = distância de drenagem;
cv = coeficiente de adensamento vertical;
F(n) = função da razão do espaçamento entre drenos n=de/dw (F(n) = ln(n)-0,75);
∆t = intervalo de tempo;
β1 = inclinação da reta de Asaoka;
dw = diâmetro equivalente do dreno vertical pré-fabricado, onde:
dw = 2 ⋅
( a + b)
π
;
de = diâmetro de influência do dreno, onde:
de = 1,13.s (para a área quadrangular);
de = 1,05.s (para a área triangular);
s = espaçamento entre drenos.
Almeida (1996) sugere que são necessários registros de placas de recalque
com magnitudes de, pelo menos, 60% do valor de recalque final, a fim de se utilizar
o Método de Asaoka com segurança. Magnan e Mieussem, (1980) também afirmam
que este método fornece previsões satisfatórias, desde que o grau de adensamento
46
alcançado seja superior a 60%. Ressalta-se que o método de Asaoka é
recomendado para uma condição mínima de 60% de dissipação do excesso de
poropressão gerado pelo carregamento (Asaoka, 1978).
Nacci e Schnaid (2001) relatam que o método de Asaoka (1978) utilizado para
a estimativa do valor de recalque final estimado a partir do registro das leituras de
placa e a modificação deste método por Magnan e Deroy (1980) para a retroanálise
de parâmetros de adensamento são em geral satisfatórios para a análise de aterros
sobre solos moles. A simplicidade de aplicação dos métodos é considerada
vantajosa. As condições de aplicação do método devem ser criteriosamente
observadas a fim de garantir sua aplicabilidade e confiabilidade. Os autores
ressaltam ainda que, em processo de adensamento de camadas nas quais se
utilizavam drenos verticais, o adensamento secundário exerce pouca influência na
estimativa do recalque final por Asaoka, sendo o valor obtido correspondente ao
adensamento primário.
1.2.2 Método de Orleach (1983)
O método de Orleach (1983) consiste em um processo gráfico que
fundamenta-se tanto na teoria de Terzaghi, para adensamento vertical, quanto na
teoria de Barron (1948), para adensamento radial ou horizontal, com o objetivo de se
obter os coeficientes de adensamento horizontal e vertical a partir de dados de
campo (Almeida, 1996).
Para a realização deste processo gráfico, traça-se um gráfico do excesso de
poropressão (escala semi-log) no tempo (Figura 7). Ajusta-se uma reta pelos pontos
do gráfico e obtém-se o ângulo α1, que corresponde à inclinação da reta traçada.
Os valores dos coeficientes de adensamento vertical e horizontal (cv e ch) são
dados a partir das formulações:
cv =
4.H2d .α1
π2
(14)
47
 f (n) 
c h =  d2e .
.α1
8 

(15)
u1
u2
α1 =
t2 − t1
(16)
ln
Sendo:
cv = coeficiente de adensamento vertical;
Hd = distância máxima de drenagem;
α1 =inclinação da reta em ln (u) versus tempo;
t1 e t2 = tempos relativos a leituras de lnu1e lnu2;
de = diâmetro de influência do dreno;
f(n) = ln (n) – 0,75;
n = razão entre o diâmetro de influência do dreno (de) e o diâmetro do dreno (dw).
Figura 7 – Gráfico do Método de Orleach
48
1.2.3 Método de Casagrande
O método do Prof. Casagrande é bastante utilizado, tanto no Brasil, quanto
em outros países, na obtenção do valor da tensão efetiva de pré-adensamento
(σ`vm).
Sabendo-se da dificuldade de se determinar a tensão efetiva de préadensamento com precisão, os métodos empíricos permitem estimar o valor mais
provável ou a ordem de grandeza desta referida tensão (Sousa Pinto, 2002).
O processo gráfico (Figura 8) se dá pela seguinte maneira: dado o gráfico de
tensão vertical x índice de vazios, traça-se uma reta horizontal no ponto de maior
curvatura e uma tangente à curva. Depois, traça-se uma bissetriz do ângulo formado
pelas duas retas. Em seguida, traça-se o prolongamento da reta virgem até
interceptar a referida bissetriz. A leitura da abscissa deste ponto de interseção
determina a tensão efetiva de pré-adensamento (σ`vm) (Caputo, 1988).
Figura 8 - Método de Casagrande (Souza Pinto, 2002)
49
1.2.4 Método de Pacheco e Silva
O método do engenheiro Pacheco e Silva é utilizado para a obtenção do valor
da tensão efetiva de pré-adensamento (σ`vm). Inicialmente, traça-se uma reta
horizontal correspondente ao índice de vazios inicial da amostra. Prolonga-se a reta
virgem até interceptar com a reta horizontal anteriormente citada. Traça-se um
segmento vertical partindo do ponto de interseção até interceptar a curva de
adensamento da amostra. A partir deste último ponto interceptado, traça-se um novo
segmento horizontal que deverá interceptar o prolongamento da reta virgem. Esta
última interseção corresponde ao valor da tensão efetiva de pré-adensamento (σ`vm).
Figura 9 – Método de Pacheco e Silva (Adaptado de Pacheco, 2010)
1.3 Influência da Qualidade das Amostras
Nos ensaios, a utilização de amostras de melhor qualidade é fundamental na
obtenção de parâmetros geotécnicos mais confiáveis e satisfatórios.
Durante o processo de coleta, introdução dos instrumentos, transporte,
manuseio e preparação do ensaio, a amostra pode sofrer algumas mudanças em
50
seu estado de tensões, ou seja, alterações significativas na condição inicial à qual
esta amostra estava submetida. Este fenômeno é conhecido como amolgamento.
Cavalcante et al. (2007) em seu trabalho sobre os Campos Experimentais
Brasileiros, relataram que a cravação de estacas causam amolgamento do solo e,
provavelmente, um aumento das poropressões, ao analisar os trabalhos referentes
ao Campo Experimental da UFPE, em Recife.
A qualidade das amostras se torna fundamental na caracterização dos solos,
principalmente, quando se trata de solos argilosos, pois refletirá diretamente na
qualidade dos resultados e dos parâmetros obtidos através de ensaios edométricos,
afetando também a previsão dos recalques. Ocorrerá a redução do valor estimado
da tensão efetiva de pré-adensamento (σ`vm). O trecho de maior curvatura da curva
e x log σ`v torna-se menos acentuado, dificultando a estimativa de σ`vm.
A baixa qualidade da amostragem pode ser refletida na redução do índice de
vazios para um valor de tensão de adensamento; na dificuldade da definição do
ponto de menor curvatura para a determinação da tensão vertical de préadensamento; na diminuição do valor da tensão de pré-adensamento pelo método
de Casagrande; no aumento da compressibilidade na região de recompressão e
decréscimo na região de compressão virgem (Coutinho et al., 1998). Qualquer que
seja a tensão vertical efetiva, o índice de vazios é menor para a amostra de
qualidade inferior.
Diversos autores apresentaram propostas para a classificação da qualidade
das amostras. Nos itens subsequentes, serão discutidas algumas classificações
propostas na literatura.
1.3.1 Lunne et al. (1997a)
Lunne et al. (1997a) apresentaram um critério de classificação das amostras
em relação ao seu nível de amolgamento. As amostras são classificadas de acordo
com a razão de pré-adensamento do solo (RPA ou OCR – Over Consolidation Ratio)
e com o valor da razão ∆e/eo, onde ∆e corresponde a diferença entre o índice de
vazios inicial da amostra (eo) e o índice de vazios correspondente ao nível de tensão
51
efetiva vertical de campo (eσ’vo). Este critério define faixas classificatórias, conforme
apresentado na Tabela 3.
Tabela 3 – Classificação da qualidade das amostras - Lunne et al. (1997a)
OCR
1-2
2-4
∆e / eo
Excelente - Muito Boa
< 0,04
< 0,03
Boa - Regular
0,04 - 0,07
0,03 - 0,05
Ruim
0,07 - 0,14
0,05 - 0,10
Muito Ruim
> 0,14
> 0,10
Pode-se observar que as amostras de má qualidade, ou seja, que apresentam
maior amolgamento, apresentam valores de ∆e/eo maiores. Segundo Lima (2007),
esta classificação de qualidade das amostras também foi apresentada por Lunne et
al. (1997a) em relação à deformação axial no nível de tensão inicial de campo (εvo),
sendo necessário multiplicar o valor de (∆e/eo) pela expressão eo/(1+eo).
1.3.2 Coutinho et al (2001)
Os trabalhos de Coutinho et. al (1998 e 2001) apresentam uma proposta mais
branda que a de Lunne et al.(1997a), fornecendo uma faixa de transição (entre a
classificação regular e pobre), quando se trata de solos brasileiros. Tal critério está
apresentado na Tabela 4.
Tabela 4 – Classificação da qualidade das amostras - Coutinho et al., 2001 (adaptado
de Teixeira, 2011)
∆e / eo
OCR
Excelente Muito Boa
Boa
Regular
Transição
Pobre
Muito
Pobre
1-2
< 0,04
0,04 - 0,055
0,055 - 0,07
0,07 - 0,105
0,105 - 0,14
> 0,14
2-4
< 0,03
0,03 - 0,04
0,04 - 0,05
0,05 - 0,075
0,075 - 0,10
> 0,10
52
1.3.3 Oliveira (2002)
Oliveira (2002) em seu trabalho denominado “A Influência da Qualidade da
Amostra no Comportamento Tensão-Deformação-Resistência de Argilas Moles”
expôs um critério de classificação das amostras, conforme a Tabela 5.
Tabela 5 – Classificação da qualidade das amostras - Oliveira (2002)
Classificação
Muito Boa - Excelente
Boa - Regular (aceitável)
Ruim
Muito Ruim
∆e / eo
< 0,05
0,05 - 0,08
0,08 - 0,14
> 0,14
1.3.4 Correia e Lacerda (1982)
Segundo Almeida et al. (2005), os autores Correia e Lacerda (1982) fizeram
uso do conceito de compressibilidade volumétrica (mv), para definir a qualidade de
amostragem. A curva de mv versus σ’v de uma amostra de boa qualidade apresenta
uma mudança acentuada no valor de mv na região da tensão de pré-adensamento
(Figura 10). Nas amostras muito amolgadas, esta mudança é quase imperceptível e
a curva é praticamente contínua. Os autores sugerem ainda que é possível admitir
que a tensão de pré-adensamento se situe no intervalo de mudança brusca.
53
Figura 10 – Efeito do amolgamento na curva mv versus σ’v (Correia e Lacerda, 1982 –
Adaptado de Almeida et al., 2005)
1.4 Estudo dos Parâmetros Geotécnicos de Solos Compressíveis na Baixada
Fluminense
O traçado da rodovia do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro se insere,
quase em sua totalidade, na região da Baixada Fluminense. Esta região foi
amplamente estudada por diversos autores, e continua sendo objeto de estudo de
várias pesquisas, principalmente aquelas relacionadas ao conhecimento dos
parâmetros geotécnicos das argilas moles.
Marques et al. (2008) analisaram a caracterização geotécnica de um depósito
de solo compressível em Itaguaí (RJ) com a finalidade de definir parâmetros e
modelos, para a proposição de soluções de estabilização de aterros. Foram
discutidos os resultados de ensaios de campo (SPT, ensaio de palheta e piezocone)
54
e laboratório (caracterização, ensaios triaxiais e edométricos), tendo como foco 2
estações de investigações, denominadas “Alstom” e “Stockyard”, nas quais foram
realizadas, respectivamente, 7 e 6 verticais de investigações.
Nestas áreas, foram detectadas espessuras de argila mole variando de 7 m a
14 m, podendo haver ainda a ocorrência de lentes de areia de espessuras variáveis
em alguns setores estudados (de 0,3 m a 4,3 m).
Os resultados apresentados para as 2 áreas forneceram os seguintes
parâmetros: densidade específica das argilas (Gs) variando entre 2,39 e 2,73, índice
de vazios (eo) entre 2,5 e 4,2 e valores de razão de compressão CR = Cc /(1+eo)
variando de 0,24 até 0,50. Ressalta-se ainda que houve ocorrência de argilas siltoarenosas com índice de vazios (eo) inferior a 1,5, mas que também foram menos
compressíveis, com valores de razão de compressão (CR) inferiores a 0,2. Os
valores dos coeficientes de adensamento vertical (cv) obtidos através dos ensaios
edométricos e de piezocone se apresentaram em uma faixa variando de 8 x 10-9 m²/s
a 1,1 x 10-6 m²/s.
Marques et al. (2008) forneceram, também, valores de índice de vazios (eo) e
de índice de compressibilidade (Cc) em função da profundidade para 2 (duas)
verticais de investigações denominadas BH13 e B308 (Figura 11 e Figura 12), além
de valores de coeficiente de adensamento vertical (cv), obtidos por ensaios de
adensamento e piezocone, como mostra a Figura 13. Tais valores serão
confrontados com outros dados obtidos por demais autores para a região em estudo.
Futai et al. (2008) resumem valores de propriedades geotécnicas das argilas
do Rio de Janeiro, pesquisadas por diversos autores para a região de Sarapuí
(Lacerda et al., 1977; Ortigão, 1980; Almeida & Marques, 2002). Os autores
destacam faixas de valores de índice de vazios inicial (eo) de 3,71 ± 0,57, e ângulo
de atrito efetivo (φ’) entre 25o e 30o.
Almeida et al. (2005) estudaram as características geotécnicas dos depósitos
de argila mole de Sarapuí, com base em ensaios de campo e de laboratório
realizados para esta região por diversos autores (Ortigão, 1975 e 1980; Coutinho,
1976; Duarte, 1977; Collet 1978; Vieira 1988; Barbosa, 1990 e Lima, 1993). Os
estudos mostraram que o índice de vazios inicial das amostras (eo) diminui com a
profundidade de 4,9 a 2,5 e que o peso específico (γ) varia de 12,5 a 14,5 kN/m³.
55
0
0
1
2
3
4
5
Profundidade (m)
-2
-4
-6
Vertical BH13
-8
Vertical B308
-10
-12
-14
eo
Figura 11 – Índice de vazios inicial (eo) em função da profundidade (Adaptado de
Marques et al., 2008)
Figura 12 – Índice de compressibilidade (Cc) em função da profundidade (Adaptado de
Marques et al., 2008)
Almeida
et
al.
(2005)
apresentam,
ainda,
valores
de
índice
de
compressibilidade (Cc) variáveis de 1,3 a 3,2, e um valor médio da razão de
compressão (CR) de 0,41 (considerado alto).
56
Figura 13 – Coeficiente de adensamento vertical (cv) em função da profundidade
(Adaptado de Marques et al., 2008)
A Figura 14 a Figura 17 apresentam as faixas de valores de índice de vazios
inicial (eo), índice de compressão (Cc) e coeficiente de adensamento vertical (cv)
obtidas pelos diversos autores na literatura, juntamente com os valores obtidos nos
ensaios executados durante a fase de projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro (Antunes et al., 2011b).
Os valores de índice de vazios inicial (eo) concentraram-se na faixa de 2,5 a
5,0 (Figura 14), mostrando uma tendência de decréscimo com a profundidade. No
projeto, os valores de eo concentraram-se na faixa de 2,23 a 4,91, com apenas
algumas amostras com valores superiores.
Segundo Almeida et al. (2005), da análise de 63 ensaios edométricos
executados por Ortigão (1980), observou-se que o valor médio de ∆e/eo foi de 0,033
e apenas 16% das amostras apresentaram valores maiores que 0,04, para as argilas
de Sarapuí (Baixada Fluminense). Tal observação mostra a confiabilidade dos
resultados apresentados por Ortigão (1980).
57
Com relação ao índice de compressibilidade (Cc), observa-se uma grande
dispersão de valores para a região em estudo (Figura 15), com uma maior
concentração de valores entre 1,5 e 2,5.
Figura 14 – Variação de e0 em função da profundidade
58
Figura 15 – Variação de Cc em função da profundidade
A Figura 16 mostra a variação do coeficiente de adensamento vertical (cv)
com a profundidade, obtido na literatura. Pode-se observar que cv varia entre 1 x 10-8
m2/s e 2 x 10-7 m2/s, com uma maior concentração da ordem de 3 x 10-8 m2/s.
Na Figura 17 são fornecidas as faixas de valores de cv estudadas por diversos
autores, para a Região da Baixada Fluminense, confirmando a variação de cv entre 1
x 10-8 m2/s e 2 x 10-7 m2/s.
59
Figura 16 – Variação de cv em função da profundidade
Figura 17 – Faixas de valores de coeficiente de adensamento vertical (cv)
A Tabela 6 apresenta os valores de coeficiente de permeabilidade (k)
pesquisados na literatura para a região em estudo. Os resultados apresentados
mostram a grande variabilidade obtida pelos diferentes autores para o coeficiente de
permeabilidade (k) da argila mole. A faixa de variação situa-se entre 4,32 x 10-6
60
m/dia a 5,36 x 10-3 m/dia, com um valor médio de 2,70 x 10-3 m/dia. Os ensaios de
projeto reportam a uma faixa de k de, aproximadamente, 1,7 x 10-4 m/dia a 1,7 x 10-3
m/dia (Antunes et al., 2011a).
Tabela 6 - Valores de permeabilidade reportados na literatura e definidos no projeto
Referência
k
(m/dia)
Sayão (1980)
8,64 x 10-5 a 3,02 x 10-3
Gerscovich (1983)
8,64 x 10-5 a 5,36 x 10-3
DNER / IPR (1998)
3,83 x 10-5 a 1,15 x 10-3
Projeto Executivo - Arco Metropolitano – Lote 1
1,70 x 10-4 a 1,70 x 10-3
Coutinho (1976) e Duarte (1977)
1,728 x 10-4 a 4,32 x 10-4
Feijó (1991)
4,32 x 10-6 a 1,73 x 10-3
Os valores obtidos na literatura para a razão de compressão (CR) para a
região da Baixada Fluminense estão apresentados na Figura 18. Os valores
determinados na fase de projeto do Arco Metropolitano situaram-se entre 0,2 a 0,3.
De um modo geral, os valores definidos por outros autores mostraram-se superiores,
com um valor médio da ordem de 0,4.
Figura 18 – Faixas de valores de CR (Adaptado de Lima, 2007)
61
1.5 Considerações Finais
O presente capítulo introduziu elementos teóricos e práticos referentes ao
tema objeto do trabalho em tela. Tais abordagens são fundamentais para a
compreensão do estudo do comportamento de aterros instrumentados, bem como
para a adequada avaliação da magnitude dos recalques ao longo do tempo.
Diversas pesquisas e estudos realizados por pesquisadores em campos
experimentais no Brasil, além de investigações e experiências ocorridas no
quotidiano da engenharia geotécnica têm contribuído, constantemente, no
conhecimento de diferentes perfis geológico-geotécnicos das mais diversas regiões.
A boa qualidade de uma amostragem se torna fundamental na obtenção de
parâmetros que representem com maior fidelidade as condições reais de campo,
minimizando as incertezas, antes e durante a fase de execução de obras e
intervenções geotécnicas. Sendo assim, se faz necessário evitar o fenômeno de
amolgamento das amostras, como mencionado no item 1.2.
22020
2 ARCO METROPOLITANO DO RIO DE JANEIRO – CARACTERIZAÇÃO DOS
ASPECTOS DE INTERESSE DA ÁREA EM ESTUDO
O presente capítulo tem como objetivo apresentar um panorama global dos
aterros que compõem as obras do Arco Metropolitano do Estado do Rio de Janeiro.
Serão relatados, de forma objetiva, aspectos gerais referentes ao empreendimento,
aos aterros instrumentados, à delimitação da área de estudo e às soluções de
projeto geotécnico.
Dada a magnitude da obra e a presença de espessas camadas de solo de
fundação bastante compressíveis e com baixa resistência, os aterros foram
instrumentados com medidores de recalques tipo placa e inclinômetros, instalados
em diferentes estações de monitoramento, com o objetivo de acompanhar e avaliar a
evolução dos recalques e os deslocamentos horizontais dos aterros durante o
processo construtivo.
2.1 Caracterização e Delimitação da Área de Estudo
2.1.1 Considerações Gerais
O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro constitui uma das principais obras do
Programa de Aceleração do Crescimento (PAC).
Trata-se da construção de uma rodovia (BR 493/RJ) de aproximadamente
145 km de extensão, que interligará 8 (oito) municípios do Estado do Rio de Janeiro,
sendo eles: Itaboraí, Guapimirim, Magé, Duque de Caxias, Nova Iguaçu, Japeri,
Seropédica e Itaguaí.
O Arco Metropolitano possibilitará o surgimento de melhorias para todo o
entorno, tais como a desobstrução no tráfego das principais vias e rodovias
adjacentes, além
de
permitir o
economicamente pouco expressivas.
crescimento
de
regiões que
ainda
são
63
A rodovia encontra-se em fase de execução e engloba diversas atividades.
Dentre elas, contemplam-se a execução de intervenções e obras de drenagem,
terraplanagem, obras de arte especiais e correntes. Trata-se de um empreendimento
de grande porte, que abrange diversos segmentos da engenharia.
Segundo informações pesquisadas, as intervenções e obras destinadas à
realização do Arco Rodoviário foram divididas em 4 (quatro) segmentos, como
mostra a Figura 19:
• Segmento A: consiste no segmento da BR - 493 (Rodovia de Contorno da
Baía de Guanabara) e possui a extensão aproximada de 25 km;
• Segmento B: consiste no segmento da BR - 101 (Sul) – Rodovia Rio – Santos
e possui a extensão aproximada de 22 km;
• Segmento C: consiste no segmento da BR - 493 / RJ 109 e possui a extensão
total de 70,9 km. (Responsável: Governo do Estado do Rio de Janeiro);
• Segmento D: consiste no segmento da BR - 116 (Norte) – Rodovia Rio –
Teresópolis e possui a extensão aproximada de 22 km.
Figura 19 – Traçado do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro (Adaptado de material
da Secretaria de Obras – Governo do Estado do Rio de Janeiro)
64
A obra do segmento C foi dividida em 4 (quatro) lotes e está sendo executada
por um Consórcio que envolve 8 (oito) Construtoras, sendo elas: Odebrecht,
Andrade Gutierrez, Carioca, Queiroz Galvão, OAS, Camargo Corrêa, Delta e
Oriente.
Segundo informações de Projeto, as extensões de cada lote e seus referidos
pontos (iniciais e finais) são:
• Lote 1: km 48,5 ao km 63. Extensão: 14,5 km;
• Lote 2: km 63,0 ao km 82,6. Extensão: 19,6 km;
• Lote 3: km 82,6 ao km 99,5. Extensão: 16,9 km;
• Lote 4: km 99,5 ao km 119,4. Extensão: 19,9 km.
O traçado do empreendimento corta uma série de trechos que apresentam a
presença de camadas expressivas de argila orgânica mole. Ressalta-se que a
construção em terrenos constituídos de solos compressíveis apresenta situações
bastante complexas que demandam soluções criteriosas e uma série de dificuldades
relacionadas à previsão da magnitude dos recalques. Sendo assim, os aterros que
compõem o Arco Metropolitano foram monitorados constantemente, com o auxílio de
placas de recalque e inclinômetros, de forma a acompanhar a evolução gradual dos
recalques e movimentos horizontais ao longo do tempo, bem como o lançamento
das camadas de aterro, durante o período construtivo.
O presente trabalho tem como foco o estudo dos aterros instrumentados do
Lote 1 (inserido no Segmento C) do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro. A Figura
20 mostra o traçado do empreendimento, elucidando o trecho do lote supracitado.
Tal região foi escolhida, em função da presença mais relevante de depósitos de
argila mole, além da possibilidade de realização dos estudos para este segmento ter
sido subsidiada pela Portaria Conjunta DER-RJ/UERJ Nº01 de 01 de Maio de 2010,
na qual a mestranda autora do presente trabalho realizou extensão universitária.
Vale ressaltar que o traçado do SETOR C se inicia na interseção entre a BR040 (Rio – Juiz de Fora) e o ramo norte da BR-116 (para Magé), no município de
Duque de Caxias, finalizando no município de Itaguaí.
65
Figura 20 – Traçado do Segmento C – Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
2.1.2 Localização do Segmento em Estudo
O traçado do segmento C, que compreende os Lotes de 1 a 4, tem início na
interseção entre a BR-040 e o ramo norte da BR-116 (sentido Magé), no município
de Duque de Caxias. A partir daí, o traçado prossegue, até interceptar a RJ-111 ao
sul da Vila de Cava. O traçado prossegue na direção oeste, paralelo ao ramal de
Japeri do Trem Metropolitano da Supervia, cruzando as rodovias RJ-119 e RJ-093,
entre o centro de Japeri e Engenheiro Pedreira. Desse ponto em diante, atravessa o
Rio Guandu, adentrando o município de Seropédica, seguindo até a interseção com
a BR-116 (Sul). Em seguida cruza a BR-465, antiga Rio – São Paulo, nas
proximidades da Floresta Nacional Mário Xavier.
Deste ponto, o traçado se desenvolve na direção sudoeste, atravessando,
pela parte oeste, o Município de Seropédica e transpondo o Rio Piranema.
Prosseguindo na mesma direção atravessando a região de Chapecó, já na divisa
com o município de Itaguaí, o traçado transpõe o Córrego Eufrásia e o Rio
Mazomba, infletindo para sul. Corre paralelo à encosta da Serra da Mazomba, em
seu trecho final, atravessando o Canal Santo Antônio e o Rio Mazomba e cruzando
a rodovia BR-101 já na altura do acesso ao Porto de Itaguaí.
66
2.2 Concepções do Projeto Geotécnico para os Trechos Instrumentados com
a Presença de Solos Compressíveis
O projeto geotécnico da região em estudo foi desenvolvido pelo Consórcio
CONCREMAT Engenharia e Tecnologia S/A – TECNOSOLO Engenharia S/A,
segundo Normas, Especificações e Instruções de Serviço em vigor no DNIT e
FUNDERJ.
Diversos estudos, que consistiam em investigações geotécnicas, análises e
interpretação de resultados, análises de recalque e estabilidade dos aterros e de
taludes de corte, subsidiaram a especificação do processo construtivo e a
concepção de soluções para os taludes de cortes e aterros, fundações, obras de
arte especiais e correntes, entre outros.
As soluções indicadas no Projeto Geotécnico para a execução dos aterros
sobre solos moles consistiram basicamente em 3 tipos: trechos com remoção de
solos moles, trecho de aterro reforçado com bermas e trecho de aterro reforçado
sobre drenos, construído em etapas e bermas. Para os trechos onde as sondagens
de projeto não identificaram a presença de solos moles, foram previstas soluções de
aterros convencionais e/ou trechos sem a necessidade de intervenção. As soluções
para aterros executados sobre solos compressíveis são brevemente descritas a
seguir.
• Trechos com remoção de solos moles
Nos trechos onde as investigações geotécnicas identificaram a ocorrência de
camadas argilosas muito moles, com espessuras menores ou iguais a 3,0 m, a
solução indicada foi a remoção da camada compressível e posterior substituição
com material arenoso ou pó de pedra, como mostra a Figura 21.
67
Figura 21 - Aterros com Remoção de Solos Moles (Projeto Arco Metropolitano do Rio
de Janeiro)
• Trechos de aterro reforçado sobre drenos, construído em etapas e
associado a bermas
Nos trechos onde as investigações de campo revelaram camadas de argila
siltosa muito mole a mole, compressível, com espessuras acima de 4,0 m, a solução
proposta foi a utilização de geodrenos para aceleração dos recalques, associados à
construção de bermas para garantir o equilíbrio e reforço com geogrelha de 400
kN/m. A Figura 22 apresenta detalhes desta solução.
68
Figura 22 - Aterros sobre Drenos, construídos em Etapas e Bermas (Projeto Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro)
• Trechos de aterro reforçado com bermas
Esta solução foi adotada nos trechos onde as investigações indicaram
camadas de argila siltosa ou arenosa, mole a média, compressível a pouco
compressível, com alturas de aterros variáveis. As bermas são construídas com o
objetivo de garantir a estabilidade dos aterros, e o reforço restringe os
deslocamentos horizontais. A solução proposta está apresentada na Figura 23.
Conforme preconizado em projeto, a geogrelha utilizada na execução do
reforço do solo deve possuir resistência à tração longitudinal de 400 kN/m.
69
Figura 23 - Aterros Reforçados com Bermas (Projeto Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro)
Na execução de obras de terraplenagem, considerou-se a execução de um
espalhamento inicial de um aterro de trabalho (aterro de conquista) de 50 cm de
espessura mínima, nos trechos de afloramento de camadas compressíveis, a fim de
garantir uma capacidade de suporte mínima para as máquinas e os equipamentos.
Cabe ressaltar que, em alguns trechos, não houve necessidade de
intervenção, uma vez que não foi detectada a presença de argila mole.
2.3 Instrumentação de Campo - Definições
A instrumentação de campo permite o monitoramento do desempenho dos
aterros sobre solos compressíveis. Quando realizada com os devidos cuidados na
instalação dos instrumentos e na coleta de dados, a instrumentação fornece leituras
bastante representativas e possibilita:
• Monitorar as poropressões geradas durante as etapas de construção, e a
velocidade de dissipação;
70
• Acompanhar e avaliar os deslocamentos horizontais e a evolução dos
recalques que ocorrerão durante e após a execução dos aterros sobre solos moles;
• Monitorar a estabilidade da obra em casos críticos;
• Verificar a acurácia de métodos de projeto e realizar determinação e/ou
aferição
dos
parâmetros
representativos
do
subsolo,
possibilitando
ainda
estabelecer recomendações para obras futuras (Nacci e Schnaid, 2001);
• Verificar a adequação do método construtivo, com possibilidade de ajuste
dos parâmetros geotécnicos adotados na elaboração do projeto.
Vale lembrar que a eficácia de um programa de instrumentação de campo
está diretamente relacionada com o cuidado durante a instalação dos instrumentos e
com o acompanhamento constante das leituras, que permite detectar eventuais
problemas com a instrumentação.
De posse das informações obtidas através das leituras de instrumentação, é
possível verificar se as previsões de projeto e os parâmetros adotados estão
compatíveis com as observações de campo, permitindo a previsão da evolução dos
recalques, do processo de dissipação das poropressões, do ganho de resistência do
solo de fundação com o tempo, e da consequente estabilidade dos aterros.
Nacci e Schnaid (2001) ressaltam também a importância da instrumentação
nas obras, sugerindo o monitoramento do processo de adensamento, devido às
incertezas quanto à estimativa de parâmetros e dos riscos, oriundos da baixa
resistência e alta compressibilidade dos depósitos de argilas moles. A retroanálise
das leituras permite a estimativa do valor final de recalque e a determinação dos
parâmetros de adensamento in situ, que refletem o desempenho da obra geotécnica
(velocidade de deformação).
No intuito de realizar o adequado monitoramento das etapas construtivas dos
aterros que compõem a obra do Arco Metropolitano, a fim de acompanhar o
desempenho e a evolução do processo de adensamento, foi adotada a instalação de
inclinômetros, placas de recalques e bench marks, em determinados trechos onde
as sondagens e demais estudos de projeto indicaram a presença de solos
compressíveis.
A finalidade básica dos instrumentos aplicados aos aterros da obra do Arco
Metropolitano será descrita, de forma sucinta, a seguir.
71
•
Bench Mark (Referência Profunda)
O Bench Mark (Referência Profunda) é um instrumento utilizado para servir
de referência de cotas no controle dos recalques (Figura 24). No empreendimento
em questão, estes instrumentos foram instalados em furos de sondagem abertos,
até o ponto indeslocável do solo, onde foram introduzidas hastes de ferro
galvanizado e revestimento de tubos de PVC rígido. O Bench Mark recebe uma
cabeça de leitura feita de bronze, similar à da placa de recalque.
Figura 24 – Bench Mark (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro)
•
Inclinômetro
O inclinômetro é um instrumento utilizado para a medição dos deslocamentos
horizontais (Figura 25). Realiza-se uma perfuração no maciço e instala-se o tubo de
acesso do equipamento, contendo ranhuras ortogonais para direcionar o sensor
72
inclinométrico deslizante, segundo procedimentos preconizados em normas
técnicas. O tubo de acesso deve ser de alumínio ou material plástico com,
aproximadamente, 80 mm de diâmetro, contendo 4 ranhuras diametralmente
opostas. Após sua instalação, são realizadas leituras constantes nas duas direções
ortogonais. Ressalta-se que os tubos dos inclinômetros devem ser instalados ao
longo de toda a profundidade de solo mole existente, mantendo o equipamento
cravado com, no mínimo, 3 (três) metros abaixo da interface solo mole/solo
resistente.
Segundo informações dos Relatórios de Instrumentação fornecidos pelo
Consórcio, o inclinômetro utilizado na medição dos deslocamentos horizontais é do
tipo DIGITILT e a aquisição dos dados utiliza o DIGITILT DataMate com coletor
automático de dados.
Figura 25 – Inclinômetro (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro)
73
Cuidados devem ser tomados durante a instalação dos tubos e realização das
leituras. Tubos danificados, interna e externamente, devem ser descartados. O
correto posicionamento das ranhuras e a verticalidade dos tubos do inclinômetro
devem ser sempre verificados durante a instalação. A certificação do eixo em que se
está fazendo a leitura, a espera do tempo para equalização das medidas e a correta
inserção da sonda no furo devem ser observados constantemente. A Figura 26
mostra um dos inclinômetros instalados em campo, fotografado durante a realização
das leituras de rotina. A Figura 27 ilustra a fase de instalação de inclinômetros.
Figura 26 – Inclinômetro instalado no Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
74
Figura 27 – Instalação de Inclinômetros - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
•
Placa de Recalque
A placa de recalque permite a observação dos deslocamentos verticais do
solo de fundação, em função do alteamento dos aterros. Tal instrumento é instalado
na interface fundação-aterro, antes das etapas de lançamento dos aterros e consiste
em uma placa de aço com dimensões de 0,50 m x 0,50m (ou 1,00 m x 1,00 m), com
espessura de 3,0 mm aproximadamente, adequadamente nivelada, possuindo uma
haste central (Figura 28). São acopladas novas hastes às existentes, conforme o
crescimento das cotas de aterro. Deve-se manter constantemente uma rotina de
leituras dos valores de altura de aterro em campo, para se ter um efetivo
monitoramento do maciço e evitar o surgimento de futuros problemas geotécnicos.
Através das leituras e análises dos dados fornecidos pelas placas de
recalque, pode-se avaliar o processo de adensamento dos aterros ao longo do
tempo.
A pintura dos tubos é recomendada, pois permite que se faça um
monitoramento visual durante a execução da obra (Figura 29).
75
Figura 28 – Placa de Recalque (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro)
Figura 29 – Placa de Recalque instalada no Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
Segundo recomendações de projeto, as leituras dos recalques devem ser
realizadas de acordo com o andamento da obra, sendo definidas durante os
trabalhos pela fiscalização. Recomenda-se que, durante as fases iniciais da obra,
76
sejam feitas três leituras semanais, sendo os deslocamentos comparados com os
recalques previstos durante o projeto executivo. Com base no resultado da análise
comparativa, devem ser feitos ajustes nos projetos e, consequentemente, alterações
no tempo de execução dos aterros podem vir a ser necessárias. Sugere-se, ainda, a
implantação de dois marcos topográficos para a referência do nível das placas. Em
substituição à instalação dos marcos topográficos, pode-se instalar Bench Marks,
que devem ser colocados em locais estratégicos, no material resistente da base do
solo mole.
Destaca-se que os instrumentos devem ser convenientemente protegidos
contra eventuais danos que possam ocorrer durante as etapas de lançamento dos
aterros, uma vez que esses instrumentos são instalados em etapa anterior ao fim
dos trabalhos de terraplenagem. Durante a vida útil dos instrumentos, a proteção
contra a ação de animais e de possíveis atos de vandalismos também deve ser
realizada (Figura 30).
Figura 30 – Animais próximos à área das Placas de Recalque
77
2.4 Aterros Instrumentados
O Lote 1 compreende 11 (onze) aterros instrumentados, que receberam as
seguintes denominações:
• Aterro 1;
• Aterro 2;
• Aterro 3;
• Aterro 4;
• Aterro 4A;
• Aterro 5;
• Aterro 6;
• Aterro 6A;
• Aterro 6B;
• Aterro 6C;
• Aterro 7.
O traçado da rodovia apresenta trechos nos quais as pistas são contíguas e
trechos onde as pistas se apresentam separadas por canteiro central ou muretas
divisórias. Cada pista apresenta 2 faixas de tráfego. No projeto foram considerados 3
eixos, sendo eles: central, o da pista esquerda e o da pista direita. Considerando
que os instrumentos foram instalados em trechos de construção de pistas distintas,
as placas e inclinômetros receberam as seguintes nomenclaturas:
• PRPD: Placa de Recalque da Pista Direita;
• PRPE: Placa de Recalque da Pista Esquerda;
• INPD: Inclinômetro da Pista Direita;
• INPE: Inclinômetro da Pista Esquerda;
Considerando os levantamentos de Campo e, de posse das informações
contidas nos Relatórios de Acompanhamento da Instrumentação Geotécnica – Lote
1 (de Junho de 2010 a Novembro de 2011), foram instalados 287 instrumentos, no
total, sendo 272 placas de recalque e 15 inclinômetros, distribuídos da forma
78
apresentada na Figura 31 a Figura 48. Ressalta-se que a distância entre estacas
definida em projeto foi de 20 metros.
Figura 31. Localização das Placas no Aterro 1
79
Figura 32. Localização das Placas no Aterro 2
80
Figura 33. Localização das Placas no Aterro 3 - Pista Esquerda
81
Figura 34. Localização das Placas no Aterro 3 - Pista Direita
82
Figura 35. Localização das Placas no Aterro 4 - Pista Esquerda
83
Figura 36. Localização das Placas no Aterro 4 - Pista Direita
84
Figura 37. Localização das Placas no Aterro 4A - Pista Esquerda
85
Figura 38. Localização das Placas no Aterro 4A - Pista Direita
86
Figura 39. Localização das Placas no Aterro 5 - Pista Esquerda
87
Figura 40. Localização das Placas no Aterro 5 - Pista Direita
88
Figura 41. Localização das Placas nos Aterros 6 e 6A - Pista Esquerda
89
Figura 42. Localização das Placas nos Aterros 6 e 6A - Pista Direita
90
Figura 43. Localização das Placas no Aterro 6B - Pista Esquerda
91
Figura 44. Localização das Placas no Aterro 6B - Pista Direita
92
Figura 45. Localização das Placas no Aterro 6C - Pista Esquerda
93
Figura 46. Localização das Placas no Aterro 6C - Pista Direita
94
Figura 47. Localização das Placas no Aterro 7 - Pista Esquerda
95
Figura 48. Localização das Placas no Aterro 7 - Pista Direita
96
A Figura 49 apresenta uma foto da execução das atividades de terraplenagem
e construção dos aterros.
Figura 49 – Execução das atividades de terraplenagem e lançamento dos aterros – Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro
2.5 Considerações Finais
Este capítulo teve por finalidade caracterizar e delimitar a área em estudo do
presente trabalho, buscando apresentar ainda, em linhas gerais, os aspectos
necessários
à
compreensão
da
instrumentação
de
campo
instalada
no
empreendimento.
A partir das leituras frequentes das placas de recalque, é possível realizar a
análise do comportamento dos aterros durante o processo construtivo. Os capítulos
subsequentes apresentam as análises da instrumentação de campo, e a simulação
numérica do processo construtivo dos aterros, buscando-se estabelecer parâmetros
representativos do solo compressível.
22020
3 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS DA INSTRUMENTAÇÃO DE CAMPO
O presente capítulo visa apresentar a análise global das leituras fornecidas
pela instrumentação de campo (entre os meses de junho de 2010 e novembro de
2011) dos aterros do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro.
Tendo em vista a magnitude da obra, a extensão dos aterros instrumentados
e a grande quantidade de instrumentos instalados em campo, foram escolhidas as
seções mais representativas do comportamento dos aterros para serem avaliadas
analítica e numericamente. As seções escolhidas foram aquelas que apresentaram
os deslocamentos verticais mais expressivos.
Neste capítulo, os valores dos recalques reais de campo destas seções foram
confrontados com os obtidos segundo o método de Asaoka (1978). Foram obtidos
ainda valores para os parâmetros razão de compressão (CR) e coeficiente de
adensamento (cv), a partir de retroanálises dos recalques reais e estimativas pelo
método de Asaoka, respectivamente.
3.1 Análise Global dos Aterros Instrumentados
O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro possui 11 (onze) aterros
instrumentados, conforme visto no item 2.4. Dada a extensão dos aterros, diferentes
soluções geotécnicas foram propostas para estabilização dos recalques, como
apresentado no item 2.2. A Tabela 7 a Tabela 17, apresentadas na sequência do
texto, reúnem as soluções propostas para os diferentes trechos.
É importante relembrar que o acompanhamento da evolução dos aterros foi
possível a partir do fornecimento dos Relatórios de Acompanhamento da
Instrumentação Geotécnica – Lote 1 pelo Consórcio Executor da obra. Nestes
relatórios, foram fornecidos os registros de recalques e de cota de aterro ao longo do
tempo, obtidos através das placas de recalque.
Ressalta-se
que,
de
acordo
com
informações
de
campo,
alguns
equipamentos de instrumentação geotécnica foram danificados durante a construção
dos aterros, ocasionando alguns erros nas leituras, podendo comprometer a
98
qualidade da instrumentação. Estes danos podem ocorrer devido ao alto tráfego de
máquinas, descuido na proteção dos instrumentos, entre outros. Durante as
atividades acadêmicas de análise das leituras de instrumentação, alimentação do
banco de dados e acompanhamento da rotina de campo, foi possível minimizar
estas influências e melhorar a qualidade das informações a serem utilizadas no
presente trabalho.
Vale lembrar que houveram interrupções/paralisações nas atividades de
lançamento de camadas de aterro em função de períodos prolongados de chuvas,
entre outros fatores.
A seguir será apresentada, de uma forma abrangente, a avaliação do
comportamento dos aterros instrumentados do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro,
após as análises dos resultados fornecidos pelas placas de recalque.
• Análise do Comportamento dos Aterros 1 e 2
Nos Aterros 1 e 2, foram registrados deslocamentos verticais pouco
expressivos (máximo de 8,0 cm), com registros de altura de aterro entre 0
(inexistência de lançamento de aterro) e 4,0 m.
Estes resultados indicam a possível inexistência de solo mole compressível
nesta região, ou a presença de camadas de pequena espessura. Na fase de projeto,
a solução proposta para a região do Aterro 1 foi de aterro reforçado com bermas. No
Aterro 2, as soluções propostas foram: aterro reforçado com bermas e aterro
reforçado sobre drenos, construídos em etapas e bermas (Tabela 7 e Tabela 8).
As sondagens executadas na fase de projeto indicaram espessuras de solo
compressível variáveis em torno de 1 m e 2 m para a região do Aterro 1. Algumas
sondagens também apontaram a inexistência de argila mole. Para a região do Aterro
2, boletins de sondagem mostram a presença de camadas compressíveis em torno
de 4 m de espessura.
99
Tabela 7. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 1
Pista
Direita
(PRPD)
Estaca
Pista
Esquerda
(PRPE)
Estaca
72E
87
52E
87
73E
88+05
53E
88+05
74E
89+10
54E
89+10
75E
90+15
55E
90+15
76E
92
56E
92
77E
93+05
57E
93+05
58E
94+10
59E
95+15
60E
97
Data de
instalação
Solução
Trecho
de aterro
Agosto/2011 reforçado
com
bermas
78E
94+10
79E
95+15
80E
97
81E
98+05
61E
98+05
82E
99+10
62E
99+10
83E
100+15
63E
100+15
84E
102
64E
102
85E
103+05
65E
103+05
Data de
instalação
Solução
Trecho
de aterro
Agosto/2011 reforçado
com
bermas
Tabela 8. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 2
Pista
Direita
(PRPD)
Estaca
86E
134
87E
135+05
88E
136+10
89E
137+15
90E
139
91E
140
92E
141+10
93E
142+15
94E
144
95E
145+05
Data de
instalação
Solução
Trecho de
aterro
reforçado
com
bermas
Trecho de
aterro
reforçado
sobre
drenos,
Agosto/2011
construído
em etapas
e bermas
Trecho de
aterro
reforçado
com
bermas
Pista
Esquerda
(PRPE)
Estaca
66E
134
67E
135+05
68E
136+10
69E
137+15
70E
139
71E
140
72E
141+10
73E
142+15
74E
144
75E
145+05
Data de
instalação
Solução
Trecho de
aterro
reforçado
com
bermas
Trecho de
aterro
reforçado
sobre
drenos,
Agosto/2011
construído
em etapas
e bermas
Trecho de
aterro
reforçado
com
bermas
100
• Análise do Comportamento do Aterro 3
Dentre os aterros instrumentados, o Aterro 3 foi um dos primeiros a ser
monitorado e a fornecer registros de recalques significativos. Na pista direita, foram
medidos recalques máximos de 1,24 m na placa PRPD-11. Na pista esquerda, a
placa PRPE-06 forneceu recalques elevados, da ordem de 1,30 m. De um modo
geral, os recalques mostraram-se estáveis 4 meses após o lançamento de camadas
de aterro.
As sondagens complementares e de projeto executadas no local indicaram a
presença de espessuras de solo mole variando na faixa de 4 a 7,5 m.
Na fase de projeto, as soluções propostas para a região do Aterro 3 foram de
aterro reforçado com bermas e aterro reforçado sobre drenos, construídos em
etapas e bermas (Tabela 9).
Os
resultados
detalhadamente
no
das
placas
presente
PRPD-11
trabalho,
e
PRPE-06
buscando-se
foram
definir
analisados
parâmetros
representativos da argila mole.
•
Análise do Comportamento do Aterro 4
Neste aterro, as placas também apresentaram recalques expressivos: na
pista direita, foram medidos recalques máximos de 1,37 m na PRPD-29; e na pista
esquerda, a placa PRPE-25 forneceu recalques elevados, de 1,33 m. Observou-se
que o tempo para estabilização dos recalques foi da ordem de 3 meses,
aproximadamente. As espessuras de solo mole definidas a partir das sondagens
executadas na fase de projeto variam entre 1,5 m e 8,5 m, aproximadamente.
Os resultados fornecidos pelas placas PRPD-29 e PRPE-25 serão analisados
nos itens subsequentes.
Na região do Aterro 4 foi proposta a solução de aterro reforçado sobre drenos,
construídos em etapas e bermas (Tabela 10).
101
Tabela 9. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 3
PLACAS DE RECALQUE
Pista
Direita
(PRPD)
Estaca
Pista
Esquerda
(PRPE)
Estaca
05
253
01
255
06
254
02
256
07
255
03
257
08
256
04
258
09
257
05
259
10
258
06
260
11
259
07
261
12
260
08
262
13
261
09
264
14
262
11
270
15
263
12
273
16
264
13
276
17
266
14
280
19
270
-
-
-
-
20
272
-
-
-
-
21
274
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
22
276
23
278
24
280
Data de
instalação
Solução
Julho/2010
Trecho de
aterro
reforçado
sobre
drenos,
Junho/2010
construído
em etapas
e bermas
Julho/2010 Trecho de
aterro
reforçado
com
bermas
Data de
instalação
Solução
Trecho de
aterro
Junho/2010
reforçado
sobre
drenos,
construído
em etapas
e bermas
Agosto/2010 Trecho de
aterro
reforçado
com
bermas
102
Tabela 10. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 4
PLACAS DE RECALQUE
Pista
Direita
(PRPD)
Estaca
26
297
27
298
28
299
Data de
instalação
da placa
Julho/2010
Solução
Trecho de
aterro
reforçado
sobre
drenos,
construído
em etapas
e bermas
Pista
Esquerda Estaca
(PRPE)
16
290
17
291
18
292
19
293
20
294
21
295
29
300
30
301
31
302
-
-
-
-
22
296
-
-
-
-
23
297
-
-
-
-
24
298
-
-
-
-
25
299
-
-
-
-
26
300
08
300
-
-
07
295
Data de
instalação
da placa
Julho/2010
Solução
Trecho de
aterro
reforçado
sobre
drenos,
construído
em etapas
e bermas
Agosto/2010
-
-
-
-
08
298
• Análise do Comportamento do Aterro 4A
O Aterro 4A situa-se no trecho do Rio D’Ouro. A instrumentação indica
recalques máximos da ordem de 0,46 m. Durante o período em questão, os
recalques mostraram-se estáveis. As espessuras de solo mole definidas a partir das
sondagens mais próximas executadas na fase de projeto para a região são da
ordem de 4 m, aproximadamente. Os valores medidos de recalque foram pouco
expressivos para espessuras de solo mole desta magnitude, o que, de certa forma,
contraria as premissas de projeto.
Na fase de projeto, as soluções propostas para a região do Aterro 4A foi de
aterro reforçado com bermas (Tabela 11).
103
Tabela 11. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 4A
ATERRO 4A
PLACAS DE RECALQUE
Pista
Direita
(PRPD)
Estaca
Data de
Pista
instalação Solução Esquerda
da placa
(PRPE)
27E
400
28E
405
29E
409+10
-
-
-
-
-
-
Trecho
de aterro
Maio/2011 reforçado
com
bermas
Estaca
16E
397
17E
400
18E
403
-
19E
405
-
20E
407
Data de
instalação Solução
da placa
Trecho
de aterro
Maio/2011 reforçado
com
bermas
• Análise do Comportamento do Aterro 5
Neste aterro, de acordo com as informações do relatório de instrumentação
geotécnica fornecido pelo Consórcio, houve um lançamento de 2,0 m de sobrecarga
temporária. Observou-se uma estabilização rápida dos recalques, sendo este fato
um indicativo de que o solo de fundação pode não ser composto por argila mole.
Ressalta-se que, de acordo com a última leitura fornecida pelo Consórcio executor
da obra, o trecho foi liberado para os serviços de terraplenagem, a instrumentação já
foi retirada e o aterro encontra-se concluído.
As espessuras de solo mole definidas a partir das sondagens disponíveis
executadas na fase de projeto são da ordem de 2 m. No entanto, os valores de
recalques obtidos através dos registros das placas instaladas neste aterro foram
inexpressivos, entre 1,5 cm a 10 cm.
Na fase de projeto, as soluções propostas para a região do Aterro 5 foi de
aterro reforçado com bermas (Tabela 12).
104
Tabela 12. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 5
PLACAS DE RECALQUE
Pista
Direita
(PRPD)
Estaca
Data de
instalação
da placa
Pista
Solução Esquerda
(PRPE)
36
438
21A
434
37
439
22A
435
38
440
23A
436
39
441
24A
437
40
442
25A
438
41
443
26A
439
42
444
-
-
-
-
43
445
-
-
-
-
44
446
-
-
-
-
45
447
-
-
-
-
46
448
-
-
-
-
47
449
-
-
-
-
Trecho
de aterro
Outubro/2010 reforçado
com
bermas
Estaca
Data de
instalação
da placa
Solução
Trecho
de aterro
Outubro/2010 reforçado
com
bermas
• Análise de Comportamento do Aterro 6
O Aterro 6 apresentou registros de recalques entre 2 cm a 68 cm. Esta grande
variação dos valores de recalque se deve ao fato de que algumas placas inseridas
neste aterro situam-se em trechos onde há ausência de solos compressíveis,
registrando valores inexpressivos de recalque.
As sondagens indicaram espessuras de solo mole bastante variáveis, entre
1,5 m e 6,8 m.
Na fase de projeto, as soluções propostas para a região do Aterro 6 foram de
aterro reforçado com bermas; aterro reforçado sobre drenos, construídos em etapas
e bermas; aterro convencional e trecho com remoção de solos moles (Tabela 13).
105
Tabela 13. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6
PLACAS DE RECALQUE
Pista
Direita Estaca
(PRPD)
48
499
49
500
50
501
51
502
52
503
53
512
54
513
55
514
Data de
instalação da
placa
Pista
Solução Esquerda Estaca
(PRPE)
Trecho
de aterro
Novembro/2010 reforçado
com
bermas
Julho/2011
Trecho
de
remoção
de solos
moles
27
496
28
497
29
498
30
499
31
500
32
501
33
502
34
505
Data de
instalação da
placa
Trecho de
aterro
reforçado
com bermas
Novembro/2010
Julho/2011
-
-
-
-
35
506
Solução
Trecho de
aterro
reforçado
sobre
drenos,
construído
em etapas e
bermas
Aterro
Convencional
• Análise do Comportamento do Aterro 6A e 6B
Estes aterros apresentaram faixas de recalques situadas entre 0 cm e 42 cm,
para alturas de aterro entre 1,1 m e 3,7 m.
Nesta região, as espessuras de solo mole compressível são da ordem de 1 m
a 6 m, aproximadamente. As soluções propostas para o Aterro 6A foram: aterro
reforçado sobre drenos, construídos em etapas e bermas; trecho com remoção de
solos moles; aterro convencional e trechos sem a necessidade de intervenção
(Tabela 14). Para o Aterro 6B, as soluções de projeto adotadas foram de aterro
convencional e de aterro reforçado com bermas, como indica a Tabela 15.
106
Tabela 14. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6A
PLACAS DE RECALQUE
Pista
Direita
(PRPD)
Estaca
48E
525
49E
Data de
instalação
da placa
Trecho de
aterro
reforçado
sobre
drenos,
construído
em etapas e
bermas
530
50E
535
51E
540
52E
Solução
Abril/2011
Pista
Esquerda
(PRPE)
Estaca
27E
520
28E
530
30E
535
545
31E
540
53E
550
32E
545
-
-
33E
549
-
-
Solução
Trecho de remoção de
solos moles
525
29E
Aterro
Convencional
Data de
instalação
da placa
Trecho de aterro
reforçado sobre drenos,
Abril/2011 construído em etapas e
bermas
Aterro Convencional
s/ necessidade de
intervenção
Tabela 15. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6B
PLACAS DE RECALQUE
Pista
Direita
(PRPD)
Estaca
55E
Data de
instalação
da placa
Pista
Esquerda
(PRPE)
Estaca
560
35E
556
56E
561
36E
557
57E
562
37E
558
58E
563
38E
559
39E
560
Junho/2011
Solução
Aterro
Convencional
59E
565
60E
568
40E
562
61E
570
41E
565
62E
572
42E
567
Data de
instalação
da placa
Solução
Trecho
de aterro
Junho/2011 reforçado
com
bermas
107
• Análise do Comportamento dos Aterros 6C e 7
Os Aterros 6C e 7 apresentaram recalques acumulados máximos de pequena
magnitude, da ordem de 7 cm na PRPE-45E, para aterros de 2,0 m de altura.
Estes aterros são os mais recentes e não serão analisados na presente
dissertação, uma vez que foram lançadas poucas camadas de aterro até a presente
data.
Ressalta-se que, de acordo com a última leitura fornecida pelo Consórcio
executor da obra, o trecho foi liberado para os serviços de terraplenagem, a
instrumentação já foi retirada e o aterro encontra-se concluído.
As soluções propostas para o Aterro 6C foram: aterro reforçado com bermas
e aterro convencional (Tabela 16). Para o Aterro 7, as soluções de projeto adotadas
foram: aterro convencional; aterro reforçado com bermas; trecho de remoção de
solos moles; trechos sem a necessidade de intervenção; aterro reforçado sobre
drenos, construído em etapas e bermas (Tabela 17).
Tabela 16. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6C
PLACAS DE RECALQUE
Pista
Direita
(PRPD)
Estaca
63E
Data de
instalação
da placa
Pista
Esquerda
(PRPE)
Estaca
626
43E
646
64E
631
44E
647
65E
636
45E
648+10
66E
641
46E
650
67E
646
47E
651
68E
651
48E
652
69E
656
49E
653+10
70E
661
50E
655
71E
666
51E
656
Solução
Trecho de
aterro
reforçado
Agosto/2011 com bermas
Aterro
Convencional
Data de
instalação
da placa
Solução
Agosto/2011
Aterro
Convencional
108
Tabela 17. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 7
ATERRO 7
PLACAS DE RECALQUE
Pista
Direita Estaca
(PRPD)
96E
686
Data de
instalação
da placa
Solução
Pista
Data de
Esquerda Estaca instalação
(PRPE)
da placa
76E
682
97E
687
77E
683
98E
688
78E
684
99E
689
79E
685
101E
691
80E
686
102E
692
83E
690
103E
693
84E
691
104E
694
85E
692
105E
695
86E
693
107E
698
89E
698
108E
699
90E
699
109E
700
91E
700
110E
701
92E
701
111E
702
93E
702
112E
703
94E
703
113E
704
95E
704
114E
705
96E
705
115E
706
97E
706
116E
707
98E
707
Setembro/
2011
Trecho de aterro
reforçado com
bermas
Agosto/ 2011
trecho de remoção
de solos moles
117E
708
99E
708
118E
709
100E
709
119E
710
101E
710
120E
711
102E
711
121E
712
103E
712
126E
730
104E
713
127E
731
Trecho de aterro reforçado
com bermas
105E
714
128E
732
s/ necessidade de intervenção
106E
715
129E
733
107E
716
130E
734
108E
717
131E
735
109E
718
132E
736
110E
719
133E
737
111E
720
134E
738
112E
721
135E
739
113E
722
136E
740
114E
723
137E
741
115E
724
138E
742
aterro convencional
116E
725
-
-
-
-
117E
726
-
-
-
-
118E
727
-
-
-
-
119E
728
-
-
-
-
120E
729
-
-
-
-
121E
730
-
-
-
-
124E
734
-
-
-
-
125E
735
-
-
-
-
126E
736
-
-
-
-
127E
737
-
-
-
-
128E
738
-
-
-
-
129E
739
Setembro/
2011
Trecho de aterro
reforçado com
bermas
Solução
Trecho de aterro
reforçado com
bermas
Setembro/
2011
Trecho de aterro reforçado
sobre drenos, construído
em etapas e bermas
Agosto/ 2011
Trecho de aterro
reforçado com
bermas
Setembro/
2011
aterro convencional
109
3.2 Definição das Seções Representativas do Estudo
A análise detalhada dos resultados registrados em todas as placas de
recalques instaladas ao longo dos 11 aterros instrumentados permitiu a definição
das seções que apresentaram os resultados mais expressivos e representativos. A
escolha levou em consideração fatores como:
• Apresentação de recalques significativos;
• Controle da altura das camadas de aterro lançadas durante a fase de
execução;
• Qualidade dos dados fornecidos pela instrumentação;
• Confiabilidade nos instrumentos.
As seções adotadas para o presente estudo contemplaram placas inseridas
em trechos com e sem a presença de geodrenos verticais para a aceleração de
recalques, e estão reunidas na Tabela 18.
Tabela 18 – Seções analisadas no presente estudo com as respectivas placas de recalque
Descrição do trecho
Trecho com a presença de geodrenos verticais
Trecho sem a presença de geodrenos verticais
Placa
Aterro
PRPD-11
3
PRPD-29
4
PRPD-49E
6A
PRPE-06
3
PRPE-25
4
PRPE-32
6
PRPD-21
3
PRPD 49
6
PRPD-50
6
PRPD-28E
4A
PRPD-29E
4A
PRPE-18E
4A
PRPE-19E
4A
PRPE-20E
4A
Neste capítulo, serão realizadas análises distintas para trechos com a
presença de geodrenos e sem a presença de geodrenos:
110
1. As placas inseridas em trechos com a presença de geodrenos verticais terão
os valores de recalques finais reais confrontados com as previsões de
recalques segundo o método de Asaoka (1978). Para estas seções, serão
obtidos, também, os valores da Razão de Compressão (CR), a partir de
retroanálises, segundo a equação de cálculo de recalques para a fase de
adensamento primário (Eq. 6).
2. As placas inseridas em trechos sem a presença de geodrenos verticais
também terão os valores de recalques finais reais confrontados com as
previsões de recalques segundo o método de Asaoka (1978). Adicionalmente,
foi determinado o coeficiente de adensamento vertical (cv), segundo o método
de Asaoka (1978).
3.3 Previsão dos Recalques Finais para as Seções Representativas do Estudo:
Método de Asaoka (1978)
Os resultados de recalques reais finais de campo obtidos pelos registros das
placas de recalque das seções representativas do estudo foram confrontados com
os valores dos recalques finais obtidos a partir do método de Asaoka (1978).
Conforme pode ser observado na Tabela 19, a magnitude dos recalques finais
primários estimados através do método de Asaoka foram compatíveis com os
valores finais de campo, com erro máximo de 7,14%. Isto demonstra que este
método é válido e bastante útil nas estimativas de recalques finais, apresentando
resultados satisfatórios, principalmente quando os registros das placas de recalque
atingem 60% do adensamento.
Ressalta-se que o valor do erro, apresentado na Tabela 19, foi definido como:
111
Erro =
ρ Asaoka − ρreal
ρreal
(16)
Onde: ρAsaoka = recalque estimado pelo método de Asaoka;
ρreal = recalque final medido pela placa de recalque.
Tabela 19 – Valores dos recalques finais de campo: registros da instrumentação versus
Método de Asaoka (1978)
Recalque Final (cm)
Placa
Seções
com
Drenos
Seções
sem
Drenos
Estaca
Erro (%)
Instrumentação
Asaoka
PRPD-11
259
124
125
+ 0,80
PRPD-29
300
137
138
+ 0,72
PRPD-49E
530
42
43
+ 2,38
PRPE-06
260
128
129
+ 0,78
PRPE-25
299
133
134
+ 0,75
PRPE-32
501
58
59
+ 1,72
PRPD-21
274
82
83
+ 1,21
PRPD-49
500
68
70
+ 2,94
PRPD-50
501
58
60
+ 3,44
PRPD-28E
405
42
45
+ 7,14
PRPD-29E
409+10
40
40
0
PRPE-18E
403
46
47,5
+ 3.26
PRPE-19E
405
45
45,5
+ 1,11
PRPE-20E
407
44
44,5
+ 1,14
3.4 Análise das Seções Representativas Inseridas em Trechos com a Presença
de Geodrenos
112
3.4.1 Discussão dos Resultados da Instrumentação de Campo: Seções com
Geodrenos
A Figura 50 a Figura 55 apresentam os resultados fornecidos pelas diferentes
placas de recalque analisadas no estudo das seções que apresentam geodrenos
(PRPD-11, PRPD-29, PRPD-49E, PRPE-06, PRPE-25 e PRPE-32).
Os dados de instrumentação da placa PRPD-11 (Figura 50), localizada no
Aterro 3, mostram que as cotas inicial e final do aterro foram de 6,15 m e 11,0 m,
respectivamente, o que representa 4,85 m de aterro. Para esta altura de aterro
lançada, o recalque máximo obtido foi de 1,24 m. Observa-se que os valores de
recalque apresentam uma rápida tendência à estabilização, em função da presença
de geodrenos. Vale ressaltar ainda que o gráfico da placa PRPD-11 apresentou
descontinuidade nas leituras finais de recalques. Tal fato se deve à ocorrência de
intervalos maiores na coleta de dados de campo, ou melhor, dos registros das
placas de recalques.
Os dados de instrumentação da placa PRPD-29 (Figura 51), localizada no
Aterro 4, indicam uma altura final de aterro igual a 4,35 m, com cota inicial de 6,35 m
e cota final igual a 10,7 m. O recalque máximo, medido para esta altura de aterro, e
já estabilizado, foi de 1,37 m. Novamente, observa-se que os recalques estabilizam
rapidamente (cerca de 2 meses), tendo em vista a presença dos geodrenos.
Ressalta-se ainda que o gráfico da placa PRPD-29 também apresentou
descontinuidade nas leituras finais de recalques.
113
Figura 50 – Recalque e cota de aterro versus tempo:Placa de Recalque PRPD-11
Figura 51 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-29
114
A Figura 52 apresenta a evolução dos recalques ao longo do tempo,
juntamente com o processo de alteamento do aterro, fornecidos pela placa PRPD49E (Aterro 6A). A instrumentação indica recalque máximo de 0,42 m, para uma
altura final de aterro de 2,7 m (cota inicial do aterro igual a 3,8 m e cota final igual a
6,5 m). Vale lembrar que o aterro 6A é um dos aterros com lançamento de camadas
mais recente.
Figura 52 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-49E
Na Figura 53, são apresentados os registros de recalques e cotas de aterro
em função do tempo, fornecidos pela placa PRPE-06, localizada no Aterro 3.
Observa-se que aterro apresentava cota inicial de 6,1 m, atingindo a cota 10,7 m.
Para uma altura de aterro lançada de 4,6 m, a placa de recalque registrou recalques
de 1,28 m.
`
Os registros da placa de recalque PRPE-25, localizada no Aterro 4, estão
apresentados na Figura 54. Os resultados mostram que o aterro atinge a altura de
5,2 m, provocando recalques máximos de 1,33 m, já estabilizados em função da
presença dos geodrenos. O gráfico da placa PRPE-25 apresentou descontinuidade
nas leituras finais de recalques, a partir do registro de recalque de 43 cm. Isso se
115
deve à ocorrência de intervalos maiores na coleta de dados de campo, como já
salientado.
Figura 53 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-06
Figura 54 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-25
116
Os dados de instrumentação da placa PRPE-32 (Figura 55), localizada no
Aterro 6, mostram que o aterro apresentava cota inicial igual a 4,0 m atingindo a cota
final de 9,0 m após o alteamento. O recalque máximo obtido foi de 0,58 m, para uma
altura de aterro lançada de 5,0 m.
Observa-se que todos os gráficos apresentam descontinuidades nas leituras
finais de recalques, em função de maiores intervalos entre as leituras.
Figura 55 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-32
Tendo em vista que todas as seções que apresentam geodrenos mostram
recalques estabilizados, é possível determinar a razão de compressão (CR), a partir
do conhecimento do estado inicial de tensões in situ.
3.4.2 Retroanálise dos Recalques Finais de Campo para a Obtenção de CR
Como elucidado anteriormente, no presente subitem, discute-se a obtenção
do parâmetro denominado Relação de Compressão (CR), através de retroanálises
117
realizadas a partir dos registros dos valores de recalques finais das placas adotadas
no presente estudo, situadas em trechos dos aterros contendo drenos verticais (item
3.2).
Para a obtenção da relação de compressão CR =
Cc
, foi utilizada a
1 + eo
seguinte equação para cálculos de recalques na fase de adensamento primário:
ρ = Ho .
σ'
Cc
. log vf
1 + eo
σ'vo
(18)
Substituindo na equação anteriormente citada, os valores das tensões inicial e
final, espessura da camada compressível, e o valor do recalque final estabilizado
registrado pela placa, obtém-se o valor da Relação de Compressão (CR).
Os valores de espessuras de camada de argila mole (Ho) foram obtidos a
partir da interpretação das sondagens de projeto e sondagens complementares
disponíveis. Vale ressaltar que a adoção do valor de Ho = 3,65 m para a placa PRPD
49E (estaca 530) foi obtido através da média de valores de espessuras de argila
mole para as estacas disponíveis mais próximas (sondagem da estaca 528+05-Pista
Esquerda e sondagem da estaca 533+10-Pista Direita).
A Tabela 20 mostra os resultados das retroanálises realizadas, com os
valores obtidos para o parâmetro CR.
Tabela 20 - Obtenção de CR a partir de retroanálises em trechos com a presença de
geodrenos
Placa de
Recalque
Estaca
Recalque Final
(cm)
Sondagem
Ho (m)
Altura Final de
Aterro lançada
(m)
Tensões
CR
σ'vi
σ'vf
PRPD 11
259
124
4,60
6,10
15,90
125,70
0,30
PRPD 29
300
137
7,90
5,70
20,85
123,45
0,22
PRPD 49E
530
42
3,65
3,15
14,47
71,17
0,17
PRPE 6
260
128
7,50
5,90
20,25
126,45
0,21
PRPE 25
299
133
8,90
6,50
22,35
139,35
0,19
PRPE 32
501
58
4,00
5,60
15,00
115,80
0,16
118
Observa-se que os valores obtidos situaram-se em uma faixa de 0,16 a 0,22.
Existe apenas um único resultado fora desta faixa, sendo de 0,30. A Figura 56
confronta a faixa de valores de CR obtida a partir das retroanálises, com os valores
encontrados na literatura. De um modo geral, a retroanálise forneceu valores
inferiores de compressibilidade, quando comparado com os valores encontrados na
literatura
para
a
Baixada
Fluminense.
Também
observa-se
que
a
faixa
retroanalisada para a região do empreendimento não compreende a maioria dos
valores de CR obtidos nos ensaios de projeto do Arco Metropolitano – Lote 1.
Figura 56 – Confronto entre os valores de CR obtidos por retroanálise e dados da literatura
3.5 Análise das Seções Representativas Inseridas em Trechos sem a Presença
de Geodrenos
119
3.5.1 Discussão dos Resultados da Instrumentação de Campo: Seções sem
Geodrenos
A Figura 57 a Figura 64 apresentam os resultados das placas de recalque
instaladas nas seções sem geodrenos (PRPD-21, PRPD-49, PRPD-50, PRPD-28E,
PRPD-29E, PRPE-18E, PRPE-19E e PRPE-20E), que serão analisadas no presente
item.
Os dados de instrumentação da placa PRPD-21 (Figura 57), instalada no
Aterro 3, mostram que a cota do aterro se iniciou em torno de 5,9 m, atingindo o
valor de 10 m. O recalque máximo obtido para esta altura de aterro (4,1 m) foi de
0,82 m. Como observado para outras placas, o gráfico da placa PRPD-21 também
apresentou descontinuidade nas leituras finais de recalques, o que mostra uma
menor frequência nas leituras de recalques.
Figura 57 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-21
120
A Figura 58 apresenta os registros de recalques e cotas de altura de aterro
em função do tempo para a placa PRPD-49, instalada no Aterro 6. Os resultados
mostram que as cotas inicial e final de aterro eram de 3,7 m e 7,8 m,
respectivamente, correspondendo a uma altura final de 4,1 m. O recalque máximo
obtido foi de 0,68 m.
Figura 58 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-49
Os dados de instrumentação da placa PRPD-50 (Figura 59), instalada no
Aterro 6 indicam recalque máximo de 0,58 m para uma altura final de aterro de 4,3
m. As descontinuidades nas leituras finais de recalques são também observadas
para esta placa.
As leituras fornecidas pela placa PRPD-28E (Aterro 4A) mostram que o aterro
atingiu a altura de 6,5 m, com cotas inicial e final de 5 m e 11,5 m, respectivamente.
O recalque máximo medido foi de cerca de 0,42 m (Figura 60). Ressalta-se que a
121
variabilidade observada nos valores de recalque máximo das diferentes placas são
decorrentes das diferentes espessuras de aterro dos trechos analisados.
Figura 59 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-50
122
Figura 60 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-28E
A Figura 61 apresenta os registros de recalques e cotas de altura de aterro
em função do tempo da placa PRPD-29E (Aterro 4A). O aterro atingiu uma altura
final de 4,5 m, provocando recalque máximo de 0,40 m.
123
Figura 61 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-29E
Os dados de instrumentação da placa PRPE-18E (Aterro 4A) mostram que a
cota do aterro se iniciou em torno de 5 m, atingindo o valor de 13,2 m. O recalque
máximo correspondente obtido foi de 0,46 m (Figura 62).
Finalmente, a Figura 63 e a Figura 64 apresentam os registros das placas
PRPE-19E e PRPE-20E, respectivamente. Observa-se que a placa PRPE-19E
(Figura 63) registra recalque máximo de 0,45 m para uma altura final de aterro de
7,1 m. Já a placa PRPE-20E (Figura 64) indica valores semelhantes de recalque
final para uma altura de aterro de 6,1 m.
124
Figura 62 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-18E
Figura 63 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-19E
125
Figura 64 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-20E
3.5.2 Determinação de cv pelo Método de Asaoka
O método de Asaoka (1978) é utilizado não somente para a estimativa de
recalques finais, mas também é muito útil na estimativa do valor do coeficiente de
adensamento (cv). Obtém-se, graficamente, o valor do ângulo β1 e, em seguida, por
formulação numérica, tem-se o valor de cv (conforme a equação 11).
A Tabela 21 apresenta os valores de cv obtidos através dos registros de
recalque das placas localizadas em trechos sem a presença de drenos. Tal escolha
se deve ao fato de que as seções que não contém geodrenos possuem a evolução
de recalques primários condicionada à permeabilidade real do solo compressível.
Nas seções com geodrenos, o adensamento é acelerado por drenagem radial.
126
Tabela 21 – Coeficiente de Adensamento (cv)
Recalque
Final
(cm)
Sondagem
Ho (m)
(⁰)
274
82
4,5
PRPD49
500
68
PRPD 50
501
PRPD 28E
405
β1
(rad)
∆t
(ano)
cv
(m²/s)
14
0,244
0,055
1,72x10
4,9
30
0,524
0,055
9,36x10
58
4,9
30
0,524
0,055
9,36x10
42
1,7
30
0,524
0,041
1,50x10
PRPD 29E 409+10
40
6,7
9
0,157
0,041
6,68x10
PRPE 18E
403
46
7,8
36
0,628
0,041
2,27x10
PRPE 19E
405
45
2,0
27
0,471
0,041
2,41x10
PRPE 20E
407
44
5,9
24
0,419
0,041
2,43x10
Placa de
Recalque
Estaca
PRPD 21
-6
-7
-7
-7
-6
-6
-7
-6
Figura 65 exemplifica a obtenção gráfica de cv pelo método de Asaoka, a partir dos
registros de deslocamentos verticais em função do tempo, da placa de recalque
PRPD-50.
Figura 65 – Método gráfico de Asaoka para a placa de recalque PRPD-50
127
3.6 Considerações Finais
Este Capítulo teve por finalidade apresentar uma análise global dos aterros
instrumentados do Lote 1. Foram definidas como seções típicas do estudo aquelas
nas quais se inserem as placas de recalque que apresentaram valores mais
expressivos e confiáveis, reproduzindo com fidelidade as condições reais de campo.
As previsões de recalques finais pelo método de Asaoka (1978) se mostraram
bastante satisfatórias, quando confrontadas com os valores de recalques reais finais
medidos em campo. O erro percentual obtido também foi baixo, com o valor mais
expressivo de + 7,14 somente para uma das amostras.
Os parâmetros cv e CR foram obtidos pelo método gráfico de Asaoka e por
retroanálise dos recalques medidos, respectivamente. Observou-se que a faixa de
valores de CR obtida através das retroanálises se apresentou baixa, quando
comparado com as demais faixas pesquisadas na literatura para a região da Baixada
Fluminense.
No Capítulo 4, serão definidos os parâmetros geotécnicos do solo
compressível, e apresentadas as análises e simulações numéricas para duas seções
inseridas em trechos sem a presença de geodrenos.
22020
4 ANÁLISE NUMÉRICA DOS ATERROS INSTRUMENTADOS
Este
capítulo
apresenta
a
simulação
numérica
de
duas
seções
representativas dos aterros instrumentados, inseridas em trechos sem a presença de
geodrenos. O objetivo consiste em avaliar a importância da escolha adequada dos
parâmetros de compressibilidade na previsão do comportamento de aterros sobre
solos compressíveis. Estas seções estão situadas em diferentes estações de
monitoramento e apresentam espessuras de solo compressível e alturas de aterro
distintas.
A sequência construtiva dos aterros, representadas pelos perfis analisados
destas duas seções, será reproduzida com o auxílio do programa computacional
PLAXIS, de elementos finitos. Os resultados das análises numéricas serão
confrontados com as medidas de campo e com os resultados analíticos previstos
pela Teoria de Terzaghi (1943).
Para a realização das análises numéricas e analíticas, é imprescindível a
seleção de parâmetros geotécnicos confiáveis para a região na qual se insere o
empreendimento em tela, a fim de se obter resultados mais próximos das condições
reais de campo.
A avaliação da qualidade das amostras utilizadas durante a fase de projeto foi
efetuada, segundo os critérios de Lunne et al. (1997a), Coutinho et al.(2001) e
Oliveira (2002).
4.1 Programa PLAXIS
O software PLAXIS consiste em um programa que utiliza o Método de
Elementos Finitos (MEF) e foi desenvolvido, especificamente, para a realização de
análises de deformações e estabilidade de obras geotécnicas. As análises podem
considerar a condição de axissimetria ou de deformação plana (Brinkgreve, 2002).
129
As aproximações baseadas no método dos deslocamentos, método de
equilíbrio e método misto são usualmente utilizadas na resolução de um problema
pelo MEF. No método dos deslocamentos, as incógnitas principais do problema são
os deslocamentos, enquanto que no método de equilíbrio as incógnitas são as
tensões. Já o método misto apresenta tanto os deslocamentos quanto as tensões
como incógnitas.
Assim como na prática da Engenharia, o programa PLAXIS permite a
simulação de carregamentos e descarregamentos imediatos, ou em tempos préestabelecidos e a introdução de períodos de adensamento. A rotina de cálculo pode
ser dividida em etapas, de forma a reproduzir fielmente o processo construtivo no
campo.
O
programa
PLAXIS
possui
sua
estrutura
computacional
dividida,
basicamente, em 4 (quatro) sub-programas, sendo eles:
• INPUT: consiste em uma sub-rotina de entrada de dados;
• CALCULATION: consiste na etapa de cálculos, a partir dos dados de entrada
fornecidos na etapa de INPUT;
• OUTPUT: fase de saída de resultados, já calculados;
• CURVES: fase de obtenção de saídas gráficas (curvas de deslocamento,
tensões ou poropressões ao longo do tempo), obtidas a partir de ponto(s) prédefinido(s) na malha de elementos finitos. Ressalta-se que, nesta fase, há a
opção de se obter as saídas de dados em forma de tabelas.
A utilização do PLAXIS é bastante prática, onde são definidas, inicialmente,
as condições iniciais do problema, tais como a geometria/perfil a ser modelado, a
inserção dos modelos constitutivos e parâmetros representativos dos solos,
condições de contorno, etapas construtivas, levando-se em consideração, a
presença ou ausência de água.
No PLAXIS, a malha de elementos finitos é gerada automaticamente, com
elementos de 6 ou 15 nós, podendo ser refinada local ou globalmente, de forma a
atender aos interesses da modelagem. Malhas mais refinadas fornecem, em geral,
resultados mais acurados.
Segundo Lima (2007), nas etapas de construção, inseridas no sub-programa
CALCULATE, pode-se utilizar as opções de atualização das poropressões e da
130
malha de elementos finitos. Recomenda-se a atualização das malhas em casos nos
quais se prevê a ocorrência de grandes deformações, que, em geral, ocorrem em
aterros convencionais sobre solos compressíveis. A matriz de rigidez é atualizada
com base na geometria deformada da etapa. A opção de atualização das
poropressões é utilizada no intuito de se introduzir o efeito da submersão dos
materiais, o que resulta, normalmente, em uma redução da tensão efetiva atuante
nas camadas compressíveis.
No presente trabalho, o programa PLAXIS foi utilizado com a finalidade de
reproduzir o comportamento dos aterros durante seu processo construtivo, através
das análises de seções típicas, mais representativas da região em estudo. Ressaltase que, para a realização das simulações do mesmo, foram definidas malhas de
elementos finitos com elementos de 15 (quinze) nós.
A seguir, serão abordados os modelos constitutivos disponíveis no software
PLAXIS, para que o usuário do programa faça a escolha dos mesmos para cada tipo
de material presente na geometria dos problema geotécnico. A adoção de cada
modelo é fundamental para a realização das modelagens numéricas e obtenção de
bons resultados.
4.2 Modelos Constitutivos
A qualidade de uma simulação numérica está diretamente relacionada à
escolha do modelo constitutivo adotado para a representação dos materiais
envolvidos. Sendo assim, se faz necessária a adoção correta do modelo constitutivo
que melhor represente as condições reais dos solos a serem modelados no PLAXIS.
O software PLAXIS dispõe de 6 (seis) modelos constitutivos, sendo eles:
Linear Elastic (Elástico-Linear), Mohr Coulomb, Hardening Soil, Soft Soil, Soft Soil
Creep e Jointed Rock.
Vale lembrar que a adoção de um determinado modelo constitutivo para a
realização das simulações no PLAXIS acarretará na adoção de diferentes
parâmetros geotécnicos.
131
A seguir serão comentados, basicamente, os modelos constitutivos utilizados
nas modelagens PLAXIS das seções representativas do estudo, bem como os
parâmetros necessários (dados de entrada de cada modelo) para a realização dos
mesmos.
1) Modelo Soft Soil (MSS)
Nas simulações numéricas realizadas no presente estudo, utilizando o
programa PLAXIS, a argila mole foi representada pelo modelo Soft Soil (MSS).
Este modelo permite a reprodução das deformações sofridas por solos de alta
compressibilidade e baixa permeabilidade, e considera o tempo de adensamento.
Ressalta-se que o modelo Soft Soil não incorpora a fase de adensamento
secundária (compressão secundária, parâmetro geotécnico Cα)
A adoção deste modelo requer a definição do peso específico (γ), parâmetros
de resistência (ɸ’, c’), permeabilidade (k), índices de compressibilidade (Cc, Cr) e
índice de vazios inicial (eo).
2) Modelo Mohr Coulomb (MMC)
O modelo Mohr Coulomb (MMC) integra a categoria dos modelos
elastoplásticos perfeitos, ou seja, modelos nos quais as deformações são
decompostas em 2 (duas) parcelas: plástica e elástica. Este modelo também
incorpora o critério de ruptura de Mohr Coulomb.
Segundo Ferreira (2009), o modelo Mohr-Coulomb é um modelo elástico
perfeitamente plástico, empregado para representar a ruptura por cisalhamento de
solos e rochas. Este modelo é assim designado, devido à hipótese de que o material
se comporta como linear elástico até atingir a ruptura, definida pela envoltória de
Mohr-Coulomb; ou seja, o material apresenta um comportamento linear elástico até
atingir uma determinada tensão de escoamento, que se mantém constante com o
acréscimo de deformações plásticas
Este modelo foi adotado para realizar as simulações dos materiais de aterros
lançados em campo, bem como dos solos arenosos (camada drenante) localizados
abaixo das camadas de solos compressíveis.
132
Para a representação dos solos a partir do modelo Mohr Coulomb, faz-se
necessário o conhecimento dos seguintes parâmetros: peso específico (γ),
parâmetros de deformabilidade (E e ν), parâmetros de resistência (ɸ’, c’), e
permeabilidade (k).
4.3 Parâmetros Representativos
A definição dos parâmetros representativos dos materiais envolvidos na
análise do comportamento dos aterros que compõem o Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro foi feita com base nos ensaios apresentados no projeto, nas informações
disponíveis na literatura para a região do empreendimento e da interpretação das
leituras fornecidas pelas placas de recalque, apresentadas no Capítulo 3, que
permitiram a definição da razão de compressibilidade (CR) e do coeficiente de
adensamento (cv) por retroanálise.
4.3.1 Avaliação da Qualidade das Amostras utilizadas nos Ensaios de Projeto
Em fase inicial à definição de parâmetros geotécnicos, procedeu-se à
avaliação da qualidade das amostras ensaiadas na ocasião de projeto.
Os ensaios de adensamento, realizados nos pontos mais críticos contendo
argila orgânica (argila mole), apresentaram resultados de índices de compressão
(Cc) variando de 0,17 a 0,38 para tensões efetivas (σ’vo) entre 3,4 kPa e 21 kPa. Na
média, o índice de compressão (Cc) apresentou o valor de 0,27. Estes resultados
realizados em amostras coletadas em campo, em diferentes estacas, durante a fase
de projeto, estão reunidos na Tabela 22.
133
Tabela 22 – Resultado dos Ensaios de Adensamento de Projeto: Lote 1
Profundidade σ' v o
(m)
(kPa)
Cc
Cc
Cc/(1+eo)
CR
=
σ' v o< 100 kPa
1 + eo
− (evo − eo )
eo
wo
(%)
eo
ev o
14
124,9
3,2
0,807
1,17
0,28
0,748
4,20 - 4,80
12,5
88,3
2,26
0,894
0,66
0,2
0,604
287+00
5,00 - 5,60
9,5
93,3
2,42
0,886
0,7
0,21
0,634
SP-06C
286+00
5,00 - 5,60
21
80
2,32
0,845
0,86
0,26
0,636
SN1AM1
259
1,20 - 1,80
10
504,4
8,33
1,714
3,36
0,36
0,794
SN1AM2
259
2,20 - 2,80
9
186,5
2,23
1,069
0,55
0,17
0,521
SN2AM1
273
3,20 - 3,80
12,7
289,1
7,31
1,926
2,75
0,33
0,737
SN2AM2
273
5,20 - 5,80
9
184,9
4,91
1,369
1,66
0,28
0,721
SN3AM1
291+16
5,20 - 5,80
3,4
121,8
3,32
0,876
0,94
0,22
0,736
SN3AM2
291+16
7,20 - 7,80
10,2
122,9
3,17
0,997
1,02
0,25
0,685
SN4AM1
297
3,20 - 3,80
10,7
100,2
2,66
0,863
0,99
0,27
0,676
SN4AM2
297
6,20 - 6,80
10,2
118,2
3,08
0,956
1,06
0,38
0,69
Amostra
Estaca
SP-05
284+15
4,20 - 4,80
SP-05C
285+00
SP-06
Legenda: σ’vo = Tensão efetiva vertical inicial; eo = índice de vazios inicial da amostra; evo = índice de
vazios correspondente à tensão efetiva de campo; Cc = índice de compressão; wo = umidade inicial.
A partir das análises das curvas de índice de vazios (eo) versus tensão efetiva
(σ’v), fornecidas pelos ensaios de adensamento edométrico de projeto, foi possível
obter os valores de OCR das amostras estudadas (Tabela 23). Observa-se que as
argilas ensaiadas apresentam valores de OCR próximos a 1,0, ou seja, tratam-se de
argilas normalmente adensadas.
No relatório de projeto do Arco Metropolitano, comentou-se que as amostras
colhidas em campo apresentaram um elevado grau de amolgamento por conta da
extração do corpo de prova, vindo a influenciar os resultados dos índices de vazios e
índices de compressão. Tendo em vista esta informação, e baseando-se nos
resultados dos ensaios de adensamento de projeto, foi realizada a avaliação da
qualidade das amostras.
A avaliação foi realizada, segundo os critérios de Lunne et al. (1997a),
Coutinho et al (2001) e Oliveira (2002), expostos no Capítulo 1. O resultado da
avaliação da qualidade das amostras de projeto está apresentado na Tabela 24. Os
resultados confirmam um elevado grau de amolgamento das amostras.
134
Tabela 23 – Valores de OCR: Ensaios de Adensamento de Projeto do Lote 1
Amostra
Estaca
Profundidade (m)
σ' vo
(Kpa)
σ' vm
(Kpa)
OCR
Classificação
do Solo
SP-05
284+15
4,20 - 4,80
14,0
14,0
1,00
NA
SP-05C
285+00
4,20 - 4,80
12,5
13,0
1,04
NA
SP-06
287+00
5,00 - 5,60
9,5
10,0
1,05
NA
SP-06C
286+00
5,00 - 5,60
21,0
21,0
1,00
NA
SN1AM1
259
1,20 - 1,80
10,0
10,0
1,00
NA
SN1AM2
259
2,20 - 2,80
9,0
9,0
1,00
NA
SN2AM1
273
3,20 - 3,80
12,7
12,5
0,98
NA
SN2AM2
273
5,20 - 5,80
9,0
9,2
1,02
NA
SN3AM1
291+16
5,20 - 5,80
3,4
3,5
1,03
NA
SN3AM2
291+16
7,20 - 7,80
10,2
10,5
1,03
NA
SN4AM1
297
3,20 - 3,80
10,7
11,0
1,03
NA
SN4AM2
297
6,20 - 6,80
10,2
10,5
1,03
NA
Tabela 24 - Qualidade das Amostras de Projeto - Lote 1
Amostra
Profundidade
OCR
(m)
e0
∆e
∆e/eo
Lunne et al.
(1997a)
Coutinho et al.
(2001)
Oliveira
(2002)
SN1AM1
1,20 - 1,80
1
8,33
2,77
0,332
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SN1AM2
2,20 - 2,80
1
2,23
0,50
0,223
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SN2AM1
3,20 - 3,80
1
7,31
2,48
0,340
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SN2AM2
5,20 - 5,80
1
4,91
1,50
0,306
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SN3AM1
5,20 - 5,80
1
3,32
0,85
0,257
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SN3AM2
7,00 - 7,80
1
3,17
0,93
0,292
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SN4AM1
3,20 - 3,80
1
2,66
0,59
0,223
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SN4AM2
6,20 - 6,80
1
3,08
0,64
0,206
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SP-05
4,20 - 4,80
1
3,20
1,05
0,329
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SP-05C
4,20 - 4,80
1
2,26
0,40
0,176
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SP-06
5,00 - 5,60
1
2,42
0,64
0,262
muito ruim
muito pobre
muito pobre
SP-06C
5,00 - 5,60
1
2,32
0,78
0,335
muito ruim
muito pobre
muito pobre
135
4.3.2 Seleção dos Parâmetros Geotécnicos para a Região do Empreendimento
O presente item aborda a seleção dos parâmetros geotécnicos para a região
na qual se inserem as obras do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro.
Serão definidas as faixas de valores dos parâmetros a serem utilizadas tanto
nas análises numéricas quanto nas previsões analíticas, segundo a teoria de
Terzaghi. Nesta fase do trabalho, pretende-se avaliar a importância de uma seleção
criteriosa de parâmetros para que as previsões reproduzam, de fato, o
comportamento real da obra. Em projetos de aterros sobre solos compressíveis, as
incertezas quanto à evolução do processo de adensamento são muitas, implicando
em dúvidas quanto à magnitude das deformações e estabilidade dos aterros.
A definição dos parâmetros geotécnicos dos solos foi subsidiada pelas
informações de campo, de laboratório e por valores de parâmetros anteriormente
definidos por outros pesquisadores para a região do empreendimento.
Vale lembrar que, segundo informações de projeto do Arco Metropolitano, a
adoção dos parâmetros geotécnicos foi baseada nas investigações de campo, nos
ensaios de laboratório e considerando-se, também, a experiência da equipe técnica
envolvida no projeto e a bibliografia disponível sobre a região em estudo. As
investigações geotécnicas da fase de projeto constaram, primeiramente, de
incursões a campo para reconhecimento das litologias aflorantes ao longo do eixo e
adjacências. Com o auxílio do mapeamento geológico da região e do levantamento
topográfico efetuado, balizou-se a programação das investigações de sub superfície
e das áreas potenciais à exploração de materiais de construção. Essas
investigações permitiram a avaliação dos estratos de solos sondados, bem como a
definição dos parâmetros geotécnicos adotados nas análises de projeto efetuadas.
Ressalta-se que para a realização dos ensaios de laboratório foram retiradas
amostras deformadas e indeformadas. Para a coleta de amostras de argilas moles,
foram utilizados amostradores de parede fina tipo “Shelby”.
No presente trabalho, os parâmetros geotécnicos obtidos nos ensaios de
projeto foram confrontados com os parâmetros reportados na literatura, de forma a
estabelecer faixas de valores mais representativas da argila mole da região do Arco
Metropolitano.
136
Os ensaios de caracterização de projeto, executados em amostras extraídas
do local de estudo, indicaram valores de peso específico da argila orgânica (γ) na
faixa de 12 kN/m³ a 14 kN/m³ (Tabela 25) e valor médio de densidade dos grãos (Gs)
de 2,60. No item 1.4 do presente trabalho, foram apresentados os estudos de
Almeida et al. (2005), que indicaram um valor de peso específico (γ) variável entre
12,5 a 14,5 kN/m³. Desta forma, para as análises e simulações numéricas, optou-se
pela adoção de um valor médio de peso específico da argila orgânica igual a 13
kN/m³.
Tabela 25 – Parâmetros de Projeto: Lote 1
PARÂMETROS DE PROJETO
Tipo de Solo
γ (kN/m3)
c' (kPa)
φ'(°)
Aterro Compactado
18
10
28
Argila Orgânica
12 - 14
0
24
Solo Arenoso (de maior resistência,
abaixo da argila orgânica)
18
12
33
A Figura 14 e a Figura 15, inseridas no Item 1.4, apresentaram as faixas de
valores de índice de vazios inicial (eo) e índice de compressão (Cc), obtidas a partir
de dados pesquisados na literatura e de dados de projeto para a região da Baixada
Fluminense. Os valores de índice de vazios inicial (eo) e índice de compressão (Cc)
situaram-se, em sua maioria, nas faixas de 2,5 a 5,0, e 1,5 a 2,5, respectivamente.
Com relação ao parâmetro razão de compressão (CR) das argilas moles, os
valores de CR obtidos na literatura (adaptados de Lima, 2007) situaram-se numa
faixa de 0,24 a 0,48. Valores de projeto do Arco Metropolitano situaram-se, em sua
maioria, numa faixa de 0,20 a 0,30. Valores de CR retroanalisados (Item 3.4.2)
apresentaram-se, em sua maioria, em uma faixa de 0,16 a 0,22. Nas previsões
numéricas e analíticas, foi adotado um valor de CR = 0,22.
Os valores de coeficiente de adensamento (cv) obtidos através do processo
gráfico de Asaoka (item 3.5.2) situaram-se em uma faixa de 1,5 x 10-7 m²/s a 6,6 x
10-6 m²/s. Na literatura, são apresentados valores de cv entre 1,0 x 10-8 e 2,0 x 10-7
137
m²/s (Figura 16) para a região em estudo. As análises pela teoria clássica
consideraram cv = 3,0 x 10-7 m2/s.
Para o coeficiente de permeabilidade, a literatura apresenta uma faixa de
valores entre 4,32 x 10-6 e 5,36 x 10-3 m/dia (Tabela 6, Item 1.4). Cabe ressaltar que
nas análises teóricas, faz-se necessário o valor do coeficiente de adensamento para
a previsão da evolução do recalques ao longo do tempo. O programa PLAXIS, no
entanto, requer a permeabilidade ao invés de cv. Desta forma, as análises numéricas
consideraram um valor de k igual a 3x10-4 m/dia, dentro da faixa da literatura.
Quanto aos parâmetros efetivos de resistência, foi adotado um valor de
ângulo de atrito efetivo (ɸ’) igual a 24º, e intercepto coesivo nulo. Ressalta-se que,
segundo informações de projeto, estes parâmetros de resistência foram definidos
com base em ensaios de cisalhamento direto.
A Tabela 26 reúne a seleção de parâmetros γ, Cc, eo, ɸ’, c’ e k adotados nas
análises com o PLAXIS e com a teoria clássica, considerada representativa da argila
mole para a região em estudo.
Tabela 26 - Parâmetros Geotécnicos Representativos da Argila Mole da Região
γ (kN/m3)
Cc
eo
cv (m /s)
13,0
1,0
3,5
3,0x10
2
-7
k (m/dia)
-4
3,0x10
CR
0,22
4.4 Confronto entre as Previsões Analíticas e Numéricas
As análises numéricas foram executadas para duas seções, denominadas S1
e S2, localizadas nos Aterros 3 e 4A, respectivamente. Como comentado
anteriormente, estas seções localizam-se em regiões onde não foram instalados
drenos verticais.
138
4.4.1 Seção S1
Na região desta seção, denominada S1, foi instalada a placa de recalque
PRPD-21. A solução de projeto para esta seção consistiu em aterros reforçados com
bermas para a garantia da estabilidade.
A análise dos boletins de sondagens de projeto e complementares permitiu a
obtenção de um perfil geológico-geotécnico representativo da região, possibilitando
o traçado da estratigrafia do subsolo. A sondagem mais próxima à seção S1 indicou
a presença de uma camada de argila siltosa com espessura de 2,0 m e NSPT igual a
7 golpes, assente sobre uma camada de argila mole de 4,5 m de espessura. O nível
d'água foi detectado na superfície do terreno. A Figura 66 apresenta a geometria
adotada nas análises numéricas.
Ressalta-se que as análises consideraram aterros infinitos. Sendo assim, a
geometria não apresenta os taludes do aterro, desprezando-se o efeito
bidimensional. As condições de contorno consistiram em apoios do 2º gênero na
base da malha para impedimentos dos deslocamentos horizontais e verticais, e
apoios do 1º gênero nas laterais da malha para a restrição dos deslocamentos
horizontais. A Figura 67 apresenta a malha de elementos finitos, composta por 904
elementos triangulares de 15 nós.
Figura 66 – Geometria adotada nas análises numéricas: Seção S1 – PRPD-21
139
Figura 67 – Malha de Elementos Finitos Seção S1 – PRPD-21
O aterro foi subdividido em diferentes camadas, de forma a reproduzir a
sequência construtiva de campo. Os tempos de lançamento e consolidação das
diferentes camadas foram obedecidos fielmente nas análises, e estão indicados na
Tabela 27. A Figura 68 apresenta as diferentes etapas de carregamento introduzidas
nas análises numéricas.
Tabela 27 – Sequência de carregamento: Seção S1
Etapa
Lançamento da 1ª camada de aterro
Consolidação
Lançamento da 2ª camada de aterro
Consolidação
Lançamento da 3ª camada de aterro
Consolidação
Altura de Aterro (m)
Tempo (dias)
1,50
25
---
255
2,50
15
---
40
4,90
20
---
500
A Figura 69 compara a evolução dos recalques com o tempo prevista
numericamente (PLAXIS) com os valores medidos na placa de recalque PRPD-21 e
os recalques estimados pela teoria clássica. Observa-se, para os parâmetros
adotados, um ajuste satisfatório entre os resultados experimentais e as previsões
numéricas e teóricas. O programa PLAXIS forneceu um valor de recalque final de
0,815 m, levemente inferior ao estimado pela teoria clássica (0,84 m). Este resultado
140
é coerente, tendo em vista que as análises numéricas consideram o efeito da
submersão do aterro, reduzindo o valor da sobrecarga e, consequentemente, os
valores de recalque final quando comparado com a previsão teórica.
(a) Lançamento da 1ª camada de aterro
(b) Lançamento da 2ª camada de aterro
(c) Lançamento da 2ª camada de aterro
Figura 68 – Simulação da sequência de carregamento: Seção S1 – PRPD-21
141
)
m
( 20
ro
r
e
t
A 10
e
d
a
t
o
C 0
PRPD 21
Tempo (dias)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
-10
)
m
c
( -20
e
u
q
l
a -30
c
e
R
Instrumentação
Plaxis
-40
Terzaghi
-50
-60
-70
-80
-90
-100
Figura 69 – Resultado das análises numéricas: Seção S1 – PRPD-21
A partir do método de Asaoka, foi obtido um valor de recalque de 0,83 m
(Tabela 28), indicando que as leituras apresentadas já estão praticamente
estabilizadas. Neste caso, o tempo total para estabilização dos recalques, desde o
início da execução do aterro, seria de 460 dias. Considerando-se que o método de
Asaoka é o que melhor reproduz o comportamento da obra, uma vez que é baseado
nos dados de instrumentação de campo, pode-se dizer que as análises numéricas
subestimaram os recalques em 1,8%. A teoria clássica, por sua vez, forneceu
valores de recalques 1,2% superiores. Estes valores de erro podem ser
considerados desprezíveis, o que mostra a importância da boa seleção de
parâmetros para a obtenção de resultados satisfatórios.
142
Tabela 28 – Recalques totais: Seção S1
Método
Recalque final (m)
Erro * (%)
Tempo de adensamento
(dias)
Asaoka
0,830
---
460
Teoria Clássica
0,840
+ 1,2
600
Análise Numérica
0,815
- 1,8
470
* Erro calculado com base no valor fornecido pelo Método de Asaoka
Com relação ao tempo de estabilização de recalques, nota-se que as análises
numéricas fornecem um tempo de estabilização (igual a 470 dias), inferior ao
estimado pela teoria clássica (600 dias). Cabe ressaltar que a teoria clássica
pressupõe deformações infinitesimais, que não reproduzem a situação real de
campo. O adensamento de pequenas deformações pressupõe que a distância de
drenagem Hd seja constante durante a evolução dos recalques, conduzindo a
tempos de final de adensamento superiores aos reais. Olson e Ladd (1979) afirmam
que os erros cometidos com o uso da teoria clássica podem ser minorados usandose um valor médio constante para a distância de drenagem. Os resultados de
campo, em termos de estabilização de recalques, foram semelhantes aos obtidos
numericamente.
Tendo em vista a coerência observada entre os tempos de consolidação reais
e os previstos numericamente, optou-se por discutir os ganhos de resistência obtidos
ao longo das etapas construtivas, uma vez que este é o objetivo da construção por
etapas. As análises numéricas mostraram que, para o lançamento da 1ª camada de
aterro, de 1,50 m, os recalques finais previstos são da ordem de 0,402 m. Os
resultados apresentados na Figura 69 mostram que antes do lançamento da 2ª
camada de aterro, os recalques medidos eram de 0,375 m, o que representa uma
porcentagem de adensamento média de 93%. Este ganho de resistência, decorrente
da dissipação dos excessos de poropressão, pode ser visualizado a partir da
distribuição dos excessos de poropressão previstos numericamente imediatamente
após o lançamento da 1ª camada de aterro, e imediatamente após o início do
lançamento da 2ª camada (Figura 70). Estes resultados comprovam valores de cv de
3x10-7 m2/s para a argila mole da região do Arco Metropolitano.
143
Figura 70 – Dissipação dos excessos de poropressão, antes do lançamento da 2ª
camada de aterro: Seção S1 – PRPD-21
Na Figura 71, apresenta-se a evolução dos excessos de poropressão e das
tensões efetivas com o tempo para um elemento localizado no centro da camada de
solo compressível. É interessante notar que, coerentemente, as tensões efetivas
aumentam com a dissipação dos excessos de poropressão. A estabilização ocorre
470 dias após o início da construção do aterro. Após o lançamento de cada camada
de aterro, o tempo para dissipação das poropressões é de cerca de 200 dias (≈ 7
meses).
144
140
120
Excessos de poropressão
100
Tensões (kPa)
Tensão efetiva
80
a
3 camada
60
40
a
1 camada
a
2 camada
20
0
0
100
200
300
400
500
Tempo (dias)
Figura 71 – Distribuição dos excessos de poropressão e das tensões efetivas ao
longo do processo executivo: Seção S1
4.4.2 Seção S2
Na região da seção S2, foi instalada a placa de recalque PRPE-19E. A
solução de projeto para esta seção foi a mesma da seção S1, que consistiu em
aterros reforçados com bermas para a garantia da estabilidade.
A sondagem mais próxima à seção S2 indicou a presença de uma camada
superficial de argila mole de 2 m de espessura, com o nível d'água na superfície do
terreno natural. A Figura 72 apresenta a geometria adotada nas análises numéricas.
As análises consideraram as mesmas condições de contorno comentadas
para a seção S1. A Figura 73 apresenta a malha de elementos finitos, composta por
672 elementos triangulares de 15 nós.
145
Na fase de cálculo, o aterro foi subdividido em diferentes camadas e os
tempos de lançamento e consolidação reproduziram a situação real de campo, como
indica a Tabela 29.
Figura 72 – Geometria Adotada nas Análises Numéricas Seção S2
Figura 73– Malha de Elementos Finitos Seção S2 – PRPE-19E
Tabela 29 – Sequência de carregamento: Seção S2
Etapa
Lançamento da 1ª camada de aterro
Consolidação
Lançamento da 2ª camada de aterro
Consolidação
Altura de Aterro (m)
Tempo (dias)
5,50
50
---
15
2,00
25
---
500
146
Na Figura 74, a evolução dos recalques com o tempo prevista numericamente
(PLAXIS) é confrontada com os valores medidos na placa de recalque PRPE-19E e
com os recalques estimados pela teoria clássica. Observa-se, novamente, um ajuste
adequado entre os resultados experimentais e as previsões numéricas e teóricas. O
programa PLAXIS forneceu um valor de recalque final da ordem de 0,43 m, igual ao
estimado pela teoria clássica de adensamento. Cabe ressaltar que, nesta seção, os
recalques foram menos expressivos, sendo menor o efeito da submersão do aterro.
Com relação ao tempo de estabilização dos recalques, nota-se que as
análises numéricas fornecem um tempo de estabilização igual a 100 dias,
novamente inferior ao fornecido pela teoria clássica, que mostra uma estabilização
em 120 dias.
)
20
m
(
o
rr
e
t
A 10
e
d
a
t
o 0
C
) -10
m
c
(
e
u
q
l -20
a
c
e
R
-30
Tempo (dias)
0
50
100
150
PLAXIS
Instrumentação
Terzaghi
-40
-50
Figura 74 – Resultado das Análises Numéricas: Seção S2
200
147
A partir do método de Asaoka, foi obtido um valor de recalque de 0,455 m
(Tabela 30), indicando que as leituras apresentadas já estão praticamente
estabilizadas. Neste caso, o tempo total para estabilização dos recalques, desde o
início da execução do aterro, seria de 130 dias. Considerando-se que o método de
Asaoka é o que melhor reproduz o comportamento da obra, uma vez que é baseado
nos dados de instrumentação de campo, pode-se dizer que as análises numéricas e
teóricas subestimaram os recalques em 5,4%.
Tabela 30 – Recalques totais: Seção S2
Método
Recalque final (m)
Erro * (%)
Tempo de adensamento
(dias)
Asaoka
0,455
---
---
Teoria Clássica
0,430
- 5,4
120
Análise Numérica
0,430
- 5,4
100
* Erro calculado com base no valor fornecido pelo Método de Asaoka
4.4.3 Discussão entre os Parâmetros Adotados no Projeto Executivo e os
Parâmetros Reavaliados
É interessante comentar sobre a qualidade das amostras e a definição dos
parâmetros de projeto. As previsões do comportamento dos aterros, na ocasião do
projeto, consideraram os parâmetros listados na Tabela 31. A partir destes
parâmetros, foram obtidos os valores de recalques e tempos de adensamento
primário listados na Tabela 32. Observa-se uma superestimativa no valor do
recalque final de 12% para ambas as seções. Com relação aos tempos de
consolidação, as previsões de projeto mostraram-se extremamente conservadoras,
com um tempo para final do adensamento primário de 50 meses e 11 meses, para
as seções S1 e S2, respectivamente.
Cabe ressaltar que na região do Arco Metropolitano foram instalados
geodrenos em diversas seções, o que de alguma forma, pode ter contribuído para a
aceleração dos recalques nas seções sem drenos.
148
Tabela 31 - Parâmetros de Compressibilidade da Argila Mole Definidos no Projeto
γ (kN/m3)
cv (m /s)
13,0
4,0x10
2
-8
CR
0,25
Tabela 32 – Recalques previstos com os parâmetros de projeto
Seção
ρ (m)
Tempo para U = 95% (meses)
S1
0,930
55
S2
0,510
11
Em projetos de aterros sobre solos moles, as premissas e previsões de
projeto devem ser constantemente reavaliadas a partir da instrumentação de campo,
pois as incertezas quanto aos parâmetros geotécnicos é sempre uma questão
relevante.
Os resultados mostram a influência dos parâmetros de compressibilidade e
velocidade de dissipação das poropressões em projetos de argila mole. A definição
de parâmetros representativos, com base em ensaios executados em amostras de
boa qualidade, é o primeiro passo para a previsão coerente da evolução dos
recalques com o tempo. No entanto, ressalta-se que projetos de aterros sobre solos
compressíveis sempre representam um desafio geotécnico, tendo em vista as
incertezas e surpresas que podem ocorrer durante a execução dos aterros. Desta
forma, é fundamental o constante monitoramento dos recalques para permitir a
avaliação das premissas de projeto.
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5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES
5.1 Conclusões
O presente trabalho apresentou a análise do comportamento dos aterros
instrumentados que compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro. Os
resultados da instrumentação de campo foram discutidos e retroanalisados,
juntamente com dados disponíveis na literatura, buscando-se a definição de
parâmetros confiáveis, representativos do comportamento da argila compressível da
região em estudo.
De posse de parâmetros confiáveis, procedeu-se à simulação numérica do
processo construtivo de um dos aterros, a partir do programa PLAXIS, de elementos
finitos. Os resultados numéricos foram confrontados com a instrumentação de
campo (fornecida por placas de recalque) e com os resultados de previsões teóricas
(teoria de adensamento unidimensional).
Em projetos de aterros sobre solos compressíveis, a instrumentação
geotécnica é de grande importância, pois permite acompanhar o desenvolvimento de
todo o processo construtivo, e as deformações decorrentes da sobrecarga imposta
pelo lançamento de camadas de aterro. É possível também, avaliar o fenômeno de
consolidação do solo compressível.
Vale ressaltar a importância de uma rotina contínua de obtenção/ coleta de
dados de instrumentação de campo, com intervalos mais curtos, para a garantia de
um monitoramento mais eficaz e seguro.
Diante do exposto, são listadas as principais conclusões do presente trabalho:
• A modelagem numérica mostrou-se uma ferramenta adequada para a
previsão dos recalques totais e tempos de adensamento;
• A definição de parâmetros representativos, com base em ensaios executados
em amostras de boa qualidade, é o primeiro passo para a previsão coerente
da evolução dos recalques com o tempo;
• O método de Asaoka é válido na previsão dos recalques finais, além de ser
uma ferramenta simples e de fácil utilização. Os valores de coeficiente de
150
consolidação (cv) obtidos por este método também se apresentaram bastante
satisfatórios;
• A teoria clássica de adensamento forneceu valores de recalques finais
próximos aos obtidos nas análises numéricas, o que pode ser atribuído ao
cuidado na seleção dos parâmetros do solo compressível;
• A teoria clássica de adensamento forneceu tempos de adensamento
superiores aos fornecidos pelas análises numéricas, o que pode ser atribuído
ao efeito da submersão dos aterros considerado nas análises numéricas;
•
A faixa de valores obtida para o parâmetro razão de compressão (CR) através
de retroanálises dos valores de recalques finais de campo também foi
satisfatória;
• Comparando-se os resultados obtidos com os parâmetros definidos em
projeto, com os parâmetros retroanalisados e definidos com base em uma
pesquisa detalhada das informações da literatura, observou-se que os
parâmetros de projeto superestimaram os recalques finais e os tempos de
adensamento primário;
• Em projetos de aterros sobre solos moles, as premissas e previsões de
projeto devem ser constantemente reavaliadas a partir da instrumentação de
campo, uma vez que as incertezas quanto aos parâmetros geotécnicos é
sempre uma questão relevante.
5.2 Recomendações para Trabalhos Futuros
Como sugestões para pesquisas futuras, recomenda-se a consideração do
efeito bidimensional dos aterros na análise dos recalques e deslocamentos
horizontais, além da incorporação de drenos verticais nas análises numéricas.
22020
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