UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
VALDIR VALERIM JUNIOR
ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE UM ATERRO SOBRE SOLOS MOLES –
LOTE 29 – BR 101- SUL: ESTUDO DE CASO.
CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2010
VALDIR VALERIM JUNIOR
ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE UM ATERRO SOBRE SOLOS MOLES –
LOTE 29 – BR 101- SUL: ESTUDO DE CASO.
Trabalho de conclusão de curso apresentado
para obtenção do grau de engenheiro civil,
no curso de Engenharia Civil, da
Universidade do Extremo Sul Catarinense,
UNESC.
Orientador: Prof. MSc. Adailton Antônio dos
Santos
CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2010
2
VALDIR VALERIM JUNIOR
ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE UM ATERRO SOBRE SOLOS MOLES –
LOTE 29 – BR 101- SUL: ESTUDO DE CASO.
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado
pela Banca Examinadora para obtenção do
Grau de Engenheiro Civil da Universidade do
Extremo Sul Catarinense – UNESC, com Linha
de Pesquisa em Análise de Estabilidade de
aterro sobre solo mole.
Criciúma, 16 de Novembro de 2010
BANCA EXAMINADORA
____________________________________________________________________
Prof. M.Sc. Adailton Antônio dos Santos – Engenheiro Civil - (UNESC) - Orientador
____________________________________________________________________
Gilberto de Andrade Souza – Engenheiro Civil - (Consorcio BR 101 Sul) - Banca
____________________________________________________________________
Marques Rafael Oliveira – Engenheiro Civil - (Construcap-Modern-Ferreira Guedes) - Banca
3
“Primeiramente a Deus, aos meus pais que sempre me apoiaram a minha
namorada que soube me compreender na ausência por motivo de estudo, a
todos meus amigos e aos mestres que tiveram paciência em repassar seus
conhecimentos”
4
AGRADECIMENTO
Primeiramente a Deus.
Ao Prof. Msc. Adailton Antônio dos Santos, pelo auxilio e companheirismo
durante toda jornada, por meio de seus conhecimentos técnicos, além de todo
incentivo que me foi passado.
À Profa. Msc. Evelise C. Zancan, Coordenadora de estágio e TCC do Curso
de Engenharia Civil da UNESC, pela sua dedicação ao curso de Engenharia.
A todos os professores desta instituição, pela atenção e dedicação, em
especial a Gissele Tavares, secretária e amiga do Departamento de Engenharia
Civil, que por meio dos seus conselhos sempre se fez presente nos momentos
difíceis.
Aos colegas do curso de Engenharia Civil, por todos os momentos bons que
marcarão para sempre minhas lembranças.
Em especial a minha namorada Fabíola Rodrigues de Souza, pelo carinho,
compreensão e incentivo durante todo o curso.
Finalmente aos meus pais, Valdir e Naide, responsáveis junto a Deus por tudo
que sou.
5
"Não há problema que não possa ser solucionado pela paciência."
Chico Xavier
6
RESUMO
Os principais problemas na elaboração de um aterro sobre solos moles é a sua
estabilidade quanto à ruptura global. A preocupação vai desde o tipo de solo mole
até o tipo de material de aterro que será utilizado na obra. Devido a isto, este
trabalho tem como objetivo apresentar alternativas geotécnicas para implantação de
um aterro sobre solos moles, situado no Lote 29 da BR 101 trecho Sul, Rodovia BR
101/SC, sub-trecho Tijucas/SC Divisa SC/RG, no segmento compreendido entre os
Km 22+200 ao Km 24+400. Os estudos foram realizados com base nos boletins de
sondagem fornecidos pelo Consórcio Construcap-Modern-Ferreira Guedes, os quais
através de um perfil estratigráfico padrão observou-se que o solo de fundação é
muito mole variando seu NSPT entre 0 a 2 golpes.Levantou-se ainda os ensaios de
caracterização disponível do solo a ser utilizado no aterro, bem como foram
definidos os parâmetros do solo de fundação através de correlações com o NSPT. E
através dos procedimentos de projeto do DNER-PRO 381/98 que leva em
consideração a classe do aterro, definiu-se para a obra um FSadm ≥ 1,3 referente a
um aterro classe II. Utilizando-se o Método de Spencer (1967), que se baseia no
princípio de equilíbrio limite, calculou-se o coeficiente de segurança quanto à ruptura
global na seção adotada como seção critica e observou-se a inviabilidade da
execução do aterro sem a necessidade de reforço do solo de fundação. Tal fato
ocorreu devido ao coeficiente de segurança mínimo não alcançar o FSadm estipulado.
Para solucionar este problema, foram adotadas três soluções para reforço de solo de
fundação, sendo elas o uso de aterro com bermas de equilíbrio, aterro com bermas
de equilíbrio, reforçado com geossintético e aterro com núcleo de EPS. Feita a
análise, observou-se que apesar das três soluções alcançarem o FSadm, para a
execução, apenas a solução com núcleo de EPS apresentou-se viável, pois alem de
obter um FSmin superior as demais, suas dimensões se enquadraram nos limites da
obra. Com base nestes resultados, foram levantados os custos para a implantação
da solução em aterro com núcleo de EPS.
Palavras-Chave: Aterros Sobre Solos Moles, Análise de Estabilidade, Aterro
com núcleo de EPS.
7
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Representação Gráfica da Envoltória da Ruptura Mohr-Coulomb.... 19
Figura 2 - Atrito entre 2 Corpos no Instante de Deslizamento............................ 21
Figura 3 - Força entre Partículas de Areia e Argila.............................................. 21
Figura 4 - Representação dos critérios de ruptura (a) Coulomb, (b) Mohr........ 23
Figura 5 - Análise do Estado de Tensões no Plano de Ruptura ......................... 24
Figura 6 - Momento e Forças de Equilíbrio .......................................................... 30
Figura 7 - Fluxograma de Prospecção Geotécnica.............................................. 31
Figura 8 - Câmara de Ensaio Triaxial. ................................................................... 39
Figura 9 – Desvio da BR101 Existente.................................................................. 47
Figura 10 – Disposição do Aterro.......................................................................... 47
Figura 11 – Mapa Geológico com a localização do aterro .................................. 50
Figura 12 – Perfil Estratigráfico Padrão................................................................ 52
Figura 13 – Solo de Fundação Adotado. .............................................................. 54
Figura 14 – Pavimento............................................................................................ 55
Figura 15 – Curva de ruptura – Spencer com NA=0,00 m. .................................. 57
Figura 16 – Curva de ruptura – Spencer com NA=1,00 m. .................................. 57
Figura 17 – Resultado da Análise com Bermas de Equilíbrio a 2,50 m. ............ 59
Figura 18 – Resultado da Análise com Bermas de Equilíbrio mais Geogrelha. 60
Figura 19 – Perfil do Aterro com EPS. .................................................................. 62
Figura 20 – Resultado da Análise com EPS e NA = 0,00 m................................. 63
Figura 21 – Resultado da Análise com EPS e NA = 1,00 m................................. 63
Figura 22 – Resultado da Análise com EPS e NA = 2,00 m................................. 64
Figura 23 – Resultado da Análise com EPS e NA = 3,00 m................................. 64
Figura 24 – Resumo das Análises com NA Variado. ........................................... 65
Figura 25 – Análise Inicial com Altura de 2,00 m. ................................................ 66
Figura 26 – Análise Inicial com Altura de 1,50 m. ................................................ 66
Figura 27 – Disposição do Aterro com EPS ......................................................... 67
Figura 28 – Nivelamento para Colocação dos Blocos......................................... 67
Figura 29 – Disposição dos Blocos em Degraus. ................................................ 68
Figura 30 – Fixação dos Blocos. ........................................................................... 68
Figura 31 – Polietileno (Lona Plástica). ................................................................ 69
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classificação das Argilas Segundo Consistência.............................. 16
Tabela 2 - Fatores de Segurança mínimo. ............................................................ 25
Tabela 3 - Fatores de Segurança Admissíveis. .................................................... 28
Tabela 4 - Potencialidades das Amostras de CPT e CPTU. ................................ 36
Tabela 5 - Relação entre Tensão Admissível e N-SPT......................................... 37
Tabela 6 - Índice de Plasticidade e Determinação de α....................................... 38
Tabela 7 - Tipos e Densidades do EPS. ................................................................ 42
Tabela 8 – Parâmetros Geotécnicos do Solo de Fundação. ............................... 53
Tabela 9 - Parâmetros do Pavimento. ................................................................... 55
Tabela 10 – Parâmetros Geotécnicos da Areia e Argila. ..................................... 55
Tabela 11 - Parâmetros Geotécnicos do Aterro. .................................................. 56
Tabela 12 - Parâmetros Geotécnicos do Aterro com Bermas............................. 58
Tabela 13 - Análise de Estabilidade com Bermas................................................ 59
Tabela 14 - Parâmetros Geotécnicos do Aterro com Bermas mais Geogrelha. 60
Tabela 15 - Análise de Estabilidade com Bermas mais Geogrelha. ................... 60
Tabela 16 - Parâmetros Geotécnicos do Aterro com EPS .................................. 62
Tabela 17 - Resumo dos valores de FS ................................................................ 65
Tabela 18 – Resumo dos Custos........................................................................... 70
9
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
SC – Santa Catarina
FS – Fator de Segurança
NA – Lençol Freático
DNER – Departamento Nacional de Estradas e Rodagens
NBR – Normas Brasileiras Rodoviárias
NSPT – Standard Penetration Test
CPT – Cone Penetration Test
CPTU – Piezocone Penetration Test
EPS – Poliestileno Expandido
IPEM – Instituto de Peso e Medidas
IPT – Instituto de Pesquisa Tecnológica
RJ – Rio de Janeiro
SICRO2 – Sistema de Custo Rodoviários
USACE – Us Army Corps of Engineers
IPAT – Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas
10
SUMÁRIO
1
TEMA...................................................................................................... 13
2
PROBLEMA DE PESQUISA.................................................................. 13
3
JUSTIFICATIVA ..................................................................................... 13
4
OBJETIVOS ........................................................................................... 14
4.1
Geral: .................................................................................................. 14
4.2
Específicos:........................................................................................ 14
5
REFERENCIAL TEÓRICO ..................................................................... 15
5.1
Solos ................................................................................................... 15
5.1.1
Classificação dos solos ................................................................. 15
5.1.2
Solos Residuais e Solos Transportados ...................................... 15
5.1.3
Solos Finos (Argilas e Siltes) ........................................................ 16
5.1.4
Solos Moles..................................................................................... 16
5.1.5
Solos Orgânicos ............................................................................. 17
5.2
Classificação dos tipos de movimento de massa........................... 17
5.3
Resistência ao Cisalhamento dos Solos ......................................... 18
5.3.1
Coesão............................................................................................. 20
5.3.2
Atrito ................................................................................................ 20
5.3.3
Critérios de Ruptura de Mohr – Coulomb..................................... 21
5.4
Classe de Aterro ................................................................................ 25
5.4.1
Classe I ............................................................................................ 25
5.4.2
Classe II ........................................................................................... 25
5.4.3
Classe III .......................................................................................... 25
5.5
Ruptura Global ................................................................................... 26
5.5.1
Estabilidades de Taludes ............................................................... 26
5.5.2
Métodos de Estabilidades de Taludes .......................................... 28
5.5.3
Método de Spencer......................................................................... 29
5.6
Investigações Geotécnicas............................................................... 31
5.6.1
Principais Objetivos da Investigação Geotécnica ....................... 31
5.6.2
Métodos de Investigação Geotécnica ........................................... 32
5.6.3
Métodos de Sondagem................................................................... 32
5.6.3.1 Sondagem a Percussão (SPT) ...................................................... 33
5.6.3.1.1 Amostragem e SPT ..................................................................... 33
11
5.6.4
Ensaio de Palheta (Vane Test) ....................................................... 34
5.6.5
Ensaio de Piezocone (CPTU-CPT)................................................. 35
5.6.6
Correlações para NSPT .................................................................. 37
5.7
Ensaios Laboratoriais ....................................................................... 38
5.7.1
Ensaio Triaxial................................................................................. 39
5.7.2
Ensaio de Adensamento ................................................................ 40
5.8
Soluções para Solos Moles .............................................................. 40
5.8.1
Aterros Leves .................................................................................. 40
5.8.1.1 Utilização de EPS para Aterro....................................................... 40
5.8.2
Remoção de Solo Mole................................................................... 42
5.8.3
Bermas............................................................................................. 42
5.8.4
Construção por Etapas .................................................................. 42
5.8.5
Pré-carregamento ........................................................................... 43
5.8.6
Aterro Estaqueado.......................................................................... 43
5.8.7
Geodrenos e Sobrecarga Temporária........................................... 43
5.8.8
Reforço de Aterro com Geossintéticos ........................................ 44
5.8.8.1 Geossintéticos ............................................................................... 44
6
METODOLOGIA..................................................................................... 46
7
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE DADOS.......................................... 47
7.1
Área de Estudo................................................................................... 47
7.2
Estudos Geológicos .......................................................................... 48
7.2.1
Apresentação da Geológica Regional........................................... 48
7.2.2
Apresentação da Geológica Local ................................................ 49
7.3
Análise e Caracterização Geotécnica do Solo de Fundação ......... 50
7.4
Análise do Perfil Estratigráfico Adotado ......................................... 51
7.5
Análise de Estabilidade..................................................................... 52
7.5.1
Análise do Solo de Fundação........................................................ 53
7.5.2
Solo de Fundação ........................................................................... 54
7.5.3
Sobrecarga Atuante........................................................................ 54
7.5.4
Pavimento........................................................................................ 54
7.5.5
Material de Aterro ........................................................................... 55
7.6
Apresentação e Discussão dos Resultados.................................... 56
7.6.1
Análise de Estabilidade do Aterro................................................. 56
7.6.2
Soluções para Viabilizar a Construção......................................... 58
12
7.6.2.1 Análise de Estabilidade com Bermas de Equilíbrio.................... 58
7.6.2.2 Análise de Estabilidade com Geogrelhas mais Bermas............. 59
7.6.2.3 Análise de Estabilidade com EPS ................................................ 61
7.6.2.3.1 Método de Execução do Aterro com EPS................................. 66
7.7
8
Estimativas de Custos das Alternativas .......................................... 69
CONCLUSÃO......................................................................................... 71
REFERÊNCIAS ............................................................................................. 72
APÊNDICE A – PERFIL ESTRATIGRÁFICO................................................ 75
ANEXO A – MAPA GEOLÓGICO ................................................................. 77
ANEXO B – LOCAÇÃO DOS FUROS DE SONDAGENS............................. 79
ANEXO C – BOLETINS DE SONDAGENS................................................... 81
ANEXO D – PARÂMETROS GEÓTÉCNICOS DA AREIA.......................... 108
ANEXO E – ESPECIFIÇÃO DA GEOGRELHA........................................... 110
13
1
TEMA
Análise e dimensionamento de um aterro sobre solos moles – LOTE 29 –
BR 101- SUL: Estudo de caso.
2
PROBLEMA DE PESQUISA
O DNIT – Departamento Nacional de Infra-Estrutura Terrestre, a fim de
viabilizar a passagem de veículos por Araranguá sem prejudicar o fluxo dos mesmo
ao referido município, optou por realizar um desvio situado no Lote 29 da duplicação
da BR –101 Trechos Sul, na cidade de Maracajá. Onde através de estudos do solo
no local, chegou-se a conclusão que necessitaria de implantação de uma obra
especial.
Devido a isto, esse presente trabalho, tem como objetivo demonstrar técnicas
viáveis para a implantação do desvio, analisando a utilização de aterro sobre solos
moles.
3
JUSTIFICATIVA
Ao longo das obras de duplicação da BR-101, alguns pontos necessitam de
uma atenção especial, quanto às condições do solo no local.
A obra supracitada encontra-se sobre solos moles, com baixos valores de
suporte de carga. Levando-se em consideração a dimensão e importância da obra,
objeto de estudo, faz-se necessária uma minuciosa análise de estabilidade do aterro
a ser construído.
Para fins, viabilizar a implantação do desvio Araranguá Santa Catarina (SC),
do Lote 29 da duplicação da BR –101 Trechos Sul.
14
4
OBJETIVOS
4.1 Geral:
Dimensionar e verificar a estabilidade quanto à ruptura global do aterro
situado no desvio Araranguá Santa Catarina (SC), do Lote 29 da duplicação da BR –
101, Trecho Sul.
4.2 Específicos:
 Apresentar a topografia da área e mapa de localização;
 Estudar a geologia local e regional;
 Determinar a estratigrafia do solo de fundação;
 Determinar os parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo de
fundação, através das correlações com o NSPT;
 Levantar dados existentes, quanto aos parâmetros de resistência ao
cisalhamento dos materiais constituintes do aterro;
 Analisar a estabilidade do aterro pelo método de Spencer (1967);
 Em caso de necessidade, elaborar projeto executivo com as medidas que
viabilize a execução do aterro, objeto de estudo;
 Levantar os custos de implantação da solução adotada no presente trabalho,
a fim de obter uma comparação por km, com a solução que está sendo
implantada (Elevado).
15
5
REFERENCIAL TEÓRICO
5.1 Solos
Solo, do latim “solum”, obtém varias definições referentes à área a ser
utilizado. Basicamente quer dizer superfície terrestre (chão). Já para mecânica dos
solos, a palavra solo adquire um significado especifico voltado para a Engenharia.
Os solos são materiais que resultam do intemperismo ou meteorização das
rochas, por desintegração mecânica ou decomposição química (CAPUTO, 1987).
Em quase todos os tipos de obras a estrutura será suportada pelo solo,
portanto, é fundamental o conhecimento das características desse material a fim de
prever o seu comportamento diante das solicitações.
5.1.1 Classificação dos solos
A grande diferença e diversidade de desempenho apresentada pelos vários
tipos de solo levaram ao seu agrupamento em conjuntos distintos. Na classificação
dos solos, deve-se levar em conta a formação que se deu origem. Porém esta
classificação tem validade restrita ao meio ambiente, pois depende de alguns
fatores, tais como: natureza das rochas; clima da região; agente de transporte;
topografia da região e processos orgânicos ocorridos (DAS, 2007).
Existem diversos sistemas de classificação de solos, uns levam em conta as
propriedades dos índices dos solos, na pedologia, e em outros casos, se baseam
nos parâmetros do solo (CAPUTO, 1987).
5.1.2 Solos Residuais e Solos Transportados
Solos residuais são formados a partir da decomposição das rochas e são
depositados no próprio local em que se formaram. Para que esse processo ocorra é
necessário que a velocidade de decomposição da rocha seja maior do que a
velocidade de remoção por agentes externos (SANTOS, 2005).
16
Solos transportados são solos residuais que foram levados ao seu atual local
por algum agente de transporte. As características dos solos são função do agente
transportador (SANTOS, 2005).
5.1.3 Solos Finos (Argilas e Siltes)
Quando o percentual passante na peneira nº200 é superior a 50% (ou 35% no
sistema rodoviário), o solo é considerado fino. Caso isso ocorra, ele será classificado
como Argila ou Silte. O estado dos solos siltosos é indicado pela sua compacidade.
O estado das argilas é indicado por sua consistência, definida por Terzaghi e Peck
(1948) apud in Pinto (2002) como a resistência a compressão simples com a
nomenclatura apresentada na Tabela 1 a seguir:
Tabela 1 - Classificação das Argilas Segundo Consistência.
Fonte: Terzaghi e Peck (1948 APUD PINTO 2002)
5.1.4 Solos Moles
Os solos moles têm alta compressibilidade, plasticidade e baixa resistência,
podendo conter em sua composição matéria orgânica.
As ocorrências de solos moles apresentam, em geral, três condições comuns:
situam-se em zonas planas, são formados por solos finos (argilas) e orgânicos e
apresentam baixa capacidade de condutividade hidráulica (CAPUTO, 1987).
Os depósitos de solos moles encontrados no litoral brasileiro possuem
granulometria fina que se depositaram em ambientes marinhos. Do ponto de vista
geológico, esses depósitos são bastante recentes, formados no Período Quartenário
17
quando ocorreram pelo menos dois ciclos de sedimentação, um Pleistoceno e outro
Holoceno (MASSAD, 2003).
As ocorrências de solos moles apresentam, em geral, três condições comuns:
situam-se em zonas planas, são formados por solos finos (argilas) e orgânicos e
apresentam baixa capacidade de condutividade hidráulica (CAPUTO, 1987).
5.1.5 Solos Orgânicos
São denominados solos orgânicos aqueles que possuem uma quantidade
apreciável de matéria decorrente da decomposição de origem vegetal ou animal, em
diversos estágios de decomposição. Em argilas ou areias finas, os solos orgânicos
são de fácil identificação, pela cor escura e principalmente pelo seu odor
característico (PINTO, 2002).
5.2 Classificação dos tipos de movimento de massa
De forma ampla, as caracterizações dos movimentos de massa seguem os
seguintes critérios:
 Geometria das massas movimentadas;
 Tipo de deformação do movimento;
 Velocidade, direção, e recorrência dos deslocamentos;
 Natureza do material instabilizado (rocha, solo, depósitos e detritos)
 Textura, estrutura e grau de saturação do maciço.
As principais características q influenciam em um movimento de massa é a
natureza do material, tipo e velocidade do movimente e a quantidade de água
presente no material (AUGUSTO FILHO e VIRGILI 1998).
Segundo Augusto Filho e Virgili (1998), os movimentos de massa podem ser
classificados como:
18

Escoamento: Corresponde a uma deformação, ou movimento contínuo,
com ou sem superfície definida de movimentação. O escoamento pode ser
fluído viscoso ou plástico.

Escorregamentos: Corresponde a um deslocamento finito ao longo de
uma superfície definida de deslizamento. Classificam-se em 2 subtipos:
escorregamentos rotacionais ou translacionais.

Subsidências: Corresponde a um deslocamento finito, ou deformação
continua de direção essencialmente vertical. Quando o deslocamento é
rápido, trata-se de um desabamento.

Rastejos: São movimentos de lentos e contínuos de material de encostas,
de carácter hidrodinâmico. Podem envolver grandes massas de solo, sem
que haja diferenciação entre material em movimento e material
estacionário. Movimentação pela ação da gravidade.

Torrentes: Formas rápidas de escoamento, de carácter hidrodinâmico.
Ocasionadas por perda de atrito interno, devido à destruição da estrutura
do solo, por excesso de água.

Avalanches: Movimento catastrófico de massas constituídas Poe uma
mistura de solo e rocha. São movimentos bruscos, que se iniciam sob a
forma de escorregamentos normais, mas que se tornam acelerados devido
à elevada inclinação da encosta.
5.3 Resistência ao Cisalhamento dos Solos
Segundo Das (2007), a resistência ao cisalhamento de uma massa de solo é
a resistência interna por área unitária que a massa pode oferecer para resistir a
rupturas e a deslizamentos ao longo de qualquer plano no seu interior.
Terzaghi (1967) conseguiu conceituar essa resistência como conseqüência
imediata da pressão normal ao plano de ruptura correspondente a pressão grão a
grão ou pressão efetiva. Isto é, anteriormente considerava-se a pressão total o que
não correspondia ao real fenômeno de desenvolvimento de resistência interna, mas,
na nova conceituação, conclui-se que somente as pressões efetivas mobilizam
resistência ao cisalhamento, (por atrito de contato grão a grão) assim escrevemos:
τr = c´ + σ . tg φ´ = c´ + (σ - µ). tg φ´
19
Ao analisar argilas sedimentares saturadas, concluiu que nessa situação a
coesão (representada na equação por “c”) é função essencial do teor de umidade e
se escreve:
c = f(h)
Logo temos para a máxima tensão de cisalhamento (poderá ser representado
simplesmente por τr):
τ´r = f(h) + (σ - µ). tg φ = c + (σ - µ). tg φ
Em outras palavras, a expressão acima traduz a situação já afirmada de que
os parâmetros c e φ não são características simples dos materiais, mas, dependem
essencialmente do teor de umidade, trajetória das tensões e a velocidade do
carregamento. Como as condições de utilização são variáveis, partiu-se para se
sofisticar os ensaios de laboratório na tentativa de criar as situações de
ocorrência/utilização, procurando considerar o fato de a amostra ter sido retirada do
todo e, logicamente perdendo algumas características originais de comportamento
ao natural. A Figura apresenta graficamente a expressão (DAS, 2007).
Figura 1 - Representação Gráfica da Envoltória da Ruptura Mohr-Coulomb.
Fonte: Das, 2007.
O fenômeno de cisalhamento depende do atrito e da coesão, no qual a
resistência ao cisalhamento dos solos depende predominantemente da tensão
normal ao plano decisalhamento. (DAS, 2007)
20
5.3.1 Coesão
A relação de atrito entre 2 partículas, é o que se diz respeito a verdadeira
resistência ao cisalhamento. Entre tanto, existe uma parcela de resistência que
independe da tensão normal, atuando no plano que se define como coesão real. Tal
fato ocorre devido a um fator físico-químico que tem grande importância para as
argilas, pois é nas frações coloidais que as forcas intergranulares são significativas
em relação às massas das partículas (PINTO, 2002).
Segundo Vargas (1977), de uma forma intuitiva, a coesão é aquela resistência
que a fração argilosa empresta ao solo, pelo qual ele se torna capaz de se manter
coeso em forma de torrões ou blocos, ou pode ser cortado em formas diversas e
manter esta forma. Os solos que têm essa propriedade chamam-se coesivos. Os
solos não-coesivos, que são areias puras e pedregulhos, esbarroam facilmente ao
serem cortados ou escavados. Utilizando a mesma analogia empregada no item
anterior, suponha que a superfície de contato entre os corpos esteja colada.
A coesão real não pode ser assimilada com coesão aparente. Pois coesão
aparente ocorre em solos úmidos não saturados, e esta mais relacionada com o
fenômeno do atrito, devido a isso a origem do nome aparente (PINTO, 2002).
5.3.2 Atrito
O jeito mais simples de demonstrar o atrito no solo é a analogia clássica de
um corpo sobre um plano horizontal, onde tal só deslizará se a forca horizontal T for
superior que a vertical N multiplicada por um coeficiente de atrito entre dois
materiais, podendo ser descrita pela equação (PINTO, 2002).
T = N. tgφ N. tg φ
Sendo φ = ϕ = ângulo de atrito, resultante com a forca normal.
21
Figura 2 - Atrito entre 2 Corpos no Instante de Deslizamento.
Fonte: Santos, 2005
Há diferenças nas transmissões das forcas aplicadas em grãos de areia e de
argilas.
Para argilas, há um numero maior de partículas, logo a força aplicada em um
único contato é inferior, não sendo suficiente para expulsar as moléculas de água
absorvidas quimicamente, sendo tal responsável pelas transmissões das forças.
Nas areias, ocorrem os contatos diretamente entre as partículas, pois neste
caso a força é grande o suficiente para expulsar a água contida na superfície dos
grãos (PINTO, 2002).
A figura 3 explica corretamente como ocorre à transmissão de força entre
grãos de argilas e areias.
Figura 3 - Força entre Partículas de Areia e Argila. Fonte: Pinto (2002, p. 250).
5.3.3 Critérios de Ruptura de Mohr – Coulomb
22
Critérios de ruptura são formulações que procuram refletir as condições em
que ocorre a ruptura dos materiais. Existem critérios que estabelecem máximas
tensões de compressão, tração ou de cisalhamento. Outros se referem a máximas
deformações. Outros, ainda, consideram a energia de deformação. Um critério é
satisfatório na medida em que reflete o comportamento do material em consideração
(PINTO, 2002).
Os critérios de ruptura que melhor explicam o comportamento dos solos são o
de Mohr e Coulomb:
O critério de Mohr é expresso como:
“não há ruptura enquanto o circulo representativo do estado de tensões se
encontrarem no interior de uma curva, que é a envoltória dos círculos
relativos a estados de ruptura, observados experimentalmente para o
material” (PINTO, 2000).
O critério de Coloumb é expresso como:
“não há ruptura se a tensão de cisalhamento não ultrapassar um valor dado
pela expressão c+ƒ.σ, sendo c e ƒ constantes do material e σ a tensão
normal existente no plano de cisalhamento. Os parâmetros c e f são
denominados, respectivamente, coesão e coeficiente de atrito interno,
podendo este ser expresso como a tangente de um ângulo, denominado
ângulo de atrito interno” (PINTO, 2000).
Na figura 4, nota-se a semelhança entre as duas envoltórias, dada então o
nome de critério de “Mohr-Coulomb”
23
Figura 4 - Representação dos critérios de ruptura (a) Coulomb, (b) Mohr.
Fonte: Pinto (2002, p.251).
Os critérios mencionados acima indicam a importância da tensão normal no
plano de ruptura. O plano de ruptura ocorre num plano que faz um ângulo a igual a
(45+ φ /2), com os planos principais em que estiver agindo a tensão normal indicada
pelo segmento AB e a tensão cisalhante BC. No segmento DE observa-se a tensão
cisalhante máxima, maior que BC. Neste plano, a tensão normal AD garante uma
resistência ao cisalhamento superior a tensão cisalhante atuante como podemos
conferir na Figura 5 (PINTO, 2000).
24
Figura 5 - Análise do Estado de Tensões no Plano de Ruptura. Fonte: Pinto(2002, p. 252).
Para determinar o FSmin por esse método, calcula-se separadamente esse
fator por meio da Equação abaixo e do momento dessas forças em torno do centro
da massa deslizante. Obtêm-se um fator de segurança que atende ao equilíbrio das
forças (Fsf).
E logo outro que atende ao equilíbrio do momento (Fsm). O valor do fator é
aquele correspondente ao valor
ө
que satisfaz as duas equações de equilíbrio
mencionadas (BELLO, 2004).
Estima-se um valor para ө e calcula-se o Fsf que satisfaz ∑Q=0.
Calcula-se o Fsm que satisfaz:
Repete-se o processo com outros valores até que Fsf = Fsm = Fs
25
5.4 Classe de Aterro
Para um sistema de construção deve-se analisar o tipo de solo de fundação
sobre o qual será executado. Tal solo deve passar por uma analise de forma a ser
caracterizado geotecnicamente e ao constatar problemas estabelecer métodos
corretivos e construtivos adaptados os parâmetros do solo de fundação.
Para efeito de investigação e projeto geotécnico de obras rodoviárias do
DNER, os aterros são classificados como classes I, II, III.
5.4.1 Classe I
Enquadram-se nesta classe os aterros juntos a estruturas rígidas, tal como
encontros de ponte e viadutos e demais interseções, além de aterros próximos a
estruturas sensíveis como oleodutos. A extensão do aterro classe I deve ser pelo
menos 50 metros para cada lado da interseção.
5.4.2 Classe II
São os aterros que não estão próximos a estruturas sensíveis, porém são
altos, definindo-se como altos, os que têm alturas maiores que 3 metros.
5.4.3 Classe III
Os aterros classe III são baixos, isto é, com alturas inferiores a 3 metros e
afastados de estruturas sensíveis.
Os fatores mínimos de segurança que devem ser atingidos estão mostrados
na Tabela 2 abaixo:
Tabela 2 - Fatores de Segurança mínimo.
26
Fonte: DNER – PRO 381/98
5.5 Ruptura Global
Conforme Santos (2005), a verificação quanto à ruptura global leva em
consideração que toda a porção do terrapleno reforçado e o solo de fundação do
maciço estão situados acima da superfície de ruptura.
A análise da estabilidade global examina a segurança da estrutura reforçada
em relação a um mecanismo de ruptura global. Para tanto, devem se feitas algumas
considerações com relação à influência da força atuante no conjunto:

Efeito da força no reforço;

Sentido da força em relação à superfície de ruptura;

Intensidade da força atuante.
O coeficiente de segurança requerido para esta análise deverá ser maior ou
igual a 1,3.
5.5.1 Estabilidades de Taludes
A realização de obras de contenção se faz necessária em diversos tipos de
projetos, como subsolos de edificações, abertura de vala para instalações de dutos,
canalizações, estradas, estabilização de encostas e etc. (GUIDICINI e NIEBLE,
1984).
Segundo Das (2007), para a obtenção desses projetos, deve-se conhecer a
tensão de cisalhamento desenvolvida ao longo da superfície de ruptura mais
provável e a comparação dela com a resistência do solo ao cisalhamento. Tal
processo é denominado de análise de estabilidade de talude. Onde a superfície de
ruptura mais provável é a critica, tendo um fator de segurança mínimo.
27
Para estudo da estabilidade de taludes naturais, e de taludes de barragens de
terra, costuma-se definir o coeficiente de segurança (F) como a relação entre a
resistência ao cisalhamento do solo (s) e a tensão cisalhante atuante ( ), esta ultima
obtida através das equações de equilíbrio (MASSAD, 2003).
Onde:
s = Cisalhamento do solo
=
Ƭ
Ƭ = Tensão cisalhante atuante
Existem várias definições possíveis para o fator de segurança (FS), cada uma
podendo implicar valores diferentes de FS. As definições mais usadas em análises
de estabilidade de taludes são (GEORIO, 2000):
- Fator de segurança relativo ao equilíbrio de momento: A superfície de
ruptura circular e é utilizado em análises de movimentos rotacionais, onde o FS é
expresso pela equação abaixo.
=
Onde:
Mr = Somatório dos momentos das forças resistentes;
Ma = Somatório dos momentos das forças atuantes ou solicitantes.
Fator de segurança relativo ao equilíbrio das forças: Consideram-se as
superfícies planas ou poligonais e é aplicado em análises de movimentos
translacionais ou rotacionais, tomando-se o FS pela equação abaixo.
28
=
Onde:
Fr = Somatório das forças resistentes;
Fa = Somatório das forças atuantes.
Para valores de FS iguais a 1,0 tem-se a condição limite de estabilidade, ou
seja, o conjunto encontra-se na iminência de ruptura. O fator de segurança
admissível (FSadm ) leva em consideração não só a geometria da obra analisada,
mas também suas características referentes à finalidade da obra e às solicitações a
que ela estará sujeita. A possível ruptura de uma obra de terra oferece riscos não só
do ponto de vista econômico, mas também pode trazer conseqüências muito mais
sérias, quando se trata do envolvimento de vidas humanas.
Um fator de segurança admissível (FSadm) sugerido poderá ser o da
Tabela 3 abaixo, de acordo com as conseqüências e perdas econômicas que esta
ruptura ocasionaria. É necessário ressaltar que o valor de FSadm deve considerar
as condições geométricas, carregamento e o uso futuro da referida contenção.
Tabela 3 - Fatores de Segurança Admissíveis.
Fonte: Georio, 2000
5.5.2 Métodos de Estabilidades de Taludes
Os métodos para a análise da estabilidade de taludes baseiam-se na hipótese
de haver equilíbrio numa massa de solo, tomada como corpo rígido-plástico, na
iminência de entrar em um processo de escorregamento. Daí a denominação geral
de “métodos de equilíbrio limite” (MASSAD, 2003).
Segundo Massad (2003), este critério admite uma superfície de ruptura, que é
conhecida ou arbitrada a uma massa instável na eminência de entrar em colapso
29
onde deverá ser satisfeito o critério de ruptura de Mohr-Coulomb e um coeficiente de
segurança único ao longo da superfície de ruptura. Analisa-se o equilíbrio desta
massa, assumindo-se valores para as forças atuantes e calculando-se a força de
cisalhamento resistente necessária. Esta força necessária é comparada com a
resistência ao cisalhamento disponível, resultando um coeficiente de segurança.
Para análise de estabilidade que se baseiam no critério descrito no parágrafo
precedente, pode-se citar:

Método das Cunhas: considera um corpo livre subdividido em cunhas e
analisa o equilíbrio entre elas e o restante do maciço, de forma que a
cunha situada na parte inferior contribui para a estabilidade da superior,
mobilizando-se as resistências ao cisalhamento nas superfícies de ruptura
e de contato entre as cunhas;

Método dos Círculos de Atrito: analisa o equilíbrio de um corpo livre
como um todo;

Método Sueco: considera a linha de ruptura circular, divide o corpo livre
em diversas lamelas verticais e considera o equilíbrio de cada lamela.
Neste trabalho será abordado o método sueco, representado pelo Método de
Spencer.
5.5.3 Método de Spencer
O Método de Spencer é um método rigoroso de análise de estabilidade de
taludes, que foi desenvolvido para superfície de ruptura circular e, posteriormente,
adaptada para superfície de ruptura qualquer (USACE, 2003).
Este método satisfaz todas as condições de equilíbrio estático e assume que
as forças entre as fatias são paralelas entre si, ou seja, todas são inclinadas de um
mesmo ângulo. O valor desse ângulo não é adotado, mas sim calculado como parte
da solução do problema (USACE, 2003).
O cálculo é iterativo, onde são adotados valores para o fator de segurança e
para a inclinação do talude. São repetidos por diversas vezes até que o equilíbrio de
30
forças e momentos seja satisfeito para cada fatia. Esse procedimento requer o uso
de ferramenta computacional (USACE, 2003).
A Figura 6 demonstra que a ruptura ocorre de um bloco de solo numa
superfície cilíndrica. Considera-se, para cada fatia, uma resultante Q das forças que
são paralelas entre si. Essa resultante atua no centro da base da fatia e forma, com
a horizontal, um ângulo de inclinação constante. Examinando o momento de
equilíbrio e as forças de equilíbrio duas expressões são obtidas para o fator de
segurança. (BELLO, 2004).
Figura 6 - Momento e Forças de Equilíbrio. Fonte: Bello, 2004.
Para determinar o FSmin por esse método, calcula-se separadamente esse
fator por meio da equação abaixo, e do momento dessas forças em torno do centro
da massa deslizante. Obtêm-se um fator de segurança que atende ao equilíbrio das
forças (Fsf).
E de outro que atende ao equilíbrio do momento (Fsm). O valor do fator é
aquele correspondente ao valor ө que satisfaz as duas equações de equilíbrio
mencionadas (BELLO, 2004).
Arbitra-se um valor para ө e calcula-se o Fsf que satisfaz ∑Q=0.
31
Calcula-se o Fsm que satisfaz:
Repete-se o processo com outros valores até que Fsf = Fsm = Fs.
5.6 Investigações Geotécnicas
Conforme Schnaid (2000), projetos geotécnicos de qualquer natureza são
normalmente com base em ensaios de campo, cujas medidas permitem uma
definição satisfatória da estratigrafia do subsolo e uma estimativa realista das
propriedades de comportamento dos materiais envolvidos. Estas informações são
necessárias em projetos de fundações, estabilidade de taludes, estruturas de
contenção, dimensionamento de pavimentos, infra-estrutura de meio ambiente, entre
outros.
Figura 7 - Fluxograma de Prospecção Geotécnica. Fonte: Maccarini, 2009.
5.6.1 Principais Objetivos da Investigação Geotécnica
Para Santos (2005), devem-se considerar os principais objetivos de uma
investigação geotécnica que são:

Informações sobre a profundidade da superfície rochosa e sua
classificação, estado de alteração e variações;
32

Determinação da profundidade do nível do lençol freático, lençóis
artesianos ou suspensos;

Determinação da extensão, profundidade e espessura das camadas do
subsolo até uma determinada profundidade. Descrição do solo de cada
camada, compacidade ou consistência, cor e outras características
perceptíveis;

Dados sobre propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos ou rochas
(compressibilidade, resistência ao cisalhamento e permeabilidade).
5.6.2 Métodos de Investigação Geotécnica
Os métodos de investigação geotécnica, são divididos em 2 tipo:

Métodos diretos = permitem a observação direta do subsolo ou através
de amostras coletadas ao longo de uma perfuração ou a medição direta
de propriedades in situ (escavações, sondagens e ensaios de campo).

Métodos indiretos = as propriedades geotécnicas dos solos são
estimadas, indiretamente, pela observação a distância ou pela medida de
outras grandezas do solo (sensoriamento remoto e ensaios geofísicos).
5.6.3 Métodos de Sondagem
É um processo de investigação do solo de simples execução e largamente
empregado para estes fins, buscando atingir os seguintes requisitos técnicos:
determinar a espessura das camadas constituintes do subsolo e quais os tipos de
solos que ocorrem nestas camadas, além de determinar as condições de
compacidade em caso de areias ou a consistência em caso de argilas, nos diversos
tipos de solo ocorrentes no subsolo. É basicamente constituído pelas etapas de
perfuração e amostragem (SANTOS, 2005).
As mais utilizadas são:
Sondagem rotativa: empregada caso haja necessidade de verificar a naturez
e a continuidade da camada impenetrável, ou seja, a camada em que a sondagem à
33
percussão não se mostra eficiente como método de investigação. A profundidade
mínima de investigação da camada impenetrável é de cinco metros. A sondagem
rotativa tem como finalidade amostrar rocha sã ou decomposta, permitindo
classificá-la quanto ao grau de alteração, fraturamento, recuperação e Rock Quality
Designation (RQD). É utilizada em investigações para fundações de barragens,
túneis, pesquisa de minérios e como complementação das sondagens à percussão
em solos com matacões ou rochas a pequena profundidade.
Sondagem à percussão: é um procedimento de reconhecimento do subsolo,
e que se associada ao ensaio de penetração dinâmica (SPT) (NBR 6484/80) pode
medir a resistência do solo ao longo da perfuração. O procedimento do SPT requer
equipamentos simplificados, apresenta baixo custo e traz a obtenção de um valor
numérico que pode ser relacionado com regras empíricas. Porem suscetível a erros
grosseiros por falta de manutenção do amostrador ou deficiência do técnico.
A sondagem rotativa, em ação conjunta com a sondagem à percussão,
caracteriza a sondagem mista.
5.6.3.1 Sondagem a Percussão (SPT)
É o ensaio mais executado na maioria dos países, no Brasil foi normatizado
pela ABNT pela NBR 6484 “Solo - Sondagens de simples reconhecimento com SPT
– Método de ensaio” (SPT- Standard Penetration Test) (BASTOS, 2005).
As vantagens do SPT é a obtenção amostras até grandes profundidades,
também a facilidade de encontrar equipamentos e peças em todo o país, tornando
assim barato onde existe concorrência (BASTOS, 2005).
As desvantagens é que quando utilizado além dos limites, por exemplo, em
solos moles a energia aplicada é alta e não existe a sensibilidade para solos
saturados e moles, utiliza formulas empíricas sem consideração da complexidade do
solo necessitam de motor e água, seja é dependente de fornecimento externo de
energia e de água e é complicado e demorado para mobilizar e instalar (BASTOS,
2005).
5.6.3.1.1 Amostragem e SPT
34
Segundo Bastos (2005), as amostras são coletas a cada metro de perfuração,
acondicionadas em recipientes, no qual deve constar a identificação sobre o local da
coleta, para serem encaminhadas ao laboratório e ser feita à descrição táctil-visual
das mesmas, definindo assim a classificação quanto ao tipo de material encontrado
na sondagem.
Essas amostras são coletadas apartir da cravação do amostrador, por um
martelo de 65 kg que é erguido a uma altura de 75 cm acima do topo da cabeça de
bater, e em seguida deixado cair livremente. Então, são anotados os números de
golpes necessários à cravação de cada 15 cm do amostrador.
5.6.4 Ensaio de Palheta (Vane Test)
O ensaio de palheta (“Vane Test”) é tradicionalmente empregado na
determinação da resistência ao cisalhamento não-drenada (Su), de depósitos de
argilas moles. Este ensaio, sendo possível de interpretação analítica, assumindo a
hipótese de superfície de ruptura cilíndrica, serve de referencia a outras técnicas e
metodologias, cuja interpretação requer a adoção de correlações semi-empíricas.
Completamente, busca-se obter informações quanto à história de tensões do
solo indicado pelo perfil da razão de sobre-adensamento (OCR) (SANTOS, 2005).
Este ensaio tem por objetivo determinar a resistência não-drenada do solo in
situ, (Su). Utiliza-se uma palheta de seção cruciforme que, cravada em argilas
saturadas, de consistência mole a rija, é submetido ao torque necessário para
cisalhar o solo por rotação. Portanto necessário o conhecimento prévio da natureza
do solo onde será realizado o ensaio, não só para avaliar sua aplicabilidade, como
para posteriormente interpretar adequadamente os resultados.
Após a introdução da palheta no interior do solo, na profundidade de ensaio,
posiciona-se a unidade de torque e medição. Zeram-se os instrumentos e aplica-se
imediatamente o torque com velocidade de 0,1 a 0,2 graus/segundo.
Com base no torque medido é possível determinar a resistência ao
cisalhamento não-drenada do solo:
35
Onde:
M = Torque Maximo medido (kNm)
D = Diâmetro da palheta (m)
Ao término do ensaio para a obtenção da resistência não-drenada, efetua-se
10 giros rápidos na haste, e inicia-se novo ensaio com o intuito de se obter a
resistência não drenada amolgada (Sur).
Com os valores da resistência não drenada (Su) e a resistência não drenada
amolgada (Sur), pode-se obter o valor da sensibilidade da argila:
5.6.5 Ensaio de Piezocone (CPTU-CPT)
Os ensaios de cone e piezocone, conhecidos pelas siglas CPT (Cone
Penetration Test) e CPTU (Piezocone Penetration Test) respectivamente, vêm se
caracterizando internacionalmente como uma das mais importantes ferramentas de
prospecção geotécnica. Resultados de ensaios podem ser utilizados para
determinação estratigráfica de perfis de solos, determinação de propriedades dos
materiais prospectados, particularmente em depósitos de argilas moles, e previsão
da capacidade de carga de fundações (INSITU, 2010).
O ensaio do cone, consiste na cravação no terreno de uma ponteira cônica
(60° de ápice) a uma velocidade constante de 20mm/s. A seção transversal do cone
é de 10cm2 e a área da luva é de 150cm2 . Já o equipamento de cravação consiste
de uma estrutura de reação sobre a qual é montado um sistema de aplicação de
carga. Um sistema hidráulico é utilizado para essa finalidade, sendo o pistão
acionado por uma bomba hidráulica acoplada a um motor de combustão. A
penetração é obtida através da cravação contínua de hastes de comprimento de 1m,
seguida da retração do pistão hidráulico para posicionamento de nova haste
(INSITU, 2010).
36
Estas grandezas são medidas através de instrumentação de precisão,
devidamente calibrada, instalada na extremidade do conjunto, sendo as mesmas
transmitidas à superfície por um sistema de ondas sonoras. Os sinais são coletados,
transferidos e armazenados em um computador, podendo o resultado de o ensaio
ser visualizado imediatamente na tela.
Sendo assim, o ensaio fornece o registro contínuo da resistência à
penetração, fornecendo uma descrição detalhada da estratigrafia do subsolo,
informação essencial à composição de custos de um projeto de fundações, e a
eliminação de qualquer influência do operador nas medidas de ensaio (qc, fs, u2).
A Tabela 4 faz uma menção das pontecialidades das amostras de CPT e
CPTU.
Tabela 4 - Potencialidades das Amostras de CPT e CPTU.
Fonte: http://www.insitu.com.br
Abaixo listados os parâmetros geotécnicos passíveis de obtenção por meio do
ensaio de CPT/CPTU:

Previsão da capacidade de carga e de recalque;

Classificação do solo;

Estado de tensões in situ (K0);

Ângulo de atrito efetivo (φ');

Módulo oedométrico (D);

Módulo cisalhante (Gmax);

História de tensões (σ'p, OCR);

Sensibilidade (St);

Resistência não-drenada (Su);

Condutividade hidráulica (k);
37

Coeficiente de adensamento (Ch);

Peso específico aparente (γ);

Intercepto de coesão efetiva (c').
Referente ao ensaio de cone CPT ou CPTU, vem crescendo cada vez mais e
na literatura se encontra uma vasta correlação entre os resultados destes ensaios
com os parâmetros geotécnicos de diferentes interesses.
Existem vantagens e limitações referentes ao ensaio de CPTU, que podem
ser citadas:
Vantagens = Penetração rápida (1m/min.), isto é, curto tempo de ensaio,
perfil estratigráfico contínuo (cada 2 cm), ensaio padronizado (Norma Brasileira e
Norma Americana) – confiável, alta precisão e repetibilidade, obtenção e
processamento automático dos dados, isto é, sem interferência do operador,
necessidade de apenas um operador e relação custo/benefício elevada.
Limitações = A não coleta de amostras (como o SPT), necessidade de
operador treinado, equipamento relativamente complexo e suporte técnico.
5.6.6 Correlações para NSPT
Para alguns casos onde não é possível fazer análises em laboratórios para
determinação da resistência a compressão e coesão do solo que se deseja analisar
ou os resultados obtidos não são confiáveis é possível fazer uma correlação entre o
no NSPT obtido para se chegar à resistência compressão simples e a coesão. A
resistência qu é igual a 2c a Tabela 5 abaixo dá valores de qu, e, portanto de c, em
função de NSPT da argila, sugerido por (BOWLES, 1979 apud in GUSMÃO FILHO,
2008).
Tabela 5 - Relação entre Tensão Admissível e N-SPT.
Tipo de solo
ARGILA
Consistëncia
SPT
qu (kg/cm2)
c (kg/cm2)
Muito mole
<2
< 0,25
< 0,125
Mole
2a4
0,25 a 0,5
0,125 a 0,250
Média
4a8
0,5 a 1,0
0,250 a 0,500
Rija
8 a 16
1a2
0,500 a 1,000
38
Muito Rija
16 a 32
2a4
1,000 a 2,000
Dura
> 32
>4
> 2,000
Fonte: Bowles (1979 apud in GUSMÃO FILHO, 2008 p. 168).
Outra maneira de correlacionar à resistência do solo através do NSPT é
utilizando a coesão não drenada.
=
Sendo α o valor de correlação para determinar a coesão não drenada através
do NSPT.
Para Terzaghi e Peck (1948) apud in Pinto (2000) o valor α pode ser adotado
sendo igual a 15, mas esse valor depende da plasticidade da argila. Esta por sua
vez influencia o índice de plasticidade do solo. Em função do índice de plasticidade
encontrado tem-se o solo com plasticidade baixa, media ou alta, permitindo assim se
fixar o valor de α. É o que mostra a Tabela 6 abaixo:
Tabela 6 - Índice de Plasticidade e Determinação de α.
Fonte: Sowers (1962 apud in GUSMÃO FILHO, 2008).
5.7 Ensaios Laboratoriais
Os ensaios laboratoriais mais utilizados para a determinação dos parâmetros
físicos e mecânicos dos solos são: determinação da densidade aparente e real
granulométrica, determinação do teor de umidade, determinação dos limites de
consistência, de compactação, equivalente de areia, CBR, permeabilidade,
compressão simples e triaxial, cisalhamento direto e adensamento (PINTO, 2000).
39
5.7.1 Ensaio Triaxial
O ensaio triaxial, é um dos métodos mais confiavel para a determinação da
resistência ao cisalhamento do solo. O equipamento consiste basicamente de uma
câmara cilíndrica transparente e resistente assentada sobre uma base de alumínio,
no interior da qual é colocado um corpo de prova cilíndrico revestido por uma
membrana de borracha impermeável sob um pedestal, através do qual há uma
ligação com a base da célula. Entre o pedestal e amostra utiliza-se uma pedra
porosa para facilitar a drenagem. A câmara é preenchida com água, cuja finalidade e
transmitir pressão à amostra (DAS, 2007).
Existem 3 tipos-padrão de ensaios triaxiais:

Ensaio adensado drenado ou ensaio drenado (ensaio UU);

Ensaio adensado não-drenados (ensaio CU);

Ensaio não-adensado não-drenado ou ensaio não-drenado (ensaio UU).
Figura 8 - Câmara de Ensaio Triaxial. Fonte: Bastos, 2005.
40
5.7.2 Ensaio de Adensamento
Os ensaios de compressão edométrica são especialmente realizados para o
estudo de recalques das argilas saturadas. No qual, o processo de deformação pode
se desenvolver lentamente, em virtude do tempo necessário para que a água saia
dos vazios do solo, tempo este que pode ser elevado, devido à baixa permeabilidade
das argilas. Este processo é denominado de adensamento dos solos, e o ensaio de
compressão edométrica e chamado de ensaio de adensamento (PINTO, 2000).
5.8 Soluções para Solos Moles
Existem algumas alternativas para possíveis soluções de solos moles, a
estabilidade pode ser assegurada por aterros leves, substituição total da camada
mole, bermas de equilíbrio, construção por etapas, pré-carregamento ou sobrecarga
temporária, geodrenos e sobrecarga temporária, geodrenos e sucção por drenos,
aterro estaqueado e aterro reforçado com geossintéticos (DNER-PRO 381/98).
5.8.1 Aterros Leves
Há utilização de aterros leves na construção deverá ser considerada uma
alternativa viável para aterros classe I. Essa solução é tecnicamente viável se o
aterro for alto e próximo a uma região produtora de material leve, como as usinas
termelétricas que produzem o rejeito denominado cinza volante, madeireiras que
produzem serragens e fabricas de EPS (DNER-PRO 381/98).
5.8.1.1 Utilização de EPS para Aterro
O EPS (poliestireno expandido) é um plástico celular e rígido, podendo
apresentar inúmeras formas e aplicações. É uma espuma de poliestireno moldada,
constituída por um aglomerado de grânulos.
41
Uma ótima solução em áreas onde há a necessidade de aterro e o solo
apresenta baixa capacidade de carga. Para esses tipos de construções o EPS
apresenta algumas vantagens:
Leve: As densidades do EPS variam entre os 10-30 kg/m3, permitindo

uma redução substancial do peso das construções.
Resistência mecânica: Apesar de muito leve, o EPS tem uma resistência

mecânica elevada, que permite o seu emprego onde esta característica é
necessária. Baixa absorção de água e insensível à humidade.
O EPS não é higroscópico. Mesmo quando imerso em água o EPS
absorve apenas pequenas quantidades de água. Tal garante que o EPS
mantém as suas características térmicas e mecânicas mesmo sob a ação
da humidade.
Fácil trabalhabilidade: O EPS é um material que se trabalha com as

ferramentas habitualmente disponíveis, garantindo a sua adaptação
perfeita à obra. O baixo peso do EPS facilita o manuseamento do mesmo
em obra. Todas as operações de movimentação e colocação resultam
significativamente encurtadas.

Versátil: Pode apresenta inúmeras formas e tamanhos para a aplicação.

Resistente ao envelhecimento: Todas as propriedades do EPS mantêmse inalteradas ao longo da vida do material, que é pelo menos tão longa
quanto à vida da construção de que faz parte. O EPS não apodrece nem
ganha bolor, não é solúvel em água nem liberta substancias para o
ambiente. O EPS não constitui substrato ou alimento para o
desenvolvimento de animais ou microrganismos.
Os principais tipos e densidades especificas do EPS encontra-se na Tabela 7
abaixo:
42
Tabela 7 - Tipos e Densidades do EPS.
Placas
Tipos
Densidades (kg/m³)
P0
P0
P1
P2
P3
P4
P6
1
2
3
4
5
6
7
09 a 10,9
11 a 12,9
13 a 15,9
16 a 19,9
20 a 24,9
25 a 29,9
30 a 35
Fonte: http://www.construpor.com.
5.8.2 Remoção de Solo Mole
A remoção ou substituição do solo por material granular só deve ser
considerada para depósitos inferior a 3 metros ou de baixa espessura. O
comprimento não deve ser superior a 200 m. A camada de solo mole deve ser
removida inteiramente, o DNER não aceita remoção parcial, pois essa solução é
cara e de pouca eficiência. Mesmo quando a substituição for uma solução viável,
devem-se incluir nos custos os reflexos devido à criação de bota-fora e considerar os
conseqüentes impactos ambientais provocados (DNER-PRO 381/98).
5.8.3 Bermas
Para estabilizar e minimizar a inclinação de um talude de um aterro pode-se
utilizar bermas de equilíbrio para tal, o que gera um aumento do fator de segurança
contra a ruptura. As bermas de equilíbrio são plataformas laterais de contrapeso,
construídas junto ao aterro principal responsável por criar um momento contrario ao
de ruptura provocado pela carga do aterro (SANTOS, 2005).
5.8.4 Construção por Etapas
A construção por etapas é feita por etapas sendo aterrado em duas ou três
vezes. A primeira é construída acima da altura critica, para que seja estável, e
43
depois passa por um período de repouso para que o processo de consolidação
dissolva parte das poropressões e o solo ganhe resistência. Quando o ganho de
resistência chegar aos níveis estabelecidos no projeto e que garantam a
estabilidade, uma segunda camada de aterro pode ser executada (SANTOS, 2005).
5.8.5 Pré-carregamento
Através de uma sobrecarga temporária, entre 25 e 30% do peso do aterro
para adiantar os recalques. O tempo de permanência da sobrecarga é determinando
por estudos de adensamento e posteriormente verificando no campo através de
equipamentos de observação de recalques e poropressões. Esta alternativa é ser
eficaz em solos silto-arenosos, mas é pouco eficiente em solos argilosos de baixa
permeabilidade, especialmente se a espessura da camada mole for grande. Nesse
caso, esta alternativa só é eficaz se combinada com uso de drenos verticais ou
geodrenos (DNER-PRO 381/98).
5.8.6 Aterro Estaqueado
Funciona de modo transferir a carga do aterro diretamente a uma região do
subsolo mais resistente, aliviando a camada mole e evitando os recalques. Consiste
em um conjunto de estacas, geralmente pré-moldadas de concreto armado ou
madeira tratada. O topo da estaca recebe um captel de concreto armado. As estacas
são projetadas para transferir toda a carga do aterro para as camadas mais
resistentes do terreno (DNER-PRO 381/98).
5.8.7 Geodrenos e Sobrecarga Temporária
São elementos drenantes feito de materiais sintéticos com 100 mm de largura
e 3 a 5 de espessura e com grande comprimento. São cravados verticalmente no
terreno, formando uma malha, de forma a permitir a drenagem, e acelerar os
recalques. Os geodrenos são alternativas técnicas que substituem os antigos drenos
de areia que, por sua vez não devem mais ser empregados (SANTOS, 2005).
44
5.8.8 Reforço de Aterro com Geossintéticos
Os geossintéticos empregados em obras rodoviárias deverão atender as
prescrições especificas do DNER e estar Catalogadas pela Diretoria de
Desenvolvimento Tecnológico do DNER (IPR/DNER). A principal referencia sobre o
assunto é Palmeira (1992). O reforço atua na estabilidade do aterro e na redução de
deslocamentos laterais, mas sem nenhuma influencia significativa nos recalques
(DNER-PRO 381/98).
5.8.8.1 Geossintéticos
Segundo Das (2007), os geossintéticos são materiais parecidos com tecido
feito de polímeros, tais como poliéster, polietileno, o polipropileno, o cloreto de
polivilina (PVC), o náilon, o polietileno clorado e outros. O termo geossintéticos inclui
os seguintes materiais:

Geotêxteis

Geomembranas

Geogrelhas

Georredes

Geocompostos
Os geossintéticos desempenham diversas funções, tais como:

Separação

Reforço

Filtragem

Drenagem

Contenção de umidade
Os geotêxteis e as geogrelhas são os geossintéticos mais utilizados como
elementos de reforços em solos de aterros e taludes íngremes ou estrutura de
45
contenção. Os geossintéticos são fornecidos em rolos ou painéis, dependendo do
tipo e dimensão do produto.
46
6
METODOLOGIA
Em um primeiro momento, obtiveram-se todas as informações necessárias à
execução de aterros sobre solo mole em literatura especializada, dando importância
para a estabilidade global, caracterização do solo de fundação, investigações
geotécnicas e geológicas e possíveis soluções de reforço.
Após embasamento teórico, levantou-se todos os dados existentes referentes
ao projeto do viaduto 3 e 4 do desvio Araranguá, Santa Catarina (SC), do Lote 29 da
duplicação da BR –101, Trecho Sul, e à geologia da área de implantação da obra.
Devido à existência de solo mole na região, o qual não foi detectado nos
dados obtidos, gerou-se um novo perfil estratigráfico padrão para a área de
interesse, bem como se definiu as características deste novo material e dos demais
existente no perfil estratigráfico.
De posse da geometria do solo em questão, realizou-se a análise de
estabilidade global das soluções propostas, para a obtenção de um fator de
segurança admissivel de acordo com a classe do aterro e do solo disposto neste
trabalho, ou seja, FSadm ≥ 1,3.
Para a análise de estabilidade foi aplicado o método Spencer (1967), através
de programa computacional Slide do grupo Rocscience, fornecido pela empresa GN
Consult Ltda.
Obtido tais informações, foram dimensionadas as possíveis soluções de
reforço no aterro, a fim de avaliar quais destas são viáveis para a execução, por fim
obtendo o levantamento real dos custos de implantação.
47
7
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE DADOS
7.1 Área de Estudo
A implantação do aterro, objeto de estudo, está situado no Lote 29 da BR 101,
trecho Sul, Rodovia BR 101/SC, sub-trecho Tijucas/SC Divisa SC/RS, no segmento
compreendido entre os km 22+200 ao km 24+400.
As Figuras 9 e 10 ilustram a localização exata do desvio no Lote 29 e o local
do aterro, respectivamente.
Figura 9 – Desvio da BR101 Existente. Fonte: www.google.com.br/eart
Figura 10 – Disposição do Aterro. Fonte: IPAT, 2006.
48
7.2 Estudos Geológicos
O estudo geológico foi desenvolvido com base no Projeto Final de Engenharia
de Duplicação da Rodovia BR 101/SC, Subtrecho Tijucas/SC - Divisa SC/RS, Lote
29, no Segmento compreendido entre o km 387+000, acesso Centro-Criciúma até o
km 411+233,80, no Rio Araranguá.
7.2.1 Apresentação da Geológica Regional
No Lote 29 ocorre a Formação Palermo representada por siltitos arenosos,
cinza esverdeados e localmente amarelados, quando alterados, com camadas de
arenito médio na parte basal. Seguindo a Formação Irati, esta é constituída na base
por siltitos, sendo esta e a porção superior compostas por folhelhos cinza escuros,
que
se
intercalam,
em
geral,
por
duas
camadas
de
folhelhos
pretos,
pirobetuminosos, associados a horizontes de calcários cinza escuros, dolomíticos,
podendo ter nódulos de sílex e fósseis de Mesosaurus brasiliensis. Sobre a
Formação Irati ocorre a Formação Serra Alta que compreende folhelhos, argilitos e
siltitos cinza escuros a pretos, com fratura conchoidal elocalmente lentes e
concreções calcíferas. A Formação Serra Geral ocorre como sills, que se intercalam
entre as rochas sedimentares das outras Formações.
Os Sedimentos Quaternários se caracterizam por serem inconsolidados e
devido a seu ambiente deformação, tendem constituir superfícies planas, de baixas
cotas, destacando-se lacustres, lagunares, com sedimentos argilosos com matéria
orgânica e os arenoargilosos de origem marinha.
Os solos derivados das rochas das Formações Palermo, Irati e Serra Alta
tendem ser expansivos em seu horizonte C, diminuindo esta expansividade no
horizonte B, que é de espessura reduzida, em torno de 1 m. Os solos derivados dos
sills de diabásio mostram um melhor comportamento geotécnico, com potencial para
camada final de terraplenagem. Os solos marinhos arenoargilosos também
apresentam um bom comportamento geotécnico, podendo ser empregados como
camada final de terraplenagem. Já os solos argilosos com matéria orgânica
mostraram grande espessura alcançando 38 m no Banhado do Maracajá, o que
implica sérias dificuldades executivas e de projetos.
49
7.2.2 Apresentação da Geológica Local
O Segmento do Banhado do Maracajá se constitui num dos pontos
importantes do projeto do Lote 28, pois além de atravessar uma área com sérias
dificuldades geológicas, geotécnicas e ecológicas, tem, em seqüência, que
concordar com a travessia urbana da cidade de Araranguá, no Lote 29.
Sua geologia caracteriza-se por ser uma transição entre os Depósitos
Marinhos e os Depósitos Aluvio/lagunares.
Os Depósitos Marinhos estão representados por uma areia fina argilosa,
marrom a avermelhada.
Já os Depósitos Aluvio/lagunares são constituídos por argila arenosa cinza
clara a escura, mole a muito mole.
Neste segmento, a pista existente da BR-101 é freqüentemente interrompida,
quando ocorrem cheias. Isto devido a existir uma camada de argila mole, que está
representada por uma argila cinza escura, com consistência muito mole e
penetração de 45 cm do amostrador padrão da percussão para zero golpes.
Segue-se a esta camada de argila mole, uma camada de areia fina ou média
amarela ou cinza, com espessura na ordem de 4,00 m. Após esta camada de areia
ocorre uma camada de seixos basálticos, com matriz areno argilosa e espessura da
ordem de 1,50 m.
As legendas e a melhor visualização do mapa encontram-se no Anexo A.
50
Figura 11 – Mapa Geológico com a localização do aterro. Fonte: CPRM, 2003
7.3 Análise e Caracterização Geotécnica do Solo de Fundação
A informação geotécnica fornecida, de sondagem à percussão, realizada na
área destinada à implantação do aterro do Lote 29 da BR-101, foi realizada pela
empresa SOTEPA – Sociedade Técnica de Estudos de Projetos e Assessoria Ltda, e
constitui-se de 26 (vinte e seis) furos, nos quais foram realizados ensaios de SPT. A
planta de locação dos furos de sondagens disposto no decorrer do aterro conforme
coordenadas disponibilizadas encontra-se no Anexo B.
O solo de fundação onde será implantado o aterro possui 2200 metros de
comprimento e 37,15 metros de largura, onde de acordo com os boletins de
sondagens analisados, sofre variação na camada de argila muito mole, intercalada
51
com uma camada de Turfa variando de cor entre marrom e preta. Neste trabalho,
devido à zona de ruptura não ser muito profunda, foi analisada até uma
profundidade de 10 metros, sendo que os resultados de SPT mostram n° de golpes
variando entre 0 e 2 , caracterizando o solo de fundação como solos muito moles.
Os boletins de sondagem estão disponíveis no Anexo C.
7.4 Análise do Perfil Estratigráfico Adotado
Tendo base nos boletins de sondagem SP 136, SP 133, SP 130, SP 124, SP
118, SP 112, SP 106, SP 94, SP 88, SP 82, SP 73, SP 70, SP 67, SP 64, SP 61, SP
58, SP 52, SP 49, SP 48, SP 40, SP 34, SP 25, SP 22, SP 10, SP 04 e SP 01 fez-se
a análise e a determinação do perfil estratigráfico do trecho que se encontra no
Apêndice A. Determinado o perfil, verificou-se que devido o trecho ser muito
heterogêneo, deve ser adotado um perfil com pior comportamento geotécnico até a
profundidade de 10 metros (profundidade estudada). O furo SP 64, obteve os piores
parâmetros entre os perfis, logo foi adotado como o perfil de fundação do aterro.
O perfil ficou compreendido em três camadas, a primeira de argila chegando
até a profundidade de 2,4 metros, a segunda camada com presença de turfa com
uma espessura de 1,70 metros e mais uma camada de argila chegando à
profundidade de 10,0 metros.
Os parâmetros geotécnicos adotados do solo de fundação presente no local,
tais como coesão, ângulo de atrito e peso especifico, foram determinados através de
correlações com os valores do NSPT do perfil estratigráfico padrão.
A Figura 12 abaixo demonstra o perfil estratigráfico adotado como padrão
para levantamento dos parâmetros necessários para a análise deste trabalho.
52
Figura 12 – Perfil Estratigráfico Padrão.
7.5 Análise de Estabilidade
Para implantação do aterro, faz-se necessário verificar se o FSmin atende o
FSadm estipulado para a obra. Estas análises foram feitas com base nas informações
do perfil estratigráfico padrão, da sobrecarga atuante, dos parâmetros geotécnicos
dos solos de aterro e fundação, bem como da geometria do aterro objeto de estudo.
As análises foram realizadas com o auxílio do software Slide do grupo Rocscience.
O método de estabilidade escolhido foi o método de Spencer e o fator de
segurança adotado como base, conforme a norma do DNER PRO381/98 foi de 1,30
considerando aterro classe II, pois são aterros altos, superiores a 3 metros e não
estão próximos a estruturas sensíveis.
53
7.5.1 Análise do Solo de Fundação
Os dados de resistência obtidos para a análise do aterro sobre o solo mole
para a região de estudo, apresentam duvidas quanto a sua integridade. Em virtude
disso será usada uma correlação de NSPT, mencionada anteriormente. Os dados de
e
sat
foram extraídos da tabela de Parâmetros Médio do Solo de Bowles (1977).
Para uma determinação adequada dos dados, o perfil estratigráfico foi novamente
dividido de acordo com o NSPT, ficando assim subdivido em 2 tipos de solos. O solo
1 com NSPT variando de 0 a 1 golpe e o solo 2 com 2 golpes.
NSPT médio do solo 1 adotado foi de 0,96 golpes, e o índice de plasticidade
maior que 25. De acordo com a equação abaixo temos:
0,96
= 0,12 = 12,00
8
=
/
NSPT médio do solo 2 adotado foi de 2 golpes, e o índice de plasticidade
maior que 25. De acordo com a equação abaixo temos:
=
2
= 0,25 = 25,00
8
/
A Tabela 8 abaixo demonstra os parâmetros do solo de fundação.
Tabela 8 – Parâmetros Geotécnicos do Solo de Fundação.
Amostra
NSPT
Solo 1
Solo 2
0,96
2
(kN/m3)
16,00
16,00
(kN/m3)
16,00
16,00
sat
c (Kpa)
12,00
25,00
(º)
0
0
54
7.5.2 Solo de Fundação
Para a análise de estabilidade considerou-se a ruptura global, a qual foi
utilizada na seção de pior comportamento geotécnico, já mencionado anteriormente
no perfil estratigráfico. A Figura 13 demonstra o solo de fundação para a análise dos
coeficientes de segurança.
Figura 13 – Solo de Fundação Adotado.
No que tange à região, leva-se em consideração o levante de maré, que
consiste em 0,65 m de altura referente à cota do terreno. Este dado é retirado de
pesquisa no INPH, medido no marégrafo de Imbituba.
7.5.3 Sobrecarga Atuante
Devido ao pavimento estar contemplado no estudo de estabilidade do aterro,
resta a análise da sobrecarga considerada no dimensionamento do aterro, que foi de
20 kN/m referente ao tráfego de veículos. Este valor está fundamentado na NBR
7188/84.
7.5.4 Pavimento
Na disposição do pavimento será utilizada a mesma aplicada na BR101, onde
é constituída de 20 cm de sub-base de macadame seco, 15 cm de base de brita
graduada e 16 cm de CBUQ, totalizando assim 51 cm de pavimento, conforme a
Figura 14 abaixo:
55
Figura 14 – Pavimento. Fonte: DNER/09
A Tabela 9 abaixo demonstra os parâmetros do pavimento:
Tabela 9 - Parâmetros do Pavimento.
(kN/m3)
Amostra
Pavimento
sat
21,00
(kN/m3)
0,00
c (Kpa)
0,00
(º)
45,00
7.5.5Material de Aterro
O aterro será constituído de areia com uma espessura externa de argila. O
material arenoso terá como base de informação os dados da Jazida Mosquito, os
quais estão no Anexo D.
A Tabela 10 abaixo demonstra os parâmetros da areia e argila:
Tabela 10 – Parâmetros Geotécnicos da Areia e Argila.
Amostra
(kN/m3)
sat
(kN/m3)
c (Kpa)
(º)
Areia
19,80
21,20
0,00
33,00
Argila
20,00
20,00
12,00
0,00
56
7.6 Apresentação e Discussão dos Resultados
Para a obtenção do dimensionamento, o aterro base será disposto com uma
altura de 4,14 metros, e sobre ele um pavimento com 51 cm de altura, totalizando
4,65 metros.
7.6.1 Análise de Estabilidade do Aterro
A seção transversal padrão utilizada está disposta na Figura 14 e 15. A
camada de pavimento é representada pela cor cinza, com espessura de 51 cm. A
camada de cor amarela refere-se ao aterro adotado, com altura de 4,14 metros. A
parte externa do aterro contém uma espessura de argila de 20 cm. Apesar de
desprezadas para a análise, na interface do aterro fora disposta uma manta de
geotêxtil, a fim de proporcionar uma melhora quanto a perda de material do aterro
para o solo de fundação. Para esta análise foi considerado o nível do lençol de 0,00
m e o levante máximo de maré da região que é 0,65 m. A Tabela 11 resume as
características dos materiais do aterro.
Tabela 11 - Parâmetros Geotécnicos do Aterro.
Amostra
(kN/m3)
sat
(kN/m3)
c (Kpa)
(º)
Areia
19,80
21,20
0,00
33,00
Argila
20,00
20,00
12,00
0,00
Pavimento
21,00
0,00
0,00
45,00
57
Figura 15 – Curva de ruptura – Spencer com NA=0,00 m.
Figura 16 – Curva de ruptura – Spencer com NA=1,00 m.
Observou-se que o FS mínimo obtido no Slide foi de 0,593. Logo, só o aterro
não foi possível atender o FSadm de 1,30, inviabilizando assim a construção e
tornando claro que ocorrerá uma ruptura do solo de fundação.
58
7.6.2 Soluções para Viabilizar a Construção
Para viabilizar a construção do aterro no Lote 28 da BR 101, avaliaram-se as
soluções existentes para reforço de solo mole, e devido à necessidade de uma
rápida construção e esforço solicitante do mesmo, descartou-se o uso de geodrenos
e estacas. Optou-se em analisar a utilização de geossintéticos e a construção de
bermas de equilíbrio para elevar o fator de segurança. Outra solução proposta no
presente trabalho é a utilização de um aterro com núcleo em EPS, com baixo valor
de peso específico e elevada resistência.
7.6.2.1 Análise de Estabilidade com Bermas de Equilíbrio
Após varias análises feitas com diversas dimensões de bermas de equilíbrio,
chegou-se à conclusão de que com comprimento de 50 metros para cada lado do
aterro com espessura de 2,50 metros, essa solução atenderia o FSadm. Em sua
interface, também fora utilizado uma manta de geotêxtil tecido com resistência a
tração de 50 kN/m², com função de impedir a perda de material para o solo de
fundação. A Tabela 12 resume as características dos materiais do aterro com
bermas de equilíbrio e a Figuras 17, demonstra o resultado da análise.
Tabela 12 - Parâmetros Geotécnicos do Aterro com Bermas.
Amostra
(kN/m3)
sat
(kN/m3)
c (Kpa)
(º)
Areia
19,80
21,20
0,00
33,00
Argila
20,00
20,00
12,00
0,00
Pavimento
21,00
0,00
0,00
45,00
59
Figura 17 – Resultado da Análise com Bermas de Equilíbrio a 2,50 m.
A utilização de bermas de equilíbrio fez com que o FSmin alcançasse a 1,349,
sendo assim, a análise do resultado acima deixa claro que a solução satisfaz o
FSadm estipulado para o aterro. A Tabela 13 faz um resumo dos valores de FS
calculados.
Tabela 13 - Análise de Estabilidade com Bermas.
FS calculado sem
bermas
FS calculado com
bermas
FS admissível
0,593
1,349
1,30
Porém, é visível que a construção do aterro com bermas é inviável na região,
pois a expansão de 50 metros para cada lado ultrapassa o limite da construção do
aterro, podendo acarretar uma elevada desapropriação de terras marginais a obra,
assim impossibilitando a execução.
7.6.2.2 Análise de Estabilidade com Geogrelhas mais Bermas
Com o obetivo de diminuir as bermas de equilíbrio, foi lançado na interface do
aterro com o solo de fundação, um geossintético com resistência nominal última a
tração longitudinal de 500 kN/m² com 12% de deformação, para assim tentar atingir
o FSadm. O Anexo E contém a tabela de especificação da geogrelha.
Após diversas análises definiu-se como melhor solução o perfil apontado na
Figura 18. A Tabela 14 abaixo o resumo das características dos materiais e a análise
resultante.
60
Tabela 14 - Parâmetros Geotécnicos do Aterro com Bermas mais Geogrelha.
Amostra
(kN/m3)
sat
(kN/m3)
c (Kpa)
(º)
Areia
19,80
21,20
0,00
33,00
Argila
20,00
20,00
12,00
0,00
Pavimento
21,00
0,00
0,00
45,00
Figura 18 – Resultado da Análise com Bermas de Equilíbrio mais Geogrelha.
Já com as bermas de equilíbrio mais geogrelha o FSmin alcançou a 1,301,
deste modo a análise do resultado também satisfaz o FSadm de 1,30 estipulado para
o aterro.
Contudo, mesmo ocorrendo uma melhoria quanto à dimensão do aterro, com
a diminuição de 22 metros em cada lado das bermas, o aterro ainda se torna inviável
para construção, pois continua ultrapassando o limite satisfatório. A Tabela 15
abaixo demonstra o resumo de valores de Fs calculados.
Tabela 15 - Análise de Estabilidade com Bermas mais Geogrelha.
Fs calculado sem
bermas
Fs calculado com
bermas
Fs calculado com
bermas mais
geogrelhas
Fs admissível
0,593
1,349
1,301
1,30
61
7.6.2.3 Análise de Estabilidade com EPS
O uso do EPS é uma grande alternativa para a redução do peso do aterro,
pois contém peso específico de 20 kg/m³ (EPS-P3). Devido a isto, para o
dimensionamento do aterro, utilizaram-se as dimensões do aterro inicial, porém com
seu núcleo de EPS.
A dimensão do bloco de EPS é de 4,00 x 1,00 x 0,50 metros, assim sendo,
colocado com três linhas de EPS de 0,50 metros de altura, onde na primeira e a
segunda linha, há uma extensão para mais 4,00 metros, devido às bermas de
equilíbrio.
O EPS será disposto para segurança a partir de 1,50 metros do nível do solo
e serão analisadas quatro situações com o nível da água respectivamente com 0,00,
1,00, 2,00 e 3,00 metros, pois no Lote 28, local da execução do aterro sofrem
diversas elevações de maré. Segundo Martins (2005), o EPS deverá ser recoberto
com no mínimo de 60 cm de solo compactado, para que assim receba o pavimento.
Para a segurança, ficou reservado a cima do EPS uma camada de 1,14 metros de
aterro para que não houvesse problemas quanto a trilhas de rodas. Como são
blocos retangulares, nas bordas formam degraus, assim melhorando a compactação
do solo no EPS.
É de suma importância relatar, que entre os blocos e o solo, deverá ter um
filme de polietileno (lona plástica), para proteção aos ataques químicos, assim como
em sua interface a utilização de geotêxtil tecido com resistência a tração de 50
kN/m², a fim de impedir que haja perda do material de aterro para o solo. A Figura 19
abaixo demonstra o perfil do aterro com EPS.
62
Figura 19 – Perfil do Aterro com EPS.
Martins, (2005) apresenta as propriedades do EPS consideradas no cálculo. A
Tabela 16 dispõe os parâmetros geotécnicos do aterro com EPS.
Tabela 16 - Parâmetros Geotécnicos do Aterro com EPS
Amostra
(kN/m3)
sat
(kN/m3)
c (Kpa)
(º)
Areia
19,80
21,20
0,00
33,00
Argila
20,00
20,00
12,00
0,00
Pavimento
21,00
0,00
0,00
45,00
EPS
0,20
0,00
145,00
0,00
63
Figura 20 – Resultado da Análise com EPS e NA = 0,00 m.
Figura 21 – Resultado da Análise com EPS e NA = 1,00 m.
64
Figura 22 – Resultado da Análise com EPS e NA = 2,00 m.
Figura 23 – Resultado da Análise com EPS e NA = 3,00 m
65
3,00
3,00
2,50
1,437
2,00
1,488
2,00
1,87
1,635
1,50
NA (m)
1,00
1,00
FSmin
0,00
0,50
FSmin
0,00
1
2
NA (m)
3
4
Figura 24 – Resumo das Análises com NA Variado.
Com EPS o FSmin alcançou 1,437. Deste modo a análise do resultado também
satisfaz o FSadm de 1,30 estipulado para o aterro. A Figura 24 a cima vem reforçar
que mesmo com as possíveis elevações do nível da água, o aterro com núcleo de
EPS, se comporta de forma segura para os devidos imprevistos, tornando-se assim
uma solução executável. Importante também ressaltar que com a utilização do EPS,
houve uma significativa redução das bermas de equilíbrio, assim se tornando a
solução mais viável dentres as analisadas. A Tabela 17 faz um resumo dos valores
de FSmin de todas as soluções.
Tabela 17 - Resumo dos valores de FS
Fs calculado
sem bermas
Fs calculado
com bermas
Fs calculado
com bermas
mais
geogrelhas
0,593
1,349
1,301
Fs calculado
com EPS
Fs
admissível
1,437
1,30
66
7.6.2.3.1 Método de Execução do Aterro com EPS
Para a execução do aterro com EPS no banhado do Maracajá, deve-se levar
em consideração as possíveis situações de levantes de marés (1,00m) e enchentes.
Devido a isso, foram feitas análises referentes à elevação do nível dos blocos de
EPS, para que ao ser executado não ocorra uma possível ruptura inicial do aterro.
Figura 25 – Análise Inicial com Altura de 2,00 m.
Figura 26 – Análise Inicial com Altura de 1,50 m.
As análises feitas acima comprovam que a altura ideal do aterro antes de
receber o EPS é de 1,50 m. Pois, com essa altura, além de prevenir uma possível
ruptura inicial na construção, também se atende às possíveis situações de elevação
da água.
Segundo Martins (2005), para a execução de um aterro com núcleo de EPS,
deve-se considerar as seguintes disposições, conforme a Figura 27 abaixo.
67
Figura 27 – Disposição do Aterro com EPS. Fonte: Martins, 2005
Para melhor compreensão do acima relatado, segue abaixo ilustrações que
demonstram a disposição do aterro.
Figura 28 – Nivelamento para Colocação dos Blocos.
68
Figura 29 – Disposição dos Blocos em Degraus.
Figura 30 – Fixação dos Blocos.
69
Figura 31 – Polietileno (Lona Plástica).
7.7 Estimativas de Custos das Alternativas
No que tange às alternativas viáveis, consoante o citado nas páginas
anteriores, os reforços com bermas de equilíbrio e com geogrelha mais bermas de
equilíbrio, apesar de obedecerem aos parâmetros de análise do FSadm, apresentam
inviabilidade de construção, tendo em vista a necessidade de grandes áreas na fase
executiva. Afinal, isso proporcionaria a necessidade de desapropriação das terras
marginais à obra, o que implica elevado custo, além de possíveis transtornos nas
negociações.
Assim, verificou-se que o aterro com núcleo de EPS é a única solução viável
e executável dentre todas as propostas no presente trabalho. Nesse sentido, a
tabelas abaixo apontam o quantitativo dos materiais a serem utilizados no aterro,
englobando os custos desses, bem como, a mão-de-obra necessária.
Ressalta-se que essas informações foram retiradas das planilhas SICRO2 e
de informações proposta pelo consórcio Construcap-Modern-Ferreira Guedes.
70
Tabela 18 – Resumo dos Custos
Produto
Areia
Argila
EPS
Geotêxtil
Polietileno
Pavimento
Unidade/m
m³
m³
m³
m²
m²
m³
ATERRO COM EPS
Quantidade
95,71
3,38
49,00
45,00
74,50
12,25
Preço Unit. R$
16,00
3,00
353,19
15,00
2,00
148,27
Total =
Custo/km
1.531.360,00
10.135,80
17.306.301,00
675.000,00
149.000,00
1.816.413,84
21.488.210,64
De acordo com os dados fornecidos pelo consórcio Construcap-ModernFerreira Guedes, em relação aos valores atualmente gastos com o elevado existente
no local de estudo, obtêm-se o montante de 57.014.128,58 R$/km.
Contudo, diferentemente do atual custo do elevado apurado, a Tabela 18
deixa claro que o valor do aterro com o núcleo de EPS, considerando o quantitativo
global, é de aproximadamente 62,31% inferior ao custo atual por km adotado pelo
DNIT.
Assim sendo, essa se apresenta, hoje, como uma alternativa aceitável, tendo
em vista os custos levantados.
71
8
CONCLUSÃO
O DNIT – Departamento Nacional de Infra-Estrutura Terrestre, a fim de
viabilizar a passagem de veículos por Araranguá sem prejudicar o fluxo dos mesmos
ao referido município, optou por realizar um desvio situado no Lote 29 da duplicação
da BR –101 Trechos Sul, entre o km 22+200 e km 24+400. Levando em
consideração os procedimentos do DNER-PRO 381/98 o referido desvio
caracterizou-se como sendo um aterro classe II, para o qual é estipulado um
FSadm≥1,3.
No presente trabalho foram analisadas três soluções para implantação do
desvio objeto de estudo. Sendo elas o uso de aterro com bermas de equilíbrio,
aterro reforçado com geossintético e bermas de equilíbrio e aterro com núcleo de
EPS. Cabe ressaltar que as soluções analisadas se mostraram tecnicamente
viáveis.
Porém tanto à execução de aterro com bermas de equilíbrio, quanto à
execução de aterro reforçado com geossintético e bermas de equilíbrio, seriam
inviáveis, pois as mesmas requerem grandes áreas para a implantação das bermas
de equilíbrio, o que provocaria a necessidade de desapropriação das terras
marginais a obra, elevando o tempo de execução e o custo global da mesma. É
importante salientar, que estes fatores, associados a inexperiência da engenharia
brasileira em projeto e execução de aterros com núcleo de EPS, a burocracia de
importação e o custo proibitivo do EPS , a época da elaboração do projeto executivo
do desvio no Lote 29 , levaram o DNIT a adotar como solução o Elevado,
que atualmente apresenta um custo de implantação por km de R$ 57.014.128,58.
Entre as soluções analisadas no presente trabalho optou-se pelo aterro com
núcleo de EPS, por ser de fácil execução e ter um custo de implantação inferior
as mesmas. O custo de implantação por km da solução adotada chegou a R$
21.488.210,64.
Analisando os valores acima chega-se a conclusão que atualmente, o custo
da solução de aterro com o núcleo de EPS é 62,31% menor, que o custo da solução
adotada pelo DNIT.
Logo, o estudo realizado no presente trabalho deixa claro que no momento
atual, a solução técnica e econômica, mais adequada pra o desvio a ser implantado
no Lote 28, é o aterro com núcleo de EPS.
72
REFERÊNCIAS
AUGUSTO FILHO, O. e VIRGILI, J. C. Geologia de Engenharia: Estabilidade de
Taludes. ABGE, São Paulo, 1998.
BASTOS, Cezar. Prospecção geotécnica do subsolo, Universidade Federal do
Rio Grande – Escola de Engenharia. Rio Grande 2005.
BASTOS, Cezar. Resistência ao cisalhamento dos solos, Universidade Federal
do Rio Grande – Escola de Engenharia. Rio Grande 2005.
BELLO, Maria Isabela Marques da Cunha. Estudo de Ruptua em Aterros Sobre
Solos Moles – Aterro do Galpão Localizado na BR – 101 PE: Tese de Mestrado
pela Universidade Federal de Pernanbuco – UFP, 2004.
BOWLES, J.E. Foundation analysis and design. 2. Ed. Tokio. McGranwHill
Kogakusha, 1977. 750p.
CONSTRUPOR Disponível em: <http://www.construpor.com> Acesso em 14 de
Agosto. 2010
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas Aplicações: Mecânica das
Rocahs – Fundações – Obras de Terra. 6 ed. Rio de Janeiro: LCT – Livro Técnicos
e Científicos. Editora S.A., 1987 498 p.1
DAS, Braja M. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. São Paulo: Thomson,
2007. 561 p. il.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM – DNER 381/98:
Projeto de Aterros sobre Solos Moles para Obras Viárias, 1998.
DYMINSKI, A. S. Estabilidade de Taludes. Notas de Aula. Universidade Federal do
Paraná, 2003
73
DYMINSKI, A. S. Obras em Solos Moles. Notas de Aula. Universidade Federal do
Paraná, 2003.
GUSMÃO FILHO, Jaime Azevedo. Fundações de Pontes: Hidráulica e geotécnica
– Recife (PE): Ed. Universitária da UFPE, 2008 328p
GUIDICINI, E. e NIEBLE, C. M. Estabilidade de Taludes Naturais e de
Escavação. Editora Edgard Blücher Ltda., São Paulo, 1984. 170p.
INSITU Disponível em: <http://www.insitu.com.br> Acesso em 02 de Agosto. 2010
MACCARINI, Fabio Jose. Análise de Estabilidade de Aterro sobre Solo Mole:
Estudo do caso. 2009. 87f. TCC (Graduação em Engenharia Civil). Área de
concentração: Geotecnia. Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma.
MARTINS, Aparecido Leovaldo. Revista Téchne, editora Pini, edição 101, p.76,
agosto de 2005.
MARTINS, Aparecido Leovaldo. Catálogo Geofoam, Disponível em:
< www.basf.com.br>. Acesso em 16 de Outubro. 2010
MASSAD, Faiçal. Obras de Terra: Curso Básico de Geotecnia: Oficina de textos,
São Paulo, 2003. 170 p.
PINTO, Carlos de Souza. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 2. ed São Paulo:
Oficina de Textos, 2002. 353 p.il.
RIO DE JANEIRO, Secretaria Municipal de Obras. Fundação Instituto de Geotécnica
do Município do Rio de Janeiro (GEORIO). Manual Técnico de Encostas: Análise e
Investigação. 2 ed. Rio de Janeiro, 2000. 253 p.
SANTOS, N. C. Análise de Estabilidade de Aterro Reforçado sobre Solos Moles
– (PI09): Estudo do caso. 2008. 138 f. TCC (Graduação em Engenharia Civil). Área
74
de concentração: Geotecnia. Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma.
SANTOS, Adailton Antônio dos. Análise Geotécnica do subsolo. Criciúma:
UNESC, 2005.
______. Mecânica dos Solos. Criciúma: UNESC, 2005.
SCHNAID, Fernando. Ensaios de Campo e suas aplicações à Engenharia de
Fundações. São Paulo: Oficina de Textos, 2000. 189 p.
TERZAGHI, K. Mecanismos de Escorregamentos de Terra. Mechanism of
Landslides. Tradução de E. Pichler. Departamento de Livros e Publicações do
Grêmio Politécnico, São Paulo, 1967.
US ARMY CORPS OF ENGINEERS. Slope Stability. EM 1110-2-1902.
Washington, 2003.
75
APÊNDICE A – PERFIL ESTRATIGRÁFICO
77
ANEXO A – MAPA GEOLÓGICO
79
ANEXO B – LOCAÇÃO DOS FUROS DE SONDAGENS
81
ANEXO C – BOLETINS DE SONDAGENS
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
ANEXO D – PARÂMETROS GEÓTÉCNICOS DA AREIA
109
110
ANEXO E – ESPECIFIÇÃO DA GEOGRELHA
111