Caracterização Geotécnica do Solo de Fundação da Obra de
Prolongamento das Pistas do Aeroporto Internacional Salgado
Filho
Marcelo Augusto de Mello
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
Maria Esther Soares Marques
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
Fernando Schnaid
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil, [email protected]
José Renato Moreira da Silva de Oliveira
Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, Brasil, [email protected]
RESUMO: A fim de subsidiar a elaboração do projeto de construção do aterro para a ampliação da
pista de pouso e decolagem e da pista de taxiamento delta do Aeroporto Internacional Salgado Filho
em Porto Alegre/RS, foi realizada uma ampla campanha de investigação geotécnica no depósito de
argilas moles na área de implantação da obra. A investigação geotécnica consistiu de ensaios de
laboratório: caracterização completa e adensamento, realizados em amostras indeformadas, e
ensaios de campo: sondagem à percussão, palheta e piezocone, com dissipação de poro-pressões. Na
área da pista de pouso e decolagem a espessura do depósito argiloso varia de 2 a 4 m, enquanto que
na região da pista de taxiamento a camada argilosa é mais espessa, 3 a 7 m. Nestas condições será
executado o aterro para a ampliação das pistas, atingindo uma espessura máxima de 8 m, na área de
segurança junto ao final da pista de pouso e decolagem. Da análise dos resultados dos ensaios foi
possível determinar os parâmetros geotécnicos que caracterizam o perfil do subsolo e constatar que,
embora a formação geológica seja a mesma para as duas áreas, as condições geotécnicas de ambas
são distintas.
PALAVRAS-CHAVE: ensaio de campo, ensaio de laboratório, solos compressíveis
1
INTRODUÇÃO
O Aeroporto Internacional Salgado Filho
constitui-se num dos principais aeroportos do
Brasil. De acordo com dados de 2010 da
Empresa
Brasileira
de
Infra-Estrutura
Aeroportuária, responsável pela administração
dos principais aeroportos do país, o Aeroporto
Internacional Salgado Filho movimentou 6,6
milhões de passageiros, 19, 6 milhões kg de
carga e 90,6 mil aeronaves.
Atualmente a capaciadade máxima de carga
transportada em aeronaves de grande porte,
como o Boeing 747-400ER Cargueiro, está
limitada em função da extensão da pista de
pouso e decolagem. Segundo Torres (2010), a
ampliação da pista permitirá elevar o nível de
atendimento às aeronaves dentro dos requisitos
de capacidade e segurança operacional,
aumentado a movimentação anual máxima de
aeronaves.
Frente a demanda crescente por transporte
aéreo para atender o desenvolvimento
econômico regional, bem como para o
atendimento satisfatório de mobilidade que será
demandado pelo aumento do número de
visitantes esperados em Porto Alegre por
ocasião da realização da Copa do Mundo de
Futebol em 2014, haja vista que a capital
gaúcha sediará algumas partidas da competição,
estão previstas uma série de obras de
infraestrutura.
Dentre as obras de infraestrutura necessárias
ao aumento da capacidade funcional do
aeroporto estão previstas: a ampliação da pista
de pouso e decolagem, passando dos atuais
2.280 m para 3.200 m de comprimento e a
ampliação da pista de taxiamento delta, a fim de
otimizar as operações na pista de pouso e
decolagem. Estas obras exigem a construção de
um aterro compactado sobre um depósito de
solo compressível. De acordo com Schnaid et
al. (2001), este depósito se estende por toda a
zona norte da região metropolitana de Porto
Alegre, onde se situa o aeroporto.
Os estudos de investigação geotécnica na
área da futura obra de ampliação da pista de
pouso e decolagem (PPD) e da pista de
taxiamento delta (taxi delta) do Aeroporto
Internacional Salgado Filho (AISF) foram
iniciados com a realização de 30 ensaios de
sondagens de simples reconhecimento, com
medida de SPT, conduzidos no segundo
semestre de 2005 e no final do ano de 2006.
No primeiro semestre de 2011 foi realizada
uma campanha de investigação geotécnica nas
referidas áreas, que compreendeu: 13 ensaios de
piezocone, 5 ensaios de cone, 22 ensaios de
dissipação de poro-pressão e 18 ensaios de
palheta. Ensaios de laboratório completaram os
estudos: 11 ensaios de caracterização completa
e 14 ensaios de adensamento, executados a
partir de 13 amostras indeformadas coletadas
com amostrador Shelby de pistão estacionário
(diâmetro interno = 100 mm).
Neste artigo são apresentados os parâmetros
geotécnicos, obtidos de ensaios de campo e
laboratório, que serviram de base para a
execução do projeto de prolongamento da PPD
e da taxi delta do AISF.
2
CARACTERÍSTICAS
GEOLÓGICOGEOTÉCNICAS DA ÁREA DE ESTUDO
2.1
Geologia da área
A caracterização geológica da área do AISF é
descrita por Schnaid et al. (2001) como um
extenso depósito superficial de argilas moles na
região da várzea do rio Gravataí.
Num contexto mais amplo, segundo Soares
(1997), este depósito insere-se no domínio
morfoestrutural dos depósitos sedimentares que
se desenvolve de forma contínua ao longo de
toda a costa, desde Garopaba-SC até o Chuí-RS,
no extremo sul do Brasil. Constitui-se em
amplas e extensas planícies costeiras, numa
vasta superfície plana, com altimetrias que
variam em geral entre 1 e 25 metros, onde se
registram as maiores áreas lagunares. Segundo
Lemos et al. (1973), esse domínio compreende,
especialmente, litologias do Quaternário,
recebendo contribuições de áreas-fontes mistas,
isto é, continental e marinha.
Segundo Schnaid et al. (2001) todo este
processo forma um pacote sedimentar sobre a
planície, constituído de intercalações de
sedimentos lagunares (lamas, argilas e areias
finas, ricas em matéria orgânica) e sedimentos
de canal e de planície de inundação (areias
médias e argilas).
2.2
Características Geotécnicas
O depósito da área de estudo é composto
basicamente de três camadas. Uma crosta
superficial de argila sobreadensada, seguida de
uma camada de argila muito mole a média e
uma camada de areia. Característico de
formações hidromórficas, o nível d´água é
superficial, próximo ao nível original do
terreno.
As Figuras 1 e 2 apresentam os perfis
geotécnicos da pista de pouso e decolagem
(PPD) e taxi delta, respectivamente. As seções
geotécnicas que representam o solo de fundação
das pistas foram obtidas por meio dos boletins
de SPT associados aos resultados dos ensaios de
piezocone (CPTu).
Verifica-se na PPD que a camada de argila
mole apresenta espessura discreta, média em
torno de 3 m, e valores de resistência à
penetração em torno de 4 a 5 golpes. Na taxi
delta a camada argilosa é mais espessa, entre 3 e
7 m de espessura, especialmente junto à pista
existente, apresentando valores muito baixos de
resistência, Nspt médio de 1 golpe, e, por
conseqüência, alta compressibilidade.
2.3
Caracterização da camada compressível
Treze amostras indeformadas foram extraídas a
partir de quatro furos de sondagem executados
junto aos furos de CPTu P-02 e P-04,
localizados na PPD e furos P-06 e P-08, locados
na taxi delta. Na região da PPD a profundidade
de coleta das amostras variou de 1,00 a 3,40 m,
enquanto que na área de abrangência da taxi
delta a coleta foi realizada entre 1,50 e 5,80 m
Figura 1. Perfil geotécnico da PPD.
Figura 2. Perfil geotécnico da taxi delta.
de profundidade. As amostragens foram
executadas de acordo com o que preconiza a
norma ABNT NBR 9820 (coleta de amostras
indeformadas de solos de baixa consistência em
furos de sondagem).
A Tabela 1 apresenta a faixa de variação de
valores de algumas das características do solo
compressível na área da PPD e taxi delta.
Tabela 1. Características da camada compressível.
Características
PPD
Taxi delta
Prof. (m)
1 – 3,4
1,5 – 5,8
wn (%)
12,4 – 23,6
19,1 – 70,6
wL (%)
28 – 44
29 – 82
IP
13 – 28
12 – 47
Gs (g/cm³)
2,59 – 2,83
2,58 – 2,67
γn (kN/m³)
18 – 20,8
14,9 – 19,9
70 – 260
53,3 - 250
´vm
e0
0,56 – 0,82
0,62 – 2,18
Cc
0,07 – 0,40
0,05 – 1,10
Cc/(1+e0)
0,04 – 0,83
0,03 – 0,38
determinados a resistência ao cisalhamento nãodrenada, a tensão de sobreadensamento e o
coeficiente de adensamento.
Como as características geotécnicas da PPD
e taxi delta são distintas, os parâmetros
geotécnicos de projeto foram obtidos
separadamente para cada uma das duas áreas.
3.1 Resistência ao cisalhamento não-drenada
(Su)
Os resultados dos ensaios de caracterização
indicam que a camada compressível na PPD
apresenta um teor médio de argila de 38,5%,
30,0% de silte e 31,5% de areia. A umidade
natural média, wn = 17,4%, encontra-se abaixo
do limite de liquidez médio wL = 35,5%. Na
área da taxi delta o solo mole apresenta um teor
médio de argila de 59,4%, com 27,6% de silte e
12,8% de areia. A umidade natural média, wn =
52,8%, encontra-se próximo ao limite de
liquidez médio wL = 53,7%.
O valor médio do índice de plasticidade, Ip, é
de 20,3% para a PPD e 28,5% para a taxi delta e
a densidade real dos grãos, GS, 2,68 g/cm³ para
a PPD e 2,63 g/cm³ para a taxi delta.
Os ensaios de adensamento oedométricos
foram realizados em corpos-de-prova com 70
mm de diâmetro e 20 mm de altura. As tensões
de sobradensamento, ´vm, foram determinadas
a partir do Método de Pacheco Silva (1970).
Os valores dos índices de compressão (Cc) e
recompressão (Ccr) foram estimados a partir de
ensaios de adensamento vertical e radial. Os
valores médios obtidos para a PPD são Cc =
0,30 e Ccr = 0,03. Os valores médios dos índices
para a taxi delta são Cc = 0,65 e Ccr = 0,07.
Os resultados dos valores de Cc/(1+e0)
apontam para uma maior compressibilidade do
solo na região da taxi delta. O valor médio para
a PPD é de 0,14, enquanto que para a camada
compressível disposta na área da taxi delta a
razão de compressão é 0,20.
3
PARÂMETROS
PROJETO
GEOTÉCNICOS
DE
Os parâmetros de projeto foram obtidos a partir
da interpretação dos ensaios de campo e de
laboratório. Com base nestes ensaios foram
Na PPD foram realizados cinco ensaios de
palheta em duas ilhas de investigação,
correspondente às posições P-02 e P-04.
A Figura 3 indica que a resistência ao
cisalhamento não-drenada varia entre 20 e 110
kPa. Os valores inferiores correspondem à
camada superficial, nos primeiros 2 m.
Figura 3. Resistência ao cisalhamento não-drenada a
partir de ensaios de palheta na região da PPD.
As linhas pontilhadas na Figura 3
correspondem às resistências não-drenadas
determinadas a partir da tensão vertical efetiva
´v0 (Su / ´v0 = 0,25) e a partir da tensão de préadensamento ´vm (Su / ´vm = 0,25). Verifica-se
que o solo apresenta comportamento
sobreadensado, com resistência expressa pela
seguinte equação:
Su
20 4,5 z
Su
95 4,5( z 2)
possivelmente em decorrência da presença
localizada de areia, lente argilo-arenosa.
(1)
sendo z a profundidade em metros (0 < z < 2 m)
e Su a resistência não-drenada em kPa.
Para profundidades superiores a 2 m a
resistência pode ser estimada a partir da
equação:
(2)
Os ensaios CPTu foram também utilizados
na determinação da resistência não-drenada com
base na equação:
Su
qt
v0
N kt
(3)
sendo Nkt = 14 (valor obtido por correlação com
os ensaios de palheta), qt a resistência à
penetração corrigida e v0 = tensão vertical
geostática.
Os valores normalizados de Su são
apresentados na Figura 4, juntamente com os
ensaios de palheta.
Complementarmente, apresenta-se na Figura
4 a relação entre resistência não-drenada e
tensão vertical efetiva ´vo (Su/ ´v0 = 0,25).
Verifica-se novamente que o solo apresenta
comportamento sobreadensando com valores de
resistência superiores a 0,25 (estabelecidos a
partir do modelo Cam-Clay para solos
normalmente adensados).
Na taxi delta foram realizados sete ensaios
de palheta em duas ilhas de investigação,
correspondendo às posições P-06 e P-08.
Verifica-se na Figura 5 que, ao contrário das
condições observadas na PPD, o material
apresenta resistência próxima àquela definida
em condições normalmente adensada, pois à
exceção de alguns valores obtidos nas
profundidades entre 4 e 5 m, a resistência nãodrenada é próxima à obtida através da relação
Su/ ´v0 = 0,25.
A resistência ao cisalhamento não-drenada da
taxi delta pode ser estimada através da equação:
Su
Figura 4. Resistência ao cisalhamento não-drenada
normalizada pela tensão vertical efetiva na área da PPD.
7 2z
(4)
Alguns
valores
medidos
entre
as
profundidades de 4 e 5 m são superiores à
média das medidas que definem a equação (4)
Figura 5. Resistência ao cisalhamento não-drenada a
partir de ensaios de palheta na região da taxi delta.
Os ensaios CPTu foram também utilizados
na determinação da resistência não-drenada,
através da formulação estabelecida pela equação
(3), sendo Nkt = 14 (valor obtido por correlação
com os ensaios de palheta).
Os valores estimados de Su são apresentados
na Figura 6, juntamente com os ensaios de
palheta, normalizados em relação à tensão
vertical efetiva ´v0 (Su/ ´v0).
recomendada por Schnaid (2009):
'vm 0,305(qt
(5)
v0 )
Apresenta-se na Figura 7 a variação das
tensões efetivas inicial e de pré-adensamento
com a profundidade para a PPD, além de uma
linha de tendência para a tensão de préadensamento de projeto expressa como:
'vm 100 8 z
(6)
´vm a
sendo z a profundidade em metros e
tensão de pré-adensamento em kPa.
Esta linha de tendência representa o limite
inferior de valores estimados de ´vm, à exceção
do resultado de ´vm P-02 obtido do ensaio de
adensamento, a cerca de 3 m de profundidade.
Figura 6. Resistência ao cisalhamento não-drenada
normalizada pela tensão vertical efetiva na área da taxi
delta.
Verifica-se
que
o
solo
apresenta
comportamento normalmente adensado a
ligeiramente sobreadensado com valores de
resistência na faixa de previsão estabelecida a
partir do modelo Cam-Clay, porém com
ocorrência de materiais mais resistentes em
diversas profundidades, provavelmente em
decorrência da presença de material arenoso.
3.2
Tensão de sobreadensamento ( ´vm )
Os valores da tensão de pré-adensamento do
solo foram medidos nos ensaios de
adensamento e estimados a partir dos ensaios
CPTu, através da seguinte expressão
Figura 7. Tensão de sobreadensamento para a PPD.
A Figura 8 também apresenta a variação com
a profundidade da tensão vertical efetiva do
solo e uma linha de tendência, que representa a
tensão de sobreadensamento de projeto para a
taxi delta e é expressa pela seguinte equação:
'vm
30 7 z
(7)
apresentados na Figura 9. Verifica-se que as
medidas de laboratório, ensaios oedométricos,
fornecem valores de cv superiores aos valores
estimados in situ, CPTu. Considerando-se que o
solo é sobreadensado, adotou-se o valor de cv de
projeto da ordem de 10-6 m2/s.
Figura 8. Tensão de sobreadensamento para a taxi delta.
3.3
Coeficiente de adensamento (cv)
Os valores do coeficiente de adensamento
foram estimados através de ensaios de
laboratório (adensamento) e ensaios de campo
(dissipação dos ensaios CPTu).
Em laboratório foram obtidos os valores de
cv(NA), através de ensaios edométricos
executados no domínio normalmente adensado,
utilizando-se o método de Taylor.
Em relação aos ensaios de campo, os valores
do coeficiente de adensamento horizontal
ch(SA), deduzidos dos ensaios de dissipação, os
quais correspondem a argilas no domínio
sobreadensado, foram calculados
segundo
orientação de Houlsby e Teh (1988).
Considerou-se para o cálculo do coeficiente de
adensamento vertical cv(NA) a relação de
permeabilidades horizontal e vertical kh/kv =
1,5, tendo por base valores usuais de argilas
brasileiras.
Observou-se uma dispesão nos valores de cv
de campo e laboratório obtidos para ambas as
áreas.
Os valores de cv para a região da PPD são
Figura 9. Valores de cv obtidos de CPTu e ensaios
oedométricos para a área da PPD.
Para a taxi delta os valores são apresentados
na Figura 10. Verifica que as medidas de
laboratório fornecem valores de cv superiores
aos valores estimados in situ. A diferença entre
resultados de campo e laboratório é maior que a
normalmente observada, sendo atribuída à
ocorrência de partículas arenosas que, presente
nos Shelbys, pode ter influência nos valores
medidos em campo.
Adotou-se um valor mais conservador de cv
de projeto, da ordem de 10-7 m2/s, ou seja,
considerando um tempo maior para a
estabilização dos recalques.
Os autores gostariam de agradecer a
Assessoria/7 do Departamento de Engenharia e
Construção,
Exército
Brasileiro,
e
a
INFRAERO,
pela
disponibilização
dos
resultados dos ensaios realizados pela Fugro In
Situ e pela Engemin.
REFERÊNCIAS
Figura 10. Valores de cv obtidos de CPTu e ensaios
oedométricos para a área da taxi delta.
5
CONCLUSÕES
As áreas de prolongamento das pistas de pouso
e decolagem e de taxiamento delta se
distanciam cerca de 210 m. Embora estejam
muito próximas e inseridas na mesma formação
geológica, as características geotécnicas de
ambas as áreas são distintas.
As condições da pista de taxiamento delta
são semelhantes às condições observadas junto
ao terminal de passageiros (TPS), descritas por
Schnaid et al. (2001). São características de um
depósito de argilas moles, variando de
normalmente
adensadas
à
ligeiramente
sobreadensadas.
As condições da pista de pouso e decolagem
são ligeiramente distintas, sendo representadas
por uma camada de argila de menor espessura,
menor compressibilidade e maior resistência.
Com base nos resultados de ensaios de
campo e laboratório, foram estabelecidos os
parâmetros geotécnicos que caracterizam os
depósitos de solos compressíveis de duas áreas
do Aeroporto Internacional Salgado Filho com
características geotécnicas distintas. Assim,
pôde-se analisar cada região individualmente e,
com isto, otimizar as soluções geotécnicas de
projeto, em termos de prazo construtivo e custo.
AGRADECIMENTOS
ABNT NBR 9820 (1997) Coleta de Amostras
Indeformadas de Solos de Baixa Consistência em
Furos de Sondagem – Procedimento.
Houlsby, G.T. e Teh, C.I. (1988) Analysis of the
Piezocone in Clay, Proceedings of the International
Symposium on Penetration Testing, ISOPT-1,
Orlando: 777-783.
Lemos, R.C. et al. (1973) Levantamento de
Reconhecimento dos Solos do estado do Rio Grande
do Sul. Recife: DNPEA-DPP, 431 p.
Schnaid, F. (2009) In Situ Testing in Geomechanics The
Main Tests, 1st ed., Taylor and Francis, Abingdon,
Oxon, 329 p.
Schnaid, F., Milititsky, J. e Nacci, D. (2001) Aeroporto
Internacional Salgado Filho Infra-Estrutura Civil e
Geotécnica, 1ª ed., Ed. Sagra Luzzato, Porto Alegre,
RS, Brasil, 222 p.
Soares, J.M.D. (1997) Estudo do Comportamento
Geotécnico do Depósito de Argila Mole da Grande
Porto Alegre, Tese de Doutorado, Programa de PósGraduação em Engenharia Civil, Departamento de
Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, 332 p.
Torres, F. L. (2010) Aeroporto Internacional Salgado
Filho: Análise Técnica do Projeto de Ampliação da
Pista de Pouso e Decolagem, Trabalho de
Diplomação (Graduação em Engenharia Civil),
Departamento de Engenharia Civil, Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, 66 p.