Análise de aterros sobre solos moles: caso da obra de
implantação da Refinaria Abreu e Lima – Suape / PE
Juliana Albuquerque Biano de Lemos
Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil, [email protected]
Roberto Quental Coutinho
Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil, [email protected]
RESUMO: Este trabalho descreve os estudos de estimativa de recalques efetuados em um dos
aterros sobre solos moles executados na área de implantação da Refinaria Abreu e Lima – RENEST,
situada no Complexo Portuário de Suape, município de Ipojuca – Pernambuco. A análise dos
recalques realizada no referido aterro foi composta de duas etapas: previsão de recalques (fase de
projeto) e retroanálise (fase pesquisa). Nas hipóteses de análise foram adotados parâmetros de
compressibilidade obtidos através de correlações estatísticas para solos orgânicos e argilas moles /
médias de Recife e Suape. São apresentados os resultados obtidos na simulações e sua comparação
com os valores dos recalques medidos em campo. São discutidos ainda a influência da
heterogêneidade do perfil do subsolo no cálculo dos recalques. Resultados bem satisfatórios foram
obtidos quando da adoçào de perfis geotécnicos efetivamente representativos da área e
correspondentes refinamento na definiçào dos parâmetros geotécnicos.
PALAVRAS-CHAVE: aterros, solos moles, recalques.
1
INTRODUÇÃO
A expansão das zonas urbanas com a construção
de estradas de rodagem, ferrovias, barragens,
aeroportos e a ocupação de áreas industriais,
torna frequente a necessidade de construção de
aterros sobre solos de baixa resistência e muito
compressíveis tais como argila mole, solos
orgânicos etc, usualmente referidos como solos
moles.
A determinação da solução mais satisfatória
para construção nessas áreas depende de
criteriosa avaliação de fatores técnicos e
econômicos.
Este trabalho descreve os estudos de
estimativa de recalques efetuados em um dos
aterros sobre solos moles executados na área de
implantação da Refinaria Abreu e Lima –
RENEST, situada no Complexo Portuário de
Suape, município de Ipojuca – Pernambuco. O
referido aterro foi executado com altura máxima
da ordem de 18m sobre camada de solo
compressível de espessura variável de valor
máximo 8,50m.
Este estudo é parte da pesquisa do GEGEPUFPE nesta temática, tendo o GEGEP
participado na supervisão dos trabalhos de
investigação geotécnica da área.
2
CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE
ESTUDO
O Complexo Industrial e Portuário de Suape
localiza-se no município de Ipojuca, ao sul da
cidade do Recife e a sede dista 52 km da capital.
Dentro do Complexo Industrial Portuário de
Suape está em construção a Refinaria Abreu e
Lima – RENEST.
A Refinaria, de propriedade da Petrobras,
tem como objetivo a produção de óleo diesel
para complementação da oferta do produto no
mercado brasileiro. O empreendimento prevê a
otimização dos processos, baixo consumo
energético,
modernos
equipamentos
e
tecnologias avançadas em sinergia com o meio
ambiente. Com esquema único de refino, a
RENEST processará exclusivamente petróleo
pesado, com alto rendimento em diesel, o
equivalente a 70% da produção da refinaria.
Além do diesel, a Refinaria Abreu e Lima
produzirá outros derivados, como nafta, GLP
(gás liquefeito de petróleo) e coque de petróleo.
2.1
Localização / Características da obra
A Refinaria Abreu e Lima - RNEST está
localizada em uma área de 630 hectares à
margem do Tronco Rodoviário Sul do
Complexo Portuário de Suape, a 6km da bacia
de evolução do Porto de Suape.
Durante a fase de investigação geotécnica
para
implantação
da
RNEST,
foram
identificadas diversas áreas com ocorrência de
solos moles. Cinco destas áreas foram objeto de
estudos específicos para tratamento do solo
durante a fase de terraplenagem. A Figura 1
identifica os locais com ocorrência de solo mole
na RNEST, destacando a área de estudo deste
trabalho, que foi denominada durante a fase de
projeto de terraplenagem como “Area 2”.
NORTE
LIMITE DA CERCA
ÁREA DE
ESTUDO
ÁREA 03
0
250
500m
ESCALA GRÁFICA
LOCAL COM OCORRÊNCIA
DE SOLOS MOLES
Figura 1. Área de implantação da RNEST com
identificação das áreas de solos moles, com destaque
para a área de estudo deste trabalho (Área 2)
O projeto de terraplenagem da Área 2,
localizada próxima ao limite sudoeste da área de
implantação da RNEST, consistiu de um aterro
com até 18m de altura construído sobre solos
moles localizado a sudoeste da área de
implantação da RNEST. A extensão do aterro é
de aproximadamente 900m, com largura
variável de 30 a 150m e área aproximada de
79.000m2. Ao sul da Área 2, está localizado
outro aterro sobre solos moles, denominado
“Área A” onde foi projetado um aterro de 8m de
altura.
2.2
Geologia e perfil geotécnico
Encontram-se representadas no município de
Ipojuca quatro unidades geológicas (Lima Filho,
1996), posicionadas da seguinte forma na coluna
estratigráfica: Complexo Gnáissico-Migmatítico,
Rochas Granitóides, Grupo Pernambuco e
Coberturas Quaternárias.
O Complexo Industrial e Portuário de Suape
está localizado na Bacia do Cabo, onde são
encontrados seis tipos litológicos distintos:
conglomerados, calcários, rochas vulcânicas,
arenitos, argilitos e sedimentos inconsolidados
(englobam areias, argilas, siltes, cascalhos e
turfas).
O trecho em análise nesta trabalho é
constituído por sedimentos recentes do Período
Quaternário (depósitos de mangues), tipo argilas
orgânicas, siltes, areias finas e restos de matéria
orgânica,
que
formam
áreas
baixas,
periodicamente inundáveis (Pfaltzgraff, 1998).
No local da construção do aterro foram
realizados
furos
de
sondagem
de
reconhecimento e campanhas de obtenção de
amostras para ensaios de laboratório. Durante a
campanha de sondagens a percussão foram
coletadas amostras para determinação da
umidade natural. As sondagens realizadas
mostram que o terreno natural na área estudada
encontrava-se com cotas variando de +6,50m ao
norte até a cota +2,50 ao sul. A Figura 2
apresenta a locação da malha de sondagens em
relação à área construída do aterro.
Nem todas as sondagens realizadas na área
tiveram a determinação da umidade natural,
apenas as sondagens indicadas em cor azul na
Figura 2. Na Figura 3 são apresentados dois
perfis de sondagem SPT (SP-121 e SP-128)
juntamente com os valores de umidade com a
profundidade.
2.3
Figura 2. Locação das sondagens SPT
Nspt
0
10
20
Umidade (%)
30
0
40
0
ARGILA
SILTOSA
200
300
400
P/100
Profundidade (m)
213,05
TURFA
ARGILOSA
P/100
273,95
221,91
P/100
6
206,21
P/90
51,17
3
8
5
12
45,51
45,59
ARGILA
SILTOSA
10
21,18
33
23,28
33
12
16,17
32
IMPENE
TRÁVE
14
SP - 121
Nspt
0
10
20
Umidade (%)
30
0
40
0
100
200
300
400
500
TURFA
ARGILOSA
P/60
109,74
P/100
Profundidade (m)
389,84
ARGILA
TURFOSA
ORGÂNIC
A
P/100
6
365,66
359,38
P/70
1/60
337,94
9
AREIA
FINA
8
10
23,56
ARGILA
SILTOSA
3
PREVISÃO DE RECALQUES
37,14
29,47
26
22
18,05
23
17,21
12
IMPENE
TRÁVEL
14
Os ensaios de caracterização física foram
realizados para cada uma das amostras retiradas
e constaram das seguintes determinações:
análise granulométrica, limites de Atteberg
(liquidez, LL e plasticidade, LP), índice de
plasticidade (IP), umidade natural (Wn), peso
específico natural ( nat) e dos grãos ( ) e teor de
matéria orgânica (TMO).
Na sondagem SP-121, foram identificados
argilas moles de conssitência muito mole, até
cerca de 7m de profundidade seguida de uma
segunda camada, esta de consistência mole
(NSPT variando de 3 a 5), até 9m de
profundidade.
A sondagem SP-128 apresentou uma camada
de argila orgânica de consistência muito mole
até 7m de profundidade, não sendo encontrada
a camada de argila de consistência mole
verificada no perfil do SP-121.
A distância entre as sondagens SP-121 e SP128 é cerca de 100m, o que chamou a atenção
para a importância do estudo da variabilidade do
perfil geotécnico no depósito.
A camada de argila orgânica muito mole
encontrada nos dois perfis apresentou altos
valores de Wn (faixa de 50 a 520%). Esses
valores foram próximos ligeiramente inferiores
ao LL. Os valores de IP variaram na faixa de 50
a 200%. O teor de matéria orgânica (TMO)
variou de 20 a 70%, com valores mais altos
encontrados na estaca E121 (média de 32%). Os
valores de nat e apresentaram-se com valores
na faixa de 1,07 a 1,89 g/cm³ e 1,65 a 2,67
g/cm³, respectivamente.
A camada de argila siltosa de consistência
mole apresentou umidades na faixa de 50%, não
sendo realizados ensaios de caracterização física
nesta camada na fase de projeto.
495,78
P/100
4
600
41,35
1/50
2
600
415,05
1/100
4
500
64,93
1/60
2
100
Ensaio de caracterização física
SP - 128
Figura 3. Perfis das sondagens SPT e perfis de umidade
A análise dos recalques realizada no presente
estudo contemplou dois tipos de previsão:
a) Previsão tipo A, onde não foram levados
em
consideração
os
resultados
conhecidos da medição dos recalques
ocorridos;
b) Previsão tipo C, havendo influência do
conhecimento dos valores dos recalques
por
adensamento
efetivamente
ocorridos.
Nos perfis geotécnicos avaliados no estudo
deste trabalho ficou caracterizado a existência
de camadas de solo mole de características
diferentes entre si, apontando para uma
heterogeneidade do perfil geotécnico da área.
Para melhor definição das características e
parâmetros do solo, foram definidas seis seções
para traçado dos perfis geotécnicos. Neste
trabalho serão apresentadas as seções
transversais denominadas B e E. A Figura 4
apresenta a posição de todas as seções
analisadas no estudo completo (Lemos, 2011).
Os perfis geotécnicos indicados para cada
seção respeitaram a geometria da superfície do
terreno, obtida através de levantamento
topográfico e das cotas da boca dos furos de
sondagens realizadas
Figura 4. Posicão das seções transversais geotécnicas.
SEÇÃO B
Na seção B o subsolo é composto
inicialmente por uma camada de argila siltosa
com areia fina de consistência média a dura,
espessura média de 1,85m e NSPT variando de
6 a 18. Em seguida encontra-se uma camada de
espessura média de 3,50m, composta de uma
argila siltosa de consistência de mole a muito
mole. Na porção oeste do perfil, o NSPT desta
argila siltosa é inferior a 1 e consistência muito
mole. À medida que segue-se para oeste, o
NSPT aumenta, variando de 2 a 5, com
consistência do solo variando de muito mole a
mole/média. O nível d’água varia de 0,57m
(trecho oeste) a 2,54m (trecho leste). A seção B
está representada na Figura 5.
SEÇÃO E
O subsolo na seção E é composto
inicialmente de uma camada de argila siltosa,
localizada na superfície do terreno com NSPT>
10, sugerindo uma condição de ressecamento da
camada superior do solo. Após esta camada,
segue-se uma argila siltosa de consistência mole
e NSPT variando de 3 a 5. A espessura da camada
de argila siltosa mole varia de 4,00m (porções
oeste e leste do perfil) a 6,90m na parte central.
A consistência varia de média a rija (porção
oeste do perfil), com NSPT médio igual a 10. Ao
seguir em sentido leste, a argila passa a ter
consistência mole, com NSPT médio igual a 4. O
nível dágua varia de 0,90m a 1,78m. Diferente
dos demais perfis traçado, no perfil E não foi
verificada a ocorrência de solo de consistência
muito mole. A Figura 6 apresenta o perfil
geotécnico da seção E.
Considerando-se todas as seções analisadas
pode-se perceber as camadas de solo mole
apresentam-se em posições e espessuras
diferentes em cada seção traçada, demonstrando
grande heterogeneidade no perfil geotécnico da
área de estudo. Desta forma, entendeu-se neste
estudo não ser adequada a adoção de um único
perfil geotécnico como representativo para toda
a área de estudo para o cálculo de previsão de
recalques por adensamento.
Identificou-se ainda como característica de
todos os perfis transversais traçados o fato de
que as laterais do talvegue possuem fundação
mais resistente quando comparado àquele
encontrado no núcleo central. Caracterizando
heterogeneidade longitudinal e transversal.
PERFIL B1
PERFIL B2
Figura 5. Seção transversal geotécnica B.
Figura 6. Seção transversal E.
4
ESTIMATIVA DOS RECALQUES
4.1 Hipóteses de análise
Serão apresentados 4 cálculos de estimativa de
recalques, denominadas hipóteses 1 a 4.
A hipótese 1 apresenta os valores estimados
pelo projetista da obra, na fase de projeto
executivo. Neste cálculo, foi considerado um
único perfil geotécnico representativo para todo
o depósito (longitudinal e transversal).
No presente estudo foram realizadas as
estimativas das hipóteses 2 a 4, onde foram
realizadas análises em todos os perfis
transversais traçados, buscando-se maior grau
de detalhamento nas análises tendo em vista a já
citada variabilidade nas características das
camadas de cada perfil verificada na
investigação geotécnica. Na hipótese 2 foi
realizada uma previsão de recalque tipo A, onde
não levou-se em consideração os resultados
conhecidos de medição dos recalques ocorridos.
Nas hipóteses 3 e 4 foi realizada previsão tipo
C, onde foram levados em consideração os
valores conhecidos de recalques medidos.
A Tabela 1 apresenta um resumo das
hipóteses estabelecidas para cálculo dos
recalques.
Tabela 1. Hipóteses estabelecidas sobre as considerações
para cálculo dos recalques por adensamento
Estimativas
Tipo de análise
Hipótese 1
Cálculo em termos de projeto
JBR & GEOSISTEMAS
[2010]
Hipótese 2
Previsão
tipo
A,
com
correlações
de
Recife
(Coutinho et al 1998a)
Hipótese 3
Previsão tipo C, consulta
bibliográfica – Recife B&D
Hipótese 4
Previsão tipo C, consulta
bibliográfica – Suape B&D
Para a hipótese 2 – previsão tipo A, foram
adotados parâmetros de compressibilidade
obtidos através de correlações estatísticas para
solos orgânicos e argilas moles/médias de Recife
(Coutinho et al 1998a) indicadas na Tabela 2 a
partir dos valores de umidade estimados a partir
de umidades obtidas em sondagens SPT
próximas ou similares.
Para a hipótese 3, os parâmetros de
compressibilidade Cs e e0 foram estimados
conforme descrito da Tabela 2. Para o indíce de
compressão, Cc foram realizadas simulações
com os valores típicos das argilas moles de
Recife, obtidos em perfis semelhantes no banco
de dados do GEGEP – UFPE para as áreas de
pesquisa Sesi Ibura e Clube Internacional
(Coutinho, 2007) e do CRCN – Recife (Soares,
2006).
Para a hipótese 3, o Cc utilizado nas
simulações teve como base os valores /
correlações obtidos por Bello (2011) e Coutinho
& Bello (2012) em depósitos de solos moles
localizados na região de Suape.
Neste trabalho serão debatidos os resultados
obtidos para as seções tranversais B e E, onde
foram obtidos os melhores resultados de
estimativa de recalques. O estudo completo,
com análise de todas as seções estudadas,
encontra-se em Lemos (2011).
Para a seção B a estimativa foi realizada em
dois pontos do perfil denominados B1 e B2.
Esta subdivisão foi adotada devido a diferença
entre os perfis geotécnicos localizados no centro
e na extremidade da seção transversal.
Tabela 2 Resumo critérios adotados para os parâmetros
Dados / parâmetros
Simulação
Cc
Cs
e0
Hipótese 1
Critérios do projetista da obra (*)
Hipótese 2
Correlações com W(%) (Coutinho et al
1998a)
Hipótese 3
Consulta
bibliográfica
Correlações
(Recife)
com W(%)
Cs =
(Coutinho et
0,15Cc
Hipótese 4
Consulta
al 1998a)
bibliográfica
(Suape)
(*) Definidos a partir dos ensaios de campo (CPTU e
palheta), ensaios de laboratório e valores típicos das
argilas orgânicas e turfas presentes na região (Schnaid,
2000; Coutinho e Bello, 2005).
4.2
Parâmetros geotécnicos adotados
Com base nas premissas para cada hipótese,
foram adotados os parâmetros geotécnicos
indicadas na Tabela 3.
5
RESULTADOS E ANÁLISE
Os valores dos recalques estimados obtidos em
cada seção de acordo com as hipóteses
propostas encontram-se detalhados por camada
na Tabela 4.
Os valores dos recalques obtidos em cada
seção transversal analisada variaram entre si,
ressaltando a variabilidade das características do
subsolo em cada seção apesar da pequena
distância (em torno de 40 metros) entre elas.
Observou-se que todos os valores de
recalques previstos nas hipóteses de retroanálise
(perfis variados) foram inferiores àqueles
estimados na hipótese 1 – projeto (perfil único).
Analisando-se os valores obtidos nas
hipóteses de previsão de recalques calculadas,
verificou-se que aquela que obteve os resultados
mais próximos daqueles medidos in loco foi a
hipótese 4, a qual utilizou perfis representativos
e estudo refinado dos parâmetros do local.
Tabela 3 Parâmetros geotécnicos adotados por seção em cada hipótese simulada
Altura do
Espessura da
aterro
Seção Hipótese Camada
Descrição
camada (m)
(m)
OCR
1
Turfa
1,50
4
Argila
U*
1
2
orgânica
3,50
18,00
2
Argila
3
orgânica
2,50
1
B1
B2
E
2
1
4
2
3
4
2
3
1
1
1
1
1
1
Argila
orgânica
siltosa
2,95
Argila
orgânica
siltosa
Argila
orgânica
siltosa
4
1
(*) Seção única, adotada no projeto executivo.
3,90
5,90
16,91
15,68
17,72
2
2
4
4
4
4
4
W%
-
e0
3,0
Cc
1,60
Cs
0,20
-
1,5
0,63
0,10
150 /
320
150 /
320
50
50
50
50
50
1,5
0,63
0,10
6,1 3,0 (**)
0,447
6,1
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
0,606
0,5
0,35
0,606
0,5
0,195
0,099
0,075
0,0525
0,099
0,075
4
50
1,3
0,35 0,0525
(**) Valor correspondente a umidade máxima – W%=320,00.
Os resultados com menor dispersão em
relação aos recalques medidos foram obtidos
nas seções B2 (ou B1/B2) e E onde foram
obtidos recalques de 0,5988 (ou valor médio B 0,6815) e 0,7961 para recalques medidos de
0,45 e 0,67, respectivamente.
Esta constatação aponta para a importância
do conhecimento detalhado do perfil geotécnico
do subsolo e aponta para a necessidade de
adoção de mais de um perfil típico quando da
realização dos cálculos de estimativa de
recalques. A adoção de um perfil único para
todo o depósito pode resultar em recalques
calculados não representativos da realidade,
com valores significativamente diferentes. Deve
ser registrado que neste caso a diferença do
projeto foi em princípio a favor da segurnça.
Tabela 4 Recalques estimados por seção
Recalque estimado
por camada (m)
Recalque
estimado total
(m)
Recalque
medido (m)
1,50
3,50
2,50
1,0080
1,0553
0,7170
2,7803
0,45 / 0,67
1
2,95
1,7735
1,7735
4
1
2,95
0,7642
0,7642
2
1
3,90
1,0367
1,0367
3
1
3,90
0,8554
0,8554
4
1
3,90
0,5988
0,5988
2
1
5,90
1,3908
1,3908
3
1
5,90
1,1372
1,1372
5,90
0,7961
0,7961
Espessura da
camada (m)
Seção
Hipótese
U*
1
1
2
3
2
B1
B2
E
Camada
4
1
(*) Seção única, adotada no projeto executivo.
0,45
0,67
7
CONCLUSÕES
A análise dos recalques medidos durante a
execução da obra e aqueles calculados durante a
retroanálise permitiu as seguintes conclusões:
Ficou evidenciada a importância já
amplamente discutida na literatura de uma
campanha geotécnica ampla e de qualidade de
amostragem, base para definição dos perfis
geotécnicos representativods do local e dos
correspondentes parâmetros a serem utilizados
na previsão de recalque.
É de grande importância a determinação da
umidade natural em depósitos de solos
compressíveis. Tal informação permite a
identificaçào da variabilidade dos perfis,
detalhamento das investigaçòes complementares
e a utilização de correlações locais, permitindo
comparações com resultados obtidos em ensaios
de laboratório / campo e aumentando a
confiabilidade do projetista quanto aos
parâmetros (e sua varibilidade) a utilizar no
projeto.
A adoção de um perfil único do subsolo não
se mostrou adequada no depósito estudado. As
seções traçadas evidenciaram um perfil
heterogêneo (longitudinal e transversal), com
subcamadas alternadas e variações na cota da
superfície do terreno.
A consideração de perfis geotécnico
representativos permite detalhar e identificar
variações das camadas do subsolo com a
profundidade,
melhor
determinação
da
espessura das camadas / subcamadas e
definições dos parâmetros geotécnicos, além de
nortear a necessidade e posicionamento de
investigações adicionais.
AGRADECIMENTOS
A Petrobras pelos dados cedidos para realização
desta pesquisa.
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