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Universidade do Estado do Rio de Janeiro Centro de Tecnologia e Ciências
Faculdade de Engenharia
Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur Antunes
Comportamento dos aterros que compõem a obra do Arc o
Metropolitano do Rio de Janeiro
Rio de Janeiro
2012
Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur Antunes
Comportamento dos aterros que compõem a obra do
Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre, ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Área de concentração: Geotecnia.
Orientadores: Prof.ª Dr.ª Ana Cristina Castro Fontenla Sieira
Prof. Dr. Rogério Luiz Feijó
Rio de Janeiro
2012
CATALOGAÇÃO NA FONTE
UERJ / REDE SIRIUS / BIBLIOTECA CTC/B
Autorizo, apenas para fins acadêmicos e científicos, a reprodução total ou parcial
desta tese, desde que citada a fonte.
Assinatura Data
A636 Antunes, Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur. Comportamento dos aterros que compõem a obra do Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro / Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur Antunes. – 2012.
158f.
Orientadores: Ana Cristina Castro Fontenla Sieira; Rogério Luiz Feijó.
Dissertação (Mestrado) – Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Faculdade de Engenharia.
1. Engenharia Civil. 2. Aterros - Dissertação. I. Sieira, Ana Cristina Castro Fontenla. II. Feijó, Rogério Luiz. III. Universidade do Estado do Rio. III. Título.
CDU 624.13
Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur Antunes
Comportamento dos aterros que compõem a obra do
Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre, ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Área de concentração: Geotecnia.
Aprovado em: 06 de Junho de 2012.
Banca Examinadora:
_______________________________________________________ Prof.ª Dr.ª Ana Cristina Castro Fontenla Sieira (Orientadora) Faculdade de Engenharia – UERJ
_______________________________________________________ Prof. Dr. Rogério Luiz Feijó (Orientador) Faculdade de Engenharia – UERJ
_______________________________________________________ Prof. Dr. André Pereira Lima Faculdade de Engenharia – UERJ
_______________________________________________________ Profa. Dra. Anna Laura Lopes da Silva Nunes Universidade Federal do Rio de Janeiro – COPPE - UFRJ
Rio de Janeiro
2012
À Deus, que sempre me dá fé para prosseguir e ultrapassar obstáculos. À minha família, pelo amor, carinho e apoio contínuo.
AGRADECIMENTOS
Aos meus orientadores, Prof.ª Doutora Ana Cristina Castro F. Sieira e Prof.
Doutor Rogério L. Feijó, pela excelente orientação, pela amizade, pelo auxílio
oferecido em todos os momentos, me apresentando novos caminhos e me
conduzindo nesta jornada constante que é o aprendizado da engenharia geotécnica.
Aos professores do PGECIV-UERJ, pela atenção dedicada e pelos
ensinamentos sólidos fornecidos durante o mestrado.
Aos meus colegas de mestrado, pela amizade demonstrada ao longo do
tempo, companheirismo e horas de estudo na UERJ.
Aos funcionários do PGECIV – UERJ (Shirlei B. do Canto e Helena Moreira),
do LABBAS – UERJ e do LMS – UERJ, pelo apoio e amizade.
À UERJ, universidade querida, que tanto contribuiu na minha formação
acadêmica e profissional, desde os tempos da graduação.
À minha família, que tanto amo, pela compreensão e apoio em todos os
momentos.
A todos aqueles, que embora não citados nominalmente, contribuíram direta e
indiretamente para a execução deste trabalho.
À Portaria Conjunta DER-RJ/UERJ Nº01 de 01 de Maio de 2010, que
propiciou o desenvolvimento do presente estudo.
À CAPES pelo apoio financeiro.
“Eis o meu segredo. É muito simples: só se vê bem com o coração. O
essencial é invisível aos olhos."
O Pequeno Príncipe - Antoine de Saint-Exupéry
RESUMO
ANTUNES, Caroline Sidrim Gomes Leite Mansur. Comportamento dos aterros que compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro. 2011. 158f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2012.
O presente trabalho tem como objetivo a análise do comportamento dos aterros instrumentados que compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro. Os resultados da instrumentação de campo serão discutidos e retroanalisados, juntamente com dados disponíveis na literatura, buscando-se a definição de parâmetros confiáveis, representativos do comportamento da argila compressível da região em estudo. O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro é uma rodovia projetada que servirá como ligação entre as 5 principais rodovias que cortam o município do Rio de Janeiro. Dada a magnitude da obra e a ocorrência de significativas espessuras de solos moles em alguns trechos da região, determinados aterros que compõem a rodovia foram instrumentados com placas de recalque e inclinômetros, instalados em diferentes estações de monitoramento, no intuito de avaliar os deslocamentos verticais e horizontais dos aterros durante o processo construtivo. De posse de parâmetros confiáveis, procede-se à simulação numérica do processo construtivo de um dos aterros, a partir do programa PLAXIS, de elementos finitos. Os resultados numéricos são confrontados com a instrumentação de campo (fornecida por placas de recalque) e com os resultados de previsões teóricas (teoria de adensamento unidimensional). Em projetos de aterros sobre solos compressíveis, a instrumentação geotécnica é de grande importância, pois permite acompanhar o desenvolvimento de todo o processo construtivo, e as deformações decorrentes da sobrecarga imposta pelo lançamento de camadas de aterro. A imposição de um carregamento sobre solos de alta compressibilidade e baixa resistência pode acarretar em grandes deformações ao longo do tempo, além de rupturas indesejáveis do solo de fundação. Os resultados comprovaram que a modelagem numérica mostrou-se uma ferramenta adequada para a previsão dos recalques totais e tempos de adensamento. A definição de parâmetros representativos, com base em ensaios executados em amostras de boa qualidade, é o primeiro passo para a previsão coerente da evolução dos recalques com o tempo. A retroanálise do comportamento de aterros sobre solos moles permite a reavaliação das premissas de projeto, uma vez que as limitações das teorias de análise e a dificuldade na seleção de parâmetros, muitas vezes acarretam em estimativas de recalque incoerentes com as observações de campo. Palavras-chave: Recalques por adensamento; Aterro sobre solos compressíveis;
Simulação numérica.
ABSTRACT
The present work aims to analyze instrumented embankments behavior that composes the Rio de Janeiro’s Arco Metropolitano construction. Field instruments results will be discussed and reanalyzed, altogether with data available in literature, seeking to define reliable parameters, representative of the compressible clay behavior into the studied area. The Rio de Janeiro’s Arco Metropolitano is a road designed to work as a link between the five major highways that cross Rio de Janeiro city. Given to the work’s magnitude and the occurrence of significant thickness of soft soil in some parts of the region, some landfills that form the highway were instrumented with inclinometers and settlement plates installed in different monitoring stations in order to evaluate the vertical and horizontal landfill during the construction process. Armed with reliable parameters, it will be carried out to the numerical simulation of the construction process of a landfill, from the program PLAXIS, of finite elements. The numerical results will be compared with field instrumentation (provided by boards of repression) and the results of theoretical predictions (one-dimensional consolidation theory). In projects of embankments on compressible soil, geotechnical instrumentation is very important because it allows following the development of the entire construction process and the deformations due to overload imposed by the release of embankment layers. The imposition of a load on soils high compressibility and low resistance can lead to large deformations over time and undesirable disruptions in foundation soil. Concerning the numerical modeling, results proved to be a suitable tool to total settlements and times of consolidation prediction. The representative parameters definition, based on tests performed on good quality samples, is the first step for predicting the development of coherent repression with time. The reanalysis of the embankments’ behavior on soft soil permits the revaluation of the premises of the project, since the theory limitations of analysis and the difficulty in selecting parameters often leads to inconsistent estimates of repression with field observations. Keywords: Settlement; Consolidation; Embankment on soft soils; Numerical simulation.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Traçado do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro ................................... 22
Figura 2 – Gráfico e versus log σ’v ............................................................................ 28
Figura 3 – Equipamento para a realização do Ensaio de Adensamento (Laboratório
de Mecânica dos Solos da UERJ, 2010) ................................................................... 35
Figura 4 – Desenho esquemático: Ensaio de Adensamento (Sousa Pinto, 2002) .... 35
Figura 5 – Esquema do Ensaio CRS (Moura, 2004) ................................................. 37
Figura 6 - Método de Asaoka (Ortigão, 1995). .......................................................... 44
Figura 7 – Gráfico do Método de Orleach ................................................................. 47
Figura 8 - Método de Casagrande (Souza Pinto, 2002) ............................................ 48
Figura 9 – Método de Pacheco e Silva (Adaptado de Pacheco, 2010) ..................... 49
Figura 10 – Efeito do amolgamento na curva mv versus σ’v (Correia e Lacerda, 1982
– Adaptado de Almeida et al., 2005) ......................................................................... 53
Figura 11 – Índice de vazios inicial (eo) em função da profundidade (Adaptado de
Marques et al., 2008) ................................................................................................ 55
Figura 12 – Índice de compressibilidade (Cc) em função da profundidade (Adaptado
de Marques et al., 2008) ........................................................................................... 55
Figura 13 – Coeficiente de adensamento vertical (cv) em função da profundidade
(Adaptado de Marques et al., 2008) .......................................................................... 56
Figura 14 – Variação de e0 em função da profundidade ........................................... 57
Figura 15 – Variação de Cc em função da profundidade ........................................... 58
Figura 16 – Variação de cv em função da profundidade ............................................ 59
Figura 17 – Faixas de valores de coeficiente de adensamento vertical (cv) .............. 59
Figura 18 – Faixas de valores de CR (Adaptado de Lima, 2007) .............................. 60
Figura 19 – Traçado do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro (Adaptado de material
da Secretaria de Obras – Governo do Estado do Rio de Janeiro) ............................ 63
Figura 20 – Traçado do Segmento C – Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
.................................................................................................................................. 65
Figura 21 - Aterros com Remoção de Solos Moles (Projeto Arco Metropolitano do Rio
de Janeiro) ................................................................................................................ 67
Figura 22 - Aterros sobre Drenos, construídos em Etapas e Bermas (Projeto Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro) .............................................................................. 68
Figura 23 - Aterros Reforçados com Bermas (Projeto Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro) ..................................................................................................................... 69
Figura 24 – Bench Mark (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro) ..................................................................................................................... 71
Figura 25 – Inclinômetro (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro) ..................................................................................................................... 72
Figura 26 – Inclinômetro instalado no Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
.................................................................................................................................. 73
Figura 27 – Instalação de Inclinômetros - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro...... 74
Figura 28 – Placa de Recalque (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio
de Janeiro) ................................................................................................................ 75
Figura 29 – Placa de Recalque instalada no Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro ...................................................................................................................... 75
Figura 30 – Animais próximos à área das Placas de Recalque ................................ 76
Figura 31. Localização das Placas no Aterro 1 ......................................................... 78
Figura 32. Localização das Placas no Aterro 2 ......................................................... 79
Figura 33. Localização das Placas no Aterro 3 - Pista Esquerda .............................. 80
Figura 34. Localização das Placas no Aterro 3 - Pista Direita ................................... 81
Figura 35. Localização das Placas no Aterro 4 - Pista Esquerda .............................. 82
Figura 36. Localização das Placas no Aterro 4 - Pista Direita ................................... 83
Figura 37. Localização das Placas no Aterro 4A - Pista Esquerda ........................... 84
Figura 38. Localização das Placas no Aterro 4A - Pista Direita ................................ 85
Figura 39. Localização das Placas no Aterro 5 - Pista Esquerda .............................. 86
Figura 40. Localização das Placas no Aterro 5 - Pista Direita ................................... 87
Figura 41. Localização das Placas nos Aterros 6 e 6A - Pista Esquerda .................. 88
Figura 42. Localização das Placas nos Aterros 6 e 6A - Pista Direita ....................... 89
Figura 43. Localização das Placas no Aterro 6B - Pista Esquerda ........................... 90
Figura 44. Localização das Placas no Aterro 6B - Pista Direita ................................ 91
Figura 45. Localização das Placas no Aterro 6C - Pista Esquerda ........................... 92
Figura 46. Localização das Placas no Aterro 6C - Pista Direita ................................ 93
Figura 47. Localização das Placas no Aterro 7 - Pista Esquerda .............................. 94
Figura 48. Localização das Placas no Aterro 7 - Pista Direita ................................... 95
Figura 49 – Execução das atividades de terraplenagem e lançamento dos aterros –
Arco Metropolitano do Rio de Janeiro ....................................................................... 96
Figura 50 – Recalque e cota de aterro versus tempo:Placa de Recalque PRPD-11
................................................................................................................................ 113
Figura 51 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-29
................................................................................................................................ 113
Figura 52 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-49E
................................................................................................................................ 114
Figura 53 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-06
................................................................................................................................ 115
Figura 54 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-25
................................................................................................................................ 115
Figura 55 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-32
................................................................................................................................ 116
Figura 56 – Confronto entre os valores de CR obtidos por retroanálise e dados da
literatura .................................................................................................................. 118
Figura 57 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-21
................................................................................................................................ 119
Figura 58 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-49
................................................................................................................................ 120
Figura 59 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-50
................................................................................................................................ 121
Figura 60 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-28E
................................................................................................................................ 122
Figura 61 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-29E
................................................................................................................................ 123
Figura 62 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-18E
................................................................................................................................ 124
Figura 63 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-19E
................................................................................................................................ 124
Figura 64 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-20E
................................................................................................................................ 125
Figura 65 – Método gráfico de Asaoka para a placa de recalque PRPD-50 ........... 126
Figura 66 – Geometria adotada nas análises numéricas: Seção S1 – PRPD-21 .... 138
Figura 67 – Malha de Elementos Finitos Seção S1 – PRPD-21.............................. 139
Figura 68 – Simulação da sequência de carregamento: Seção S1 – PRPD-21 ...... 140
Figura 69 – Resultado das análises numéricas: Seção S1 – PRPD-21 .................. 141
Figura 70 – Dissipação dos excessos de poropressão, antes do lançamento da 2ª
camada de aterro: Seção S1 – PRPD-21 ................................................................ 143
Figura 71 – Distribuição dos excessos de poropressão e das tensões efetivas ao
longo do processo executivo: Seção S1 ................................................................. 144
Figura 72 – Geometria Adotada nas Análises Numéricas Seção S2 ...................... 145
Figura 73– Malha de Elementos Finitos Seção S2 – PRPE-19E ............................ 145
Figura 74 – Resultado das Análises Numéricas: Seção S2 .................................... 146
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Principais ensaios de campo e seus respectivos graus de aplicabilidade
(Lunne et al., 1997b – Adaptado de Schnaid, 2000) ................................................. 39
Tabela 2 – Classificação dos solos, de acordo com o índice de resistência à
penetração (NBR 7.250/1982) ................................................................................... 42
Tabela 3 – Classificação da qualidade das amostras - Lunne et al. (1997a) ............ 51
Tabela 4 – Classificação da qualidade das amostras - Coutinho et al., 2001
(adaptado de Teixeira, 2011) .................................................................................... 51
Tabela 5 – Classificação da qualidade das amostras - Oliveira (2002) ..................... 52
Tabela 6 - Valores de permeabilidade reportados na literatura e definidos no projeto
.................................................................................................................................. 60
Tabela 7. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 1 ....................................... 99
Tabela 8. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 2 ....................................... 99
Tabela 9. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 3 ..................................... 101
Tabela 10. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 4 ................................... 102
Tabela 11. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 4A ................................ 103
Tabela 12. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 5 ................................... 104
Tabela 13. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6 ................................... 105
Tabela 14. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6A ................................ 106
Tabela 15. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6B ................................ 106
Tabela 16. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6C ................................ 107
Tabela 17. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 7 ................................... 108
Tabela 18 – Seções analisadas no presente estudo com as respectivas placas de
recalque .................................................................................................................. 109
Tabela 19 – Valores dos recalques finais de campo: registros da instrumentação
versus Método de Asaoka (1978) ............................................................................ 111
Tabela 20 - Obtenção de CR a partir de retroanálises em trechos com a presença de
geodrenos ............................................................................................................... 117
Tabela 21 – Coeficiente de Adensamento (cv) ........................................................ 126
Tabela 22 – Resultado dos Ensaios de Adensamento de Projeto: Lote 1 ............... 133
Tabela 23 – Valores de OCR: Ensaios de Adensamento de Projeto do Lote 1....... 134
Tabela 24 - Qualidade das Amostras de Projeto - Lote 1 ........................................ 134
Tabela 25 – Parâmetros de Projeto: Lote 1 ............................................................ 136
Tabela 26 - Parâmetros Geotécnicos Representativos da Argila Mole da Região .. 137
Tabela 27 – Sequência de carregamento: Seção S1 .............................................. 139
Tabela 28 – Recalques totais: Seção S1 ................................................................ 142
Tabela 29 – Sequência de carregamento: Seção S2 .............................................. 145
Tabela 30 – Recalques totais: Seção S2 ................................................................ 147
Tabela 31 - Parâmetros de Compressibilidade da Argila Mole Definidos no Projeto
................................................................................................................................ 148
Tabela 32 – Recalques previstos com os parâmetros de projeto ............................ 148
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CPMT Cone-Pressiômetro
CPT Cone Penetration Test / Ensaio de Cone
CPTU Cone Penetration Test, com medição da pressão neutra / Ensaio
de Piezocone
CRS Constant Rate of Strain / Ensaio de Velocidade Constante de
Deformação
DER-RJ Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Rio de
Janeiro
DMT DilatoMeter Test / Ensaio Dilatométrico
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes
E.U.A. Estados Unidos da América
FEN Faculdade de Engenharia
FUNDERJ Fundação Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do
Rio de Janeiro
IN Inclinômetro
INPD Inclinômetro da Pista Direita
INPE Inclinômetro da Pista Esquerda
IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias
LMS – UERJ Laboratório de Mecânica dos Solos - Universidade do Estado do
Rio de Janeiro
MEF Método dos Elementos Finitos
NA Normalmente Adensado
NBR Norma Brasileira
PA Pré-Adensado
PAC Programa de Aceleração do Crescimento
PBP Ensaio Pressiométrico em Pré-furo
PGECIV–UERJ Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil – Universidade
do Estado do Rio de Janeiro
PR Placa de Recalque
PRPD Placa de Recalque da Pista Direita
PRPE Placa de Recalque da Pista Esquerda
PVC Policloreto de Vinil
RJ Rio de Janeiro
SBP Pressiômetro Auto-Perfurante
SCPT Ensaio de Cone Sísmico
SCPTU Ensaio de Piezocone Sísmico
SPT Standard Penetration Test
UERJ Universidade do Estado do Rio de Janeiro
UFPE Universidade Federal de Pernambuco
LISTA DE SÍMBOLOS
av Coeficiente de compressibilidade
c’ Intercepto da envoltória de resistência do gráfico τ versus σ
Cc Índice de compressão (índice de compressibilidade)
Cr Índice de recompressão
Cs Índice de expansão
Cα Coeficiente de compressão secundária
CR Razão / Relação de Compressão
ch Coeficiente de adensamento horizontal
cv Coeficiente de adensamento vertical / Coeficiente de consolidação
de Diâmetro de influência do dreno
Dr Densidade relativa
dw Diâmetro do dreno
e Índice de vazios
eo Índice de vazios inicial ou de campo
eσ’vo Índice de vazios correspondente ao nível de tensão efetiva vertical inicial
E Módulo de deformabilidade dos solos
fs Atrito lateral
G Módulo de cisalhamento
Gs Densidade específica das argilas
Hd Espessura da camada de argila, de acordo com o nº de faces drenantes/
distância máxima de drenagem
Ho Espessura inicial da camada de solo compressível
k Coeficiente de permeabilidade
ko Coeficiente de empuxo lateral no repouso
mv Coeficiente de variação volumétrica
N60 Fator que corresponde ao número de golpes de padrão americano, com
energia liberada na ordem de 60% da energia teórica
NSPT Fator que corresponde ao número de golpes, no ensaio SPT
n Razão entre o diâmetro de influência do dreno (de) e o diâmetro do dreno
(dw)
OCR Over consolidation ratio / Razão de sobre-adensamento
P Carga aplicada
qc Resistência de ponta
Rf Razão de Atrito
RPA Razão de pré-adensamento
Su Resistência ao cisalhamento não-drenada indeformada
t Tempo
tf Tempo final
tp Tempo relativo ao final do adensamento primário
ti Tempo inicial
ti-1 Tempo anterior
t1 Tempo relativo a leitura de lnu1
t2 Tempo relativo a leitura de lnu2
u Poropressão
ub Poropressão na base
wo Umidade inicial
z Distância vertical / profundidade
α1 Inclinação da reta, em ln (u) versus tempo
β1 Inclinação da reta de Asaoka
∆e Diferença entre o índice de vazios inicial da amostra (eo) e o índice de
vazios correspondente ao nível de tensão efetiva vertical de campo(eσ’vo)
∆h Variação de altura
∆P Variação de cargas
∆t Intervalo de tempo
∆u Excesso / Variação de poropressão
ε Deformação
εv Deformação vertical
εvo Deformação axial no nível de tensão inicial de campo
φ’ Ângulo de atrito efetivo
γ Peso específico
γsat Peso específico saturado
ρ Recalque
ρasaoka Recalque final, pelo método de Asaoka
ρi Valores de recalque, nos tempos ti
ρi-1 Valores de recalque, nos tempos ti-1
ρreal Recalque final real de campo
σ Tensão
σh Tensão total horizontal
σv Tensão total vertical
σ’v Tensão efetiva vertical
σ’vf Tensão efetiva vertical final
σ’vm Tensão efetiva de pré-adensamento
σ’vo Tensão efetiva vertical inicial ou de campo
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ............................................................................................. 22
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................ 26
1.1 Compressibilidade, Adensamento e Recalque dos Solo s ...................... 26
1.1.1 Compressibilidade – Aspectos Gerais .......................................................... 26
1.1.2 História de Tensões no Solo ......................................................................... 27
1.1.3 Adensamento e Recalque ............................................................................ 29
1.1.3.1 Teoria do Adensamento Unidimensional de Terzaghi (1943) ....................... 30
1.1.3.2 Categorias de Recalque (Inicial, Primário e Secundário) ............................. 31
1.1.4 Ensaios de Laboratório para a Determinação dos Parâmetros de
Compressibilidade dos Solos ....................................................................... 33
1.1.4.1 Ensaio de Adensamento Unidimensional (Convencional ou Ensaio de
Compressão Edométrica) ............................................................................. 34
1.1.4.2 Ensaio de Adensamento com Velocidade de Deformação Constante
(CRS) ......................................................................................................... 36
1.1.5 Ensaios de Campo ....................................................................................... 38
1.1.5.1 Ensaios de Cone (CPT) ................................................................................ 39
1.1.5.2 Ensaios de Piezocone (CPTU) ..................................................................... 40
1.1.5.3 Ensaio SPT (Standard Penetration Test) ...................................................... 41
1.2 Métodos Gráficos ................................. ...................................................... 43
1.2.1 Método de Asaoka (1978) ............................................................................ 43
1.2.2 Método de Orleach (1983) ............................................................................ 46
1.2.3 Método de Casagrande ................................................................................ 48
1.2.4 Método de Pacheco e Silva .......................................................................... 49
1.3 Influência da Qualidade das Amostras ............. ........................................ 49
1.3.1 Lunne et al. (1997a) ...................................................................................... 50
1.3.2 Coutinho et al (2001) .................................................................................... 51
1.3.3 Oliveira (2002) .............................................................................................. 52
1.3.4 Correia e Lacerda (1982) .............................................................................. 52
1.4 Estudo dos Parâmetros Geotécnicos de Solos Compres síveis na
Baixada Fluminense ................................ ................................................... 53
1.5 Considerações Finais ............................. .................................................... 61
2 ARCO METROPOLITANO DO RIO DE JANEIRO – CARACTERIZA ÇÃO
DOS ASPECTOS DE INTERESSE DA ÁREA EM ESTUDO ...................... 62
2.1 Caracterização e Delimitação da Área de Estudo ... ................................. 62
2.1.1 Considerações Gerais .................................................................................. 62
2.1.2 Localização do Segmento em Estudo .......................................................... 65
2.2 Concepções do Projeto Geotécnico para os Trechos I nstrumentados
com a Presença de Solos Compressíveis ............. ................................... 66
2.3 Instrumentação de Campo - Definições ............. ...................................... 69
2.4 Aterros Instrumentados ........................... .................................................. 77
2.5 Considerações Finais ............................. .................................................... 96
3 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS DA INSTRUMENTAÇÃO DE CAMP O . 97
3.1 Análise Global dos Aterros Instrumentados ........ .................................... 97
3.2 Definição das Seções Representativas do Estudo ... ............................. 109
3.3 Previsão dos Recalques Finais para as Seções Repre sentativas do
Estudo: Método de Asaoka (1978) ................... ....................................... 110
3.4 Análise das Seções Representativas Inseridas em Tr echos com a
Presença de Geodrenos ............................. .............................................. 111
3.4.1 Discussão dos Resultados da Instrumentação de Campo: Seções com
Geodrenos .................................................................................................. 112
3.4.2 Retroanálise dos Recalques Finais de Campo para a Obtenção de CR .... 116
3.5 Análise das Seções Representativas Inseridas em Tr echos sem a
Presença de Geodrenos ............................. .............................................. 118
3.5.1 Discussão dos Resultados da Instrumentação de Campo: Seções sem
Geodrenos .................................................................................................. 119
3.5.2 Determinação de cv pelo Método de Asaoka .............................................. 125
3.6 Considerações Finais ............................. .................................................. 127
4 ANÁLISE NUMÉRICA DOS ATERROS INSTRUMENTADOS .................. 128
4.1 Programa PLAXIS .................................. ................................................... 128
4.2 Modelos Constitutivos ............................ ................................................. 130
4.3 Parâmetros Representativos ....................... ............................................ 132
4.3.1 Avaliação da Qualidade das Amostras utilizadas nos Ensaios de Projeto . 132
4.3.2 Seleção dos Parâmetros Geotécnicos para a Região do Empreendimento
.................................................................................................................... 135
4.4 Confronto entre as Previsões Analíticas e Numérica s .......................... 137
4.4.1 Seção S1 .................................................................................................... 138
4.4.2 Seção S2 .................................................................................................... 144
4.4.3 Discussão entre os Parâmetros Adotados no Projeto Executivo e os
Parâmetros Reavaliados ............................................................................ 147
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES ................................................................ 149
5.1 Conclusões ....................................... ........................................................ 149
5.2 Recomendações para Trabalhos Futuros ............. ................................. 150
REFERÊNCIAS .......................................................................................... 151
22
INTRODUÇÃO
O desenvolvimento desta pesquisa foi subsidiado pela Portaria Conjunta
DER-RJ/UERJ Nº01 de 01 de Maio de 2010, que estabelece um convênio entre a
Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) e o Departamento de Estradas e
Rodagens (DER-RJ).
O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro consiste em uma rodovia de
aproximadamente 145 km de extensão (Figura 1), que interligará oito municípios do
Estado do Rio de Janeiro, sendo uma das principais obras do Programa de
Aceleração do Crescimento (PAC) e a principal obra do Estado nas últimas décadas.
Figura 1 – Traçado do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
Este empreendimento se encontra em fase de execução e permitirá a
desobstrução do tráfego das principiais vias e rodovias do Estado, aumentando a
acessibilidade ao Porto de Itaguaí, além de possibilitar o desenvolvimento de regiões
que ainda possuem economia pouco expressiva.
A obra foi dividida em 4 lotes e está sendo executada por um Consórcio que
envolve oito Construtoras: Odebrecht, Andrade Gutierrez, Carioca, Queiroz Galvão,
23
OAS, Camargo Corrêa, Delta e Oriente. As atividades envolvidas compõem, em
linhas gerais, drenagem, terraplanagem, obras de arte especiais e correntes.
O traçado da rodovia em estudo corta diversos trechos com relevante
presença de camadas de solos compressíveis (argila orgânica mole). A construção
em terrenos constituídos de solos compressíveis e com baixa resistência apresenta
uma série de dificuldades no que tange à previsão da magnitude dos recalques. A
construção em regiões com a presença de solos muito moles requer uma boa
infraestrutura e a utilização de técnicas adequadas. Sendo assim, torna-se
imprescindível o constante monitoramento dos aterros, com o auxílio de
instrumentos (placas de recalque, inclinômetros, entre outros), de forma a
acompanhar a evolução gradual dos deslocamentos verticais e horizontais dos
maciços durante o período construtivo.
Ressalta-se que, na previsão dos recalques por adensamento de solos
compressíveis são utilizadas formulações analíticas, com hipóteses simplificadoras,
que são dependentes da qualidade dos parâmetros geotécnicos adotados. Desta
forma, a qualidade das amostras é fator fundamental na obtenção de parâmetros
geotécnicos representativos das condições in situ.
Objetivos
O presente trabalho contempla a análise do comportamento dos aterros
instrumentados que compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro,
visando a avaliação da magnitude dos recalques obtidos durante o processo de
lançamento das camadas dos aterros, bem como a verificação dos parâmetros e
premissas de projeto.
Metodologia e Estrutura da Dissertação
A metodologia utilizada na concepção desta dissertação foi baseada em
dados de projeto, coleta de informações de campo e pesquisas realizadas na região
do empreendimento. Inicialmente, foram realizadas diversas visitas técnicas aos
24
aterros instrumentados, canteiros, laboratórios e aos demais setores do
empreendimento, permitindo uma maior integração com o cotidiano das atividades
desenvolvidas na obra. Em seguida, foi delimitada a área de estudo, tendo como
foco os aterros localizados em região com grande incidência de solos compressíveis.
A partir do acompanhamento das leituras da instrumentação geotécnica,
contidas nos Relatórios Mensais (Junho de 2010 a Novembro de 2011) fornecidos
pelo Consórcio executor das obras, foi possível realizar o estudo dos recalques reais
de campo.
A reprodução da sequência construtiva dos aterros foi realizada com o auxílio
de um programa computacional de elementos finitos (PLAXIS). Os resultados
numéricos obtidos foram confrontados com as leituras da instrumentação de campo
e com as previsões teóricas.
Os parâmetros geotécnicos dos solos compressíveis foram definidos a partir
da avaliação dos ensaios edométricos de projeto, executados em amostras extraídas
em campo. Tais parâmetros foram reavaliados, levando em consideração a análise
da qualidade das amostras e as faixas de valores pesquisadas por diversos autores
para a região em estudo.
A presente Dissertação foi organizada em 5 capítulos.
O capítulo 1 aborda a revisão bibliográfica com a finalidade de inserir os
conhecimentos teóricos, subsidiando o estudo em questão. Foram comentados
aspectos relativos à compressibilidade, adensamento e recalques. Também foi
abordada a questão da qualidade das amostras, e dos parâmetros geotécnicos
pesquisados para a região na qual se inserem os aterros instrumentados.
O capítulo 2 disserta a respeito dos aterros instrumentados da obra do Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro, contextualizando o empreendimento, delimitando o
foco dos estudos e aspectos referentes à instrumentação geotécnica.
O capítulo 3 aborda a análise do comportamento dos aterros instrumentados
da obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro, introduzindo o estudo dos
recalques. Adicionalmente, foi feita a obtenção do coeficiente de adensamento (cv) e
a estimativa da magnitude dos recalques finais através do Método de Asaoka (1978).
Estes recalques estimados foram confrontados com os recalques reais finais
registrados em campo. Ainda neste capítulo, discute-se a obtenção de valores para
o parâmetro Razão de Compressão (CR), a partir de retroanálises realizadas com o
registro das placas de recalque situadas nos trechos instrumentados mais
25
representativos da região em estudo e que apresentaram recalques de magnitude
expressiva.
O capítulo 4 contempla o uso do software PLAXIS na reprodução do processo
construtivo e no confronto com a realidade de campo e com as previsões teóricas.
Este capítulo também trata da análise e definição dos parâmetros geotécnicos das
argilas moles, através de comparações com os valores anteriormente estudados e
obtidos por demais autores para a área em estudo. Também foi realizada a
verificação da qualidade das amostras de projeto.
O capítulo 5 apresenta as conclusões do estudo e as recomendações para
pesquisas futuras.
22020
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
No presente capítulo, serão abordados os principais aspectos envolvidos nos
fenômenos de compressibilidade; adensamento e recalque dos solos; ensaios de
campo e laboratoriais; estudo de parâmetros geotécnicos da literatura para a região
da obra do Arco Metropolitano, além de abordar alguns critérios de avaliação da
qualidade das amostras.
1.1 Compressibilidade, Adensamento e Recalque dos S olos
1.1.1 Compressibilidade – Aspectos Gerais
Para que ocorra uma variação de volume ao se aplicar um carregamento a
uma massa de solos, deve ocorrer ao menos um dos seguintes efeitos:
a) Compressão dos grãos sólidos do solo;
b) Compressão da água e do ar dos poros da massa de solo;
c) Expulsão da água e do ar dos poros do solo.
Considerando-se os grãos e a água como incompressíveis em relação à
compressibilidade do arcabouço sólido, o que é aceitável para as solicitações
impostas ao solo em termos de Engenharia e, ainda, que este seja saturado, a
variação de volume deve-se exclusivamente à expulsão da água dos vazios do solo.
O princípio das tensões efetivas enuncia que:
1) As tensões em qualquer ponto de uma massa de solo podem ser computadas
a partir das tensões principais σ1, σ2 e σ3 que agem neste ponto. Se os vazios do
solo estiverem preenchidos por água sob uma pressão u, as tensões totais
consistem em duas parcelas. Uma parcela u que age na água e nos grãos sólidos
em todas as direções com igual intensidade. Esta parcela é denominada
27
poropressão. A outra parcela é suportada apenas pelo esqueleto sólido do solo e é
chamada de tensão efetiva.
Assim, Terzaghi escreveu a equação fundamental que expressa o valor da
tensão efetiva (σ'):
σ' = σ - u (1)
Onde: σ = tensão total;
u = poropressão;
σ' = tensão efetiva.
A segunda parte do princípio das tensões efetivas descreve a sua
importância.
2) Todos os efeitos mensuráveis devidos a uma variação do estado de tensões,
tais como compressão, distorção e variação na resistência ao cisalhamento são
exclusivamente devidos às variações no estado de tensões efetivas.
Deste modo, de acordo com o princípio das tensões efetivas, sempre que
houver uma variação de volume em uma massa de solo, esta é consequência da
variação do estado de tensões efetivas. Entretanto, vale a pena ressaltar que a
recíproca não é verdadeira, isto é, pode ocorrer uma variação no estado de tensões
efetivas sem variação de volume. É o que ocorre nos carregamentos não drenados.
Desta forma, pode-se definir compressibilidade, de maneira genérica, como sendo a
relação entre a deformação volumétrica específica (εv) e a variação do estado de
tensões efetivas. Assim, a compressibilidade é função da rigidez do esqueleto sólido
e do caminho de tensões que liga os estados de tensões inicial e final.
1.1.2 História de Tensões no Solo
Os solos podem ter sofrido diversas alterações em seu estado de tensões ao
longo de sua história. Analisando-se a curva e versus log σ’v é possível observar as
mudanças de comportamento dos solos (Figura 2).
28
O trecho inicial da curva mostra o processo de recompressão do solo, ou seja,
o solo nesta fase sofre menor compressibilidade. Em seguida, observa-se um trecho
que apresenta valores de tensão efetiva maiores do que os máximos valores aos
quais este solo já foi, anteriormente, submetido. O limite entre estes dois trechos
corresponde à tensão efetiva de pré-adensamento (σ’vm), que é a máxima tensão
efetiva ao qual o solo já foi submetido em toda sua história.
Figura 2 – Gráfico e versus log σ’v
A tensão efetiva de pré-adensamento (σ’vm) é um fator importante e seu valor
tem bastante influência na estimativa de recalques em depósitos moderadamente
pré-adensados. A partir da análise da Figura 2, relacionando a tensão efetiva de pré-
adensamento (σ’vm) com a tensão efetiva vertical de campo (σ’vo), pode-se obter as
seguintes conclusões:
• σ`vm = σ`vo
Significa que o solo nunca foi submetido a uma tensão efetiva vertical maior
que a tensão efetiva vertical de campo atual. Sendo assim, este solo é denominado
normalmente adensado e possui uma razão de pré-adensamento (RPA) igual a 1,0
(um). A razão RPA é usualmente chamada de OCR (over consolidation ratio).
A razão de pré-adensamento (RPA) é definida pela fórmula a seguir:
29
RPA = vo
vm
`
`
σσ
(2)
• σ`vm > σ`vo
Significa que o solo, no passado, já foi submetido a uma tensão efetiva
vertical maior que a tensão efetiva vertical atual. Sendo assim, este solo é
denominado pré-adensado e possui uma razão de pré-adensamento (RPA) maior do
que 1,0 (um).
Para que um maciço de solo seja considerado pré-adensado, ele pode ter
sofrido uma remoção da sobrecarga superficial, um processo de erosão (natural ou
pela ação do homem), variações no estado de poropressões, bombeamento,
ressecamento superficial, fenômenos diversos como fluência, compressão
secundária, precipitações de agente cimentantes, entre outros.
1.1.3 Adensamento e Recalque
No instante da aplicação de um acréscimo de tensão a uma massa de solo
saturado, em vista da baixa compressibilidade da água relativamente à
compressibilidade do esqueleto sólido, todo esse acréscimo é suportado pela água
presente nos vazios, gerando um excesso de poropressão, desde que não haja
drenagem. No instante posterior, desde que haja drenagem, a água dos poros
começa a ser expulsa devido ao gradiente hidráulico que se estabelece e o excesso
de poropressão diminui progressivamente. Ocorre, então, uma transferência
progressiva da tensão aplicada para a estrutura do solo.
O adensamento é o processo lento e gradual de variação de volume
associado à expulsão de água dos poros do solo, após a imposição de determinado
acréscimo de tensão. Este processo está, portanto, relacionado com a facilidade
com a qual a água é capaz de drenar através do solo, sendo particularmente
importante em solos finos.
30
1.1.3.1 Teoria do Adensamento Unidimensional de Terzaghi (1943)
A Teoria do Adensamento foi desenvolvida por Terzaghi (1943) a fim de
estudar o processo de adensamento dos solos, e a transferência gradual de
esforços da água (poropressão) para o arcabouço sólido. Esta teoria clássica se
baseia nas seguintes hipóteses:
• O solo é saturado;
• O solo é homogêneo;
• A compressão é unidimensional (vertical);
• O fluxo d’água é unidirecional (vertical);
• É válida a Lei de Darcy;
• A compressibilidade dos grãos e da água é desprezível em relação à
compressibilidade do arcabouço sólido;
• As propriedades do solo não variam no processo de adensamento;
• As deformações são infinitesimais;
• A variação do índice de vazios com o aumento da tensão efetiva é linear.
A transferência de esforços da água para a parte sólida se dá através da
dissipação dos excessos de poropressão, pela expulsão da água dos vazios do solo.
Sendo assim, ressalta-se a utilização das equações de fluxo, de continuidade e da
lei de Darcy, para a dedução da Equação de Adensamento de Terzaghi.
A Equação de Adensamento de Terzaghi, para carregamento variando no
tempo, é dada por:
tt
u
z
uc v
v ∂∂−
∂∆∂=
∂∆∂⋅ σ
2
2
(3)
Sendo:
cv = coeficiente de adensamento vertical;
∆u = excesso de poropressão;
t = tempo;
z = distância vertical entre um ponto e a superfície de aplicação do carregamento;
σv = tensão vertical.
31
A Equação de Adensamento de Terzaghi, para carregamento instantâneo, é
dada por:
t
u
z
ucv ∂
∆∂=∂
∆∂⋅2
2
(4)
O coeficiente de adensamento vertical reflete as características do solo, como
as propriedades de permeabilidade e compressibilidade. A velocidade do processo
de transferência de tensões entre a água (poropressão) e o arcabouço sólido
(tensão efetiva) é diretamente afetada pelo valor de cv.
1.1.3.2 Categorias de Recalque (Inicial, Primário e Secundário)
O recalque dos solos devido à aplicação de carregamentos pode ser dividido
em três etapas:
1) Recalque imediato (recalque elástico ou recalque inicial)
O recalque inicial possui suas formulações fundamentadas na teoria da
elasticidade, para a determinação das deformações. Ele ocorre imediatamente após
a aplicação do carregamento, através da deformação elástica dos solos, sem
alteração no teor de umidade, ou seja, não há saída de água (recalque não-
drenado).
2) Recalque por adensamento primário
O recalque por adensamento primário é resultado de uma mudança de
volume nos solos coesivos saturados provocada pela saída da água que ocupa os
vazios do solo.
Ao receber o carregamento, os esforços são imediatamente absorvidos pela
parcela de água contida no solo. Em seguida, ocorre o processo de drenagem e os
32
esforços inicialmente absorvidos pela água são transferidos de forma gradual para a
estrutura sólida, ocasionando alteração no valor inicial de tensões efetivas.
O recalque em solos normalmente adensados (RPA = 1,0) pode ser expresso
por:
vo
vfcC
e
H
'
'log
)1( 0
0
σσ
ρ ⋅⋅+
= (5)
Sendo:
Ho = espessura inicial da camada de solo compressível;
eo = índice de vazios inicial;
Cc = índice de compressão;
σ’vf = tensão efetiva vertical final;
σ’vo = tensão efetiva vertical inicial.
O recalque em solos pré-adensados é calculado a partir das seguintes
expressões:
• Se σ’vf < σ’vm:
vo
vfrC
e
H
'
'log
)1( 0
0
σσ
ρ ⋅⋅+
= (6)
Onde: σ’vm = tensão efetiva de pré-adensamento;
Cr = índice de recompressão.
• Se σ’vf > σ’vm:
⋅+⋅⋅
+=
vm
vfc
vo
vmr CC
e
H
'
'log
'
'log
)1( 0
0
σσ
σσρ
(7)
3) Recalque por compressão secundária
O recalque secundário é uma compressão adicional nos solos coesivos
saturados que acontece após a estabilização (constância) das tensões efetivas e se
33
deve ao fato da relação entre o índice de vazios e tensão efetiva ser uma função do
tempo. Este tipo de recalque possui maior incidência em argilas bastante plásticas,
sendo pouco expressivo na maioria dos solos.
O recalque por compressão secundária é expresso por:
p
fs t
tC
e
Hlog
)1( 0
0 ⋅⋅+
= αρ (8)
Onde:
eo = índice de vazios inicial;
Ho = espessura inicial da camada de solo compressível;
Cα = coeficiente de compressão secundária;
tf = tempo final (tempo associado à vida útil da obra);
tp = tempo relativo ao final do adensamento primário.
1.1.4 Ensaios de Laboratório para a Determinação dos Parâmetros de
Compressibilidade dos Solos
A utilização das teorias de Mecânica dos Solos e das simulações numéricas
na resolução dos problemas e elaboração dos projetos de engenharia geotécnica
requer, constantemente, o conhecimento prévio de parâmetros e de condições do
subsolo.
A fim de determinar estes parâmetros geotécnicos, são realizados ensaios de
campo e de laboratório. O presente item se delimita na abordagem de determinados
ensaios laboratoriais amplamente utilizados em amostras extraídas do campo.
É importante ressaltar que o processo de retirada de amostras no campo é
bastante difícil, exigindo cuidado e responsabilidade por parte da equipe de
profissionais envolvidos diretamente na coleta e no transporte do material a ser
ensaiado. Tal cuidado se deve ao fato de evitar a ocorrência do processo de
amolgamento das amostras. Vale lembrar que é comum a ocorrência de um
34
pequeno alívio de tensões decorrente do descarregamento, durante o processo de
amostragem.
Nos itens subsequentes, serão apresentados os principais ensaios utilizados
com a finalidade de determinar os parâmetros geotécnicos de compressibilidade e
adensamento dos solos.
1.1.4.1 Ensaio de Adensamento Unidimensional (Convencional ou Ensaio
de Compressão Edométrica)
O ensaio de adensamento unidimensional foi sugerido, inicialmente, por
Terzaghi e consiste na compressão de uma amostra de solo dentro de um molde
(edômetro ou consolidômetro) que impede as deformações laterais. Em linhas
gerais, a carga vertical (tensão vertical) aplicada é transmitida através de uma placa
de distribuição rígida na superfície da amostra de solo e mede-se a evolução das
deformações verticais ao longo do tempo, através de leituras no extensômetro.
Durante o ensaio, o corpo de prova é mantido sob a água. Pedras porosas permitem
a drenagem. A Figura 3 apresenta uma prensa de ensaio de adensamento, e a
Figura 4 ilustra o esquema do mesmo.
Inicialmente, aplica-se uma carga no corpo de prova por um período de 24
horas (ou até que se tenha atingido uma estabilização dos deslocamentos verticais).
Em seguida, dobra-se o valor da carga aplicada e a medição da compressão é feita
novamente. Repete-se este procedimento até níveis de tensões pré-estabelecidos.
Para cada incremento de carga, traça-se uma curva compressão (leituras do
extensômetro) versus tempo. Em cada estágio de carga, é calculada a variação do
índice de vazios devido à compressão do corpo de prova.
Ao término do ensaio, elabora-se o gráfico de índice de vazios versus tensão
efetiva, que define a curva de compressibilidade do solo. Este ensaio é bastante
eficaz na obtenção de parâmetros geotécnicos de compressibilidade do solo.
Por correlações, podem ser obtidos, entre outros, os seguintes parâmetros:
• Coeficiente de variação volumétrica (mv);
• Coeficiente de compressibilidade (av);
• Índices de compressibilidade (Cr, Cc, Cs).
35
Figura 3 – Equipamento para a realização do Ensaio de Adensamento (Laboratório de
Mecânica dos Solos da UERJ, 2010)
Figura 4 – Desenho esquemático: Ensaio de Adensamen to (Sousa Pinto, 2002)
Correlações entre parâmetros de compressibilidade são úteis na prática da
engenharia, pois através delas é possível realizar estimativas de recalques, avaliar
soluções de projeto, aferir e retroanalisar os resultados obtidos através das
campanhas de ensaios, entre outros. O índice de compressibilidade Cc, obtido
36
através de ensaios edométricos, pode ser correlacionado com os limites de
Atterberg, por exemplo, fornecidos por ensaios de caracterização (Ortigão, 1995).
Ressalta-se que o ensaio em tela reproduz, em laboratório, a condição de
fluxo e deformação unidimensional, pois a amostra é impedida de se deformar
horizontalmente e a drenagem é imposta no topo e na base. Ele reproduz o
comportamento do solo quando este recebe novas camadas, durante a construção
de grandes aterros, por exemplo.
Teixeira (2011) relata em seu trabalho que o ensaio convencional possui
diversas limitações que são inerentes a sua execução, podendo citar a obtenção
descontínua da relação tensão versus deformação (curva e versus log σ’v) e o longo
tempo de execução do ensaio. É importante ressaltar que a obtenção de pontos
mais espaçados na curva e versus log σ’v dificulta uma adequada definição da
tensão de pré-adensamento. O autor aborda ainda que variações do ensaio
convencional são bastante utilizadas e que diversos laboratórios adotam valores
menores de razões de incrementos de cargas (∆P/P=0,5) principalmente para
tensões próximas à tensão de pré-adensamento do solo. Dentre as variações, citam-
se a realização de ensaios com recarregamento no final do adensamento primário,
reduzindo o tempo total de ensaio e a variação do ensaio convencional utilizando o
carregamento em estágio único, realizada para uma tensão efetiva vertical maior que
a tensão de pré-adensamento, possuindo valor apenas para a determinação da
tensão de pré-adensamento.
1.1.4.2 Ensaio de Adensamento com Velocidade de Deformação Constante
(CRS)
O Ensaio de Velocidade Constante de Deformação (CRS: “Constant Rate of
Strain”) é um tipo de ensaio de adensamento contínuo bastante utilizado, no qual
ocorre a aplicação gradual de carga vertical no corpo de prova, com velocidade
constante de deformação. A drenagem é permitida somente em uma face (topo) da
amostra, sendo a base submetida à condição não-drenada, com medição da
poropressão. Hamilton e Crawford (1959) foram os pioneiros na apresentação de
ensaios CRS na literatura. A Figura 5 ilustra o ensaio CRS.
37
Figura 5 – Esquema do Ensaio CRS (Moura, 2004)
Este ensaio é realizado em uma prensa para aplicação de carregamento
uniaxial. São medidos os valores da tensão total vertical aplicada no topo (σv), da
poropressão na base (ub) e da variação da altura (∆h) do corpo de prova. Crawford
(1965) verificou que ocorre uma redução de poropressões na base (ub) com o
decréscimo da velocidade de deslocamento aplicada.
As principais vantagens do ensaio CRS em relação ao ensaio de
adensamento convencional estão relacionadas à rapidez e agilidade no tempo de
realização do ensaio, e a ampliação do número de pontos que definem a curva e
versus log σ’v para a melhor obtenção da tensão de pré-adensamento (σ’vm). Porém,
este ensaio apresenta dificuldades quanto à determinação da velocidade de
deformação mais adequada.
Moura et al. (2006) comprovaram a eficácia do ensaio CRS na obtenção de
curvas εv versus σ`v de boa qualidade. Os autores discutem a diversidade de
critérios da literatura para a seleção da velocidade mais adequada a ser utilizada
nos ensaios CRS, de forma a obter curvas e valores de cv satisfatórios. Dentre os
critérios da literatura comentados por Moura et al. (2006), destacam-se:
38
• Wissa et al. (1971) apresentaram um critério que objetiva a determinação de
uma poropressão na base (ub) que permita a obtenção de curvas εv versus σ`v
e o cálculo de cv. Este critério, no entanto, acarreta em velocidades de
deslocamento bastante reduzidas para argilas muito plásticas. A velocidade a
ser adotada deve resultar na razão ub/σ`v dentro da faixa de 2% e 5%;
• Armours e Drnevich (1986) apresentaram uma equação para a determinação
da velocidade. O valor máximo admissível da razão ub/σ`v deve ser de 40% a
50%;
• Smith e Walhs (1969) definiram que o valor máximo da razão ub/σ`v deve ser
de 50%.
Teixeira (2011) ressalta como desvantagem deste tipo de ensaio a dificuldade
da determinação da tensão de pré-adensamento, pois observa-se que quanto maior
é a velocidade de realização do ensaio, maior parece ser a tensão de pré-
adensamento.
1.1.5 Ensaios de Campo
As informações obtidas nos ensaios de campo, em geral, são a base dos
projetos de Geotecnia. Estes ensaios permitem a obtenção de parâmetros, a
caracterização e o reconhecimento da estratigrafia dos solos, seja diretamente, ou a
partir de correlações empíricas.
Os ensaios de campo apresentam vantagens em relação aos ensaios
laboratoriais. Dentre elas, citam-se a diminuição da ocorrência de perturbações
causadas pela variação do estado de tensões durante as operações de coleta,
transporte e manuseio das amostras; a possibilidade de se ensaiar grandes volumes
de solo, in situ; além de permitirem a obtenção de medições contínuas dos
parâmetros geotécnicos com a profundidade.
Schnaid (2000) apresenta um resumo dos principais ensaios de campo e suas
aplicações (Tabela 1), a fim de orientar o engenheiro no que tange à escolha do tipo
39
de ensaio. Interpretam-se as classificações de aplicabilidade A, B, C e I,
respectivamente, como: alta, moderada, baixa e inexistente.
Tabela 1 – Principais ensaios de campo e seus respe ctivos graus de aplicabilidade
(Lunne et al., 1997b – Adaptado de Schnaid, 2000)
Tipo de Solo Perfil u ϕ' Dr mv Cv k OCR Su G0 σh σ-ε
Dinâmico C B I C C I I I C C C I I
Mecânico B A/B I C B C I I C C C C I
Elétrico (CPT) B A I C A/B C I I B B B B/C I
Piezocone (CPTU) A A A B A/B B A/B B B B B B/C C
Sísmico (SCPT/SCPTU) A A A B A/B B A/B B B A/B A B B
Dilatômetro (DMT) B A C B C B I I B B B B C
Standard Penetration Test (SPT) A B I C B I I I C C C I I
Resistividade B B I B A C I I I C I I I
Pré-furo (PBP) B B I C C B C I C B B C C
Auto-perfurante (SBP) B B A B B B A B B B A A/B A/B
Cone-pressiômetro (CPMT) B B I C C C C I C B A C C
Palheta B C I I I I I I B/C A I I B
Ensaio de Placa C I I C B B C C B B A C B
Placa Helicoidal C C I C B B C C B B A C I
Permeabilidade C I A I I I B A I I I I I
Ruptura Hidráulica I I B I I I C C I I I B I
Sísmico C C I I I I I I B I A I I
Out
ros
Parâmetros
Pen
etrô
met
roP
ress
iôm
etro
Grupo EquipamentoIdentificação
A seguir, serão abordados os ensaios de campo mais utilizados na obtenção
de parâmetros geotécnicos.
1.1.5.1 Ensaios de Cone (CPT)
O ensaio de cone (CPT) consiste, basicamente, na penetração/cravação
estática e vertical de uma haste de ponteira cônica em um terreno, onde se realizam
as medições da resistência de ponta (qc) e do atrito lateral (fs) que ocorrem na
interface entre o equipamento e o solo. A partir da correlação destas medidas
fornecidas pelo ensaio, obtém-se o parâmetro denominado Razão de Atrito (Rf),
dado por:
40
c
sf q
fR =
(9)
Os boletins de ensaios CPT fornecem gráficos de qc, fs e Rf em função da
profundidade.
Este ensaio se subdivide em 2 (dois) tipos, basicamente: o ensaio de cone
com penetrômetro mecânico e o ensaio de cone elétrico. Este último tipo de ensaio
permite a medição contínua da variação da resistência de ponta com a
profundidade, além de possuir extensômetros elétricos de resistência para medir as
deformações do equipamento na etapa de cravação.
É importante ressaltar que os estudos iniciais sobre ensaios de cone foram
realizados em 1930, por Terzaghi (Árabe,1995). No Brasil, o ensaio de cone
começou a ser utilizado, porém de forma ainda restrita, no final da década de 1950
Schnaid (2000).
1.1.5.2 Ensaios de Piezocone (CPTU)
Este ensaio consiste, basicamente, em uma evolução do ensaio de cone
(CPT), incorporando a medição da poropressão e os elementos piezométricos a um
conepenetrômetro padrão (Robertson e Campanella, 1983).
O registro da poropressão é feito através de um filtro (elemento poroso), do
transdutor de pressão, das conexões e da cavidade do transdutor. A cravação do
equipamento para a realização de um ensaio CPTU pode utilizar o mesmo sistema
para a realização do ensaio de cone elétrico (CPT).
No ensaio CPTU, são medidos o atrito lateral (fs), a resistência de ponta (qc) e
a poropressão (u).
Diversos parâmetros geotécnicos podem ser estimados ou obtidos por meio
de correlações com resultados de ensaios, sejam laboratoriais ou de campo. Por
exemplo, em solos argilosos, é possível obter parâmetros como a razão de pré-
adensamento (RPA), a resistência ao cisalhamento não-drenada (Su), o coeficiente
de empuxo lateral no repouso (ko), o coeficiente de adensamento vertical (cv),
coeficiente de adensamento horizontal (ch), o coeficiente de permeabilidade (k),
entre outros.
41
As principais vantagens do CPTU são (Robertson e Campanella, 1983): a
identificação mais apurada da estratigrafia do solo, a melhor obtenção dos
parâmetros geotécnicos e a estimativa do valor de cv através do tempo de
dissipação das poropressões.
1.1.5.3 Ensaio SPT (Standard Penetration Test)
O SPT (Standard Penetration Test) é um ensaio que utiliza métodos diretos,
sendo uma importante ferramenta de investigação da estratigrafia dos subsolos. Por
ser economicamente viável, este ensaio é bastante utilizado no Brasil na previsão de
recalques, projetos de fundações, entre outros.
Este ensaio permite ainda a obtenção de parâmetros geotécnicos através de
correlações. Em solos granulares, por exemplo, pode-se obter a estimativa de
densidade relativa (Dr) e o ângulo de atrito efetivo do solo (ϕ’). Em solos coesivos,
por exemplo, em argilas pré-adensadas pode-se correlacionar a resistência não-
drenada (Su) e o valor de SPT (NSPT). Ressalta-se que as relações entre Su e NSPT
não devem ser utilizadas para solos moles (NSPT <5) devido à falta de
representatividade dos valores de NSPT medidos nos ensaios (Schnaid, 2000). A
Tabela 1 mostra também a aplicabilidade do ensaio SPT e alguns dos parâmetros
que podem ser obtidos. Vale ressaltar, também, a possibilidade de correlacionar o
valor de NSPT com o módulo de deformabilidade dos solos.
O ensaio SPT consiste em uma medida de resistência dinâmica conjugada a
uma sondagem de simples reconhecimento. O sistema é composto por um trépano
de lavagem (ferramenta de escavação), onde a perfuração é obtida por tradagem e
circulação de água. As amostras do solo são extraídas, a cada metro de
profundidade, através de um amostrador padrão. A cravação deste amostrador é
realizada por meio da queda de um peso de 65 kg, a uma altura de 75 cm. O valor
NSPT é o número de golpes necessário para fazer o amostrador penetrar 30 cm, após
a cravação inicial de 15 cm (Schnaid, 2000). Ressalta-se a importância da correta
execução do ensaio, utilizando-se, ainda, equipamentos em bom estado de
conservação, a fim de se obter bons resultados, sem interferências externas que
42
atrapalhem a investigação do solo. A normalização brasileira do ensaio SPT é
encontrada na NBR 6.484/1980.
A Tabela 2 apresenta a classificação da consistência/compacidade dos solos
em função do índice de resistência à penetração (NSPT), segundo a NBR 7.250/1982.
Tabela 2 – Classificação dos solos, de acordo com o índice de resistência à
penetração (NBR 7.250/1982)
Solo Índice de resistencia à penetração Designação
Argila e Silte Argiloso
< 2 muito mole
3 - 5 mole
6 - 10 média
11 - 19 rija
> 19 dura
Areia e Silte Arenoso
< 4 fofa
5 - 8 pouco compacta
9 - 18 medianamente compacta
19 - 40 compacta
> 40 muito compacta
Segundo Schnaid (2000), os ensaios SPT apresentam algumas limitações
relacionadas às influências que este sofre em função do tipo de martelo, ou da
energia transferida ao amostrador durante a cravação, que pode ser um pouco
distinta da energia de queda livre teórica. Diante destas limitações, recomenda-se a
necessidade de correção dos valores medidos de NSPT, a fim de se obter estimativas
de parâmetros geotécnicos do solo. A fórmula de correção é dada por:
60,060
APLICADAENERGIANN SPT ×=
(10)
43
O fator N60 é o número de golpes de padrão americano, com energia liberada
na ordem de 60% da energia teórica. A prática internacional sugere normalizar o
número de golpes, baseando-se neste padrão americano.
Velloso e Lopes (1996) recomendam efetuar a majoração do valor de NSPT
obtido através de sondagem brasileira em 10% a 20%, antes de utilizar correlações
formuladas nos E.U.A.
1.2 Métodos Gráficos
1.2.1 Método de Asaoka (1978)
O método de Asaoka (1978) é um método que se utiliza de um processo
gráfico, elaborado com o objetivo de estimar os recalques totais e o coeficiente de
consolidação in situ (cv), a partir de informações de campo, obtidas pelos registros
das placas de recalque instaladas nos aterros instrumentados. Este método pode ser
estendido para casos de construção de aterros em etapas ou para incorporação da
parcela de compressão secundária.
Os registros de recalque de campo são inseridos em um gráfico de recalque
versus tempo, em escala aritmética (Figura 6.a). A escala de tempo é dividida em
intervalos constantes, sendo aconselháveis intervalos entre 15 e 100 dias (Ortigão,
1995).
Em seguida constrói-se um segundo gráfico (Figura 6.b) representando os
recalques ρi (nos tempos ti) versus os recalques ρi-1 (nos tempos ti-1). Traça-se uma
reta interpolando os pontos deste segundo gráfico. Desenha-se uma reta com 45°
tendo origem no ponto (0,0), que intercepta a reta interpolada. Desta forma, obtém-
se cv a partir da relação (Ortigão,1995):
t.12ln.H.5
c 12d
v ∆β=
(11)
44
Sendo: Hd = distância de drenagem;
∆t = intervalo de tempo;
β1 = inclinação da reta de Asaoka.
(a) Gráfico de recalque versus tempo
(b) Obtenção do recalque final
Figura 6 - Método de Asaoka (Ortigão, 1995).
É importante ressaltar, ainda, a modificação do método de Asaoka (1978)
proposta por Magnan e Deroy (1980), elaborada com a finalidade de se obter, além
dos valores de recalque final e coeficiente de adensamento vertical, o valor do
coeficiente de adensamento horizontal.
Para adensamento com drenagem radial, se utiliza a seguinte formulação:
tln
).n(F.8d
c 12e
h ∆β−=
(12)
Sendo:
Hd = distância de drenagem;
45
∆t = intervalo de tempo;
β1 = inclinação da reta de Asaoka;
F(n) = ln (n) – 0,75;
n = razão entre o diâmetro de influência do dreno (de) e o diâmetro do dreno (dw).
de = diâmetro de influência do dreno, onde:
de = 1,13 x s (para a área quadrangular);
de = 1,05 x s (para a área triangular);
s = espaçamento entre drenos.
Para obtenção de drenagem combinada (Nacci e Schnaid, 2001), utiliza-se a
expressão:
⋅⋅−
∆⋅−⋅⋅=
21
2
4
ln
8
)(
d
veh H
c
t
nFdc
πβ (13)
Onde:
Hd = distância de drenagem;
cv = coeficiente de adensamento vertical;
F(n) = função da razão do espaçamento entre drenos n=de/dw (F(n) = ln(n)-0,75);
∆t = intervalo de tempo;
β1 = inclinação da reta de Asaoka;
dw = diâmetro equivalente do dreno vertical pré-fabricado, onde:
dw = π
)(2
ba +⋅ ;
de = diâmetro de influência do dreno, onde:
de = 1,13.s (para a área quadrangular);
de = 1,05.s (para a área triangular);
s = espaçamento entre drenos.
Almeida (1996) sugere que são necessários registros de placas de recalque
com magnitudes de, pelo menos, 60% do valor de recalque final, a fim de se utilizar
o Método de Asaoka com segurança. Magnan e Mieussem, (1980) também afirmam
que este método fornece previsões satisfatórias, desde que o grau de adensamento
46
alcançado seja superior a 60%. Ressalta-se que o método de Asaoka é
recomendado para uma condição mínima de 60% de dissipação do excesso de
poropressão gerado pelo carregamento (Asaoka, 1978).
Nacci e Schnaid (2001) relatam que o método de Asaoka (1978) utilizado para
a estimativa do valor de recalque final estimado a partir do registro das leituras de
placa e a modificação deste método por Magnan e Deroy (1980) para a retroanálise
de parâmetros de adensamento são em geral satisfatórios para a análise de aterros
sobre solos moles. A simplicidade de aplicação dos métodos é considerada
vantajosa. As condições de aplicação do método devem ser criteriosamente
observadas a fim de garantir sua aplicabilidade e confiabilidade. Os autores
ressaltam ainda que, em processo de adensamento de camadas nas quais se
utilizavam drenos verticais, o adensamento secundário exerce pouca influência na
estimativa do recalque final por Asaoka, sendo o valor obtido correspondente ao
adensamento primário.
1.2.2 Método de Orleach (1983)
O método de Orleach (1983) consiste em um processo gráfico que
fundamenta-se tanto na teoria de Terzaghi, para adensamento vertical, quanto na
teoria de Barron (1948), para adensamento radial ou horizontal, com o objetivo de se
obter os coeficientes de adensamento horizontal e vertical a partir de dados de
campo (Almeida, 1996).
Para a realização deste processo gráfico, traça-se um gráfico do excesso de
poropressão (escala semi-log) no tempo (Figura 7). Ajusta-se uma reta pelos pontos
do gráfico e obtém-se o ângulo α1, que corresponde à inclinação da reta traçada.
Os valores dos coeficientes de adensamento vertical e horizontal (cv e ch) são
dados a partir das formulações:
21
2d
v
.H.4c
πα=
(14)
47
12eh .
8)n(f
.dc α
= (15)
12
2
1
1
ln
tt
u
u
−=α
(16)
Sendo:
cv = coeficiente de adensamento vertical;
Hd = distância máxima de drenagem;
α1 =inclinação da reta em ln (u) versus tempo;
t1 e t2 = tempos relativos a leituras de lnu1e lnu2;
de = diâmetro de influência do dreno;
f(n) = ln (n) – 0,75;
n = razão entre o diâmetro de influência do dreno (de) e o diâmetro do dreno (dw).
Figura 7 – Gráfico do Método de Orleach
48
1.2.3 Método de Casagrande
O método do Prof. Casagrande é bastante utilizado, tanto no Brasil, quanto
em outros países, na obtenção do valor da tensão efetiva de pré-adensamento
(σ`vm).
Sabendo-se da dificuldade de se determinar a tensão efetiva de pré-
adensamento com precisão, os métodos empíricos permitem estimar o valor mais
provável ou a ordem de grandeza desta referida tensão (Sousa Pinto, 2002).
O processo gráfico (Figura 8) se dá pela seguinte maneira: dado o gráfico de
tensão vertical x índice de vazios, traça-se uma reta horizontal no ponto de maior
curvatura e uma tangente à curva. Depois, traça-se uma bissetriz do ângulo formado
pelas duas retas. Em seguida, traça-se o prolongamento da reta virgem até
interceptar a referida bissetriz. A leitura da abscissa deste ponto de interseção
determina a tensão efetiva de pré-adensamento (σ`vm) (Caputo, 1988).
Figura 8 - Método de Casagrande (Souza Pinto, 2002)
49
1.2.4 Método de Pacheco e Silva
O método do engenheiro Pacheco e Silva é utilizado para a obtenção do valor
da tensão efetiva de pré-adensamento (σ`vm). Inicialmente, traça-se uma reta
horizontal correspondente ao índice de vazios inicial da amostra. Prolonga-se a reta
virgem até interceptar com a reta horizontal anteriormente citada. Traça-se um
segmento vertical partindo do ponto de interseção até interceptar a curva de
adensamento da amostra. A partir deste último ponto interceptado, traça-se um novo
segmento horizontal que deverá interceptar o prolongamento da reta virgem. Esta
última interseção corresponde ao valor da tensão efetiva de pré-adensamento (σ`vm).
Figura 9 – Método de Pacheco e Silva (Adaptado de Pacheco, 2010)
1.3 Influência da Qualidade das Amostras
Nos ensaios, a utilização de amostras de melhor qualidade é fundamental na
obtenção de parâmetros geotécnicos mais confiáveis e satisfatórios.
Durante o processo de coleta, introdução dos instrumentos, transporte,
manuseio e preparação do ensaio, a amostra pode sofrer algumas mudanças em
50
seu estado de tensões, ou seja, alterações significativas na condição inicial à qual
esta amostra estava submetida. Este fenômeno é conhecido como amolgamento.
Cavalcante et al. (2007) em seu trabalho sobre os Campos Experimentais
Brasileiros, relataram que a cravação de estacas causam amolgamento do solo e,
provavelmente, um aumento das poropressões, ao analisar os trabalhos referentes
ao Campo Experimental da UFPE, em Recife.
A qualidade das amostras se torna fundamental na caracterização dos solos,
principalmente, quando se trata de solos argilosos, pois refletirá diretamente na
qualidade dos resultados e dos parâmetros obtidos através de ensaios edométricos,
afetando também a previsão dos recalques. Ocorrerá a redução do valor estimado
da tensão efetiva de pré-adensamento (σ`vm). O trecho de maior curvatura da curva
e x log σ`v torna-se menos acentuado, dificultando a estimativa de σ`vm.
A baixa qualidade da amostragem pode ser refletida na redução do índice de
vazios para um valor de tensão de adensamento; na dificuldade da definição do
ponto de menor curvatura para a determinação da tensão vertical de pré-
adensamento; na diminuição do valor da tensão de pré-adensamento pelo método
de Casagrande; no aumento da compressibilidade na região de recompressão e
decréscimo na região de compressão virgem (Coutinho et al., 1998). Qualquer que
seja a tensão vertical efetiva, o índice de vazios é menor para a amostra de
qualidade inferior.
Diversos autores apresentaram propostas para a classificação da qualidade
das amostras. Nos itens subsequentes, serão discutidas algumas classificações
propostas na literatura.
1.3.1 Lunne et al. (1997a)
Lunne et al. (1997a) apresentaram um critério de classificação das amostras
em relação ao seu nível de amolgamento. As amostras são classificadas de acordo
com a razão de pré-adensamento do solo (RPA ou OCR – Over Consolidation Ratio)
e com o valor da razão ∆e/eo, onde ∆e corresponde a diferença entre o índice de
vazios inicial da amostra (eo) e o índice de vazios correspondente ao nível de tensão
51
efetiva vertical de campo (eσ’vo). Este critério define faixas classificatórias, conforme
apresentado na Tabela 3.
Tabela 3 – Classificação da qualidade das amostras - Lunne et al. (1997a)
OCR ∆e / eo
Excelente - Muito Boa Boa - Regular Ruim Muito Ruim
1 - 2 < 0,04 0,04 - 0,07 0,07 - 0,14 > 0,14
2 - 4 < 0,03 0,03 - 0,05 0,05 - 0,10 > 0,10
Pode-se observar que as amostras de má qualidade, ou seja, que apresentam
maior amolgamento, apresentam valores de ∆e/eo maiores. Segundo Lima (2007),
esta classificação de qualidade das amostras também foi apresentada por Lunne et
al. (1997a) em relação à deformação axial no nível de tensão inicial de campo (εvo),
sendo necessário multiplicar o valor de (∆e/eo) pela expressão eo/(1+eo).
1.3.2 Coutinho et al (2001)
Os trabalhos de Coutinho et. al (1998 e 2001) apresentam uma proposta mais
branda que a de Lunne et al.(1997a), fornecendo uma faixa de transição (entre a
classificação regular e pobre), quando se trata de solos brasileiros. Tal critério está
apresentado na Tabela 4.
Tabela 4 – Classificação da qualidade das amostras - Coutinho et al., 2001 (adaptado
de Teixeira, 2011)
OCR ∆e / eo
Excelente - Muito Boa Boa Regular Transição Pobre Muito
Pobre
1 - 2 < 0,04 0,04 - 0,055 0,055 - 0,07 0,07 - 0,105 0,105 - 0,14 > 0,14
2 - 4 < 0,03 0,03 - 0,04 0,04 - 0,05 0,05 - 0,075 0,075 - 0,10 > 0,10
52
1.3.3 Oliveira (2002)
Oliveira (2002) em seu trabalho denominado “A Influência da Qualidade da
Amostra no Comportamento Tensão-Deformação-Resistência de Argilas Moles”
expôs um critério de classificação das amostras, conforme a Tabela 5.
Tabela 5 – Classificação da qualidade das amostras - Oliveira (2002)
Classificação ∆e / eo Muito Boa - Excelente < 0,05
Boa - Regular (aceitável) 0,05 - 0,08 Ruim 0,08 - 0,14
Muito Ruim > 0,14
1.3.4 Correia e Lacerda (1982)
Segundo Almeida et al. (2005), os autores Correia e Lacerda (1982) fizeram
uso do conceito de compressibilidade volumétrica (mv), para definir a qualidade de
amostragem. A curva de mv versus σ’v de uma amostra de boa qualidade apresenta
uma mudança acentuada no valor de mv na região da tensão de pré-adensamento
(Figura 10). Nas amostras muito amolgadas, esta mudança é quase imperceptível e
a curva é praticamente contínua. Os autores sugerem ainda que é possível admitir
que a tensão de pré-adensamento se situe no intervalo de mudança brusca.
53
Figura 10 – Efeito do amolgamento na curva m v versus σ’v (Correia e Lacerda, 1982 –
Adaptado de Almeida et al., 2005)
1.4 Estudo dos Parâmetros Geotécnicos de Solos Comp ressíveis na Baixada
Fluminense
O traçado da rodovia do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro se insere,
quase em sua totalidade, na região da Baixada Fluminense. Esta região foi
amplamente estudada por diversos autores, e continua sendo objeto de estudo de
várias pesquisas, principalmente aquelas relacionadas ao conhecimento dos
parâmetros geotécnicos das argilas moles.
Marques et al. (2008) analisaram a caracterização geotécnica de um depósito
de solo compressível em Itaguaí (RJ) com a finalidade de definir parâmetros e
modelos, para a proposição de soluções de estabilização de aterros. Foram
discutidos os resultados de ensaios de campo (SPT, ensaio de palheta e piezocone)
54
e laboratório (caracterização, ensaios triaxiais e edométricos), tendo como foco 2
estações de investigações, denominadas “Alstom” e “Stockyard”, nas quais foram
realizadas, respectivamente, 7 e 6 verticais de investigações.
Nestas áreas, foram detectadas espessuras de argila mole variando de 7 m a
14 m, podendo haver ainda a ocorrência de lentes de areia de espessuras variáveis
em alguns setores estudados (de 0,3 m a 4,3 m).
Os resultados apresentados para as 2 áreas forneceram os seguintes
parâmetros: densidade específica das argilas (Gs) variando entre 2,39 e 2,73, índice
de vazios (eo) entre 2,5 e 4,2 e valores de razão de compressão CR = Cc /(1+eo)
variando de 0,24 até 0,50. Ressalta-se ainda que houve ocorrência de argilas silto-
arenosas com índice de vazios (eo) inferior a 1,5, mas que também foram menos
compressíveis, com valores de razão de compressão (CR) inferiores a 0,2. Os
valores dos coeficientes de adensamento vertical (cv) obtidos através dos ensaios
edométricos e de piezocone se apresentaram em uma faixa variando de 8 x 10-9 m²/s
a 1,1 x 10-6 m²/s.
Marques et al. (2008) forneceram, também, valores de índice de vazios (eo) e
de índice de compressibilidade (Cc) em função da profundidade para 2 (duas)
verticais de investigações denominadas BH13 e B308 (Figura 11 e Figura 12), além
de valores de coeficiente de adensamento vertical (cv), obtidos por ensaios de
adensamento e piezocone, como mostra a Figura 13. Tais valores serão
confrontados com outros dados obtidos por demais autores para a região em estudo.
Futai et al. (2008) resumem valores de propriedades geotécnicas das argilas
do Rio de Janeiro, pesquisadas por diversos autores para a região de Sarapuí
(Lacerda et al., 1977; Ortigão, 1980; Almeida & Marques, 2002). Os autores
destacam faixas de valores de índice de vazios inicial (eo) de 3,71 ± 0,57, e ângulo
de atrito efetivo (φ’) entre 25o e 30o.
Almeida et al. (2005) estudaram as características geotécnicas dos depósitos
de argila mole de Sarapuí, com base em ensaios de campo e de laboratório
realizados para esta região por diversos autores (Ortigão, 1975 e 1980; Coutinho,
1976; Duarte, 1977; Collet 1978; Vieira 1988; Barbosa, 1990 e Lima, 1993). Os
estudos mostraram que o índice de vazios inicial das amostras (eo) diminui com a
profundidade de 4,9 a 2,5 e que o peso específico (γ) varia de 12,5 a 14,5 kN/m³.
55
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0 1 2 3 4 5
Pro
fund
idad
e (m
)
eo
Vertical BH13
Vertical B308
Figura 11 – Índice de vazios inicial (e o) em função da profundidade (Adaptado de
Marques et al., 2008)
Figura 12 – Índice de compressibilidade (C c) em função da profundidade (Adaptado de
Marques et al., 2008)
Almeida et al. (2005) apresentam, ainda, valores de índice de
compressibilidade (Cc) variáveis de 1,3 a 3,2, e um valor médio da razão de
compressão (CR) de 0,41 (considerado alto).
56
Figura 13 – Coeficiente de adensamento vertical (c v) em função da profundidade
(Adaptado de Marques et al., 2008)
A Figura 14 a Figura 17 apresentam as faixas de valores de índice de vazios
inicial (eo), índice de compressão (Cc) e coeficiente de adensamento vertical (cv)
obtidas pelos diversos autores na literatura, juntamente com os valores obtidos nos
ensaios executados durante a fase de projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro (Antunes et al., 2011b).
Os valores de índice de vazios inicial (eo) concentraram-se na faixa de 2,5 a
5,0 (Figura 14), mostrando uma tendência de decréscimo com a profundidade. No
projeto, os valores de eo concentraram-se na faixa de 2,23 a 4,91, com apenas
algumas amostras com valores superiores.
Segundo Almeida et al. (2005), da análise de 63 ensaios edométricos
executados por Ortigão (1980), observou-se que o valor médio de ∆e/eo foi de 0,033
e apenas 16% das amostras apresentaram valores maiores que 0,04, para as argilas
de Sarapuí (Baixada Fluminense). Tal observação mostra a confiabilidade dos
resultados apresentados por Ortigão (1980).
57
Com relação ao índice de compressibilidade (Cc), observa-se uma grande
dispersão de valores para a região em estudo (Figura 15), com uma maior
concentração de valores entre 1,5 e 2,5.
Figura 14 – Variação de e 0 em função da profundidade
58
Figura 15 – Variação de C c em função da profundidade
A Figura 16 mostra a variação do coeficiente de adensamento vertical (cv)
com a profundidade, obtido na literatura. Pode-se observar que cv varia entre 1 x 10-8
m2/s e 2 x 10-7 m2/s, com uma maior concentração da ordem de 3 x 10-8 m2/s.
Na Figura 17 são fornecidas as faixas de valores de cv estudadas por diversos
autores, para a Região da Baixada Fluminense, confirmando a variação de cv entre 1
x 10-8 m2/s e 2 x 10-7 m2/s.
59
Figura 16 – Variação de c v em função da profundidade
Figura 17 – Faixas de valores de coeficiente de ade nsamento vertical (c v)
A Tabela 6 apresenta os valores de coeficiente de permeabilidade (k)
pesquisados na literatura para a região em estudo. Os resultados apresentados
mostram a grande variabilidade obtida pelos diferentes autores para o coeficiente de
permeabilidade (k) da argila mole. A faixa de variação situa-se entre 4,32 x 10-6
60
m/dia a 5,36 x 10-3 m/dia, com um valor médio de 2,70 x 10-3 m/dia. Os ensaios de
projeto reportam a uma faixa de k de, aproximadamente, 1,7 x 10-4 m/dia a 1,7 x 10-3
m/dia (Antunes et al., 2011a).
Tabela 6 - Valores de permeabilidade reportados na literatura e definidos no projeto
Referência k
(m/dia)
Sayão (1980) 8,64 x 10-5 a 3,02 x 10-3
Gerscovich (1983) 8,64 x 10-5 a 5,36 x 10-3
DNER / IPR (1998) 3,83 x 10-5 a 1,15 x 10-3
Projeto Executivo - Arco Metropolitano – Lote 1 1,70 x 10-4 a 1,70 x 10-3
Coutinho (1976) e Duarte (1977) 1,728 x 10-4 a 4,32 x 10-4
Feijó (1991) 4,32 x 10-6 a 1,73 x 10-3
Os valores obtidos na literatura para a razão de compressão (CR) para a
região da Baixada Fluminense estão apresentados na Figura 18. Os valores
determinados na fase de projeto do Arco Metropolitano situaram-se entre 0,2 a 0,3.
De um modo geral, os valores definidos por outros autores mostraram-se superiores,
com um valor médio da ordem de 0,4.
Figura 18 – Faixas de valores de CR (Adaptado de Li ma, 2007)
61
1.5 Considerações Finais
O presente capítulo introduziu elementos teóricos e práticos referentes ao
tema objeto do trabalho em tela. Tais abordagens são fundamentais para a
compreensão do estudo do comportamento de aterros instrumentados, bem como
para a adequada avaliação da magnitude dos recalques ao longo do tempo.
Diversas pesquisas e estudos realizados por pesquisadores em campos
experimentais no Brasil, além de investigações e experiências ocorridas no
quotidiano da engenharia geotécnica têm contribuído, constantemente, no
conhecimento de diferentes perfis geológico-geotécnicos das mais diversas regiões.
A boa qualidade de uma amostragem se torna fundamental na obtenção de
parâmetros que representem com maior fidelidade as condições reais de campo,
minimizando as incertezas, antes e durante a fase de execução de obras e
intervenções geotécnicas. Sendo assim, se faz necessário evitar o fenômeno de
amolgamento das amostras, como mencionado no item 1.2.
22020
2 ARCO METROPOLITANO DO RIO DE JANEIRO – CARACTERI ZAÇÃO DOS
ASPECTOS DE INTERESSE DA ÁREA EM ESTUDO
O presente capítulo tem como objetivo apresentar um panorama global dos
aterros que compõem as obras do Arco Metropolitano do Estado do Rio de Janeiro.
Serão relatados, de forma objetiva, aspectos gerais referentes ao empreendimento,
aos aterros instrumentados, à delimitação da área de estudo e às soluções de
projeto geotécnico.
Dada a magnitude da obra e a presença de espessas camadas de solo de
fundação bastante compressíveis e com baixa resistência, os aterros foram
instrumentados com medidores de recalques tipo placa e inclinômetros, instalados
em diferentes estações de monitoramento, com o objetivo de acompanhar e avaliar a
evolução dos recalques e os deslocamentos horizontais dos aterros durante o
processo construtivo.
2.1 Caracterização e Delimitação da Área de Estudo
2.1.1 Considerações Gerais
O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro constitui uma das principais obras do
Programa de Aceleração do Crescimento (PAC).
Trata-se da construção de uma rodovia (BR 493/RJ) de aproximadamente
145 km de extensão, que interligará 8 (oito) municípios do Estado do Rio de Janeiro,
sendo eles: Itaboraí, Guapimirim, Magé, Duque de Caxias, Nova Iguaçu, Japeri,
Seropédica e Itaguaí.
O Arco Metropolitano possibilitará o surgimento de melhorias para todo o
entorno, tais como a desobstrução no tráfego das principais vias e rodovias
adjacentes, além de permitir o crescimento de regiões que ainda são
economicamente pouco expressivas.
63
A rodovia encontra-se em fase de execução e engloba diversas atividades.
Dentre elas, contemplam-se a execução de intervenções e obras de drenagem,
terraplanagem, obras de arte especiais e correntes. Trata-se de um empreendimento
de grande porte, que abrange diversos segmentos da engenharia.
Segundo informações pesquisadas, as intervenções e obras destinadas à
realização do Arco Rodoviário foram divididas em 4 (quatro) segmentos, como
mostra a Figura 19:
• Segmento A: consiste no segmento da BR - 493 (Rodovia de Contorno da
Baía de Guanabara) e possui a extensão aproximada de 25 km;
• Segmento B: consiste no segmento da BR - 101 (Sul) – Rodovia Rio – Santos
e possui a extensão aproximada de 22 km;
• Segmento C: consiste no segmento da BR - 493 / RJ 109 e possui a extensão
total de 70,9 km. (Responsável: Governo do Estado do Rio de Janeiro);
• Segmento D: consiste no segmento da BR - 116 (Norte) – Rodovia Rio –
Teresópolis e possui a extensão aproximada de 22 km.
Figura 19 – Traçado do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro (Adaptado de material
da Secretaria de Obras – Governo do Estado do Rio d e Janeiro)
64
A obra do segmento C foi dividida em 4 (quatro) lotes e está sendo executada
por um Consórcio que envolve 8 (oito) Construtoras, sendo elas: Odebrecht,
Andrade Gutierrez, Carioca, Queiroz Galvão, OAS, Camargo Corrêa, Delta e
Oriente.
Segundo informações de Projeto, as extensões de cada lote e seus referidos
pontos (iniciais e finais) são:
• Lote 1: km 48,5 ao km 63. Extensão: 14,5 km;
• Lote 2: km 63,0 ao km 82,6. Extensão: 19,6 km;
• Lote 3: km 82,6 ao km 99,5. Extensão: 16,9 km;
• Lote 4: km 99,5 ao km 119,4. Extensão: 19,9 km.
O traçado do empreendimento corta uma série de trechos que apresentam a
presença de camadas expressivas de argila orgânica mole. Ressalta-se que a
construção em terrenos constituídos de solos compressíveis apresenta situações
bastante complexas que demandam soluções criteriosas e uma série de dificuldades
relacionadas à previsão da magnitude dos recalques. Sendo assim, os aterros que
compõem o Arco Metropolitano foram monitorados constantemente, com o auxílio de
placas de recalque e inclinômetros, de forma a acompanhar a evolução gradual dos
recalques e movimentos horizontais ao longo do tempo, bem como o lançamento
das camadas de aterro, durante o período construtivo.
O presente trabalho tem como foco o estudo dos aterros instrumentados do
Lote 1 (inserido no Segmento C) do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro. A Figura
20 mostra o traçado do empreendimento, elucidando o trecho do lote supracitado.
Tal região foi escolhida, em função da presença mais relevante de depósitos de
argila mole, além da possibilidade de realização dos estudos para este segmento ter
sido subsidiada pela Portaria Conjunta DER-RJ/UERJ Nº01 de 01 de Maio de 2010,
na qual a mestranda autora do presente trabalho realizou extensão universitária.
Vale ressaltar que o traçado do SETOR C se inicia na interseção entre a BR-
040 (Rio – Juiz de Fora) e o ramo norte da BR-116 (para Magé), no município de
Duque de Caxias, finalizando no município de Itaguaí.
65
Figura 20 – Traçado do Segmento C – Lote 1 - Arco M etropolitano do Rio de Janeiro
2.1.2 Localização do Segmento em Estudo
O traçado do segmento C, que compreende os Lotes de 1 a 4, tem início na
interseção entre a BR-040 e o ramo norte da BR-116 (sentido Magé), no município
de Duque de Caxias. A partir daí, o traçado prossegue, até interceptar a RJ-111 ao
sul da Vila de Cava. O traçado prossegue na direção oeste, paralelo ao ramal de
Japeri do Trem Metropolitano da Supervia, cruzando as rodovias RJ-119 e RJ-093,
entre o centro de Japeri e Engenheiro Pedreira. Desse ponto em diante, atravessa o
Rio Guandu, adentrando o município de Seropédica, seguindo até a interseção com
a BR-116 (Sul). Em seguida cruza a BR-465, antiga Rio – São Paulo, nas
proximidades da Floresta Nacional Mário Xavier.
Deste ponto, o traçado se desenvolve na direção sudoeste, atravessando,
pela parte oeste, o Município de Seropédica e transpondo o Rio Piranema.
Prosseguindo na mesma direção atravessando a região de Chapecó, já na divisa
com o município de Itaguaí, o traçado transpõe o Córrego Eufrásia e o Rio
Mazomba, infletindo para sul. Corre paralelo à encosta da Serra da Mazomba, em
seu trecho final, atravessando o Canal Santo Antônio e o Rio Mazomba e cruzando
a rodovia BR-101 já na altura do acesso ao Porto de Itaguaí.
66
2.2 Concepções do Projeto Geotécnico para os Trech os Instrumentados com
a Presença de Solos Compressíveis
O projeto geotécnico da região em estudo foi desenvolvido pelo Consórcio
CONCREMAT Engenharia e Tecnologia S/A – TECNOSOLO Engenharia S/A,
segundo Normas, Especificações e Instruções de Serviço em vigor no DNIT e
FUNDERJ.
Diversos estudos, que consistiam em investigações geotécnicas, análises e
interpretação de resultados, análises de recalque e estabilidade dos aterros e de
taludes de corte, subsidiaram a especificação do processo construtivo e a
concepção de soluções para os taludes de cortes e aterros, fundações, obras de
arte especiais e correntes, entre outros.
As soluções indicadas no Projeto Geotécnico para a execução dos aterros
sobre solos moles consistiram basicamente em 3 tipos: trechos com remoção de
solos moles, trecho de aterro reforçado com bermas e trecho de aterro reforçado
sobre drenos, construído em etapas e bermas. Para os trechos onde as sondagens
de projeto não identificaram a presença de solos moles, foram previstas soluções de
aterros convencionais e/ou trechos sem a necessidade de intervenção. As soluções
para aterros executados sobre solos compressíveis são brevemente descritas a
seguir.
• Trechos com remoção de solos moles
Nos trechos onde as investigações geotécnicas identificaram a ocorrência de
camadas argilosas muito moles, com espessuras menores ou iguais a 3,0 m, a
solução indicada foi a remoção da camada compressível e posterior substituição
com material arenoso ou pó de pedra, como mostra a Figura 21.
67
Figura 21 - Aterros com Remoção de Solos Moles (Pro jeto Arco Metropolitano do Rio
de Janeiro)
• Trechos de aterro reforçado sobre drenos, construíd o em etapas e
associado a bermas
Nos trechos onde as investigações de campo revelaram camadas de argila
siltosa muito mole a mole, compressível, com espessuras acima de 4,0 m, a solução
proposta foi a utilização de geodrenos para aceleração dos recalques, associados à
construção de bermas para garantir o equilíbrio e reforço com geogrelha de 400
kN/m. A Figura 22 apresenta detalhes desta solução.
68
Figura 22 - Aterros sobre Drenos, construídos em Et apas e Bermas (Projeto Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro)
• Trechos de aterro reforçado com bermas
Esta solução foi adotada nos trechos onde as investigações indicaram
camadas de argila siltosa ou arenosa, mole a média, compressível a pouco
compressível, com alturas de aterros variáveis. As bermas são construídas com o
objetivo de garantir a estabilidade dos aterros, e o reforço restringe os
deslocamentos horizontais. A solução proposta está apresentada na Figura 23.
Conforme preconizado em projeto, a geogrelha utilizada na execução do
reforço do solo deve possuir resistência à tração longitudinal de 400 kN/m.
69
Figura 23 - Aterros Reforçados com Bermas (Projeto Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro)
Na execução de obras de terraplenagem, considerou-se a execução de um
espalhamento inicial de um aterro de trabalho (aterro de conquista) de 50 cm de
espessura mínima, nos trechos de afloramento de camadas compressíveis, a fim de
garantir uma capacidade de suporte mínima para as máquinas e os equipamentos.
Cabe ressaltar que, em alguns trechos, não houve necessidade de
intervenção, uma vez que não foi detectada a presença de argila mole.
2.3 Instrumentação de Campo - Definições
A instrumentação de campo permite o monitoramento do desempenho dos
aterros sobre solos compressíveis. Quando realizada com os devidos cuidados na
instalação dos instrumentos e na coleta de dados, a instrumentação fornece leituras
bastante representativas e possibilita:
• Monitorar as poropressões geradas durante as etapas de construção, e a
velocidade de dissipação;
70
• Acompanhar e avaliar os deslocamentos horizontais e a evolução dos
recalques que ocorrerão durante e após a execução dos aterros sobre solos moles;
• Monitorar a estabilidade da obra em casos críticos;
• Verificar a acurácia de métodos de projeto e realizar determinação e/ou
aferição dos parâmetros representativos do subsolo, possibilitando ainda
estabelecer recomendações para obras futuras (Nacci e Schnaid, 2001);
• Verificar a adequação do método construtivo, com possibilidade de ajuste
dos parâmetros geotécnicos adotados na elaboração do projeto.
Vale lembrar que a eficácia de um programa de instrumentação de campo
está diretamente relacionada com o cuidado durante a instalação dos instrumentos e
com o acompanhamento constante das leituras, que permite detectar eventuais
problemas com a instrumentação.
De posse das informações obtidas através das leituras de instrumentação, é
possível verificar se as previsões de projeto e os parâmetros adotados estão
compatíveis com as observações de campo, permitindo a previsão da evolução dos
recalques, do processo de dissipação das poropressões, do ganho de resistência do
solo de fundação com o tempo, e da consequente estabilidade dos aterros.
Nacci e Schnaid (2001) ressaltam também a importância da instrumentação
nas obras, sugerindo o monitoramento do processo de adensamento, devido às
incertezas quanto à estimativa de parâmetros e dos riscos, oriundos da baixa
resistência e alta compressibilidade dos depósitos de argilas moles. A retroanálise
das leituras permite a estimativa do valor final de recalque e a determinação dos
parâmetros de adensamento in situ, que refletem o desempenho da obra geotécnica
(velocidade de deformação).
No intuito de realizar o adequado monitoramento das etapas construtivas dos
aterros que compõem a obra do Arco Metropolitano, a fim de acompanhar o
desempenho e a evolução do processo de adensamento, foi adotada a instalação de
inclinômetros, placas de recalques e bench marks, em determinados trechos onde
as sondagens e demais estudos de projeto indicaram a presença de solos
compressíveis.
A finalidade básica dos instrumentos aplicados aos aterros da obra do Arco
Metropolitano será descrita, de forma sucinta, a seguir.
71
• Bench Mark (Referência Profunda)
O Bench Mark (Referência Profunda) é um instrumento utilizado para servir
de referência de cotas no controle dos recalques (Figura 24). No empreendimento
em questão, estes instrumentos foram instalados em furos de sondagem abertos,
até o ponto indeslocável do solo, onde foram introduzidas hastes de ferro
galvanizado e revestimento de tubos de PVC rígido. O Bench Mark recebe uma
cabeça de leitura feita de bronze, similar à da placa de recalque.
Figura 24 – Bench Mark (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro)
• Inclinômetro
O inclinômetro é um instrumento utilizado para a medição dos deslocamentos
horizontais (Figura 25). Realiza-se uma perfuração no maciço e instala-se o tubo de
acesso do equipamento, contendo ranhuras ortogonais para direcionar o sensor
72
inclinométrico deslizante, segundo procedimentos preconizados em normas
técnicas. O tubo de acesso deve ser de alumínio ou material plástico com,
aproximadamente, 80 mm de diâmetro, contendo 4 ranhuras diametralmente
opostas. Após sua instalação, são realizadas leituras constantes nas duas direções
ortogonais. Ressalta-se que os tubos dos inclinômetros devem ser instalados ao
longo de toda a profundidade de solo mole existente, mantendo o equipamento
cravado com, no mínimo, 3 (três) metros abaixo da interface solo mole/solo
resistente.
Segundo informações dos Relatórios de Instrumentação fornecidos pelo
Consórcio, o inclinômetro utilizado na medição dos deslocamentos horizontais é do
tipo DIGITILT e a aquisição dos dados utiliza o DIGITILT DataMate com coletor
automático de dados.
Figura 25 – Inclinômetro (Adaptado do Projeto do Ar co Metropolitano do Rio de
Janeiro)
73
Cuidados devem ser tomados durante a instalação dos tubos e realização das
leituras. Tubos danificados, interna e externamente, devem ser descartados. O
correto posicionamento das ranhuras e a verticalidade dos tubos do inclinômetro
devem ser sempre verificados durante a instalação. A certificação do eixo em que se
está fazendo a leitura, a espera do tempo para equalização das medidas e a correta
inserção da sonda no furo devem ser observados constantemente. A Figura 26
mostra um dos inclinômetros instalados em campo, fotografado durante a realização
das leituras de rotina. A Figura 27 ilustra a fase de instalação de inclinômetros.
Figura 26 – Inclinômetro instalado no Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
74
Figura 27 – Instalação de Inclinômetros - Arco Metr opolitano do Rio de Janeiro
• Placa de Recalque
A placa de recalque permite a observação dos deslocamentos verticais do
solo de fundação, em função do alteamento dos aterros. Tal instrumento é instalado
na interface fundação-aterro, antes das etapas de lançamento dos aterros e consiste
em uma placa de aço com dimensões de 0,50 m x 0,50m (ou 1,00 m x 1,00 m), com
espessura de 3,0 mm aproximadamente, adequadamente nivelada, possuindo uma
haste central (Figura 28). São acopladas novas hastes às existentes, conforme o
crescimento das cotas de aterro. Deve-se manter constantemente uma rotina de
leituras dos valores de altura de aterro em campo, para se ter um efetivo
monitoramento do maciço e evitar o surgimento de futuros problemas geotécnicos.
Através das leituras e análises dos dados fornecidos pelas placas de
recalque, pode-se avaliar o processo de adensamento dos aterros ao longo do
tempo.
A pintura dos tubos é recomendada, pois permite que se faça um
monitoramento visual durante a execução da obra (Figura 29).
75
Figura 28 – Placa de Recalque (Adaptado do Projeto do Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro)
Figura 29 – Placa de Recalque instalada no Lote 1 - Arco Metropolitano do Rio de Janeiro
Segundo recomendações de projeto, as leituras dos recalques devem ser
realizadas de acordo com o andamento da obra, sendo definidas durante os
trabalhos pela fiscalização. Recomenda-se que, durante as fases iniciais da obra,
76
sejam feitas três leituras semanais, sendo os deslocamentos comparados com os
recalques previstos durante o projeto executivo. Com base no resultado da análise
comparativa, devem ser feitos ajustes nos projetos e, consequentemente, alterações
no tempo de execução dos aterros podem vir a ser necessárias. Sugere-se, ainda, a
implantação de dois marcos topográficos para a referência do nível das placas. Em
substituição à instalação dos marcos topográficos, pode-se instalar Bench Marks,
que devem ser colocados em locais estratégicos, no material resistente da base do
solo mole.
Destaca-se que os instrumentos devem ser convenientemente protegidos
contra eventuais danos que possam ocorrer durante as etapas de lançamento dos
aterros, uma vez que esses instrumentos são instalados em etapa anterior ao fim
dos trabalhos de terraplenagem. Durante a vida útil dos instrumentos, a proteção
contra a ação de animais e de possíveis atos de vandalismos também deve ser
realizada (Figura 30).
Figura 30 – Animais próximos à área das Placas de Recalque
77
2.4 Aterros Instrumentados
O Lote 1 compreende 11 (onze) aterros instrumentados, que receberam as
seguintes denominações:
• Aterro 1;
• Aterro 2;
• Aterro 3;
• Aterro 4;
• Aterro 4A;
• Aterro 5;
• Aterro 6;
• Aterro 6A;
• Aterro 6B;
• Aterro 6C;
• Aterro 7.
O traçado da rodovia apresenta trechos nos quais as pistas são contíguas e
trechos onde as pistas se apresentam separadas por canteiro central ou muretas
divisórias. Cada pista apresenta 2 faixas de tráfego. No projeto foram considerados 3
eixos, sendo eles: central, o da pista esquerda e o da pista direita. Considerando
que os instrumentos foram instalados em trechos de construção de pistas distintas,
as placas e inclinômetros receberam as seguintes nomenclaturas:
• PRPD: Placa de Recalque da Pista Direita;
• PRPE: Placa de Recalque da Pista Esquerda;
• INPD: Inclinômetro da Pista Direita;
• INPE: Inclinômetro da Pista Esquerda;
Considerando os levantamentos de Campo e, de posse das informações
contidas nos Relatórios de Acompanhamento da Instrumentação Geotécnica – Lote
1 (de Junho de 2010 a Novembro de 2011), foram instalados 287 instrumentos, no
total, sendo 272 placas de recalque e 15 inclinômetros, distribuídos da forma
78
apresentada na Figura 31 a Figura 48. Ressalta-se que a distância entre estacas
definida em projeto foi de 20 metros.
Figura 31. Localização das Placas no Aterro 1
79
Figura 32. Localização das Placas no Aterro 2
80
Figura 33. Localização das Placas no Aterro 3 - Pista Esquerda
81
Figura 34. Localização das Placas no Aterro 3 - Pista Direita
82
Figura 35. Localização das Placas no Aterro 4 - Pista Esquerda
83
Figura 36. Localização das Placas no Aterro 4 - Pista Direita
84
Figura 37. Localização das Placas no Aterro 4A - Pista Esquerda
85
Figura 38. Localização das Placas no Aterro 4A - Pista Direita
86
Figura 39. Localização das Placas no Aterro 5 - Pista Esquerda
87
Figura 40. Localização das Placas no Aterro 5 - Pista Direita
88
Figura 41. Localização das Placas nos Aterros 6 e 6A - Pista Esquerda
89
Figura 42. Localização das Placas nos Aterros 6 e 6A - Pista Direita
90
Figura 43. Localização das Placas no Aterro 6B - Pista Esquerda
91
Figura 44. Localização das Placas no Aterro 6B - Pista Direita
92
Figura 45. Localização das Placas no Aterro 6C - Pista Esquerda
93
Figura 46. Localização das Placas no Aterro 6C - Pista Direita
94
Figura 47. Localização das Placas no Aterro 7 - Pista Esquerda
95
Figura 48. Localização das Placas no Aterro 7 - Pista Direita
96
A Figura 49 apresenta uma foto da execução das atividades de terraplenagem
e construção dos aterros.
Figura 49 – Execução das atividades de terraplenagem e lançamento dos aterros – Arco
Metropolitano do Rio de Janeiro
2.5 Considerações Finais
Este capítulo teve por finalidade caracterizar e delimitar a área em estudo do
presente trabalho, buscando apresentar ainda, em linhas gerais, os aspectos
necessários à compreensão da instrumentação de campo instalada no
empreendimento.
A partir das leituras frequentes das placas de recalque, é possível realizar a
análise do comportamento dos aterros durante o processo construtivo. Os capítulos
subsequentes apresentam as análises da instrumentação de campo, e a simulação
numérica do processo construtivo dos aterros, buscando-se estabelecer parâmetros
representativos do solo compressível.
22020
3 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS DA INSTRUMENTAÇÃO DE CAM PO
O presente capítulo visa apresentar a análise global das leituras fornecidas
pela instrumentação de campo (entre os meses de junho de 2010 e novembro de
2011) dos aterros do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro.
Tendo em vista a magnitude da obra, a extensão dos aterros instrumentados
e a grande quantidade de instrumentos instalados em campo, foram escolhidas as
seções mais representativas do comportamento dos aterros para serem avaliadas
analítica e numericamente. As seções escolhidas foram aquelas que apresentaram
os deslocamentos verticais mais expressivos.
Neste capítulo, os valores dos recalques reais de campo destas seções foram
confrontados com os obtidos segundo o método de Asaoka (1978). Foram obtidos
ainda valores para os parâmetros razão de compressão (CR) e coeficiente de
adensamento (cv), a partir de retroanálises dos recalques reais e estimativas pelo
método de Asaoka, respectivamente.
3.1 Análise Global dos Aterros Instrumentados
O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro possui 11 (onze) aterros
instrumentados, conforme visto no item 2.4. Dada a extensão dos aterros, diferentes
soluções geotécnicas foram propostas para estabilização dos recalques, como
apresentado no item 2.2. A Tabela 7 a Tabela 17, apresentadas na sequência do
texto, reúnem as soluções propostas para os diferentes trechos.
É importante relembrar que o acompanhamento da evolução dos aterros foi
possível a partir do fornecimento dos Relatórios de Acompanhamento da
Instrumentação Geotécnica – Lote 1 pelo Consórcio Executor da obra. Nestes
relatórios, foram fornecidos os registros de recalques e de cota de aterro ao longo do
tempo, obtidos através das placas de recalque.
Ressalta-se que, de acordo com informações de campo, alguns
equipamentos de instrumentação geotécnica foram danificados durante a construção
dos aterros, ocasionando alguns erros nas leituras, podendo comprometer a
98
qualidade da instrumentação. Estes danos podem ocorrer devido ao alto tráfego de
máquinas, descuido na proteção dos instrumentos, entre outros. Durante as
atividades acadêmicas de análise das leituras de instrumentação, alimentação do
banco de dados e acompanhamento da rotina de campo, foi possível minimizar
estas influências e melhorar a qualidade das informações a serem utilizadas no
presente trabalho.
Vale lembrar que houveram interrupções/paralisações nas atividades de
lançamento de camadas de aterro em função de períodos prolongados de chuvas,
entre outros fatores.
A seguir será apresentada, de uma forma abrangente, a avaliação do
comportamento dos aterros instrumentados do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro,
após as análises dos resultados fornecidos pelas placas de recalque.
• Análise do Comportamento dos Aterros 1 e 2
Nos Aterros 1 e 2, foram registrados deslocamentos verticais pouco
expressivos (máximo de 8,0 cm), com registros de altura de aterro entre 0
(inexistência de lançamento de aterro) e 4,0 m.
Estes resultados indicam a possível inexistência de solo mole compressível
nesta região, ou a presença de camadas de pequena espessura. Na fase de projeto,
a solução proposta para a região do Aterro 1 foi de aterro reforçado com bermas. No
Aterro 2, as soluções propostas foram: aterro reforçado com bermas e aterro
reforçado sobre drenos, construídos em etapas e bermas (Tabela 7 e Tabela 8).
As sondagens executadas na fase de projeto indicaram espessuras de solo
compressível variáveis em torno de 1 m e 2 m para a região do Aterro 1. Algumas
sondagens também apontaram a inexistência de argila mole. Para a região do Aterro
2, boletins de sondagem mostram a presença de camadas compressíveis em torno
de 4 m de espessura.
99
Tabela 7. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 1
Pista Direita (PRPD)
Estaca Data de instalação Solução
Pista Esquerda
(PRPE) Estaca Data de
instalação Solução
72E 87
Agosto/2011
Trecho de aterro reforçado
com bermas
52E 87
Agosto/2011
Trecho de aterro reforçado
com bermas
73E 88+05 53E 88+05
74E 89+10 54E 89+10
75E 90+15 55E 90+15
76E 92 56E 92
77E 93+05 57E 93+05
78E 94+10 58E 94+10
79E 95+15 59E 95+15
80E 97 60E 97
81E 98+05 61E 98+05
82E 99+10 62E 99+10
83E 100+15 63E 100+15
84E 102 64E 102
85E 103+05 65E 103+05
Tabela 8. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 2
Pista Direita (PRPD)
Estaca Data de instalação Solução
Pista Esquerda
(PRPE) Estaca Data de
instalação Solução
86E 134
Agosto/2011
Trecho de aterro
reforçado com
bermas
66E 134
Agosto/2011
Trecho de aterro
reforçado com
bermas 87E 135+05 67E 135+05
88E 136+10 Trecho de
aterro reforçado
sobre drenos,
construído em etapas e bermas
68E 136+10 Trecho de
aterro reforçado
sobre drenos,
construído em etapas e bermas
89E 137+15 69E 137+15
90E 139 70E 139
91E 140 71E 140
92E 141+10 72E 141+10
93E 142+15 Trecho de aterro
reforçado com
bermas
73E 142+15 Trecho de aterro
reforçado com
bermas
94E 144 74E 144
95E 145+05 75E 145+05
100
• Análise do Comportamento do Aterro 3
Dentre os aterros instrumentados, o Aterro 3 foi um dos primeiros a ser
monitorado e a fornecer registros de recalques significativos. Na pista direita, foram
medidos recalques máximos de 1,24 m na placa PRPD-11. Na pista esquerda, a
placa PRPE-06 forneceu recalques elevados, da ordem de 1,30 m. De um modo
geral, os recalques mostraram-se estáveis 4 meses após o lançamento de camadas
de aterro.
As sondagens complementares e de projeto executadas no local indicaram a
presença de espessuras de solo mole variando na faixa de 4 a 7,5 m.
Na fase de projeto, as soluções propostas para a região do Aterro 3 foram de
aterro reforçado com bermas e aterro reforçado sobre drenos, construídos em
etapas e bermas (Tabela 9).
Os resultados das placas PRPD-11 e PRPE-06 foram analisados
detalhadamente no presente trabalho, buscando-se definir parâmetros
representativos da argila mole.
• Análise do Comportamento do Aterro 4
Neste aterro, as placas também apresentaram recalques expressivos: na
pista direita, foram medidos recalques máximos de 1,37 m na PRPD-29; e na pista
esquerda, a placa PRPE-25 forneceu recalques elevados, de 1,33 m. Observou-se
que o tempo para estabilização dos recalques foi da ordem de 3 meses,
aproximadamente. As espessuras de solo mole definidas a partir das sondagens
executadas na fase de projeto variam entre 1,5 m e 8,5 m, aproximadamente.
Os resultados fornecidos pelas placas PRPD-29 e PRPE-25 serão analisados
nos itens subsequentes.
Na região do Aterro 4 foi proposta a solução de aterro reforçado sobre drenos,
construídos em etapas e bermas (Tabela 10).
101
Tabela 9. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 3
PLACAS DE RECALQUE
Pista Direita (PRPD)
Estaca Data de instalação Solução
Pista Esquerda
(PRPE) Estaca Data de
instalação Solução
05 253
Julho/2010
Trecho de aterro
reforçado sobre
drenos, construído em etapas e bermas
01 255
Junho/2010
Trecho de aterro
reforçado sobre
drenos, construído em etapas e bermas
06 254 02 256
07 255 03 257
08 256
Junho/2010
04 258
09 257 05 259
10 258 06 260
11 259 07 261
12 260 08 262
13 261 09 264
14 262 11 270
Agosto/2010
15 263 12 273
16 264 13 276 Trecho de
aterro reforçado
com bermas
17 266 14 280
19 270
Julho/2010
- - - -
20 272 - - - -
21 274 Trecho de
aterro reforçado
com bermas
- - - -
22 276 - - - -
23 278 - - - -
24 280 - - - -
102
Tabela 10. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 4
PLACAS DE RECALQUE
Pista Direita (PRPD)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução Pista
Esquerda (PRPE)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução
26 297
Julho/2010
Trecho de aterro
reforçado sobre
drenos, construído em etapas e bermas
16 290
Julho/2010 Trecho de
aterro reforçado
sobre drenos,
construído em etapas e bermas
27 298 17 291
28 299 18 292
29 300 19 293
30 301 20 294
31 302 21 295
- - - - 22 296
- - - - 23 297
- - - - 24 298
- - - - 25 299
- - - - 26 300
08 300 - - 07 295
Agosto/2010
- - - - 08 298
• Análise do Comportamento do Aterro 4A
O Aterro 4A situa-se no trecho do Rio D’Ouro. A instrumentação indica
recalques máximos da ordem de 0,46 m. Durante o período em questão, os
recalques mostraram-se estáveis. As espessuras de solo mole definidas a partir das
sondagens mais próximas executadas na fase de projeto para a região são da
ordem de 4 m, aproximadamente. Os valores medidos de recalque foram pouco
expressivos para espessuras de solo mole desta magnitude, o que, de certa forma,
contraria as premissas de projeto.
Na fase de projeto, as soluções propostas para a região do Aterro 4A foi de
aterro reforçado com bermas (Tabela 11).
103
Tabela 11. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 4A
ATERRO 4A
PLACAS DE RECALQUE
Pista Direita (PRPD)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução Pista
Esquerda (PRPE)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução
27E 400
Maio/2011
Trecho de aterro reforçado
com bermas
16E 397
Maio/2011
Trecho de aterro reforçado
com bermas
28E 405 17E 400
29E 409+10 18E 403
- - - - 19E 405
- - - - 20E 407
• Análise do Comportamento do Aterro 5
Neste aterro, de acordo com as informações do relatório de instrumentação
geotécnica fornecido pelo Consórcio, houve um lançamento de 2,0 m de sobrecarga
temporária. Observou-se uma estabilização rápida dos recalques, sendo este fato
um indicativo de que o solo de fundação pode não ser composto por argila mole.
Ressalta-se que, de acordo com a última leitura fornecida pelo Consórcio executor
da obra, o trecho foi liberado para os serviços de terraplenagem, a instrumentação já
foi retirada e o aterro encontra-se concluído.
As espessuras de solo mole definidas a partir das sondagens disponíveis
executadas na fase de projeto são da ordem de 2 m. No entanto, os valores de
recalques obtidos através dos registros das placas instaladas neste aterro foram
inexpressivos, entre 1,5 cm a 10 cm.
Na fase de projeto, as soluções propostas para a região do Aterro 5 foi de
aterro reforçado com bermas (Tabela 12).
104
Tabela 12. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 5
PLACAS DE RECALQUE
Pista Direita (PRPD)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução Pista
Esquerda (PRPE)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução
36 438
Outubro/2010
Trecho de aterro reforçado
com bermas
21A 434
Outubro/2010
Trecho de aterro reforçado
com bermas
37 439 22A 435
38 440 23A 436
39 441 24A 437
40 442 25A 438
41 443 26A 439
42 444 - - - -
43 445 - - - -
44 446 - - - -
45 447 - - - -
46 448 - - - -
47 449 - - - -
• Análise de Comportamento do Aterro 6
O Aterro 6 apresentou registros de recalques entre 2 cm a 68 cm. Esta grande
variação dos valores de recalque se deve ao fato de que algumas placas inseridas
neste aterro situam-se em trechos onde há ausência de solos compressíveis,
registrando valores inexpressivos de recalque.
As sondagens indicaram espessuras de solo mole bastante variáveis, entre
1,5 m e 6,8 m.
Na fase de projeto, as soluções propostas para a região do Aterro 6 foram de
aterro reforçado com bermas; aterro reforçado sobre drenos, construídos em etapas
e bermas; aterro convencional e trecho com remoção de solos moles (Tabela 13).
105
Tabela 13. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6
PLACAS DE RECALQUE
Pista Direita (PRPD)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução Pista
Esquerda (PRPE)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução
48 499
Novembro/2010
Trecho de aterro reforçado
com bermas
27 496
Novembro/2010
Trecho de aterro
reforçado com bermas
49 500 28 497
50 501 29 498
51 502 30 499 Trecho de aterro
reforçado sobre
drenos, construído
em etapas e bermas
52 503 31 500
53 512
Julho/2011
Trecho de
remoção de solos moles
32 501
54 513 33 502
55 514 34 505 Julho/2011
Aterro Convencional
- - - - 35 506
• Análise do Comportamento do Aterro 6A e 6B
Estes aterros apresentaram faixas de recalques situadas entre 0 cm e 42 cm,
para alturas de aterro entre 1,1 m e 3,7 m.
Nesta região, as espessuras de solo mole compressível são da ordem de 1 m
a 6 m, aproximadamente. As soluções propostas para o Aterro 6A foram: aterro
reforçado sobre drenos, construídos em etapas e bermas; trecho com remoção de
solos moles; aterro convencional e trechos sem a necessidade de intervenção
(Tabela 14). Para o Aterro 6B, as soluções de projeto adotadas foram de aterro
convencional e de aterro reforçado com bermas, como indica a Tabela 15.
106
Tabela 14. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6A
PLACAS DE RECALQUE
Pista Direita (PRPD)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução Pista
Esquerda (PRPE)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução
48E 525
Abril/2011
Trecho de aterro
reforçado sobre
drenos, construído
em etapas e bermas
27E 520
Abril/2011
Trecho de remoção de solos moles
49E 530 28E 525
50E 535
Aterro Convencional
29E 530
Trecho de aterro reforçado sobre drenos, construído em etapas e
bermas
51E 540 30E 535
Aterro Convencional 52E 545 31E 540
53E 550 32E 545
- - - - 33E 549 s/ necessidade de
intervenção
Tabela 15. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6B
PLACAS DE RECALQUE
Pista Direita (PRPD)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução Pista
Esquerda (PRPE)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução
55E 560
Junho/2011 Aterro
Convencional
35E 556
Junho/2011
Trecho de aterro reforçado
com bermas
56E 561 36E 557
57E 562 37E 558
58E 563 38E 559
59E 565 39E 560
60E 568 40E 562
61E 570 41E 565
62E 572 42E 567
107
• Análise do Comportamento dos Aterros 6C e 7
Os Aterros 6C e 7 apresentaram recalques acumulados máximos de pequena
magnitude, da ordem de 7 cm na PRPE-45E, para aterros de 2,0 m de altura.
Estes aterros são os mais recentes e não serão analisados na presente
dissertação, uma vez que foram lançadas poucas camadas de aterro até a presente
data.
Ressalta-se que, de acordo com a última leitura fornecida pelo Consórcio
executor da obra, o trecho foi liberado para os serviços de terraplenagem, a
instrumentação já foi retirada e o aterro encontra-se concluído.
As soluções propostas para o Aterro 6C foram: aterro reforçado com bermas
e aterro convencional (Tabela 16). Para o Aterro 7, as soluções de projeto adotadas
foram: aterro convencional; aterro reforçado com bermas; trecho de remoção de
solos moles; trechos sem a necessidade de intervenção; aterro reforçado sobre
drenos, construído em etapas e bermas (Tabela 17).
Tabela 16. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 6C
PLACAS DE RECALQUE
Pista Direita (PRPD)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução Pista
Esquerda (PRPE)
Estaca Data de
instalação da placa
Solução
63E 626
Agosto/2011
Trecho de aterro
reforçado com bermas
43E 646
Agosto/2011 Aterro Convencional
64E 631 44E 647
65E 636 45E 648+10
66E 641 46E 650
67E 646 47E 651
68E 651 48E 652
69E 656 49E 653+10
70E 661 50E 655
71E 666 Aterro
Convencional 51E 656
108
Tabela 17. Soluções de estabilização adotadas no Aterro 7
96E 686 76E 682
97E 687 77E 683
98E 688 78E 684
99E 689 79E 685
101E 691 80E 686
102E 692 83E 690
103E 693 84E 691
104E 694 85E 692
105E 695 86E 693
107E 698 89E 698
108E 699 90E 699
109E 700 91E 700
110E 701 92E 701
111E 702 93E 702
112E 703 94E 703
113E 704 95E 704
114E 705 96E 705
115E 706 97E 706
116E 707 98E 707
117E 708 99E 708
118E 709 100E 709
119E 710 101E 710
120E 711 102E 711
121E 712 103E 712
126E 730 104E 713
127E 731 105E 714
128E 732 s/ necessidade de intervenção 106E 715
129E 733 107E 716
130E 734 108E 717
131E 735 109E 718
132E 736 110E 719
133E 737 111E 720
134E 738 112E 721
135E 739 113E 722
136E 740 114E 723
137E 741 115E 724
138E 742 aterro convencional 116E 725
- - - - 117E 726
- - - - 118E 727
- - - - 119E 728
- - - - 120E 729
- - - - 121E 730
- - - - 124E 734
- - - - 125E 735
- - - - 126E 736
- - - - 127E 737
- - - - 128E 738
- - - - 129E 739 aterro convencional
ATERRO 7
PLACAS DE RECALQUE
Pista Direita (PRPD)
EstacaData de
instalação da placa
SoluçãoPista
Esquerda (PRPE)
EstacaData de
instalação da placa
Solução
Trecho de aterro reforçado com
bermas
trecho de remoção de solos moles
Trecho de aterro reforçado com bermas
Trecho de aterro reforçado com
bermas
Setembro/ 2011
Agosto/ 2011
Trecho de aterro reforçado com
bermas
Trecho de aterro reforçado sobre drenos, construído
em etapas e bermas
Trecho de aterro reforçado com
bermas
Setembro/ 2011
Setembro/ 2011
Agosto/ 2011
Setembro/ 2011
109
3.2 Definição das Seções Representativas do Estudo
A análise detalhada dos resultados registrados em todas as placas de
recalques instaladas ao longo dos 11 aterros instrumentados permitiu a definição
das seções que apresentaram os resultados mais expressivos e representativos. A
escolha levou em consideração fatores como:
• Apresentação de recalques significativos;
• Controle da altura das camadas de aterro lançadas durante a fase de
execução;
• Qualidade dos dados fornecidos pela instrumentação;
• Confiabilidade nos instrumentos.
As seções adotadas para o presente estudo contemplaram placas inseridas
em trechos com e sem a presença de geodrenos verticais para a aceleração de
recalques, e estão reunidas na Tabela 18.
Tabela 18 – Seções analisadas no presente estudo com as respectivas placas de recalque
Descrição do trecho Placa Aterro
Trecho com a presença de geodrenos verticais
PRPD-11 3
PRPD-29 4
PRPD-49E 6A
PRPE-06 3
PRPE-25 4
PRPE-32 6
Trecho sem a presença de geodrenos verticais
PRPD-21 3
PRPD 49 6
PRPD-50 6
PRPD-28E 4A
PRPD-29E 4A
PRPE-18E 4A
PRPE-19E 4A
PRPE-20E 4A
Neste capítulo, serão realizadas análises distintas para trechos com a
presença de geodrenos e sem a presença de geodrenos:
110
1. As placas inseridas em trechos com a presença de geodrenos verticais terão
os valores de recalques finais reais confrontados com as previsões de
recalques segundo o método de Asaoka (1978). Para estas seções, serão
obtidos, também, os valores da Razão de Compressão (CR), a partir de
retroanálises, segundo a equação de cálculo de recalques para a fase de
adensamento primário (Eq. 6).
2. As placas inseridas em trechos sem a presença de geodrenos verticais
também terão os valores de recalques finais reais confrontados com as
previsões de recalques segundo o método de Asaoka (1978). Adicionalmente,
foi determinado o coeficiente de adensamento vertical (cv), segundo o método
de Asaoka (1978).
3.3 Previsão dos Recalques Finais para as Seções Re presentativas do Estudo:
Método de Asaoka (1978)
Os resultados de recalques reais finais de campo obtidos pelos registros das
placas de recalque das seções representativas do estudo foram confrontados com
os valores dos recalques finais obtidos a partir do método de Asaoka (1978).
Conforme pode ser observado na Tabela 19, a magnitude dos recalques finais
primários estimados através do método de Asaoka foram compatíveis com os
valores finais de campo, com erro máximo de 7,14%. Isto demonstra que este
método é válido e bastante útil nas estimativas de recalques finais, apresentando
resultados satisfatórios, principalmente quando os registros das placas de recalque
atingem 60% do adensamento.
Ressalta-se que o valor do erro, apresentado na Tabela 19, foi definido como:
111
real
realAsaokaErroρ
ρ−ρ= (16)
Onde: ρAsaoka = recalque estimado pelo método de Asaoka;
ρreal = recalque final medido pela placa de recalque.
Tabela 19 – Valores dos recalques finais de campo: registros da instrumentação versus
Método de Asaoka (1978)
Placa Estaca Recalque Final (cm)
Erro (%) Instrumentação Asaoka
Seções com
Drenos
PRPD-11 259 124 125 + 0,80
PRPD-29 300 137 138 + 0,72
PRPD-49E 530 42 43 + 2,38
PRPE-06 260 128 129 + 0,78
PRPE-25 299 133 134 + 0,75
PRPE-32 501 58 59 + 1,72
Seções sem
Drenos
PRPD-21 274 82 83 + 1,21
PRPD-49 500 68 70 + 2,94
PRPD-50 501 58 60 + 3,44
PRPD-28E 405 42 45 + 7,14
PRPD-29E 409+10 40 40 0
PRPE-18E 403 46 47,5 + 3.26
PRPE-19E 405 45 45,5 + 1,11
PRPE-20E 407 44 44,5 + 1,14
3.4 Análise das Seções Representativas Inseridas em Trechos com a Presença
de Geodrenos
112
3.4.1 Discussão dos Resultados da Instrumentação de Campo: Seções com
Geodrenos
A Figura 50 a Figura 55 apresentam os resultados fornecidos pelas diferentes
placas de recalque analisadas no estudo das seções que apresentam geodrenos
(PRPD-11, PRPD-29, PRPD-49E, PRPE-06, PRPE-25 e PRPE-32).
Os dados de instrumentação da placa PRPD-11 (Figura 50), localizada no
Aterro 3, mostram que as cotas inicial e final do aterro foram de 6,15 m e 11,0 m,
respectivamente, o que representa 4,85 m de aterro. Para esta altura de aterro
lançada, o recalque máximo obtido foi de 1,24 m. Observa-se que os valores de
recalque apresentam uma rápida tendência à estabilização, em função da presença
de geodrenos. Vale ressaltar ainda que o gráfico da placa PRPD-11 apresentou
descontinuidade nas leituras finais de recalques. Tal fato se deve à ocorrência de
intervalos maiores na coleta de dados de campo, ou melhor, dos registros das
placas de recalques.
Os dados de instrumentação da placa PRPD-29 (Figura 51), localizada no
Aterro 4, indicam uma altura final de aterro igual a 4,35 m, com cota inicial de 6,35 m
e cota final igual a 10,7 m. O recalque máximo, medido para esta altura de aterro, e
já estabilizado, foi de 1,37 m. Novamente, observa-se que os recalques estabilizam
rapidamente (cerca de 2 meses), tendo em vista a presença dos geodrenos.
Ressalta-se ainda que o gráfico da placa PRPD-29 também apresentou
descontinuidade nas leituras finais de recalques.
113
Figura 50 – Recalque e cota de aterro versus tempo:Placa de Recalque PRPD-11
Figura 51 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-29
114
A Figura 52 apresenta a evolução dos recalques ao longo do tempo,
juntamente com o processo de alteamento do aterro, fornecidos pela placa PRPD-
49E (Aterro 6A). A instrumentação indica recalque máximo de 0,42 m, para uma
altura final de aterro de 2,7 m (cota inicial do aterro igual a 3,8 m e cota final igual a
6,5 m). Vale lembrar que o aterro 6A é um dos aterros com lançamento de camadas
mais recente.
Figura 52 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-49E
Na Figura 53, são apresentados os registros de recalques e cotas de aterro
em função do tempo, fornecidos pela placa PRPE-06, localizada no Aterro 3.
Observa-se que aterro apresentava cota inicial de 6,1 m, atingindo a cota 10,7 m.
Para uma altura de aterro lançada de 4,6 m, a placa de recalque registrou recalques
de 1,28 m.
` Os registros da placa de recalque PRPE-25, localizada no Aterro 4, estão
apresentados na Figura 54. Os resultados mostram que o aterro atinge a altura de
5,2 m, provocando recalques máximos de 1,33 m, já estabilizados em função da
presença dos geodrenos. O gráfico da placa PRPE-25 apresentou descontinuidade
nas leituras finais de recalques, a partir do registro de recalque de 43 cm. Isso se
115
deve à ocorrência de intervalos maiores na coleta de dados de campo, como já
salientado.
Figura 53 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-06
Figura 54 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-25
116
Os dados de instrumentação da placa PRPE-32 (Figura 55), localizada no
Aterro 6, mostram que o aterro apresentava cota inicial igual a 4,0 m atingindo a cota
final de 9,0 m após o alteamento. O recalque máximo obtido foi de 0,58 m, para uma
altura de aterro lançada de 5,0 m.
Observa-se que todos os gráficos apresentam descontinuidades nas leituras
finais de recalques, em função de maiores intervalos entre as leituras.
Figura 55 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-32
Tendo em vista que todas as seções que apresentam geodrenos mostram
recalques estabilizados, é possível determinar a razão de compressão (CR), a partir
do conhecimento do estado inicial de tensões in situ.
3.4.2 Retroanálise dos Recalques Finais de Campo para a Obtenção de CR
Como elucidado anteriormente, no presente subitem, discute-se a obtenção
do parâmetro denominado Relação de Compressão (CR), através de retroanálises
117
realizadas a partir dos registros dos valores de recalques finais das placas adotadas
no presente estudo, situadas em trechos dos aterros contendo drenos verticais (item
3.2).
Para a obtenção da relação de compressão o
c
e
CCR
+=
1, foi utilizada a
seguinte equação para cálculos de recalques na fase de adensamento primário:
vo
vf
o
co '
'log.
e1C
.Hσσ
+=ρ (18)
Substituindo na equação anteriormente citada, os valores das tensões inicial e
final, espessura da camada compressível, e o valor do recalque final estabilizado
registrado pela placa, obtém-se o valor da Relação de Compressão (CR).
Os valores de espessuras de camada de argila mole (Ho) foram obtidos a
partir da interpretação das sondagens de projeto e sondagens complementares
disponíveis. Vale ressaltar que a adoção do valor de Ho = 3,65 m para a placa PRPD
49E (estaca 530) foi obtido através da média de valores de espessuras de argila
mole para as estacas disponíveis mais próximas (sondagem da estaca 528+05-Pista
Esquerda e sondagem da estaca 533+10-Pista Direita).
A Tabela 20 mostra os resultados das retroanálises realizadas, com os
valores obtidos para o parâmetro CR.
Tabela 20 - Obtenção de CR a partir de retroanálises em trechos com a presença de
geodrenos
Placa de Recalque Estaca Recalque Final
(cm)
Sondagem Altura Final de Aterro lançada
(m)
Tensões CR
Ho (m) σ'vi σ'vf
PRPD 11 259 124 4,60 6,10 15,90 125,70 0,30
PRPD 29 300 137 7,90 5,70 20,85 123,45 0,22
PRPD 49E 530 42 3,65 3,15 14,47 71,17 0,17
PRPE 6 260 128 7,50 5,90 20,25 126,45 0,21
PRPE 25 299 133 8,90 6,50 22,35 139,35 0,19
PRPE 32 501 58 4,00 5,60 15,00 115,80 0,16
118
Observa-se que os valores obtidos situaram-se em uma faixa de 0,16 a 0,22.
Existe apenas um único resultado fora desta faixa, sendo de 0,30. A Figura 56
confronta a faixa de valores de CR obtida a partir das retroanálises, com os valores
encontrados na literatura. De um modo geral, a retroanálise forneceu valores
inferiores de compressibilidade, quando comparado com os valores encontrados na
literatura para a Baixada Fluminense. Também observa-se que a faixa
retroanalisada para a região do empreendimento não compreende a maioria dos
valores de CR obtidos nos ensaios de projeto do Arco Metropolitano – Lote 1.
Figura 56 – Confronto entre os valores de CR obtidos por retroanálise e dados da literatura
3.5 Análise das Seções Representativas Inseridas em Trechos sem a Presença
de Geodrenos
119
3.5.1 Discussão dos Resultados da Instrumentação de Campo: Seções sem
Geodrenos
A Figura 57 a Figura 64 apresentam os resultados das placas de recalque
instaladas nas seções sem geodrenos (PRPD-21, PRPD-49, PRPD-50, PRPD-28E,
PRPD-29E, PRPE-18E, PRPE-19E e PRPE-20E), que serão analisadas no presente
item.
Os dados de instrumentação da placa PRPD-21 (Figura 57), instalada no
Aterro 3, mostram que a cota do aterro se iniciou em torno de 5,9 m, atingindo o
valor de 10 m. O recalque máximo obtido para esta altura de aterro (4,1 m) foi de
0,82 m. Como observado para outras placas, o gráfico da placa PRPD-21 também
apresentou descontinuidade nas leituras finais de recalques, o que mostra uma
menor frequência nas leituras de recalques.
Figura 57 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-21
120
A Figura 58 apresenta os registros de recalques e cotas de altura de aterro
em função do tempo para a placa PRPD-49, instalada no Aterro 6. Os resultados
mostram que as cotas inicial e final de aterro eram de 3,7 m e 7,8 m,
respectivamente, correspondendo a uma altura final de 4,1 m. O recalque máximo
obtido foi de 0,68 m.
Figura 58 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-49
Os dados de instrumentação da placa PRPD-50 (Figura 59), instalada no
Aterro 6 indicam recalque máximo de 0,58 m para uma altura final de aterro de 4,3
m. As descontinuidades nas leituras finais de recalques são também observadas
para esta placa.
As leituras fornecidas pela placa PRPD-28E (Aterro 4A) mostram que o aterro
atingiu a altura de 6,5 m, com cotas inicial e final de 5 m e 11,5 m, respectivamente.
O recalque máximo medido foi de cerca de 0,42 m (Figura 60). Ressalta-se que a
121
variabilidade observada nos valores de recalque máximo das diferentes placas são
decorrentes das diferentes espessuras de aterro dos trechos analisados.
Figura 59 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-50
122
Figura 60 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-28E
A Figura 61 apresenta os registros de recalques e cotas de altura de aterro
em função do tempo da placa PRPD-29E (Aterro 4A). O aterro atingiu uma altura
final de 4,5 m, provocando recalque máximo de 0,40 m.
123
Figura 61 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPD-29E
Os dados de instrumentação da placa PRPE-18E (Aterro 4A) mostram que a
cota do aterro se iniciou em torno de 5 m, atingindo o valor de 13,2 m. O recalque
máximo correspondente obtido foi de 0,46 m (Figura 62).
Finalmente, a Figura 63 e a Figura 64 apresentam os registros das placas
PRPE-19E e PRPE-20E, respectivamente. Observa-se que a placa PRPE-19E
(Figura 63) registra recalque máximo de 0,45 m para uma altura final de aterro de
7,1 m. Já a placa PRPE-20E (Figura 64) indica valores semelhantes de recalque
final para uma altura de aterro de 6,1 m.
124
Figura 62 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-18E
Figura 63 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-19E
125
Figura 64 – Recalque e cota de aterro versus tempo: Placa de Recalque PRPE-20E
3.5.2 Determinação de cv pelo Método de Asaoka
O método de Asaoka (1978) é utilizado não somente para a estimativa de
recalques finais, mas também é muito útil na estimativa do valor do coeficiente de
adensamento (cv). Obtém-se, graficamente, o valor do ângulo β1 e, em seguida, por
formulação numérica, tem-se o valor de cv (conforme a equação 11).
A Tabela 21 apresenta os valores de cv obtidos através dos registros de
recalque das placas localizadas em trechos sem a presença de drenos. Tal escolha
se deve ao fato de que as seções que não contém geodrenos possuem a evolução
de recalques primários condicionada à permeabilidade real do solo compressível.
Nas seções com geodrenos, o adensamento é acelerado por drenagem radial.
126
Tabela 21 – Coeficiente de Adensamento (c v)
Placa de Recalque Estaca
Recalque Final (cm)
Sondagem β1 ∆t (ano)
cv (m²/s) Ho (m) ( ⁰⁰⁰⁰ ) (rad)
PRPD 21 274 82 4,5 14 0,244 0,055 1,72x10-6
PRPD49 500 68 4,9 30 0,524 0,055 9,36x10-7
PRPD 50 501 58 4,9 30 0,524 0,055 9,36x10-7
PRPD 28E 405 42 1,7 30 0,524 0,041 1,50x10-7
PRPD 29E 409+10 40 6,7 9 0,157 0,041 6,68x10-6
PRPE 18E 403 46 7,8 36 0,628 0,041 2,27x10-6
PRPE 19E 405 45 2,0 27 0,471 0,041 2,41x10-7
PRPE 20E 407 44 5,9 24 0,419 0,041 2,43x10-6
Figura 65 exemplifica a obtenção gráfica de cv pelo método de Asaoka, a partir dos
registros de deslocamentos verticais em função do tempo, da placa de recalque
PRPD-50.
Figura 65 – Método gráfico de Asaoka para a placa d e recalque PRPD-50
127
3.6 Considerações Finais
Este Capítulo teve por finalidade apresentar uma análise global dos aterros
instrumentados do Lote 1. Foram definidas como seções típicas do estudo aquelas
nas quais se inserem as placas de recalque que apresentaram valores mais
expressivos e confiáveis, reproduzindo com fidelidade as condições reais de campo.
As previsões de recalques finais pelo método de Asaoka (1978) se mostraram
bastante satisfatórias, quando confrontadas com os valores de recalques reais finais
medidos em campo. O erro percentual obtido também foi baixo, com o valor mais
expressivo de + 7,14 somente para uma das amostras.
Os parâmetros cv e CR foram obtidos pelo método gráfico de Asaoka e por
retroanálise dos recalques medidos, respectivamente. Observou-se que a faixa de
valores de CR obtida através das retroanálises se apresentou baixa, quando
comparado com as demais faixas pesquisadas na literatura para a região da Baixada
Fluminense.
No Capítulo 4, serão definidos os parâmetros geotécnicos do solo
compressível, e apresentadas as análises e simulações numéricas para duas seções
inseridas em trechos sem a presença de geodrenos.
22020
4 ANÁLISE NUMÉRICA DOS ATERROS INSTRUMENTADOS
Este capítulo apresenta a simulação numérica de duas seções
representativas dos aterros instrumentados, inseridas em trechos sem a presença de
geodrenos. O objetivo consiste em avaliar a importância da escolha adequada dos
parâmetros de compressibilidade na previsão do comportamento de aterros sobre
solos compressíveis. Estas seções estão situadas em diferentes estações de
monitoramento e apresentam espessuras de solo compressível e alturas de aterro
distintas.
A sequência construtiva dos aterros, representadas pelos perfis analisados
destas duas seções, será reproduzida com o auxílio do programa computacional
PLAXIS, de elementos finitos. Os resultados das análises numéricas serão
confrontados com as medidas de campo e com os resultados analíticos previstos
pela Teoria de Terzaghi (1943).
Para a realização das análises numéricas e analíticas, é imprescindível a
seleção de parâmetros geotécnicos confiáveis para a região na qual se insere o
empreendimento em tela, a fim de se obter resultados mais próximos das condições
reais de campo.
A avaliação da qualidade das amostras utilizadas durante a fase de projeto foi
efetuada, segundo os critérios de Lunne et al. (1997a), Coutinho et al.(2001) e
Oliveira (2002).
4.1 Programa PLAXIS
O software PLAXIS consiste em um programa que utiliza o Método de
Elementos Finitos (MEF) e foi desenvolvido, especificamente, para a realização de
análises de deformações e estabilidade de obras geotécnicas. As análises podem
considerar a condição de axissimetria ou de deformação plana (Brinkgreve, 2002).
129
As aproximações baseadas no método dos deslocamentos, método de
equilíbrio e método misto são usualmente utilizadas na resolução de um problema
pelo MEF. No método dos deslocamentos, as incógnitas principais do problema são
os deslocamentos, enquanto que no método de equilíbrio as incógnitas são as
tensões. Já o método misto apresenta tanto os deslocamentos quanto as tensões
como incógnitas.
Assim como na prática da Engenharia, o programa PLAXIS permite a
simulação de carregamentos e descarregamentos imediatos, ou em tempos pré-
estabelecidos e a introdução de períodos de adensamento. A rotina de cálculo pode
ser dividida em etapas, de forma a reproduzir fielmente o processo construtivo no
campo.
O programa PLAXIS possui sua estrutura computacional dividida,
basicamente, em 4 (quatro) sub-programas, sendo eles:
• INPUT: consiste em uma sub-rotina de entrada de dados;
• CALCULATION: consiste na etapa de cálculos, a partir dos dados de entrada
fornecidos na etapa de INPUT;
• OUTPUT: fase de saída de resultados, já calculados;
• CURVES: fase de obtenção de saídas gráficas (curvas de deslocamento,
tensões ou poropressões ao longo do tempo), obtidas a partir de ponto(s) pré-
definido(s) na malha de elementos finitos. Ressalta-se que, nesta fase, há a
opção de se obter as saídas de dados em forma de tabelas.
A utilização do PLAXIS é bastante prática, onde são definidas, inicialmente,
as condições iniciais do problema, tais como a geometria/perfil a ser modelado, a
inserção dos modelos constitutivos e parâmetros representativos dos solos,
condições de contorno, etapas construtivas, levando-se em consideração, a
presença ou ausência de água.
No PLAXIS, a malha de elementos finitos é gerada automaticamente, com
elementos de 6 ou 15 nós, podendo ser refinada local ou globalmente, de forma a
atender aos interesses da modelagem. Malhas mais refinadas fornecem, em geral,
resultados mais acurados.
Segundo Lima (2007), nas etapas de construção, inseridas no sub-programa
CALCULATE, pode-se utilizar as opções de atualização das poropressões e da
130
malha de elementos finitos. Recomenda-se a atualização das malhas em casos nos
quais se prevê a ocorrência de grandes deformações, que, em geral, ocorrem em
aterros convencionais sobre solos compressíveis. A matriz de rigidez é atualizada
com base na geometria deformada da etapa. A opção de atualização das
poropressões é utilizada no intuito de se introduzir o efeito da submersão dos
materiais, o que resulta, normalmente, em uma redução da tensão efetiva atuante
nas camadas compressíveis.
No presente trabalho, o programa PLAXIS foi utilizado com a finalidade de
reproduzir o comportamento dos aterros durante seu processo construtivo, através
das análises de seções típicas, mais representativas da região em estudo. Ressalta-
se que, para a realização das simulações do mesmo, foram definidas malhas de
elementos finitos com elementos de 15 (quinze) nós.
A seguir, serão abordados os modelos constitutivos disponíveis no software
PLAXIS, para que o usuário do programa faça a escolha dos mesmos para cada tipo
de material presente na geometria dos problema geotécnico. A adoção de cada
modelo é fundamental para a realização das modelagens numéricas e obtenção de
bons resultados.
4.2 Modelos Constitutivos
A qualidade de uma simulação numérica está diretamente relacionada à
escolha do modelo constitutivo adotado para a representação dos materiais
envolvidos. Sendo assim, se faz necessária a adoção correta do modelo constitutivo
que melhor represente as condições reais dos solos a serem modelados no PLAXIS.
O software PLAXIS dispõe de 6 (seis) modelos constitutivos, sendo eles:
Linear Elastic (Elástico-Linear), Mohr Coulomb, Hardening Soil, Soft Soil, Soft Soil
Creep e Jointed Rock.
Vale lembrar que a adoção de um determinado modelo constitutivo para a
realização das simulações no PLAXIS acarretará na adoção de diferentes
parâmetros geotécnicos.
131
A seguir serão comentados, basicamente, os modelos constitutivos utilizados
nas modelagens PLAXIS das seções representativas do estudo, bem como os
parâmetros necessários (dados de entrada de cada modelo) para a realização dos
mesmos.
1) Modelo Soft Soil (MSS)
Nas simulações numéricas realizadas no presente estudo, utilizando o
programa PLAXIS, a argila mole foi representada pelo modelo Soft Soil (MSS).
Este modelo permite a reprodução das deformações sofridas por solos de alta
compressibilidade e baixa permeabilidade, e considera o tempo de adensamento.
Ressalta-se que o modelo Soft Soil não incorpora a fase de adensamento
secundária (compressão secundária, parâmetro geotécnico Cα)
A adoção deste modelo requer a definição do peso específico (γ), parâmetros
de resistência (ɸ’, c’), permeabilidade (k), índices de compressibilidade (Cc, Cr) e
índice de vazios inicial (eo).
2) Modelo Mohr Coulomb (MMC)
O modelo Mohr Coulomb (MMC) integra a categoria dos modelos
elastoplásticos perfeitos, ou seja, modelos nos quais as deformações são
decompostas em 2 (duas) parcelas: plástica e elástica. Este modelo também
incorpora o critério de ruptura de Mohr Coulomb.
Segundo Ferreira (2009), o modelo Mohr-Coulomb é um modelo elástico
perfeitamente plástico, empregado para representar a ruptura por cisalhamento de
solos e rochas. Este modelo é assim designado, devido à hipótese de que o material
se comporta como linear elástico até atingir a ruptura, definida pela envoltória de
Mohr-Coulomb; ou seja, o material apresenta um comportamento linear elástico até
atingir uma determinada tensão de escoamento, que se mantém constante com o
acréscimo de deformações plásticas
Este modelo foi adotado para realizar as simulações dos materiais de aterros
lançados em campo, bem como dos solos arenosos (camada drenante) localizados
abaixo das camadas de solos compressíveis.
132
Para a representação dos solos a partir do modelo Mohr Coulomb, faz-se
necessário o conhecimento dos seguintes parâmetros: peso específico (γ),
parâmetros de deformabilidade (E e ν), parâmetros de resistência (ɸ’, c’), e
permeabilidade (k).
4.3 Parâmetros Representativos
A definição dos parâmetros representativos dos materiais envolvidos na
análise do comportamento dos aterros que compõem o Arco Metropolitano do Rio de
Janeiro foi feita com base nos ensaios apresentados no projeto, nas informações
disponíveis na literatura para a região do empreendimento e da interpretação das
leituras fornecidas pelas placas de recalque, apresentadas no Capítulo 3, que
permitiram a definição da razão de compressibilidade (CR) e do coeficiente de
adensamento (cv) por retroanálise.
4.3.1 Avaliação da Qualidade das Amostras utilizadas nos Ensaios de Projeto
Em fase inicial à definição de parâmetros geotécnicos, procedeu-se à
avaliação da qualidade das amostras ensaiadas na ocasião de projeto.
Os ensaios de adensamento, realizados nos pontos mais críticos contendo
argila orgânica (argila mole), apresentaram resultados de índices de compressão
(Cc) variando de 0,17 a 0,38 para tensões efetivas (σ’vo) entre 3,4 kPa e 21 kPa. Na
média, o índice de compressão (Cc) apresentou o valor de 0,27. Estes resultados
realizados em amostras coletadas em campo, em diferentes estacas, durante a fase
de projeto, estão reunidos na Tabela 22.
133
Tabela 22 – Resultado dos Ensaios de Adensamento de Projeto: Lote 1
SP-05 284+15 4,20 - 4,80 14 124,9 3,2 0,807 1,17 0,28 0,748
SP-05C 285+00 4,20 - 4,80 12,5 88,3 2,26 0,894 0,66 0,2 0,604
SP-06 287+00 5,00 - 5,60 9,5 93,3 2,42 0,886 0,7 0,21 0,634
SP-06C 286+00 5,00 - 5,60 21 80 2,32 0,845 0,86 0,26 0,636
SN1AM1 259 1,20 - 1,80 10 504,4 8,33 1,714 3,36 0,36 0,794
SN1AM2 259 2,20 - 2,80 9 186,5 2,23 1,069 0,55 0,17 0,521
SN2AM1 273 3,20 - 3,80 12,7 289,1 7,31 1,926 2,75 0,33 0,737
SN2AM2 273 5,20 - 5,80 9 184,9 4,91 1,369 1,66 0,28 0,721
SN3AM1 291+16 5,20 - 5,80 3,4 121,8 3,32 0,876 0,94 0,22 0,736
SN3AM2 291+16 7,20 - 7,80 10,2 122,9 3,17 0,997 1,02 0,25 0,685
SN4AM1 297 3,20 - 3,80 10,7 100,2 2,66 0,863 0,99 0,27 0,676
SN4AM2 297 6,20 - 6,80 10,2 118,2 3,08 0,956 1,06 0,38 0,69
ev oCc
σ'vo< 100 kPaCc/(1+eo)EstacaAmostra
Profundidade (m)
σ' vo
(kPa)wo
(%)eo
oe
CcCR
+=
1 o
ovo
e
ee )( −−
Legenda: σ’vo = Tensão efetiva vertical inicial; eo = índice de vazios inicial da amostra; evo = índice de vazios correspondente à tensão efetiva de campo; Cc = índice de compressão; wo = umidade inicial.
A partir das análises das curvas de índice de vazios (eo) versus tensão efetiva
(σ’v), fornecidas pelos ensaios de adensamento edométrico de projeto, foi possível
obter os valores de OCR das amostras estudadas (Tabela 23). Observa-se que as
argilas ensaiadas apresentam valores de OCR próximos a 1,0, ou seja, tratam-se de
argilas normalmente adensadas.
No relatório de projeto do Arco Metropolitano, comentou-se que as amostras
colhidas em campo apresentaram um elevado grau de amolgamento por conta da
extração do corpo de prova, vindo a influenciar os resultados dos índices de vazios e
índices de compressão. Tendo em vista esta informação, e baseando-se nos
resultados dos ensaios de adensamento de projeto, foi realizada a avaliação da
qualidade das amostras.
A avaliação foi realizada, segundo os critérios de Lunne et al. (1997a),
Coutinho et al (2001) e Oliveira (2002), expostos no Capítulo 1. O resultado da
avaliação da qualidade das amostras de projeto está apresentado na Tabela 24. Os
resultados confirmam um elevado grau de amolgamento das amostras.
134
Tabela 23 – Valores de OCR: Ensaios de Adensamento de Projeto do Lote 1
Amostra Estaca Profundidade (m) σ' vo (Kpa)
σ' vm (Kpa) OCR Classificação
do Solo
SP-05 284+15 4,20 - 4,80 14,0 14,0 1,00 NA
SP-05C 285+00 4,20 - 4,80 12,5 13,0 1,04 NA
SP-06 287+00 5,00 - 5,60 9,5 10,0 1,05 NA
SP-06C 286+00 5,00 - 5,60 21,0 21,0 1,00 NA
SN1AM1 259 1,20 - 1,80 10,0 10,0 1,00 NA
SN1AM2 259 2,20 - 2,80 9,0 9,0 1,00 NA
SN2AM1 273 3,20 - 3,80 12,7 12,5 0,98 NA
SN2AM2 273 5,20 - 5,80 9,0 9,2 1,02 NA
SN3AM1 291+16 5,20 - 5,80 3,4 3,5 1,03 NA
SN3AM2 291+16 7,20 - 7,80 10,2 10,5 1,03 NA
SN4AM1 297 3,20 - 3,80 10,7 11,0 1,03 NA
SN4AM2 297 6,20 - 6,80 10,2 10,5 1,03 NA
Tabela 24 - Qualidade das Amostras de Projeto - Lot e 1
SN1AM1 1,20 - 1,80 1 8,33 2,77 0,332 muito ruim muito pobre muito pobre
SN1AM2 2,20 - 2,80 1 2,23 0,50 0,223 muito ruim muito pobre muito pobre
SN2AM1 3,20 - 3,80 1 7,31 2,48 0,340 muito ruim muito pobre muito pobre
SN2AM2 5,20 - 5,80 1 4,91 1,50 0,306 muito ruim muito pobre muito pobre
SN3AM1 5,20 - 5,80 1 3,32 0,85 0,257 muito ruim muito pobre muito pobre
SN3AM2 7,00 - 7,80 1 3,17 0,93 0,292 muito ruim muito pobre muito pobre
SN4AM1 3,20 - 3,80 1 2,66 0,59 0,223 muito ruim muito pobre muito pobre
SN4AM2 6,20 - 6,80 1 3,08 0,64 0,206 muito ruim muito pobre muito pobre
SP-05 4,20 - 4,80 1 3,20 1,05 0,329 muito ruim muito pobre muito pobre
SP-05C 4,20 - 4,80 1 2,26 0,40 0,176 muito ruim muito pobre muito pobre
SP-06 5,00 - 5,60 1 2,42 0,64 0,262 muito ruim muito pobre muito pobre
SP-06C 5,00 - 5,60 1 2,32 0,78 0,335 muito ruim muito pobre muito pobre
AmostraProfundidade
(m)e0 ∆e ∆e/eoOCR
Lunne et al. (1997a)
Coutinho et al. (2001)
Oliveira (2002)
135
4.3.2 Seleção dos Parâmetros Geotécnicos para a Região do Empreendimento
O presente item aborda a seleção dos parâmetros geotécnicos para a região
na qual se inserem as obras do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro.
Serão definidas as faixas de valores dos parâmetros a serem utilizadas tanto
nas análises numéricas quanto nas previsões analíticas, segundo a teoria de
Terzaghi. Nesta fase do trabalho, pretende-se avaliar a importância de uma seleção
criteriosa de parâmetros para que as previsões reproduzam, de fato, o
comportamento real da obra. Em projetos de aterros sobre solos compressíveis, as
incertezas quanto à evolução do processo de adensamento são muitas, implicando
em dúvidas quanto à magnitude das deformações e estabilidade dos aterros.
A definição dos parâmetros geotécnicos dos solos foi subsidiada pelas
informações de campo, de laboratório e por valores de parâmetros anteriormente
definidos por outros pesquisadores para a região do empreendimento.
Vale lembrar que, segundo informações de projeto do Arco Metropolitano, a
adoção dos parâmetros geotécnicos foi baseada nas investigações de campo, nos
ensaios de laboratório e considerando-se, também, a experiência da equipe técnica
envolvida no projeto e a bibliografia disponível sobre a região em estudo. As
investigações geotécnicas da fase de projeto constaram, primeiramente, de
incursões a campo para reconhecimento das litologias aflorantes ao longo do eixo e
adjacências. Com o auxílio do mapeamento geológico da região e do levantamento
topográfico efetuado, balizou-se a programação das investigações de sub superfície
e das áreas potenciais à exploração de materiais de construção. Essas
investigações permitiram a avaliação dos estratos de solos sondados, bem como a
definição dos parâmetros geotécnicos adotados nas análises de projeto efetuadas.
Ressalta-se que para a realização dos ensaios de laboratório foram retiradas
amostras deformadas e indeformadas. Para a coleta de amostras de argilas moles,
foram utilizados amostradores de parede fina tipo “Shelby”.
No presente trabalho, os parâmetros geotécnicos obtidos nos ensaios de
projeto foram confrontados com os parâmetros reportados na literatura, de forma a
estabelecer faixas de valores mais representativas da argila mole da região do Arco
Metropolitano.
136
Os ensaios de caracterização de projeto, executados em amostras extraídas
do local de estudo, indicaram valores de peso específico da argila orgânica (γ) na
faixa de 12 kN/m³ a 14 kN/m³ (Tabela 25) e valor médio de densidade dos grãos (Gs)
de 2,60. No item 1.4 do presente trabalho, foram apresentados os estudos de
Almeida et al. (2005), que indicaram um valor de peso específico (γ) variável entre
12,5 a 14,5 kN/m³. Desta forma, para as análises e simulações numéricas, optou-se
pela adoção de um valor médio de peso específico da argila orgânica igual a 13
kN/m³.
Tabela 25 – Parâmetros de Projeto: Lote 1
PARÂMETROS DE PROJETO
Tipo de Solo γ γ γ γ (kN/m 3) c' (kPa) φφφφ'(°)
Aterro Compactado 18 10 28
Argila Orgânica 12 - 14 0 24
Solo Arenoso (de maior resistência, abaixo da argila orgânica) 18 12 33
A Figura 14 e a Figura 15, inseridas no Item 1.4, apresentaram as faixas de
valores de índice de vazios inicial (eo) e índice de compressão (Cc), obtidas a partir
de dados pesquisados na literatura e de dados de projeto para a região da Baixada
Fluminense. Os valores de índice de vazios inicial (eo) e índice de compressão (Cc)
situaram-se, em sua maioria, nas faixas de 2,5 a 5,0, e 1,5 a 2,5, respectivamente.
Com relação ao parâmetro razão de compressão (CR) das argilas moles, os
valores de CR obtidos na literatura (adaptados de Lima, 2007) situaram-se numa
faixa de 0,24 a 0,48. Valores de projeto do Arco Metropolitano situaram-se, em sua
maioria, numa faixa de 0,20 a 0,30. Valores de CR retroanalisados (Item 3.4.2)
apresentaram-se, em sua maioria, em uma faixa de 0,16 a 0,22. Nas previsões
numéricas e analíticas, foi adotado um valor de CR = 0,22.
Os valores de coeficiente de adensamento (cv) obtidos através do processo
gráfico de Asaoka (item 3.5.2) situaram-se em uma faixa de 1,5 x 10-7 m²/s a 6,6 x
10-6 m²/s. Na literatura, são apresentados valores de cv entre 1,0 x 10-8 e 2,0 x 10-7
137
m²/s (Figura 16) para a região em estudo. As análises pela teoria clássica
consideraram cv = 3,0 x 10-7 m2/s.
Para o coeficiente de permeabilidade, a literatura apresenta uma faixa de
valores entre 4,32 x 10-6 e 5,36 x 10-3 m/dia (Tabela 6, Item 1.4). Cabe ressaltar que
nas análises teóricas, faz-se necessário o valor do coeficiente de adensamento para
a previsão da evolução do recalques ao longo do tempo. O programa PLAXIS, no
entanto, requer a permeabilidade ao invés de cv. Desta forma, as análises numéricas
consideraram um valor de k igual a 3x10-4 m/dia, dentro da faixa da literatura.
Quanto aos parâmetros efetivos de resistência, foi adotado um valor de
ângulo de atrito efetivo (ɸ’) igual a 24º, e intercepto coesivo nulo. Ressalta-se que,
segundo informações de projeto, estes parâmetros de resistência foram definidos
com base em ensaios de cisalhamento direto.
A Tabela 26 reúne a seleção de parâmetros γ, Cc, eo, ɸ’, c’ e k adotados nas
análises com o PLAXIS e com a teoria clássica, considerada representativa da argila
mole para a região em estudo.
Tabela 26 - Parâmetros Geotécnicos Representativos da Argila Mole da Região
γγγγ (kN/m 3) Cc eo cv (m2/s) k (m/dia) CR
13,0 1,0 3,5 3,0x10-7 3,0x10-4 0,22
4.4 Confronto entre as Previsões Analíticas e Numér icas
As análises numéricas foram executadas para duas seções, denominadas S1
e S2, localizadas nos Aterros 3 e 4A, respectivamente. Como comentado
anteriormente, estas seções localizam-se em regiões onde não foram instalados
drenos verticais.
138
4.4.1 Seção S1
Na região desta seção, denominada S1, foi instalada a placa de recalque
PRPD-21. A solução de projeto para esta seção consistiu em aterros reforçados com
bermas para a garantia da estabilidade.
A análise dos boletins de sondagens de projeto e complementares permitiu a
obtenção de um perfil geológico-geotécnico representativo da região, possibilitando
o traçado da estratigrafia do subsolo. A sondagem mais próxima à seção S1 indicou
a presença de uma camada de argila siltosa com espessura de 2,0 m e NSPT igual a
7 golpes, assente sobre uma camada de argila mole de 4,5 m de espessura. O nível
d'água foi detectado na superfície do terreno. A Figura 66 apresenta a geometria
adotada nas análises numéricas.
Ressalta-se que as análises consideraram aterros infinitos. Sendo assim, a
geometria não apresenta os taludes do aterro, desprezando-se o efeito
bidimensional. As condições de contorno consistiram em apoios do 2º gênero na
base da malha para impedimentos dos deslocamentos horizontais e verticais, e
apoios do 1º gênero nas laterais da malha para a restrição dos deslocamentos
horizontais. A Figura 67 apresenta a malha de elementos finitos, composta por 904
elementos triangulares de 15 nós.
Figura 66 – Geometria adotada nas análises numérica s: Seção S1 – PRPD-21
139
Figura 67 – Malha de Elementos Finitos Seção S1 – P RPD-21
O aterro foi subdividido em diferentes camadas, de forma a reproduzir a
sequência construtiva de campo. Os tempos de lançamento e consolidação das
diferentes camadas foram obedecidos fielmente nas análises, e estão indicados na
Tabela 27. A Figura 68 apresenta as diferentes etapas de carregamento introduzidas
nas análises numéricas.
Tabela 27 – Sequência de carregamento: Seção S1
Etapa Altura de Aterro (m) Tempo (dias)
Lançamento da 1ª camada de aterro 1,50 25
Consolidação --- 255
Lançamento da 2ª camada de aterro 2,50 15
Consolidação --- 40
Lançamento da 3ª camada de aterro 4,90 20
Consolidação --- 500
A Figura 69 compara a evolução dos recalques com o tempo prevista
numericamente (PLAXIS) com os valores medidos na placa de recalque PRPD-21 e
os recalques estimados pela teoria clássica. Observa-se, para os parâmetros
adotados, um ajuste satisfatório entre os resultados experimentais e as previsões
numéricas e teóricas. O programa PLAXIS forneceu um valor de recalque final de
0,815 m, levemente inferior ao estimado pela teoria clássica (0,84 m). Este resultado
140
é coerente, tendo em vista que as análises numéricas consideram o efeito da
submersão do aterro, reduzindo o valor da sobrecarga e, consequentemente, os
valores de recalque final quando comparado com a previsão teórica.
(a) Lançamento da 1ª camada de aterro
(b) Lançamento da 2ª camada de aterro
(c) Lançamento da 2ª camada de aterro
Figura 68 – Simulação da sequência de carregamento: Seção S1 – PRPD-21
141
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
Recalque (cm) Cota de Aterro (m)
Tempo (dias)
PRPD 21
Instrumentação
Plaxis
Terzaghi
Figura 69 – Resultado das análises numéricas: Seção S1 – PRPD-21
A partir do método de Asaoka, foi obtido um valor de recalque de 0,83 m
(Tabela 28), indicando que as leituras apresentadas já estão praticamente
estabilizadas. Neste caso, o tempo total para estabilização dos recalques, desde o
início da execução do aterro, seria de 460 dias. Considerando-se que o método de
Asaoka é o que melhor reproduz o comportamento da obra, uma vez que é baseado
nos dados de instrumentação de campo, pode-se dizer que as análises numéricas
subestimaram os recalques em 1,8%. A teoria clássica, por sua vez, forneceu
valores de recalques 1,2% superiores. Estes valores de erro podem ser
considerados desprezíveis, o que mostra a importância da boa seleção de
parâmetros para a obtenção de resultados satisfatórios.
142
Tabela 28 – Recalques totais: Seção S1
Método Recalque final (m) Erro * (%) Tempo de adensamento
(dias)
Asaoka 0,830 --- 460
Teoria Clássica 0,840 + 1,2 600
Análise Numérica 0,815 - 1,8 470
* Erro calculado com base no valor fornecido pelo Método de Asaoka
Com relação ao tempo de estabilização de recalques, nota-se que as análises
numéricas fornecem um tempo de estabilização (igual a 470 dias), inferior ao
estimado pela teoria clássica (600 dias). Cabe ressaltar que a teoria clássica
pressupõe deformações infinitesimais, que não reproduzem a situação real de
campo. O adensamento de pequenas deformações pressupõe que a distância de
drenagem Hd seja constante durante a evolução dos recalques, conduzindo a
tempos de final de adensamento superiores aos reais. Olson e Ladd (1979) afirmam
que os erros cometidos com o uso da teoria clássica podem ser minorados usando-
se um valor médio constante para a distância de drenagem. Os resultados de
campo, em termos de estabilização de recalques, foram semelhantes aos obtidos
numericamente.
Tendo em vista a coerência observada entre os tempos de consolidação reais
e os previstos numericamente, optou-se por discutir os ganhos de resistência obtidos
ao longo das etapas construtivas, uma vez que este é o objetivo da construção por
etapas. As análises numéricas mostraram que, para o lançamento da 1ª camada de
aterro, de 1,50 m, os recalques finais previstos são da ordem de 0,402 m. Os
resultados apresentados na Figura 69 mostram que antes do lançamento da 2ª
camada de aterro, os recalques medidos eram de 0,375 m, o que representa uma
porcentagem de adensamento média de 93%. Este ganho de resistência, decorrente
da dissipação dos excessos de poropressão, pode ser visualizado a partir da
distribuição dos excessos de poropressão previstos numericamente imediatamente
após o lançamento da 1ª camada de aterro, e imediatamente após o início do
lançamento da 2ª camada (Figura 70). Estes resultados comprovam valores de cv de
3x10-7 m2/s para a argila mole da região do Arco Metropolitano.
143
Figura 70 – Dissipação dos excessos de poropressão, antes do lançamento da 2ª
camada de aterro: Seção S1 – PRPD-21
Na Figura 71, apresenta-se a evolução dos excessos de poropressão e das
tensões efetivas com o tempo para um elemento localizado no centro da camada de
solo compressível. É interessante notar que, coerentemente, as tensões efetivas
aumentam com a dissipação dos excessos de poropressão. A estabilização ocorre
470 dias após o início da construção do aterro. Após o lançamento de cada camada
de aterro, o tempo para dissipação das poropressões é de cerca de 200 dias (≈ 7
meses).
144
0
20
40
60
80
100
120
140
0 100 200 300 400 500
Tens
ões
(kP
a)
Tempo (dias)
Excessos de poropressão
Tensão efetiva
Figura 71 – Distribuição dos excessos de poropressã o e das tensões efetivas ao
longo do processo executivo: Seção S1
4.4.2 Seção S2
Na região da seção S2, foi instalada a placa de recalque PRPE-19E. A
solução de projeto para esta seção foi a mesma da seção S1, que consistiu em
aterros reforçados com bermas para a garantia da estabilidade.
A sondagem mais próxima à seção S2 indicou a presença de uma camada
superficial de argila mole de 2 m de espessura, com o nível d'água na superfície do
terreno natural. A Figura 72 apresenta a geometria adotada nas análises numéricas.
As análises consideraram as mesmas condições de contorno comentadas
para a seção S1. A Figura 73 apresenta a malha de elementos finitos, composta por
672 elementos triangulares de 15 nós.
1a camada 2a camada
3a camada
145
Na fase de cálculo, o aterro foi subdividido em diferentes camadas e os
tempos de lançamento e consolidação reproduziram a situação real de campo, como
indica a Tabela 29.
Figura 72 – Geometria Adotada nas Análises Numérica s Seção S2
Figura 73– Malha de Elementos Finitos Seção S2 – PR PE-19E
Tabela 29 – Sequência de carregamento: Seção S2
Etapa Altura de Aterro (m) Tempo (dias)
Lançamento da 1ª camada de aterro 5,50 50
Consolidação --- 15
Lançamento da 2ª camada de aterro 2,00 25
Consolidação --- 500
146
Na Figura 74, a evolução dos recalques com o tempo prevista numericamente
(PLAXIS) é confrontada com os valores medidos na placa de recalque PRPE-19E e
com os recalques estimados pela teoria clássica. Observa-se, novamente, um ajuste
adequado entre os resultados experimentais e as previsões numéricas e teóricas. O
programa PLAXIS forneceu um valor de recalque final da ordem de 0,43 m, igual ao
estimado pela teoria clássica de adensamento. Cabe ressaltar que, nesta seção, os
recalques foram menos expressivos, sendo menor o efeito da submersão do aterro.
Com relação ao tempo de estabilização dos recalques, nota-se que as
análises numéricas fornecem um tempo de estabilização igual a 100 dias,
novamente inferior ao fornecido pela teoria clássica, que mostra uma estabilização
em 120 dias.
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 50 100 150 200
Recalque (cm)
Tempo (dias)
PLAXIS
Instrumentação
Terzaghi
Cota de Aterro (m)
Figura 74 – Resultado das Análises Numéricas: Seção S2
147
A partir do método de Asaoka, foi obtido um valor de recalque de 0,455 m
(Tabela 30), indicando que as leituras apresentadas já estão praticamente
estabilizadas. Neste caso, o tempo total para estabilização dos recalques, desde o
início da execução do aterro, seria de 130 dias. Considerando-se que o método de
Asaoka é o que melhor reproduz o comportamento da obra, uma vez que é baseado
nos dados de instrumentação de campo, pode-se dizer que as análises numéricas e
teóricas subestimaram os recalques em 5,4%.
Tabela 30 – Recalques totais: Seção S2
Método Recalque final (m) Erro * (%) Tempo de adensamento
(dias)
Asaoka 0,455 --- ---
Teoria Clássica 0,430 - 5,4 120
Análise Numérica 0,430 - 5,4 100
* Erro calculado com base no valor fornecido pelo Método de Asaoka
4.4.3 Discussão entre os Parâmetros Adotados no Projeto Executivo e os
Parâmetros Reavaliados
É interessante comentar sobre a qualidade das amostras e a definição dos
parâmetros de projeto. As previsões do comportamento dos aterros, na ocasião do
projeto, consideraram os parâmetros listados na Tabela 31. A partir destes
parâmetros, foram obtidos os valores de recalques e tempos de adensamento
primário listados na Tabela 32. Observa-se uma superestimativa no valor do
recalque final de 12% para ambas as seções. Com relação aos tempos de
consolidação, as previsões de projeto mostraram-se extremamente conservadoras,
com um tempo para final do adensamento primário de 50 meses e 11 meses, para
as seções S1 e S2, respectivamente.
Cabe ressaltar que na região do Arco Metropolitano foram instalados
geodrenos em diversas seções, o que de alguma forma, pode ter contribuído para a
aceleração dos recalques nas seções sem drenos.
148
Tabela 31 - Parâmetros de Compressibilidade da Argi la Mole Definidos no Projeto
γγγγ (kN/m 3) cv (m2/s) CR
13,0 4,0x10-8 0,25
Tabela 32 – Recalques previstos com os parâmetros d e projeto
Seção ρρρρ (m) Tempo para U = 95% (meses)
S1 0,930 55
S2 0,510 11
Em projetos de aterros sobre solos moles, as premissas e previsões de
projeto devem ser constantemente reavaliadas a partir da instrumentação de campo,
pois as incertezas quanto aos parâmetros geotécnicos é sempre uma questão
relevante.
Os resultados mostram a influência dos parâmetros de compressibilidade e
velocidade de dissipação das poropressões em projetos de argila mole. A definição
de parâmetros representativos, com base em ensaios executados em amostras de
boa qualidade, é o primeiro passo para a previsão coerente da evolução dos
recalques com o tempo. No entanto, ressalta-se que projetos de aterros sobre solos
compressíveis sempre representam um desafio geotécnico, tendo em vista as
incertezas e surpresas que podem ocorrer durante a execução dos aterros. Desta
forma, é fundamental o constante monitoramento dos recalques para permitir a
avaliação das premissas de projeto.
22020
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES
5.1 Conclusões
O presente trabalho apresentou a análise do comportamento dos aterros
instrumentados que compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro. Os
resultados da instrumentação de campo foram discutidos e retroanalisados,
juntamente com dados disponíveis na literatura, buscando-se a definição de
parâmetros confiáveis, representativos do comportamento da argila compressível da
região em estudo.
De posse de parâmetros confiáveis, procedeu-se à simulação numérica do
processo construtivo de um dos aterros, a partir do programa PLAXIS, de elementos
finitos. Os resultados numéricos foram confrontados com a instrumentação de
campo (fornecida por placas de recalque) e com os resultados de previsões teóricas
(teoria de adensamento unidimensional).
Em projetos de aterros sobre solos compressíveis, a instrumentação
geotécnica é de grande importância, pois permite acompanhar o desenvolvimento de
todo o processo construtivo, e as deformações decorrentes da sobrecarga imposta
pelo lançamento de camadas de aterro. É possível também, avaliar o fenômeno de
consolidação do solo compressível.
Vale ressaltar a importância de uma rotina contínua de obtenção/ coleta de
dados de instrumentação de campo, com intervalos mais curtos, para a garantia de
um monitoramento mais eficaz e seguro.
Diante do exposto, são listadas as principais conclusões do presente trabalho:
• A modelagem numérica mostrou-se uma ferramenta adequada para a
previsão dos recalques totais e tempos de adensamento;
• A definição de parâmetros representativos, com base em ensaios executados
em amostras de boa qualidade, é o primeiro passo para a previsão coerente
da evolução dos recalques com o tempo;
• O método de Asaoka é válido na previsão dos recalques finais, além de ser
uma ferramenta simples e de fácil utilização. Os valores de coeficiente de
150
consolidação (cv) obtidos por este método também se apresentaram bastante
satisfatórios;
• A teoria clássica de adensamento forneceu valores de recalques finais
próximos aos obtidos nas análises numéricas, o que pode ser atribuído ao
cuidado na seleção dos parâmetros do solo compressível;
• A teoria clássica de adensamento forneceu tempos de adensamento
superiores aos fornecidos pelas análises numéricas, o que pode ser atribuído
ao efeito da submersão dos aterros considerado nas análises numéricas;
• A faixa de valores obtida para o parâmetro razão de compressão (CR) através
de retroanálises dos valores de recalques finais de campo também foi
satisfatória;
• Comparando-se os resultados obtidos com os parâmetros definidos em
projeto, com os parâmetros retroanalisados e definidos com base em uma
pesquisa detalhada das informações da literatura, observou-se que os
parâmetros de projeto superestimaram os recalques finais e os tempos de
adensamento primário;
• Em projetos de aterros sobre solos moles, as premissas e previsões de
projeto devem ser constantemente reavaliadas a partir da instrumentação de
campo, uma vez que as incertezas quanto aos parâmetros geotécnicos é
sempre uma questão relevante.
5.2 Recomendações para Trabalhos Futuros
Como sugestões para pesquisas futuras, recomenda-se a consideração do
efeito bidimensional dos aterros na análise dos recalques e deslocamentos
horizontais, além da incorporação de drenos verticais nas análises numéricas.
22020
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