Aterros sobre solos moles - Vila Franca Xira (Portugal)

8/14/2019 Aterros sobre solos moles - Vila Franca Xira (Portugal)

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ATERROS EXPERIMENTAIS SOBRE FUNDAES LODOSASNA ZONA DE MARINHAS DO MULATO, VILA FRANCA DE XIRA

EXPERIMENTAL EMBANKMENTS ON SOFT SOILS

IN THE AREA OF MARINHAS DO MULATO, VILA FRANCA DE XIRA

Guedes de Melo, Pedro,Instituto Superior Tcnico, Lisboa, Portugal, [email protected]

CONSULGEO, Lisboa, Portugal, [email protected]

RESUMO

Na zona de Marinhas do Mulato, em Vila Franca de Xira, foi recentemente levado a cabo um

estudo geotcnico, visando a construo de um conjunto de aterros, no qual teve particular

incidncia na caracterizao de uma formao lodosa ocorrente na fundao desses aterros.Inseridos neste estudo foram executados quatro aterros experimentais na fundao dos quais foram

instaladas malhas de geodrenos com diferentes espaamentos para avaliar da eficincia deste tipo

de soluo na acelerao do processo de consolidao. O comportamento destes aterros foi

acompanhado durante cerca de 18 meses. Apresentam-se, neste trabalho, os principais aspectos do

estudo elaborado para a caracterizao da formao lodosa, fornecendo-se os valores obtidos para

os principais parmetros que controlam o comportamento destes materiais.

ABSTRACT

In the area of Marinhas do Mulato, Vila Franca de Xira, it was recently executed a geotechnical

study for the construction of a series of embankments, specially focused on the characterization

of the muddy materials occurring in the embankments foundations. This study included the

execution of four experimental embankments in that area and in their foundation it was installed

different grids of geodrains for evaluating the efficiency of this type of solution in the acceleration

of the consolidation process. The behavior of these embankments was monitored during 18 months.

It is presented in this paper the main aspects of the study and the set of values for the main

geotechnical parameters that control the behavior of the muddy materials.

1. INTRODUO

Na zona de Marinhas do Mulato, em Vila Franca de Xira, foi recentemente levado a cabo umestudo bastante completo de caracterizao da fundao lodosa de um conjunto de aterros que se

pretende construir no local. Este estudo envolveu um vasto programa de prospeco, o qual incluiu

um significativo nmero de ensaios in situ e em laboratrio.

Inserido no estudo, foram executados quatro aterros experimentais (ver Figura 1) com o objectivo

de analisar a evoluo do processo de consolidao da sua fundao lodosa. Sob os quatro aterros

esses materiais lodosos apresentam espessura varivel e para o estudo foram instaladas malhas de

geodrenos com diferentes espaamentos para avaliar da eficincia deste tipo de soluo na

acelerao do processo de consolidao. Sob um desses aterros no foi instalada qualquer malha

de geodrenos. O comportamento dos aterros foi monitorizado com 18 marcas de medio de

assentamentos, instaladas prximo da superfcie do terreno, e com 14 clulas de medio da

tar ao men principal
http://../Congresso.pdf


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Sondagem

Marca de assentamento

Clula de presso intersticialRIO TEJO

Aterro 1

Aterro 2

Aterro 3

Aterro 4

M1 M2M3 M4

M5 M6

M7 M8

M9 M10

M11M12

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C7a/C7b

C8a/C8b

C5a/C5b

C6a/C6b

C4

C3

C1a/C1b

C2a/C2b

0 50m 100m 150m

Escala

Figura 1 - Planta geral da zona com localizao dos aterros experimentais.

presso da gua intersticial instaladas na fundao lodosa. Estes equipamentos esto ainda em

operao, dispondo-se, no momento, de dados relativos a cerca de 18 meses.

Com este trabalho pretende-se apresentar os principais resultados do estudo elaborado uma vez que

envolveu um conjunto de meios de caracterizao invulgares, em particular se se atender a que eles

foram executados no mbito de um trabalho prtico de Engenharia Geotcnica e no no mbito deum programa de investigao. Procura-se, deste modo, apresentar um conjunto significativo de

dados geotcnicos de caracterizao dos materiais lodosos validados atravs da observao do

comportamento de aterros experimentais, situao pouco habitual.

Neste trabalho comea-se por apresentar as caractersticas geolgicas locais e os resultados dos

ensaios de caracterizao da formao lodosa. Seguidamente so apresentados os aspectos mais

relevantes dos aterros aterros experimentais executados, incluindo-se uma descrio do sistema de

monitorizao instalado. Finalmente so apresentados os resultados da monitorizao do processo

de consolidao da fundao lodosa (por limitao de espao apenas sero apresentados os

resultados das marcas de assentamento), definindo-se os valores dos principais parmetros de

clculo que efectivamente condicionaram o comportamento da fundao lodosa.

2. PERFIL GEOLGICO DO LOCAL

As condies geolgico-geotcnicas locais foram avaliadas em duas campanhas de prospeco

realizadas em 1997 e em 2002 pela empresa Teixeira Duarte, S.A [1] e [2]. As sondagens

realizadas (ver Figura 1) permitiram identificar os complexos que seguidamente se referem.

Formaes actuais a recentes

C1A - Depsitos de aterro arenosos, areno-argilosos e argilosos (SPT mdio entre 10 e 20 golpes).

C1B - Depsitos aluvionares constitudos por lodos muito moles (SPT quase sempre nulo).

C1C -Depsitos aluvionares constitudos por areias de granulometria varivel, lodosas, areo e


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ndicedeplasticidade(%)

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Limite de liquidez (%)

Figura 2 - Carta de plasticidades

seixos dispersos (SPT entre 10 e 30 golpes).

Formao quaternria

C2 - Formao heterognea constituda por areias, por vezes argilosas, areo e seixos dispersos,

medianamente compactas a muito compactas (SPT mdio entre 30 golpes e a nega).

Formao miocnicaC3 - Formao heterognea constituda por arenitos de granulometria varivel, margosos a

calcrios e argilosos (SPT correspondendo nega").

3. CARACTERIZAO GEOTCNICA DA FORMAO LODOSA

Para a caracterizao da formao lodosa foram realizados vrios ensaios in situ e em laboratrio.

Estes resultados so apresentados no estudo elaborado por Consulgeo [3]. Dada a proximidade e

semelhana das caractersticas dos materiais detectados nesta zona e na zona do Forte da Casa

(situada na proximidade e para a qual j foi realizado um estudo de caracterizao geotcnica

semelhante), no presente trabalho os respectivos resultados foram considerados conjuntamente.

3.1 Granulometria

A anlise granulomtrica mostrou tratar-se de materiais finos, com percentagens passadas no

peneiro n200 ASTM em regra superiores a 80% e com percentagens de argila da ordem de 40%.

A maioria das amostras ensaiadas (total de 23) contm uma percentagem de areia inferior a 5%.

Cinco das amostras mostraram conter uma percentagem de areia superior, varivel entre 20 e 40%.

3.2 Plasticidade

Trata-se de materiais de alta plasticidade (ver Carta de plasticidades na Figura 2), com valores do

limite de liquidez da ordem de 60 a 70% e valores do ndice de plasticidade da ordem de 30 e 40%.

3.3 Compressibilidade

Das curvas de compressibilidade obtidas nos ensaios edomtricos (ver Figura 3) obteve-se, para


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ndice

de

vazios

1 10 100 1000 10000

Tenso efectiva (kPa)

Figura 3 - Curvas de compresso dos lodos

1E-05

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1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

Velocidadedeconsolidao

(mm/min)

0.1 1 10 100 1000

Tempo (min)

Figura 4 - Curvas de consolidao dos lodos para o patamar de carga 50kPa-80kPa

a curva mdia de compresso virgem um ndice de compressibilidade Cc de 0.75 e um valor de e0(ndice de vazios para uma tenso vertical efectiva unitria) de 2.9. Estes materiais lodosos foram

considerados no estudo como normalmente consolidados.

3.4 Consolidao primria

O coeficiente de consolidao primria vertical , cv, foi determinado para os resultados obtidos nos

patamares de carga 50kPa-80kPa e 160kPa-310kPa. Na interpretao dos resultados foi utilizado

o mtodo de Parkin [4]. Este autor mostrou que o diagrama de variao da velocidade de

consolidao no tempo, quando representado em escala bilogartmica, apresenta um declive de -0.5para valores do grau de consolidao inferiores a 50% (isto , para valores de Tv inferiores a

0.1967), aumentando em seguida sistematicamente. O ajuste da curva terica aos valores

experimentais permite identificar o ponto de alterao do declive (ao qual corresponde o grau de

consolidao de 50%) e estimar o valor de cv a partir de cv=0.1967d2/t50, sendo d o comprimento

inicial de drenagem e t50 o tempo correspondente a 50% de consolidao primria. A curva obtida

para o primeiro dos referidos patamares de carga apresentada na Figura 4. Como se pode observar

existe uma reduzida disperso de resultados, a qual, em parte, pode ser explicada pelo facto de a


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Cota(m)

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cu (kPa)

Valores de pico

Valores residuais

Figura 5 - Resultados dos ensaios de corte rotativo

altura dos provetes ensaiados ser um pouco varivel. Da interpretao dos resultados obtiveram-se

valores de cv de 3.9x10-4cm2 /s e 3.5x10-4cm2 /s, respectivamente, para o primeiro e segundo

patamares de carga, tendo-se definido como valor representativo 4x10-4cm2/s.

3.5 Resistncia ao corte

A resistncia ao corte no drenada foi avaliada in situ atravs de ensaios de corte rotativo. Destes

ensaios obtiveram-se os valores da coeso no drenada, cu, de pico e residuais apresentados na

Figura 5, na qual notria a tendncia para o aumento dos valores de pico com a reduo da cota.

Para a caracterizao da resistncia ao corte foram ainda realizados ensaios de compresso triaxial

do tipo consolidados no drenados, com medio de presses intersticiais. Os resultados obtidos

so apresentados na Figura 6 (onde s=( 1+

3)/2, t=(

1-

3)/2). Dessa figura pode concluir-se que

os dois conjuntos de valores obtidos se ajustam razoavelmente segundo alinhamentos rectos, aos

quais esto associados CU=15 e cCU=0 (tenses totais) e =29 e c=0 (tenses efectivas). Foi

ainda determinado para estes materiais um peso volmico saturado de 16,1kN/m3.

4. ATERROS EXPERIMENTAIS

O estudo de caracterizao da fundao lodosa dos aterros incluiu a construo de quatro aterros

experimentais (ver Figura 1). Trata-se de aterros com cerca de 2.5m de altura, na fundao de trs

dos quais foram instaladas malhas de geodrenos, sempre com distribuio triangular em planta mas

com diferentes espaamentos (ver Quadro 1). Todos os aterros so constitudos por uma camada

inicial de regularizao de material de aterro compactado com cerca de 0.3m de altura, sobre a qual

foi colocada uma camada de areia com 0.5m de altura, sobre a qual por sua vez foi colocada uma

camada de material de aterro compactado com cerca de 1.7m de altura. Nos vrios aterros, osgeodrenos foram sempre instalados aps a colocao da camada de areia. Para acompanhar a

evoluo do processo de consolidao da fundao foram instaladas 18 marcas para medio de

assentamentos e 14 clulas de medio da presso intersticial (ver Figura 1). De referir que as

marcas de assentamento foram instaladas aps a colocao das camadas de aterro de regularizao

e de areia, pelo que os resultados no incluem o incio do processo de consolidao.


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t(kPa)

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s, s' (kPa)

Tenses totais

Tenses efectivas

Figura 6 - Resultados dos ensaios triaxiais do tipo CU

5. ANLISE DOS RESULTADOS DOS ATERROS EXPERIMENTAIS

5.1 Aspectos gerais da anlise

A evoluo do comportamento das marcas de assentamento e das clulas de medio da presso

intersticial tem vindo a ser acompanhada, dispondo-se j de um conjunto muito significativo de

resultados de observao cobrindo cerca de 18meses de observaes.

Para a anlise dos resultados obtidos procurou-se modelar numericamente o comportamento da

fundao lodosa para que fosse possvel associar ao comportamento observado nas 18 marcas e 14

clulas um nico conjunto de valores de parmetros geotcnicos. Foi, assim, desenvolvida uma

soluo baseada no mtodo das diferenas finitas, a qual foi programada numa folha de clculo porforma a permitir obter, para cada equipamento, um rpido ajuste entre modelo numrico e dados

de observao. Essa soluo, detalhadamente descrita em [5], permite, simultaneamente: reproduzir o comportamento de marcas de assentamentos e de clulas de presso intersticial; fazer intervir os parmetros clssicos que controlam o processo de consolidao; ter em conta o efeito conjugado da drenagem vertical e da drenagem radial na consolidao,

no sentido de reproduzir a presena de fronteiras permeveis no topo e/ou base da camada

lodosa e ainda a eventual existncia de geodrenos verticais; variar o carregamento ao longo do tempo, por forma a ter em conta, em qualquer instante do

processo de consolidao, um aumento da cota do aterro; variar as condies de drenagem no tempo, como por exemplo, a associada instalao de

geodrenos aps a construo, mesmo que faseada, dos aterros;

Quadro 1 - Caractersticas gerais dos aterros e equipamentos de observao

Aterroespaamento

geodrenos (m)

cota superf.

terreno (m)

cota topo

lodos (m)

cota base

lodos (m)

marcas de

assentamento

clulas de presso

intersticial

1 1.7 3.0 0.0 -8.5 M1 a M4 C1 e C2

2 s/geod. 3.0 0.0 -5.0 M5 a M10 C3 e C4

3 1.4 2.6 0.0 -9.5 M11 a M14 C5 e C6

4 2.0 2.7 0.0 -12.5 M15 a M18 C7 e C8


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variar os coeficientes de consolidao horizontal e vertical dos lodos ao longo do tempo.

5.2 Curvas de resultados

Por limitao de espao, no trabalho que agora se apresenta apenas ser abordados o

comportamento das marcas de assentamento. Os resultados obtidos nas clulas de medio da

presso intersticial podem ser encontrados em [5].

Os resultados do estudo realizado para as marcas de assentamento de cada um dos quatro aterros

so apresentados nas Figuras 7 a 10. Nestas figuras so apresentadas trs curvas de valores: uma

relativa aos resultados da observao, outra relativa aplicao da soluo numrica e a terceira

correspondente evoluo da cota do aterro no tempo.

Curva de resultados de observao: Esta curva corresponde s leituras efectuadas em cada marca.

De referir que os primeiros registos disponveis correspondem a uma fase na qual o processo de

consolidao dos lodos estava j em curso. Assim, o assentamento real associado primeira leiturateve que ser obtido da explorao do modelo numrico para o perodo anterior a essa leitura.

Curva da aplicao da soluo numrica: Na aplicao da soluo numrica desenvolvida foram

considerados os valores dos parmetros de clculo obtidos dos ensaios laboratoriais para a

formao lodosa: Cc=0.75, e=2.9+0.75log v, cv=4x10-4cm2/s e

sat=16,1kN/m3. Relativamente ao

coeficiente de consolidao radial, cvr, o valor considerado, uma vez que este no foi objecto de

qualquer determinao experimental, resultou j da compatibilizao dos comportamentos das

curvas de dados de observao e resultados numricos. O valor obtido foi de cvr=4x10-4cm2/s, isto

, igual ao coeficiente de consolidao vertical. Por ltimo, admitiu-se para os materiais de aterro

um peso volmico de 19kN/m3 e considerou-se que o nvel fretico na zona se situava cota +1,0m

(este valor confirmado pelos resultados obtidos nas clulas de presso intersticial instaladas).

Curva de evoluo da cota do aterro no tempo: A curva de evoluo no tempo da cota do aterro

apresentada para permitir a anlise da evoluo do comportamento das marcas no tempo.

Juntamente com o conjunto de valores dos parmetros de clculo definidos para a formao lodosa

e a geometria da obra, a evoluo no tempo da cota do aterro constitui um dos dados principais a

introduzir no modelo numrico desenvolvido para a obteno do comportamento final da marca.

5.3 Aplicao da soluo numrica

5.3.1 Resultados do Aterro 1

Na fundao deste aterro foi instalada uma malha triangular de geodrenos espaados de 1.7m,

atravessando os 8.5m de espessura de lodos. O comportamento registado nas 4 marcas instaladas

neste aterro , como se pode ver na Figura 7, diferenciado. A aplicao do modelo numrico base

(modelo considerando os valores dos parmetros definidos na prospeco geotcnica) conduziu

curva de assentamentos que reproduz, de forma muito prxima, o comportamento das marcas M3

e M4. Admite-se que o comportamento distinto das marcas M1 e M2 deve estar associado a uma

eventual sobreconsolidao dos lodos neste local, tanto mais que este aterro se situa na

proximidade de zona anteriormente ocupada por construes. A curva do modelo numrico que se

apresenta para reproduzir o comportamento destas marcas M1 e M2 foi obtida admitindo como

nica alterao ao modelo base que a cota inicial do terreno se situava a 3.8m em vez de 3.0m,

considerando-se, deste modo, de forma indirecta, a eventual sobreconsolidao dos lodos.


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Cota do aterro

Observao

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M3/M4

Modelo numrico

Figura 7 - Assentamentos do Aterro 1

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Cotadoaterro(m

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Data

Cota do aterro

M9/M10M7/M8

M5/M6

ObservaoModelo numrico


5.3.2 Resultados do Aterro 2

Na fundao deste aterro no foi instalada qualquer malha de geodrenos nos 5m de espessura de

lodos. A drenagem, neste caso, apenas possvel pelo topo e base da formao lodosa. Tal como

no Aterro 1, tambm neste caso as marcas mostraram comportamento distinto (ver Figura 8). Neste

caso, no entanto, as diferenas parece estarem associadas a diferentes velocidades do processo de

consolidao. Fazendo-se variar no modelo numrico base apenas o valor coeficiente de

consolidao vertical obteve-se, para valores desse parmetro de 8x10-4cm2/s e de 16x10-4cm2/s,

as curvas que se apresentam na Figura 8 sobrepostas aos dados de observao, respectivamente,

das marcas M7 e M8 e das marcas M5 e M6. Nessa figura, a curva superior corresponde aplicao do modelo base (cv=4x10-4cm2/s). Como se verifica, o ajuste conseguido entre modelo

numrico e resultados de observao bastante bom, sendo que foi o modelo base que conduziu

s menores velocidades de consolidao. Admite-se que na zona do aterro onde a velocidades de

consolidao dos lodos parecem ser mais elevadas possam ocorrer, no seio da camada lodosa,

nveis de material mais permevel, os quais, reduzindo o caminho de percolao, aceleram o

processo de consolidao. O efeito da eventual presena destes nveis permeveis faz-se notar com

maior evidncia no comportamento deste aterro face aos restantes, uma vez que nestes ltimos o


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Assentamento(cm

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Data

Cota do aterro

Observao

M15/M16

M17/M18Modelo numrico


fundao lodosa. De entre estes valores merece particular destaque aquele associado ao coeficiente

de consolidao radial, que no tinha sido objecto de qualquer determinao experimental e que

foi identificado com este estudo com sendo igual ao coeficiente de consolidao radial. Os

restantes valores so idnticos aos estimados com base no programa de ensaios realizado.

7.AGRADECIMENTOS

O autor agradece empresa Teixeira Duarte, S.A. a possibilidade de levar a cabo, no mbito de um

trabalho prtico de Engenharia Geotcnica, um estudo to completo como aquele apresentado eainda a autorizao concedida para a divulgao dos seus resultados.78

8.REFERNCIAS

[1] Teixeira Duarte, S.A. (1997). TD VIA - Plano de pormenor entre Santa Iria da Azoia e Alverca.

Estudo Prvio. Reconhecimento Geotcnico.

[2] Teixeira Duarte, S.A. (2002). TD VIA - Loteamento das Marinhas do Mulato, Vila Franca de

Xira. Reconhecimento Geotcnico.

[3]Consulgeo (2003). TD VIA - Loteamento em Marinhas do Mulato, Vila Franca de Xira.

Estudo Geotcnico.

[4] Parkin, A. (1978). Coefficient of consolidation by the velocity method. Gotechnique, Vol. 28,No.4, pp.472-474.

[5]Guedes de Melo, P. (2005). Avaliao numrica do desenvolvimento do processo de

consolidao de solos moles associado utilizao de geodrenos. 2as Jornadas Luso-Espanholas

de Geotecnia, LNEC.

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