Obras em Solos Moles Profa. Andrea Sell Dyminski UFPR
Histórico • O homem homem tenta tenta vencer vencer terrenos terrenos difícies, difícies, mais especificamente solos moles, ao longo dos séculos • No Brasil, Brasil, obras obras pione pioneiras iras a desafi desafiarem arem solos moles: início do século XX, Baixada Santista (Estradas de Ferro e de Rodagem): feitas com lançamento de aterro de ponta
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Problemas envolvidos • Do ponto ponto de vista vista técnic técnico: o: – Estabilida Estabilidade de dos aterros aterros logo após a construção: capacidade de suporte do solo – Recalques Recalques de aterros aterros ao longo do tempo: tempo: adensamento (primário e secundário)
Problemas envolvidos • Aterr Aterros os de enco encont ntro ro com com obras de arte(pontes e viadutos): – Estabil Estabilida idade de das funda fundaçõe çõess destas obras – Recalq Recalques ues dife diferen rencia ciais is entre obras e arte – Efeito Efeitoss colat colaterai eraiss no estaqueamento (empuxos de terra e atrito negativo) Fonte: http://ecow.engr.wisc.edu/cgibin/getbig/gle/171/1edil/notes/edil-gle-firstlecture-2005.pdf www.fhwa.dot.gov/.../pubs/03089/chapt3.cfm
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Problemas envolvidos • Do ponto de vista construtivo: – Tráfego dos equipamentos de construção – Amolgamento da superfície do terreno, devido ao lançamento do aterro; – Riscos e ruptura durante a construção Fonte: www.panoramio.com/photo/4259934 Geodelft
Difícil escavação Difícil manutenção de acessos
Fonte: http://www.tensar.co.uk/contents.asp?cont_id=91&con t_type=3&page_type=CT
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Características dos Solos Moles • Importância de se saber a sua origem, para compreendermos: – As propriedades dos solos moles – Suas condições de adensamento
Formação das argilas moles quaternárias • Solos moles: – BAIXA resistência:SPT não superior a 4 golpes (porém, o SPT não é a melhor forma de se estudar a resistência de solos moles em campo!!!!) – Fração argila: solo coesivo e compressível – Argilas moles ou areias argilosas fofas, de deposição recente – Em geral com matéria orgânica: cor escura e cheiro característico
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Exemplos de Boletins de sondagem SPT e CPT
Campus central da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba e situado na bacia de inundação do Rio Belém (Fonte: Brandi e Nascimento, GEOSUL 2004)
Sondagem SPT em solo mole: área do Porto de Navegantes – com escape de gás (decomposição de matéria orgânica)
Fotos: Cortesia In Situ Geotecnia
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Formação das argilas moles quaternárias • Ambientes de deposição: – Fluvial : várzeas dos rios (planícies de inundação) – Origem marinha: planícies costeiras – Lagunas e baías
• Fatores que afetam a deposição ou sedimentação:
– Velocidade das águas – Quantidade e composição da matéria em suspensão na água – Salinidade e floculação das partículas – Presença de matéria orgânica (húmus, detritos vegetais, conchas, etc.)
Solos Moles de Origem Fluvial (ALUVIÕES) • Várzeas de rios • Podem estar intercaladas com camadas de areias finas: HETEROGENEIDADE VERTICAL • Heterogeneidade horizontal também presente devido ao curso irregular (sinuoso)dos rios
Fonte: Massad, 2003
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Solos Moles de Origem MARINHA • Planície litorânea brasileira – presentes praticamente em toda a costa • Formados em dois ciclos de sedimentação, devido a dois episódios de ingressão do mar, no Quaternário: – Pleistoceno: • • • •
há 120.000 anos Nível marinho: +8m ± 2 m Transgressão Cananéia, dando origem à Formação Cananéia Em geral, são fortemente SOBREADENSADAS (devido ao abaixamento do nível do mar, em 130 m, há 15.000 anos)
– Holoceno: • • • •
Há 7.000 anos Nível marinho: + 4m ± 2 m Transgressão Santos: sedimentos holocênicos Solos levemente sobreadensados (com pressão de préadensamento muito pequena!!)
Ciclos do Nível do Mar Há 15.000 anos: grande regressão
Variações dos últimos 7.000 anos Fonte: Massad, 2003
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Estágios de formação dos solos da Planície Litorânea
Fonte: Massad, 2003
Seção Geológica – Litoral de SP
Notar que há formações marinhas e fluviais (recentes)
Fonte: Massad, 2003
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Perfil esquemático: argila holocênica e transicional Argila Holocênica: levemente sobreadensada
Argila transicional: fortemente sobreadensada
Fonte: Massad, 2003
Propriedades geotécnicas • Grande HETEROGENEIDADE: muita dispersão nos valores das propriedades geotécnicas • Observar a diferença dos valores entre as diferentes formações argilosas
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Parâmetros de Projeto • Coesão (em geral, resistência não drenada) deve ser obtida com o solo local usando geralmente: – Em laboratório: ensaio de compressão simples (valor menor) ou ainda triaxial não drenado – Em campo: Vane Test (ensaio de palheta) (valor maior)
• Pode-se dizer que o valor “real”da coesão estaria entre o resultado da CS e do Vane
Ensaio de Compressão Simples e Vane Test
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Parâmetros de Projeto • Sugestão de Bjerrum (1973): c projeto = µ . cVT Onde: –
= 0,6 a 1,0, depenendo do IP do solo
• Mesri (1975), baseado nos estudos de Bjerrum, propôs estimar a coesão através da pressão de pré-adensamento (σa): cprojeto = 0,22 . σa
µ
– cVT = coesão do Vane Test
• Ex: Baixada Santista, com IP médio de 60%, µ = 0,7
cprojeto = 0,15 . σa (Baixada Santista) • Skempton (em Souza Pinto, 2000), coesão de ensaios: c/ σa = 0,11 + 0,37 . IP
Parâmetros de Projeto • Quanto ao coeficiente de adensamento: – Cv (primário) e Cαε (secundário) de laboratório é diferente do Cv de campo (ou real)
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Estabilidade de Aterros após a construção • Análise de estabilidade feita usando métodos de equilíbrio limite, considerando resistência ao cisalhamento igual `a coesão: su = c
Solução de Fellenius • Carga distribuída na superfície de um solo mole, com coesão constante e de grande espessura • Com Carreg. Unif. Distrib. e flexível, a carga que leva à ruptura é: qr = 5,5 . c • Círculo crítico passa pela borda da área carregada
Fonte: Massad, 2003
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Solução de Fellenius • Para carregamento flexível qualquer: Qr = 5,5 . 2b . C • Círculo crítico tem centro AB
Fonte: Massad, 2003
Solução de Fellenius • Observações importantes: – Altura crítica de aterros (Hc): máxima altura de aterro que pode ser lançada sem que haja ruptura do solo mole de fundação Hc = 5,5 .c/ γat onde γat = peso esp. do aterro – Influência da espessura da camada de solo mole (D): se esta espessura for D
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Bermas de equilíbrio • Se a altura de aterro a ser lançado for maior que Hc, pode-se utilizar as bermas de equilíbrio, onde os aterros laterais funcionam como contrapeso. Assim:
Fonte: Massad, 2003
H1 – H2 = (5,5 . c)/(F. γat ) , onde F = coef. de segurança • Determinação de b2: ábacos de Jakobson (1948)
Caso com coesão lin. crescente com a profundidade • Sousa Pinto (1966): – aterros com altura H – projeção d do talude no eixo horizontal – c0 coesão na superfície do terreno Pressão de – Nco fator de carga Ruptura:
Nco
qr = Nco . co
Nco Fonte: Massad, 2003
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Consideração da Resistência do Aterro • A ruptura dos aterros pode acontecer com a formação de trincas (solos coesivos) ou sem elas (solos granulares). • Formas usuais de melhorar a estabilidade dos aterros: bermas ou geossintéticos
Fonte: Massad, 2003
A força de tração no geossintético deve ser pequena, para que as deformações da mesma também o sejam (da ordem de 2 a 3%), evitando-se assim a formação de trincas no aterro.
Fonte: www.maccaferri.com.br
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Recalques • Vão acontecer principalmente devido ao adensamento da argila mole (porém a mesma vai ficando mais rija). • Assim: – Estabilidade do aterro: em geral é um problema na fase de construção – Recalque: problema na fase operacional da obra
• Deve-se determinar: – Recalques finais – Tempo necessário para que uma parte significativa dos mesmos ocorram
• Em geral: utiliza-se a teoria do Adensamento para tal estimativas
Estimativa dos recalques • Cálculo do recalque por adensamento: Onde: Cr=Índice de recompressão, Cc= Índice de Compressão (primário), C αε = Índice de Compressão (secundário)
• Recalque imediato (Teoria da Elasticidade): σ0
= pressão unif. distr. na superfície
B = Largura da área carregada
Solo confinado – result. de ensaios de adensamento - OK
Considerar efeitos 2D
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Estimativa da Velocidade de Desenvolvimento dos Recalques • Teoria do Adensamento de Terzaghi • Fator tempo (T) relacionado com a taxa de adensamento (U) • T = Cv . t / Hd2 • Forma aproximada: T = (π /4) . U para U<60% T=-0,933 . log(1-U) - 0,085 para U>60%
UxT
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Observações • Em alguns casos, deve-se considerar o tempo de construção (carregamento gradual imposto ao solo) • No caso de se utilizarem drenos verticais (para aceleração de recalques), o fluxo será radial
Processos Construtivos • Construção de aterros em solos moles: – Lançar aterros em ponta sobre o terreno natural: conviver com problemas de estabilidade (fase construtiva) e recalques (fase operacional) – Remover o solo mole: total ou parcialmente – Lançar os aterros e ponta após tratamento do solo mole (melhoramento do solo)
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Lançamento de aterros em ponta • Lança-se o lastro inicial (de preferência de areia – material drenante) • Pode-se colocar uma manta geotêxtil (sobre o lastro inicial), ao longo do eixo do aterro, melhorando a resistência, tendo função drenante e evitando contaminação entre diferentes camadas de solos
Remoção de Solos Moles • Possível para pequenas espessuras: 4 a 5 m (máx. 7m) • Pode ser feita por: – Dragas – Meio de explosivos : liquefazem o solo mole Fonte: http://www.ce2.ufjf.br
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Tratamento do Solo Mole • Melhoramento de suas propriedades geotécnicas: resistência e deformabilidade • Algumas técnicas empregadas: – Construção por etapas – Aplicação de sobrecargas temporárias – Instalação de drenos verticais – Execução de colunas de pedra (colunas de brita) – Estacas de distribuição
Fonte: http://www.revistatechne.com.br/engenhariacivil/145/fundacoes-metodo-recem-chegado-aobrasil-estabiliza-solos-criando-colunas-1316871.asp
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Construção por etapas • Há um enrijecimento gradual do solo • OBS: Necessita-se de um prazo maior para a construção do aterro
Fonte: Massad, 2003
Aplicação de sobrecargas temporárias • • • •
Realizar uma pré-compressão do solo Antecipação dos recalques com ganho de resistência Pode ser feita com uma camada adicional OBS: Cuidado para não ultrapassar a altura crítica de aterros!
Fonte: http://www.ce2.ufjf.br/T07CE2_EXEC_ATERRO.htm
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Período com sobrecarga Retirada da sobrecarga Aqui, atinge-se o recalque final (do aterro permanente) usando-se a sobrecarga
Fonte: Massad, 2003
Aplicação de sobrecargas temporárias • Aplicação de vácuo sob membrana impermeável, ou em poços abertos • Gera diminuição de poro-pressão e consequente aumento de pressão efetiva, adensando a camada de solo
Fonte: http://www.dgimenard.com/vacuum%20308281.html
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Instalação de drenos verticais Aceleração dos recalques Dimensionamento: escolha do diâmetro dos drenos (d w) e seu espaçamento (de) Em geral: drenos de areia com 20 a 60 cm de diâmetro e espaçamento de 2 a 6 m Colchão drenante
Drenos verticais
Fonte: http://www.ce2.ufjf.br/T07CE2_EXEC_ATERRO.htm
Dreno Vertical (geodreno – fita)
Fonte: http://www.emabrt.hu/tev _geo_a.html
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Drenos verticais - Geodrenos
Fonte: http://www.geomembranes.com/index_r esources.cfm?copyID=91&ID=geo&type =case
Colunas de pedra • Funções: – Transferir a carga dos aterros para maiores profundidades – Dreno vertical: porém, se não tiver revestimento, após algum tempo há colmatação. Também pode haver “bulking”
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Vibrosubstituição – Colunas de brita
Fonte: http://www.revistatechne.com.br/engenhariacivil/145/fundacoes-metodo-recem-chegado-aobrasil-estabiliza-solos-criando-colunas-1316871.asp
Equipamento – Vibro-substituição
Fonte: http://www.revistatechne.com.br/engenhariacivil/145/fundacoes-metodo-recem-chegado-aobrasil-estabiliza-solos-criando-colunas-1316871.asp
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Estacas de distribuição • Transferir a carga para camadas mais profundas do terreno (e com maior resistência) • Em geral, envolvem muitas estacas e, com isso, seu custo é elevado
Bibliografia básica • Massad, F., 2003 “Obras de Terra: curso básico de geotecnia”Ed. Oficina de Textos, São Paulo. • Outras fontes: citadas nos slides
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