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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, pmelo@civil.ist.utl.pt
CONSULGEO, Lisboa, Portugal, consulgeo@mail.telepac.pt
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
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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
M13 M14
M15 M16M17 M18
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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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
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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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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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Data
Cota do aterro
Observao
M1/M2
M3/M4
Modelo numrico
Figura 7 - Assentamentos do Aterro 1
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Data
Cota do aterro
M9/M10M7/M8
M5/M6
ObservaoModelo numrico
Figura 8 - Assentamentos do Aterro 2
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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Data
Cota do aterro
Observao
M15/M16
M17/M18Modelo numrico
Figura 10 - Assentamentos do Aterro 4
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.