UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
BRUNO BARBIERI DALEFFE
LUCAS FERNANDES LUIZ
VITOR MITTELSTAEDT ALFARO
A TÉCNICA CPR GROUTING PARA ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS MOLES
– ESTUDO DE CASO
CURITIBA
2017
BRUNO BARBIERI DALEFFE
LUCAS FERNANDES LUIZ
VITOR MITTELSTAEDT ALFARO
A TÉCNICA CPR GROUTING PARA ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS MOLES
– ESTUDO DE CASO
Trabalho Final de Curso apresentado como requisito para a conclusão do curso de habilitação em Engenharia Civil, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientador: Sidnei Teixeira
CURITIBA 2017
AGRADECIMENTOS
Primeiramente à Deus qυе permitiu a realização de tudo isso, ао longo dе nossas
vidas, nãо somente nestes anos de vida universitária, mаs nos abençoando еm todos
оs momentos.
À Universidade Federal do Paraná, sеυ corpo docente, direção е administração qυе
nos permitiram alcançar horizontes superiores, contagiados pеlа confiança nо mérito
е ética aqui presentes.
Ao estimado Professor Doutor Sidnei Helder Cardoso Teixeira, por dedicar seu tempo
para orientar nosso TCC, sempre com seu interesse total e duradouro, e
principalmente por participar ativamente dessa fase final de nossas vidas acadêmicas.
À toda a equipe do consórcio Ivaí-Setep, em especial ao Engenheiro Rodrigo de
Castro Lutz, por sua colaboração e esforço para nos ajudar nesse trabalho.
À toda equipe da ENGEGRAUT por sua prontidão, disponibilidade e receptividade
para nos ajudar em quaisquer méritos.
Aos preciosos amigos e familiares que de alguma forma contribuíram para a
realização deste trabalho.
A todos qυе direta оυ indiretamente fizeram parte de nossa formação, о nosso muito
obrigado.
RESUMO
O avanço da engenharia civil nem sempre é dado pela resolução de novos problemas encontrados no dia a dia da profissão. Muitas vezes, a utilização de novas técnicas buscando uma solução diferente para um problema já conhecido representa um marco no desenvolvimento tecnológico dessa indústria, beneficiando a comunidade em que atuamos como engenheiros. Este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo de caso e análise da viabilidade da utilização da técnica Consolidação Profunda Radial (CPR) para tratamento de solos moles da obra na rodovia BR-470/SC lote 2. Apresenta os estudos geotécnicos realizados para definição da técnica de tratamento a ser escolhida, bem como a explicação do método executivo, instrumentação utilizada e síntese dos resultados atingidos, concluindo sobre a efetividade do processo. A oportunidade de estudo e aprendizado de uma técnica não convencional, patenteada por uma empresa brasileira foi a principal motivação da equipe para dar início à realização do projeto.
Palavras-chave: Tratamentos de solos moles. Consolidação profunda radial. BR-470/SC.
ABSTRACT
The advance of civil engineering is not always related to solving new problems faced daily in our profession. Often, choosing to use new techniques to resolve well known issues, represents a big step towards technological progress, benefiting the society where we act as engineers. The main goal of this document is to present a case and analyze the viability of the technique known as Deep Radial Consolidation (CPR) as a method of soil treatment located on BR-470/SC. The study exhibits the geotechnical studies performed to justify the choice of this treatment technique. In addition, displays the explanation of the executive method as well as the instrumentation used and the synthesis of the results achieved, concluding about the project’s effectiveness.The opportunity of the study and learning about a non-conventional technique patented by a Brazilian company was the group’s primary motivation to commencing this project’s execution.
Keywords: Soft soil treatment. Deep radial consolidation. BR-470/SC.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – LIMITES GRANULOMÉTRICOS ..................................................................... 13
FIGURA 2 – MODELO DE CURVA GRANULOMÉTRICA ................................................... 14
FIGURA 3 – ANALOGIA HIDROMECÂNICA DE TERZAGHI .............................................. 16
FIGURA 4 – MODELO DE ENSAIO DE COMPRESSÃO .................................................... 17
FIGURA 5 – GRÁFICO DE ÍNDICE DE VAZIOS X TENSÃO VERTICAL ............................ 18
FIGURA 6 – DIFERENCIAÇÃO ENTRE SOLO NORMALMENTE CONSOLIDADO E SOLO
SOBRECONSOLIDADO ..................................................................................................... 19
FIGURA 7 – DIFERENCIAÇÃO DE RECALQUE PRIMÁRIO E RECALQUE SECUNDÁRIO
........................................................................................................................................... 20
FIGURA 8 – ALTURAS DE DRENAGEM ............................................................................. 22
FIGURA 9 – CARREGAMENTO UNIFORMEMENTE DISTRIBUÍDO .................................. 23
FIGURA 10 – CARREGAMENTO DISTRIBUÍDO QUALQUER ........................................... 24
FIGURA 11 – BERMAS DE EQUILÍBRIO ............................................................................ 24
FIGURA 12 – GRÁFICOS DE SOBRECARGA TEMPORÁRIA ............................................ 26
FIGURA 13 – GRÁFICOS DE SOBRECARGA TEMPORÁRIA ............................................ 27
FIGURA 14 – MODELOS DE ATERROS REFORÇADOS COM GEOSSINTÉTICOS ......... 28
FIGURA 15 – GEODENOS CRAVADOS PREVIAMENTE À APLICAÇÃO DO GROUTE
GEOSSINTÉTICOS ............................................................................................................ 29
FIGURA 16 – MODELO DE PLANTA E CORTE PARA ORESULTADO FINAL DE UMA
EXECUÇÃO DO CPR ......................................................................................................... 30
FIGURA 17 – MEDIDOR DE NÍVEL D’ÁGUA ...................................................................... 32
FIGURA 18 – CÉLULAS DE PRESSÃO .............................................................................. 33
FIGURA 19 – LOTES DA DUPLICAÇÃO DA BR-470/SC .................................................... 34
FIGURA 20 – LOCAÇÃO DA REGIÃO DE SOLOS MOLES EM GASPAR/SC .................... 35
FIGURA 21 – PROJETO GEOMÉTRICO NA INTERSECÇÃO 36 + 320m .......................... 36
FIGURA 22 – ESBOÇO GEOLÓGICO DO ESTADO DE SANTA CATARINA ..................... 37
FIGURA 23 – MAPA TOPOGRÁFICO LESTE CATARINESNE ........................................... 38
FIGURA 24 – CURVA DE COMPRESSIBILIDADE - SOLO DE TURFA .............................. 39
FIGURA 25 – CURVA DE COMPRESSIBILIDADE - SOLO SEDIMENTAR ARGILOSO ..... 39
FIGURA 26 – FLUXOGRAMA DAS SOLUÇÕES TÍPICAS EM CONSTRUÇÕES DE
ATERROS SOBRE SOLOS MOLES....................................... Erro! Indicador não definido.
FIGURA 27 – SEÇÃO TÍPICA – KM 36+280 ....................................................................... 47
FIGURA 28 – GRÁFICO DE 𝑎𝑐 por β .................................................................................. 49
FIGURA 29 – GRÁFICO DE β x ESPAÇAMANETO DA MALHA ........................................ 49
FIGURA 30 – PROCESSO DE PERFURAÇÃO PAR AINSTALAÇÃO DE GEODRENOS ... 50
FIGURA 31 – TERRENOS APÓS INSTALAÇÃO DOS GEODRENOS ................................ 51
FIGURA 32 – CORTE PARA VISUALIZAÇÃO DOS GEODRENOS .................................... 52
FIGURA 33 – EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO PARA INSTALAÇÃO DAS COLUNAS
DE GEOGROUT ................................................................................................................. 53
FIGURA 34 – POSICIONAMENTO DOS GEODRENOS E COLUNAS DE GEOGROUT EM
PLANTA .............................................................................................................................. 53
FIGURA 35 – VISUALIZAÇÃO DAS MALHAS TRIANGULARES ........................................ 54
FIGURA 36 – TERRENO APÓS INSTALAÇÃO DE GEODRENOS E COLUNAS DE
GEOGROUT ....................................................................................................................... 54
FIGURA 37 – ESQUEMA FINAL DA REGIÃO TRABALHADA COM CPR, INCLUINDO
DESENHO DA TERRA ARMADA ....................................................................................... 55
FIGURA 38 – ESTAÇÃO DE MONITORAMENTO ............................................................... 56
FIGURA 39 – CORPOS DE PROVA RETIRADOS DO LOCAL DA OBRA .......................... 57
FIGURA 40 – LABORATÓRIO DE MONITORAMENTO ...................................................... 57
FIGURA 41 – DESENHO ESQUEMÁTICO DE INSTALAÇÃO DE PLACA DE RECALQUE 58
FIGURA 42 – LOCAIS DE POSICIONAMENTO DAS PLACAS DE RECALQUE NO
PROJETO ........................................................................................................................... 59
FIGURA 43 – PLACA DE RECALQUE ................................................................................ 60
FIGURA 44 – EXEMPLO DE PARABOLT (PINO DE RECALQUE) INSTALADO NA OBRA
........................................................................................................................................... 61
FIGURA 45 – PINO DE RECALQUE IMPOSSÍVEL DE MONITORAR ................................ 61
FIGURA 46 – PIEZÔMETRO INSERIDO NO LOCAL DA OBRA ......................................... 62
FIGURA 47 - LOCALIZAÇÃO DOS PIEZÔMETROS ........................................................... 62
FIGURA 48 – NÍVEL UTILIZADO PARA MONITORAMENTO DOS RECALQUES NO
LOCAL DA OBRA ............................................................................................................... 63
FIGURA 49 – RECALQUE (mm) x TEMPO PARA AS PLACAS DE RECALQUE 01 A 06 ... 64
FIGURA 50 – RECALQUE (mm) x TEMPO PARA AS PLACAS DE RECALQUE PR-07 A
PR-12 ................................................................................................................................. 64
FIGURA 51 – ELEVAÇÃO DO ATERRO (m) x TEMPO DAS PLACAS DE RECALQUE PR-
13 A PR-18 ......................................................................................................................... 65
FIGURA 52 – ELEVAÇÃO DO ATERRO (m) x TEMPO DAS PLACAS DE RECALQUE PR-
19 A PR-23 ......................................................................................................................... 66
FIGURA 53 – ELEVAÇÃO DO ATERRO (m) x TEMPO DAS PLACAS DE RECALQUE PR-
13 A PR-18 ......................................................................................................................... 66
FIGURA 54 – ELEVAÇÃO DO ATERRO (m) x TEMPO DAS PLACAS DE RECALQUE PR-
19 A PR-23 ......................................................................................................................... 67
FIGURA 55 – RESULTADO DE POROPRESSÃO PARA O PIEZÔMETRO PZ - 2475 ....... 68
FIGURA 56 – RESULTADO DE POROPRESSÃO PARA O PIEZÔMETRO PZ - 2471 ....... 68
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – ERROS, CAUSAS E CORREÇÕES DE INSTRUMENTAÇÕES...................... 31
TABELA 2 – RESUMO DOS ENSAIOS SPT COM PROFUNDIDADE DE CADA CAMADA
E PROFUNDIDADE TOTAL ............................................................................................... 41
TABELA 3 – RESUMO DOS ENSAIOS SPT COM PROFUNDIDADE DE CADA CAMADA
E PROFUNDIDADE TOTAL ............................................................................................... 42
TABELA 4 – RESUMO DOS ENSAIOS SPT COM PROFUNDIDADE DE CADA CAMADA
E PROFUNDIDADE TOTAL ............................................................................................... 42
TABELA 5 – RESUMO DOS ENSAIOS SPT COM PROFUNDIDADE DE CADA CAMADA
E PROFUNDIDADE TOTAL ............................................................................................... 42
TABELA 6 – RESUMO DOS ENSAIOS SPT COM PROFUNDIDADE DE CADA CAMADA
E PROFUNDIDADE TOTAL ............................................................................................... 43
TABELA 7 – RESUMO DOS ENSAIOS SPT COM PROFUNDIDADE DE CADA CAMADA
E PROFUNDIDADE TOTAL ............................................................................................... 43
TABELA 8 – RESUMO DOS ENSAIOS SPT COM PROFUNDIDADE DE CADA CAMADA
E PROFUNDIDADE TOTAL ............................................................................................... 43
TABELA 9 – RESUMO DE RESULTADO DE ENSAIOS ..................................................... 45
TABELA 10 – RESUMO DE RESULTADO DE ENSAIOS ................................................... 45
TABELA 11 – PARÂMETROS GEOTÉCNICOS ADOTADOS ............................................. 46
TABELA 12 – FATOR TEMPO (T) EM FUNÇÃO DA PORCENTAGEM DE RECALQUE .... 47
TABELA 13 – VALORES CONSIDERADOS PARA O DIMENSIONAMENTO ..................... 48
SUMÁRIO
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................ 12
1.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS SOLOS ........................................................ 12
1.2 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA ............................................................................ 13
1.2.1 Propriedades dos solos ............................................................................. 14
1.2.1.1 Índices físicos................................................................................................... 14
1.2.1.2 Forma das partículas ....................................................................................... 15
1.3 ADENSAMENTO .................................................................................................. 15
1.4 SOLOS MOLES .................................................................................................... 22
1.4.1 Estabilidade de aterros .............................................................................. 22
1.4.2 Soluções Construtivas ............................................................................... 24
1.4.2.1 Lançamento sobre solo natural ....................................................................... 25
1.4.2.2 Remoção dos solos moles ............................................................................... 25
1.4.2.3 Técnicas de tratamento do solo ....................................................................... 25
1.4.2.3.1 Sobrecarga temporária .................................................................................... 26
1.4.2.3.2 Drenos verticais ............................................................................................... 26
1.4.2.3.3 Jet Grouting ...................................................................................................... 28
1.4.2.3.4 Aterros reforçados com geossintéticos ........................................................... 28
1.4.2.3.5 Consolidação Profunda Radial ........................................................................ 28
1.5 INSTRUMENTAÇÃO ............................................................................................ 31
1.5.1 Medidor de nível d’água ............................................................................. 32
1.5.2 Marcos superficiais .................................................................................... 32
1.5.3 Pinos de recalque ...................................................................................... 33
1.5.4 Células de pressão .................................................................................... 33
1.5.5 Placas de recalque .................................................................................... 33
2 ESTUDO DE CASO ............................................................................................. 34
2.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ................................................................................ 34
2.2 ÁREA DE INTERESSE: EXECUÇÃO DE CPR GROUTING EM REGIÃO DE SOLOS
MOLES 35
2.3 CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DA REGIÃO ................................................ 36
2.4 ENSAIOS REALIZADOS ....................................................................................... 40
2.4.1 SPT ............................................................................................................ 40
2.4.1.1 Características e resultados gerais ................................................................. 40
2.4.1.2 Resultados individuais ..................................................................................... 41
2.4.1.3 Resultado final ................................................................................................. 44
2.4.2 Ensaios de adensamento unidimensional .................................................. 44
2.5 JUSTIFICATIVA DA TÉCNICA DE MELHORAMENTO UTILIZADA (CPR) ........... 45
2.5.1 Tempo de adensamento sem CPR ............................................................ 46
2.5.2 Tempo de adensamento com CPR ............................................................ 48
2.6 PROJETO EXECUTIVO CPR ............................................................................... 50
2.6.1 Diretrizes básicas do CPR ......................................................................... 50
2.7 MONITORAMENTO DO CPR ............................................................................... 55
2.7.1 Instrumentação .......................................................................................... 58
2.7.1.1 Placas de recalque .......................................................................................... 58
2.7.1.2 Pinos de recalque ............................................................................................ 60
2.7.1.3 Piezômetro ....................................................................................................... 62
2.7.1.4 Equipamentos .................................................................................................. 63
3 RESULTADOS .................................................................................................... 63
3.1 PLACAS DE RECALQUE ..................................................................................... 63
3.1.1 Pista marginal ............................................................................................ 63
3.1.2 Aterro ......................................................................................................... 65
3.2 PIEZÔMETROS .................................................................................................... 67
4 CONCLUSÕES E SUGESTÕES ......................................................................... 69
4.1 CONCLUSÕES ..................................................................................................... 69
4.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ..................................................... 70
REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 71
12
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS SOLOS
Na visão do engenheiro civil, solo é qualquer reunião de partículas minerais
soltas, ou fracamente unidas, formada pela decomposição de rochas por ação do
intemperismo, com o espaço vazio entre as partículas ocupado por água e/ou ar.
(CRAIG, 2004).
A norma NBR 6502/95, referente às rochas e solos, define o conceito de solo
como sendo “Material proveniente da decomposição das rochas pela ação de agentes
físicos ou químicos, podendo ou não ser matéria orgânica”.
Os produtos provenientes da decomposição de rochas, expostos ao tempo e
a agentes de transporte como gravidade, vento, água e geleiras, podem ser divididos
em dois grupos: Solo residual, caso eles se mantenham no local original ou Solo
transportado, caso sofra interferência dos agentes de transporte.
O processo destrutivo para formação dos solos a partir de rochas pode ser
tanto físico como químico. No primeiro caso, pode ser a erosão causada pelo vento,
água ou geleiras, bem como o congelamento e descongelamento alternados em
fendas da rocha. Nesse caso, as partículas resultantes conservam a composição da
rocha original, são descritas como graúdas e pode ter seu estado definido como
denso, medianamente denso ou solto, dependendo de como elas estão agrupadas.
No caso do processo químico, ocorrem modificações na forma mineral da rocha
original, e o intemperismo químico resulta na formação de partículas de tamanho
coloidal (<0,002mm) conhecidos como argilas. (CRAIG, 2004).
Os tamanhos de partículas dos solos podem variar de aproximadamente
100mm a 0,001m, e segundo a NBR 6502/95, são especificadas as faixas de tamanho
segundo a FIGURA 1.
13
FIGURA 1 – LIMITES GRANULOMÉTRICOS
FONTE: CRAIG (2004).
1.2 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
A análise do tamanho das partículas de uma amostra de solo pode acontecer
de diversas maneiras, dependendo do tipo do solo. Para solos grossos, o método do
peneiramento é comumente utilizado. Esse método consiste na passagem da amostra
por várias peneiras com tamanhos de malhas sucessivamente menores, onde a
massa retida em cada peneira é determinada para o cálculo da porcentagem
acumulada.
Quando a amostra de solo analisada se trata de um solo fino ou fração fina de
um solo grosso, o principal método utilizado para a granulometria é a sedimentação.
Baseado na lei de Strokes, o ensaio verifica a velocidade com que as partículas se
depositam em uma suspensão, de maneira em que quanto maior a partícula, maior
sua velocidade de deposição. O limite mínimo para que seja possível a análise por
esse método é de 0,0002 mm de diâmetro da partícula, uma vez que menores que
isso sua deposição é influenciada pelo movimento browniano (Fenômeno da física
observado por Robert Brown que resulta em movimento aleatório de partículas muito
pequenas em suspensão após colisão com átomos rápidos ou moléculas no gás ou
líquido).
A distribuição do tamanho das partículas de um solo é apresentada como uma
curva em um gráfico semilogarítmico, com as ordenadas indicando a porcentagem de
massa de partículas menores do que o tamanho especificado pela abscissa. (CRAIG,
2004). Sendo assim, a faixa de tamanhos de partículas no solo depende da inclinação
da curva de distribuição, onde um solo bem graduado é representado por uma curva
côncava e suave. A FIGURA 2 exemplifica um gráfico da granulometria.
14
FIGURA 2 – MODELO DE CURVA GRANULOMÉTRICA
FONTE: CRAIG (2004).
1.2.1 Propriedades dos solos
1.2.1.1 Índices físicos
São características dos solos que, normalmente, podem ser quantificadas e,
muitas vezes, possuem relações matemáticas entre si. Ajudam a prever o
comportamento do solo em determinadas situações e solicitações. São os principais:
• Porosidade: relação entre o volume de vazios e o volume total da amostra do
solo analisada;
• Índice de vazios: relação entre o volume de vazios e o volume de sólidos da
amostra de solo analisada;
• Grau de saturação: relação entre o volume de água e o volume de vazios da
amostra de solo analisada;
• Umidade natural: relação entre o peso da água e o peso do material sólido da
amostra de solo analisada;
• Peso específico: relação entre o peso e o volume da amostra de solo analisada.
15
1.2.1.2 Forma das partículas
Segundo Nogueira, 2010, para qualificação da forma das partículas de um
solo, utiliza-se dois principais métodos, o Tradicional e o Lambe.
• Arredondadas – ou de formato poliédrico;
• Lamelares – forma próxima a lamelas;
• Fibrilares – em forma de fibras.
A classificação Lambe divide em:
• Angular;
• Sub-angular;
• Sub-arredondadas;
• Bem arredondadas.
1.3 ADENSAMENTO
O adensamento e o processo de compressão de um solo ao longo do tempo.
Como consequência da transferência gradual do excesso de poropressao para a
tensão efetiva, este fenômeno gera assentamento (recalque), que é resultado da
expulsão da água do interior dos vazios do solo, devido ao carregamento. No caso
das argilas saturadas, por causa da baixa permeabilidade e o baixo valor do
coeficiente de adensamento, esse processo de estabilização se desenvolve
lentamente.
Segundo Terzaghi, a estrutura sólida do solo apresenta desempenho similar ao
de uma mola, cuja deformação e proporcional a carga que lhe é aplicada. Portanto, a
analogia mecânica para o processo de adensamento de Terzaghi representa o solo
saturado por uma mola dentro de um pistão com água com um orifício de dimensão
reduzida, que representa a baixa permeabilidade do solo.
Quando uma carga é aplicada sobre o pistão (c), no instante inicial (t=0),
observa-se que não existe nenhuma alteração na mola visto que nenhuma água é
16
expulsa do pistão. Nesse momento, toda a carga aplicada esta sendo suportada pela
água, que por ser incompressível não se deforma.
Para um instante qualquer (t>0), a água inicia a sua saída (d) e como resultado,
a mola começa a se deformar. A água continuara a sair do pistão e
concomitantemente, a mola estará se comprimindo e, portanto, suportando cada vez
mais carga. O processo continua até que toda a carga seja suportada pela mola, não
havendo mais sobrecarga na água (e).
FIGURA 3 – ANALOGIA HIDROMECÂNICA DE TERZAGHI
FONTE: DOMINONI (2011).
Nos solos, este fenômeno tem um comportamento semelhante. Quando um
acréscimo de tensão e aplicado, inicialmente, a agua nos vazios irá suportar toda essa
carga. A poropressao aumenta proporcionalmente ao acréscimo de tensão aplicada,
chamada de excesso de poropressao, e a tensão efetiva não se altera, pois não ha
deformação no solo (sem variação de volume).
No momento em que a água estiver em carga hidráulica superior a que
estabeleceria equilíbrio com o meio externo, passa a ocorrer a sua percolação em
direção às áreas mais permeáveis. A expulsão da água indica que esta havendo
redução dos índices de vazios e, consequentemente, esta variando o volume do solo
e havendo um aumento da tensão efetiva. Portanto, a tensão aplicada esta sendo
suportada pelo esqueleto sólido. O processo continua até que toda a pressão aplicada
tenha sido transferida para o solo se tornando a tensão total aplicada e o excesso de
17
poropressao fora dissipado.
O ensaio de compressão edometrica (ensaio de adensamento) é realizado para
se ter uma estimativa da dimensão dos recalques e sua evolucao com o passar do
tempo. Esse simula o adensamento unidimensional. Sua execução se torna exclusiva
aos casos onde o carregamento realizado na superficie gere no solo uma deformacao
somente de compressao, sem que haja deformacao lateral. Representa, portanto, os
pontos que estao sob o eixo ou centro de uma camada de solo sob uma grande area
carregada.
O ensaio incide na compressao da amostra indeformada contida em um anel
de aco o qual possui pedras porosas no topo e na base para permitir a drenagem.
Este anel impede qualquer deformacao horizontal e faz com que o fluxo de agua seja
unicamente vertical. A variacao volumetrica se dara pela expulsao de gases e da agua,
se considerando os grãos sólidos como incompressíveis.
FIGURA 4 – MODELO DE ENSAIO DE COMPRESSÃO EDOMÉTRICA
FONTE: (ACADEMIC HELP, 2017).
Partindo da altura final e inicial dos corpos de prova, pode-se representar a
mudança de altura ou os recalques em funcao das tensoes verticais atuantes. Os
indices de vazios finais de cada estagio de carregamento sao determinados a partir
do indice de vazios inicial do corpo de prova e da reducao da altura.
18
FIGURA 5 – GRÁFICO DE ÍNDICE DE VAZIOS X TENSÃO VERTICAL
FONTE: (CRAIG, 2004).
No caso da utilizacao da curva e × log ’v, observa-se, uma mudanca brusca
de inclinacao da tangente a curva de compressibilidade. Este fato permite observar
claramente quando o solo muda de comportamento. No trecho inicial, de menor
compressibilidade, o solo esta, na realidade, sendo submetido a um processo de
recompressao. No trecho seguinte, o solo esta sendo carregado, pela primeira vez,
para valores de tensao efetiva maiores do que os maximos que a amostra ja foi
submetida. Logo, o limite entre os dois trechos e definido por um valor de tensao
efetiva correspondente a maxima tensao efetiva que o solo foi submetido em toda sua
historia. A esta da-se o nome de tensao efetiva de pre-adensamento (’vm).
O conhecimento do valor de σ’vm e de suma importância, pois mostra o limite
19
entre deformacoes relativamente pequenas e muito grandes. A relacao entre a tensao
efetiva de pre-adensamento (’vm) e a tensao efetiva vertical de campo (’vo ) pode
se dar de duas maneiras: Solo Normalmente Adensado e Solo Sobreadensado. No
primeiro caso, o solo nunca fora submetido a uma tensao efetiva vertical maior a atual
e sua Razao de Pre-Adensamento (RPA) ou OCR (“Over Consolidation Ratio”), é igual
a 1, onde:
𝑅𝑃𝐴 = 𝜎′𝑣𝑚𝜎′𝑣0
Se a tensao efetiva de pre-adensamento (’vm) e maior que a tensao efetiva
vertical de campo (’vo ), conclui-se que, no passado, o deposito ja foi submetido a
um estado de tensoes superior ao atual. A Razao de Pre-Adensamento (RPA) sera
sempre maior do que 1 e a este material da-se o nome de solo sobreadensado.
FIGURA 6 – DIFERENCIAÇÃO ENTRE SOLO NORMALMENTE ADENSADO E SOLO
SOBREADENSADO
FONTE: (DOMINONI, 2011).
Com o passar do tempo, em obras de engenharia, como por exemplo,
estradas, a camada de solo mole adensa-se e se torna cada vez mais compacta.
Portanto, no período construtivo, a estabilidade é um grande problema a ser levado
em consideração, bem como a previsão de possíveis futuros problemas que esses
recalques venham a causar. Sendo assim, as duas principais análises que devem ser
feitas são a estimativa dos recalques finais e o tempo que levará para esse estado ser
atingido.
Segundo Almeida e Marques (2010), os recalques são divididos em recalques
20
imediatos, recalques por adensamento primário e recalques por compressão
secundária. A soma dos recalques imediatos e dos recalques por recompressão
primária (da condição in situ até o instante de entrada no trecho virgem de
compressão) é considerada como os recalques de curto prazo; os recalques de longo
prazo são a soma dos recalques por adensamento primário virgem e dos recalques
por compressão secundária.
FIGURA 7 – DIFERENCIAÇÃO DE RECALQUE PRIMÁRIO E RECALQUE SECUNDÁRIO
FONTE: (DOMINONI, 2011).
Recalque primário é o que ocorre por adensamento devido à extrusão da água
dos vazios do solo e pode ser tratado pela teoria do adensamento. Esse recalque é
calculado separando-se a camada de fundação em subcamadas correspondentes aos
dados disponíveis de ensaios de adensamento.
Para o cálculo do recalque por adensamento primário de uma camada de argila
de espessura h, os parâmetros a serem utilizados são obtidos a partir da curva de
compressão e sua equação é:
𝛥ℎ = ℎ𝑎𝑟𝑔 × [𝐶𝑠
1+ 𝑒0 × log (
𝜎′𝑣𝑚
𝜎′𝑣𝑜) +
𝐶𝑐
1+ 𝑒0 × log (
𝜎′𝑣𝑜+𝛥𝜎𝑣
𝜎′𝑣𝑚)] (2)
21
Sendo:
𝐶𝑠: índice de recompressão
𝐶𝑐: índice de compressão
𝑒0: índice de vazios para a tensão vertical efetiva inicial in situ
𝛥𝜎𝑣: acréscimo de tensão no meio da subcamada
𝜎′𝑣𝑜: tensão vertical efetiva in situ no meio da subcamada
𝜎′𝑣𝑚: tensão de sobreadensamento no meio da subcamada
Para o caso onde a drenagem é puramente vertical, o cálculo de recalque em
um determinado tempo t (∆h*S)) é feito segundo a Teoria de Terzaghi, onde o valor
do recalque total por adensamento primário (∆h) é multiplicado pela porcentagem
média de adensamento vertical (T) obtida a partir da seguinte equação:
Recalque em um tempo t:
𝛥ℎ(𝑡) = 𝑈𝑣 ×𝛥ℎ (3)
𝑇𝑣 = 𝑐𝑣×𝑡
ℎ𝑑2 (4)
Sendo:
𝑇𝑣: fator tempo
𝑈𝑣: função de 𝑇𝑣
𝑡: tempo
ℎ𝑑: distância de drenagem
𝑐𝑣: coeficiente de adensamento vertical
No caso onde a drenagem ocorre em apenas uma face da camada de argila, a
distância de drenagem é igual à espessura da camada de argila. Caso a camada
apresente drenagem em ambas as faces a distância de drenagem é igual a h/2.
A partir da teoria de adensamento unidimensional de Terzaghi, Barron (1948)
desenvolveu a teoria do adensamento para o projeto de instalação de drenos de areia.
Os drenos idealizados nesse projeto funcionam de maneira que o caminho mais longo
de drenagem horizontal seja inferior ao caminho mais longo de drenagem vertical,
diminuindo o tempo de adensamento.
22
FIGURA 8 – ALTURAS DE DRENAGEM
FONTE: (DOMINONI, 2011).
1.4 SOLOS MOLES
São definidos como solos moles os solos sedimentares que possuem baixa
resistência à penetração, com valores de SPT menores ou iguais a 4 golpes. Em geral
são constituídos por argilas moles ou areias argilosas fofas de deposição recente, ou
seja, formada durante o período quaternário. Entre as principais características desse
tipo de solo, podemos destacar a baixa resistência ao corte, compressibilidade
elevada, baixa permeabilidade e grande presença de matéria orgânica. Podemos
dividir os solos moles em dois grandes grupos, os de origem fluvial, também
conhecidos como aluviões, e os de origem marinha.
Formados por deposição de sedimentos nas planícies de inundação, os solos
moles de origem fluvial possuem ume heterogeneidade vertical bastante acentuada,
bem como uma heterogeneidade horizontal devido ao curso irregular dos rios.
Devido à descida do nível do mar após a época glacial, o sistema de drenagem
gerou uma forte ação erosiva, escavando vales junto à foz de rios. Ao final do período
de degelo, o nível do mar voltou a subir e com isso a sedimentação e formação de
depósitos aluviares resultaram na aparição de solos moles.
1.4.1 Estabilidade de aterros
Existem várias possíveis soluções para o problema de estabilidade de aterros
para solos moles, um dos primeiros casos é a solução de Fellenius. Analisando uma
23
carga distribuída sobre uma camada de solo mole com coesão constante e grande
altura, Fellenius igualou os esforços resistentes aos atuantes resultando em uma
simples equação. Sendo assim, concluiu que se pode analisar o carregamento como
sendo uniformemente distribuído ou não. No primeiro caso, o centro do círculo crítico
passa pela borda da área carregada e a carga é dada por:
𝑄𝑟 = 5,5 ×𝑐 (5)
FIGURA 9 – CARREGAMENTO UNIFORMEMENTE DISTRIBUÍDO
FONTE: (CRAIG, 2004).
No segundo caso, para carregamentos distribuídos quaisquer, o centro do
círculo crítico é localizado em AB e sua carga é definida por:
𝑄𝑟 = 5,5 ×2 ×𝑏 ×𝑐 (6)
24
FIGURA 10 – CARREGAMENTO DISTRIBUÍDO QUALQUER
FONTE: (CRAIG, 2004).
Além da solução de Fellenius, outra opção que temos é a execução de bermas
de equilíbrio, ou seja, banquetas laterais gradualmente descendentes para melhor
distribuição da tensão. Utilizando os ábacos de Jakobson (1948) é possível calcular e
dimensionar as bermas que atuarão conforme a figura abaixo.
FIGURA 11 – BERMAS DE EQUILÍBRIO
FONTE: (CRAIG, 2004).
1.4.2 Soluções Construtivas
Para a construção de qualquer obra sobre solos moles, existem três opções de
atuação para execução do projeto. A primeira delas é o lançamento do aterro sobre o
solo natural, optando por enfrentar os problemas de estabilidade e recalque nas fases
operacionais e estar disposto a realizar serviços de manutenção periodicamente, no
caso de estradas por exemplo. A segunda opção é a remoção do solo mole, seja ela
total ou parcial. A última alternativa é o tratamento do solo para melhoria de suas
25
propriedades. Em muitos casos é inviável optar pelas duas primeiras soluções,
portanto os métodos de melhoria do solo são de extrema importância.
1.4.2.1 Lançamento sobre solo natural
O primeiro problema encontrado com esse tipo de solução é o tráfego dos
equipamentos de terraplenagem pela área a ser aterrada. Recomenda-se que se
mantenha a vegetação no terreno para melhorar a capacidade de drenagem do solo
e facilitar a colocação da primeira camada de aterro. Para a preparação do terreno,
pode-se lançar um lastro inicial de espessura entre 0,5 a 1 m ou utilizar um lastro
hidráulico (areia em suspensão em água) sobre a camada de solo mole, transportado
por meio de tubulações que possui uma função drenante. Caso seja realizado a
primeira opção, pode-se também utilizar uma manta geotêxtil para aumentar a
estabilidade, evitar contaminação e atuar como drenagem. Seja qual for o método a
ser utilizado, um cuidado que necessário é evitar o rompimento do solo, mesmo que
localizado. Isso gera uma redução na resistência de cisalhamento além de acarretar
em problemas técnicos para a obra.
1.4.2.2 Remoção dos solos moles
Essa técnica só é viável para camadas de solos moles com espessuras
pequenas, em geral, até 5 m porém com no máximo 7 m. Para que o solo removido,
existem diversas técnicas como escavação mecânica, dragas ou por explosivos para
liquefazer o solo. Na prática, a expulsão pode não ser completa, resultando em
bolsões que podem afetar leito da estrada em obras viárias.
1.4.2.3 Técnicas de tratamento do solo
O tratamento de um solo mole consiste em alguns procedimentos para
aprimorar as propriedades geotécnicas, ou seja, melhoria das características de
resistência e deformabilidade. Dentre numerosas técnicas de tratamento, destacam-
se a seguir algumas principais. Segundo Craig, 2004.
26
1.4.2.3.1 Sobrecarga temporária
De acordo com Craig, 2004, o principal aspecto dessa técnica é a aplicação
de uma carga maior do que a que atuará durante toda a vida útil da obra. Esse método,
também conhecido como pré-compressão, tem como objetivo antecipar os recalques
primários e parte dos secundários. Além disso, o solo mole atinge uma maior
resistência de compressão.
Para a realização do projeto, define-se um tempo “t” em que a carga será
aplicada. Ao final desse tempo, a carga é retirada e já se pode observar que o recalque
primário e parte do secundário já ocorreram. O valor final pode ser calculado utilizando
as fórmulas de Terzaghi, bem como o valor de carregamento necessário. A figura 12
demonstra graficamente esse processo.
FIGURA 12 – GRÁFICOS DE SOBRECARGA TEMPORÁRIA
FONTE: (CRAIG, 2004).
1.4.2.3.2 Drenos verticais
Em solos moles muito espessos ou com coeficiente de adensamento muito
baixo, o método de sobrecarga temporária não é muito efetivo. Sabendo disso, o
método de instalação de drenos verticais torna-se uma boa opção. Existem vários
tipos de drenos verticais comumente utilizados, entre eles, destacam-se os drenos
verticais de areia, drenos fibroquímicos ou de plástico, ou geodrenos. Com a
instalação desses drenos, a distância horizontal para o fluxo de água no solo é
27
reduzida, induzindo a água entrar horizontalmente nos drenos e ser expelida
verticalmente.
Mais utilizado, o método de drenos de areia é executado com a instalação
de tubos metálicos de ponta aberta até a camada de areia subjacente, limpeza dos
tubos com jatos de água e então é preenchido com areia. Após instalados os
drenos, coloca-se uma manta geotêxtil ou uma camada de areia para que a
drenagem no topo seja garantida. Deve-se ter cuidado na execução para diminuir
o efeito de amolgamento do solo em volta dos drenos, esse fenômeno reduz a
permeabilidade e a consequente eficiência dos drenos.
Drenos pré-moldados, fibroquímicos ou de plástico, são compostos por tiras
de seção retangular com canais no interior por onde a água será conduzida
verticalmente. Esse método tem mais eficiência quando a carga aplicada for
significantemente maior que a tensão de pré-adensamento. A principal desvantagem
desse processo é o desconhecimento do valor real de coeficiente de adensamento
(C), tendo que ser realizado um ensaio in situ ou por monitoração.
FIGURA 13 – GRÁFICOS DE SOBRECARGA TEMPORÁRIA
FONTE: (ENGEGRAUT, 2009).
28
1.4.2.3.3 Jet Grouting
Essa técnica consiste na execução de um jato de cimento introduzido no
terreno através de alta pressão e alta velocidade. O jato se mistura com o solo
formando colunas de solo-cimento aumentando a resistência, deformabilidade e
permeabilidade do solo. Essa solução pode ser utilizada em qualquer tipo de solo, e
as colunas podem ser executadas em qualquer direção, desde vertical à horizontal.
1.4.2.3.4 Aterros reforçados com geossintéticos
Esse método consiste na instalação de materiais poliméricos de elevada
resistência e rigidez na base do aterro para aumentar a capacidade de carga da
fundação. A resistência à tração do material auxilia no reforço de deformações do
aterro. As principais vantagens dessa técnica é a melhor distribuição das tensões
aplicadas, minimização de recalques diferenciais e redução do tempo de execução.
FIGURA 14 – MODELOS DE ATERROS REFORÇADOS COM GEOSSINTÉTICOS
FONTE: (NOGUEIRA, 2010).
1.4.2.3.5 Consolidação Profunda Radial
De acordo com Nogueira, 2010, o método CPR (Consolidação Profunda Radial)
promove o aumento da resistência e estabilidade de um solo mole através do
bombeamento de grout no solo sob alta pressão, causando a redução ou eliminação
de possíveis recalques.
29
As etapas do processo, na região de solo mole, são:
• Movimentação inicial do aterro;
• Cravamento dos geodrenos;
• Projeção das verticais de enrijecimento;
• Bombeamento do groute, criando os bulbos de compressão;
• Finalização das etapas do aterro.
O bombeamento do grout gera bulbos ao longo das camadas de solo mole os
quais geram compressão lateral no solo e, consequentemente, aumento da
poropressão.
O grout utilizado é, normalmente, composto pela mistura de: areia, cimento,
silte e aditivos. Deve-se estar atento às características dessa mistura para que o seu
caminho percorrido durante o bombeamento não sofra interferência.
Previamente, são instalados drenos fibroquímicos verticais ao longo da região
que será tratada pelo CPR. Esses geodrenos são formados de materiais
fibroquímicos, que facilitam a percolação da água. Devido à pressão negativa criada
pela presença dos drenos, o gradiente de pressão formado faz com que a água
presente no solo percole em direção a esses geodrenos e então para fora do solo. Os
geodremos normalmente são espaçados entre 1,5 m e 3 m.
FIGURA 15 – DRENOS FIBROQUÍMICOS CRAVADOS PREVIAMENTE À APLICAÇÃO DO
GROUTE GEOSSINTÉTICOS
FONTE: Os Autores (2017).
30
O adensamento do solo se dá de forma rápida e segura, uma vez que os
bulbos formados garantem a resistência e rigidez ao solo enquanto ocorre a
dissipação do excesso de poropressão pelos geodrenos.
A partir da injeção do solo, ocorro o aumento da poropressão. O aumento da
pressão efetiva causa uma redução no índice de vazios, cumprindo o objetivo do
método CPR gerando aumento de resistência total.
Durante o processo é feito o acompanhamento da deformação que ocorre no
solo, assim como das tensões sofridas por ele. A análise da eficácia do método e
supervisão das variáveis consiste no acompanhamento pressiométricos e
piezométricos durante todo o processo, e ela é inerente ao enrijecimento do solo, ou
seja, na medida em que o CPR vai sendo realizada o desempenho é averiguado.
O resultado do método CPR é um solo formado por inúmeras verticais de
enrijecimento com os respectivos bulbos de compressão formados pelo groute
bombeado. Isso garante um solo homogêneo com parcelas verticais confinadas e
comprimidas formando um solo muito mais resistente e rígido.
FIGURA 16 – MODELO DE PLANTA E CORTE PARA O RESULTADO FINAL DE UMA EXECUÇÃO
DO CPR
FONTE: (ENGEGRAUT, 2009).
31
1.5 INSTRUMENTAÇÃO
A instrumentação é utilizada para realização de medições, segundo relatórios
fornecidos pela empresa Engegraut, estando sujeita à erros e subjetividades. Os
resultados esperados estão diretamente ligados com o desempenho conhecido de
cada equipamento. As principais características dos instrumentos são o campo de
leitura, resolução, precisão, acurácia e repetibilidade. Os parâmetros para definir as
características dos instrumentos são conformidade, acurácia, precisão, resolução e
span.
Dunniclif (1993) define os possíveis erros, causas e correções cabíveis para
os instrumentos, e representa em forma de tabela.
TABELA 1 – ERROS, CAUSAS E CORREÇÕES DE INSTRUMENTAÇÕES
FONTE: (DUNNICLIF, 1993).
Dentre a grande variedade de instrumentos utilizados em obras geotécnicas,
destacam-se medidor de nível de água, piezômetro hidráulico, marcos superficiais,
células de pressão e placas de recalque.
32
1.5.1 Medidor de nível d’água
Formado por um tubo de PVC vazado, envolvido por material granular e manta
geotêxtil, instalado dentro de um tubo de sondagem, esse instrumento mede o nível
da água por meio de um cabo elétrico com uma sonda que transmite uma corrente
quando em contato com a água. Uma vez que o cabo é graduado, é possível verificar
a cota do nível da água pelo comprimento do cabo inserido.
FIGURA 17 – MEDIDOR DE NÍVEL D’ÁGUA
FONTE: (ENGEGRAUT, 2009).
1.5.2 Marcos superficiais
Blocos de concreto que permitem o acompanhamento do recalque superficial
e translações horizontais durante o período construtivo e operacional de uma
estrutura, por exemplo, de uma estrada. São instalados em intervalos de 40 a 100m.
Para a medição do recalque são utilizados nivelamentos de precisão, podendo ser
diretos ou indiretos.
33
1.5.3 Pinos de recalque
Pinos metálicos a serem chumbados em uma estrutura rígida permitindo
observar os seus deslocamentos através de instrumentos topográficos de precisão.
Os pinos devem ser lidos por nivelamento de alta precisão com acurácia de 1 mm.
1.5.4 Células de pressão
Desenvolvida para medir as ações de tensões na superfície de aterros. Possui
ótima precisão e não é necessário que esteja localizado logo abaixo de algum ponto
de aplicação da força. Esse equipamento correlaciona uma variação de voltagem com
uma variação de tensão. As células devem ser próprias para uso em solo com
temperatura de trabalho entre -40ºC e 120ºC e tamanho entre 10 cm e 32 cm.
FIGURA 18 – CÉLULAS DE PRESSÃO
FONTE: Os Autores (2017).
1.5.5 Placas de recalque
A utilização desse instrumento tem como objetivo avaliar o desenvolvimento
de recalques através de curvas recalque x tempo e velocidade x tempo. As placas são
colocadas sobre o material de base e tubos de prolongamento são adicionados
conforme as camadas de aterramento. São constituídas por aço ou madeira com 500
34
mm x 500 mm com uma haste central protundente ao aterro. Esta haste é revestida
com um tubo de PVC à medida que o aterro sobe e permite o nivelamento topográfico
da sua extremidade superior e a obtenção dos recalques. Devem ser observadas com
acurácia superior a 0,1 mm.
2 ESTUDO DE CASO
2.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
As obras identificadas no estudo estão inseridas na duplicação da BR-470/SC,
mais precisamente no lote 2, entre o município de Ilhota e Gaspar. Este é o maior
trecho a ser duplicado com 26,25 quilômetros de extensão e um custo inicial previsto
de R$ 296,9 milhões.
O edital de obras para o lote 2 foi publicado dia 30/12/2013 no site da
Superintendência do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT).
O documento faz observações quanto ao solo deste trecho. Segundo o texto, "grande
extensão da rodovia desenvolve-se sobre profundas camadas de solos moles, de
baixa capacidade de suporte. Em segmentos localizados, de pequena espessura, o
projeto prevê a remoção total do solo mole e substituição por areia ou pedra
detonada".
Em 10/02/2014 foi definido, pelo menor preço oferecido, que o responsável
pela duplicação do lote 2 (km 18,61 ao km 44,86) seria o consórcio Ivaí-Setep.
FIGURA 19 – LOTES DA DUPLICAÇÃO DA BR-470/SC
FONTE: (DIÁRIO CATARINENSE, 2017).
35
2.2 ÁREA DE INTERESSE: EXECUÇÃO DE CPR GROUTING EM REGIÃO DE
SOLOS MOLES
A região de interesse deste trabalho está localizada entre os quilômetros
36+040 e 36+480 no trecho oeste da rodovia BR-470/SC, no município de Gaspar. A
geologia desta área apresenta uma espessa camada de solo mole com alta
compressibilidade. No estudo básico preliminar, constatou-se a necessidade de
modificar as características geotécnicas do depósito de solo mole, enrijecendo-o com
CPR Grouting, visando evitar problemas futuros de instabilidade do aterro que será
lançado, além de consequentes recalques por adensamento do depósito de solo mole.
FIGURA 20 – LOCAÇÃO DA REGIÃO DE SOLOS MOLES EM GASPAR/SC
FONTE: (GOOGLE MAPS, 2017).
Além das pistas principais do empreendimento analisado, este local também
inclui marginais nos dois sentidos e um viaduto a ser executado sobre um sistema
de terra armada (maciço contido por placas pré-moldadas de concreto), assim
como representado no projeto geométrico abaixo:
36
FIGURA 21 – PROJETO GEOMÉTRICO NA INTERSECÇÃO 36 + 320m
FONTE: Engegraut (2017).
2.3 CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DA REGIÃO
Ao longo do território do estado de Santa Catarina afloram os sedimentos
recentes do litoral, uma faixa de rochas magmáticas e metamórficas mais antigas,
sucessão de rochas sedimentares e os derrames de lavas básicas. Essa disposição
geológica resulta da superposição de inúmeros eventos geotectônicos. A
complexidade da região vem sendo demonstrada em estudos de mapeamento
executados a partir do fim da década de 60, como o publicado no jornal “O Estado”
em 1984.
37
FIGURA 22 – ESBOÇO GEOLÓGICO DO ESTADO DE SANTA CATARINA
FONTE: (O ESTADO, 1984).
A região do empreendimento está contida na Bacia Hidrográfica do Itajaí,
geologicamente formada por litologias do Escudo Catarinense, onde são encontradas
rochas magmáticas e metamórficas mais antigas, rochas sedimentares e vulcânicas
da Bacia Sedimentar do Paraná e sedimentos mais recentes ainda inconsolidados.
O início dos estudos de sondagem da área onde é utilizada a técnica do CPR
se encontra no km 35+900, aonde a cota do terreno coincide com a cota do greide.
Foram realizados sete furos de sondagem de simples reconhecimento (SPT), sendo
que o primeiro está localizado no km 36 + 040 e o último no km 36+480.
Identifica-se na região de sondagem a presença de argila cinza escura com
matéria orgânica e conchas marinhas, e turfa. Solos que necessitam uma atenção
especial quanto à estabilidade e recalques. Estão presentes entre os quilômetros
36+080 e 36+600, região localizada a 30 km a oeste do oceano Atlântico e em média,
aproximadamente 6 m acima do nível do mar.
38
FIGURA 23 – MAPA TOPOGRÁFICO LESTE CATARINESNE
FONTE: GOOGLE MAPS (2017).
A camada de argila tem espessura variável que chega a 13 m na região mais
crítica, na estaca 36+480. Uma vez que foram encontradas conchas marinhas em
meio à argila cinza escura com matéria orgânica, conclui-se que esse tipo de solo é
proveniente da união da sedimentação das rochas adjacentes devido aos
intemperismos, decomposição de matéria orgânica e material remanescente de
deposições sucessivas do período em que a região estava submersa (O período
conhecido como “penúltima transgressão” aconteceu há cerca de 120.000 anos.
Durante essa época, o nível do mar atingiu cotas de aproximadamente 8 m).
Quanto à turfa, material de origem vegetal, parcialmente decomposto, é
encontrada normalmente em regiões pantanosas. A presença desse material durante
os ensaios SPT é justificada uma vez que o empreendimento está localizado em uma
região muito próxima do Rio Itajaí-açu, em uma área suscetível a inundações.
Apresenta espessura de cerca de 1 m e foi encontrada em maior quantidade nas
estacas 36+180 e 36+400.
Comprovando as expectativas, os resultados dos ensaios de adensamento
unidimensional realizados pelo Laboratório de Engenharia Civil da Universidade do
Sul de Santa Catarina mostraram os seguintes índices de vazios: 1,98 (solo de turfa)
39
e 0,89 (Solo sedimentar argiloso). Essa propriedade é importante para a definição da
compressibilidade e resistência à ruptura do solo.
FIGURA 24 – CURVA DE COMPRESSIBILIDADE - SOLO DE TURFA
FONTE: Os Autores (2017).
FIGURA 25 – CURVA DE COMPRESSIBILIDADE - SOLO SEDIMENTAR ARGILOSO
FONTE: Os Autores (2017).
40
2.4 ENSAIOS REALIZADOS
2.4.1 SPT
2.4.1.1 Características e resultados gerais
O apêndice A (sondagens) mostra os resultados obtidos através do SPT nos
pontos citados. As informações de cada ponto contemplam a quilometragem, a cota
do furo, além de informações técnicas do teste, como os diâmetros do amostrador
utilizado. Também são definidos o peso utilizado e a altura da queda, que seguem os
valores padrão de 65 kg e 75 cm, respectivamente.
Os valores que definem as características do solo são a quantidade de golpes
para penetrar 30 centímetros no solo (de 0 a 30) e a quantidade de golpes para
penetrar também 30 centímetros, mas depois de já ter penetrado ao menos 15 cm (de
15 a 45). Sendo que o valor que é apresentado no apêndice C (perfil geotécnico)
corresponde a quantidade de golpes para ir de 15 a 45 cm, uma técnica utilizada para
diminuir a quantidade de erros.
Tomando como exemplo o teste SPT realizado no primeiro ponto, no
quilometro 36 + 040 (anexo C), cota do furo de + 6,472m, o resultado para a
penetração de 15 a 45 centímetros foi o seguinte:
• 6 golpes;
• 3 golpes;
• 3 golpes;
• 8 golpes;
• 7 golpes;
• 36 golpes;
Nesse momento, devido à mudança de característica do solo, o teste define a
quantidade de golpes para penetrar um valor não definido previamente.
• 43 golpes para penetrar 25 cm;
• 30 golpes para penetrar 8 cm.
O resultado desse furo mostra que o solo é classificado no topo como um silte
argiloso variegado (amarelo) médio (aterro) até a profundidade de 1,9 metro. Depois
41
uma argila variegada (cinza clara) mole até 4 metros de profundidade. Em seguida,
argila variegada também, porém media e dura, classificação que se mantém até a
cota de 6,15 metros. Esse é o ponto em que o ensaio mede 36 golpes. A classificação
de silte arenoso variegado (amarelo) compacto e muito compacto, é definida para até
8,08 metros de profundidade. Nessa região a sondagem é finalizada, seguindo
especificações da PROSUL.
O apêndice C (Perfil geotécnico) apresente os ensaios SPTs que foram
realizados entre os quilômetros 36+040 e 36+480,região de interesse por ser o
intervalo que compreende a região que receberá o CPR.
O SPT foi realizado em sete pontos, nos quilômetros:
• 36 + 040;
• 36 + 100;
• 36 + 180;
• 36 + 280;
• 36 + 340;
• 36 + 400;
• 36 + 480.
A partir do perfil do solo final elaborado pelos ensaios SPT, é possível deduzir
que as penetrações não foram realizadas seguindo uma linha reta, mas variando a
lateral da área. Esse padrão de ensaios garante um perfil aonde existem porções de
solo acima do ponto de início do ensaio SPT.
2.4.1.2 Resultados individuais
TABELA 2 – Resumo dos ensaios SPT com profundidade de cada camada e profundidade total
FONTE: Os Autores (2017).
42
TABELA 3 – Resumo dos ensaios SPT com profundidade de cada camada e profundidade total
FONTE: Os Autores (2017).
TABELA 4 – Resumo dos ensaios SPT com profundidade de cada camada e profundidade total
FONTE: Os Autores (2017).
TABELA 5 – Resumo dos ensaios SPT com profundidade de cada camada e profundidade total
FONTE: Os Autores (2017).
43
TABELA 6 – Resumo dos ensaios SPT com profundidade de cada camada e profundidade total
FONTE: Os Autores (2017).
TABELA 7 – Resumo dos ensaios SPT com profundidade de cada camada e profundidade total
FONTE: Os Autores (2017).
TABELA 8 – Resumo dos ensaios SPT com profundidade de cada camada e profundidade total
FONTE: Os Autores (2017).
44
2.4.1.3 Resultado final
O documento perfil geotécnico apresenta a localização final dos estudos. O solo
caracterizado apresenta uma camada de aterro que, na parcela mais extensa, chega
a ter profundidade de cerca de 9 metros. A camada de aterro se mantém por todo o
trecho.
No início da região, logo abaixo do aterro, existe uma camada de solo de
ardósia com cerca de 4 metros. Essa espessura da camada se mantém por todo o
trecho estudado variando entre 2 e 3 metros, porém na região próxima da
quilometragem 36+060 ocorre uma camada de argila cinza escura, especificada como
com matéria orgânica e conchas marinhas.
Abaixo da camada de solo de ardósia, ao longo de todo perfil estudado, o solo
é caracterizado como sendo puramente ardósia.
O ponto mais baixo de solo de ardósia obtido no estudo é uma profundidade de
menos 12 metros.
Também é possível identificar as cotas máximas e mínimas no perfil geotécnico
criado. Na região do estudo, a menor cota é ligeiramente menor que 10 metros. 9,628
metros é o valor apresentado de menor nível, no intervalo médio, enquanto que 12,07
m é a maior cota, logo no início do perfil.
O perfil estudado é um rebaixo, o que possivelmente influencia na
caracterização do sole como sendo de configuração mais mole. Na porção central
desse rebaixo é onde será construída a estrutura de terra armada que sustentará o
viaduto que irá ser construído na trincheira.
2.4.2 Ensaios de adensamento unidimensional
O estudo do solo compreende também dois ensaios de adensamento
unidimensional que auxiliam na caracterização da região, realizados nos
quilômetros:
• 36 + 215;
• 36 + 278.
45
TABELA 9 – Resumo de resultado de ensaios
km 36 + 215
Pressão de pré-adensamento (kg/cm² ) 0,75
Coeficiente de Recompressibilidade (Cr) 0,30
Coeficiente de Compressibilidade (Cc) 0,78 FONTE: Os Autores (2017).
TABELA 10 – Resumo de resultado de ensaios
km 36 + 278
Pressão de pré-adensamento (kg/cm² ) 0,97
Coeficiente de Recompressibilidade (Cr) 0,01
Coeficiente de Compressibilidade (Cc) 0,26 FONTE: Os Autores (2017).
2.5 JUSTIFICATIVA DA TÉCNICA DE MELHORAMENTO UTILIZADA (CPR)
Para fazer a escolha da melhor solução de tratamento a ser adotada em uma
obra que necessite de implantação de aterros sobre depósitos de solos moles são
analisados vários fatores de influência, tais como: Dimensões da obra, característica
do material de fundação, técnicas e materiais disponíveis, carregamento adicional a
ser imposto na fundação, cronograma, finalidade e custo total do empreendimento.
Inicialmente, na região de interesse desse trabalho, foram cogitadas algumas
alternativas que atuassem para resolver os problemas da alta deformabilidade e baixa
resistência existente no local, como aterros estaqueados, remoção e substituição do
solo, CPR (Consolidação Profunda Radial), colunas granulares e tratamento químico.
Como a investigação do perfil geotécnico (SPT, DPL, triaxiais, vane e
adensamento) na intersecção do km 36+230 revela que os maiores problemas
estariam relacionados as deformações do solo mole e não a ruptura, e que técnicas
convencionais como conviver com recalque, pré-carregamento, aceleração de
recalques e reforços basais seriam inviáveis, ou seja, não surtiriam resultados
significativos, foi escolhida a utilização da técnica de melhoramento com CPR.
Com a utilização desta técnica foi possível minimizar os efeitos do processo de
adensamento das camadas de argila mole sobrejacentes assim como conferir uma
grande melhoria na sua estabilidade. Essa é uma técnica que ainda carece de
maturidade, mas é uma estratégia promissora com custo moderado.
46
Além dos fatores supracitados, pode-se adicionar às justificativas o fator
tempo. O CPR é uma técnica que visa acelerar os recalques e minimizar a
necessidade de sobrecargas. Como embasamento para esse argumento, este item
apresenta as análises de tempo de recalque.
2.5.1 Tempo de adensamento sem CPR
Na sequência é apresentado o estudo de adensamento numa seção típica de
execução do aterro sobre o solo mole sem a aplicação da técnica CPR. Para tanto,
foram considerados os parâmetros geotécnicos obtidos dos ensaios de adensamento
das amostras coletadas no km 36+215m e km 36+278 e que estão resumidos na
TABELA 11.
TABELA 11 – PARÂMETROS GEOTÉCNICOS ADOTADOS
km Prof. (m)
𝐞𝟎 𝛄𝐧𝐚𝐭 (kN/m³)
Cc Cr Cv (cm ²/s) σ'vm
36 + 215 6,00 3,43 12,80 0,78 0,30 6,5 x 10−4 73,50
36 + 278 7,00 1,28 18,30 0,26 0,01 1 x 10−3 90,00
FONTE: Os autores (2017).
O perfil geotécnico foi selecionado em função da maior espessura de solo
mole e carregamentos (situação mais crítica). Para a Intersecção do km 36+230 estes
condicionantes levaram a seleção do km 36+280 (SPT 237 e SPT 238).
47
FIGURA 26 – SEÇÃO TÍPICA – KM 36+280
FONTE: Os Autores (2017).
Através da análise utilizando a teoria de Terzaghi foi possível estimar os
recalques finais decorrentes dos carregamentos impostos. Para a seção típica foi
calculado o recalque no centro de camada de solo mole. De forma conservadora nos
cálculos, foram utilizados os parâmetros de compressibilidade da amostra retirada da
estaca 36+215 (grande compressibilidade). Desta forma, o recalque final a que o
aterro estaria sujeito sem a presença da técnica CPR no Km 36+280 seria de 0,83m.
Com o valor máximo de adensamento, pode-se, considerando o valor de Cv
(Coeficiente de adensamento) de cada camada, calcular a evolução de 90% dos
recalques a partir da equação de Terzaghi. O estudo de desenvolvimento de recalque
com o tempo mostra que para que se atinja 90% (T = 0,848) do adensamento no Km
36+280 serão necessários aproximadamente 17,5 anos.
TABELA 12 – FATOR TEMPO (T) EM FUNÇÃO DA PORCENTAGEM DE RECALQUE
U (%) T
86 0,712
87 0,742
88 0,774
89 0,809
90 0,848
91 0,891
92 0,938 FONTE: Os autores (2017).
48
2.5.2 Tempo de adensamento com CPR
No projeto geotécnico desenvolvido pela empresa contratada PROSUL, foi
realizado um estudo para se estimar o tempo de adensamento utilizando a técnica de
CPR. Partindo de simulações numéricas utilizando-se o software FLAC3D 4.00 e com
base em parâmetros elasto-plásticos provenientes do banco de dados desenvolvidos
pela empresa Engegraut, foi possível estimar os recalques futuros a serem
desenvolvidos após o reforço.
Esse método visa encontrar um fator de redução de recalque (β) imposto pelo
tratamento do solo de fundação com CPR, a partir de parâmetros elásticos do solo,
espaçamento e diâmetros das colunas. Tal fator também pode ser definido como
sendo a relação entre o recalque sem tratamento (Δh) com o recalque pós-tratamento
(Δhc). Exemplo: β = 20 significa uma redução no valor de recalque de 80%.
TABELA 13 – VALORES CONSIDERADOS PARA O DIMENSIONAMENTO
Dados de Entrada: Coluna Solo
Módulo de Young (kPa) 245.000 2.000
Coeficiente de Poisson 0,35 0,33
Beta de projeto β 10,0 -
Diâmetro de coluna (m) 1,20 -
Dados Calculados: Coluna Solo
Módulo Elástico Edométrico (kPa) 393.210 2.963
Módulo Cisalhante (kPa) 90.741 752
Constante de Lamé (kPa) 211.728 1.460 FONTE: Os autores (2017).
Para a determinação do espaçamento entre colunas a ser adotado foi gerado
um gráfico de área da coluna (𝑎𝑐) × β, obtendo o valor de 𝑎𝑐 correspondente ao β de
projeto através de um método iterativo.
49
FIGURA 27 – GRÁFICO DE 𝑎𝑐 por β
FONTE: Os Autores (2017).
A partir do valor de 𝑎𝑐 (0,109) pode-se obter pela equação abaixo, o
espaçamento máximo que deve ser utilizado, dado o diâmetro do bulbo e o tipo de
malha adotada. Para esta análise foram considerados diâmetros das colunas de 1,2m
em malha quadrada.
𝑎𝑐 = 𝑐 𝑑2
𝑠2 (7)
Sendo: 𝑐 =𝜋
4 em malha quadrada
FIGURA 28 – GRÁFICO DE β x ESPAÇAMANETO DA MALHA
FONTE: Os Autores (2017).
50
Chega-se ao valor de redução de β=10 (redução de recalque de 90%) com
espaçamento entre as colunas de 3,0m. Desta forma para as regiões no centro da
plataforma rodoviária do km 36+280 espera-se um recalque máximo calculado de
0,08m. Cabe ressaltar que a experiência da Engegraut em condições similares
mostra que os recalques se estabilizaram no período de 2 meses após o início da
atividade de aterro.
2.6 PROJETO EXECUTIVO CPR
2.6.1 Diretrizes básicas do CPR
Em decorrência das condições geológicas e geotécnicas encontradas na
região, evidenciadas através das investigações geotécnicas (SPT, ensaio de
adensamento unidimensional, etc.) e sendo a escolha da técnica CPR justificada
através do item 2.5 deste estudo, inicia-se a explicação da execução do método.
A execução da consolidação profunda radial (CPR), como descrito no item
1.4.2.3.5, consiste basicamente na instalação de geodrenos cravados no solo,
intercalados por colunas de geogrout que atuarão de maneira auxiliar com objetivo de
compactar, aumentar a densidade do solo mole do local e a consequente melhoria na
estabilidade. As colunas de geogrout são injetadas com alta pressão e constituídas
de uma mistura formada por silte, argila, areia, aditivos (cimento e aglutinantes) e
água.
FIGURA 29 – PROCESSO DE PERFURAÇÃO PAR A INSTALAÇÃO DE GEODRENOS
FONTE: Os Autores (2017).
51
FIGURA 30 – TERRENOS APÓS INSTALAÇÃO DOS GEODRENOS
FONTE: Os Autores (2017).
A primeira atividade a ser feita, antes do tratamento da camada de solo, é a
limpeza da área, com a remoção da vegetação natural e de possíveis interferências.
Então, uma camada de aterro de sacrifício é executada para que o acesso dos
equipamentos e maquinário ao longo de todo o trecho seja permitido e ocorra de
maneira a maximizar a produtividade da obra.
Uma vez que o terreno está pronto para receber o tratamento e todos os ensaios
e investigações geotécnicas já foram realizadas, dá-se início à etapa de instalação de
drenos verticais. Para isso, são definidas as profundidades e espaçamento entre eles.
No trecho em estudo foram utilizados drenos de comprimentos variáveis, de acordo
com a espessura da camada de solo mole no local de instalação, perfurando a camada
completamente com excesso de aproximadamente 30 cm em cada extremo. Quanto
ao espaçamento, os drenos estão distanciados em 1,5 m entre eles, posicionados em
formato triangular em planta, para que sejam intercalados com os bulbos de geogrout.
52
FIGURA 31 – CORTE PARA VISUALIZAÇÃO DOS GEODRENOS
FONTE: Os Autores (2017).
Dando continuidade ao processo, a área de instalação das colunas de geogrout
será subdivida em duas categorias. A primeira, denominada de Área de tratamento
contenção, possui 3.012,28 m². A outra, Área de tratamento corpo aterro, é maior,
totalizando 19.323,90 m². Embora nas duas áreas as colunas tenham o mesmo
diâmetro de 1,20m, as distâncias entre variam, sendo de 2,5 m entre as colunas de
adensamento da região de contenção e 3 m entre as colunas de adensamento do
corpo estradal. Assim como a disposição dos geodrenos, a malha das colunas de
geogroot são em formato triangular.
53
FIGURA 32 – EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO PARA INSTALAÇÃO DAS COLUNAS DE
GEOGROUT
FONTE: Os Autores (2017).
Os critérios mínimos no bombeamento de cada bulbo consistem no
atingimento de um volume de 900 litros ou na obtenção de uma pressão mínima de 5
kg/cm². As colunas devem atingir a resistência à compressão maior do que 15 kg/cm²
a 28 dias.
FIGURA 33 – POSICIONAMENTO DOS GEODRENOS E COLUNAS DE GEOGROUT EM PLANTA
FONTE: Os Autores (2017).
54
FIGURA 34 – VISUALIZAÇÃO DAS MALHAS TRIANGULARES
FONTE: Os Autores (2017).
FIGURA 35 – TERRENO APÓS INSTALAÇÃO DE GEODRENOS E COLUNAS DE GEOGROUT
FONTE: Os Autores (2017).
55
O resultado final previsto, apresentado na FIGURA 36, aponta o perfil
esperado após a execução do CPR Grouting. Nele é possível ver uma camada inferior
de Silte rijo a duro, com cerca de 3 metros de altura no ponto mais espesso. A camada
de solo mole, alvo do projeto, com média de altura de aproximadamente 10 metros de
altura é demonstrada junto às colunas de adensamento e os geodrenos. Acima, uma
camada de argila mole a média, aonde há existência desse solo. E, por fim, uma
camada adicionada de Silte, que prepara o solo para recebimento da terra armada,
também representada no desenho.
FIGURA 36 – ESQUEMA FINAL DA REGIÃO TRABALHADA COM CPR, INCLUINDO DESENHO DA
TERRA ARMADA
FONTE: Os Autores (2017).
2.7 MONITORAMENTO DO CPR
Depois de realizados os serviços de tratamento do solo, iniciou-se a fase de
monitoramento onde estão sendo utilizados os equipamentos e maquinário
necessários para garantir que a camada está sendo consolidada conforme planejado.
O acompanhamento realizado procura medir os níveis de consolidação das
camadas de solo mole que passaram pelo processo do CPR. O resultado disso são
relatórios de acompanhamento mensal, que, a partir de níveis pré-estabelecidos,
confirmam a efetividade do projeto.
O monitoramento foi iniciado em janeiro/2017 nas pistas marginais e, em
agosto/2017 foi iniciado o acompanhamento dos serviços de elevação de aterro em
56
terra armada, onde os trabalhos de carregamento sobre o solo de fundação iniciaram
próximo ao dia 10/08/2017, sendo acompanhada diariamente por uma equipe técnica
de monitoramento.
FIGURA 37 – ESTAÇÃO DE MONITORAMENTO
FONTE: Os Autores (2017).
A FIGURA 37 apresenta uma estação de monitoramento no local das obras,
onde se localiza um piezômetro. Essa locação é responsável por medir as
poropressões atuantes nas camadas de solo mole.
Em cada trecho é levantado o valor da poropressão original e o excesso e
dissipação da poropressão é feito através de piezômetros de cordas vibrantes. Além
disso, antes e depois da formação das colunas de adensamento, é executada
sondagem pressiométrica. A aprovação dos serviços é feita a partir da análise das
duas sondagens.
Além dos meios, previamente descritos, de monitorar os diversos elementos do
CPR Grouting é importante realizar o acompanhamento dos resultados de resistência
à compressão dos corpos de prova feitos com o material utilizado nas colunas de
adensamento.
57
FIGURA 38 – CORPOS DE PROVA RETIRADOS DO LOCAL DA OBRA
FONTE: Os Autores (2017).
FIGURA 39 – LABORATÓRIO DE MONITORAMENTO
FONTE: Os Autores (2017).
58
A FIGURA 39 apresenta o laboratório de monitoramento da obra. Nele estão
guardados, em local adequado, os corpos de prova montados, e são realizados os
ensaios de resistência à compressão.
2.7.1 Instrumentação
O programa de monitoramento da execução do CPR Grouting compreende
técnicas para obter os resultados de adensamento das camadas de solo mole que
serão afetadas pela ação das colunas de adensamento.
Isso é realizado através de placas de recalque e pinos de recalque instalados
na obra, que indicam as deformações sofridas pelo terreno, sendo assim possível
estimar os níveis de compressão e atual tensão do solo.
2.7.1.1 Placas de recalque
Esse monitoramento é normatizado pelo manual do DNIT DNER-PRO 381/98
- Projetos de aterros sobre solos moles para obras viárias, sendo, portanto, capaz de
gerar gráficos de recalque × tempo e velocidade × tempo com altos níveis de precisão
e acurácia.
FIGURA 40 – DESENHO ESQUEMÁTICO DE INSTALAÇÃO DE PLACA DE RECALQUE
FONTE: (ENGEGRAUT, 2009).
59
FIGURA 41 – LOCAIS DE POSICIONAMENTO DAS PLACAS DE RECALQUE NO PROJETO
FONTE: Os Autores (2017).
As placas de recalque foram instaladas abaixo das “sapatinhas corridas” que
são definidas como uma base de concreto simples que age como elemento de
fundação das paredes do muro pré-existentes no projeto.
As placas são compostas de uma placa de aço com 50 cm de largura, 50 cm
de comprimento e 8 mm de espessura, acompanhada de uma luva de aço φ = 1/2”
rosqueada ao centro da placa.
Um total de 21 placas de recalque foram instaladas na área sob efeito do CPR.
As placas numeradas de 01 à 12 localizadas na região do desvio provisório existente,
enquanto que as demais, 13 a 21, monitoram os recalques da elevação do aterro.
O relatório mensal de acompanhamento dos recalques descreve as etapas
para instalação das placas de recalque. Foram elas:
• Escavação de cada de implantação;
• Instalação de placa de recalque;
• Instalação da haste e aterro;
• Demais hastes e tubos de proteção.
60
FIGURA 42 – PLACA DE RECALQUE
FONTE: Os Autores (2017).
As leituras de recalque são realizadas utilizando o nível óptico, que possui
precisão centimétrica e é capaz de estimar o levantamento em milímetros.
2.7.1.2 Pinos de recalque
No projeto também foram utilizados pinos de recalque (parabolts) na primeira
linha de camada da terra armada, local de contato entre os elementos de concreto
que formam a estrutura. O objeto da utilização desse equipamento é comparar os
resultados por ele indicados com os obtidos através das placas de recalque.
Com a comparação é possível obter a deformação do solo e a deformação das
juntas de neoprene da estrutura de concreto da terra armada.
61
FIGURA 43 – EXEMPLO DE PARABOLT (PINO DE RECALQUE) INSTALADO NA OBRA
FONTE: Os Autores (2017).
Alguns pinos de recalque utilizados se tornaram incapazes de serem monitores
após a construção do asfalto na marginal, como mostra a FIGURA 44.
FIGURA 44 – PINO DE RECALQUE IMPOSSÍVEL DE MONITORAR
FONTE: Os Autores (2017).
62
2.7.1.3 Piezômetro
Existem dois piezômetros no eixo central da futura rodovia, o piezômetro PZ-
2475 com cota 2,7 m (5,50 m abaixo do solo) e o PZ – 2471 com cota 5,2 m (4 m
abaixo do solo).
FIGURA 45 – PIEZÔMETRO INSERIDO NO LOCAL DA OBRA
FONTE: Os Autores (2017).
FIGURA 46 - LOCALIZAÇÃO DOS PIEZÔMETROS
FONTE: Os Autores (2017).
63
2.7.1.4 Equipamentos
Para o monitoramento de recalques, ou seja, movimentações verticais, foi
utilizado, como dito anteriormente, um nível óptico de alta precisão, apoiado em um
tripé de madeira com baixo coeficiente de dilatação, minimizando os efeitos
decorrentes da variação de temperatura.
FIGURA 47 – NÍVEL UTILIZADO PARA MONITORAMENTO DOS RECALQUES NO LOCAL DA
OBRA
FONTE: Os Autores (2017)
3 RESULTADOS
3.1 PLACAS DE RECALQUE
3.1.1 Pista marginal
Os gráficos de recalque por tempo das placas existentes na pista marginal
apresentam certas interferências ocasionadas pela construção do novo aterro. O
próprio gráfico possui essa nota, como pode ser visto a seguir:
64
FIGURA 48 – RECALQUE (mm) x TEMPO PARA AS PLACAS DE RECALQUE PR-01 A PR-06
FONTE: Os Autores (2017).
FIGURA 49 – RECALQUE (mm) x TEMPO PARA AS PLACAS DE RECALQUE PR-07 A PR-12
FONTE: Os Autores (2017).
65
3.1.2 Aterro
As placas de recalque existentes nos aterros geram dados que permitem criar
um gráfico de elevação por tempo e outro de recalque por tempo.
A linha vermelha pontilhada aponta o momento de início da construção da terra
armada.
Uma nota presente no gráfico de elevação também explica uma variação
negativa na elevação ao longo do tempo. Segundo o relatório de acompanhamento
mensal, essa variação ocorreu devido à remoção de material com alta teor de umidade
próximo à placa em questão.
Os gráficos estão divididos por placas de recalque.
FIGURA 50 – ELEVAÇÃO DO ATERRO (m) x TEMPO DAS PLACAS DE RECALQUE PR-13 A PR-
18
FONTE: Os Autores (2017).
66
FIGURA 51 – ELEVAÇÃO DO ATERRO (m) x TEMPO DAS PLACAS DE RECALQUE PR-19 A PR-
23
FONTE: Os Autores (2017).
FIGURA 52 – ELEVAÇÃO DO ATERRO (m) x TEMPO DAS PLACAS DE RECALQUE PR-13 A PR-
18
FONTE: Os Autores (2017).
67
FIGURA 53 – ELEVAÇÃO DO ATERRO (m) x TEMPO DAS PLACAS DE RECALQUE PR-19 A PR-
23
FONTE: Os Autores (2017).
Nota-se no gráfico que, nos pontos monitorados, os recalques se
manifestam conforme a aplicação do carregamento no solo. O parabolt 18-A,
situado no ponto de maior concentração de cargas (saia do aterro), uma vez que o
carregamento é paralisado, reduz-se a o processo de recalque.
3.2 PIEZÔMETROS
Para os dois piezômetros instalados, a poropressão apresentou-se
relativamente estável em um período de 1 mês indicando que o solo consolidou
totalmente (está enrijecido).
68
FIGURA 54 – RESULTADO DE POROPRESSÃO PARA O PIEZÔMETRO PZ - 2475
FONTE: Os Autores (2017).
FIGURA 55 – RESULTADO DE POROPRESSÃO PARA O PIEZÔMETRO PZ - 2471
FONTE: Os Autores (2017).
Nota-se que no piezômetro PZ-2471 algumas pequenas alterações na
poropressão foram sentidas devido à concretagem do bloco de coroamento de
estacas e á construção da fase do aterro próxima ao piezômetro.
69
4 CONCLUSÕES E SUGESTÕES
Este capítulo final exibe conclusões concernentes às análises realizadas neste
estudo e as sugestões para futuras pesquisas sobre a técnica de tratamento
identificada como Consolidação Profunda Radial (CPR).
4.1 CONCLUSÕES
Neste estudo foram considerados dados relativos às medições das
deformações realizadas em aterros aonde fora utilizada a técnica identificada como
Consolidação Profunda Radial. Da análise dos resultados obtidos nesses
monitoramentos foram estabelecidas as seguintes conclusões:
- Na fase de elevação do aterro, as leituras dos instrumentos são realizadas
diariamente. Paralelamente, o monitoramento das marginais, com placas de
recalques, está sendo realizado desde janeiro de 2017. Até o momento, não foram
detectados problemas.
- O aparecimento de água em alguns locais isolados está relacionada à infiltração de
água da chuva na cava de escavação. Como em qualquer obra de drenagem, a água
poderá ser removida.
- O solo foi enrijecido aplicando-se pressões muito superiores ao necessário.
Trabalhou -se com pressões da ordem de 7 a 10 kg/cm². O solo argiloso foi adensando
ao longo de toda profundidade. Depreende - se, portanto, que o solo enrijecido não
está relacionado como surgimento de água (pontos de umidade).
- A poropressão apresenta-se estável, indicando que o solo consolidou quase que
totalmente.
- Percebe-se que os recalques nas pistas marginais já se encontram praticamente
estáveis, salvo a exceção das placas locadas perto da construção do novo aterro.
70
- Os recalques referentes ao local aonde o aterro em terra armada esta sendo
construído estão acompanhando a evolução do aterro, e devido à obra ainda estar em
andamento não podemos aferir nada além disto. Entretanto, o comportamento é, ate
então, condizente com o banco de dados da ENGEGRAUT.
- Por fim, pode-se concluir que esta nova solução de tratamento aplicada na BR-
470/SC, identificada como Consolidação Profunda Radial (CPR), apresentou até
então bom desempenho, pois possibilitou o avanço da obra dentro de seu cronograma
planejado sem nenhuma necessidade de intervenções de grandes proporções. Além
disso, seus resultados veem aparecendo se não como esperado, melhor, salvo
alguma exceção de fácil correção. Acredita-se que a inauguração do empreendimento
ocorra na data programada e, principalmente, apresente ótimo desempenho como
obra final de engenharia, uma vez que não foi constatado, até então, nenhum
problema de estabilidade ou de deformação nas regiões tratadas.
4.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
A solução de Consolidação Profunda Radial é uma recente técnica de
estabilização de solos moles e que ainda se apresenta como dúvidosa quanto a sua
eficiência e mecanismos teóricos. Portanto, avaliações como a influência do diâmetro
e do espaçamento das colunas de grout no ganho de resistência e redução da
deformabilidade, o benefício de um geotêxtil envolvendo as colunas de grout são
alguns dos muitos esforços que podem ser desenvolvidos a partir deste estudo.
Infelizmente nosso estudo teve de ser desenvolvido e concluído antes da
conclusão total da obra, portanto, uma outra sugestão para trabalhos futuros, é
investigar como esse aterro de terra armada se comportará após o termino da obra
de arte. Investigar a fundo quaisquer problemas de instabilidade e recalques
remanescentes.
Por fim, aconselharíamos um estudo aprofundado da questão econômica,
envolvendo toda a questão de custos reais de implantação a partir de históricos de
obras anteriormente realizadas. Realizando comparação entre custo final do CPR e e
outras técnicas.
71
REFERÊNCIAS
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NOGUEIRA, E. G. Estudo de algumas soluções de tratamento de solos moles para construção de aterros no trecho sul do rodoanel. Dissertação de Mestrado em Engenharia Geotécnica. Escola Politécnica da Universidade do Estado de São Paulo, São Paulo, 2010.
72
TEIXEIRA, S. H. C. Curso de captação em estruturas de barragens: Terra, enroncamento e rejeitos – Instrumentação e análise de desempenho. Departamento de Construção Civil da Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2017. Disponível em: <http://www.dcc.ufpr.br/mediawiki/images/7/79/TC070_A13_2017R1.pd> Acesso em: 20 jun. 2017.
APÊNDICE A – SONDAGENS DE SIMPLES RECONHECIMENTO (SPT)
73
74
75
76
77
78
79
80
81
APÊNDICE B – ENSAIO DE ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAL
82
83
APÊNDICE C – PERFIL GEOTÉCNICO
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