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Análise do desempenho de aterros rodoviários construídos sobre
solos moles tratados com a técnica de Consolidação Profunda Radial
(CPR) Denise de Almeida Monteiro, Grupo CCR, Jundiaí, Brasil,
[email protected] Luiz Felipe Alves Grupo CCR,
Jundiaí, Brasil, [email protected] Nilton Eduardo
Bredariol Araium Grupo CCR, Jundiaí, Brasil,
[email protected] RESUMO: O presente documento visa
apresentar a avaliação de desempenho da aplicação da técnica de
Consolidação Profunda Radial (CPR), utilizada para a consolidação
de solos moles presentes na fundação de dois aterros rodoviários
executados na Rodovia Anhanguera (SP330), sob administração da
Concessionária do Sistema Anhanguera - Bandeirantes S.A. (CCR
Autoban). O mapeamento Geológico-Geotécnico da região foi realizado
por meio de sondagens percussivas, mistas, ensaios geotécnicos
especiais (CPT-U e Vane Test) e pressiométrico, em situação “pré
consolidação”. O desempenho da solução foi avaliado após a
realização dos ensaios especificados, em fase “pós-consolidação”. A
escolha desta técnica na fase de elaboração do projeto executivo
foi feita orientada pelo estudo de alternativas tecnicamente
equivalentes e que solucionassem os problemas de estabilidade e
deformabilidade dos aterros necessários para a implantação da
marginal. Foram considerados aspectos como o prazo contratual da
obra, condições executivas e o custo associado. A técnica de
consolidação profunda radial (CPR) foi considerada a mais adequada.
PALAVRAS-CHAVE: Consolidação Profunda Radial, Consolidação de solos
moles, aterros rodoviários. 1 INTRODUÇÃO Este trabalho consiste em
apresentar dois casos práticos de aterros rodoviários construídos
sobre solos moles tratados com a técnica de Consolidação Profunda
Radial (CPR), referente à implantação da nova via marginal da pista
Norte da Rodovia Anhanguera (SP330), no trecho situado entre os
quilômetros 86 e 89, no município de Campinas, sob administração da
Concessionária do Sistema Anhanguera - Bandeirantes S.A. (CCR
Autoban). Os aterros apresentam altura média de 10 metros, chegando
a 12,0 metros em um ponto localizado. Em virtude da proximidade do
limite da faixa de domínio necessitou-se implantar dois muros do
tipo terramesh, com alturas de 8,0 e 1,0 metros, identificados como
muro N2 e N3, respectivamente. (CCR ENGELOG, 2012).
Ainda que ambas as áreas apresentassem características
favoráveis à elaboração do estudo de desempenho da técnica,
optou-se por aquela localizada nas proximidades do quilômetro 89
(Muro N3), podendo ser tal trecho localizado na figura 1.
Figura 1. Trecho do Muro N3
Pista atual
Córrego
Nova via marginal
Faixa de domínio
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2 ESTUDOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS 2.1 Investigações iniciais Para
o reconhecimento do subsolo realizadas sondagens mistas e
percussivas, o objetivo de permitir a identificação das camadas de
solos moles, profundidade do N.A. e resistência a penetração. As
sondagens percussivas foram paralisadas a uma profundidade média de
7,0 a 8,0 a presença de camada de rachãodesta dificuldade,
definiu-se a execução de sondagem mista para reconhecimento das
camadas subseqüentes ao rachão. Com os resultados das sondagens
verificoua existência de uma camada de aterpredominantemente por
silte argiloso pouco arenoso variegado, com SPT����� espessura
média da ordem de 3,0 metros. esta camada, foi constatada presença
de camada de solos aluvionarespredominantemente por argila
siltoescura, com SPT����� de 2/45 golpes,da ordem de 4,0 metros.
Posterior a esta camada de aluvião, encontrou-se uma camada de solo
de alteração de rocha, mais resistente que as anteriores. (CCR
ENGELOG, 2012). Com base nos resultados, identificoupresença de
solos moles até a profundidade média de 7,0 metros. Além das
sondagens à percussão também foram utilizados ensaios especiais
complementares, que tiveram por objetivo melhorar o mapeamento da
área em estudo. Os ensaios utilizados foram: 01 piezocone (CPT-U),
e 01 ensaio Test), ambos realizados na região da sondagem mista.
Estes ensaios foram paralisados profundidade média de 5,0 metros,
também em virtude da camada de rachão. Os resultados destes ensaios
foram úteis para confirmar a classificação de solos
molesidentificados nas sondagens, embora tenham sido realizados em
quantidade e profundidade reduzida, serviram apenas de referência,
e não serão apresentados neste artigo. Também foram realizados
ensaios geotécnicos pela empresa executoranesta etapa inicial o
ensaio utilizado foi o
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nhecimento do subsolo local, foram e percussivas, com
permitir a identificação das camadas de solos moles,
profundidade do N.A. e resistência a penetração. As sondagens
percussivas foram paralisadas a uma
metros, devido a presença de camada de rachão. Em função
se a execução de sondagem mista para reconhecimento das camadas
subseqüentes ao rachão.
Com os resultados das sondagens verificou-se existência de uma
camada de aterro, composta
predominantemente por silte argiloso pouco � de 3 golpes,
ordem de 3,0 metros. Sob presença de uma
solos aluvionares compostos predominantemente por argila siltosa
cinza
de 2/45 golpes, com espessura ordem de 4,0 metros. Posterior a
esta camada
se uma camada de solo , mais resistente que as
(CCR ENGELOG, 2012). identificou-se a
presença de solos moles até a profundidade
m das sondagens à percussão também foram utilizados ensaios
especiais complementares, que tiveram por objetivo
área em estudo. Os 01 ensaio de
ensaio palheta (Vane ambos realizados na região da sondagem
. Estes ensaios foram paralisados em profundidade média de 5,0
metros, também em virtude da camada de rachão. Os resultados
ensaios foram úteis para confirmar a classificação de solos
moles previamente identificados nas sondagens, embora tenham sido
realizados em quantidade e profundidade
apenas de referência, e não
m foram realizados ensaios pela empresa executora, sendo que
nesta etapa inicial o ensaio utilizado foi o
pressiométrico, efetuado em 3 profundidades distintas, 4, 8 e 11
metrosclassificou as camadas de solo como Argila Mole, com exceção
daquela encontrada aos 8,0 metros, em virtude da camada de rachão
existente. Pode-se observar na figura 2 a localização das sondagens
e na figura 3 a localização dos ensaios pressiométricos.
Figura 2. Localização das sondagens.
Figura 3. Localização dos ensaios pressiometricos. 2.2
Mapeamento de áreas Com os resultados das sondagens e ensaios
especiais analisados, foram delimitadas 3 áreas de características
distintasÁrea 03) conforme ilustrado na
Figura 4. Delimitação das áreas de distintas. Cada uma das áreas
delimitadas características apresentadas figuras 5, 6 e 7.
, efetuado em 3 profundidades distintas, 4, 8 e 11 metros, que
também classificou as camadas de solo como Argila
xceção daquela encontrada aos 8,0 metros, em virtude da camada
de rachão
se observar na figura 2 a localização das sondagens e na figura
3 a localização dos ensaios pressiométricos.
Figura 2. Localização das sondagens.
Localização dos ensaios pressiometricos.
Mapeamento de áreas
Com os resultados das sondagens e ensaios foram delimitadas 3
áreas
de características distintas (Área 01, Área 02 e conforme
ilustrado na figura 04.
. Delimitação das áreas de características
Cada uma das áreas delimitadas possui as características
apresentadas nos gráficos das
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Figura 5. Área 01: Gráfico de sondagens tratamento”.
Figura 6. Área 02: Gráfico de tratamento”..
Figura 7. Área 03: Gráfico de sondagens tratamento”.
sondagens -“pré
sondagens -“pré
sondagens -“pré
3 SOLUÇÃO ADOTADA Dentre as diversas soluções
estudadas(substituição do solo mole, execução de estacas de
material granular), a utilização da técnica de Consolidação
Profunda Radial foi a que melhor atendeu aos requisitos técnicovez
que solucionaria os problemas de estabilidade e deformabilidade da
futura marginal, atenderia o prazo contratual de execução da obra,
aspectos sustentáveis alinhados com os valores da empresa e mais
competitivo em relação a outras disponíveis no mercado. A técnica
consiste nocaracterísticas geológicas dmole, induzindo-a a perder
água em meio drenante artificial, através do processo expansão de
cavidades por formação de bulbos de compressão e conseqüentemente
adensamento do solo. Os bulbos formados de baixo para cima via
expansão de cavidades induzem recalques a cada metraumentando sua
resistência e, conseqüentemente, reduzindo sua compressibilidade
para o nível desejado.(NOGUEIRA, 2010). Este adensamento
imediatorápida melhoria dos parâmetros de resistência e
deformabilidade dos solos tratados.(ALMEIDA, 2010). A ilustração
esquemática da soluçãoapresentada na figura 8, abaixo.
Figura 8. Detalhe das verticais de bulbos de compressão em meio
drenante (ilustração cedida pelo executor) 4 EXECUÇÃO DA OBRA 4.1
Cravação dos geodrenos
SOLUÇÃO ADOTADA
diversas soluções estudadas (substituição do solo mole, execução
de estacas
, a utilização da técnica de Consolidação Profunda Radial foi a
que melhor
técnico-econômicos, uma vez que solucionaria os problemas de
estabilidade e deformabilidade da futura
o prazo contratual de , aspectos sustentáveis
alinhados com os valores da empresa e custo em relação a outras
técnicas
no melhoramento das características geológicas da massa de
solo
a perder água em meio drenante artificial, através do processo
expansão de cavidades por formação de bulbos de compressão e
conseqüentemente adensamento do solo. Os bulbos formados de
expansão de cavidades induzem recalques a cada metro de solo,
aumentando sua resistência e, conseqüentemente, reduzindo sua
compressibilidade para o nível desejado.
Este adensamento imediato promove uma rápida melhoria dos
parâmetros de resistência e deformabilidade dos solos tratados.
esquemática da solução é , abaixo.
verticais de bulbos de compressão
(ilustração cedida pelo executor).
EXECUÇÃO DA OBRA
Cravação dos geodrenos
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Os geodrenos foram cravados obedecendo a um espaçamento de 1,5
metros, dispostos em malha quadrada, com profundidade variando de
8,0 a 12,0 metros, conforme demonstrado na figura 9.
Figura 9. Malha de geodrenos 4.2 Execução dos bulbos A malha
vertical dos bulbos de compressão foi executada obedecendo a um
espaçamento de 3,0 x 3,0 metros. As injeções eram iniciadas a
partir da base da camada de solo mole (8,0 a 12,0 metros) e
realizadas metro a metro, sendo que os condicionantes de mudança de
profundidade de injeção foram:
• Volume de cada bulbo de compressão: limitado a 2.500 litros ou
50 batidas da bomba injetora;
• Pressão da expansão de cavidades: limitada a 10 kgf/cm²,
indicada no manômetro acoplado do equipamento;
Durante o processo de execução dos bulbos de compressão, houve
ainda um terceiro critério de paralisação, relacionado ao
extravasamento de geogrout pela superfície do próprio furo ou em
furos adjacentes. Contatou-se que a injeção em camadas mais
superficiais (menores 4,0 metros), por vezes provocavam fissurações
no solo. Pode-se atribuir esse fato ao baixo confinamento do solo
nas regiões mais próximas à superfície. A partir das observações em
campo referentes ao pouco confinamento do solo mais superficial e a
necessidade da extensão do tratamento até estes níveis, decidiu-se
executar novas verticais de tratamento entre as de projeto, com a
formação de bulbos de compressão e adensamento de forma mais lenta
e controlada que o normal, com profundidades típicas ate 4,0 metros
Nas regiões sob os muros, executou-se
verticais de reforço, intercaladas às verticais já executadas,
com os mesmos procedimentos e profundidades, conforme mostrado na
figura10.
Figura 10. Croqui esquemático das verticais. Estas novas
verticais de tratamento tiveram a finalidade de garantir maior
capacidade de suporte e melhoramento da resistência do solo para
favorecer a estabilidade global e a absorção dos esforços
concentrados na base do muro. 4.3 Características do grout O traço
adotado para preparação do grout foi: 1 (silte); 6 (areia);
200kg/m³ (cimento), sua resistência característica a compressão foi
de 6,2 MPa. 4.4. Implantação de Geogrelha Anterior a execução do
aterro compactado foi realizada a escavação de aproximadamente 1,50
m de espessura e implantada uma geogrelha de resistência
característica de 90 kN/m, conforme Figura 11.
Figura 11. Seção tipo da solução adotada 4.5 Dados da obra Os
dados da obra como área tratada, volume de bulbos de compressão e
prazos, são respectivamente: 2.309 m², 5.309 m³ (dado do executor)
e 1 mês.
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5 ANÁLISE DE DESEMPENHO A análise de desempenho foi efetuada com
origem na comparação das sondagens e ensaios realizados em situação
de “précom as sondagens e ensaios “pós consolidaçãoPosteriormente a
obra, o monitoramento ainda é realizado por meio de
inclinômesuperficiais. 5.1 Sondagens Para a avaliação da
resistência à percussão, foram realizadas 06 novas sondagens,
percussivas e 03 mistas. Essas novas sondagens foram executadas aos
pares em seções, de acordo comáreas, sendo 01 percussiva e 01 mista
para cada área delimitada. Os resultados destas sondagens podem ser
observados através dos gráficos apresentados nas figuras 13, 14 e
15, que também contem a resistência média à penetração por metro
sondado, obtida através das realizadas antes da consolidaçãoilustra
a metodologia adotada para a realização das sondagens
“pós-consolidação.
Figura 12. Croqui esquemático de realização das sondagens.
Figura 13. Área 01: Gráfico de sondagens tratamento”.
ANÁLISE DE DESEMPENHO
A análise de desempenho foi efetuada com origem na comparação
das sondagens e ensaios
pré-consolidação” pós consolidação”.
Posteriormente a obra, o monitoramento ainda é realizado por
meio de inclinômetros e marcos
Para a avaliação da resistência à percussão, 6 novas sondagens,
03
Essas novas sondagens foram executadas aos de acordo com a
divisão de
01 percussiva e 01 mista para cada
Os resultados destas sondagens podem ser observados através dos
gráficos apresentados
, que também contem a penetração por metro
sondado, obtida através das sondagens realizadas antes da
consolidação. A figura 12 ilustra a metodologia adotada para a
realização
consolidação.
. Croqui esquemático de realização das
de sondagens – “pós
Figura 14. Área 02: Gráfico de sondagens tratamento”..
Figura 15. Área 03: Gráfico de sondagens tratamento”. Com os
resultados destas novas sondagens, calculou-se o ganho de
resistência por profundidade investigada, resultados obtidos nesta
etapa de investigação “pós-consolidação”, com a média aritmética
das sondagens obtidas na etapa “pré
Área 02: Gráfico de sondagens – “pós
Área 03: Gráfico de sondagens – “pós
Com os resultados destas novas sondagens, se o ganho de
resistência por
profundidade investigada, comparando os nesta etapa de
investigação
consolidação”, com a média aritmética das na etapa
“pré-consolidação”.
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As figuras 16, 17 e 18, apresentam o ganho de resistência
mensurado em porcentagem para cada uma das duas sondagens
realizadas.
Figura 16. Área 01: – Ganho de resistência (%) x Profundidade
(m).
Figura 17. Área 02: – Ganho de resistênciaProfundidade (m).
Figura 18. Área 03: – Ganho de resistênciaProfundidade (m). De
forma geral, observou-se que o ganho de resistência apresentado nas
sondagens
, apresentam o ganho de resistência mensurado em porcentagem
para
duas sondagens realizadas.
Ganho de resistência (%) x
Ganho de resistência (%) x
Ganho de resistência (%) x
se que o ganho de resistência apresentado nas sondagens foi de
no
mínimo 50%, chegando apara as camadas mais superficiais até os
4,0 m de profundidade. Já superiores, o ganho de resistência chegou
aos 500%. Observa-se com esta comparaçãoelevado ganho de
resistência adquirido pelo solo nas camadas mais profundas
confinamento à que tais camadas expostas. 5.2 CPTu e Vane Test
Mesmo tendo sido realizados os ensaios de piezocone e palheta,
estes representativos, uma vez que foram em camadas superficiais,
não excedemetros de profundidade, portanto, não sendo apresentados.
5.3 Pressiômetro Os ensaios pressiométricos também foram
fundamentais para ter-se uma melhor do desempenho da técnica,
princípio de tratamento do solo por expansão de cavidade que
comprime o solo adjacente. Os valores obtidos desempenho
satisfatório, uma vez que foi constatado aumento no módulo
pressiométrico (Em) de 1.340 kPa (Argila (Argila Média), valores
esses amostradospróximo aos 4,0 metros de profundidade. Em
profundidade, o valor obtido(Argila Rija), conforme apresentado na
tabela
Tabela 1. Resultados dos ensaios pressiométricos (dados
fornecidos pelo executor). 5.4 Instrumentação Muro N3pista em
operação. Imediatamente após a execução com a via marginal em
operaçãoinstalados instrumentos de monitoramentodeslocamentos
verticais e horizontais, no caso, 6 marcos superficiais e 1
inclinômetro.
a 100%, valores estes mais superficiais até os 4,0 m
em profundidades o ganho de resistência chegou aos
com esta comparação que o elevado ganho de resistência adquirido
pelo solo nas camadas mais profundas deve-se ao confinamento à que
tais camadas estão
Mesmo tendo sido realizados os ensaios de piezocone e palheta,
estes foram
, uma vez que foram executados , não excedendo os 4
metros de profundidade, portanto, não estão
Os ensaios pressiométricos também foram se uma melhor
avaliação
desempenho da técnica, considerando-se o tratamento do solo por
expansão de
cavidade que comprime o solo adjacente. obtidos demonstraram
um
desempenho satisfatório, uma vez que foi constatado aumento no
módulo pressiométrico
rgila Mole) para 2.645 kPa édia), valores esses amostrados
aos 4,0 metros de profundidade. Em profundidade, o valor obtido
foi de 5.797 kPa
), conforme apresentado na tabela 1.
Tabela 1. Resultados dos ensaios pressiométricos (dados
Muro N3 – Pós obra e
Imediatamente após a execução do aterro, já em operação,
foram
tos de monitoramento de deslocamentos verticais e horizontais,
no caso,
s superficiais e 1 inclinômetro.
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Os marcos superficiais foram instalados obedecendo a disposição
de pares, sendo que de cada par, um localiza-se no pé e outro na
crista do aterro. Quanto ao inclinômetro, este se encontra na
crista do talude, tendendo ao meio da área que foi consolidada. A
figura 19 ilustra a situação exposta acima e contem os sentidos de
movimentação, ou seja, 1 (Pista), 2 (Gabião), 3 (Interior) e 4 (São
Paulo), conforme Figura 19.
Figura 19. Posicionamentos dos marcos superficiais e
inclinômetro, com sentido de deslocamento Em fase inicial, a
periodicidade das leituras dos instrumentos era semanal, vindo
ocorrer mais esparsamente ao longo do tempo em virtude dos baixos
deslocamentos apresentados. Até o momento, foram constatados
deslocamentos horizontais inferiores a 01 mm e deslocamentos
verticais máximos de 42mm, os quais podem ser observados nas
figuras 20, 21 e 22.
Figura 20. Leituras Marcos superficiais – N3.
Figura 21. Leituras inclinômetro – Muro N3.
Figura 22. Leituras inclinômetro – Muro N3.
-25-24-23-22-21-20-19-18-17-16-15-14-13-12-11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Co
ta (
m )
Convençao de Sinaispositivo: GABIÃOnegativo: PISTA
Deslocamento Horizontal (mm)Direçao 1-2
15/6/13 21/6/1328/6/13 5/7/1313/7/13 19/7/1326/7/13 2/8/139/8/13
15/8/1323/8/13 19/9/13
-25-24-23-22-21-20-19-18-17-16-15-14-13-12-11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Co
ta (
m )
Convençao de Sinaispositivo: SÃO PAULO negativo: INTERIOR
Deslocamento Horizontal (mm)Direçao 3-4
15/6/13 21/6/1328/6/13 5/7/1313/7/13 19/7/1326/7/13 2/8/139/8/13
15/8/1323/8/13 19/9/13
1
3 4
2
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6. CONCLUSÕES A técnica utilizada para a consolidação dos solos
moles nos pontos mencionados demonstrou desempenho satisfatório,
considerando-se o nível de resistência e rigidez imposta ao solo.
Por se tratar de um tratamento de volume de solo a avaliação do
desempenho é mais representativa a partir da instrumentação das
deformações e deslocamentos ao longo do tempo. Inicialmente, como
critério utilizou-se da execução de sondagens espaçadas com intuito
de reconhecer o provável ganho de resistência do solo, mesmo
considerando que esta reflexão seria pontual e localizada, não
refletindo o comportamento do volume de solo consolidado. Nesta
avaliação de desempenho é possível concluir que a maior eficiência
da consolidação está diretamente relacionada à profundidade em que
os bulbos de compressão têm confinamento tridimensional, ou seja,
em maiores profundidades os ganhos de resistência foram mais
elevados, chegando até 500%. Já nas camadas mais superficiais os
ganhos foram menores entre 50% e 100%, em virtude do baixo
confinamento do solo. No ensaio pressiométrico o ganho de
resistência também foi considerado elevado. Até o momento não foram
observadas anormalidades relacionadas à estabilidade, e os
recalques ocorridos são reduzidos. Os deslocamentos medidos pelos
inclinômetros indicam valores inferiores a 1,0 mm e pelos marcos
superficiais de 36 mm. A contenção com a marginal executada pode
ser observada na figura 23 (Muro N3), e na figura 24 (Muro N2).
Figura 23. Muro N3 – Marginal implantada.
Figura 24. Muro N2 – Marginal implantada (∆h=0,5mm e ∆v=46mm).
REFERÊNCIAS Almeida, M.S.S. (2010) Aterro sobre solos moles:
projeto e desempenho. Oficina de Textos, Rio de Janeiro, RJ,
Brasil, 254 p. CCR Engelog (2012). Projeto Executivo de Implantação
de Vias Marginais na Rodovia
Anhanguera entre os quilômetros 86+500 e
89+400 – Estudo geotécnico do muro de
contenção na marginal norte entre as estacas
209+14,830 e 212+18,830. Nogueira, E.G. (2010) Estudo de algumas
soluções de tratamentos de solos moles para
construção de aterros no trecho Sul do
rodoanel – SP. Dissertação de Mestrado, Programa de
Pós-Graduação em Geotecnia, Departamento de Engenharia Civil,
Universidade de São Paulo (USP), São Paulo, 186 p.
